EP3175277A1 - Mikroskop mit einer strahlteileranordnung - Google Patents

Mikroskop mit einer strahlteileranordnung

Info

Publication number
EP3175277A1
EP3175277A1 EP15741575.3A EP15741575A EP3175277A1 EP 3175277 A1 EP3175277 A1 EP 3175277A1 EP 15741575 A EP15741575 A EP 15741575A EP 3175277 A1 EP3175277 A1 EP 3175277A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beam path
reflection
mirror surface
microscope
dichroic mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15741575.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Euteneuer
Ralf KRÜGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems CMS GmbH
Publication of EP3175277A1 publication Critical patent/EP3175277A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/082—Condensers for incident illumination only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/14—Condensers affording illumination for phase-contrast observation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/241—Devices for focusing
    • G02B21/245—Devices for focusing using auxiliary sources, detectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/141—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using dichroic mirrors

Definitions

  • the invention relates to a microscope according to the preamble of claim 1.
  • microscopes e.g. Inverse research microscopes
  • additional light sources for different experiments for lighting, manipulation and measurement purposes in the imaging beam path, preferably in the infinite beam path between the lens and tube lens, coupled.
  • such microscopes are usually provided with means which serve to decouple certain spectral components of the image light originating from the sample.
  • lasers are usually used whose laser light has a longer or a shorter wavelength than the actual detection light.
  • the coupling or decoupling of the light is usually carried out in a rectangular arrangement in which the optical axes of the beam paths, in which propagate on the one hand, the input or outcoupled light and the other the detection light, at an angle of 90 ° to each other are arranged.
  • This microscope contains an autofocus module with a laser light source which emits a first light beam, hereinafter referred to as a reflection sub-beam, whose wavelength lies in the infrared range of the wavelength spectrum.
  • This reflection sub-beam falls on a mirror, which is provided with a dichroic mirror surface. This is designed so that it reflects the first reflection partial beam on the sample to be examined. With reflection at the dichroic mirror surface, the reflection sub-beam changes its propagation direction by a deflection angle of 90 °.
  • the autofocus module detects a signal on the basis of which is reflected on the sample reflection partial beam, on the basis of which the imaging optics of the microscope is focused. For this purpose, the partial reflection beam coming from the sample is again reflected at the dichroic mirror surface in order to guide it into the autofocus module.
  • the dichroic mirror surface used in this prior art microscope reflects infrared light, it passes detection light in the visible range.
  • a second light beam in the form of the detection light emanating from the sample is provided, which transmits the dichroic mirror surface. This second light beam is referred to below as the transmission partial beam.
  • the dichroic mirror surface thus merges the two beam paths in which the reflection sub-beam and the transmission sub-beam propagate.
  • the two beam paths have a common beam path section which lies between the dichroic mirror surface and the sample.
  • the dichroic mirror surface is arranged so that its surface normal is arranged at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of this common beam path section.
  • An example of such an application which is negatively influenced by the 45 ° arrangement is the differential difference contrast or, for short, DIC method, in which differences in the optical path length in the object under consideration are converted into differences in image brightness and, as a result, transparent phase objects are made visible.
  • the conventionally used 45 ° arrangement of the dichroic mirror surface also has a disadvantageous effect if, in order to increase the application flexibility of the microscope, it should be designed such that it can be introduced into or removed from the microscope beam path depending on the application. In this case occurs at a 45 ° arrangement between the two operating states in which the dichroic mirror surface is arranged in the beam path of the microscope or not, a comparatively large offset of the optical axis of the beam path, which may affect the quality of the optical image or through other components must be compensated.
  • the state of the art is additionally referred to DE 42 31 267 B4, which describes a mirror arrangement known as the "Smith divider.”
  • This mirror arrangement consists of two mirrors, one of which is formed by a divider surface which is not less than 45 °
  • this splitter surface is designed as a neutral splitter with wavelength-independent reflection or transmission effect., Therefore, it is not suitable to separate different spectral components of each other.
  • the object of the invention is a microscope refinement of the type described above so that with reduced technical complexity, a precise separation of the spectral ranges while avoiding the disadvantages described above is possible.
  • the invention achieves this object by the microscope having the features of claim 1.
  • Advantageous developments are specified in the subclaims.
  • Such a microscope comprises one or more light sources, which individually or collectively produce an illumination beam path with light in a plurality of wavelength ranges, a dichroic beam splitter arrangement with a dichroic mirror surface which is arranged between an objective optics and a tube lens in a beam path section which comprises several wavelength ranges and which by reflection generates a reflection partial beam in the direction of a reflection beam path and generated by transmission a transmission partial beam in the direction of a transmission beam whose transmitted wavelength range is different from the reflected wavelength range of the reflection beam part, wherein the beam splitter arrangement, the propagation direction of the reflection beam relative to the illumination beam path around a changes predetermined deflection angle.
  • the dichroic mirror surface is arranged at an angle of 22.5 ⁇ 7.5 ° in the beam path section.
  • the beam splitter arrangement has at least one further mirror arranged in the reflection beam path. The propagation direction of the reflection sub-beam is changed by the sum of all reflections on the dichroic mirror surface and the at least one further mirror by the predetermined deflection angle.
  • the microscope thus has a dichroic beam splitter arrangement with a dichroic mirror surface, which reflects a reflection partial beam propagating along a reflection beam path and transmits a transmission partial beam propagating along a transmission beam path whose wavelength is different from the wavelength of the reflection partial beam. Furthermore, the microscope has at least one further mirror, which is arranged in the reflection beam path outside the common beam path section which the reflection beam path and the transmission beam path have. This further mirror forms with the dichroic mirror surface a reflecting arrangement which deflects the reflection partial beam in successive reflections in such a way that the desired deflection angle is achieved. Under Deflection angle is the angle between the propagation direction of the light beam entering the beam splitter arrangement and the propagation direction of the light beam leaving the beam splitter arrangement.
  • the invention makes it possible, in departure from the conventional 45 ° arrangement to align the dichroic mirror surface at a smaller angle than 45 ° relative to the optical axis of the common beam path section.
  • the smaller this angle the easier it is to achieve the desired sharp separation of the spectral regions with a layer structure such as is commonly used to realize a dichroic mirror surface.
  • the arrangement according to the invention enables the sharp separation of the spectral ranges, without having to provide further optical components such as an infrared cut filter. This sharp separation is especially needed for fluorescence applications on living cells where highly sensitive cameras are used. Rest light from other spectral regions would be perceived here as very disturbing background structures.
  • the microscope according to the invention is particularly profitable in all polarization-optical applications, e.g. in the D IC method.
  • the orientation of the dichroic mirror surface according to the invention also causes the extent of the mirror surface along the optical axis of the beam path to be smaller than is the case in the conventional 45 ° arrangement.
  • the dichroic mirror surface along the optical axis requires less space than in the 45 ° arrangement. This favors a particularly compact microscope structure, which is particularly important in the dimensioning of the distance-sensitive area between the objective lens and the tube lens, in which the dichroic beam splitter assembly is usually advantageous.
  • the alignment of the mirror surface reduces the optical axis offset of the beam path that occurs between the two operating states in which the mirror surface is arranged in the beam path or removed therefrom.
  • the smaller installation space along the optical axis also has a favorable effect here.
  • the surface normal of the dichroic mirror surface with respect to the optical axis of the common beam path section is inclined only half as much compared to the conventionally used 45 ° arrangement.
  • Such an arrangement of less than 22.5 ° has proved to be favorable, in particular with regard to the desired sharp separation of the spectral ranges and with regard to the desired polarization neutrality.
  • the solution according to the invention is not strictly limited to the aforementioned 22.5 ° arrangement. Accordingly, the angle at which the dichroic mirror surface is arranged opposite the optical axis of the common beam path section can be varied within a tolerance range of ⁇ 7.5 °. This still ensures that it is smaller than the commonly provided angle of 45 °.
  • the intended technical effects namely a reduced beam offset, a sharp separation of the spectral regions and / or a broad polarization neutrality are achieved.
  • the beam splitter assembly according to the invention consists in this case only of two mirror surfaces, whereby the optical structure can be kept simple.
  • the microscope according to the invention has an adjusting device for removing and introducing the dichroic mirror surface from or into the microscope Beam path section on. This increases the application flexibility of the microscope.
  • the dichroic mirror surface is formed in a particularly preferred embodiment, as it were as a switchable splitter surface, i. Depending on the application, it can be introduced into and removed from the beam path section, it is advantageous to mount the further mirror firmly in the microscope, e.g. in his tripod. This is possible because the further mirror is outside the common beam path section. In an operating state in which the dichroic mirror surface is removed from the beam path section, therefore, the further mirror is also inoperative.
  • an autofocus module with an autofocus light source which emits autofocus light onto the beam splitter arrangement.
  • This embodiment can be realized for example in such a way that the dichroic mirror surface, which is otherwise removed from the beam path section, is introduced into the beam path section for starting up the autofocus module.
  • the autofocus light source of the autofocus module preferably emits the partial reflection beam in the form of light whose wavelength lies in the infrared range.
  • the dichroic mirror surface is arranged in an infinite beam path. This is particularly advantageous when the dichroic mirror surface is designed as a switchable element, i. Depending on the application is introduced into the beam path section or removed therefrom.
  • Figure 1 is a schematic representation with components of a microscope, which represents a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the dichroic beam splitter arrangement provided in the microscope according to FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic representation of a microscope as a comparative example;
  • Figure 4 is a schematic representation of the dichroic beam splitter arrangement used in the microscope of Figure 3;
  • Figure 5 is a graph showing the wavelength-dependent transmission of the dichroic mirror surface used in the microscope of Figure 1;
  • FIG. 6a is a graph showing the wavelength-dependent transmission of an im
  • FIG. 6b shows a graph showing the wavelength-dependent transmission of an im
  • Figure 7 is a graph illustrating the angular dependence of the polarization neutrality of the example of reflection on a glass plate.
  • FIG. 1 shows a microscope 10, which represents a first embodiment of the invention. Only components of the microscope 10 that are necessary for the understanding of the invention are shown in FIG.
  • the microscope 10 according to FIG. 1 comprises an objective optics 12 which is formed from a plurality of lens groups 14, 16, 18 and 20.
  • the objective optics 12 serves to image a sample 22 via a tube lens 24 into an intermediate image plane 26.
  • the microscope 10 further comprises an autofocus module 28, which has the function of focusing the objective optics 12 in a manner known per se on the sample 22.
  • the autofocus module 28 has a laser light source 30 which emits a partial reflection beam 32 whose wavelength is in the infrared range.
  • the reflection sub-beam 32 emitted by the laser light source 30 passes through a notch filter 34, that of those Spectral components of the reflection sub-beam 32 filters out, which are in the visible wavelength spectrum.
  • the reflection sub-beam 32 then passes through a collector lens 31 and a field lens 36 and is reflected at a mirror element 38 in an optical transmission system 40, which is formed of a plurality of lens groups 42, 44, 46 and 48 and a diaphragm 50.
  • the reflection sub-beam 32 is incident on a dichroic beam splitter array 52 formed of a dichroic mirror surface 54 and a mirror 56.
  • the dichroic beam splitter arrangement 52 is shown in more detail in FIG.
  • the dichroic mirror surface 54 is applied as a layer structure on a transparent, plane-parallel carrier plate 58.
  • the total reflecting mirror 56 is provided on another plane-parallel support plate 60.
  • the reflection sub-beam 32 is first reflected at the mirror 56 and then at the dichroic first mirror surface 54.
  • the dichroic mirror surface 54 is designed to reflect the partial reflection beam 32 whose wavelength is in the infrared range while transmitting light whose wavelength is in the visible range.
  • the dichroic mirror surface 54 of the partial reflection beam 32 After reflection at the dichroic mirror surface 54 of the partial reflection beam 32 passes into the objective lens 12 and is focused by this on the sample 22.
  • the part of the reflection partial beam 32 reflected by the specimen 22 returns via the objective optics 12 to the dichroic mirror surface 54, which deflects the partial reflection beam 32 onto the second mirror surface 56. This reflects the reflection partial beam 32 back into the transmission system 40.
  • the reflection partial beam 32 is then reflected at the mirror element 38 by means of pupil division and imaged by a filter 62 onto the detector 64.
  • the filter 62 and the detector 64 are part of the autofocus module 28. The latter evaluates a signal which the reflection sub-beam 32 generates on the detector 64 and controls a focusing device via this signal in order to focus the objective lens 12 on the sample 22.
  • the components provided for this control are omitted in FIG.
  • the reflection sub-beam 32 propagates in the microscope 10 along a reflection beam path, which is generally designated 66 in FIG.
  • the detection light coming from the sample 22, which is conducted via the objective optics 12 and the tube lens 24 to the intermediate image plane 26, propagates in the form of a transmission partial beam 68 along a transmission beam path denoted by 70 in FIG.
  • the wavelength of this transmission partial beam should be in the visible wavelength spectrum.
  • the dichroic mirror surface 54 is formed to transmit light whose wavelength is in the visible range.
  • the reflection beam path 66 and the transmission beam path 70 have, between the dichroic mirror surface 54 and the sample 22, a common beam path section with an optical axis O designated by 72 in FIG.
  • the optical axis O of this common beam path section 72 is positioned on the dichroic surface 54 such that it has an angle ⁇ of 22.5 ° with its surface normal N-i.
  • the surface normal of the second mirror surface 56 denoted by N2 in FIG. 2 with the direction of incidence of the reflection partial beam 32 incident on it also includes an angle of 22.5 °, which is denoted by ⁇ in FIG.
  • FIGS. 3 and 4 show a comparative example not according to the invention, as conventionally used in the prior art.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 essentially differs from the comparative example according to FIGS. 3 and 4 by the dichroic beam splitter arrangement 52.
  • the dichroic mirror surface designated by 54 ' is provided in the comparative example.
  • the 22.5 ° arrangement used in the exemplary embodiment according to the invention has the advantage of a smaller beam offset x which occurs between the two operating states in which the carrier plate 58 or 58 'in the reflection beam path 66 is arranged or removed from this.
  • the respective carrier plate 58 or 58 ' is a 2 mm thick plate made of BK7.
  • the beam offset decreases from 0.67 mm in the 45 ° arrangement to 0.28 mm in the 22.5 ° arrangement according to the invention.
  • FIGS. 5, 6a and 6b A further advantage of the solution according to the invention.
  • FIG. 5 shows an example of the wavelength-dependent transmission of the dichroic mirror surface 54 in the 22.5 ° arrangement according to the invention, which is to be contrasted with the corresponding graph of FIG. 6a, which shows the transmission of the dichroic mirror surface 54 'in the usual 45 ° arrangement (see Figure 4).
  • the arrangement according to the invention enables a clearly sharper separation of the spectral ranges under consideration, in this embodiment the visible range and the infrared range.
  • the usual 45 ° arrangement of the dichroic mirror surface 54 ' is often followed by an infrared cut filter whose wavelength-dependent transmission is shown in Figure 6b.
  • Such a filter is no longer required in the embodiment shown in Figures 1 and 2.
  • FIG. 7 illustrates how the arrangement of the dichroic mirror surface 54 in the reflection beam path 66 affects the polarization neutrality.
  • the reflectivities R s and R P for the reflection of perpendicular or parallel polarized light on a glass plate, which has a refractive index of 1.5 are shown in FIG.
  • the greater the deflection angle ⁇ the more the two reflectivities R s and R P deviate from one another.
  • the inventive 22.5 arrangement of the dichroic mirror surface 54 is significantly better in polarization neutrality than the conventional 45 ° arrangement.
  • the solution according to the invention is not limited to the 22.5 ° arrangement provided in the specifically described exemplary embodiment.
  • the angle at which the surface normal N-1 of the dichroic mirror surface 54 is arranged opposite to the optical axis O of the common beam path section 72 may also be different within a range of ⁇ 7.5 °, as long as it is sufficiently small to reach the desired one technical effects, namely to achieve a reduced beam offset, a sharp separation of the spectral ranges and / or extensive polarization neutrality.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

Beschrieben ist ein Mikroskop (10), umfassend eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen (30), die einzeln oder gemeinsam einen Beleuchtungsstrahlengang mit Licht in mehreren Wellenlängenbereichen erzeugen, eine dichroitische Strahlteileranordnung (52) mit einer dichroitischen Spiegelfläche (54), die zwischen einer Objektivoptik (12) und einer Tubuslinse (24) in einem mehrere Wellenlängenbereiche umfassenden Strahlengangabschnitt (72) angeordnet ist, und die durch Reflexion einen Reflexions-Teilstrahl (32) in Richtung eines Reflexionsstrahlengangs (66) erzeugt und durch Transmission einen Transmissions-Teilstrahl (68) in Richtung eines Transmissionsstrahlengangs (70) erzeugt, dessen transmittierter Wellenlängenbereich von dem reflektierten Wellenlängenbereich des Reflexions-Teilstrahls (32) verschieden ist, wobei die Strahlteileranordnung (52) die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls (32) gegenüber dem Beleuchtungsstrahlengang um einen vorbestimmten Ablenkwinkel (a) ändert. Die dichroitische Spiegelfläche (54) ist unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° im Strahlengangabschnitt (72) angeordnet, und die Strahlteileranordnung (52) weist mindestens einen weiteren, in dem Reflexionsstrahlengang (66) angeordneten Spiegel (56) auf, wobei die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls (32) durch die Summe aller Reflexionen an der dichroitischen Spiegelfläche (54) und dem mindestens einen weiteren Spiegel (56) um den vorbestimmten Ablenkwinkel (a) geändert ist.

Description

Mikroskop mit einer Strahlteileranordnung
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . In modernen Mikroskopen, z.B. inversen Forschungsmikroskopen, werden für die unterschiedlichsten Experimente zusätzliche Lichtquellen zu Beleuchtungs-, Manipulations- und Messzwecken in den Abbildungsstrahlengang, vorzugsweise in den Unendlichstrahlengang zwischen Objektiv und Tubuslinse, eingekoppelt. Außerdem sind in solchen Mikroskopen in der Regel Mittel vorgesehen, die dazu dienen, bestimmte spektrale Anteile des von der Probe stammenden Abbildungslichtes auszukoppeln. Als Lichtquellen werden üblicherweise Laser verwendet, deren Laserlicht eine längere oder eine kürzere Wellenlänge als das eigentliche Detektionslicht aufweist. Die Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichtes erfolgt in der Regel in einer rechtwinkligen Anordnung, in der die optischen Achsen der Strahlengänge, in denen sich zum einen das ein- bzw. ausgekoppelte Licht und zum anderen das Detektionslicht ausbreiten, unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Ein Beispiel für ein entsprechend ausgebildetes Mikroskop ist in der US 7 071 451 B2 beschrieben. Dieses Mikroskop enthält ein Autofokusmodul mit einer Laserlichtquelle, die einen ersten Lichtstrahl, im Folgenden als Reflexions-Teilstrahl bezeichnet, aussendet, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich des Wellenlängenspektrums liegt. Dieser Reflexions-Teilstrahl fällt auf einen Spiegel, der mit einer dichroitischen Spiegelfläche versehen ist. Diese ist so ausgebildet, dass sie den ersten Reflexions- Teilstrahl auf die zu untersuchende Probe reflektiert. Mit der Reflexion an der dichroitischen Spiegelfläche ändert der Reflexions-Teilstrahl seine Ausbreitungsrichtung um einen Ablenkwinkel von 90°. Das Autofokusmodul erfasst an Hand des an der Probe reflektierten Reflexion-Teilstrahls ein Signal, an Hand dessen die Abbildungsoptik des Mikroskops fokussiert wird. Hierzu wird der von der Probe kommende Reflexions-Teilstrahl wieder an der dichroitischen Spiegelfläche reflektiert, um ihn in das Autofokusmodul zu leiten. Während die bei diesem vorbekannten Mikroskop verwendete dichroitische Spiegelfläche also Infrarotlicht reflektiert, lässt sie Detektionslicht im sichtbaren Bereich durch. Somit ist neben dem Reflexions-Teilstrahl ein zweiter Lichtstrahl in Form des von der Probe ausgehenden Detektionslichts vorgesehen, der die dichroitische Spiegelfläche transmittiert. Dieser zweite Lichtstrahl wird im Folgenden als Transmissions-Teilstrahl bezeichnet. Die dichroitische Spiegelfläche führt somit die beiden Strahlengänge, in denen sich der Reflexions-Teilstrahl und der Transmissions- Teilstrahl ausbreiten, zusammen. Demzufolge weisen die beiden Strahlengänge einen gemeinsamen Strahlengangabschnitt auf, der zwischen der dichroitischen Spiegelfläche und der Probe liegt. Dabei ist die dichroitische Spiegelfläche so angeordnet, dass ihre Flächennormale unter einem Winkel von 45° gegenüber der optischen Achse dieses gemeinsamen Strahlengangabschnittes angeordnet ist.
Diese im Stand der Technik vorgesehene Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche, im Folgenden auch einfach als 45°-Anordnung bezeichnet, ist einfach zu realisieren. Sie bringt jedoch auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So beeinträchtigt die 45°- Anordnung die Polarisationsneutralität der dichroitischen Spiegelfläche, d.h. deren Eigenschaft, den Polarisationszustand der reflektierten und transmittierten Anteile des auf die Spiegelfläche fallenden Lichtes unverändert zu lassen. Diese Polarisationsneutralität ist nämlich umso schwieriger zu realisieren, je stärker die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche gegenüber der Lichteinfallsrichtung geneigt ist. Somit nimmt die negative Beeinflussung polarisationsoptischer Anwendungen mit größer werdendem Neigungswinkel zu. Als Beispiel für eine solche, durch die 45°-Anordnung negativ beeinflusste Anwendung ist die Differenzialdifferenzkontrast- oder kurz DIC-Methode zu nennen, bei der Unterschiede in der optischen Weglänge im betrachteten Objekt in Bildhelligkeitsunterschiede umgewandelt und dadurch transparente Phasenobjekte sichtbar gemacht werden.
Zudem ist es bei einer 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche schwierig, eine scharfe Trennung der beiden Spektralbereiche zu realisieren, in denen die Spiegelfläche reflektiert bzw. transmittiert. So beruht die gewünschte Reflexions- /Transmissionswirkung einer dichroitischen Spiegelfläche üblicherweise auf einer planmäßig eingestellten Interferenz der Lichtwellen, die durch eine entsprechende Schichtstruktur erzeugt wird, die z.B. auf eine transparente, planparallele Platte aufgebracht ist. Je größer der Winkel zwischen der Flächennormalen dieser Schichtstruktur und der Lichteinfallsrichtung ist, desto schwieriger ist es, mit Hilfe der Schichtstruktur eine scharfe Trennung der Spektralbereiche zu erzielen. Diesem Problem wird im Stand der Technik häufig dadurch entgegengewirkt, dass zusätzliche optische Bauelemente vorgesehen werden, um den Reflexionsbereich und den Transmissionsbereich scharf voneinander zu trennen. In der US 7 071 451 B2 ist hierzu beispielsweise ein zusätzlicher Infrarot-Sperrfilter vorgesehen, der der dichroitischen Spiegelfläche im Strahlengang des transmittierten Detektionslichtes nachgeordnet ist.
Schließlich wirkt sich die herkömmlicherweise genutzte 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche auch dann nachteilig aus, wenn diese zur Erhöhung der Anwendungsflexibilität des Mikroskops so ausgebildet sein soll, dass sie je nach Anwendung in den Mikroskopstrahlengang eingebracht oder aus diesem entfernt werden kann. In diesem Fall tritt bei einer 45°-Anordnung zwischen den beiden Betriebszuständen, in denen die dichroitische Spiegelfläche im Strahlengang des Mikroskops angeordnet ist oder nicht, ein vergleichsweise großer Versatz der optischen Achse des Strahlenganges auf, der die Qualität der optischen Abbildung beeinträchtigen kann oder durch weitere Bauelemente ausgeglichen werden muss.
Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die DE 42 31 267 B4 verwiesen, in der eine als „Smith-Teiler" bekannte Spiegelanordnung beschrieben ist. Diese Spiegelanordnung besteht aus zwei Spiegeln, von denen einer aus einer Teilerfläche gebildet ist, die nicht unter 45°, sondern unter 22,5° gegenüber der optischen Achse angeordnet ist. Jedoch ist diese Teilerfläche als Neutralteiler mit wellenlängenunabhängiger Reflexions- bzw. Transmissionswirkung ausgeführt. Sie ist deshalb nicht geeignet, verschiedene spektrale Anteile voneinander zu trennen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop eingangs beschriebener Art so weiterzubilden, dass mit verringertem technischem Aufwand eine präzise Trennung der Spektralbereiche unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile möglich ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein solches Mikroskop umfasst eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen, die einzeln oder gemeinsam einen Beleuchtungsstrahlengang mit Licht in mehreren Wellenlängenbereichen erzeugen, eine dichroitische Strahlteileranordnung mit einer dichroitischen Spiegelfläche, die zwischen einer Objektivoptik und einer Tubuslinse in einem mehrere Wellenlängenbereiche umfassenden Strahlengangabschnitt angeordnet ist und die durch Reflexion einen Reflexions-Teilstrahl in Richtung eines Reflexionsstrahlenganges erzeugt und durch Transmission einen Transmissions- Teilstrahl in Richtung eines Transmissionsstrahlenganges erzeugt, dessen transmittierter Wellenlängenbereich von dem reflektierten Wellenlängenbereich des Reflexions-Teilstrahls verschieden ist, wobei die Strahlteileranordnung die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls gegenüber dem Beleuchtungsstrahlengang um einen vorbestimmten Ablenkwinkel ändert. Erfindungsgemäß ist die dichroitische Spiegelfläche unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° im Strahlengangabschnitt angeordnet. Die Strahlteileranordnung weist mindestens einen weiteren, in dem Reflexionsstrahlengang angeordneten Spiegel auf. Die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls ist durch die Summe aller Reflexionen an der dichroitischen Spiegelfläche und dem mindestens einen weiteren Spiegel um den vorbestimmten Ablenkwinkel geändert.
Erfindungsgemäß weist das Mikroskop also eine dichroitische Strahlteileranordnung mit einer dichroitischen Spiegelfläche auf, die einen sich längs eines Reflexionsstrahlengangs ausbreitenden Reflexions-Teilstrahl reflektiert und einen sich längs eines Transmissionsstrahlengangs ausbreitenden Transmissions-Teilstrahl, dessen Wellenlänge von der Wellenlänge des Reflexions-Teilstrahls verschieden ist, transmittiert. Ferner weist das Mikroskop mindestens einen weiteren Spiegel auf, der in dem Reflexionsstrahlengang außerhalb des gemeinsamen Strahlengangabschnitts, den der Reflexionsstrahlengang und der Transmissionsstrahlengang aufweisen, angeordnet ist. Dieser weitere Spiegel bildet mit der dichroitischen Spiegelfläche eine reflektierende Anordnung, die den Reflexions-Teilstrahl in aufeinanderfolgenden Reflexionen so umlenkt, dass der gewünschte Ablenkwinkel erzielt wird. Unter Ablenkwinkel ist dabei der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des in die Strahlteileranordnung eintretenden Lichtstrahls und der Ausbreitungsrichtung des die Strahlteileranordnung verlassenden Lichtstrahls gemeint. Durch das Vorsehen eines weiteren Spiegels ist es möglich, die dichroitische Spiegelfläche so auszurichten, dass ihre Flächennormale gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° geneigt ist, Die Erfindung ermöglicht es also, in Abkehr von der herkömmlichen 45°- Anordnung die dichroitische Spiegelfläche unter einen kleineren Winkel als 45° gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts auszurichten. Je kleiner dieser Winkel ist, desto einfacher lässt sich die gewünschte scharfe Trennung der Spektralbereiche mit einer Schichtstruktur, wie sie üblicherweise zur Realisierung einer dichroitischen Spiegelfläche verwendet wird, erzielen. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung die scharfe Trennung der Spektralbereiche, ohne hierzu weitere optische Bauelemente wie z.B. einen Infrarot- Sperrfilter vorsehen zu müssen. Diese scharfe Trennung ist insbesondere für Fluoreszenzanwendungen an lebenden Zellen notwendig, wo höchstempfindliche Kameras eingesetzt werden. Restlicht aus anderen Spektralbereichen würde hier als sehr störende Untergrundstrukturen wahrnehmen werden.
Indem die Erfindung vorsieht, die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche unter einem kleineren Winkel als üblich gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts auszurichten, ist es auch möglich, die gewünschte Polarisationsneutralität der dichroitischen Spiegelfläche zu gewährleisten. Damit ist das erfindungsgemäße Mikroskop besonders gewinnbringend in sämtlichen polarisationsoptischen Anwendungen, z.B. in dem D IC-Verfahren, verwendbar.
Die erfindungsgemäße Ausrichtung der dichroitischen Spiegelfläche bewirkt ferner, dass die Ausdehnung der Spiegelfläche längs der optischen Achse des Strahlengangs kleiner ist, als dies bei der herkömmlichen 45°-Anordnung der Fall ist. Damit erfordert die dichroitische Spiegelfläche längs der optischen Achse einen geringeren Bauraum als in der 45°-Anordnung. Dies begünstigt einen besonders kompakten Mikroskopaufbau, was sich insbesondere bei der Dimensionierung des abstandssensiblen Bereichs zwischen der Objektivoptik und der Tubuslinse, in dem sich die dichroitische Strahlteileranordnung üblicherweise befindet, vorteilhaft auswirkt.
Soll die dichroitische Spiegelfläche so ausgebildet sein, dass sie zur Erhöhung der Anwendungsflexibilität in den Strahlengang einbringbar und aus diesem entfernbar ist, so wird durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Spiegelfläche der Versatz der optischen Achse des Strahlengangs verringert, der zwischen den beiden Betriebszuständen auftritt, in denen die Spiegelfläche in dem Strahlengang angeordnet bzw. aus diesem entfernt ist. Außerdem wirkt sich auch hier der geringere Bauraum längs der optischen Achse günstig aus.
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnittes im Vergleich zu der üblicherweise verwendeten 45°- Anordnung nur halb so stark geneigt. Eine solche Anordnung unter 22,5° hat sich insbesondere im Hinblick auf die gewünschte scharfe Trennung der Spektralbereiche als auch im Hinblick auf die gewünschte Polarisationsneutralität als günstig erwiesen.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Lösung nicht genau auf die vorstehend genannte 22,5°-Anordnung beschränkt ist. Demnach kann der Winkel, unter dem die dichroitische Spiegelfläche gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts angeordnet ist, in einem Toleranzbereich von ± 7,5° variiert werden. Damit ist immer noch sichergestellt, dass er kleiner als der üblicherweise vorgesehene Winkel von 45° ist. Somit werden die beabsichtigten technischen Wirkungen, nämlich ein reduzierter Strahlversatz, eine scharfe Trennung der Spektralbereiche und/oder eine weitgehende Polarisationsneutralität erzielt.
Vorzugsweise ist genau ein weiterer Spiegel vorgesehen. Die erfindungsgemäße Strahlteileranordnung besteht in diesem Fall nur aus zwei Spiegelflächen, wodurch der optische Aufbau einfach gehalten werden kann.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Mikroskop eine Stellvorrichtung zum Entfernen und Einbringen der dichroitischen Spiegelfläche aus dem bzw. in den Strahlengangabschnitt auf. Dadurch wird die Anwendungsflexibilität des Mikroskops erhöht.
Während die dichroitische Spiegelfläche in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gleichsam als schaltbare Teilerfläche ausgebildet ist, d.h. je nach Anwendung in den Strahlengangabschnitt eingebracht und aus diesem entfernt werden kann, ist es vorteilhaft, den weiteren Spiegel fest in dem Mikroskop anzubringen, z.B. in dessen Stativ. Dies ist möglich, da sich der weitere Spiegel außerhalb des gemeinsamen Strahlengangabschnitts befindet. In einem Betriebszustand, in dem die dichroitische Spiegelfläche aus dem Strahlengangabschnitt entfernt ist, ist somit auch der weitere Spiegel funktionslos.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein Autofokusmodul mit einer Autofokus- Lichtquelle vorgesehen, die Autofokus-Licht auf die Strahlteileranordnung aussendet. Diese Ausführung kann beispielsweise in der Weise realisiert sein, dass die dichroitische Spiegelfläche, die ansonsten aus dem Strahlengangabschnitt entfernt ist, zur Inbetriebnahme des Autofokusmoduls in den Strahlengangabschnitt eingebracht wird. Die Autofokus-Lichtquelle des Autofokusmoduls sendet dabei vorzugsweise den Reflexions-Teilstrahl in Form von Licht aus, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die dichroitische Spiegelfläche in einem Unendlichstrahlengang angeordnet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die dichroitische Spiegelfläche als schaltbares Element ausgeführt sein soll, d.h. je nach Anwendung in den Strahlengangabschnitt eingebracht oder aus diesem entfernt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung mit Komponenten eines Mikroskops, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Figur 2 eine schematische Darstellung der in dem Mikroskop nach Figur 1 vorgesehenen dichroitischen Strahlteileranordnung; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Mikroskops als Vergleichsbeispiel;
Figur 4 eine schematische Darstellung der in dem Mikroskop nach Figur 3 verwendeten dichroitischen Strahlteileranordnung;
Figur 5 einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission der in dem Mikroskop nach Figur 1 verwendeten dichroitischen Spiegelfläche zeigt;
Figur 6a einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission einer im
Stand der Technik verwendeten dichroitischen Spiegelfläche als Vergleichsbeispiel zeigt; Figur 6b einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission eines im
Stand der Technik verwendeten Infrarot-Sperrfilters zeigt; und
Figur 7 einen Graphen, der die Winkelabhängigkeit der Polarisationsneutralität am Beispiel der Reflexion an einer Glasplatte veranschaulicht.
Figur 1 zeigt ein Mikroskop 10, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Dabei sind in Figur 1 nur Komponenten des Mikroskops 10 dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Das Mikroskop 10 nach Figur 1 umfasst eine Objektivoptik 12, die aus mehreren Linsengruppen 14, 16, 18 und 20 gebildet ist. Die Objektivoptik 12 dient dazu, eine Probe 22 über eine Tubuslinse 24 in eine Zwischenbildebene 26 abzubilden.
Das Mikroskop 10 umfasst ferner ein Autofokusmodul 28, das die Funktion hat, die Objektivoptik 12 in an sich bekannter Weise auf die Probe 22 zu fokussieren. Das Autofokusmodul 28 hat eine Laserlichtquelle 30, die einen Reflexions-Teilstrahl 32 aussendet, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt. Der von der Laserlichtquelle 30 ausgesendete Reflexions-Teilstrahl32 tritt durch ein Sperrfilter 34, der diejenigen Spektralanteile des Reflexions-Teilstrahls 32 ausfiltert, die im sichtbaren Wellenlängenspektrum liegen. Der Reflexions-Teilstrahl32 tritt dann durch eine Kollektorlinse 31 und eine Feldlinse 36 und wird an einem Spiegelelement 38 in ein optisches Übertragungssystem 40 reflektiert, das aus mehreren Linsengruppen 42, 44, 46 und 48 sowie einer Blende 50 gebildet ist.
Nach Durchtritt durch das optische Übertragungssystem 40 fällt der Reflexions- Teilstrahl32 auf eine dichroitische Strahlteileranordnung 52, die aus einer dichroitischen Spiegelfläche 54 und einem Spiegel 56 gebildet ist. Die dichroitische Strahlteileranordnung 52 ist in Figur 2 nochmals genauer dargestellt. Wie in Figur 2 gezeigt, ist die dichroitische Spiegelfläche 54 als Schichtstruktur auf einer transparenten, planparallelen Trägerplatte 58 aufgebracht. Der totalreflektierende Spiegel 56 ist auf einer weiteren planparallelen Trägerplatte 60 vorgesehen. Der Reflexions-Teilstrahl 32 wird zunächst an dem Spiegel 56 und anschließend an der dichroitischen ersten Spiegelfläche 54 reflektiert. Während der Spiegel 56 totalreflektierend ausgebildet ist, ist die dichroitische Spiegelfläche 54 beispielsweise in Form einer Schichtstruktur so ausgeführt, dass sie den Reflexions-Teilstrahl 32, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt, reflektiert, während sie Licht, dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt, transmittiert.
Nach Reflexion an der dichroitischen Spiegelfläche 54 gelangt der Reflexions- Teilstrahl 32 in die Objektivoptik 12 und wird von dieser auf die Probe 22 fokussiert. Der an der Probe 22 reflektierte Teil des Reflexions-Teilstrahls 32 gelangt über die Objektivoptik 12 zurück zu der dichroitischen Spiegelfläche 54, die den Reflexions- Teilstrahl 32 auf die zweite Spiegelfläche 56 umlenkt. Diese reflektiert den Reflexions- Teilstrahl 32 zurück in das Übertragungssystem 40. Der Reflexions-Teilstrahl 32 wird dann an dem Spiegelelement 38 mittels Pupillenteilung reflektiert und durch einen Filter 62 auf den Detektor 64 abgebildet. Der Filter 62 und der Detektor 64 sind Teil des Autofokusmoduls 28. Letzteres wertet ein Signal, das der Reflexions-Teilstrahl32 auf dem Detektor 64 erzeugt, aus und steuert über dieses Signal eine Fokussiereinrichtung, um die Objektivoptik 12 auf die Probe 22 scharf zu stellen. Die für diese Ansteuerung vorgesehenen Komponenten sind in Figur 1 weggelassen. Der Reflexions-Teilstrahl 32 breitet sich in dem Mikroskop 10 längs eines Reflexionsstrahlengangs aus, der in Figur 1 allgemein mit 66 bezeichnet ist. Demgegenüber breitet sich das von der Probe 22 kommende Detektionslicht, das über die Objektivoptik 12 und die Tubuslinse 24 auf die Zwischenbildebene 26 geleitet wird, in Form eines Transmissions-Teilstrahls 68 längs eines in Figur 1 mit 70 bezeichneten Transmissionsstrahlengangs aus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll die Wellenlänge dieses Transmissions-Teilstrahls im sichtbaren Wellenlängenspektrum liegen. Demgemäß ist die dichroitische Spiegelfläche 54 so ausgebildet, dass sie Licht, dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt, transmittiert.
Der Reflexionsstrahlengang 66 und der Transmissionsstrahlengang 70 weisen zwischen der dichroitischen Spiegelfläche 54 und der Probe 22 einen in Figur 1 mit 72 bezeichneten gemeinsamen Strahlengangabschnitt mit einer optischen Achse O auf. Wie in Figur 2 gezeigt, steht die optische Achse O dieses gemeinsamen Strahlengangabschnitts 72 so auf der dichroitischen Fläche 54, dass sie mit deren Flächennormalen N-i einen Winkel ß von 22,5° aufweist. Entsprechend schließt die in Figur 2 mit N2 bezeichnete Flächennormale der zweiten Spiegelfläche 56 mit der Einfallsrichtung des auf sie fallenden Reflexions-Teilstrahls 32 ebenfalls einen Winkel von 22,5° auf, der in Figur 2 mit γ bezeichnet ist. Da an den Spiegelflächen 54 und 56 jeweils der Lichteinfallswinkel gleich dem Lichtausfallswinkel ist, reflektiert die dichroitische Strahlteileranordnung 52 den in sie eintretenden Reflexions-Teilstrahl 32 insgesamt um einen Ablenkungswinkel α = 90° gegenüber einem Beleuchtungsstrahlengang, der in Figur 2 von unten auf den Spiegel 56 gerichtet ist.
Da die von der dichroitischen Spiegelfläche 54 bewirkte Reflexion des Reflexions- Teilstrahls 32 in die Objektivoptik 12 nur während des Betriebs des Autofokusmoduls 28 benötigt wird, ist die Trägerplatte 58, auf der sich die dichroitische Spiegelfläche 54 befindet, aus dem Reflexionsstrahlengang 66 entfernbar. Hierzu ist eine in Figur 1 rein schematisch dargestellte Stellvorrichtung 74 vorgesehen. Ist die Trägerplatte 58 aus dem Reflexionsstrahlengang entfernt, so wird der Reflexions-Teilstrahl 32 nicht in die Objektivoptik 12 eingekoppelt. Demgegenüber ist die Trägerplatte 60, auf der sich die zweite Spiegelfläche 56 befindet, fest in dem Mikroskop 10 angebracht. In den Figuren 3 und 4 ist ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel dargestellt, wie es üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird. Dabei sind in den Figuren 3 und 4 Komponenten, die mit den Komponenten des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Vergleichsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 im Wesentlichen durch die dichroitische Strahlteileranordnung 52. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert, ist es in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch das Vorsehen des Spiegels 56 möglich, die dichroitische Spiegelfläche 54 so in dem Reflexionsstrahlengang 66 anzuordnen, dass ihre Flächennormale N-i (nur) den Winkel ß = 22,5° mit der optischen Achse O des gemeinsamen Strahlengangabschnittes 72 einschließt. Demgegenüber ist in dem Vergleichsbeispiel lediglich eine einzige Spiegelfläche, nämlich die mit 54' bezeichnete dichroitische Spiegelfläche vorgesehen. Um den Ablenkwinkel α = 90° zu realisieren, ist diese dichroitische Spiegelfläche 54' in dem Reflexionsstrahlengang 66 so angeordnet, dass ihre Flächennormal ΝΊ einen Winkel ß' = 45° mit der optischen Ache O des gemeinsamen Strahlengangabschnittes 72 einschließt. Dies entspricht der eingangs erläuterten, im Stand der Technik üblichen 45°-Anordnung.
Wie ein Vergleich der Figuren 2 und 4 zeigt, hat die in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel angewandte 22,5°-Anordnung den Vorteil eines geringeren Strahlversatzes x, der zwischen den beiden Betriebszuständen auftritt, in denen die Trägerplatte 58 bzw. 58' in dem Reflexionsstrahlengang 66 angeordnet bzw. aus diesem entfernt ist. Um die Größe dieses jeweiligen Strahlversatzes zu veranschaulichen, sei rein beispielhaft angenommen, dass die jeweilige Trägerplatte 58 bzw. 58' eine aus BK7 bestehende Platte der Dicke 2mm ist. In diesem Beispiel verringert sich der Strahlversatz von 0,67 mm in der 45°-Anordnung auf 0,28 mm in der erfindungsgemäßen 22,5°-Anordnung. Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung veranschaulichen die Figuren 5, 6a und 6b. So zeigt Figur 5 ein Beispiel für die wellenlängenabhängige Transmission der dichroitischen Spiegelfläche 54 in der erfindungsgemäßen 22,5°- Anordnung, die dem entsprechenden Graphen nach Figur 6a gegenüberzustellen ist, der die Transmission der dichroitischen Spiegelfläche 54' in der üblichen 45°- Anordnung zeigt (vgl. Figur 4). Wie aus dem Vergleich der Figuren 5 und 6a deutlich wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung eine deutlich schärfere Trennung der betrachteten Spektralbereiche, in diesem Ausführungsbeispiel des sichtbaren Bereichs und des Infrarotbereichs. Demzufolge ist in der üblichen 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54' häufig ein Infrarot-Sperrfilter nachgeordnet, dessen wellenlängenabhängige Transmission in Figur 6b dargestellt ist. Ein solches Filter ist in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mehr erforderlich.
Schließlich ist in Figur 7 veranschaulicht, wie sich die Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54 in dem Reflexionsstrahlengang 66 auf die Polarisationsneutralität auswirkt. Hierzu sind in Figur 7 die Reflexionsgrade Rs und RP für die Reflexion von senkrecht bzw. parallel polarisiertem Licht an einer Glasplatte dargestellt, die eine Brechzahl von 1 ,5 aufweist. Wie der Graph nach Figur 7 zeigt, weichen die beiden Reflexionsgrade Rs und RP umso stärker voneinander ab, je größer der Ablenkwinkel α wird. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße 22,5-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54 im Hinblick auf die Polarisationsneutralität deutlich besser als die herkömmliche 45°-Anordnung.
Wie schon weiter oben erwähnt, ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf die in dem konkret beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehene 22,5°-Anordnung beschränkt ist. Der Winkel, unter dem die Flächennormale N-ι der dichroitischen Spiegelfläche 54 gegenüber der optischen Achse O des gemeinsamen Strahlengangabschnitts 72 angeordnet ist, kann auch in einem Bereich von ± 7,5° ein anderer sein, sofern er hinreichend klein ist, um die angestrebten technischen Wirkungen, nämlich einen reduzierten Strahlversatz, eine scharfe Trennung der Spektralbereiche und/oder weitgehende Polarisationsneutralität, zu erzielen. Bezugszeichenliste
10 Mikroskop
12 Objektivoptik
14, 16, 18, 20 Linsengruppen
22 Probe
24 Tubuslinse
26 Zwischenbildebene
28 Autofokusmodul
30 Laserlichtquelle
31 Kollektorlinse
32 Reflexions-Teilstrahl
34 Sperrfilter
36 Feldlinse
38 Spiegelelement
40 optisches Übertragungssystem
42, 44, 46, 48 Linsengruppen
50 Blende
52 dichroitische Strahlteileranordnung
54 dichroitische erste Spiegelfläche
56 zweite Spiegelfläche
58, 60 Trägerplatten
62 Filter
64 Detektor
66 Reflexionsstrahlengang
68 Transmissions-Teilstrahl
70 Transmissionsstrahlengang
72 gemeinsamer Strahlengangabschnitt
74 Stellvorrichtung
N1, N2 Flächennormale
a, ß, γ Winkel
x Strahlversatz

Claims

Patentansprüche
Mikroskop (10), umfassend
eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen (30), die einzeln oder gemeinsam einen Beleuchtungsstrahlengang mit Licht in mehreren
Wellenlängenbereichen erzeugen,
eine dichroitische Strahlteileranordnung (52) mit einer dichroitischen Spiegelfläche (54), die zwischen einer Objektivoptik (12) und einer Tubuslinse (24) in einem mehrere Wellenlängenbereiche umfassenden
Strahlengangabschnitt (72) angeordnet ist,
und die durch Reflexion einen Reflexions-Teilstrahl (32) in Richtung eines Reflexionsstrahlengangs (66) erzeugt
und durch Transmission einen Transmissions-Teilstrahl (68) in Richtung eines Transmissionsstrahlengangs (70) erzeugt, dessen transmittierter
Wellenlängenbereich von dem reflektierten Wellenlängenbereich des Reflexions- Teilstrahls (32) verschieden ist,
wobei die Strahlteileranordnung (52) die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls (32) gegenüber dem Beleuchtungsstrahlengang um einen vorbestimmten Ablenkwinkel (a) ändert,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dichroitische Spiegelfläche (54) unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° im Strahlengangabschnitt (72) angeordnet ist
und die Strahlteileranordnung (52) mindestens einen weiteren, in dem Reflexionsstrahlengang (66) angeordneten Spiegel (56) aufweist,
wobei die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls (32) durch die Summe aller Reflexionen an der dichroitischen Spiegelfläche (54) und dem mindestens einen weiteren Spiegel (56) um den vorbestimmten Ablenkwinkel (a) geändert ist.
Mikroskop (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Ablenkwinkel (a) 90 ° beträgt.
Mikroskop (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch genau weiteren Spiegel (56).
4. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die dichroitische Spiegelfläche (54) aus einer auf einer planparallelen, transparenten Trägerplatte (58) aufgebrachten Schichtstruktur gebildet ist.
5. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung (74) zum Entfernen und Einbringen der dichroitischen Spiegelfläche (54) aus dem bzw. in den Strahlengangabschnitt (72).
6. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der weitere Spiegel (56) fest in dem Mikroskop (10) angebracht ist.
7. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Autofokusmodul (40) mit einer Autofokus-Lichtquelle (30), die
Autofokus-Licht auf die Strahlteileranordnung (52) aussendet.
8. Mikroskop (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Autofokus-Lichtquelle (30) ausgesendete Autofokus-Licht eine im Infrarotbereich liegende Wellenlänge aufweist.
9. Mikroskop (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Autofokus-Lichtquelle (30) das Autofokus-Licht auf den außerhalb des gemeinsamen Strahlengangabschnitts (72) angeordneten weiteren Spiegel (56) aussendet,
der weitere Spiegel (56) das Autofokus-Licht auf die dichroitische Spiegelfläche (54) reflektiert, und
die dichroitische Spiegelfläche (54) den Reflexions-Teilstrahl (32) in den gemeinsamen Strahlengangabschnitt (72) reflektiert.
10. Mikroskop (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Transmissions-Teilstrahl (68) in dem gemeinsamen Strahlengangabschnitt (72) entgegen der Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls (32) auf die dichroitische Spiegelfläche (54) fällt.
1 1 . Mikroskop (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
dichroitische Spiegelfläche (54) der in dem gemeinsamen Strahlengangabschnitt (72) angeordneten Objektivoptik (12) in Ausbreitungsrichtung des Reflexions- Teilstrahls (32) vorgeordnet ist.
12. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die dichroitische Spiegelfläche (54) in einem
Unendlichstrahlengang angeordnet ist.
EP15741575.3A 2014-07-28 2015-07-28 Mikroskop mit einer strahlteileranordnung Withdrawn EP3175277A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014110606.7A DE102014110606B4 (de) 2014-07-28 2014-07-28 Mikroskop mit einer Strahlteileranordnung
PCT/EP2015/067315 WO2016016270A1 (de) 2014-07-28 2015-07-28 Mikroskop mit einer strahlteileranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3175277A1 true EP3175277A1 (de) 2017-06-07

Family

ID=53719786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15741575.3A Withdrawn EP3175277A1 (de) 2014-07-28 2015-07-28 Mikroskop mit einer strahlteileranordnung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11002978B2 (de)
EP (1) EP3175277A1 (de)
JP (1) JP6742984B2 (de)
CN (1) CN106575030A (de)
DE (1) DE102014110606B4 (de)
WO (1) WO2016016270A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6608249B2 (ja) * 2015-11-09 2019-11-20 株式会社ミツトヨ 光ピックアップ装置
CN106873079A (zh) * 2017-04-27 2017-06-20 苏州高新区建金建智能科技有限公司 一种光纤分束装置
DE102017218449B3 (de) 2017-10-16 2019-02-21 Leica Microsystems Cms Gmbh Mikroskopieverfahren mit Fokusstabilisierung, Recheneinheit, Mikroskopsystem und Computerprogrammprodukt
DE102020216541A1 (de) 2020-12-23 2022-06-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren für eine Fluoreszenzmessung für eine Analyse einer biochemischen Probe

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1045574A (en) 1961-12-08 1966-10-12 Vickers Ltd Improvements in or relating to optical apparatus
DE4231267B4 (de) 1992-09-18 2004-09-09 Leica Microsystems Wetzlar Gmbh Auflichtbeleuchtungssystem für ein Mikroskop
JP3699762B2 (ja) 1996-01-08 2005-09-28 オリンパス株式会社 走査型光学顕微鏡
JP3999479B2 (ja) * 2001-07-10 2007-10-31 オリンパス株式会社 光学装置
JP4270884B2 (ja) 2002-01-10 2009-06-03 オリンパス株式会社 顕微鏡システム
JP4370554B2 (ja) 2002-06-14 2009-11-25 株式会社ニコン オートフォーカス装置およびオートフォーカス付き顕微鏡
JP2008111914A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Olympus Corp 蛍光キューブ及びそれを備えた蛍光顕微鏡
WO2009057301A1 (ja) * 2007-10-31 2009-05-07 Nikon Corporation レーザ励起蛍光顕微鏡
JP2009297073A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Topcon Corp 手術用顕微鏡
US8362409B2 (en) 2009-10-29 2013-01-29 Applied Precision, Inc. System and method for continuous, asynchronous autofocus of optical instruments
DE102010030430B4 (de) * 2010-06-23 2015-01-29 Leica Microsystems Cms Gmbh Triangulierende Autofokuseinrichtung für Mikroskope und Verwendungen hiervon
DE102011084562B4 (de) 2011-10-14 2018-02-15 Leica Microsystems Cms Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und Korrektur von sphärischen Abbildungsfehlern in einem mikroskopischen Abbildungsstrahlengang
US9423622B2 (en) * 2012-05-17 2016-08-23 Semrock, Inc. Glass block dichroic beamsplitters

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2016016270A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6742984B2 (ja) 2020-08-19
US11002978B2 (en) 2021-05-11
JP2017522605A (ja) 2017-08-10
US20170212356A1 (en) 2017-07-27
DE102014110606A1 (de) 2016-01-28
WO2016016270A1 (de) 2016-02-04
CN106575030A (zh) 2017-04-19
DE102014110606B4 (de) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1164406B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts
DE102007024075B4 (de) Durchstimmbares akusto-optisches Filterelement, einstellbare Lichtquelle, Mikroskop und akusto-optischer Strahlteiler
EP3308210B1 (de) Abtastmikroskop
EP1752809B1 (de) Mikroskop
DE102013015933A1 (de) Hochauflösende Scanning-Mikroskopie
DE102012017920B4 (de) Optikanordnung und Lichtmikroskop
DE102012020877A1 (de) Optikanordnung und Lichtmikroskop
EP2823347A1 (de) Lichtrastermikroskop mit spektraler detektion
DE102017109645A1 (de) Lichtmikroskop und Verfahren zum Bereitstellen von strukturiertem Beleuchtungslicht
DE10115488A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts
EP1141763B1 (de) Anordnung zur separierung von anregungs- und emissionslicht in einem mikroskop
DE102012017917A1 (de) Mikroskopmodul und Lichtmikroskop
DE102014110606B4 (de) Mikroskop mit einer Strahlteileranordnung
EP3417334A1 (de) Projektionsvorrichtung für ein head-up-display, head-up-display sowie fahrzeug
EP3333611B1 (de) Optisches gerät mit mindestens einem spektral selektiven bauelement
DE102013002423A1 (de) Optikanordnung und Lichtmikroskop
EP1122574A2 (de) Mikroskop-Aufbau
EP2194420B1 (de) Vorrichtung zur Einblendung eines Bildes in den Strahlengang einer Zieloptik
DE102012106779A1 (de) Optik für Strahlvermessung
EP1019770B1 (de) Mikroskop mit auflichteinkopplung
DE10021379A1 (de) Optische Messanordnung insbesondere zur Schichtdickenmessung
WO2012069443A1 (de) Konfokales laser-scanmikroskop und ein verfahren zum untersuchen einer probe
DE102011053003A1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Weitfeld-Mikroskopie
DE102010060558B3 (de) Optisches Element zum Verteilen von Licht
AT515276B1 (de) Fernrohr mit Prismen-Umkehrsystem

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20170227

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20180808

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20181123