EP3881118A2 - Lichtblattmikroskop - Google Patents

Lichtblattmikroskop

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Publication number
EP3881118A2
EP3881118A2 EP19813417.3A EP19813417A EP3881118A2 EP 3881118 A2 EP3881118 A2 EP 3881118A2 EP 19813417 A EP19813417 A EP 19813417A EP 3881118 A2 EP3881118 A2 EP 3881118A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
illumination
lens
optical axis
objective
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Withdrawn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
EP19813417.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Knebel
Florian Fahrbach
Christof Franke
Dirk-Oliver Fehrer
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 EP3881118A2 publication Critical patent/EP3881118A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/088—Condensers for both incident illumination and transillumination
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    • 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
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    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/006—Optical details of the image generation focusing arrangements; selection of the plane to be imaged
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Definitions

  • the invention relates to a light sheet microscope, with a detection lens for imaging a target area of a sample, which is located in a focal plane of the detection lens, an illumination lens for focusing an illuminating light beam into the sample.
  • the detection lens and the lighting lens face each other, and the optical axis of the detection lens and the optical axis of the lighting lens are parallel to each other.
  • the light sheet microscope further comprises a first light deflecting device with at least a first deflecting surface and a second deflecting surface, which are arranged and formed in each case offset to the optical axis of the detection objective, the illuminating light beam focused by the illumination objective in a direction perpendicular to the optical axis of the detection objective in such a way to redirect that the deflected illuminating light bundle forms a light sheet-like illuminating light distribution focused in the focal plane.
  • a first light deflecting device with at least a first deflecting surface and a second deflecting surface, which are arranged and formed in each case offset to the optical axis of the detection objective, the illuminating light beam focused by the illumination objective in a direction perpendicular to the optical axis of the detection objective in such a way to redirect that the deflected illuminating light bundle forms a light sheet-like illuminating light distribution focused in the focal plane.
  • a light sheet microscope is known from DE 10 2011 056 914 A1, in which a light sheet-like illuminating light distribution is focused by an illuminating lens and is deflected by a light deflecting device into a focal plane in a sample that is perpendicular to the optical axis of the illuminating lens.
  • a disadvantage of this light sheet microscope is that the light deflection device must lie in the image field of the illumination lens. In the case of two opposite deflection surfaces, both of which must lie in the image field of the illumination field, the size of the sample is therefore limited by the image field of the illumination lens.
  • DE 10 2012 109 577 A1 discloses a light sheet microscope with an illumination lens and a detection lens, which are arranged opposite one another. A light sheet-like illumination light distribution is focused by the lighting lens. The illuminating light distribution is deflected into a focal plane by one or more light deflecting devices. The illumination lens and the detection lens can also be offset from one another, so that the light deflection device outside the image field of the illumination lens can be arranged for illumination larger samples with a thinner illumination light distribution.
  • this light sheet microscope is mechanically complex and involves high manufacturing costs. Since it requires far-reaching changes to the structure of the microscope, it cannot be retrofitted in existing systems.
  • the light sheet microscope according to the invention comprises a detection lens for imaging a target area of a sample, which is located in a focal plane of the detection lens, an illumination lens for focusing an illuminating light bundle into the sample.
  • the detection lens and the lighting lens face each other, and the optical axis of the detection lens and the optical axis of the lighting lens are parallel to each other.
  • the light sheet microscope further comprises a first light deflecting device with at least a first deflecting surface and a second deflecting surface, each offset from the optical axis of the detection lens are arranged and designed to deflect the illuminating light beam focused by the illuminating lens in a direction perpendicular to the optical axis of the detection lens in such a way that the deflected illuminating light beam forms a light sheet-like illuminating light distribution focused in the focal plane, and a second light deflecting device that is designed to offset the illuminating light bundle focused by the illuminating lens parallel to the optical axis of the illuminating lens and to redirect it to at least one of the two deflecting surfaces of the first light deflecting device.
  • a first light deflecting device with at least a first deflecting surface and a second deflecting surface, each offset from the optical axis of the detection lens are arranged and designed to deflect the illuminating light beam focused by the illuminating lens in
  • the invention provides that the illuminating light beam focused by the illuminating lens is offset by the second light deflecting device parallel to the optical axis of the illuminating lens. This allows the two deflecting surfaces of the first light deflecting device to be arranged outside the image field of the illumination objective. As a result, it is possible in a mechanically particularly simple manner to illuminate larger samples than in previously known light sheet microscopes. Furthermore, an illumination lens with a larger numerical aperture can also be selected without limiting the size of the sample. As a result, a thinner light sheet can be generated than in previously known light sheet microscopes and thus an improved axial resolution can be achieved. Another advantage of the invention is that the two light deflection devices can easily be retrofitted to existing light microscopes.
  • the optical axis of the detection objective is preferably arranged between the first deflecting surface and the second deflecting surface. This allows the sample to be illuminated from opposite directions with the illuminating light distribution. This can be used to increase contrast or to remove shadow artifacts.
  • the first deflection surface and / or the second deflection surface of the first light deflection device are arranged outside the image field of the illumination objective.
  • the light-sheet microscope comprises a switchable deflection element, which is arranged and formed in the beam path of the illumination objective, the illuminating light bundle focused by the illumination objective in a first setting on the first deflection surface of the first light deflection device and in a second setting on the second Deflecting surface of the first light deflecting device.
  • the deflection element can in particular be designed as a tilting mirror or a wobble plate. The direction from which the sample is illuminated can be quickly changed by means of the deflecting element. This is necessary for some light-sheet microscopic methods, in particular methods for increasing contrast or for removing shadow artifacts. This can be used to increase the image quality.
  • the second light deflection device comprises a first prism, which is arranged and formed in the beam path of the illumination lens, to deflect the illumination light beam focused by the illumination lens at a right angle to the optical axis of the illumination lens.
  • the first prism provides a mechanically simple and inexpensive way of deflecting the illuminating light beam.
  • the second Lichtumlenkvor direction comprises a second prism, which is arranged offset to the optical axis of the illuminating lens and designed to deflect the illuminating light beam focused by the illuminating lens in the direction of the first deflecting surface of the first light deflecting device, and comprises the second light deflecting device third prism, which is offset from the optical axis of the lighting lens and is configured to deflect the illuminating light beam focused by the illuminating lens in the direction of the second deflecting surface of the first light deflecting device.
  • the two prisms provide an inexpensive way of deflecting the illuminating light bundle in the direction of the first or second deflecting surface of the first light deflecting device.
  • the first prism and the second prism are designed to deflect the illuminating light beam focused by the illuminating lens in the direction of the first order deflecting surface or the second deflecting surface of the first light deflecting device parallel to the optical axis of the illuminating lens.
  • the deflection of the illuminating light bundle parallel to the optical axis of the illuminating lens is optimal with regard to the smallest possible necessary area of the two deflecting elements and the smallest possible extension of an optical path covered by the illuminating light bundle.
  • the illuminating light beam strikes the interface between the air and a medium surrounding the sample perpendicularly. This increases the optical quality of the illuminating light bundle.
  • the second Lichtumlenkvor direction comprises a first rhomboid prism, arranged offset to the optical axis of the illumination lens and designed to offset the illumination light bundle focused by the illumination lens parallel to the optical axis of the illumination lens and in the direction of the first deflection surface of the first To deflect the light deflecting device
  • the second light deflecting device comprises a second rhomboid prism, which is arranged and configured offset to the optical axis of the lighting objective and to shift the light bundles focused by the lighting lens parallel to the optical axis of the lighting objective and to deflect in the direction of the second deflecting surface of the first light deflecting device .
  • the illuminating light beam is through the first or second rhomboid prism both offset parallel to the optical axis of the illumination objective and deflected in the direction of the first deflection surface of the first light deflection device.
  • no complex adjustment is necessary in production, ie it is not necessary to align several optical elements with one another in the beam path of the illuminating light bundle.
  • Another advantage of this embodiment is that drift, ie a shift of optical elements in the beam path of the illuminating light bundle during operation, cannot result in a deterioration in the optical quality of the light-sheet microscope.
  • the light sheet microscope comprises a beam splitter element which is arranged in the beam path of the illumination objective and is designed to split the illumination light bundle as a function of a spectral composition and / or as a function of a polarization.
  • the beam splitter element can split the illuminating light bundle in such a way that a first part of the illuminating light bundle is directed onto the first deflecting element with a first spectral composition and / or a first polarization and that a second part of the illuminating light bundle is directed with a second spectral composition and / or a second polarization is directed to the second deflection element.
  • An advantage of the splitting as a function of the polarization is that the two light sheet-like illuminating light distributions propagating against one another in the sample and possibly overlapping do not interfere with one another if they have polarization orthogonal to one another.
  • the light-sheet microscope comprises a polarization element which is arranged in the beam path of the illumination objective and is designed to set a polarization of the illumination light beam.
  • the polarizing element can in particular be used to set the illuminating direction. So in this embodiment in particular by rotating the polarization of the illuminating light bundle, for example by means of a rotatable l / 2 plate in the beam path or an electro-optical modulator, there is a simple possibility of dividing the amount of light from the illuminating light bundle between the first and the second illuminating light bundle.
  • the use of a particularly fast switching polarization element, for example a Pockels cell, is particularly advantageous.
  • the switching times of Pockels cells are between 5 and 10 kHz. Through the Pockels cell, the direction of illumination can be changed at a particularly high frequency.
  • the light sheet microscope comprises an optical element for limiting the effective numerical aperture of the illuminating lens.
  • the thickness of the light sheet-like illumination light distribution can be controlled.
  • the first light deflection device can be rotated about the optical axis of the detection lens and / or the second light deflection device can be rotated about the optical axis of the illumination lens.
  • the second light deflection device is arranged between the illumination objective and the sample.
  • the light-sheet microscope is designed as an upright microscope, ie if the illumination lens is arranged below the sample and the detection lens is arranged above the sample.
  • the second light deflection device is arranged between the illumination objective and the first light deflection device.
  • Both light deflection devices are arranged on the lighting objective.
  • the light-sheet microscope is designed as an inverse microscope, ie if the illumination lens is arranged above the sample and the detection lens is arranged below the sample.
  • the light sheet microscope can be designed both as an upright and as an inverted microscope.
  • Figure 1 is a schematic representation of a light sheet microscope as a first exemplary embodiment from
  • FIG. 2 shows a further schematic illustration of the light sheet microscope according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the light-sheet microscope with two rhomboid prisms as a second exemplary embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of the light sheet microscope with a
  • Beam splitter element as a third embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of an inverted light sheet microscope Mikroskop as a fourth embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the inverted light-sheet microscope as a fifth exemplary embodiment
  • Figure 7 is a schematic representation of a light sheet microscope according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a light sheet microscope 10 as the first exemplary embodiment.
  • the light sheet microscope 10 comprises a detection objective 12 and an illumination objective 14, which are aimed at a sample 16.
  • the light sheet microscope 10 further comprises a first light deflection device 18 arranged on the detection objective 12 and a second light deflection device 20 arranged on the illumination objective 14.
  • the detection lens 12 and the lighting lens 14 are fixedly arranged opposite one another.
  • the optical axes of the two lenses 12, 14 are collinear, i.e. the two objectives 12, 14 have a common optical axis 0.
  • a sample space 22 is formed by the space between the two objectives 12, 14.
  • the sample 16 is arranged in the sample space 22 on a platform 24 and embedded in a substrate.
  • the platform 24 is arranged on a sample carrier 25, which in the exemplary embodiment shown is designed as a cover glass.
  • the sample carrier 25 can also be designed as a Petri dish or microtiter plate.
  • the sample carrier 25 can be moved along the optical axis O of the two objectives 12, 14, which is indicated in FIG. 1 by a double arrow PI.
  • An immersion medium is inserted between the sample carrier 25 and the detection objective 12, which is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity.
  • the first light deflection device 18 comprises a first deflection surface 26 and a second deflection surface 28, which are arranged laterally offset from the optical axis O.
  • the deflecting surfaces 26, 28 are each inclined by 45 ° in the direction of the optical axis 0.
  • the second light deflection device 20 comprises three prisms 30, 32, 34.
  • the three prisms 30, 32, 34 each have a cross section in the form of an isosceles, right-angled triangle, the surfaces of the three prisms 30, 32 assigned to the short sides of the triangle , 34 are mirrored.
  • a first prism 30 is arranged in a beam path of the illumination lens 14, the non-mirrored surface of the prism 30 assigned to the long side of the triangle facing the detection lens 12.
  • a second and a third prism 32, 34 are arranged offset to the optical axis O, the non-mirrored surfaces of the prism elements 32, 34 assigned to the long side of the triangle each facing the illuminating lens 14.
  • an illuminating light bundle 38 is generated and focused by the illuminating lens 14.
  • the target area 36 of the sample 16 is in particular a focal plane of the detection objective 12.
  • the illuminating light bundle 38 falls on one of the two mirrored surfaces of the first prism 30 and is directed in the direction of the second prism 32, ie to the right in FIG. redirected.
  • the second prism 32 directs the illuminating light bundle 38 parallel to the optical axis O onto the first deflecting surface 26.
  • the deflecting of the illuminating light bundle 38 parallel to the optical axis O is optimal with regard to the smallest possible necessary area of the first deflecting element 26 and the smallest possible extension of one by the illuminating light bundle 38 covered optical path, but not absolutely necessary.
  • the first deflecting surface 26 deflects the illuminating light bundle 38 in the direction of the sample space 22, ie to the left in FIG. 1, and onto the sample 16, as a result of which a light-sheet-like illuminating light distribution is formed in the target area 36 of the sample 16.
  • the illuminating light bundle 38 can be deflected such that after leaving the illuminating lens 14 it falls on one of the two mirrored surfaces of the first prism 30 and is deflected in the direction of the third prism 34, ie to the left in FIG. 1.
  • the deflection element is described below with reference to Figure 2 and there with the reference numeral 40 be.
  • the third prism 34 deflects the illuminating light bundle 38 parallel to the optical axis O onto the second deflecting surface 28.
  • the second deflecting surface 28 deflects the illuminating light bundle 38 in the direction of the sample space 22, ie to the right in FIG. 1, and onto the sample 16, thereby the light-sheet-like illuminating light distribution is formed in the target area 36 of the sample 16. This makes it possible to illuminate the sample 16 alternately from opposite directions.
  • FIG. 2 shows a further schematic illustration of the light-sheet microscope 10 according to FIG. 1.
  • a device 92 for generating the illumination light beam 38 is shown.
  • the device 92 comprises a light source 94 and the switchable deflecting element 40.
  • the light source 94 generates illuminating light 98, which is directed by the deflecting element 40 onto the illuminating lens 14 such that after passing through it falls onto another of the two mirrored surfaces of the first prism 30 and towards the second prism 32, ie in Figure 2 to the right, or the third prism 34, i.e. is deflected to the left in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the light-sheet microscope 42 as a second exemplary embodiment.
  • the light sheet microscope 42 according to FIG. 3 differs from the light sheet microscope 10 according to FIGS. 1 and 2 essentially in that the second light deflection device 44 of the light sheet microscope 42 according to FIG. 2 comprises two rhomboid prisms 46, 48 instead of the three prisms 30, 32, 34. Same or equivalent elements are designated in Figures 1 and 3 with the same reference numeral Chen.
  • the illuminating light bundle 38 falls into the first rhomboid prism 46. This illuminates the illuminating light bundle 38 away from the optical axis 0, i.e. 3 to the right, steered and deflected parallel to the optical axis in the direction of the first deflection surface 26. Through the first deflecting surface 26, the illuminating light beam 38 is directed in the direction of the sample space 22, i.e. 3 to the left, and deflected onto the sample 16, whereby the light-sheet-like illuminating light distribution is formed in the target area 36 of the sample 16.
  • the switchable deflecting element 40 can be used to deflect the illuminating light bundle 38 such that it falls into the second rhomboid prism 48 after leaving the illuminating objective 14. By this, the illuminating light beam 38 is moved away from the optical axis 0, i.e. 3 to the left, steered and deflected parallel to the optical axis in the direction of the second deflecting surface 28. This makes it possible to illuminate the sample alternately from opposite directions.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the light-sheet microscope 50 as a third exemplary embodiment.
  • the light sheet microscope 50 according to FIG. 4 differs from the light sheet microscope 10 according to FIG. 1 essentially in that the second light deflection device 52 of the light sheet microscope 42 according to FIG. 3 comprises a beam part element 54 instead of the first prism 30.
  • the same or equivalent elements are designated in Figures 1 and 4 with the same reference numerals.
  • the second light deflection device 52 further comprises the second and third prisms 56, 58, which are arranged offset to the optical axis O. In contrast to the light sheet microscope 10 according to FIGS. 1 and 2, only the surfaces assigned to the long side of the triangle are mirrored. In an alternative embodiment, both prisms 56, 58 of the second light deflection device 52 according to FIG. 4 replace the two prisms 32, 34 of the second light deflection device 20 according to FIGS. 1 and 2. A particularly compact design of the second light deflection device 20 is achieved.
  • the beam splitter element 54 is designed as a so-called X-Cube, which is composed of four prisms, each of which has the cross section in the form of an isosceles, right-angled triangle.
  • the beam splitter element 54 is arranged in the beam path of the illumination objective 14 and is designed to split the illumination light bundle 38 as a function of a spectral composition and / or as a function of a polarization, i.e.
  • a first part 60 of the illuminating light bundle 38 is deflected to the right in FIG. 4 and a second part 62 of the illuminating light bundle 38 is deflected to the left in FIG. 4.
  • This separation can take place depending on the coating of the four prisms of the beam divider element 54 according to spectral composition and / or polarization.
  • a color-neutral splitting is also conceivable, in particular in equal proportions.
  • the sample 16 can be illuminated continuously on both sides.
  • the first part 60 of the illuminating light bundle 38 falls on the second prism 56 and is deflected by this in the direction of the first deflection surface 26.
  • the second part 62 of the illuminating light bundle 38 falls on the third prism 58 and is deflected by this in the direction of the second deflection surface 28.
  • the switchable deflecting element 40 can be dispensed with.
  • Controlling the direction of illumination, ie deflecting the illuminating light bundle 38 in FIG. 4 from the right or left, can be done in a simple manner by controlling the spectral composition and / or rotating the polarization of the illuminating light bundle 38, for example by Exchangeable and / or rotatable (spectral) filters, 1/2, 1/4 plates and / or a Pockel cell.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the light sheet microscope 64 as a fourth exemplary embodiment.
  • the light sheet microscope 64 according to FIG. 5 differs from the light sheet microscope 50 according to FIG. 4 essentially in that it is designed as an inverted microscope, i.e. the detection lens 12 is located below the sample 16 and the illumination lens 14 is located above the sample 16. Equal or equivalent elements are denoted in Figures 1 and 5 with the same reference numerals.
  • the light sheet microscope 64 according to FIG. 5 also differs from the light sheet microscope 50 according to FIG. 4 in that the first light deflecting device 18 is arranged on the second light deflecting device 52, so that the second light deflecting device 52 is arranged between the illumination objective 14 and the first light deflecting device 18 is.
  • the sample 16 is arranged in a sample carrier 66, also called a “container”.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an inverted light sheet microscope 86 as a fourth exemplary embodiment.
  • the inverse light sheet microscope 86 according to FIG. 6 differs from the inverse light sheet microscope 64 according to FIG. 5 essentially in that the second and the third prism 88, 90 are tilted by an angle different from 45 ° against the optical axis O, so that the latter deflect the illuminating light bundle 38 at an angle other than 90 °.
  • the same or equivalent elements are shown in Figures 1 and 6 with the same reference numerals be.
  • the second and the third prism 88, 90 deflect the illuminating light bundle 38 away from the optical axis 0.
  • the illuminating light bundle 38 does not run parallel to the optical axis 0 after leaving the second or third prism.
  • the distance between the first deflection surface 26 and the second deflection surface 26 can be selected to be larger, so that the sample space 22 is larger.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a light-sheet microscope 68 according to the prior art.
  • the light sheet microscope 68 comprises a detection objective 70 and an illumination objective 72, which are directed onto a sample 74.
  • the light sheet microscope 68 further comprises a light deflection device 76 arranged on the detection objective 70.
  • the detection lens 70 and the illumination lens 72 are fixedly arranged opposite one another.
  • a sample space 78 is formed by the space between the two objectives 72, 72.
  • the sample 74 is arranged in the sample space 78 on a pedestal 80.
  • the platform 80 is movable, which is indicated in FIG. 7 by a double arrow P2.
  • the light deflection device 76 comprises a deflection surface 82, which is arranged laterally offset to the optical axis O and is inclined by 45 ° in the direction of the optical axis O.
  • an illuminating light bundle 84 is generated and focused by the illuminating lens 72. After leaving the illumination objective 14, the illuminating light bundle 84 falls on the deflecting surface 82 of the light deflecting device 76. The first deflecting surface 82 deflects the illuminating light bundle 84 in the direction of the sample space 78, ie to the left in FIG. 7, and onto the sample 74. whereby a light sheet-like illuminating light distribution is formed in the sample 74.

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Abstract

Beschrieben ist ein Mikroskopsystem (100, 200) zur Untersuchung einer Probe (118), umfassend ein Mikroskop (102) mit einem verfahrbaren Mikroskoptisch (116), auf dem die zu untersuchende Probe (118) positionierbar ist, und eine Steuerung (104). Die Steuerung (104) ist ausgebildet ist, ein erstes Positionssignal an den Mikroskoptisch (116) zu übermitteln, anhand dessen der Mikroskoptisch (116) in eine erste Tischposition verfahrbar ist, das Mikroskop (102) zu veranlassen, in einem ersten Untersuchungsschritt einen der ersten Tischposition zugeordneten ersten Bereich der Probe (118) zu untersuchen, wenn der Mikroskoptisch (116) in die erste Tischposition verfahren ist, wenigstens ein zweites Positionssignal an den Mikrokoptisch (116) zu übermitteln, anhand dessen der Mikroskoptisch (116) in eine zweite Tischposition verfahrbar ist, und das Mikroskop (102) zu veranlassen, in einem zeitlich auf den ersten Untersuchungsschritt folgenden zweiten Untersuchungsschritt einen der zweiten Tischposition zugeordneten zweiten Bereich der Probe (118) zu untersuchen, wenn der Mikroskoptisch (116) in die zweite Tischposition verfahren ist. Die Steuerung (104) ist ferner ausgebildet, das zweite Positionssignal an den Mikroskoptisch (116) zu übermitteln, während der Mikroskoptisch (116) in die erste Tischposition verfahren wird.

Description

Lichtblattmikroskop
Die Erfindung betrifft ein Lichtblattmikroskop, mit einem Detektionsobjektiv zum Ab bilden eines Zielbereichs einer Probe, der sich in einer Fokusebene des Detektionsob jektivs befindet, einem Beleuchtungsobjektiv zum Fokussieren eines Beleuchtungs lichtbündels in die Probe. Das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsobjektiv liegen einander gegenüber, und die optische Achse des Detektionsobjektivs und die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs sind parallel zueinander. Das Lichtblatt Mikroskop umfasst ferner eine erste Lichtumlenkvorrichtung mit wenigstens einer ersten Um lenkfläche und einer zweiten Umlenkfläche, die jeweils versetzt zur optischen Achse des Detektionsobjektivs angeordnet und ausgebildet sind, das durch das Beleuch tungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbündel in eine Richtung senkrecht zur op tischen Achse des Detektionsobjektivs derart umzulenken, dass das umgelenkte Be leuchtungslichtbündel eine in die Fokusebene fokussierte lichtblattartige Beleuch tungslichtverteilung bildet.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige optische Anordnungen zur Realisie rung eines Lichtblattmikroskops bekannt. Beispielsweise ist aus DE 10 2011 056 914 Al ein Lichtblattmikroskop bekannt, bei dem eine lichtblattartige Beleuchtungslicht verteilung durch ein Beleuchtungsobjektiv fokussiert und durch eine Lichtumlenkvor richtung in eine Fokusebene in einer Probe umgelenkt wird, die senkrecht zur opti schen Achse des Beleuchtungsobjektivs liegt. Nachteilig bei diesem Lichtblattmikro skop ist, dass die Lichtumlenkvorrichtung im Bildfeld des Beleuchtungsobjektivs liegen muss. Bei zwei gegenüberliegenden Umlenkflächen, die beide im Bildfeld des Beleuch tungsfeldes liegen müssen ist die Größe der Probe damit durch das Bildfeld des Be leuchtungsobjektivs begrenzt. Ferner kann die Probe nur mit einer vergleichsweise di cken Beleuchtungslichtverteilung beleuchtet werden, was die maximal erreichbare axiale Auflösung begrenzt. Aus der DE 10 2012 109 577 Al ist ein Lichtblattmikroskop mit einem Beleuchtungs objektiv und einem Detektionsobjektiv, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, bekannt. Durch das Beleuchtungsobjektiv wird eine lichtblattartige Beleuch tungslichtverteilung fokussiert. Die Beleuchtungslichtverteilung wird durch eine oder mehrere Lichtumlenkvorrichtungen in eine Fokusebene umgelenkt. Das Beleuchtungs objektiv und das Detektionsobjektiv können ferner gegeneinander versetzt werden, so dass die Lichtumlenkvorrichtung außerhalb des Bildfeldes des Beleuchtungsobjek tivs zur Beleuchtung größere Proben mit einer dünneren Beleuchtungslichtverteilung angeordnet werden kann. Dieses Lichtblattmikroskop ist jedoch mechanisch aufwen dig und mit hohen Fertigungskosten verbunden. Da es tiefgreifende Änderungen am Aufbau des Mikroskops erfordert, kann es nicht in bestehenden Systemen nachgerüs tet werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lichtblattmikroskop anzugeben, das es erlaubt grö ßere Proben mit einer verbesserten axiale Auflösung als herkömmliche Lichtblattmik roskope abzubilden und dabei mechanisch einfach und kostengünstig herzustellen und nachrüstbar ist.
Die Aufgabe wird durch ein Lichtblattmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Lichtblattmikroskop umfasst ein Detektionsobjektiv zum Ab bilden eines Zielbereichs einer Probe, der sich in einer Fokusebene des Detektionsob jektivs befindet, ein Beleuchtungsobjektiv zum Fokussieren eines Beleuchtungslicht bündels in die Probe. Das Detektionsobjektiv und das Beleuchtungsobjektiv liegen ei nander gegenüber, und die optische Achse des Detektionsobjektivs und die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs sind parallel zueinander. Das Lichtblatt Mikroskop umfasst ferner eine erste Lichtumlenkvorrichtung mit wenigstens einer ersten Um lenkfläche und einer zweiten Umlenkfläche, die jeweils versetzt zur optischen Achse des Detektionsobjektivs angeordnet und ausgebildet sind, das durch das Beleuch tungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbündel in eine Richtung senkrecht zur op tischen Achse des Detektionsobjektivs derart umzulenken, dass das umgelenkte Be leuchtungslichtbündel eine in die Fokusebene fokussierte lichtblattartige Beleuch tungslichtverteilung bildet, und eine zweite Lichtumlenkvorrichtung, die ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbündel parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs zu versetzen und auf wenigstens eine der beiden Umlenkflächen der ersten Lichtumlenkvorrichtung umzulenken.
Die Erfindung sieht vor, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungs lichtbündel durch die zweite Lichtumlenkvorrichtung parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs zu versetzen. Dies erlaubt es, die beiden Umlenkflächen der ersten Lichtumlenkvorrichtung außerhalb des Bildfeldes des Beleuchtungsobjektivs anzuordnen. Hierdurch ist es auf eine mechanisch besonders einfach Weise möglich, größere Proben als bei bisher bekannten Lichtblattmikroskopen zu beleuchten. Ferner kann auch ein Beleuchtungsobjektiv mit einer größeren numerischen Apertur gewählt werden, ohne dabei die Größe der Probe zu begrenzen. Hierdurch kann ein dünneres Lichtblatt als bei bisher bekannten Lichtblattmikroskopen erzeugt und somit eine ver besserte axiale Auflösung erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt da ran, dass die beiden Lichtumlenkvorrichtungen leicht an bereits vorhandenen Licht blattmikroskopen nachgerüstet werden können.
Vorzugsweise ist die optische Achse des Detektionsobjektivs zwischen der ersten Um lenkfläche und der zweiten Umlenkfläche angeordnet. Hierdurch kann die Probe aus entgegengesetzten Richtungen mit der Beleuchtungslichtverteilung beleuchtet wer den. Dies kann zur Kontrasterhöhung oder zur Beseitigung von Schattenartfakten ge nutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Umlenkfläche und/oder die zweite Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung außerhalb des Bildfeldes des Beleuchtungsobjektivs angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtblattmikroskop ein umschaltbares Umlenkelement, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Be leuchtungslichtbündel in einer ersten Einstellung auf die erste Umlenkfläche der ers ten Lichtumlenkvorrichtung und in einer zweiten Einstellung auf die zweite Umlenk fläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung umzulenken. Das Umlenkelement kann ins besondere als Kippspiegel oder Wackelplatte ausgebildet sein. Durch das Umlenkele ment kann schnell die Richtung gewechselt werden, aus der die Probe beleuchtet wird. Dies ist für einige lichtblattmikroskopische Verfahren, insbesondere Verfahren zur Kontrasterhöhung oder zur Beseitigung von Schattenartfakten, nötig. Dies kann zur Erhöhung der Bildqualität genutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Lichtumlenkvorrichtung ein erstes Prisma, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbün del im rechten Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs umzulenken. Durch das erste Prisma ist eine mechanisch einfache und kostengünstige Art und Weise gegeben, eine Umlenkung des Beleuchtungslichtbündels zu realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Lichtumlenkvor richtung ein zweites Prisma, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjek tivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbündel in Richtung der ersten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenk vorrichtung umzulenken, und umfasst die zweite Lichtumlenkvorrichtung ein drittes Prisma, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbün del in Richtung der zweiten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung umzu lenken. Durch die beiden Prismen ist eine kostengünstige Art und Weise gegeben, das Beleuchtungslichtbündel in Richtung der ersten bzw. zweiten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung umzulenken.
Insbesondere sind das erste Prisma und das zweite Prisma ausgebildet, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungslichtbündel in Richtung der ersten Um lenkfläche bzw. der zweiten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs umzulenken. Das Umlenken des Be leuchtungslichtbündels parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs ist op timal hinsichtlich einer kleinstmöglichen nötigen Fläche der beiden Umlenkelemente und der kleinstmöglichen Verlängerung eines durch das Beleuchtungslichtbündel zu rückgelegten optischen Wegs. Hierdurch trifft das Beleuchtungslichtbündel senkrecht auf die Grenzfläche zwischen der Luft und einem die Probe umgebenden Medium. Hierdurch wird die die optische Qualität des Beleuchtungslichtbündels erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Lichtumlenkvor richtung ein erstes Rhomboidprisma, versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungs objektivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokus sierte Beleuchtungslichtbündel parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjek tivs zu versetzen und in Richtung der ersten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvor richtung umzulenken, und umfasst die zweite Lichtumlenkvorrichtung ein zweites Rhomboidprisma, versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv fokussierte Beleuchtungs lichtbündel parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs zu versetzen und in Richtung der zweiten Umlenkfläche der ersten Lichtumlenkvorrichtung umzulen ken. In dieser Ausführungsform wird das Beleuchtungslichtbündel durch das erste bzw. zweite Rhomboidprisma sowohl parallel zur optischen Achse des Beleuchtungs objektivs versetzt als auch in Richtung der ersten Umlenkfläche der ersten Lichtum- lenkvorrichtung umgelenkt. Hierdurch ist in der Fertigung keine aufwendige Justage nötig, d.h. es ist nicht notwendig, mehrere optische Elemente in dem Strahlengang des Beleuchtungslichtbündels aufeinander auszurichten. Ein weiterer Vorteil dieser Aus führungsform liegt darin, dass es nicht durch Drift, d.h. eine Verschiebung optischer Elemente in dem Strahlengang des Beleuchtungslichtbündels im Betrieb, zu einer Ver schlechterung der optischen Qualität des Lichtblattmikroskops kommen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtblattmikroskop ein Strahlteilerelement, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, das Beleuchtungslichtbündel in Abhängigkeit einer spektralen Zu sammensetzung und/oder in Abhängigkeit einer Polarisation aufzuspalten. Insbeson dere kann das Strahlteilerelement das Beleuchtungslichtbündel derart aufspalten, dass ein erster Teil des Beleuchtungslichtbündels mit einer ersten spektralen Zusam mensetzung und/oder einer ersten Polarisation auf das erste Umlenkelement gelenkt wird und dass ein zweiter Teil des Beleuchtungslichtbündels mit einer zweiten spekt ralen Zusammensetzung und/oder einer zweiten Polarisation auf das zweite Umlen kelement gelenkt wird. Ein Vorteil der Aufspaltung in Abhängigkeit der Polarisation besteht darin, dass die beiden in der Probe gegeneinander propagierenden und sich gegebenenfalls überlagernden lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilungen nicht miteinander interferieren, wenn sie zueinander orthogonale Polarisation aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtblattmikroskop ein Polarisationselement, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs angeordnet und ausgebildet ist, eine Polarisation des Beleuchtungslichtbündels einzustellen. In Verbindung mit dem Strahlteiler, das das Beleuchtungslichtbündel in Abhängigkeit ei ner Polarisation aufspaltet, kann das Polarisationselement insbesondere dazu genutzt werden, die Beleuchtungsrichtung einzustellen. In dieser Ausführungsform ist somit insbesondere durch eine Drehung der Polarisation des Beleuchtungslichtbündels, bei spielsweise durch ein drehbares l/2-Plätchen im Strahlengang oder einen elektroop tischen Modulator, ist eine einfache Möglichkeit, die Lichtmenge des Beleuchtungs lichtbündels zwischen dem ersten und dem zweiten Beleuchtungslichtbündel aufzu teilen, gegeben. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines besonders schnell schaltenden Polarisationselements, beispielsweise einer Pockels-Zelle. Die Schaltzei ten von Pockels-Zellen liegen zwischen 5 und 10 kHz. Durch die Pockels-Zelle kann so mit ein Wechsel der Beleuchtungsrichtung mit einer besonders hohen Frequenz erfol gen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lichtblattmikroskop ein Optikelement zur Begrenzung effektiven numerischen Apertur des Beleuchtungsob jektivs. Durch die Begrenzung der numerischen Apertur des Beleuchtungsobjektivs kann die Dicke der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung gesteuert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Lichtumlenkvorrich- tung um die optische Achse des Detektionsobjektivs drehbar und/oder die zweite Lich- tumlenkvorrichtung um die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs drehbar ange ordnet. Hierdurch kann eine Beleuchtungsrichtung, d.h. die Richtung, aus der die Probe mit der lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung beleuchtet wird, einge stellt werden, ohne die Probe selbst zu bewegen, was bei besonders empfindlichen Proben vorteilhaft sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Lichtumlenkvorrichtung zwischen dem Beleuchtungsobjektiv und der Probe angeordnet. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Lichtblattmikroskop als ein aufrechtes Mikroskop ausge bildet ist, d.h. wenn das Beleuchtungsobjektiv unterhalb der Probe und das Detekti onsobjektiv oberhalb der Probe angeordnet ist. Alternativ hierzu ist die zweite Lichtumlenkvorrichtung zwischen dem Beleuchtungs objektiv und der ersten Lichtumlenkvorrichtung angeordnet. Mit anderen Worten: Beide Lichtumlenkvorrichtungen sind an dem Beleuchtungsobjektiv angeordnet. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn das Lichtblattmikroskop als ein inverses Mikro skop ausgebildet ist, d.h. wenn das Beleuchtungsobjektiv oberhalb der Probe das De tektionsobjektiv unterhalb der Probe angeordnet ist.
Das Lichtblattmikroskop kann sowohl als aufrechtes als auch als inverses Mikroskop ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Lichtblattmikroskops als erstes Aus führungsbeispiel;
Figur 2 eine weitere schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops nach Fi gur 1;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops mit zwei Rhom- boidprismen als zweites Ausführungsbeispiel;
Figur 4 eine schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops mit einem
Strahlteilerelement als drittes Ausführungsbeispiel;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines inversen Lichtblattmikroskops Mik roskop als viertes Ausführungsbeispiel;
Figur 6 eine schematische Darstellung des inversen Lichtblattmikroskops als fünftes Ausführungsbeispiel; und Figur 7 eine schematische Darstellung eines Lichtblattmikroskops nach dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtblattmikroskops 10 als erstes Ausführungsbeispiel. Das Lichtblattmikroskop 10 umfasst ein Detektionsobjektiv 12 und ein Beleuchtungsobjektiv 14, die auf eine Probe 16 gerichtet sind. Das Lichtblatt mikroskop 10 umfasst ferner eine an dem Detektionsobjektiv 12 angeordnete erste Lichtumlenkvorrichtung 18 und eine an dem Beleuchtungsobjektiv 14 angeordnete zweite Lichtumlenkvorrichtung 20.
Das Detektionsobjektiv 12 und das Beleuchtungsobjektiv 14 sind einander gegenüber liegend fest angeordnet. Die optischen Achsen der beiden Objektive 12, 14 sind kolli- near, d.h. die beiden Objektive 12, 14 haben eine gemeinsame optische Achse 0. Durch den Zwischenraum zwischen den beiden Objektiven 12, 14 ist ein Probenraum 22 gebildet.
Die Probe 16 ist in dem Probenraum 22 auf einem Podest 24 angeordnet und in ein Substrat eingebettet. Das Podest 24 ist auf einem Probenträger 25 angeordnet, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Deckglas ausgebildet ist. Alternativ kann der Probenträger 25 auch als eine Petrischale oder Mikrotiterplatte ausgebildet sein. Der Probenträger 25 ist entlang der optischen Achse O der beiden Objektive 12, 14 bewegbar, was in Figur 1 durch einen Doppelpfeil PI angedeutet ist. Zwischen dem Probenträger 25 und dem Detektionsobjektiv 12 ist ein Immersionsmedium einge bracht, das in Figur 1 der Übersicht halber nicht eingezeichnet ist.
Die erste Lichtumlenkvorrichtung 18 umfasst eine erste Umlenkfläche 26 und eine zweite Umlenkfläche 28, die seitlich versetzt zur optischen Achse O angeordnet sind. Die Umlenkflächen 26, 28 sind jeweils um 45° in Richtung der optischen Achse 0 ge neigt.
Die zweite Lichtumlenkvorrichtung 20 umfasst drei Prismen 30, 32, 34. Die drei Pris men 30, 32, 34 haben jeweils einen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, wobei die den kurzen Seiten des Dreiecks zugeordneten Flä chen der drei Prismen 30, 32, 34 verspiegelt sind. Ein erstes Prisma 30 ist in einem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs 14 angeordnet, wobei die der langen Seite des Dreiecks zugeordnete, nichtverspiegelte Fläche des Prismas 30 dem Detektions objektiv 12 zugewandt ist. Ein zweites und ein drittes Prisma 32, 34 sind versetzt zur optischen Achse O angeordnet, wobei die der langen Seite des Dreiecks zugeordneten, nichtverspiegelten Flächen der Prismaelemente 32, 34 jeweils dem Beleuchtungsob jektiv 14 zugewandt sind.
Zur Beleuchtung eines Zielbereichs 36 der Probe 16 wird ein Beleuchtungslichtbündel 38 erzeugt und durch das Beleuchtungsobjektiv 14 fokussiert. Der Zielbereich 36 der Probe 16 ist insbesondere eine Fokusebene des Detektionsobjektivs 12. Nach Verlas sen des Beleuchtungsobjektivs 14 fällt das Beleuchtungslichtbündel 38 auf eine der beiden verspiegelten Flächen des ersten Prismas 30 und wird in Richtung des zweiten Prismas 32, d.h. in Figur 1 nach rechts, umgelenkt. Das zweite Prisma 32 lenkt das Be leuchtungslichtbündel 38 parallel zur optischen Achse O auf die erste Umlenkfläche 26. Das Umlenken des Beleuchtungslichtbündels 38 parallel zur optischen Achse O ist optimal hinsichtlich einer kleinstmöglichen nötigen Fläche des ersten Umlenkele ments 26 und der kleinstmöglichen Verlängerung eines durch das Beleuchtungslicht bündel 38 zurückgelegten optischen Wegs, aber nicht zwingend notwendig. Durch die erste Umlenkfläche 26 wird das Beleuchtungslichtbündel 38 in Richtung des Proben raums 22, d.h. in Figur 1 nach links, und auf die Probe 16 abgelenkt, wodurch in dem Zielbereich 36 der Probe 16 eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung gebildet wird. Durch ein umschaltbares Umlenkelement kann das Beleuchtungslichtbündel 38 derart umgelenkt werden, dass es nach Verlassen des Beleuchtungsobjektivs 14 auf eine an dere der beiden verspiegelten Flächen des ersten Prismas 30 fällt und in Richtung des dritten Prismas 34, d.h. in Figur 1 nach links, umgelenkt wird. Das Umlenkelement ist weiter unten anhand von Figur 2 beschrieben und dort mit dem Bezugszeichen 40 be zeichnet. Das dritte Prisma 34 lenkt das Beleuchtungslichtbündel 38 parallel zur opti schen Achse O auf die zweite Umlenkfläche 28. Durch die zweite Umlenkfläche 28 wird das Beleuchtungslichtbündel 38 in Richtung des Probenraums 22, d.h. in Figur 1 nach rechts, und auf die Probe 16 abgelenkt, wodurch in dem Zielbereich 36 der Probe 16 die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung gebildet wird. Es ist hierdurch möglich, die Probe 16 abwechselnd aus entgegengesetzten Richtungen zu beleuchten.
Figur 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops 10 nach Figur 1. In Figur 2 ist insbesondere eine Vorrichtung 92 zur Erzeugung des Beleuch tungslichtstrahls 38 gezeigt.
Die Vorrichtung 92 umfasst eine Lichtquelle 94 und das umschaltbare Umlenkelement 40. Die Lichtquelle 94 erzeugt Beleuchtungslicht 98, das durch das Umlenkelement 40 derart auf das Beleuchtungsobjektiv 14 gerichtet wird, dass es nach Durchtritt auf eine andere der beiden verspiegelten Flächen des ersten Prismas 30 fällt und in Richtung des zweiten Prismas 32, d.h. in Figur 2 nach rechts, bzw. des dritten Prismas 34, d.h. in Figur 2 nach links, umgelenkt wird.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops 42 als zweites Ausführungsbeispiel. Das Lichtblattmikroskop 42 nach Figur 3 unterscheidet sich von den Lichtblattmikroskop 10 nach den Figuren 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung 44 des Lichtblattmikroskops 42 nach Figur 2 zwei Rhomboidprismen 46, 48 anstelle der drei Prismen 30, 32, 34 umfasst. Gleiche oder gleichwirkendende Elemente sind in den Figuren 1 und 3 mit dem gleichen Bezugszei chen bezeichnet.
Nach Verlassen des Beleuchtungsobjektivs 14 fällt das Beleuchtungslichtbündel 38 in das erste Rhomboidprisma 46. Durch dieses wird das Beleuchtungslichtbündel 38 von der optischen Achse 0 weg, d.h. in Figur 3 nach rechts, gelenkt und parallel zur opti schen Achse in Richtung der ersten Umlenkfläche 26 umgelenkt. Durch die erste Um lenkfläche 26 wird das Beleuchtungslichtbündel 38 in Richtung des Probenraums 22, d.h. in Figur 3 nach links, und auf die Probe 16 abgelenkt, wodurch in dem Zielbereich 36 der Probe 16 die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung gebildet wird.
Durch das umschaltbare Umlenkelement 40 kann das Beleuchtungslichtbündel 38 der art umgelenkt werden, dass es nach Verlassen des Beleuchtungsobjektivs 14 in das zweite Rhomboidprisma 48 fällt. Durch dieses wird das Beleuchtungslichtbündel 38 von der optischen Achse 0 weg, d.h. in Figur 3 nach links, gelenkt und parallel zur op tischen Achse in Richtung der zweiten Umlenkfläche 28 umgelenkt. Es ist hierdurch möglich, die Probe abwechselnd aus entgegengesetzten Richtungen zu beleuchten.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops 50 als drittes Ausführungsbeispiel. Das Lichtblattmikroskop 50 nach Figur 4 unterscheidet sich von den Lichtblattmikroskop 10 nach Figur 1 im Wesentlichen dadurch, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung 52 des Lichtblattmikroskops 42 nach Figur 3 ein Strahlteile relement 54 anstelle des ersten Prismas 30 umfasst. Gleiche oder gleichwirkendende Elemente sind in den Figuren 1 und 4 mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die zweite Lichtumlenkvorrichtung 52 umfasst ferner das zweite und dritte Prisma 56, 58, die versetzt zur optischen Achse O angeordnet sind. Anders als bei dem Lichtblatt mikroskop 10 nach den Figuren 1 und 2 sind bei diesen jeweils nur die der langen Seite des Dreiecks zugeordneten Flächen verspiegelt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ersetzen beiden Prismen 56, 58 der zweiten Lichtumlenkvorrichtung 52 nach Figur 4 die beiden Prismen 32, 34 der zweiten Lich- tumlenkvorrichtung 20 nach den Figuren 1 und 2. Flierdurch wird eine besonders kom pakte Bauform der zweiten Lichtumlenkvorrichtung 20 erreicht.
In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Strahlteilerelement 54 als so genannter X-Cube ausgebildet, der aus vier Prismen zusammengesetzt ist, die jeweils den Querschnitt in Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks haben. Das Strahlteilerelement 54 ist in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs 14 angeord net und ausgebildet, das Beleuchtungslichtbündel 38 in Abhängigkeit einer spektralen Zusammensetzung und/oder in Abhängigkeit einer Polarisation aufzuspalten, d.h. ein erster Teil 60 des Beleuchtungslichtbündels 38 wird in Figur 4 nach rechts umgelenkt und ein zweiter Teil 62 des Beleuchtungslichtbündels 38 wird in Figur 4 nach links um gelenkt. Diese Auftrennung kann je nach Beschichtung der vier Prismen des Strahltei lerelements 54 nach spektraler Zusammensetzung und/oder Polarisation erfolgen. Es ist auch eine farbneutrale Aufspaltung, insbesondere zu gleichen Anteilen denkbar. Flierdurch kann die Probe 16 durchgängig beidseitig beleuchtet werden.
Der erste Teil 60 des Beleuchtungslichtbündel 38 fällt auf zweite Prisma 56 und wird durch dieses in Richtung der ersten Umlenkfläche 26 umgelenkt. Der zweite Teil 62 des Beleuchtungslichtbündel 38 fällt auf dritte Prisma 58 und wird durch dieses in Rich tung der zweiten Umlenkfläche 28 umgelenkt.
In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kann auf das umschaltbare Umlen kelement 40 verzichtet werden. Eine Steuerung der Beleuchtungsrichtung, d.h. ein Umlenken des Beleuchtungslichtbündels 38 in Figur 4 von rechts oder links, kann in einfacher Weise durch eine Steuerung der spektralen Zusammensetzung und/oder Drehung der Polarisation des Beleuchtungslichtbündels 38, beispielsweise durch wechselbare und/oder drehbare (spektrale) Filter, l/2-, l/4-Plättchen und/oder eine Pockel-Zelle, erfolgen.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtblattmikroskops 64 als viertes Ausführungsbeispiel. Das Lichtblattmikroskop 64 nach Figur 5 unterscheidet sich von dem Lichtblattmikroskop 50 nach Figur 4 im Wesentlichen dadurch, dass es als inver ses Mikroskop ausgeführt ist, d.h. die das Detektionsobjektiv 12 ist unterhalb der Probe 16 und das Beleuchtungsobjektiv 14 ist oberhalb der Probe 16 angeordnet. Glei che oder gleichwirkendende Elemente sind in den Figuren 1 und 5 mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Das Lichtblattmikroskop 64 nach Figur 5 unterscheidet sich von den Lichtblattmikro skop 50 nach Figur 4 ferner dadurch, dass die erste Lichtumlenkvorrichtung 18 an der zweiten Lichtumlenkvorrichtung 52 angeordnet ist, so dass die zweite Lichtumlenkvor richtung 52 zwischen dem Beleuchtungsobjektiv 14 und der ersten Lichtumlenkvor richtung 18 angeordnet ist.
In dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Probe 16 in einem Probenträger 66, auch„Container" genannt, angeordnet.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines inversen Lichtblattmikroskops 86 als viertes Ausführungsbeispiel. Das inverse Lichtblattmikroskop 86 nach Figur 6 unter scheidet sich von dem inversen Lichtblattmikroskop 64 nach Figur 5 im Wesentlichen dadurch, dass das zweite und das dritte Prisma 88, 90 um einen von 45° verschiedenen Winkel gegen die optische Achse O gekippt sind, so dass diese das Beleuchtungslicht bündel 38 in einem von 90° verschiedenen Winkel umlenken. Gleiche oder gleichwirk endende Elemente sind in den Figuren 1 und 6 mit dem gleichen Bezugszeichen be zeichnet. In dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel lenken das zweite und das dritte Prisma 88, 90 das Beleuchtungslichtbündel 38 von der optischen Achse 0 weg. Mit andere Worten verläuft das Beleuchtungslichtbündel 38 nach Verlassen des zweiten bzw. dritten Prismas nicht parallel zur optischen Achse 0. Hierdurch kann der Abstand zwischen der ersten Umlenkfläche 26 und der zweiten Umlenkfläche 26 größer ge wählt werden, so dass der Probenraum 22 größer ist.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtblattmikroskops 68 nach dem Stand der Technik. Das Lichtblattmikroskop 68 umfasst ein Detektionsobjektiv 70 und ein Beleuchtungsobjektiv 72, die auf eine Probe 74 gerichtet sind. Das Lichtblattmik roskop 68 umfasst ferner eine an dem Detektionsobjektiv 70 angeordnete Lichtum- lenkvorrichtung 76.
Das Detektionsobjektiv 70 und das Beleuchtungsobjektiv 72 sind einander gegenüber liegend fest angeordnet. Durch den Zwischenraum zwischen den beiden Objektiven 72, 72 ist ein Probenraum 78 gebildet. Die Probe 74 ist in dem Probenraum 78 auf einem Podest 80 angeordnet. Das Podest 80 ist bewegbar, was in Figur 7 durch einen Doppelpfeil P2 angedeutet ist.
Die Lichtumlenkvorrichtung 76 umfasst eine Umlenkfläche 82, die seitlich versetzt zur optischen Achse O angeordnet und um 45° in Richtung der optischen Achse O geneigt ist.
Zur Beleuchtung der Probe 74 wird ein Beleuchtungslichtbündel 84 erzeugt und durch das Beleuchtungsobjektiv 72 fokussiert. Nach Verlassen des Beleuchtungsobjektivs 14 fällt das Beleuchtungslichtbündel 84 auf die Umlenkfläche 82 der Lichtumlenkvorrich tung 76. Durch die erste Umlenkfläche 82 wird das Beleuchtungslichtbündel 84 in Rich tung des Probenraums 78, d.h. in Figur 7 nach links, und auf die Probe 74 abgelenkt, wodurch in der Probe 74 eine lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung gebildet wird.
Bezugszeichenliste
10 Lichtblattmikroskop
12 Detektionsobjektiv
14 Beleuchtungsobjektiv
16 Probe
18, 20 Lichtumlenkvorrichtung 22 Probenraum
24 Podest
26, 28 Umlenkfläche
30, 32, 34 Prisma
36 Zielbereich
38 Beleuchtungslichtbündel
40 Umlenkelement
42 Lichtblattmikroskop
44 Lichtumlenkvorrichtung
46, 48 Rhomboidprisma
50 Lichtblattmikroskop 52 Lichtumlenkvorrichtung 54 Strahlteilerelement
56, 58 Prisma
60, 62 Teil
64 Lichtblattmikroskop 66 Probenträger
68 Lichtblattmikroskop 70 Detektionsobjektiv 72 Beleuchtungsobjektiv 74 Probe
76 Lichtumlenkvorrichtung 78 Probenraum
80 Podest
82 Umlenkfläche
84 Beleuchtungslichtbündel
86 Lichtblattmikroskop
88, 90 Prisma
92 Vorrichtung
94 Lichtquelle
98 Beleuchtungslicht
O Optische Achse
PI, P2 Doppelpfeil

Claims

Ansprüche
1. Lichtblattmikroskop, umfassend:
ein Detektionsobjektiv (12) zum Abbilden eines Zielbereichs (36) einer Probe (16), der sich in einer Fokusebene des Detektionsobjektivs (12) befindet, ein Beleuchtungsobjektiv (14) zum Fokussieren eines Beleuchtungslichtbündels (38) in die Probe,
wobei das Detektionsobjektiv (12) und das Beleuchtungsobjektiv (14) einander gegenüberliegen, und die optische Achse des Detektionsobjektivs (12) und die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) parallel zueinander sind, und eine erste Lichtumlenkvorrichtung (18) mit wenigstens einer ersten Umlenkflä che (26) und einer zweiten Umlenkfläche (28), die jeweils versetzt zur optischen Achse des Detektionsobjektivs (12) angeordnet und ausgebildet sind, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) in eine Richtung senkrecht zur optischen Achse des Detektionsobjektivs (12) derart umzulenken, dass das umgelenkte Beleuchtungslichtbündel (38) eine in die Fo kusebene fokussierte lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtblattmikroskop (10, 42, 50, 64) ferner eine zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 44, 52) umfasst, die ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) auf wenigstens eine der beiden Umlenkflächen (26, 28) der ersten Lichtum lenkvorrichtung (18) umzulenken.
2. Lichtblattmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 44, 52) zwischen dem Beleuchtungsobjektiv (14) und der ersten Lichtumlenkvorrichtung (18) angeordnet ist.
3. Lichtblattmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (0) des Detektionsobjektivs (12) zwischen der ersten Umlenk fläche (26) und der zweiten Umlenkfläche (28) angeordnet ist.
4. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 44, 52) ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) zu versetzen.
5. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die erste Umlenkfläche (26) und/oder die zweite Umlenkfläche (28) der ersten Lichtumlenkvorrichtung (12) außerhalb des Bildfeldes des Beleuch tungsobjektivs (14) angeordnet sind.
6. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein umschaltbares Umlenkelement (40), das in dem Strahlengang des Beleuch tungsobjektivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuch tungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) in einer ersten Ein stellung auf die erste Umlenkfläche (26) der ersten Lichtumlenkvorrichtung (18) und in einer zweiten Einstellung auf die zweite Umlenkfläche (28) der ersten Lichtumlenkvorrichtung (18) umzulenken.
7. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20) ein erstes Prisma (30) umfasst, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs (14) angeordnet und aus gebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungs lichtbündel (38) im rechten Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjek tivs (14) umzulenken.
8. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeich net, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 52) ein zweites Prisma (32, 56) umfasst, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) ange ordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) in Richtung der ersten Umlenkfläche (26) der ers ten Lichtumlenkvorrichtung (18) umzulenken, und die zweite Lichtumlenkvor richtung (20, 52) ein drittes Prisma (34, 58) umfasst, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbündel (38) in Richtung der zweiten Umlenkfläche (28) der ersten Lichtumlenkvorrichtung (18) umzulenken.
9. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (44) ein erstes Rhomboidprisma (46) umfasst, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokus sierte Beleuchtungslichtbündel (38) parallel zur optischen Achse des Beleuch tungsobjektivs (14) zu versetzen und in Richtung der ersten Umlenkfläche (26) der ersten Lichtumlenkvorrichtung (18) umzulenken, und die zweite Lichtum lenkvorrichtung (44) ein zweites Rhomboidprisma (48) umfasst, das versetzt zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, das durch das Beleuchtungsobjektiv (14) fokussierte Beleuchtungslichtbün del (38) parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) zu verset zen und in Richtung der zweiten Umlenkfläche (28) der ersten Lichtumlenkvor richtung (18) umzulenken.
10. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Strahlteilerelement (54), das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjek tivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, das Beleuchtungslichtbündel (38) in Abhängigkeit einer spektralen Zusammensetzung und/oder in Abhängigkeit ei ner Polarisation aufzuspalten.
11. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Polarisationselement, das in dem Strahlengang des Beleuchtungsobjektivs (14) angeordnet und ausgebildet ist, eine Polarisation des Beleuchtungslicht bündels (38) einzustellen.
12. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Optikelement zur Begrenzung der effektiven numerischen Apertur des Be leuchtungsobjektivs (14).
13. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich net, dass die erste Lichtumlenkvorrichtung (18) um die optische Achse des De tektionsobjektivs (12) drehbar und/oder die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 44, 52) um die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs (14) drehbar an geordnet sind.
14. Lichtblattmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, dass die zweite Lichtumlenkvorrichtung (20, 44, 52) zwischen dem Beleuch tungsobjektiv (14) und der Probe (16) angeordnet ist.
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