WO2014040798A1 - Mikroskopmodul und lichtmikroskop - Google Patents

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WO2014040798A1
WO2014040798A1 PCT/EP2013/066307 EP2013066307W WO2014040798A1 WO 2014040798 A1 WO2014040798 A1 WO 2014040798A1 EP 2013066307 W EP2013066307 W EP 2013066307W WO 2014040798 A1 WO2014040798 A1 WO 2014040798A1
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microscope
light beam
module
light
optical
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PCT/EP2013/066307
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Thomas Kalkbrenner
Ingo Kleppe
Ralf Netz
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Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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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
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    • G02B21/0044—Scanning details, e.g. scanning stages moving apertures, e.g. Nipkow disks, rotating lens arrays
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    • G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems

Definitions

  • the present invention relates in a first aspect to a microscope module for introduction into a beam path of a light microscope according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a light microscope according to the preamble of claim 19.
  • the invention relates to a method for Operating a light microscope and directed to a data storage medium on which a program for driving a light microscope is stored.
  • Light microscopes are used for numerous imaging procedures. For example, light microscopes for differential interference contrast (DIC), total internal reflection fluorescence microscopy (TIRF), structured illumination microscopy (SIM), laser scanning microscopy (LSM) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS) are used.
  • DIC differential interference contrast
  • TIRF total internal reflection fluorescence microscopy
  • SIM structured illumination microscopy
  • LSM laser scanning microscopy
  • FCS fluorescence correlation spectroscopy
  • additional optical components are usually necessary except for optical components which are mounted in or on a microscope stand of the light microscope.
  • a generic light microscope has at least one microscope interface for inputting and / or outputting a light beam to or from a microscope module.
  • a generic microscope module has a module input for admitting a light beam and a module output for discharging a light beam.
  • Conventional microscope modules have one or more optical assemblies for the desired microscopy method.
  • a microscope module a DIC slider for performing a differential interference contrast method.
  • the DIC slider is inserted on the microscope stand in a DIC shaft, which represents a microscope interface.
  • other microscopy methods can not be performed or only with disadvantages. For switching to another microscopy method, it is necessary to remove such a conventional microscope module from the beam path.
  • the grids can be attached to a rotating disk and rotated one after the other into the beam path of the light microscope.
  • this required time can be disadvantageous for dynamic measurements on living cells or the examination of certain, such as unstable, samples.
  • optical components that are required for the aforementioned microscopy methods can not be easily removed from the beam path of the microscope stand. This can be caused for example by the available space on the microscope stand or by a high adjustment sensitivity. Such optical components are also left in the beam path if they are not required for a current microscopy method and rather lead to light losses, stray light or aberrations.
  • the time interval between measurements with different modalities is undesirably long.
  • a reproducibility of the position of a microscope module in the beam path is in principle limited, so that depending on the measuring method an adjustment of optical components that determine the beam path may be required.
  • an object of the invention can be considered to provide a microscope module for introduction into a beam path of a light microscope, which enables the implementation of different microscopy methods with the light microscope in the simplest possible way.
  • a light microscope is to be created which is suitable for carrying out various microscopy methods.
  • a method for operating a light microscope and a data storage with a program for driving a light microscope are to be specified, which allow the implementation of various microscopy methods in a simple manner.
  • the invention provides that an optical carrier is provided on which various optical assemblies are arranged, and that an adjustable deflection device is present for selectable deflecting a coming of the module input light beam on one of the optical assemblies and for deflecting a from this optical assembly coming light beam to the module output.
  • one or more microscope modules according to the invention for connection to the at least one microscope interface are present according to the invention.
  • the remaining, non-selected optical components advantageously have no negative effects on an instantaneous microscopy method.
  • a beam path at the module output matches different optical assemblies.
  • the deflection device a beam path to a specific optical assembly and from this back to the deflection changeable. From the deflection to the module output, however, these beam paths can match.
  • the beam path behind the module output is not necessarily influenced by the choice of the optical assembly used.
  • devices connected to the module output need not be tuned to different optical paths depending on the selected optical device.
  • the module input and the module output can be formed by any openings which are completely or at least partially transparent for the wavelength of the light beams passing through.
  • windows with plane-parallel surfaces or also with curved surfaces can be provided at the openings.
  • a module housing which encloses the optical carrier, the deflection device and preferably also the other components of the microscope module.
  • the optical carrier can also be formed by spaced-apart holders for optical assemblies, as long as this results in an arrangement of the optical assemblies, wherein each of the optical Assemblies can be reached from the adjustable deflection device without having to go through another of the optical assemblies.
  • optical carriers can be arranged one behind the other.
  • a light beam passes through an optical assembly of a first optical carrier on an optical assembly of a second optical carrier.
  • additional imaging means such as lenses, may be provided.
  • At least two of the following optical assemblies are arranged on the optical carrier:
  • one or more dichroic beam splitters which reflect or transmit an incident light beam as a function of wavelength
  • gratings with a specific lattice constant for producing structured illumination light, the gratings being arranged at different angles,
  • gratings with a different lattice constant for producing structured illumination light, the gratings being arranged at different angles,
  • one or more polarizing filters for generating in each case a specific polarization of an incident light beam
  • one or more polarization changing means for changing a polarization of an incident light beam
  • one or more mirrors each having a mask for changing a cross-sectional shape of an incident light beam
  • a field rotator for rotating an image generated with an incident light beam
  • one or more cylindrical lenses for focusing a light beam in only one direction
  • one or more plates of defined thickness for shifting the focus of an impinging light beam in the propagation direction of the light beam, a prism for the spectral decomposition of an incident light beam,
  • one or more adjustable optics for correcting aberrations
  • the optical assemblies of the optical carrier are each a grid, wherein the gratings are arranged at different angles on the optical carrier.
  • the gratings may expediently be reflection gratings.
  • one of the optical assemblies is a return reflector, unstructured illumination, in particular as unstructured far-field epi illumination, can also be selected.
  • the use of a return mirror can also be referred to as a bypass, because this dispenses with a manipulation of the light beam in the microscope module. The properties of the light beam at the module input and output can thereby match.
  • the intended for focus shift plate defined thickness can also be referred to as a glass path.
  • Two opposite surfaces of the plate are preferably flat and parallel to each other.
  • such a plate may be provided with a mirror on its rear side.
  • ucht several plates of different thicknesses available. This allows a depth scan in discrete steps.
  • the other optical assemblies mentioned can also be designed to be reflective on one side or have other suitable means for guiding an incident light beam back in the direction of the deflection device.
  • a window as an optical assembly is particularly preferred if a bidirectional optical interface is present, to which an external device can be connected.
  • a light beam coming from the module input can be conducted through the bidirectional optical interface, and a light beam coming from the bidirectional optical interface can be conducted to the module output with the deflection device.
  • the optical carrier can be arranged in front of the bidirectional optical interface.
  • a light beam passing through the bi-directional optical interface can be manipulated with the optical assemblies, for example with a dichroic beam splitter or a polarizing filter. If the light beam is to pass unchanged between the deflection device and the external device, the window can be selected as an optical assembly. This can be embodied, for example, as a hole, as a transparent pane or as a partially transparent mirror.
  • the deflection device can be used to select whether a light beam coming from the module input should be conducted unchanged to the module output by directing the light beam onto the return mirror or if the light beam coming from the module input passes through the window is passed to an external device and is manipulated by this led to the module output.
  • an image plane of the light microscope which is conjugate to a sample plane of the light microscope without a Bertrand lens, is conjugate to a rear focal plane of an objective of the light microscope.
  • this level can be easily examined to suitably adjust a lighting aperture.
  • a Bertrand lens is used for aligning optical elements for Köhler illumination or in phase contrast microscopy.
  • a Bertrand lens is used for aligning optical elements for Köhler illumination or in phase contrast microscopy.
  • a Bertrand lens is used for aligning optical elements for Köhler illumination or in phase contrast microscopy.
  • a Bertrand lens is used for aligning optical elements for Köhler illumination or in phase contrast microscopy.
  • a Bertrand lens is used for aligning optical elements for Köhler illumination or in phase contrast microscopy.
  • a Bertrand lens With a transmissive Bertrand lens and a detector attached to the underlying bidirectional optical interface. A pupil observation may be performed while selecting a window on the optic carrier a sample image is
  • cylindrical lenses differ in that a light beam is focused onto a respective other plane of the sample with them, so that successive different levels of the sample can be illuminated.
  • optical assemblies may be implemented by a respective lens system, which provides a certain zoom or a certain magnification. By switching between these lens systems can thus be a discrete zoom, so switching between different magnifications, take place.
  • the polarization-changing means for changing a polarization of an incident light beam may, for example, be one or more ⁇ / 2 plates arranged in different orientations on the optical carrier.
  • the polarization direction of the incident light beam can be rotated by different angles.
  • the mirrors each having a mask for changing a cross-sectional shape of an incident light beam may differ in the shape and size of the mask.
  • a light beam can be shaped, for example, as an excitation light for FRAP examinations.
  • FRAP stands for Fluorescence Recovery after Photobleaching, ie for the measurement of fluorescence arising after destruction of fluorescent substances by excitation light, whereby diffusion properties of the sample can be investigated.
  • An adjustable spatial modulator for light can be understood to mean a component that changes, that is modulates, the intensity of an incident light beam over its cross section. In this case, this modulation via electronic control means which are connected to the SLM, changeable.
  • An SLM may comprise, for example, a micromirror device (DMD) or a liquid crystal array.
  • the adjustable or adaptive optics for correcting imaging aberrations may, for example for aberration correction, comprise a deformable membrane mirror.
  • the light beam can be wholly or partly, for example adjustable via polarization-changing means, directed through the bidirectional optical interface to a light detector.
  • a scanning mirror can preferably be used together with a preceding microscope module in which an optical assembly is selected, by which a pupil plane and not an intermediate image plane with respect to the sample is produced at the position of the scanning mirror.
  • the scan mirror can be used to change the beam in a pupil plane.
  • the scanning mirror may comprise one or more adjustable mirror surfaces and change a beam direction and / or position of the light beam in the pupil plane.
  • the scanning mirror is implemented by a MEMS scanner. This provides the function of a Laser Scanning Microscope (LSM).
  • LSM Laser Scanning Microscope
  • optical carrier with any combination of the aforementioned optical assemblies is intended to be in the disclosure of the invention.
  • An external device that can be connected to the bi-directional optical interface, the module input and / or output can be, for example, a detector or a light source.
  • a detector may measure a light beam emerging from the microscope module, while a light source may input a light beam into the microscope module.
  • the external device may include a scanner that scans a light beam from a laser across the sample. The laser may be pulsed and located either in the external device itself or in front of the module input. Thus, a light beam can be passed through the bidirectional optical interface to the external device and from the external device back through the bidirectional optical interface.
  • the microscope module may have connection means. So are preferably at the module input and / or at the module output and / or at the bidirectional optical interface connecting means for connecting to a terminal of a light microscope or with connection means of a module output of another microscope module or other optical component present.
  • the module input and module output of a microscope module are preferably arranged on different housing sides of the microscope module.
  • the module output can be arranged on an opposite housing wall or on a housing wall transversely, in particular at right angles, to the housing wall on which the module input is located.
  • microscope modules can be connected in series to a port or interface of a light microscope. It is therefore also possible to select a plurality of external devices via the bidirectional optical interfaces of the microscope modules. This selection can be advantageously carried out by the adjustable deflection, which is not about a dislocation of the optics carrier, its optical components, the microscope module as a whole or an external device that can be connected to the microscope module is required.
  • the beam path of an incoming light beam which extends from the deflection device to one of the optical assemblies, and that of a returning light beam, which runs from this optical assembly back to the deflection device, may coincide.
  • a beam splitter may be present in the direction of the module output.
  • the beam splitter can be of any type, for example a color beam splitter or a beam splitter with spatially different transmission and Reflective properties.
  • the beam splitter is preferably a polarization beam splitter.
  • polarization-changing means are preferably present between the polarization beam splitter and the optics carrier.
  • the polarization-changing means may, for example, be a ⁇ / 4 plate or ⁇ / 2 plate.
  • a light beam coming from the module input should strike the polarization beam splitter with a desired polarization and thus be forwarded to the deflection device and not to the module output.
  • polarization-influencing means between the module input and the polarization beam splitter can be present.
  • a ⁇ / 2 plate may be provided for changing a polarization direction of a polarized light beam coming from the module input in accordance with the separation characteristics of the polarization beam splitter.
  • the polarization-influencing means may additionally or alternatively comprise a polarizer or polarization filter.
  • the polarization-influencing means can be switched between the module input and the polarization beam splitter.
  • the switchable polarization-influencing means may comprise, for example, a rotatable ⁇ / 2 plate or a rotatable polarizing filter.
  • the polarization beam splitter can be designed, for example, as a polarization cube.
  • a light beam coming from the module input can reach the module output by being transmitted through the polarization cube, changing the polarization direction of the light beam, guiding the light beam back to the polarization cube and being reflected by the polarization cube.
  • a light beam coming from the module input can reach the module output by being reflected by the polarization cube, changing the polarization direction of the light beam, guiding the light beam back to the polarization cube and transmitting it from the polarization cube.
  • two different beam paths are provided, which can be selected via the polarization direction of the light beam.
  • a ⁇ / 4 plate and a bypass mirror can be arranged in the beam path in which the deflecting device and the optics carrier are not located. By the bypass mirror, the light beam is passed back through the ⁇ / 4 plate to the polarization cube, wherein the polarization is changed by the ⁇ / 4 plate so that the light beam is passed to the module output.
  • an arrangement is advantageously provided herewith which avoids any undesired effects of components between the beam splitter and the optical carrier. Such effects can occur, in particular, if a zoom lens is present between the deflection device and the optics carrier.
  • the additional path from the polarization beam splitter to the bypass mirror and back can have an effect on the focusing of the light beam.
  • a focusing optics may be present between the polarization beam splitter and the module output, which is adjustable via electronic control means. If the beam path is selected to the bypass mirror, the focusing optics is adjusted so that the light beam is refocused at a sample location of the light microscope. For this purpose, a focal length of the focusing optics can be adjusted or the focusing optics is displaced by a motor in the propagation direction of the light beam.
  • the polarization beam splitter and the previously arranged polarization-influencing means can thus act as a bypass with which it can be set whether a light beam coming from the module input is directed to one of the optical assemblies of the optical carrier.
  • An even faster switchable bypass function in which a light beam is passed unmanipulated from the module input to the module output, is made possible when a return mirror of the optical carrier is selected with the deflection device.
  • Further polarization-changing means can be arranged between the polarization beam splitter and the module output, whereby the polarization-changing effect is compensated by the polarization-changing means. This makes the poli- when a light beam exits through the module output with the polarization when entering through the module input, unless an optical assembly with a polarization-changing effect is selected on the optical carrier.
  • a microscope module can be used, in which the optical assemblies are held interchangeably on the optical carrier and / or an optical carrier holder for exchangeable holding the optical carrier is present.
  • a microscope module can be equipped with those optical assemblies that are necessary for the respective planned applications.
  • a replaceable holding can be done for example by a mechanical plug or screw connection or by a magnetic fixation.
  • optical focusing means are provided between the deflection device and the optical carrier in order to guide the respective light beams at equal angles onto the corresponding optical assembly of the optical carrier for different deflection angles of the deflection device.
  • the optical focusing means may in particular be one or more lenses or lens groups. In principle, however, it is also possible to use mirrors or a combination of lenses and mirrors.
  • the optical focusing means also serve to deflect a light beam coming from the deflection device. As a result, the light beams between the optical focusing means and the optical carrier can be parallel to each other, regardless of the deflection angle of the deflecting device.
  • a light beam is directed with its main propagation direction perpendicular to the selected optical assembly by the optical focusing means.
  • light beams are directed to the same lenses and / or mirrors of the optical focusing means, but at different areas of them.
  • the optical focusing means and the deflection device are arranged so that a light beam, which comes back from one of the optical assemblies, from the optical focusing means to the deflection and on to the module output is passed.
  • Conducting a light beam through the deflection to the Optics carrier and back of the optics carrier can also be referred to as a rescan arrangement.
  • the optical assemblies of the optical carrier are arranged in a single straight or curved row. Preferably, however, they are positioned next to each other in a two-dimensional arrangement on the optics carrier. Accordingly, a deflecting direction of an impinging light beam can be controlled in two dimensions with the deflecting device. Compared to a one-dimensional arrangement, smaller differences in the deflection angles for selecting an optical assembly are advantageously required for a given number of optical assemblies in a two-dimensional arrangement. Smaller differences in the deflection angles can be used on the one hand smaller optics, on the other hand, the differences in the paths of a light beam from the deflector to the various optical assemblies are smaller.
  • the optical assemblies are offset relative to one another in the propagation direction of a light beam coming from the deflection device. This offset can be selected so that all the light paths from the deflection to the optical modules are the same length. In this way, a precise arrangement of all optical assemblies in, for example, an intermediate image plane of the light microscope is possible.
  • the deflection device can comprise any desired, rapidly switchable means for variably changing a deflection direction of an incident light beam, for example an acousto-optical device or a rotatable or displaceable refractive device.
  • a deflection device is used with a deflection mirror.
  • electronic control means are available. These are adapted to rotate and / or move the deflecting mirror for guiding the light beam onto a desired optical assembly.
  • a light beam with a first rotatable and / or displaceable deflecting mirror to be guided onto one of a plurality of further deflecting mirrors, from where the light beam can in turn be variably connected to a specific optical mirror Module can be forwarded.
  • Deflection mirrors offer the advantage that a component to be moved is relatively small and therefore can be moved quickly.
  • microscopy methods are made possible in embodiments of the microscope module according to the invention, in which electronic control means are arranged to adjust the deflection device for performing a scan, in which an incident light beam is guided successively at different angles or to different positions on one and the same optical assembly.
  • This may be a window for passing the light beam out of the microscope module onto a detector to direct the light beam to different areas of a detection area of the detector.
  • a specific sample area which is located in the beam path of the light microscope, can be successively imaged onto different areas of the detection area.
  • a time resolution of a sample examination can be achieved, which is higher than the read-out speed of the detector.
  • the deflection device for performing the scan is preferably switched discretely so that the images of the examined sample area are imaged without overlapping onto different areas of the detection area.
  • the electronic control means and the deflection device can be set up for performing a region-of-interest (ROI) scan, in which light beams deflected by the deflection device are directed successively to different regions of a sample to be examined.
  • ROI region-of-interest
  • a light beam from the deflection device is successively passed to different positions of an optical assembly, to be passed from there to different areas of the sample.
  • the optical assembly may for this purpose mirror or prism surfaces having different orientation.
  • the deflecting mirror can also be used to adjust illumination for total reflection fluorescence microscopy (TIRF) or localization microscopy after photoactivation (Photoactivated Localization Microscopy, PALM).
  • TIRF total reflection fluorescence microscopy
  • PALM Photoactivated Localization Microscopy
  • the lighting is adjusted by adjusting the deflection angle of the deflection mirror for a specific optical assembly.
  • the electronic control means may be adapted, depending on the implementation of TIRF, PALM or other microscopy method to adjust the deflection angle to a specific optical assembly.
  • optical components of the microscope module are designed so that a plane in the region of the module output is optically conjugate to a plane in the region of the module input.
  • a plane in the region of a module input of a first microscope module is thus optically conjugate to a plane in the region of the module input of a following second microscope module.
  • the microscope module is set up to provide a variable zoom.
  • optical elements of the microscope module are displaceable relative to each other in the propagation direction of a light beam extending between them.
  • Electronic control means are provided and arranged to shift the optical elements to set a particular zoom according to an input of a user or according to a program instruction.
  • These optical elements can in particular by the optical focusing means, which are arranged between the deflecting device and the optical carrier, and / or the focusing sieroptik, which is arranged between the module input and the deflecting device, and / or the second focusing optics which between the deflecting and the module output is arranged to be formed.
  • the optical focusing means as well as the two focusing optics may either be displaceable relative to one another or at least one of them comprises a plurality of lenses or mirrors which are displaceable relative to each other for providing a variable zoom.
  • the optics carrier has grids for producing structured illumination light
  • an optically refractive means is preferably present between the deflecting device and the optics carrier.
  • electronic control means for moving the optical refractive means are arranged to adjust various phase relationships of the illumination light with respect to the grating to which the light beam is directed.
  • the optically refractive means may be, for example, a wobble plate which is tilted by the electronic control means, or a wedge which is displaced via the electronic control means.
  • a high flexibility in the arrangement of several inventive microscope modules is achieved when a module output can also act as a module input and a module input can also serve as a module output.
  • a light beam entering through the module output can thus be directed from the beam splitter to the deflection device and on to the optical carrier. Due to its polarity, a light beam returning from the optical carrier is guided by the beam splitter to the module input, through which the light beam leaves the microscope module.
  • switchable polarizers can be used.
  • a microscope module can also have several module inputs and / or outputs.
  • the beam paths of the various module inputs are combined and then proceed in the same way as described for the embodiments with only one module input.
  • Additional switchable mirrors in particular partially reflecting mirrors, can be used to select to which module output or to which module outputs a light beam coming from a module input is directed.
  • the microscope module is preferably designed so that the optics carrier is arranged with the optical assemblies in the region of an intermediate image plane of the light microscope.
  • the disadvantage is thus overcome that a light microscope provides only a limited number of intermediate image planes and pupil planes for positioning optical assemblies.
  • a basically any number of optical assemblies can be introduced simultaneously into intermediate image planes of the light microscope, in which several microscope modules are connected to one another.
  • an arbitrary number of optical assemblies can be simultaneously exposed in pupil condition. nen of the light microscope are introduced.
  • the microscope modules preferably differ in their optical assemblies on the respective optics carrier. Any combinations of the above-described optical assemblies are possible.
  • an input device may be provided with which a user may select a microscopy mode or a microscopy method.
  • the electronic control means are then set up for motorized adjustment of the deflection device or devices of the respective microscope modules as a function of an input made via the input device.
  • several deflection devices can be adjusted automatically and thus a plurality of optical assemblies can be selected.
  • the invention also relates to a method for operating a light microscope according to the invention.
  • the method is characterized in that, depending on a selection of a microscopy mode by a user, the deflection devices of all microscope modules are automatically adjusted for selecting one optical assembly of each microscope module and a sample image is recorded with the selected optical assemblies.
  • a user does not have to individually select the desired optical assembly for each optics carrier, but rather a plurality of optical assemblies of different microscope modules can be selected depending on a single user input.
  • a plurality of sample images are taken in succession with different selected optical assemblies.
  • different grids for generating a structured illumination can be automatically selected one after the other in order to calculate a higher-resolution image from a plurality of recorded sample images.
  • a recording of a plurality of sample images, in which different light filters, for example color filters, are selected sequentially, can also be carried out automatically after an input by a user.
  • the invention further comprises a data storage medium on which a program for controlling a light microscope is stored, the program enabling the operation of the microscope according to the method according to the invention. light.
  • the data storage medium may be formed in computer readable form.
  • the program may contain on the data storage medium a program code with which a selection of different microscopy modes is displayed to a user on a display means of the light microscope. In accordance with a selection of one of these microscopy modes, the program executes one of the above-described method variants.
  • FIG. 1 shows a diagram of an embodiment of a microscope module according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a microscope module according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a light microscope according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic of an exemplary embodiment of a microscope module 100 according to the invention.
  • This has a housing 5 for arranging on an optical interface of a light microscope (not shown here).
  • a module input 10 On the housing 5 is a module input 10, a module output 20 and a bidirectional optical interface 30, which are each provided with connection means for connection to another microscope module 100, to an optical interface of the light microscope to be connected or to another external device.
  • a light beam 12 can enter and is selectively passed through the bidirectional optical interface 30 and / or through the module output 20.
  • a light beam 12 entering through the bidirectional optical interface 30 can also be directed to the module output 20.
  • any number of interfaces for connecting external devices can be provided. This number is therefore no longer limited by a number of interfaces on the tripod of the light microscope. Rather, any number of microscope modules 100 can be strung together, so that the number of interfaces can be flexibly expanded.
  • an incoming light beam 12 can be manipulated by various optical assemblies within the housing 5, wherein switching between used optical assemblies can be done in a very short time.
  • FIG. 1 A preferred construction of a microscope module 100 according to the invention, in which the central components used for this purpose are shown, is shown schematically in FIG.
  • FIG. 2 shows an optical carrier 40, on which an incident light beam 12 can be manipulated by various optical assemblies 71, 72 and 73, and an adjustable deflection device 50 for directing the light beam 12 onto one of the optical assemblies 71, 72 and 73.
  • a light beam 12 coming from the module input first passes through a focusing optics 14 and polarization changing means 16 and then impinges on a polarization beam divider 60.
  • the polarization beam divider 60 directs light depending on its polarization either in the direction of the deflection device 50 or via a second focusing optics 24 to the module output.
  • the polarization changing means 16 may comprise a ⁇ / 2 plate. If the light 12 is polarized, then its polarization direction can be adapted to a direction of transmission or reflection of the polarization beam splitter 60. If unpolarized light is used, the polarization changing means 16 may additionally or alternatively comprise a polarizer or polarization filter.
  • a polarization direction of the polarization-changing means 16 may be selected such that light beams 12 coming from the module input are forwarded to the deflection device 50 on the polarization beam divider 60.
  • the polarization changing means 16 are switchable to allow different polarizations of a passing light beam 12.
  • the polarization changing means 16 may comprise a rotatable ⁇ / 2 plate 16.
  • the polarization-changing means 16 specifies a polarization direction through which the light beam 12 is directed to the module output without being hit by the deflection device 50, the light beam 12 leaves the polarization beam splitter 60, which is embodied here as a polarization cube 60, initially on a side opposite to the polarization beam splitter 60 module output.
  • the light beam 12 passes through polarization changing means 62 and is guided by a mirror 64 back through the polarization changing means 62 to the polarization beam splitter 60.
  • polarization changing means 62 By polarization changing means 62, a polarization of the light beam 12 has been changed so that it is now passed to the module output.
  • the polarization changing means 62 may comprise a ⁇ / 4 plate.
  • a focusing optics 24 is arranged, which can also be designed as zoom optics.
  • polarization-changing means 18 are arranged between the polarization beam splitter 60 and the optical carrier 40.
  • the polarization changing means 18 are located between the polarization beam splitter 60 and the deflector 50, because this portion of the beam path is independent of a selection of one of the optical assemblies 71, 72, and 73.
  • An example of the polarization changing means 18 is a ⁇ / 4 plate.
  • the light beam emerging at the module output should preferably have the same polarization as the light beam entering at the module input.
  • polarization changing means 19 which are arranged between the polarization beam splitter 60 and the module output.
  • the deflection device 50 has a deflection mirror 50. This is a 2D scanning mirror and designed as a micro-electro-mechanical system (MEMS).
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • the deflecting mirror 50 is shown as a solid line in a first position in which it receives an incident light beam 12 to the optical assembly
  • optical focusing means 35 are arranged. These may include one or more lenses and / or mirrors. Depending on a deflection angle of the deflection device 50, light beams 12 are directed to different areas of the optical focusing means 35.
  • the optical focusing means are designed so that, regardless of the deflection angle, the light beams 12 strike the optical assemblies 71, 72 and 73 at an equal angle.
  • the deflection device 50 may be arranged in a focus area of the optical focusing means 35, the angle at which the light beams 12 to the optical assemblies 71, 72 and
  • the optical focusing means 35 can also be designed or arranged such that incident light beams 12 strike the optical assemblies 71, 72 or 73 at an angle which deviates from 90 °. From these thrown back light beams can then be passed from another, not shown deflection to the module output. This allows the polarization beam splitter 60 and the associated polarization-influencing means 16, 18 and 19 are omitted.
  • optical components between the module input and the optical carrier 40 are designed such that an intermediate image plane 38 of a connectable light microscope is formed at the position of the optical carrier 40. Changes in the light beam 12 caused by the optical assemblies 71, 72, and 73 are so sharply imaged in a sample plane of the light microscope.
  • the optics carrier 40 preferably has at least four different optical assemblies. In the example shown, 16 different optical assemblies 71 to 86 are present. These are arranged two-dimensionally in rows and columns, so that a relatively large number of optical assemblies can be achieved with relatively close paths of light beams.
  • the optical carrier 40 has two polarizing filters 71, 83, which differ in their forward direction. These can be used, for example, if a light detector is connected as an external device to the bidirectional optical interface behind the optical carrier.
  • a lens 72 is attached to the optical carrier 40, which may also be designed as a lens group.
  • Optics carrier 40 further includes a window 75 through which a light beam can pass to or from the bidirectional interface.
  • a return mirror 76 is present. This leads a light beam coming from the deflection device back onto the deflection device, without carrying out manipulations on the light beam, such as, for example, a change in the beam cross section or the spectral properties. This may also be referred to as a bypass with respect to an external device connected to the bidirectional optical interface.
  • a color filter 86 labeled F represents a bandpass filter for a specific wavelength range. Depending on the design of the color filter, this can It is also possible for dichroic beam splitters having a cut-off wavelength between transmission and reflection to be present.
  • a first group of gratings 73, 74, 77, 78 and 82 is provided, which can be used in particular for producing a structured illumination.
  • the grids have the same lattice constant and are arranged at different angles.
  • the gratings can be designed as a reflection grating for guiding a light beam from the deflection device back to the latter and further to the module output, or as a transmission grating for guiding light coming from the deflection device to the bidirectional optical interface. Transmission gratings or amplitude gratings are used, for example, when optical cutting is to take place. In this case, only light which originates from a focal plane contributes to the imaging of a sample.
  • a second group of gratings 79, 80, 81, 84 and 85 may be provided, which are also arranged at different angles to each other.
  • the grids of this second group have a matching lattice constant that is different from the lattice constant of the lattices of the first group.
  • optical assemblies on the optical carrier 40 are mounted interchangeably in the illustrated example, for example via plug, screw or magnetic connections. Depending on planned measuring methods, some of the optical assemblies fastened to the optical carrier 40 can be replaced by others.
  • a mirror with a mask can be used, whereby the mirror is reflective only in certain areas.
  • several mirrors with mask can be used, which differ in the shape and size of the mask.
  • Such mirrors are used, for example, in FRAP measurements (fluorescence recovery after photobleaching).
  • a prism for the spectral decomposition of an incident light beam can be used.
  • platelets of different thicknesses referred to as glass paths, can be used. These are used for focus shift and enable a discrete depth scan.
  • Different filters can be used as excitation filter, emission filter or beam splitter.
  • Narrowband filters can be used to remove unwanted laser light from a light source and are also referred to as a laser cleanup filter.
  • any number of N + 1 color channels can be measured simultaneously by joining together at least N microscope modules.
  • a detector is then arranged.
  • the detectors can be spatially resolving cameras or detector arrays, whereby a wide field image of the sample can be recorded for the different color channels.
  • a filter is used on the optical carriers of these microscope modules, which has a cut-off wavelength between transmission and reflection, these cut-off wavelengths being different for different microscope modules. This achieves efficient filtering with low light losses.
  • conventional multichannel detectors often use dichroic beamsplitters positioned at a 45 ° angle to the beam path. However, filters at this angle are typically less efficient and / or more difficult to manufacture.
  • FIG. 4 An exemplary embodiment of a light microscope 110 according to the invention is shown schematically in FIG. 4.
  • the light microscope 110 has a microscope stand 120 and several microscope modules 100A to 100E according to the invention.
  • various external devices 125A, 125E and 130A to 130E are connected.
  • the microscope modules 100A to 100E may each be formed in the same way as the microscope module described with reference to FIGS. 1 to 3, wherein differences in the placement of the respective optics carrier may be present.
  • the microscope stand 120 On the microscope stand 120 is a sample plane to which a sample to be examined can be positioned on, for example, a sample table. To examine the sample, the microscope stand 120 has at least one objective. In addition, a condenser optics may be provided for directing illumination or excitation light onto the sample. An eyepiece for observing the sample can be connected to the microscope stand 120.
  • the microscope stand 120 can be used in various microscopy methods, it has a first tripod interface 121. A resulting light Beam is directed to the sample for excitation or illumination.
  • the microscope stand 120 has a second tripod interface 122. A light beam coming from the sample, in particular switchable, can be coupled out of the microscope stand 120 through the second tripod interface 122 in order to be further manipulated and / or detected.
  • the light microscope 110 differs from such conventional light microscopes in that microscope modules 100A to 100E of any number, which may be larger than the number of existing tripod interface 121, 122, can be connected simultaneously.
  • the microscope modules 100A to 100E can be connected in series.
  • any number of external devices may be simultaneously connected to a beam path leading to or away from one of the tripod interfaces 121 and 122.
  • optical carriers 40A to 40E a large number of optical assemblies are provided on the optical carriers 40A to 40E, of which one can be used in each case via the respective deflection device in a rapid manner per microscope module 100A to 100E.
  • connection between the external devices 125A, 125E, and 130A to 130E to the tripod interfaces 121 and 122 can be quickly made and separated.
  • three microscope modules 100A to 100C are connected in series to the first tripod interface 121.
  • a laser 125A or a laser module is connected, from which a light beam is irradiated into the microscope module 100A. There, the light beam is directed to the optics carrier 40A.
  • bidirectional optical interface 30A is connected to a manipulator 130A which includes a scanner for scanning the sample with the light beam.
  • a window is selected on optics carrier 40A, the light beam enters manipulator 130A and is passed back through bi-directional optical interface 30A and further to module output 20A to scan the sample.
  • a laser in particular a short-pulse laser, can also be arranged inside the device 130A.
  • a laser cleanup filter may be selected on the optic carrier 40A, which may also be referred to as an emission filter. This alone transmits light of a narrowband spectral range to the module output 20A. Unwanted light of other wavelength ranges is thereby filtered.
  • the module input 10B of the second microscope module 100B Connected to the module output 20A is the module input 10B of the second microscope module 100B.
  • the light beam is directed to the module exit 20B.
  • Sample light emitted by the sample in particular fluorescent light, can be passed back to the microscope module 100B and there onto the optical carrier 40B.
  • the sample light Via a window or a color filter on the optics carrier 40B, the sample light can be directed to a detector, in particular to a non-descanned detector. With this, a two-photon laser scanning microscope can be formed.
  • color beam splitters may be present on the optical carrier 40B which have different cut-off wavelengths between transmission and reflection.
  • optics carrier 40B may have a return mirror as well as a plurality of mirrors with different masks for FRAP measurements.
  • a light beam coming back from the optical carrier 40B passes via the module output 20B and the module input 10C of the third microscope module 100C to its optical carrier 40C.
  • a laser scanning module 130C is connected to the bidirectional optical interface 30C. It can be selected via the optical carriers 40A to 40C, whether a light beam of the laser scanning module 130C or the laser 125A is to be coupled through the module output 20C in the microscope stand 120.
  • several grids of different grating constant and / or orientation that can be sequentially selected for structured lighting (SIM) microscopy techniques.
  • This optics carrier 40D may include, for example, a window, a color splitter and a Bertrand lens. With a detector or a camera 130B arranged behind it, a pupil observation, the acquisition of a wide-field image of the sample or the recording of a sample image corresponding to a wavelength pass range of the color filter can then take place.
  • the light that is reflected by the optical carrier 40D, in particular its color splitter, is passed on to the optical carrier 40E of the fifth microscope module 100E.
  • Different color filters may be selectable thereon, so that a light beam is guided depending on its wavelength to a camera 130E behind the bidirectional optical interface 30E or to a camera 125E at the module output 20E.
  • the deflection device of the microscope module 100E can be actuated to perform a scan in which a sample image is successively directed to different, non-overlapping regions of the detection surface of the camera 130E is shown.
  • This increased acquisition rate may be particularly desirable when performing a structured illumination microscopy method in which multiple images are taken with gratings of different orientations and / or lattice constants.
  • Table 1 An overview of various optical assemblies that can be arranged on one of the optical carriers is given in Table 1 below.
  • a characterizing property or parameter is given in the second column which may be variable for several optical assemblies of the same type.
  • glass paths can differ in thickness, so that between different focus shifts can be selected.
  • the table shows the function of the respective optical assembly when this is arranged in a module in the excitation beam path toward the sample or in a module in the detection beam path, that is, between the sample and the detection device.
  • N + 1 color channels can be used more efficiently at the same time. Up to 45 ° alignment can be achieved Fast DetekROI scan Empty or trans-deflector mirror Dedicated disk takes ROI scan
  • an optical connection between a tripod interface and the optical assemblies and external devices can be separated or manufactured in a short time via the deflection devices.
  • the microscope modules according to the invention and the light microscope according to the invention enable rapid switching between different microscopy methods.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopmodul zum Einbringen in einen Strahlengang eines Lichtmikroskops mit einem Moduleingang zum Einlassen eines Lichtstrahls und einem Modulausgang zum Auslassen eines Lichtstrahls. Das Mikroskopmodul ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Optikträger vorhanden ist, an dem verschiedene optische Baugruppen angeordnet sind, und dass eine verstellbare Umlenkeinrichtung vorhanden ist zum auswählbaren Umlenken eines von dem Moduleingang kommenden Lichtstrahls auf eine der optischen Baugruppen und zum Umlenken eines von dieser optischen Baugruppe kommenden Lichtstrahls zum Modulausgang. Zudem betrifft die Erfindung ein Lichtmikroskop mit mindestens einem erfindungsgemäßen Mikroskopmodul, ein Verfahren zum Betreiben des Lichtmikroskops und einen Datenspeicherträger, auf welchem ein Programm zum Ansteuern des Lichtmikroskops gespeichert ist.

Description

Mikroskopmodul und Lichtmikroskop
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Gesichtspunkt ein Mikroskopmodul zum Einbringen in einen Strahlengang eines Lichtmikroskops nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Lichtmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19. Zudem ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtmikroskops und auf einen Datenspeicherträger gerichtet, auf welchem ein Programm zum Ansteuern eines Lichtmikroskops gespeichert ist.
Lichtmikroskope werden für zahlreiche bildgebende Verfahren eingesetzt. Beispielsweise werden Lichtmikroskope für Differenzinterferenzkontrastverfahren (DIC), interne Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF), strukturierte Beleuchtungsmikroskopie (SIM), Laserscanningmikroskopie (LSM) und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) genutzt. Bei diesen bildgebenden Verfahren, die auch als Modalitäten bezeichnet werden, sind in der Regel außer optischen Komponenten, die in oder an einem Mikroskopstativ des Lichtmikroskops gelagert sind, zusätzliche optische Komponenten notwendig.
Um die für die jeweilige Modalität erforderlichen zusätzlichen optischen Komponenten in den Strahlengang eines Lichtmikroskops einbringen zu können, weist ein gattungsgemäßes Lichtmikroskop mindestens eine Mikroskopschnittstelle zum Ein- und/oder Auslassen eines Lichtstrahls zu oder von einem Mikroskopmodul auf.
Ein gattungsgemäßes Mikroskopmodul weist einen Moduleingang zum Einlassen eines Lichtstrahls und einen Modulausgang zum Auslassen eines Lichtstrahls auf. Bei konventionellen Mikroskopmodulen sind eine oder mehrere optische Baugruppen für das gewünschte Mikroskopieverfahren vorhanden. Beispielsweise ist es bekannt, als Mikroskopmodul einen DIC-Schieber zum Durchführen eines Differenzinterferenzkontrastverfahrens einzusetzen. Der DIC-Schieber wird am Mikroskopstativ in einen DIC-Schacht eingeschoben, welcher eine Mikroskopschnittstelle darstellt. Bei eingeschobenem DIC-Schieber können andere Mikroskopieverfahren jedoch nicht oder nur mit Nachteilen durchgeführt werden. Zum Schalten auf ein anderes Mikroskopieverfahren ist es erforderlich, ein solches herkömmliches Mikroskopmodul aus dem Strahlengang zu entfernen.
Auch bei Verwendung eines herkömmlichen Mikroskopmoduls mit einem oder mehreren Gittern zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht ist ein zeitaufwendiges Wechseln zwischen den Gittern erforderlich. Hierbei können die Gitter an einer rotierenden Scheibe angebracht sein und nacheinander in den Strahlengang des Lichtmikroskops gedreht werden. Insbesondere für dynamische Messungen an lebenden Zellen oder die Untersuchung bestimmter, wie zum Beispiel instabiler, Proben, kann dieser erforderliche Zeitaufwand nachteilig sein.
Zudem können manche optische Komponenten, die für die vorgenannten Mikroskopieverfahren erforderlich sind, nicht in einfacher Weise aus dem Strahlengang des Mikroskopstativs entfernt werden. Dies kann beispielsweise durch den verfügbaren Bauraum am Mikroskopstativ oder durch eine hohe Justageempfindlichkeit bedingt sein. Solche optischen Komponenten werden bisher auch im Strahlengang belassen, wenn sie für ein momentanes Mikroskopieverfahren nicht erforderlich sind und vielmehr zu Lichtverlusten, Streulicht oder Abbildungsfehlern führen.
Bei einer großen Anzahl durchzuführender Mikroskopieverfahren kann es auch deshalb erforderlich sein, ein Mikroskopmodul zu entfernen und durch ein anderes zu ersetzen, weil die Anzahl optischer Schnittstellen am Mikroskopstativ nicht ausreicht, alle vorhandenen Mikroskopmodule gleichzeitig anzuschließen.
Durch einen Austausch der Mikroskopmodule ist der Zeitabstand zwischen Messungen mit verschiedenen Modalitäten unerwünscht lang. Zudem ist eine Reproduzierbarkeit der Position eines Mikroskopmoduls im Strahlengang prinzipiell eingeschränkt, so dass abhängig vom Messverfahren eine Justage von optischen Bauteilen, die den Strahlengang bestimmen, erforderlich sein kann. Als eine A u f g a b e der Erfindung kann erachtet werden, ein Mikroskopmodul zum Einbringen in einen Strahlengang eines Lichtmikroskops anzugeben, welches die Durchführung verschiedener Mikroskopieverfahren mit dem Lichtmikroskop in möglichst einfacher Weise ermöglicht. Zudem soll ein Lichtmikroskop geschaffen werden, das für die Durchführung verschiedener Mikroskopieverfahren geeignet ist. Schließlich sollen ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtmikroskops sowie ein Datenträgerspeicher mit einem Programm zum Ansteuern eines Lichtmikroskops angegeben werden, welche die Durchführung verschiedener Mikroskopieverfahren in einfacher Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskopmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Lichtmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst sowie durch das Verfahren zum Betreiben eines Lichtmikroskops nach Anspruch 22 und den Datenträgerspeicher, auf dem ein Programm zum Ansteuern eines Lichtmikroskops gespeichert ist, mit den Merkmalen des Anspruchs 23.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls und des erfindungsgemäßen Lichtmikroskops sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert.
Bei dem Mikroskopmodul der oben genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Optikträger vorhanden ist, an dem verschiedene optische Baugruppen angeordnet sind, und dass eine verstellbare Umlenkeinrichtung vorhanden ist zum auswählbaren Umlenken eines von dem Moduleingang kommenden Lichtstrahls auf eine der optischen Baugruppen und zum Umlenken eines von dieser optischen Baugruppe kommenden Lichtstrahls zum Modulausgang.
Bei dem Lichtmikroskop der oben genannten Art sind erfindungsgemäß ein oder mehrere erfindungsgemäße Mikroskopmodule zum Anschließen an der mindestens einen Mikroskopschnittstelle vorhanden.
Als ein Kerngedanke der Erfindung kann erachtet werden, dass zum Einbringen einer bestimmten optischen Baugruppe in den Strahlengang des Lichtmikroskops und zum Herausnehmen dieser optischen Baugruppe aus dem Strahlengang weder eine Bewegung der optischen Baugruppe noch des Mikroskopmoduls als Ganzem erfor- derlich ist. Vielmehr erfolgt mit der Umlenkeinrichtung ein Umlenken des Strahlengangs des Lichtmikroskops auf die gewünschte optische Baugruppe. Hierzu notwendige Bewegungen an der Umlenkeinrichtung sind entscheidend kleiner als das Bewegen einer der optischen Baugruppen in den Strahlengang hinein oder aus diesem heraus. Dadurch kann mit der verstellbaren Umlenkeinrichtung die Auswahl einer bestimmten optischen Baugruppe besonders schnell erfolgen.
Indem ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl allein auf eine ausgewählte optische Baugruppe trifft und nicht durch die übrigen optischen Baugruppen des Optikträgers beeinflusst wird, haben vorteilhafterweise die übrigen, nicht ausgewählten optischen Baugruppen keine negativen Auswirkungen auf ein momentanes Mikroskopieverfahren.
Als eine weitere wesentliche Idee kann erachtet werden, dass ein Strahlengang am Modulausgang für verschiedene optische Baugruppen übereinstimmt. So ist durch die Umlenkeinrichtung ein Strahlengang zu einer bestimmten optischen Baugruppe und von dieser zurück zur Umlenkeinrichtung veränderbar. Ab der Umlenkeinrichtung zum Modulausgang können diese Strahlengänge jedoch übereinstimmen. Somit wird der Strahlengang hinter dem Modulausgang nicht zwingend von der Wahl der verwendeten optischen Baugruppe beeinflusst. Dadurch brauchen Einrichtungen, die am Modulausgang angeschlossen werden, nicht auf verschiedene Strahlengänge abhängig von der ausgewählten optischen Baugruppe abgestimmt zu werden.
Grundsätzlich können der Moduleingang und der Modulausgang durch beliebige Öffnungen gebildet sein, die für die Wellenlänge der durchtretenden Lichtstrahlen vollständig oder zumindest teilweise durchlässig ist. Um das Eindringen von Staub und anderen Partikeln zu verhindern, können an den Öffnungen Fenstern mit planparallelen Oberflächen oder auch mit gekrümmten Oberflächen vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise kann an die Fenster ein Modulgehäuse angrenzen, welches den Optikträger, die Umlenkeinrichtung und vorzugsweise auch die weiteren Komponenten des Mikroskopmoduls umschließt.
Unter dem Optikträger können eine oder mehrere beliebige Halterungen für optische Baugruppen verstanden werden. So kann der Optikträger auch durch voneinander beabstandete Halterungen für optische Baugruppen gebildet sein, solange hieraus eine Anordnung der optischen Baugruppen resultiert, bei der jede der optischen Baugruppen von der verstellbaren Umlenkeinrichtung aus erreichbar ist, ohne dass eine andere der optischen Baugruppen durchlaufen werden muss.
Prinzipiell können auch mehrere Optikträger hintereinander angeordnet sein. Hierdurch gelangt ein Lichtstrahl bei Durchlaufen einer optischen Baugruppe eines ersten Optikträgers auf eine optische Baugruppe eines zweiten Optikträgers. Zwischen hintereinander angeordneten Optikträgern können zusätzliche abbildende Mittel, wie zum Beispiel Linsen, vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls sind am Optikträger mindestens zwei der folgenden optischen Baugruppen angeordnet:
- ein oder mehrere dichroitische Strahlteiler, die wellenlängenabhängig einen auftreffenden Lichtstrahl reflektieren oder transmittieren,
- ein oder mehrere Farbfilter, die nur Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektieren oder transmittieren,
- mindestens drei Gitter mit einer bestimmten Gitterkonstante zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht, wobei die Gitter in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind,
- mindestens drei Gitter mit einer anderen Gitterkonstante zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht, wobei die Gitter in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind,
- eine Bertrand-Linse zum Erzeugen eines Pupillenbilds,
- ein oder mehrere Polarisationsfilter zum Erzeugen jeweils einer bestimmten Polarisierung eines auftreffenden Lichtstrahls,
- ein oder mehrere polarisationsändernde Mittel zum Ändern einer Polarisierung eines auftreffenden Lichtstrahls,
- ein oder mehrere Spiegel mit jeweils einer Maske zum Verändern einer Querschnittsform eines auftreffenden Lichtstrahls,
- ein Bildfelddreher zum Drehen einer Abbildung, die mit einem auftreffenden Lichtstrahl erzeugt wird,
- eine oder mehrere Zylinderlinsen zum Fokussieren eines Lichtstrahls in nur einer Richtung,
- eine oder mehrere Platten definierter Dicke zur Fokusverschiebung eines auftreffenden Lichtstrahls in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls, - ein Prisma zur spektralen Zerlegung eines auftreffenden Lichtstrahls,
- ein einstellbarer räumlicher Modulator für Licht,
- eine oder mehrere einstellbare Optiken zur Korrektur von Abbildungsfehlern,
- ein oder mehrere Scanspiegel,
- ein Rückleitspiegel zum manipulationsfreien Weiterleiten eines Lichtstrahls vom Moduleingang zum Modulausgang, wobei mit dem Rückleitspiegel ein Lichtstrahl, der vom Moduleingang kommend über die Umlenkeinrichtung auf den Rückleitspiegel geleitet wird, zurück auf die Umlenkeinrichtung und weiter zum Modulausgang leitbar ist, und
- ein Fenster zum Durchlassen des Lichtstrahls, der von der Umlenkeinrichtung kommt, zu einer bidirektionalen optischen Schnittstelle des Mikroskopmoduls, an welche eine externe Vorrichtung anschließbar ist, und/oder zum Durchlassen eines Lichtstrahls, der von einer externen Vorrichtung und durch eine bidirektionale optische Schnittstelle des Mikroskopmoduls eingelassen wird, zu der Umlenkeinrichtung.
Soll mit dem Mikroskopmodul beispielsweise strukturiertes Beleuchtungslicht bereitgestellt werden können, so sind mindestens drei der optischen Baugruppen des Optikträgers jeweils ein Gitter, wobei die Gitter in unterschiedlichen Winkeln am Optikträger angeordnet sind. Zum Zurückleiten des Lichtstrahls auf die Umlenkeinrichtung können die Gitter zweckmäßigerweise Reflexionsgitter sein. Ist ergänzend zu den Gittern eine der optischen Baugruppen ein Rückleitspiegel, so kann auch eine unstrukturierte Beleuchtung, insbesondere als unstrukturierte Weitfeld-Epi-Beleuchtung, ausgewählt werden. Der Einsatz eines Rückleitspiegels kann auch als Bypass bezeichnet werden, weil hierdurch auf eine Manipulation des Lichtstrahls im Mikroskopmodul verzichtet wird. Die Eigenschaften des Lichtstrahls am Moduleingang und -ausgang können dadurch übereinstimmen.
Die zur Fokusverschiebung vorgesehene Platte definierter Dicke kann auch als Glasweg bezeichnet werden. Zwei gegenüberliegende Oberflächen der Platte sind bevorzugt eben und parallel zueinander. Zum Zurückleiten eines auftreffenden Lichtstrahls kann eine solche Platte an ihrer Rückseite mit einem Spiegel versehen sein. Um zwischen verschiedenen Fokusverschiebungen wählen zu können, sind bevor- zugt mehrere Platten verschiedener Dicken vorhanden. So wird ein Tiefenscan in diskreten Schritten ermöglicht.
Auch die übrigen genannten optischen Baugruppen können an einer Seite spiegelnd ausgeführt sein oder andere geeignete Mittel aufweisen, um einen auftreffenden Lichtstrahl zurück in Richtung der Umlenkeinrichtung zu leiten.
Der Einsatz eines Fensters als optische Baugruppe ist besonders bevorzugt, wenn eine bidirektionale optische Schnittstelle vorhanden ist, an welche eine externe Vorrichtung anschließbar ist. Hierbei ist mit der Umlenkeinrichtung ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl durch die bidirektionale optische Schnittstelle leitbar und ein von der bidirektionalen optischen Schnittstelle kommender Lichtstrahl ist mit der Umlenkeinrichtung zum Modulausgang leitbar. Für eine raumsparende Anordnung kann der Optikträger vor der bidirektionalen optischen Schnittstelle angeordnet sein. Zudem kann ein Lichtstrahl, der durch die bidirektionale optische Schnittstelle verläuft, mit den optischen Baugruppen manipuliert werden, beispielsweise mit einem dichroitischen Strahlteiler oder einem Polarisationsfilter. Soll der Lichtstrahl unverändert zwischen der Umlenkeinrichtung und der externen Vorrichtung verlaufen, kann das Fenster als optische Baugruppe ausgewählt werden. Dieses kann beispielsweise als Loch, als transparente Scheibe oder als teildurchlässiger Spiegel ausgeführt sein.
Sind sowohl ein Fenster als auch ein Rückleitspiegel vorhanden, so kann mit der Umlenkeinrichtung ausgewählt werden, ob ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl unverändert zum Modulausgang geleitet werden soll, indem der Lichtstrahl auf den Rückleitspiegel geleitet wird, oder ob der vom Moduleingang kommende Lichtstrahl durch das Fenster zu einer externen Vorrichtung geleitet wird und von dieser manipuliert zum Modulausgang geführt wird.
Durch die Bertrand-Linse kann erreicht werden, dass eine Bildebene des Lichtmikroskops, welche ohne Bertrand-Linse konjugiert zu einer Probenebene des Lichtmikroskops ist, konjugiert zu einer hinteren Fokusebene eines Objektivs des Lichtmikroskops ist. So kann diese Ebene leicht untersucht werden, um eine Beleuchtungsapertur geeignet einzustellen. Insbesondere zum Ausrichten optischer Elemente für eine Köhlersche Beleuchtung oder bei der Phasenkontrastmikroskopie wird eine Bertrand-Linse eingesetzt. Mit einer transmittierenden Bertrand-Linse und einem Detektor, der an die dahinterliegende bidirektionale optische Schnittstelle ange- schlössen ist, kann eine Pupillenbeobachtung erfolgen, während bei einer Auswahl eines Fensters am Optikträger ein Probenbild auf dem Detektor abgebildet wird. Mit einer reflektierenden Bertrand-Optik kann eine scharfe Abbildung der hinteren Fokusebene des Objektivs an einer Bildebene, die auf den Modulausgang folgt, bereitgestellt werden.
Werden mehrere Zylinderlinsen genutzt, so unterscheiden sich diese darin, dass mit ihnen ein Lichtstrahl auf eine jeweils andere Ebene der Probe fokussiert wird, so dass nacheinander verschiedene Ebenen der Probe beleuchtet werden können.
Zudem können optische Baugruppen durch jeweils ein Linsensystem ausgeführt sein, welches einen bestimmten Zoom oder eine bestimmte Vergrößerung bereitstellt. Durch Umschalten zwischen diesen Linsensystemen kann somit ein diskretes Zoomen, also Umschalten zwischen verschiedenen Vergrößerungen, erfolgen.
Bei dem polarisationsändernden Mittel zum Ändern einer Polarisierung eines auftreffenden Lichtstrahls kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere λ/2-Platten handeln, die in verschiedenen Orientierungen am Optikträger angeordnet sind. So kann die Polarisationsrichtung des auftreffenden Lichtstrahls um verschiedene Winkel gedreht werden.
Die Spiegel mit jeweils einer Maske zum Verändern einer Querschnittsform eines auftreffenden Lichtstrahls können sich in der Form und Größe der Maske unterscheiden. Hiermit kann ein Lichtstrahl beispielsweise als Anregungslicht für FRAP- Untersuchungen geformt werden. FRAP steht für Fluorescence Recovery after Pho- tobleaching, also für die Messung von entstehender Fluoreszenz nach Zerstörung fluoreszierender Stoffe durch Anregungslicht, wodurch Diffusionseigenschaften der Probe untersucht werden können.
Unter einem einstellbaren räumlichen Modulator für Licht (englisch: Spatial Light Modulator, SLM) kann ein Bauteil verstanden werden, dass die Intensität eines auftreffenden Lichtstrahls über dessen Querschnitt verändert, das heißt moduliert. Dabei ist diese Modulation über elektronische Steuerungsmittel, die mit dem SLM verbunden sind, veränderbar. Ein SLM kann beispielsweise ein Mikrospiegelarray (englisch: Digital Micromirror Device, DMD) oder ein Flüssigkristallarray umfassen. Die einstellbare oder adaptive Optik zur Korrektur von Abbildungsfehlern kann beispielsweise zur Aberrationskorrektur einen verformbaren Membranspiegel umfassen. Hierbei sind elektronische Steuerungsmittel zum Einstellen der adaptiven Optik vorhanden. Sodann kann der Lichtstrahl in einem folgenden erfindungsgemäßen Mikroskopmodul ganz oder teilweise, beispielsweise über polarisationsändernde Mittel einstellbar, durch die bidirektionale optische Schnittstelle zu einem Lichtdetektor geleitet werden.
Ein Scanspiegel kann bevorzugt zusammen mit einem vorausgehenden Mikroskopmodul eingesetzt werden, bei welchem eine optische Baugruppe ausgewählt wird, durch die an der Position des Scanspiegels eine Pupillenebene und nicht eine Zwischenbildebene bezüglich der Probe erzeugt wird. Somit kann durch den Scanspiegel eine Strahländerung in einer Pupillenebene erfolgen. Der Scanspiegel kann einen oder auch mehrere verstellbare Spiegelflächen umfassen und eine Strahlrichtung und/oder -position des Lichtstrahls in der Pupillenebene verändern. Bevorzugt wird der Scanspiegel durch einen MEMS-Scanner umgesetzt. Hierdurch wird die Funktion eines Laser-Scanning-Mikroskops (LSM) bereitgestellt.
Ein Optikträger mit einer beliebigen Kombination der vorgenannten optischen Baugruppen soll im Offenbarungsgehalt der Erfindung liegen.
Bei einer externen Vorrichtung, die an die bidirektionale optische Schnittstelle, den Moduleingang und/oder -ausgang angeschlossen werden kann, kann es sich beispielsweise um einen Detektor oder eine Lichtquelle handeln. Ein Detektor kann einen aus dem Mikroskopmodul austretenden Lichtstrahl messen, während eine Lichtquelle einen Lichtstrahl in das Mikroskopmodul eingeben kann. Zudem kann die externe Vorrichtung einen Scanner umfassen, der einen Lichtstrahl eines Lasers über die Probe rastert. Der Laser kann gepulst betrieben werden und entweder in der externen Vorrichtung selbst oder vor dem Moduleingang angeordnet sein. Somit kann ein Lichtstrahl durch die bidirektionale optische Schnittstelle zur externen Vorrichtung und von der externen Vorrichtung zurück durch die bidirektionale optische Schnittstelle geleitet werden.
Um eine definierte Relativposition des Mikroskopmoduls zu anderen Komponenten zu ermöglichen, kann das Mikroskopmodul über Anschlussmittel verfügen. So sind bevorzugt am Moduleingang und/oder am Modulausgang und/oder an der bidirektionalen optischen Schnittstelle Anschlussmittel zum Verbinden mit einem Anschluss eines Lichtmikroskops oder mit Anschlussmitteln eines Modulausgangs eines anderen Mikroskopmoduls oder einer anderen optischen Komponente vorhanden.
Durch ein Aneinanderschließen mehrerer erfindungsgemäßer Mikroskopmodule kann eine besonders große Anzahl verschiedener Mikroskopieverfahren bereitgestellt werden, ohne dass ein Einfügen oder Entnehmen eines Mikroskopmoduls zum Umschalten zwischen Mikroskopieverfahren nötig ist. Damit eine prinzipiell beliebige Anzahl an Mikroskopmodulen ohne Raumprobleme aneinanderschließbar ist, sind bevorzugt der Moduleingang und Modulausgang eines Mikroskopmoduls an verschiedenen Gehäuseseiten des Mikroskopmoduls angeordnet. Beispielsweise kann der Modulausgang an einer gegenüberliegenden Gehäusewand oder an einer Gehäusewand quer, insbesondere rechtwinklig, zur Gehäusewand, an welcher sich der Moduleingang befindet, angeordnet sein.
Daher können an einen Anschluss oder eine Schnittstelle eines Lichtmikroskops mehrere Mikroskopmodule in Reihe angeschlossen werden. Über die bidirektionalen optischen Schnittstellen der Mikroskopmodule können somit auch mehrere externe Vorrichtungen ausgewählt werden. Diese Auswahl kann vorteilhafterweise durch die verstellbaren Umlenkeinrichtung erfolgen, wobei nicht etwa ein Verrücken des Optikträgers, dessen optischer Baugruppen, des Mikroskopmoduls als Ganzem oder einer am Mikroskopmodul anschließbaren externen Vorrichtung erforderlich ist.
Zweckmäßigerweise können der Strahlengang eines eingehenden Lichtstrahls, der von der Umlenkeinrichtung zu einer der optischen Baugruppen verläuft, und der eines zurückkommenden Lichtstrahls, welcher von dieser optischen Baugruppe zurück zur Umlenkeinrichtung läuft, übereinstimmen. Damit ist ein räumliches Trennen der Strahlengänge des eingehenden Lichtstrahls und des zurückkommenden Lichtstrahls zweckmäßig. So kann zum Leiten eines Lichtstrahls, der vom Moduleingang kommt, in Richtung zur Umlenkeinrichtung und zum Leiten eines Lichtstrahls, der von der Umlenkeinrichtung kommt, in Richtung des Modulausgangs ein Strahlteiler vorhanden sein. Grundsätzlich kann der Strahlteiler beliebiger Art sein, beispielsweise ein Farbstrahlteiler oder ein Strahlteiler mit räumlich verschiedenen Transmissions- und Reflexionseigenschaften. Bevorzugt ist der Strahlteiler jedoch ein Polarisationsstrahlteiler.
Damit am Polarisationsstrahlteiler Lichtstrahlen, die vom Moduleingang kommen, von Lichtstrahlen unterscheidbar sind, die von der Umlenkeinrichtung kommen, sind bevorzugt polarisationsändernde Mittel zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Optikträger vorhanden. Bei den polarisationsändernden Mitteln kann es sich beispielsweise um eine λ/4-Platte oder λ/2-Platte handeln.
Ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl soll mit einer gewünschten Polarisierung auf den Polarisationsstrahlteiler treffen und so zur Umlenkeinrichtung und nicht zum Modulausgang weitergeleitet werden. Hierzu können polarisationsbeeinflussen- de Mittel zwischen dem Moduleingang und dem Polarisationsstrahlteiler vorhanden sein. Insbesondere kann eine λ/2-Platte zum Ändern einer Polarisationsrichtung eines vom Moduleingang kommenden polarisierten Lichtstrahls entsprechend den Trenneigenschaften des Polarisationsstrahlteilers vorgesehen sein. Wird unpolari- siertes Licht zum Moduleingang geleitet, können die polarisationsbeeinflussenden Mittel zusätzlich oder alternativ einen Polarisator oder Polarisationsfilter umfassen. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls sind die polarisationsbeeinflussenden Mittel zwischen dem Moduleingang und dem Polarisationsstrahlteiler schaltbar. Somit kann ausgewählt werden, ob der Lichtstrahl vom Polansationsstrahlteiler zur Umlenkeinrichtung geleitet wird oder ohne auf die Umlenkeinrichtung zu treffen in Richtung des Modulausgangs geleitet wird. Diese schaltbaren polarisationsbeeinflussenden Mittel können beispielsweise eine drehbare λ/2-Platte oder einen drehbaren Polarisationsfilter umfassen.
Der Polarisationsstrahlteiler kann beispielsweise als Polarisationswürfel ausgeführt sein. Ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl kann zum Modulausgang gelangen, indem er durch den Polarisationswürfel transmittiert wird, die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls geändert wird, der Lichtstrahl zurück zum Polarisationswürfel geleitet wird und vom Polarisationswürfel reflektiert wird.
Zudem kann ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl zum Modulausgang gelangen, indem er durch den Polarisationswürfel reflektiert wird, die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls geändert wird, der Lichtstrahl zurück zum Polarisationswürfel geleitet wird und vom Polarisationswürfel transmittiert wird. Somit werden zwei verschiedene Strahlengänge bereitgestellt, die über die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls auswählbar sind. Zweckmäßigerweise können in dem Strahlengang, in dem sich nicht die Umlenkeinrichtung und der Optikträger befinden, eine λ/4-Platte und ein Umgehungsspiegel angeordnet sein. Durch den Umgehungsspiegel wird der Lichtstrahl zurück durch die λ/4-Platte zum Polarisationswürfel geleitet, wobei durch die λ/4-Platte die Polarisation so geändert ist, dass der Lichtstrahl zum Modulausgang geleitet wird.
Soll der Lichtstrahl ohne Manipulation durch eine der optischen Baugruppen am Optikträger zum Modulausgang gelangen, wird hiermit vorteilhafterweise eine Anordnung bereitgestellt, bei der eventuelle unerwünschte Auswirkungen von Komponenten zwischen dem Strahlteiler und dem Optikträger vermieden werden. Solche Auswirkungen können insbesondere auftreten, wenn eine Zoomoptik zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Optikträger vorhanden ist.
Der zusätzliche Weg vom Polarisationsstrahlteiler zum Umgehungsspiegel und zurück kann eine Auswirkung auf die Fokussierung des Lichtstrahls haben. Um diese Auswirkung auszugleichen, kann eine Fokussieroptik zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Modulausgang vorhanden sein, welche über elektronische Steuerungsmittel verstellbar ist. Wird der Strahlengang zum Umgehungsspiegel ausgewählt, wird die Fokussieroptik so verstellt, dass der Lichtstrahl an einem Probenort des Lichtmikroskops wieder fokussiert ist. Hierzu kann eine Brennweite der Fokussieroptik verstellbar sein oder die Fokussieroptik wird mit einem Motor in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls verschoben.
Bei der oben beschriebenen Ausführung können der Polarisationsstrahlteiler und die davor angeordneten polarisationsbeeinflussenden Mittel somit als Bypass wirken, mit dem eingestellt werden kann, ob ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl zu einer der optischen Baugruppen des Optikträgers geleitet wird. Eine noch schneller schaltbare Bypass-Funktion, bei der ein Lichtstrahl unmanipuliert vom Moduleingang zum Modulausgang geleitet wird, wird ermöglicht, wenn mit der Umlenkeinrichtung ein Rückleitspiegel des Optikträgers ausgewählt wird.
Weitere polarisationsändernde Mittel können zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Modulausgang angeordnet sein, womit die polarisationsändernde Wirkung von den polarisationsändernden Mitteln kompensiert wird. Dadurch stimmt die Pola- risierung eines Lichtstrahls beim Austreten durch den Modulausgang mit der Polarisierung beim Eintreten durch den Moduleingang überein, sofern am Optikträger keine optische Baugruppe mit einer polarisationsändernden Wirkung ausgewählt wird.
Besonders flexibel sind Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls einsetzbar, bei denen die optischen Baugruppen am Optikträger austauschbar gehalten sind und/oder eine Optikträgerhalterung zum austauschbaren Halten des Optikträgers vorhanden ist. Somit kann ein Mikroskopmodul mit denjenigen optischen Baugruppen bestückt werden, die für die jeweils geplanten Anwendungen notwendig sind. Ein austauschbares Halten kann beispielsweise durch eine mechanische Steck- oder Schraubverbindung oder auch durch eine magnetische Fixierung erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls sind optische Fokussiermittel zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Optikträger vorhanden, um für verschiedene Umlenkwinkel der Umlenkeinrichtung die jeweiligen Lichtstrahlen unter gleichen Winkeln auf die entsprechende optische Baugruppe des Optikträgers zu leiten. Bei den optischen Fokussiermitteln kann es sich insbesondere um eine oder mehrere Linsen oder Linsengruppen handeln. Grundsätzlich können aber auch Spiegel oder eine Kombination von Linsen und Spiegeln verwendet werden. Die optischen Fokussiermittel dienen hier auch einem Umlenken eines von der Umlenkeinrichtung kommenden Lichtstrahls. Dadurch können die Lichtstrahlen zwischen den optischen Fokussiermitteln und dem Optikträger parallel zueinander verlaufen, unabhängig von dem Umlenkwinkel der Umlenkeinrichtung. Bevorzugt wird durch die optischen Fokussiermittel ein Lichtstrahl mit seiner Hauptausbreitungsrichtung senkrecht auf die ausgewählte optische Baugruppe geleitet. Bevorzugt werden mit verschiedenen Umlenkwinkeln Lichtstrahlen auf dieselben Linsen und/oder Spiegel der optischen Fokussiermittel geleitet, allerdings an verschiedenen Bereichen von diesen.
Bevorzugt sind die optischen Fokussiermittel und die Umlenkeinrichtung so angeordnet, dass ein Lichtstrahl, der von einer der optischen Baugruppen zurückkommt, von den optischen Fokussiermitteln zu der Umlenkeinrichtung und weiter zum Modulausgang geleitet wird. Ein Leiten eines Lichtstrahls durch die Umlenkeinrichtung zum Optikträger und zurück vom Optikträger kann auch als rescan-Anordnung bezeichnet werden.
Prinzipiell ist es möglich, dass die optischen Baugruppen des Optikträgers in einer einzigen geraden oder gekrümmten Reihe angeordnet sind. Bevorzugt sind sie aber in einer zweidimensionalen Anordnung nebeneinander auf dem Optikträger positioniert. Entsprechend ist mit der Umlenkeinrichtung bevorzugt eine Umlenkrichtung eines auftreffenden Lichtstrahls zweidimensional steuerbar. Gegenüber einer eindimensionalen Anordnung sind bei einer zweidimensionalen Anordnung für eine vorgegebene Anzahl optischer Baugruppen vorteilhafterweise kleinere Unterschiede in den Umlenkwinkeln zum Auswählen einer optischen Baugruppe erforderlich. Durch geringere Unterschiede in den Umlenkwinkeln können zum einen kleinere Optiken verwendet werden, zum anderen sind die Unterschiede in den Laufwegen eines Lichtstrahls von der Umlenkeinrichtung zu den verschiedenen optischen Baugruppen geringer. Um Unterschiede in diesen Laufwegen weiter zu reduzieren, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die optischen Baugruppen relativ zueinander in Ausbreitungsrichtung eines von der Umlenkeinrichtung kommenden Lichtstrahls versetzt sind. Dieser Versatz kann so gewählt sein, dass alle Lichtlaufwege von der Umlenkeinrichtung zu den optischen Baugruppen gleich lang sind. In dieser Weise ist eine präzise Anordnung aller optischen Baugruppen in beispielsweise einer Zwischenbildebene des Lichtmikroskops möglich.
Die Umlenkeinrichtung kann beliebige, schnell schaltbare Mittel zum variablen Ändern einer Umlenkrichtung eines auftreffenden Lichtstrahls umfassen, beispielsweise eine akusto-optische Vorrichtung oder eine drehbare oder verschiebbare lichtbrechende Einrichtung. Bevorzugt wird eine Umlenkeinrichtung mit einem Umlenkspiegel eingesetzt. Hiermit wird eine hohe Schaltgeschwindigkeit erreicht, wobei gegenüber akusto-optischen Vorrichtungen auch Lichtstrahlen mit großem Querschnitt transportiert werden können und größere Umlenkwinkel ermöglicht werden. Um den Umlenkspiegel zu verstellen, sind elektronische Steuerungsmittel vorhanden. Diese sind dazu eingerichtet, zum Leiten des Lichtstrahls auf eine gewünschte optische Baugruppe den Umlenkspiegel zu drehen und/oder zu verschieben. Prinzipiell ist es auch möglich, dass ein Lichtstrahl mit einem ersten dreh- und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel auf einen von mehreren weiteren Umlenkspiegeln geleitet werden kann, von wo aus der Lichtstrahl wiederum variabel zu einer bestimmten optischen Baugruppe weitergeleitet werden kann. Umlenkspiegel bieten den Vorteil, dass eine zu bewegende Komponente verhältnismäßig klein ist und daher schnell bewegt werden kann.
Weitere Mikroskopieverfahren werden bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls ermöglicht, bei denen elektronische Steuermittel dazu eingerichtet sind, die Umlenkeinrichtung zum Durchführen eines Scans zu verstellen, bei dem ein auftreffender Lichtstrahl nacheinander in verschiedenen Winkeln oder an verschiedene Positionen auf ein und dieselbe optische Baugruppe geleitet wird. Diese kann ein Fenster zum Durchlassen des Lichtstrahls aus dem Mikroskopmodul heraus auf einen Detektor sein, um den Lichtstrahl auf verschiedene Bereiche einer Detektionsfläche des Detektors zu leiten. Hiermit kann ein bestimmter Probenbereich, der sich im Strahlengang des Lichtmikroskops befindet, nacheinander auf verschiedene Bereiche der Detektionsfläche abgebildet werden. Dadurch kann eine Zeitauflösung einer Probenuntersuchung erreicht werden, die höher als die Auslesegeschwindigkeit des Detektors ist. Bevorzugt wird bei dieser Ausführung die Umlenkeinrichtung zum Durchführen des Scans diskret geschaltet, so dass die Bilder des untersuchten Probenbereichs ohne Überlappen auf verschiedene Bereiche der Detektionsfläche abgebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich können die elektronischen Steuermittel und die Umlenkeinrichtung zum Durchführen eines Region-Of-Interest-Scan (ROI-Scan) eingerichtet sein, bei dem von der Umlenkeinrichtung umgelenkte Lichtstrahlen nacheinander auf verschiedene Bereiche einer zu untersuchenden Probe geleitet werden. Hierzu kann beispielsweise ein Lichtstrahl von der Umlenkeinrichtung nacheinander auf verschiedene Positionen einer optischen Baugruppe geleitet wird, um von dort aus zu verschiedenen Bereichen der Probe geleitet zu werden. Die optische Baugruppe kann hierzu Spiegel- oder Prismenflächen mit unterschiedlicher Ausrichtung aufweisen.
Der Umlenkspiegel kann auch zum Einstellen einer Beleuchtung für die Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF) oder die Lokalisationsmikroskopie nach Photoaktivierung (Photoactivated Localization Microscopy, PALM) eingesetzt werden. Die Beleuchtungseinstellung erfolgt dabei durch Anpassen des Umlenkwinkels des Umlenkspiegels für eine bestimmte optische Baugruppe. Die elektronischen Steuerungsmittel können dazu eingerichtet sein, abhängig von der Durchführung von TIRF, PALM oder einem anderen Mikroskopieverfahren den Umlenkwinkel zu einer bestimmten optischen Baugruppe anzupassen.
Es ist bevorzugt, dass optische Komponenten des Mikroskopmoduls dazu gestaltet sind, dass eine Ebene im Bereich des Modulausgangs optisch konjugiert zu einer Ebene im Bereich des Moduleingangs ist. Hierdurch können mehrere gleichartige Mikroskopmodule, die sich allenfalls in den optischen Baugruppen am Optikträger unterscheiden, problemlos aneinander gereiht werden. Eine Ebene im Bereich eines Moduleingangs eines ersten Mikroskopmoduls ist damit optisch konjugiert zu einer Ebene im Bereich des Moduleingangs eines folgenden zweiten Mikroskopmoduls.
Weitere Verstellmöglichkeiten eines Verlaufs eines Lichtstrahls im anzuschließenden Lichtmikroskop werden ermöglicht, wenn die Umlenkeinrichtung und eine Fokussier- optik zum Leiten des Lichtstrahls vom Moduleingang auf die Umlenkeinrichtung verschiebbar in Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtstrahls sind, um eine Fokuslage des Lichtstrahls in einem anschließbaren Lichtmikroskop zu verschieben. Dadurch kann eine Anpassung an verschiedene Pupillenlagen von Objektiven des Lichtmikroskops erfolgen.
Bevorzugt ist das Mikroskopmodul zum Bereitstellen eines variablen Zooms eingerichtet. Hierzu sind optische Elemente des Mikroskopmoduls relativ zueinander in Ausbreitungsrichtung eines zwischen ihnen verlaufenden Lichtstrahls verschiebbar. Elektronische Steuerungsmittel sind vorhanden und dazu eingerichtet, gemäß einer Eingabe eines Benutzers oder gemäß einer Programmanweisung die optischen Elemente zum Einstellen eines bestimmten Zooms zu verschieben. Diese optischen Elemente können insbesondere durch die optischen Fokussiermittel, die zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Optikträger angeordnet sind, und/oder die Fokus- sieroptik, die zwischen dem Moduleingang und der Umlenkeinrichtung angeordnet ist, und/oder die zweite Fokussieroptik, die zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Modulausgang angeordnet ist, gebildet sein. Zum Bereitstellen des variablen Zooms können die optischen Fokussiermittel sowie die beiden Fokussieroptiken entweder relativ zueinander verschiebbar sein oder mindestens eine von ihnen ist umfasst mehrere Linsen oder Spiegel, die zum Bereitstellen eines variablen Zooms relativ zueinander verschiebbar sind. Weist der Optikträger Gitter zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht auf, sind bevorzugt ein optisch brechendes Mittel zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Optikträger vorhanden ist. Zudem sind hier elektronische Steuerungsmittel zum motorischen Bewegen des optisch brechenden Mittels eingerichtet, um verschiedene Phasenbeziehungen des Beleuchtungslichts bezüglich des Gitters einzustellen, auf welches der Lichtstrahl geleitet wird. Das optisch brechende Mittel kann beispielsweise eine Wackelplatte sein, die über die elektronischen Steuerungsmittel verkippt wird, oder ein Keil, der über die elektronischen Steuerungsmittel verschoben wird.
Eine hohe Flexibilität in der Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Mikroskopmodule wird erreicht, wenn ein Modulausgang auch als Moduleingang fungieren kann und ein Moduleingang ebenso als Modulausgang dienen kann. Ein durch den Modulausgang eintretender Lichtstrahl kann somit vom Strahlteiler zur Umlenkeinrichtung und weiter zum Optikträger geleitet werden. Ein vom Optikträger zurückkommender Lichtstrahl wird in diesem Fall aufgrund seiner Polarität vom Strahlteiler zum Moduleingang geleitet, durch welchen der Lichtstrahl das Mikroskopmodul verlässt. Hierbei können auch schaltbare Polarisatoren eingesetzt werden.
Zudem kann ein Mikroskopmodul auch über mehrere Moduleingänge und/oder - ausgänge verfügen. Die Strahlengänge der verschiedenen Moduleingänge werden dabei kombiniert und verlaufen sodann in gleicher Weise wie zu den Ausführungsformen mit nur einem Moduleingang beschrieben. Über zusätzliche schaltbare Spiegel, insbesondere teildurchlässige Spiegel, kann auswählbar sein, zu welchem Modulausgang oder zu welchen Modulausgängen ein von einem Moduleingang kommender Lichtstrahl geleitet wird.
Bei einem Lichtmikroskop gemäß der Erfindung ist das Mikroskopmodul bevorzugt so gestaltet, dass der Optikträger mit den optischen Baugruppen im Bereich einer Zwischenbildebene des Lichtmikroskops angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird somit der Nachteil überwunden, dass ein Lichtmikroskop nur eine begrenzte Anzahl an Zwischenbildebenen und an Pupillenebenen zum Positionieren optischer Baugruppen bereitstellt. Somit kann eine prinzipiell beliebige Anzahl an optischen Baugruppen gleichzeitig in Zwischenbildebenen des Lichtmikroskops eingebracht werden, in dem mehrere Mikroskopmodule aneinandergeschlossen werden. Hierdurch kann zudem eine beliebige Anzahl an optischen Baugruppen gleichzeitig in Pupillenebe- nen des Lichtmikroskops eingebracht werden. Die Mikroskopmodule unterscheiden sich bevorzugt in ihren optischen Baugruppen am jeweiligen Optikträger. Dabei sind beliebige Kombinationen der vorbeschriebenen optischen Baugruppen möglich.
Um den Bedienungskomfort für einen Benutzer zu erhöhen, kann eine Eingabeeinrichtung vorhanden sein, mit der ein Benutzer einen Mikroskopiemodus oder ein Mikroskopieverfahren wählen kann. Die elektronischen Steuerungsmittel sind dann zum motorischen Einstellen der Umlenkeinrichtung oder -einrichtungen der jeweiligen Mikroskopmodule abhängig von einer über die Eingabeeinrichtung erfolgten Eingabe eingerichtet. Vorteilhafterweise können so durch eine einzige Eingabe von einem Benutzer mehrere Umlenkeinrichtungen automatisch verstellt und somit mehrere optische Baugruppen ausgewählt werden.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer Auswahl eines Mikroskopiemodus durch einen Benutzer die Umlenkeinrichtungen aller Mikroskopmodule automatisch eingestellt werden zum Auswählen von jeweils einer optischen Baugruppe jedes Mikroskopmoduls und dass mit den ausgewählten optischen Baugruppen ein Probenbild aufgenommen wird. Vorteilhafterweise muss ein Benutzer somit nicht für jeden Optikträger einzeln die gewünschte optische Baugruppe auswählen, vielmehr können abhängig von einer einzigen Eingabe des Benutzers mehrere optische Baugruppen verschiedener Mikroskopmodule ausgewählt werden.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist werden abhängig von einer Eingabe des Benutzers mehrere Probenbilder nacheinander mit verschiedenen ausgewählten optischen Baugruppen aufgenommen. Beispielsweise können automatisch verschiedene Gitter zum Erzeugen einer strukturierten Beleuchtung nacheinander ausgewählt werden, um aus mehreren aufgenommenen Probenbildern ein höherauflösendes Bild zu berechnen. Auch eine Aufnahme mehrerer Probenbilder, bei denen sequentiell verschiedene Lichtfilter, beispielsweise Farbfilter, ausgewählt werden, kann automatisch nach einer Eingabe eines Benutzers ausgeführt werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin einen Datenspeicherträger, auf welchem ein Programm zum Ansteuern eines Lichtmikroskops gespeichert ist, wobei das Programm das Betreiben des Mikroskops gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermög- licht. Der Datenspeicherträger kann in computer-lesbarer Form gebildet sein. Insbesondere kann das Programm auf dem Datenspeicherträger einen Programmcode enthalten, mit dem auf einem Anzeigemittel des Lichtmikroskops einem Benutzer eine Auswahl verschiedener Mikroskopiemodi angezeigt wird. Gemäß einer Auswahl eines dieser Mikroskopiemodi führt das Programm eine der vorbeschriebenen Verfahrensvarianten aus.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. Hierin zeigen;
Fig. 1 : ein Schema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Optikträgers mit optischen Baugruppen eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls und
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops.
Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Schema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls 100. Dieses weist ein Gehäuse 5 zum Anordnen an einer optischen Schnittstelle eines hier nicht dargestellten Lichtmikroskops auf. An dem Gehäuse 5 befindet sich ein Moduleingang 10, ein Modulausgang 20 und eine bidirektionale optische Schnittstelle 30, die jeweils mit Anschlussmitteln zum Anschließen an ein weiteres Mikroskopmodul 100, an eine optische Schnittstelle des anzuschließenden Lichtmikroskops oder an eine andere externe Vorrichtung vorhanden sind.
Durch den Moduleingang 10 kann ein Lichtstrahl 12 eintreten und wird auswählbar durch die bidirektionale optische Schnittstelle 30 und/oder durch den Modulausgang 20 geleitet. Zudem kann ein durch die bidirektionale optische Schnittstelle 30 eintretender Lichtstrahl 12 ebenfalls zu dem Modulausgang 20 geleitet werden. Somit kann eine beliebige Anzahl an Schnittstellen zur Verbindung externer Vorrichtungen bereitgestellt werden. Diese Anzahl ist also nicht mehr durch eine Anzahl an Schnittstellen am Stativ des Lichtmikroskops beschränkt. Vielmehr kann eine beliebige Anzahl an Mikroskopmodulen 100 aneinandergereiht werden, womit die Anzahl an Schnittstellen flexibel erweiterbar ist.
Zudem kann ein eintretender Lichtstrahl 12 durch verschiedene optische Baugruppen innerhalb des Gehäuses 5 manipuliert werden, wobei ein Umschalten zwischen verwendeten optischen Baugruppen in besonders kurzer Zeit erfolgen kann.
Ein bevorzugter Aufbau eines erfindungsgemäßen Mikroskopmoduls 100, bei dem die zentralen hierzu verwendeten Komponenten dargestellt sind, ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.
Als wesentliche Komponenten des Mikroskopmoduls 100 zeigt Fig. 2 einen Optikträger 40, an dem ein auftreffender Lichtstrahl 12 durch verschiedene optische Baugruppen 71 , 72 und 73 manipuliert werden kann, und eine verstellbare Umlenkeinrichtung 50 zum Leiten des Lichtstrahls 12 auf eine der optischen Baugruppen 71, 72 und 73.
Ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl 12 durchläuft zunächst eine Fokus- sieroptik 14 sowie polarisationsändernde Mittel 16 und trifft dann auf einen Polarisationsstrahlteiier 60. Der Polarisationsstrahlteiier 60 leitet Licht abhängig von dessen Polarisierung entweder in Richtung der Umlenkeinrichtung 50 oder über eine zweite Fokussieroptik 24 zum Modulausgang.
Die polarisationsändernden Mittel 16 können eine λ/2-Platte umfassen. Ist das Licht 12 polarisiert, kann so dessen Polarisationsrichtung an eine Durchläse- oder Reflek- tionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 60 angepasst werden. Wird unpolarisier- tes Licht verwendet, können die polarisationsändernden Mittel 16 zusätzlich oder alternativ einen Polarisator oder Polarisationsfilter umfassen.
Eine Polarisationsrichtung der polarisationsändernden Mittel 16 kann so gewählt sein, dass vom Moduleingang kommende Lichtstrahlen 12 am Polarisationsstrahlteiier 60 zu der Umlenkeinrichtung 50 weitergeleitet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die polarisationsändernden Mittel 16 schaltbar, um verschiedene Polarisierungen eines durchlaufenden Lichtstrahls 12 zu ermöglichen. Beispielsweise können die polarisationsändernden Mittel 16 eine drehbare λ/2-Platte 16 umfassen. Dadurch kann ein vom Moduleingang kommender Lichtstrahl 12 am Polarisationsstrahlteiler 60 wahlweise zur Umlenkeinrichtung 50 und/oder ohne auf die Umlenkeinrichtung 50 zu gelangen zum Modulausgang geleitet werden. Wird mit den polarisationsändernden Mitteln 16 eine Polarisationsrichtung vorgegeben, durch die der Lichtstrahl 12 ohne auf die Umlenkeinrichtung 50 zu treffen zum Modulausgang geleitet wird, so verlässt der Lichtstrahl 12 den Polarisationsstrahlteiler 60, der hier als Polarisationswürfel 60 ausgeführt ist, zunächst auf einer Seite gegenüberliegend zum Modulausgang. Hier durchläuft der Lichtstrahl 12 polarisationsändernde Mittel 62 und wird von einem Spiegel 64 zurück durch die polarisationsändernden Mittel 62 auf den Polarisationsstrahlteiler 60 geleitet. Durch die polarisationsändernden Mittel 62 wurde eine Polarisierung des Lichtstrahls 12 so geändert, dass dieser nun zum Modulausgang geleitet wird. Hierzu können die polarisationsändernden Mittel 62 eine λ/4-Platte umfassen.
Vor dem Modulausgang ist eine Fokussieroptik 24 angeordnet, die auch als Zoomoptik ausgeführt sein kann.
Von der Umlenkeinrichtung 50 zum Polarisationsstrahlteiler 60 zurückkommende Lichtstrahlen sollen von dieser nicht in Richtung des Moduleingangs, sondern in Richtung des Modulausgangs weitergeleitet werden. Daher soll ein von der Umlenkeinrichtung 50 zurückkommender Lichtstrahl durch seine Polarisation von einem Lichtstrahl, der vom Moduleingang kommt, unterschieden werden können. Hierzu sind polarisationsändernde Mittel 18 zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 60 und dem Optikträger 40 angeordnet. Bevorzugt befinden sich die polarisationsändernden Mittel 18 zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 60 und der Umlenkeinrichtung 50, weil dieser Abschnitt des Strahlengangs unabhängig von einer Auswahl einer der optischen Baugruppen 71 , 72, und 73 ist. Ein Beispiel für die polarisationsändernden Mittel 18 ist eine λ/4-Platte.
Solange am Optikträger 40 keine polarisationsändernden Mittel gewählt werden, soll der am Modulausgang austretende Lichtstrahl jedoch bevorzugt die gleiche Polarisation wie der am Moduleingang eintretende Lichtstrahl aufweisen. Dies kann mit weiteren polarisationsändernden Mitteln 19 erreicht werden, die zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 60 und dem Modulausgang angeordnet sind. Mit der Umlenkeinrichtung 50 ist ein Umlenkwinkel für einen auftreffenden Lichtstrahl 12 veränderbar, um so den Lichtstrahl 12 auf ein der optischen Baugruppen 71, 72, und 73 zu lenken. Im dargestellten Fall weist die Umlenkeinrichtung 50 einen Umlenkspiegel 50 auf. Dieser ist ein 2D-Scanspiegel und als mikro-elektromechanisches System (MEMS) ausgeführt. Ein solcher Umlenkspiegel 50 kann besonders schnell verstellt werden. Hierdurch können bedeutsame Zeitersparnisse gegenüber dem Fall erreicht werden, dass zur Auswahl einer optischen Baugruppe diese Baugruppe selbst oder gar der gesamte Optikträger 40 bewegt wird.
In Fig. 2 ist der Umlenkspiegel 50 als durchgezogene Linie in einer ersten Position gezeigt, in welcher er einen auftreffenden Lichtstrahl 12 zu der optischen Baugruppe
72 leitet. Zudem ist als gestrichelte Linie eine zweite Position des Umlenkspiegels 50 dargestellt, mit welcher ein auftreffender Lichtstrahl entlang der gestrichelten Linie 13 zu der optischen Baugruppe 71 umgelenkt wird.
Im Strahlengang zwischen der Umlenkeinrichtung 50 und dem Optikträger 40 sind optische Fokussiermittel 35 angeordnet. Diese können eine oder mehrere Linsen und/oder Spiegel umfassen. Abhängig von einem Umlenkwinkel der Umlenkeinrichtung 50 werden Lichtstrahlen 12 auf verschiedene Bereiche der optischen Fokussiermittel 35 geleitet. Bevorzugt sind die optischen Fokussiermittel dazu gestaltet, dass unabhängig vom Umlenkwinkel die Lichtstrahlen 12 unter einem gleichen Winkel auf die optischen Baugruppen 71 , 72 und 73 treffen. Hierzu kann die Umlenkeinrichtung 50 in einem Fokusbereich der optischen Fokussiermittel 35 angeordnet sein, Der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen 12 auf die optischen Baugruppen 71, 72 und
73 treffen, kann 90° betragen, wie in Fig. 2 dargestellt. Hierdurch können auf die optischen Baugruppen 71 , 72, und 73 treffende Lichtstrahlen 12 auf demselben Weg, den sie gekommen sind, zu der Umlenkeinrichtung 50 und weiter zum Polarisationsstrahlteiler 60 geleitet werden.
Alternativ können die optischen Fokussiermittel 35 aber auch so gestaltet oder angeordnet sein, dass auftreffende Lichtstrahlen 12 unter einem Winkel, der von 90° abweicht, auf die optischen Baugruppen 71 , 72 oder 73 trifft. Von diesen zurückgeworfene Lichtstrahlen können sodann von einer weiteren, nicht dargestellten Umlenkeinrichtung zum Modulausgang geleitet werden. Hierdurch kann auf den Polarisations- strahlteiler 60 und die zugehörigen polarisationsbeeinflussenden Mittel 16, 18 und 19 verzichtet werden.
Bevorzugt sind optische Komponenten zwischen dem Moduleingang und dem Optikträger 40 so gestaltet, dass eine Zwischenbildebene 38 eines anschließbaren Lichtmikroskops an der Position des Optikträgers 40 gebildet wird. Durch die optischen Baugruppen 71 , 72, und 73 hervorgerufene Änderungen am Lichtstrahl 12 werden so scharf in eine Probenebene des Lichtmikroskops abgebildet.
Eine vergrößerte Ansicht des Optikträgers 40 ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Um eine große Auswahl verschiedener Mikroskopieverfahren zu ermöglichen, weist der Optikträger 40 bevorzugt mindestens vier verschiedene optische Baugruppen auf. Im dargestellten Beispiel sind 16 verschiedene optische Baugruppen 71 bis 86 vorhanden. Diese sind zweidimensional in Reihen und Spalten angeordnet, so dass mit verhältnismäßig nah beieinanderliegenden Wegen von Lichtstrahlen eine große Anzahl an optischen Baugruppen erreicht werden kann.
Der Optikträger 40 weist zwei Polarisationsfilter 71 , 83 auf, die sich in ihrer Durchlassrichtung unterscheiden. Diese können beispielsweise eingesetzt werden, wenn an die bidirektionale optische Schnittstelle hinter dem Optikträger ein Lichtdetektor als externe Vorrichtung angeschlossen ist.
Zudem ist am Optikträger 40 eine Linse 72 angebracht, die auch als Linsengruppe ausgeführt sein kann.
Der Optikträger 40 weist weiterhin ein Fenster 75 auf, durch welches ein Lichtstrahl zu oder von der bidirektionalen Schnittstelle durchtreten kann.
Zudem ist ein Rückleitspiegel 76 vorhanden. Dieser leitet einen von der Umlenkeinrichtung kommenden Lichtstrahl zurück auf die Umlenkeinrichtung, ohne am Lichtstrahl Manipulationen durchzuführen, wie beispielsweise eine Änderung des Strahlquerschnitts oder der spektralen Eigenschaften. Dies kann auch als Bypass in Bezug auf eine an die bidirektionale optische Schnittstelle angeschlossene externe Vorrichtung bezeichnet werden.
Ein mit F gekennzeichneter Farbfilter 86 stellt einen Bandpassfilter für einen bestimmten Wellenlängenbereich dar. Je nach Ausgestaltung des Farbfilters kann die- ser Wellenlängenbereich transmittiert oder reflektiert werden, Auch können dichroiti- sche Strahlteiler mit einer Grenzwellenlänge zwischen Transmission und Reflexion vorhanden sein.
Weiterhin ist eine erste Gruppe von Gittern 73, 74, 77, 78 und 82 vorhanden, die insbesondere zum Erzeugen einer strukturierten Beleuchtung eingesetzt werden können. Die Gitter weisen dieselbe Gitterkonstante auf und sind in verschiedenen Winkeln angeordnet. Die Gitter können als Reflexionsgitter ausgeführt sein, um einen Lichtstrahl von der Umlenkeinrichtung zu dieser zurück und weiter zum Modulaus- gang zu leiten, oder als Transmissionsgitter, um von der Umlenkeinrichtung kommendes Licht zu der bidirektionalen optischen Schnittstelle zu leiten. Einsatz finden Transmissionsgitter oder Amplitudengitter beispielsweise, wenn ein optisches Schneiden erfolgen soll. Hierbei trägt nur Licht, welches aus einer Fokusebene stammt, zu der Abbildung einer Probe bei.
Schließlich kann eine zweite Gruppe von Gittern 79, 80, 81 , 84 und 85 vorgesehen sein, welche ebenfalls in verschiedenen Winkeln zueinander angeordnet sind. Die Gitter dieser zweiten Gruppe haben eine übereinstimmende Gitterkonstante, die von der Gitterkonstante der Gitter der ersten Gruppe verschieden ist.
Die optischen Baugruppen am Optikträger 40 sind im dargestellten Beispiel austauschbar montiert, beispielsweise über Steck-, Schraub- oder magnetische Verbindungen. Abhängig von geplanten Messverfahren können so einige der am Optikträger 40 befestigten optischen Baugruppen durch andere ersetzt werden.
Beispielsweise kann als weitere optische Baugruppe ein Spiegel mit einer Maske verwendet werden, womit der Spiegel nur in bestimmten Bereichen reflektierend ist. Hierbei können auch mehrere Spiegel mit Maske eingesetzt werden, die sich in der Form und Größe der Maske unterscheiden. Einsatz finden solche Spiegel beispielsweise bei FRAP-Messungen (fluorescence recovery after photobleaching).
Zudem kann ein Prisma zur spektralen Zerlegung eines auftreffenden Lichtstrahls eingesetzt werden. Weiterhin können Plättchen verschiedener Dicke verwendet werden, die als Glaswege bezeichnet werden. Diese dienen der Fokusverschiebung und ermöglichen einen diskreten Tiefenscan. Unterschiedliche Filter können als Anregungsfilter, Emissionsfilter oder Strahlteiler genutzt werden. Schmalbandige Filter können zum Entfernen von unerwünschtem Laserlicht einer Lichtquelle eingesetzt werden und werden auch als Laser-Cleanup-Filter bezeichnet.
Durch den modularen Aufbau kann vorteilhafterweise eine beliebige Anzahl von N+1- Farbkanälen gleichzeitig gemessen werden, indem mindestens N Mikroskopmodule aneinandergefügt werden. An den bidirektionalen optischen Schnittstellen der Mikroskopmodule sowie an einem Modulausgang des letzten dieser Mikroskopmodule ist dann ein Detektor angeordnet. Bei den Detektoren kann es sich um räumlich auflösende Kameras oder Detektorarrays handeln, womit für die verschiedenen Farbkanäle jeweils ein Weitfeldbild der Probe aufgenommen werden kann. An den Optikträgern dieser Mikroskopmodule wird jeweils ein Filter genutzt, der eine Grenzwellenlänge zwischen Transmission und Reflexion aufweist, wobei diese Grenzwellenlängen für unterschiedliche Mikroskopmodule verschieden sind. Hierdurch wird eine effiziente Filterung mit geringen Lichtverlusten erreicht. Herkömmliche mehrkanalige Detektoren verwenden hingegen oftmals dichroitische Strahlteiler, die in einem 45°- Winkel zum Strahlengang positioniert sind. Filter in diesem Winkel sind jedoch in der Regel weniger effizient und/oder schwieriger herzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops 110 ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Das Lichtmikroskop 110 weist ein Mikroskopstativ 120 sowie mehrere erfindungsgemäße Mikroskopmodule 100A bis 100E auf. An die Mikroskopmodule 100A bis 100E sind verschiedene externe Vorrichtungen 125A, 125E und 130A bis 130E angeschlossen. Die Mikroskopmodule 100A bis 100E können jeweils wie das mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebene Mikroskopmodul gebildet sein, wobei Unterschiede in der Bestückung der jeweiligen Optikträger vorliegen können.
An dem Mikroskopstativ 120 befindet sich eine Probenebene, an der eine zu untersuchende Probe an beispielsweise einem Probentisch positionierbar ist. Zur Untersuchung der Probe weist das Mikroskopstativ 120 mindestens ein Objektiv auf. Zudem kann eine Kondensoroptik zum Leiten von Beleuchtungs- oder Anregungslicht auf die Probe vorgesehen sein. Ein Okular zur Beobachtung der Probe ist an das Mikroskopstativ 120 anschließbar.
Damit das Mikroskopstativ 120 bei verschiedenen Mikroskopieverfahren einsetzbar ist, weist es eine erste Stativschnittstelle 121 auf. Ein hierdurch eintretender Licht- strahl wird zur Anregung oder Beleuchtung auf die Probe geleitet. Zudem weist das Mikroskopstativ 120 eine zweite Stativschnittstelle 122 auf. Ein von der Probe kommender Lichtstrahl kann, insbesondere schaltbar, durch die zweite Stativschnittstelle 122 aus dem Mikroskopstativ 120 ausgekoppelt werden, um weiter manipuliert und/oder nachgewiesen zu werden.
Bei herkömmlichen Lichtmikroskopen ist an die Stativschnittstellen jeweils nur eine Vorrichtung angeschlossen. Im angeschlossenen Zustand befinden sich die optische Komponenten dieser Vorrichtung entweder immer im Strahlengang, was beim Wechsel eines Mikroskopieverfahrens unerwünscht sein kann, oder die optischen Komponenten werden aus dem Strahlengang entfernt, wobei der Zeitaufwand verhältnismäßig groß ist und bei motorischen Ausführungen auch der konstruktive Aufwand vergleichsweise hoch ist.
Das erfindungsgemäße Lichtmikroskop 110 unterscheidet sich von solchen herkömmlichen Lichtmikroskopen dadurch, dass Mikroskopmodule 100A bis 100E in beliebiger Anzahl, welche größer als die Anzahl der vorhandenen Stativschnittstelle 121 , 122 sein kann, gleichzeitig anschließbar sind. Hierzu können die Mikroskopmodule 100A bis 100E in Reihe verbunden werden.
Zudem kann über die Mikroskopmodule 100A bis 100E eine beliebige Anzahl externer Vorrichtungen gleichzeitig mit einem Strahlengang verbunden werden, der zu einer der Stativschnittstellen 121 und 122 hin oder von dieser weg führt.
Außerdem wird an den Optikträgern 40A bis 40E eine große Anzahl optischer Baugruppen bereitgestellt, von denen pro Mikroskopmodul 100A bis 100E jeweils eine über die jeweilige Umlenkeinrichtung in schneller Weise eingesetzt werden kann. Durch die Umlenkeinrichtungen und die Optikträger 40A bis 40E kann eine Verbindung zwischen den externen Vorrichtungen 125A, 125E und 130A bis 130E zu den Stativschnittstellen 121 und 122 in schneller Weise hergestellt und getrennt werden.
Zum Leiten von Licht auf die Probe sind im dargestellten Beispiel an die erste Stativschnittstelle 121 drei Mikroskopmodule 100A bis 100C in Reihe angeschlossen.
Am Moduleingang 10A des ersten Mikroskopmoduls 100A ist ein Laser 125A oder ein Lasermodul angeschlossen, von dem ein Lichtstrahl in das Mikroskopmodul 100A eingestrahlt wird. Dort wird der Lichtstrahl auf den Optikträger 40A geleitet. An der dahinter liegenden bidirektionalen optischen Schnittstelle 30A ist ein Manipulator 130A angeschlossen, der einen Scanner zum Abrastern der Probe mit dem Lichtstrahl umfasst. Wird am Optikträger 40A ein Fenster ausgewählt, so tritt der Lichtstrahl in den Manipulator 130A ein und wird zum Scannen der Probe zurück durch die bidirektionale optische Schnittstelle 30A und weiter zum Modulausgang 20A geleitet. Prinzipiell kann ein Laser, insbesondere ein Kurzpulslaser, auch innerhalb der Vorrichtung 130A angeordnet sein.
Alternativ kann am Optikträger 40A ein Laser-Cleanup-Filter ausgewählt werden, der auch als Emissionsfilter bezeichnet werden kann. Dieser leitet allein Licht eines schmalbandigen Spektralbereichs weiter zum Modulausgang 20A. Unerwünschtes Licht anderer Wellenlängenbereiche wird dadurch gefiltert.
An den Modulausgang 20A ist der Moduleingang 10B des zweiten Mikroskopmoduls 100B angeschlossen. Zur Beleuchtung oder Anregung der Probe wird der Lichtstrahl zum Modulausgang 20B geleitet. Von der Probe emittiertes Probenlicht, insbesondere Fluoreszenzlicht, kann zurück zu dem Mikroskopmodul 100B und dort auf den Optikträger 40B geleitet werden. Über ein Fenster oder einen Farbfilter am Optikträger 40B kann das Probenlicht zu einem Detektor geleitet werden, insbesondere zu einem non-descanned Detektor. Hiermit kann ein Zwei-Photonen-Laserscanning-Mikroskop gebildet werden. Damit allein Probenlicht und nicht der zur Anregung der Probe dienende Lichtstrahl den Detektor erreicht, können am Optikträger 40B Farbstrahlteiler vorhanden sein, die verschiedene Grenzwellenlängen zwischen Transmission und Reflexion aufweisen.
Zusätzlich können am Optikträger 40B ein Rückleitspiegel sowie mehrere Spiegel mit unterschiedlichen Masken für FRAP-Messungen vorhanden sein.
Ein vom Optikträger 40B zurückkommender Lichtstrahl gelangt über den Modulausgang 20B und den Moduleingang 10C des dritten Mikroskopmoduls 100C zu dessen Optikträger 40C. Hinter diesem ist ein Laserscanning-Modul 130C an die bidirektionale optische Schnittstelle 30C angeschlossen. Dabei ist über die Optikträger 40A bis 40C auswählbar, ob ein Lichtstrahl des Laserscanning-Moduls 130C oder des Lasers 125A durch den Modulausgang 20C in das Mikroskopstativ 120 eingekoppelt werden soll. Zudem können am Optikträger 40C mehrere Gitter verschiedener Gitter- konstante und/oder Orientierung vorhanden sein, die für Mikroskopieverfahren mit strukturierter Beleuchtung (SIM) sequentiell ausgewählt werden können.
Von der Probe kommendes Licht wird durch die zweite Stativschnittstelle 122 und den daran angeschlossenen Moduleingang 10D des vierten Mikroskopmoduls 100D zu dessen Optikträger 40D geleitet.
Dieser Optikträger 40D kann beispielsweise über ein Fenster, einen Farbteiler und eine Bertrand-Linse verfügen. Mit einem dahinter angeordneten Detektor oder eine Kamera 130B kann sodann eine Pupillenbeobachtung, die Aufnahme eines Weitfeldbildes der Probe oder die Aufzeichnung eines Probenbilds entsprechend einem Wel- lenlängendurchlassbereich des Farbfilters erfolgen.
Das Licht, dass vom Optikträger 40D zurückgeworfen wird, insbesondere von dessen Farbteiler, wird weiter zum Optikträger 40E des fünften Mikroskopmoduls 100E geleitet. An diesem können verschiedene Farbfilter auswählbar sein, so dass ein Lichtstrahl abhängig von seiner Wellenlänge zu einer Kamera 130E hinter der bidirektionalen optischen Schnittstelle 30E oder zu einer Kamera 125E am Modulausgang 20E geleitet wird.
Soll eine Messung mit einer Zeitauflösung erfolgen, die höher als die Auslesegeschwindigkeit der Kamera 130E ist, so kann die Umlenkeinrichtung des Mikroskopmoduls 100E zum Durchführen eines Scans angesteuert werden, bei welchem ein Probenbild nacheinander auf verschiedene, nicht überlappende Bereiche der Detek- tionsfläche der Kamera 130E abgebildet wird. Diese erhöhte Aufnahmegeschwindigkeit kann insbesondere wünschenswert sein, wenn ein Mikroskopieverfahren mit strukturierter Beleuchtung durchgeführt wird, bei welchem mehrere Bilder mit Gittern verschiedener Orientierungen und/oder Gitterkonstanten aufgenommen werden.
Eine Übersicht verschiedener optischer Baugruppen, die an einem der Optikträger angeordnet sein können, ist in der folgenden Tabelle 1 gegeben. Zu den optischen Baugruppen ist in der zweiten Spalte eine charakterisierende Eigenschaft oder ein Parameter angegeben, welcher für mehrere optische Baugruppen der gleichen Art variabel sein kann. Beispielsweise können sich Glaswege in der Dicke unterscheiden, so dass zwischen verschiedenen Fokusverschiebungen gewählt werden kann. Weiterhin zeigt die Tabelle die Funktion der jeweiligen optischen Baugruppe, wenn diese in einem Modul im Anregungsstrahlengang zur Probe hin oder in einem Modul im Detektionsstrahlengang, also zwischen Probe und Detektionseinrichtung, angeordnet ist.
Figure imgf000031_0001
Tabelle 1
In der folgenden Tabelle 2 ist eine Übersicht zu verschiedenen Mikroskopmodulen gegeben. Zu jedem Modul sind die Funktion im Lichtmikroskop und die Bestückung des Optikträgers angegeben. Modul Funktionen Bestückung des Optikträgers
Bemerkung
Weitfeld Laser- Laser-Cleanup- Optional, alternativ
Weitfeldbeleuchtung Filter ist bypass möglich
TIRF Spiegel
FRAP Spiegel mit Maske
Strukturierte Schnelle Gitterdrehung Gitter in den Phasenschieben Beleuchtung erforderlichen durch Umlenkspiegel
Orientierungen
Lichtmikroskop Apotom Amplitudengitter
Detektion Durch AneinanderreiFilter Gegenüber dichroiti- hen von N Detektions- schen Strahlteilern in modulen können bis zu 45°-Anordnung kann N+1 Farbkanäle eine effizientere Filgleichzeitig genutzt terung erreicht werwerden den schnelle DetekROI-Scan Leer oder transUmlenkspiegel übertion parente Scheibe nimmt ROI-Scan
Tabelle 2
Vorteilhafterweise kann eine optische Verbindung zwischen einer Stativschnittstelle und den optischen Baugruppen sowie externen Vorrichtungen in kurzer Zeit über die Umlenkeinrichtungen getrennt oder hergestellt werden. Dadurch ermöglichen die erfindungsgemäßen Mikroskopmodule und das erfindungsgemäße Lichtmikroskop ein schnelles Umschalten zwischen verschiedenen Mikroskopieverfahren.
Bezugszeichenliste
5 Gehäuse
10, 10Α-10Έ Moduleingang
12 Licht, Lichtstrahl
13 Lichtweg zur optischen Baugruppe 71
14 Fokussieroptik
16 polarisationsändernde Mittel 18 polarisationsändernde Mittel
19 polarisationsändernde Mittel vorm Modulausgang 20, 20A-20E Modulausgang
24 Fokussieroptik vorm Modulausgang
30, 30A-30E bidirektionale optische Schnittstelle
35 optische Fokussiermittel
38 Zwischenbildebene
40, 40A-40E Optikträger
50 Umlenkeinrichtung
60 Strahlteiler, Polarisationsstrahlteiler
62 polarisationsändernde Mittel
64 Spiegel
71 -86 optische Baugruppen
100, 100A-100E Mikroskopmodul
110 Lichtmikroskop
120 Mikroskopstativ
121 , 122 Mikroskopschnittstelle
125A, 125E, 130A-130E externe Vorrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Mikroskopmodul zum Einbringen in einen Strahlengang eines Lichtmikroskops mit
einem Moduleingang (10) zum Einlassen eines Lichtstrahls (12) und
einem Modulausgang (20) zum Auslassen eines Lichtstrahls (12),
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
dass ein Optikträger (40) vorhanden ist, an dem verschiedene optische Baugruppen (71 - 86) angeordnet sind, und
dass eine verstellbare Umlenkeinrichtung (50) vorhanden ist zum auswählbaren Umlenken eines von dem Moduleingang (10) kommenden Lichtstrahls (12) auf eine der optischen Baugruppen (71 - 86) und zum Umlenken eines von dieser optischen Baugruppe kommenden Lichtstrahls (12) zum Modulausgang (20).
2. Mikroskopmodul nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
dass am Optikträger (40) mindestens zwei der folgenden optischen Baugruppen (71 - 86) angeordnet sind:
- ein oder mehrere dichroitische Strahlteiler, die wellenlängenabhängig einen auftreffenden Lichtstrahl (12) reflektieren oder transmittieren,
- ein oder mehrere Farbfilter (86), die nur Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektieren oder transmittieren,
- mindestens drei Gitter (73, 74, 77, 78, 82) mit einer bestimmten Gitterkonstante zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht, wobei die Gitter (73, 74, 77, 78, 82) in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, - mindestens drei Gitter (79, 80, 81 , 84, 85) mit einer anderen Gitterkonstante zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht, wobei die Gitter (79, 80, 81 , 84, 85) in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind,
- eine Bertrand-Linse (72) zum Erzeugen eines Pupillenbilds,
- ein oder mehrere Polarisationsfilter (71 , 83) zum Erzeugen jeweils einer bestimmten Polarisierung eines auftreffenden Lichtstrahls (12),
- ein oder mehrere polarisationsändernde Mittel zum Ändern einer Polarisierung eines auftreffenden Lichtstrahls (12),
- ein oder mehrere Spiegel mit jeweils einer Maske zum Verändern einer Querschnittsform eines auftreffenden Lichtstrahls (12),
- ein Bildfelddreher zum Drehen einer Abbildung, die mit einem auftreffenden Lichtstrahl (12) erzeugt wird,
- eine oder mehrere Zylinderlinsen zum Fokussieren eines Lichtstrahls (12) in nur einer Richtung,
- eine oder mehrere Platten definierter Dicke zur Fokusverschiebung eines auftreffenden Lichtstrahls (12) in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls (12),
- ein Prisma zur spektralen Zerlegung eines auftreffenden Lichtstrahls (12),
- ein einstellbarer räumlicher Modulator für Licht,
- eine oder mehrere einstellbare Optiken zur Korrektur von Abbildungsfehlern,
- ein oder mehrere Scanspiegel,
- ein Rückleitspiegel (76) zum manipulationsfreien Weiterleiten eines Lichtstrahls (12) vom Moduleingang (10) zum Modulausgang (20), wobei mit dem Rückleitspiegel (76) ein Lichtstrahl (12), der vom Moduleingang (10) kommend über die Umlenkeinrichtung (50) auf den Rückleitspiegel (76) geleitet wird, zurück auf die Umlenkeinrichtung (50) und weiter zum Modulausgang (20) leitbar ist, und
- ein Fenster (75) zum Durchlassen des Lichtstrahls (12), der von der Umlenkeinrichtung (50) kommt, zu einer bidirektionalen optischen Schnittstelle (30) des Mikroskopmoduls, an welche eine externe Vorrichtung (130A - 130E) anschließbar ist, und/oder zum Durchlassen eines Lichtstrahls (12), der von einer externen Vorrichtung (130A - 130E) und durch eine bidirekti- onale optische Schnittstelle (30) des Mikroskopmoduls eingelassen wird, zu der Umlenkeinrichtung (50).
3. Mikroskopmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine bidirektionale optische Schnittstelle (30) vorhanden ist, an welche eine externe Vorrichtung (130A - 130E) anschließbar ist,
dass mit der Umlenkeinrichtung (50) ein vom Moduleingang (10) kommender
Lichtstrahl (12) durch die bidirektionale optische Schnittstelle (30) leitbar ist und
dass mit der Umlenkeinrichtung (50) ein von der bidirektionalen optischen Schnittstelle (30) kommender Lichtstrahl (12) in Richtung des Modulausgangs (20) leitbar ist.
4. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Moduleingang (10) und/oder am Modulausgang (20) und/oder an der bidirektionalen optischen Schnittstelle (30) Anschlussmittel zum Verbinden mit einem Anschluss eines Lichtmikroskops oder mit Anschlussmitteln eines Modulausgangs (20) eines anderen Mikroskopmoduls oder einer anderen optischen Komponente vorhanden sind.
5. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Strahlteiler (60) vorhanden ist zum Leiten eines Lichtstrahls (12), der vom Moduleingang (10) kommt, in Richtung zur Umlenkeinrichtung (50) und zum Leiten eines Lichtstrahls (12), der von der Umlenkeinrichtung (50) kommt, in Richtung des Modulausgangs (20).
6. Mikroskopmodul nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Strahlteiler (60) ein Polarisationsstrahlteiler (60) ist.
7. Mikroskopmodul nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass polarisationsändernde Mittel (18) zwischen dem Polarisationsstrahlteiler (60) und dem Optikträger (40) vorhanden sind, damit am Polarisationsstrahlteiler (60) Lichtstrahlen (12), die vom Moduleingang (10) kommen, von Lichtstrahlen (12) unterscheidbar sind, die von der Umlenkeinrichtung (50) kommen.
8. Mikroskopmodul nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Moduleingang (10) und dem Polarisationsstrahlteiler (60) polarisationsbeeinflussende Mittel (16) zum Einstellen einer Polarisierung des Lichtstrahls (12) vorhanden sind und
dass die polarisationsbeeinflussenden Mittel (16) schaltbar sind zum Auswählen, ob der Lichtstrahl (12) vom Polarisationsstrahlteiler (60) zur Umlenkeinrichtung (50) geleitet wird oder ohne auf die Umlenkeinrichtung (50) zu treffen in Richtung des Modulausgangs (20) geleitet wird.
9. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Baugruppen (71 - 86) am Optikträger (40) austauschbar gehalten sind und/oder eine Optikträgerhalterung zum austauschbaren Halten des Optikträgers (40) vorhanden ist.
10. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass optische Fokussiermittel (35) zwischen der Umlenkeinrichtung (50) und dem Optikträger (40) vorhanden sind, um für verschiedene Umlenkwinkel der Umlenkeinrichtung (50) die jeweiligen Lichtstrahlen (12) unter gleichen Winkeln auf die entsprechende optische Baugruppe des Optikträgers (40) zu leiten.
11. Mikroskopmodul nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Fokussiermittel (35) und die Umlenkeinrichtung (50) so angeordnet sind, dass ein Lichtstrahl (12), der von einer der optischen Baugruppen (71 - 86) zurückkommt, von den optischen Fokussiermitteln (35) zu der Umlenkeinrichtung (50) und weiter zum Modulausgang (20) geleitet wird. 2. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Baugruppen (71 - 86) des Optikträgers (40) in einer zweidimensionalen Anordnung nebeneinander auf dem Optikträger (40) positioniert sind und
dass mit der Umlenkeinrichtung (50) eine Umlenkrichtung eines auftreffenden Lichtstrahls
(12) zweidimensional steuerbar ist.
13. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umlenkeinrichtung (50) einen Umlenkspiegel aufweist,
dass elektronische Steuerungsmittel dazu eingerichtet sind, zum Leiten des Lichtstrahls (12) auf eine gewünschte optische Baugruppe (71 - 86) den Umlenkspiegel zu drehen und/oder zu verschieben.
14. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass elektronische Steuermittel dazu eingerichtet sind, die Umlenkeinrichtung (50) zum Durchführen eines Scans zu verstellen, bei dem ein auftreffender Lichtstrahl (12) nacheinander in verschiedenen Winkeln oder an verschiedene Positionen auf eine optische Baugruppe (71 - 86) geleitet wird, die ein Fenster (75) zum Durchlassen des Lichtstrahls (12) aus dem Mikroskopmodul heraus auf einen Detektor ist, um den Lichtstrahl (12) auf verschiedene Bereiche einer Detektionsfläche des Detektors zu leiten.
15. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass optische Komponenten (14, 16, 18, 19, 24, 35, 40, 50) des Mikroskopmoduls dazu gestaltet sind, dass eine Ebene im Bereich des Modulausgangs (20) optisch konjugiert zu einer Ebene im Bereich des Moduleingangs (10) ist.
16. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umlenkeinrichtung (50) und eine Fokussieroptik (14) zum Leiten des Lichtstrahls (12) vom Moduleingang (10) auf die Umlenkeinrichtung (50) verschiebbar in Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtstrahls (12) sind, um eine Fokuslage des Lichtstrahls (12) in einem anschließbaren Lichtmikroskop zu verschieben.
17. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optischen Fokussiermittel (35), die zwischen der Umlenkeinrichtung (50) und dem Optikträger (40) angeordnet sind, und/oder die Fokussieroptik (14), die zwischen dem Moduleingang (10) und der Umlenkeinrichtung (50) angeordnet ist, und/oder die zweite Fokussieroptik (24), die zwischen der Umlenkeinrichtung (50) und dem Modulausgang (20) angeordnet ist, zum Bereitstellen eines variablen Zooms verstellbar sind.
18. Mikroskopmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein optisch brechendes Mittel zwischen der Umlenkeinrichtung (50) und dem Optikträger (40) vorhanden ist und der Optikträger (40) Gitter (73, 74, 77, 78 - 82, 84, 85) zum Erzeugen von strukturiertem Beleuchtungslicht aufweist und
dass elektronische Steuerungsmittel zum motorischen Bewegen des optisch brechenden Mittels eingerichtet sind, um verschiedene Phasenbeziehungen des Beleuchtungslichts bezüglich des Gitters (73, 74, 77, 78 - 82, 84, 85), auf welches der Lichtstrahl (12) geleitet wird, einzustellen.
19. Lichtmikroskop
mit mindestens einer Mikroskopschnittstelle (121, 122) zum Ein- und/oder Auslassen eines Lichtstrahls (12) zu oder von einem Mikroskopmodul, dadurch gekennzeichnet,
dass ein oder mehrere Mikroskopmodule nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zum Anschließen an der oder den Mikroskopschnittstellen (121, 122) vorhanden sind.
20. Lichtmikroskop nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Optikträger (40) mit den optischen Baugruppen (71 - 86) in einer Zwischenbildebene (38) des Lichtmikroskops angeordnet ist.
21. Lichtmikroskop nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Eingabeeinrichtung vorhanden ist, mit der ein Benutzer einen Mikroskopiemodus wählen kann,
dass elektronische Steuerungsmittel zum motorischen Einsteilen der Umlenkeinrichtung (50) oder der Umlenkeinrichtungen der jeweiligen Mikroskopmodule abhängig von einer über die Eingabeeinrichtung erfolgten Eingabe eingerichtet sind.
22. Verfahren zum Betreiben eines Lichtmikroskops nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass abhängig von einer Auswahl eines Mikroskopiemodus durch einen Benutzer die Umlenkeinrichtungen (50) aller Mikroskopmodule automatisch eingestellt werden zum Auswählen von jeweils einer optischen Baugruppe (71 - 86) jedes Mikroskopmoduls und
dass mit den ausgewählten optischen Baugruppen ein Probenbild aufgenommen wird.
23. Datenspeicherträger, auf welchem ein Programm zum Ansteuern eines Lichtmikroskops gespeichert ist, wobei das Programm das Betreiben des Lichtmikroskops gemäß dem Verfahren nach Anspruch 22 ermöglicht.
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