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Dokumentenidentifikation DE112004000340T5 26.01.2006
Titel Mikroskopsystem
Anmelder Till I.D. GmbH, 82166 Gräfelfing, DE
Erfinder Uhl, Rainer, 82166 Gräfelfing, DE;
Kantwerg, Andreas, 82152 Planegg, DE
Vertreter Schwan Schwan Schorer, 80796 München
DE-Aktenzeichen 112004000340
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 19.02.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/EP2004/001638
WO-Veröffentlichungsnummer 2004077121
WO-Veröffentlichungsdatum 10.09.2004
Date of publication of WO application in German translation 26.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.01.2006
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskopsystem und insbesondere auf ein Mikroskopsystem mit mindestens einer Nabeneinheit für optische Strahlen zum alternativen Auswählen einer Strahlpforte aus einer Mehrzahl von Pforten für optische Strahlen.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein optische Mikroskop dient zum Beleuchten einer Probe mittels einer optischen Anordnung und zum gleichzeitigen Betrachten der Probe. Im Falle eines Epi-Fluoreszenzaufbaus wird das Betrachten bewerkstelligt, indem mindestens teilweise die gleiche optische Anordnung verwendet wird, die für die Beleuchtung verwendet wird. Die Beobachtung erfolgt entweder direkt durch das Auge des Bedieners oder mittels eines Detektors und eines nachfolgenden Geräts zum Aufzeichnen der Meßsignale. Die Probe wird entweder über ihre ganze Fläche beleuchtet und die Beobachtung erfolgt mittels eines zweidimensionalen Sensors, oder die Probe wird nur teilweise beleuchtet und der beleuchtete Teilbereich der Probe wird optisch über die Probe verschoben. In letzerem Fall wird das Bild dann aus Teilbildern zusammen gesetzt, welche während des Abtastvorgangs sequentiell aufgezeichnet wurden.

Neben ihrem zentralen optischen Element, der Objektivlinse, weisen Mikroskope üblicherweise zusätzliche optische Elemente, wie z.B. Tubuslinsen, Spiegel, Strahlteiler und Filter auf. Zum Beispiel werden zum Ausführen der Epi-Fluoreszenzmikroskopie üblicherweise dichroitische Strahlteiler verwendet, um den Beleuchtungsstrahl und den Meßstrahl zu vereinigen bzw. zu separieren. Üblicherweise werden zu diesem Zweck Langpaßfilter verwendet, welche das Anregungslicht, welches kürzere Wellenklängen aufweist, reflektieren und das emittierte Licht, welches längere Wellenlängen aufweist, durchlassen. Strahlteiler werden üblicherweise mittels der translatorischen Bewegung eines Filterschiebers oder mittels der Drehbewegung eines Filterkarussells in den Strahlengang gebracht. Jedoch können solche Schieber oder Karussells auch zum Plazieren anderer optischer Elemente, wie beispielsweise Linsen, Spiegel usw., in den optischen Strahl dienen.

US 6,392,796 betrifft ein Wechslersystem für optische Komponenten, wie beispielsweise Filter, Reflektoren, Polarisatoren und Linsensystem eines Mikroskopsystems. Das Wechslersystem ist drehbar und die Elemente, welche die optischen Komponenten tragen, sind so ausgelegt, dass jede optische Komponente in zwei unterschiedlichen Orientierungen, welche sich durch eine Drehung um 180° unterscheiden, an ihrer Stelle in dem Wechslersystem fixiert werden kann.

US 5,777,783 betrifft ein Mikroskopsystem, bei welchem ein Strahlteilerblock, der aus unterschiedlich orientierten Strahlteilern besteht, mittels eines Schiebers linear verstellbar ist, welcher es erlaubt, einen der Strahlteiler in die von einer Objektivlinse festgelegte zentrale optische Achse zu plazieren, um den Bildstrahl des Mikroskopsystems zu einem von drei Bilddetektoren hin abzulenken, wobei jeder Strahlteiler als Strahlmultiplexelement zur Auswahl eines der Detektoren dient. Ähnliche Mikroskopsysteme sind auch in der US 4,685,776 und der offen gelegten japanischen Patentanmeldung 08101346 beschrieben.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskopsystems zu schaffen, welches sehr flexibel ist und welches eine einfache und bequeme Auswahl mindestens einer Optikstrahlpforte aus einer Mehrzahl von Optikstrahlpforten erlaubt, die aus der aus Eingangspforten, Ausgangspforten und kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskopsystem zu schaffen, welches sehr flexibel ist und eine leichte und bequeme Auswahl mindestens einer Strahlpforte aus einer Mehrzahl von Strahlpforten erlaubt, die aus der aus Eingangspforten, Ausgangspforten und kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten bestehenden Gruppe ausgewählt sind und die in mindestens zwei verschiedenen Ebenen bezüglich er zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems angeordnet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die oben genannten Aufgaben werden durch die folgende Erfindung gelöst, wobei ein Aspekt in einem Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1 besteht. Dieses Mikroskopsystem erlaubt es, ein Strahlmultiplexsystem in dem Zentrum einer Nabeneinheit für optische Strahlen anzuordnen, wobei dieses Zentrum auf der von der Objektivlinse festgelegten zentralen optischen Achse liegt, wodurch es ermöglicht wird, auf einfache Weise eine der Strahlpforten der Strahlennabeneinheit auszuwählen, indem die Mittel zum Drehen des Strahlmultiplexsystems um die zentrale optische Achse betätigt werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12. Dieses Mikroskopsystem erlaubt es, auf einfache Weise eine Eingangspforte oder eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte auszuwählen, im Gegensatz zu dem in der US 5,777,783 beschriebenen Mikroskopsystems, bei welchem die Strahlteilerelemente nur dazu dienen, zwischen unterschiedlichen Ausgangspforten umzuschalten.

Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25. Indem eine Mehrzahl von Nabeneinheiten für optische Strahlen entlang der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems angeordnet werden, wird es möglich, Strahlpforten auszuwählen, die in unterschiedlichen Ebenen bezüglich der zentralen optischen Achse angeordnet sind, wodurch ein Mikroskopsystem mit einer besonders hohen Flexibilität geschaffen wird.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems mit zwei Nabeneinheiten für optische Strahlen;

2 zeigt ein beispielhaftes Strahlmultiplexelement zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Mikroskopsystems;

3 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Wechslerkarussell zum Auswählen eines in die zentralen optische Achse eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems zu plazierenden Strahlmultiplexelements, wobei das Wechslerkarussell in drei unterschiedlichen Winkelpositionen gezeigt ist;

4A ist eine schematische Aufsicht auf einen linear verschiebbaren Schieber für ein erfindungsgemäßes Mikroskopsystem, der Strahlmultiplexelemente trägt;

4B ist eine schematische Aufsicht auf ein drehbares Strahlmultiplexelement für ein erfindungsgemäßes Mikroskopsystem;

5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems mit einer einzigen Nabeneinheit für optische Strahlen;

6A-6C sind schematische perspektivische Ansichten, eine schematische Seitenansicht bzw. eine schematische Ansicht von unten eines Strahlmultiplexelements mit einem vertikal montierten Strahlteiler für ein erfindungsgemäßes Ein-Niveau-Mikroskopsystem;

7A und 7B sind Ansichten von unten einer abgewandelten Ausführungsform des Strahlmultiplexelements von 6A bis 6C mit einem Wechslerschieber zum Auswählen unterschiedlicher Strahlteiler;

8 ist eine schematische Seitenansicht einer Drei-Niveau-Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems, welches für Multiphotonmikroskopie optimiert ist;

9 ist eine schematische Aufsicht auf ein Dual-Emissions-Abbildungssystem zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem.

10 ist eine schematische Seitenansicht eines Mikroskopsystems mit dem Dual-Abbildungssystem von 9;

11 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems, welches als Nipkow-Konfokal-System ausgebildet ist;

12 ist eine schematische Aufsicht auf das System von 11, wobei jedoch nur die untere Nabeneinheit gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

l zeigt schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems. Das System weist eine Objektivlinse 10 auf, welche von einem Träger 12 abgestützt wird und welche eine zentrale optische Achse 14 des Mikroskopsystems festlegt. Eine zu untersuchende Probe 16 ist oberhalb der Objektivlinse 10 angeordnet, d.h. das in 1 gezeigte Mikroskopsystems ist ein invertiertes Mikroskop. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf invertierte Mikroskope beschränkt, sondern ist auch auf aufrechte Mikroskope anwendbar.

Unterhalb der Objektivlinse 10 sind eine erste Nabeneinheit 18 für optische Strahlen und eine zweite Nabeneinheit 20 für optische Strahlen so angeordnet, dass die Nabeneinheiten 18, 20 entlang der zentralen optischen Achse 14 gestapelt sind. Die erste Nabeneinheit weist mindestens ein Strahlmultiplexelement 22 auf, welches im Zentrum der Nabe angeordnet ist. Dieses Zentrum liegt auf der zentralen optischen Achse 14. Zusätzlich weist die erste Nabeneinheit 18 mindestens zwei Optikstrahl-Eingangspforten 24 und 26 auf, die in einer zu der zentralen optischen Achse 14 senkrecht stehenden Ebene angeordnet sind. Die zweite Nabeneinheit 20 weist ebenfalls mindestens ein Strahlmultiplexelement 28 auf, welches im Zentrum der zweiten Nabeneinheit 20 und auf der zentralen optischen Achse 14 angeordnet ist, sowie mindestens zwei Optikstrahl-Ausgangspforten 30 und 32 auf, welche in einer Ebene angeordnet sind, welche senkrecht zu der zentralen optischen Achse 14 steht und in axialer Richtung bezüglich der Ebene der Eingangspforten 24, 26 der ersten Nabeneinheit 18 versetzt ist.

Jede Eingangspforte 24, 26 kann eine Lichtquelle aufweisen, wobei die Lichtquellen hinsichtlich Wellenlänge und Bandbreite, Kohärenz/Nichtkohärenz, usw. unterschiedlich sein können. Die Eingangspforten dienen üblicherweise zur Beleuchtung, insbesondere zur Epi-Beleuchtung, der Probe. Die erste Nabeneinheit 18 weist eine Mehrzahl solcher Eingangspforten 24, 26 auf, welche radial um die zentrale optische Achse 14 herum angeordnet sind. Die Eingangspforten 24, 26 können asymmetrisch oder entsprechend einer gewünschten Symmetrie, beispielsweise einer oktogonalen Symmetrie, angeordnet sein. im letzteren Fall unterscheiden sich benachbarte Eingangspforten radial um einen Winkel von 45°.

Die Ausgangspforten 30, 32 der zweiten Nabeneinheit 20 sind ebenfalls radial um die zentrale optische Achse 14 in asymmetrischer oder symmetrischer Weise angeordnet. Jede Ausgangspforte 30, 32 kann eine Abbildungsanordnung, wie beispielsweise einen optischen Detektor (beispielsweise einen CCD-Chip), eine Videokamera oder ein Okular, aufweisen. Die Detektoren von verschiedenen Ausgangspforten können sich hinsichtlich Auflösung, Empfindlichkeit, Größe usw. unterscheiden. Die Ausgangspforten dienen üblicherweise dazu, ein optisches Bild der Probe zu erhalten, beispielsweise ein Transmissionsbild oder ein Fluoreszenzbild. Bei einer alternativen Ausführungsform kann mindestens eine der Eingangspforten oder Ausgangspforten durch eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte ersetzt werden, die beispielsweise sowohl eine Lichtquelle als auch einen optischen Detektor aufweist, d.h. eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte ist im allgemeinen dazu ausgelegt, sowohl einen optischen Strahl von der optischen Achse 14 zu empfangen und einen Strahl an die optische Achse 14 zu senden. Solche kombinierten Eingangs-/Ausgangsproften sind in einem konfokalen Aufbau besonders vorteilhaft.

Das Strahlmultiplexelement 22 dient dazu, eine der Eingangspforten 24, 26 in solch einer Weise auszuwählen oder selektiv zu adressieren, dass der optische Strahl von der jeweiligen Eingangspforte 24, 26 in die zentrale optische Achse 14 reflektiert wird und durch die Objektivlinse 10 gelangt, um die Probe 16 zu beleuchten. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Strahlmultiplexelement 22 ein Strahlteiler mit einer mindestens teilreflektierenden Oberfläche 34, welche unter einem Winkel von 45° bezüglich der zentralen optischen Achse 14 orientiert ist.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Strahlteiler 22 um einen dichroitischen Strahlteilerwürfel, wie er in 2 gezeigt ist. Der Strahlteilerwürfel 22 von 2 weist eine dichroitische Oberfläche 34 auf, welche für den Beleuchtungslichtstrahl 36 von der Eingangspforte reflektiv ist und den Lichtstrahl 38, der von der Probe 16 emittiert wird, durchläßt (das von der Probe 16 emittierte Licht hat üblicherweise längere Wellenlängen als das Beleuchtungslicht 36). Zusätzlich kann der Strahlteilerwürfel 22 einen Filter 40, der nur Beleuchtungslicht 36 durchläßt, sowie einen Filter 42 aufweisen, der nur Emissionslicht 38 durchläßt.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Strahlteilerwürfel 22 von einem Träger 44 in solch einer Weise abgestützt, dass er um die zentrale optische Achse 14 gedreht werden kann, um eine der Eingangspforten 24, 26 der ersten Nabeneinheit 18 auszuwählen (oder selektiv zu adressieren). Eine solche Drehung kann beispielsweise mittels eines Antriebsmotors, der ein geeignetes Steuergerät aufweist, bewerkstelligt werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Strahlteilerträger 44 so ausgelegt, dass er dazu dient, eine Mehrzahl von Strahlmultiplexelementen (wie beispielsweise Strahlteiler) abzustützen. In diesem Fall ist der Träger 44 als eine Wechslersystem ausgelegt, welches verstellbar ist, um mindestens eines der Strahlmultiplexelemente selektiv in der zentralen optischen Achse 14 (d.h. im Zentrum der ersten Nabeneinheit 18) zu plazieren. In einer solchen Ausführungsform können sich die Strahlmulitplexelemente hinsichtlich ihrer Orientierung bezüglich der Eingangspforten 24, 26 untereinander unterscheiden, wobei jedes der Strahlmultiplexelemente zur Zuweisung einer speziellen der Eingangspforten ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform wird die jeweilige Eingangspforte ausgewählt (oder adressiert), indem ein entsprechend orientiertes Strahlmultiplexelement in die zentrale optische Achse plaziert wird.

3 zeigt ein Beispiel für einen solchen, als Wechslersystem wirkenden verstellbaren Träger 44, wobei der Träger 44 als Karussell ausgelegt ist, welches um eine Achse 46 drehbar ist, die parallel zu der zentralen optischen Achse 14 verläuft. An seinem Rand trägt das Karussell 44 eine Mehrzahl von radial in Abstand befindlichen Strahlteilerwürfeln 22, welche sich hinsichtlich der Orientierung der dichroitischen Oberfläche 34 bezüglich der Eingangspforten unterscheiden können. Die Pfeile in 3 bezeichnen den Beleuchtungslichtstrahl 36, wobei der gerade aktive Strahlteilerwürfel 22 (d.h. der Strahlteilerwürfel, der tatsächlich in der zentralen optischen Achse 14 plaziert ist) mit einem durchgezogenen Pfeil gezeigt ist, während die nicht aktiven Strahlteilerwürfel mit gestrichelten Pfeilen gezeigt sind. In 3 sind drei unterschiedliche Orientierungen des Trägerkarussells gezeigt, die erreicht werden, indem das Karussell 44 um seine zentrale Achse 46 gedreht wird.

Bei der Ausführungsform von 3 können sich Strahlteilerwürfel, welche die gleiche Winkelorientierung haben, hinsichtlich ihrer dichroitischen Eigenschaften oder ihrer Polarisation unterscheiden. Auf diese Weise kann ein Multiplexen des Strahls nicht nur hinsichtlich der Richtung erfolgen, sondern auch hinsichtlich beispielsweise der Wellenlänge oder der Polarisation.

Mit der Ausführungsform von 3 ist es möglich, drei unterschiedliche radiale Richtungen zu adressieren oder auszuwählen, die sich jeweils um 45° unterscheiden. Somit ist bei dieser Ausführungform die Anzahl der adressierbaren Strahlrichtungen, die senkrecht zu der zentralen optischen Achse 14 sind, auf drei begrenzt, da fünf von acht möglichen Richtungen innerhalb eines 45° Rasters geometrisch blockiert sind, falls nicht die Nachbarn eines bestimmten Strahlteilers weggelassen werden oder ihr Abstand sehr groß gemacht wird, in welchem Fall dann bis zu fünf Richtungen adressiert werden könnten.

4A zeigt eine Ausführungsform, bei welcher diese Blockierung mindestens teilweise aufgehoben ist. Bei dieser Ausführungsform sind Strahlmultiplexelemente, z.B. Strahlteiler 22, in einer Reihe auf einem Linearschieber montiert. Jedes kann sechs unterschiedliche Winkelorientierungen bezüglich der zentralen optischen Achse 14 einnehmen, um sechs von acht möglichen Richtungen in einem 45° Raster zu adressieren, und die beiden äußeren können sogar sieben Richtungen adressieren. Der als Träger für die Strahlteilerelemente 22 wirkende Schieber 48 ist in einer Richtung senkrecht zu der zentralen optischen Achse 14 linear verschiebbar, um eines der Strahlteilerelemente selektiv in der zentralen optischen Achse 14 zu plazieren, um eine von bis zu acht unterschiedlichen Eingangspforten selektiv zu adressieren, die in einem 45° Raster in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse 14 angeordnet sind. Indem „n" mögliche Orientierungen eines gegebenen Strahlteilers mit „m" möglichen Spektraleigenschaften kombiniert werden, werden n·m Möglichkeiten möglich. Somit hat ein Schieber mit „p" Elementen prinzipiell n·m·p Freiheitsgrade.

4b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, welche die Adressierung aller acht möglichen Richtungen innerhalb eines 45° Rasters erlaubt. Dies wird erreicht, indem ein einzelnes Strahlteilerelement 22 auf einem Träger 44 bereit gestellt wird, welcher um die zentrale optische Achse 14 drehbar ist. In 4b sind alle möglichen Winkelorientierungen des Strahlteilers 22 gezeigt. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, acht in einem oktogonalen Muster angeordnete Eingangspforten zu adressieren, d.h. mit Pforten, die radial um 45° beabstandet sind, wodurch eine vollständige oktogonale Symmetrie des Mikroskopsystems erreicht wird.

In 3 und 4A ist der Eingangsstrahl 36 des aktiven Strahlteilerelements mittels eines durchgezogenen Pfeils dargestellt, wohingegen die potentiellen Eingangsstrahlen der nicht aktiven Strahlteilerelemente mittels gestrichelten Pfeilen gezeigt sind. In 4b bezeichnet der durchgezogene Pfeil eine ausgewählte Orientierung, während die gestrichelten Pfeile alle anderen möglichen Orientierungen bezeichnen, welche mittels Drehung aktiviert werden können.

Für das Strahlmultiplexelement 28 der zweiten Nabeneinheit 20 treffen die obigen Betrachtungen hinsichtlich des Strahlmultiplexelements 22 der ersten Nabeneinheit 18 in analoger Weise zu. In diesem Fall weist das Strahlmultiplexelement 28 jedoch eine Oberfläche 50 auf, die mindestens teilreflektiv für das von der Probe 16 emittierte Licht ist, um einen Ausgangsstrahl 52 auf die ausgewählte Ausgangspforte 30, 32 zu richten. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Strahlmultiplexelement 28 um einen dichroitischen Strahlteiler, d. h. die Oberfläche 50, welche um 45° bezüglich der zentralen optischen Achse verkippt ist, ist dichroitisch, um nur einen speziellen Spektralbereich des von der Probe 16 kommenden Lichts als Ausgangsstrahl 52 zu reflektieren. Dadurch ist es auch möglich, einen speziellen Spektralbereich des von der Probe 16 emittierten Lichts durch die Strahlteileroberfläche 50 in eine weitere (in 1 nicht gezeigte) Ausgangspforte durchzulassen. Alternativ kann Licht von einer (nicht gezeigten) weiteren Eingangspforte von unten durch die Strahlteileroberfläche 50 in die Objektivlinse 10 gelangen. Wie bereits oben erwähnt wurde, treffen die Prinzipien bezüglich des Abstützens und Auswählens des Strahlmultiplexelements 22 der ersten Nabeneinheit, wie dies in Verbindung mit 3, 3A und 4B diskutiert wurde, ebenfalls auf das Strahlmultiplexelement 28 bzw. die Strahlmultiplexelemente 28 der zweiten Nabeneinheit 20 zu.

Bei der vorliegenden Erfindung werden Strahlteilerelemente nicht nur verwendet, um Anregungs- und Emissionswellenlängen zu trennen, wie z.B. in einer Epi-Fluoreszenzkonfiguration von herkömmlichen Mikroskopsystemen, sondern sie werden zusätzlich dazu verwendet, optische Eingangs- oder Ausgangspforten auszuwählen. Dadurch dienen die Strahlteilerelemente als Strahlmultiplexelemente. Jedoch müssen gemäß der vorliegenden Erfindung die Strahlmultiplexelemente nicht notwendigerweise semi-transparent (z.B. dichroitisch) sein, sondern sie können auch vollständig durchlässig oder vollständig reflektierend sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Strahlmultiplexelemente nicht nur zum Ablenken eines Eingangs- oder Ausgangsstrahls zum Auswählen oder Adressieren einer der optischen Strahlpforten auf einer bestimmten Nabeneinheit dienen, wodurch die Richtung eines Eingangsstrahls oder Ausgangsstrahls gleichzeitig festgelegt wird, sondern sie können zusätzlich auch dazu dienen, andere physikalische Parameter oder Eigenschaften des Eingangsstrahls oder des Ausgangsstrahls zu modifizieren, wie beispielsweise die spektrale Zusammensetzung des Strahls (diese Option wird realisiert, wenn es sich bei dem Strahlmultiplexelement beispielsweise um einen dichroitischen Strahlteiler handelt) oder den Polarisationszustand des Strahls.

Allgemein kann jedes Strahlmultiplexelement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einen Pfad für einen optischen Strahl zwischen der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems und ausgewählten Pforten auf einer bestimmten Nabeineinheit oder zwischen den Zentren von zwei benachbarten Naben (wobei die Zentren mit der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems zusammenfallen) oder zwischen unterschiedlichen ausgewählten Pforten auf einer bestimmten Nabe aufzubauen.

Im allgemeinen können die optischen Strahlpforten asymmetrisch oder symmetrisch bezüglich der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems angeordnet sein, wobei eine oktogonale Symmetrie bevorzugt wird. Jedoch könnte, falls erforderlich, sogar ein noch höherer Symmetriegrad erzielt werden, indem beispielsweise die in 4A und 4B gezeigten Ausführungsformen entsprechend modifiziert werden.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass, falls semi-transparente Strahlteiler verwendet werden, zusätzlich zu den radialen Strahlrichtungen eine zusätzliche axiale Strahlrichtung adressiert oder ausgewählt werden kann.

Es ist ferner anzumerken, dass, obwohl die Ausführungsform von 1 zwei übereinander gestapelte Einheiten 18, 20 zeigt, die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen umfaßt, bei welchen nur eine einzige Nabeneinheit oder bei welchen mehr als zwei Nabeneinheiten vorgesehen sind, wobei alle diese Nabeneinheiten entlang der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems gestapelt sind.

Falls das Mikroskopsystem nur eine einzige Nabeneinheit umfaßt, dann umfassen die optischen Strahlpforten dieser Nabeneinheit mindestens eine Eingangspforte oder mindestens eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte.

In einem Mikroskopsystem mit mehreren Nabeneinheiten dient vorzugsweise die Nabeneinheit, welche am nächsten zu der Objektivlinse liegt, dazu, den optischen Eingangsstrahl für das Mikroskopsystem auszuwählen, indem aus unterschiedlichen Eingangspforten, d.h. aus unterschiedlichen Lichtquellen, ausgewählt wird, während die benachbarte Nabeneinheit dazu dient, das von der Probe stammende Licht zu unterschiedlichen Ausgangspforten, d.h. zu unterschiedlichen Detektoren, zu schicken. Das Stapeln der Nabeineinheiten kann in mehreren unterschiedlichen Orientierungen der Nabeneinheiten relativ zueinander basierend auf der Symmetrie einer jeden Nabeneinheit erfolgen. So erlaubt beispielsweise eine oktagonale (d.h. achtzählige) Symmetrie der Nabeneinheiten acht unterschiedliche Stapelvarianten.

Es ist anzumerken, dass gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen die Ausgangspforten nicht notwendigerweise ein Abbildungselement, wie beispielsweise einen Detektor, aufweisen müssen, und dass die Eingangspforten nicht notwendigerweise eine Lichtquelle aufweisen müssen. Im Gegensatz dazu umfaßt die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen, bei welchen eine Ausgangspforte einer bestimmten Nabeneinheit beispielsweise mit einer Eingangspforte einer benachbarten Nabeneinheit optisch verbunden wird, so dass der optische Ausgangsstrahl der einen Nabeneinheit als optischer Eingangsstrahl für eine benachbarte Nabeneinheit dient.

In den in 1 bis 4B gezeigten Ausführungsformen ist die Strahlteileroberfläche 34, 50 unter einem Winkel von 45° bezüglich der zentralen optischen Achse 14 geneigt, um eine in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse 14 angeordnete Strahlpforte zu adressieren. Jedoch umfaßt die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen, bei welchen die mindestens teilreflektierende Ebene parallel zu der zentralen optischen Achse ist, wobei es diese Ausführungsformen erlauben, einen Pfad für einen optischen Strahl zwischen unterschiedlichen Strahlpforten derselben Nabeneinheit aufzubauen. Andererseits können solche vertikal orientierten Strahlteiler auch als eine Alternative zu den um 45 ° geneigten Strahlteilern dienen, um einen Pfad für einen optischen Strahl zwischen einer der Strahlpforten und der zentralen optischen Achse 14 aufzubauen, wie dies nachfolgend diskutiert wird.

5 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Mikroskopsystems mit nur einer einzigen Nabeneinheit 218 für optische Strahlen, wobei ein besonders kompaktes Design erreicht wird. Die Strahlnabeneinheit 218 weist eine Mehrzahl von Strahlpforten 214 und ein Strahlmultiplexsystem 222 auf, welches im Zentrum der Strahlnabeneinheit 218 auf der zentralen optischen Achse 14 plaziert ist und welches betätigbar ist, um das Adressieren einer oder mehrerer dieser Pforten 214 zu ermöglichen. In S ist ein Beispiel eines Ausgangsstrahls bei 252 gezeigt, und ein Beispiel eines Eingangsstrahls ist bei 250 gezeigt. Um eine Epi-Beleuchtung der Probe 16 zu erzielen, müssen Eingangs- und Ausgangsstrahlen innerhalb der gleichen Strahlnabeneinheit 218 angepaßt werden. Dies kann auf drei unterschiedliche Weisen erreicht werden.

In einem Abtastsystem mit einem „Descanned"-Ausgangsstrahl kann das Strahlmultiplexsystem 222 aus einem oder mehreren voll reflektierenden Strahlmultiplexelementen (in 5 mit 220 bezeichnet) bestehen, deren Orientierung festlegt, durch welche der mehreren Pforten 214 der Eingangsstrahl eintritt und der Ausgangsstrahl die Anordnung verläßt, wobei diese Pforte als kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte dient.

Im Weitfeld-Epi-Modus müssen getrennte Eingangs- und Ausgangsstrahlen angepaßt werden. Sie gelangen durch unterschiedliche Pforten der gleichen Strahlnabeneinheit 218 (ein Beispiel einer solchen Situation ist in 5 mit den Strahlen 210 und 252 gezeigt). 6A bis 6C zeigen ein Beispiel eines Strahlmultiplexsystems 222 mit mindestens einem vertikal orientierten Strahlteiler 54, der parallel zu der zentralen optischen Achse 14 angeordnet ist. Da sich die zentrale optische Achse 14 von der Richtung des Eingangs oder der Strahlen 250, 252 unterscheidet, wenn diese durch die Strahlpforten 214 hindurchtreten, weist das Strahlmultiplexsystem 222 ein zusätzliches Strahlablenkungselement 58 auf, welches aus einer Kombination von Spiegeln oder Prismen konstruiert sein kann. Der Strahlteiler 54 kann beispielsweise dichroitisch oder polarisierend ausgebildet sein und dient dazu, zwei senkrechte Strahlrichtungen, wie beispielsweise den Eingangsstrahl 250 und den Ausgangsstrahl 252, innerhalb der Ebene der Pforten 214 der Nabeneinheit 218 aufzuspalten bzw. miteinander zu kombinieren. Der Strahlteiler 54 ist an der zentralen optischen Achse 14 angeordnet. Das Strahlablenkungselement 58 dient dazu, einen Eingangs- oder Ausgangsstrahl, wie beispielsweise die Strahlen 250, 252, welche die zentrale optische Achse 14 an der Stelle des Strahlteilers 54 unter einem Winkel von beispielsweise 90° schneiden, in eine mit der Richtung der zentralen optischen Achse 14 zusammenfallende Richtung abzulenken. In dem in den 6A bis 6c gezeigten Beispiel umfaßt das Strahlablenkungselement 58 drei reflektierende Oberflächen, wie beispielsweise drei Spiegel 59A bis 59C, um diese Strahlablenkung zu erzielen.

Um das selektive Adressieren von unterschiedlichen Pforten 214 zu ermöglichen, kann das Strahlablenkungselement 58 gemäß der vorliegenden Erfindung um eine mit der zentralen optischen Achse 14 zusammen fallende Achse drehbar sein, während die Orientierung des Strahlteilers 54 fest sein kann. In einem solchen Fall wirkt das Strahlablenkungselement 58 als Strahlmultiplexelement. Der Strahlteiler 54 kann austauschbar sein (indem er beispielsweise auf einem Schieber montiert ist), so dass unterschiedliche Strahlteiler mit der gleichen Orientierung, jedoch unterschiedlichen optischen Eigenschaften hinsichtlich beispielsweise Wellenlängenselektivität oder Polarisationsselektivität, verwendet werden können. Ein Beispiel ist in 7A und 7B gezeigt, wo die beiden austauschbaren Strahlteiler 54a und 54b die gleiche Orientierung haben.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Strahlablenkungselement 58 feststehend sein, während der Strahlteiler 54 unterschiedliche Orientierungen relativ zu der zentralen optischen Achse einnehmen kann, um unterschiedliche Pforten 214 selektiv zu adressieren. In einem solchen Fall wirkt der Strahlteiler 54 als Strahlmultiplexelement.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform können das Strahlablenkungselement 58 und das Strahlteilerelement 54 zwecks Auswahl der Pforten 214 zusammen gedreht werden. In anderen alternativen Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Strahlteilern vorgesehen sein, die jeweils mit ihrem eigenen Strahlablenkelement kombiniert sind, wobei jeder Strahlteiler und sein entsprechendes Strahlablenkelement als kombinierte Einheit zusammen austauschbar sind, indem sie auf einem Schieber montiert sind.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann mindestens einer von mehreren austauschbaren Strahlteilern eine (feste) Drehorientierung um die Richtung der zentralen optischen Achse 14 haben, welche sich von derjenigen der anderen Strahlteiler bzw. des anderen Strahlteilers unterscheidet. Ein Beispiel ist in den 7A und 7B gezeigt, wobei die beiden austauschbaren Strahlteiler 54a und 54b die gleiche Orientierung haben, während ein dritter austauschbarer Strahlteiler 54c eine Orientierung entsprechend einer Drehung um 90° um die zentrale optische Achse 14 relativ zu den Strahlteilern 54a und 54b hat. Die Strahlteiler 54a bis 54c können auf einem (nicht gezeigten) gemeinsamen Schieber montiert sein. 7A zeigt eine Situation, in welcher der Strahlteiler 54a am Zentrum der Nabeneinheit 222 (d.h. in der zentralen optischen Achse 14) plaziert ist und somit der aktive Strahlteiler ist, welcher den Eingangsstrahl 250 ablenkt und den Ausgangsstrahl 252 durchläßt. 7B zeigt eine Situation, in welcher der Strahlteiler 54c im Zentrum der Nabeneinheit 222 plaziert ist, welche immer noch den Ausgangsstrahl 252 durchläßt, jedoch nun einen Eingangsstrahl 253, der von einer Eingangspforte 214 stammt, welche genau gegenüberliegend zu der Eingangspforte des Eingangsstrahl 250 orientiert ist, reflektiert. Diese Ausführungsform ist besonders nützlich, um eine Kombination einer Weitfeld Beleuchtung und einer Abtastbeleuchtung zu erzielen (z.B. für Abbildungszwecke oder zur Mikrodissektion). Falls der Strahlteiler 54c teilweise reflektierend ist, ermöglicht dies, dass der durchgelassene Teil 252 des Ausgangsstrahls den gleichen Detektor wie in der Weitfeld Konfiguration erreicht. Das entsprechende Signal kann verwendet werden, um die Trajektorien des Abtaststrahls zu dokumentieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Spiegel den Strahlteiler 54c ersetzen.

In den 8 bis 12 sind verschiedene Beispiele für praktische Anwendungen des erfindungsgemäßen Strahlmultiplexkonzepts gezeigt.

3 zeigt ein Beispiel eines Drei-Niveau-Mikroskopsystems, welches für Multiphotonmikroskopie optimiert ist und eine Nabeneinheit 18 erster Stufe, eine Nabeneinheit 20 zweiter Stufe sowie eine dritte Stufe 70 aufweist. Die Nabeneinheit 18 erster Stufe weist ein Strahlmultiplexelement 22 und mindestens eine Eingangspforte für Epi-Fluoreszenzbeleuchtung und eine Ausgangspforte für einen ersten externen Detektor auf. Die zweite Nabeneinheit 20 weist ein Strahlmultiplexelement 28 und mindestens drei Ausgangspforten mit einem zweiten externen Detektor, einer Videokamera bzw. einer CCD-Kamera auf. Die beiden externen Detektoren können so nah wie möglich an die Objektivlinse 10 herangebracht werden und können somit Licht von einem größeren virtuellen Feld als mit herkömmlichen Mikroskopen aufsammeln. Bei der Videokamera kann es sich um eine kontrasterhöhte Videokamera und bei der CCD-Kamera kann es sich um eine gekühlte Präzisions-CCD-Kamera handeln, wobei diese Kameras als Detektoren sowohl mit herkömmlichen Weitfeld-Beleuchtung als auch in Verbindung mit einem zweidimensionalem Abtastlaserstrahl dienen, welcher als Eingangspforte für die dritte Stufe 70 vorgesehen ist, welche einen ebenen Spiegel 22 zum Ablenken des Eingangsstrahls zu der Objektivlinse 10 hin aufweist. Die Strahlmultiplexelemente 22 und 28 weisen jeweils einen dichroitischen Strahlteiler zum Durchlassen des Abtastlaserstrahls auf, wobei der Strahlteiler 22 der ersten Stufe zusätzlich einen Teil des von der Probe 16 stammenden Lichts durchläßt.

Die Stahlabtastbewegung des Abtastlaserstrahls kann mit der absoluten Position des Laserstrahls, gesehen von den Pixeln der CCD-Kamera, korreliert sein.

Die Strahlmultiplexelemente 22 und 28 können beispielsweise gemäß einer der in den 3, 4A und 4B gezeigten Ausführungsformen realisiert sein.

Allgemein erleichtert das Stapelprinzip des erfindungsgemäßen Mikroskopsystems das Falten eines Strahls innerhalb des Mikroskops, wobei der Strahl aus der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung und wieder zurück in die vertikale Richtung transformiert wird. Indem dem Strahl die Wechselwirkung mit mehr als einem Strahlmultiplexelement erlaubt wird, erlaubt der zentrale Strahlmultiplex-Selektionsmechanismus somit das Umschalten zwischen einer breiten Vielzahl von Mikroskopkonfigurationen, von denen einige nachfolgend näher erläutert werden.

9 zeigt das Prinzip eines Dualemissions-Abbildungssystems, welches eine Variation der sogenannten W-Ansichtoptik, wie sie in US 5,337,081 beschrieben ist, verwendet, um das Emissionsbild von zwei spektral unterschiedlichen Teilbildern aufzuspalten, die Seite an Seite auf einen einzelnen CCD-Chip projiziert werden. Das System von 9 verwendet einen dichroitischen Strahlteiler 74, welcher das Licht des ersten Teilbilds durchläßt und das Licht des zweiten Teilbilds reflektiert. Der Lichtstrahl 76 des ersten Teilbilds wird an einem ersten Spiegel 78 reflektiert, welcher aufrecht an der zentralen optischen Achse 14 des Mikroskopsystems orientiert ist. Der Lichtstrahl 80 des zweiten Teilbilds wird an einem Spiegel 82 reflektiert, welcher parallel zu dem ersten Spiegel 78 orientiert ist. Die sich ergebenden Ausgangsstrahlen sind leicht divergent und folglich auf dem Detektor zueinander leicht verschoben.

10 zeigt ein Mikroskopsystem, welches ein solches Dualemissions-Abbildungssystem verwendet. Das System von 10 weist eine Nabeneinheit 18 erster Stufe mit einem Eingangsstrahl-Multiplexelement 22, eine Nabeneinheit 20 zweiter Stufe mit einem Strahlmultiplexelement 28 sowie eine dritte Stufe 72 auf, welche das Dualemissions-Abbildungssystem von 9 einschließlich des dichroitischen Strahlteilers 74 beinhaltet.

Das Strahlmultiplexelement 22 erster Stufe ist ein dichroitischer Strahlteiler zum Ablenken eines Epi-Fluoreszenz-Beleuchtungsstrahls 84 auf die Probe 16. Das Strahlmultiplexelement 28 zweiter Stufe ist ein Spiegel, wobei eine Tubuslinse 86 an der zentralen optischen Achse 14 zwischen den Strahlmultiplexelementen 22 und 28 angeordnet ist. Die Tubuslinse 86 und der Spiegel 28 dienen zur Erzeugung eines Zwischenbilds, dessen Dimensionen unter Verwendung eines einstellbaren Schlitzes 88 festgelegt werden können, welcher zwischen einer Ausgangspforte 90 der Nabeneinheit zweiter Stufe und einer Eingangspforte 92 der dritten Stufe 72 angeordnet ist. Das System von 10 ist ein Beispiel, bei welchem eine Ausgangspforte einer Stufe mit einer Eingangspforte einer benachbarten Stufe optisch verbunden ist. Die dritte Stufe 73 beinhaltet ein optisches Relaissystem 94 zum Bilden eines Abbilds der Zwischenbildebene im Unendlichen. Zwischen diesem System 94 und einem weiteren optischen System 96, welches den Strahl wieder fokussiert und dadurch ein endliches Bild des Detektors bildet, welches an einer Ausgangspforte 98 der dritten Stufe 72 bereit gestellt wird, wird der Strahl in zwei spektral unterschiedliche Teile mittels des in 9 gezeigten Systems, welches den dichroitischen Strahlteiler 74 beinhaltet, aufgespalten, wobei der Strahl, nachdem er mittels des Strahlteilers 74 spektral aufgespalten wurde, mit Hilfe des Strahlteilers 74 wieder kombiniert wird, jedoch mit leicht unterschiedlichen Richtungen für die beiden Strahlen. Dies führt wiederum zu der gewünschten Trennung der Teilbilder auf dem Detektor.

Das System von 9 und 10 ist besonders für Fluoreszenzresonanzenergietransfer (FRET)-Experimente geeignet, bei welchen der emittierte Lichtstrahl in zwei unterschiedlich gefärbte Strahlen aufgespalten wird, welche Seite an Seite auf einem einzelnen Detektor zwei unterschiedlich gefärbt Bilder bilden. Falls die zentrale optische Achse der untersten Strahlnabenstufe mit einer konjugierten Ebene der Austrittspupille der Objektivlinse zusammen fällt, können Masken an dieser Stelle in den Strahl gebracht werden und somit für Kontrastzwecke verwendet werden. Ein Beispiel ist die Verwendung von Phasenringen für die Phasenkontrastmikroskopie. Wenn diese in die Position des Strahlteilers 74 gebracht werden, kann man einen Phasenkontrast ohne die Notwendigkeit eines speziellen Phasenkontrastobjektivs erhalten.

11 und 12 zeigen ein Beispiel eines als Nipkow-Konfokalsystem ausgelegten Mikroskopsystems für Multispot-Konfokalabbildung unter Verwendung eines Weitfeld-Flächensensors. Das System umfaßt eine Nabeneinheit 18 erster Stufe und eine Nabeneinheit 20 zweiter Stufe. Die Nabeneinheit 18 erster Stufe weist ein Strahlmultiplexelement 22 auf, welches als Spiegel ausgelegt ist, um einen Eingangsstrahl von einer kombinierten Eingangs-/Ausgangspforte 100 zu der Objektivlinse 10 hin abzulenken und das von der Probe 16 emittierte Licht durch die kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte 100 abzulenken, wobei ein erstes optisches Element 102 zwischen dem Spiegel 22 und der kombinierten Eingangs-/Ausgangspforte 100 angeordnet ist. Die Nabeneinheit 20 zweiter Stufe weist einen dichroitischen Strahlteiler 104 auf, der in einer aufrechten Position auf der zentralen optischen Achse des Mikroskopsystems angeordnet ist. Der dichroitische Strahlteiler 104 ist zwischen einem zweiten optischen Element 106 und einem dritten optischen Element 108 angeordnet. Die Nabeneinheit 20 zweiter Stufe weist ferner eine Eingangspforte 110 mit einem Bilddetektor, eine Eingangspforte 112 für Epi-Fluoreszenzbeleuchtung sowie eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte 114 auf, welche mit der kombinierten Eingangs-/Ausgangspforte 100 der Nabeneinheit 18 erster Stufe optisch verbunden ist.

Eine Nipkow-Maske 116 ist zwischen der Eingangs-/Ausgangspforte 100 der Nabeneinheit 18 erster Stufe und der Eingangs-/Ausgangspforte 114 der Nabeneinheit 20 zweiter Stufe angeordnet, wobei ein Ablenkspiegel 118 an der Eingangs-/Ausgangspforte 114 vorgesehen ist. Das erste optische Element 102 dient dazu, ein Zwischenbild an der Nipkow-Maske 116 zu erzeugen. Das zweite optische Element 106 dient dazu, ein Abbild der Zwischenbildebene im Unendlichen zu bilden, wobei das dritte optische Element 106 den Strahl wieder fokussiert, um ein endliches Bild auf dem Detektor der Ausgangspforte 110 zu bilden. Der dichroitische Strahlteiler 104 dient dazu, das Epi-Fluoroszenzbeleuchtungslicht zu der Eingangs-/Ausgangspforte 114 der Nabeneinheit 20 zweiter Stufe zwecks Beleuchtung der Probe 16 zu reflektieren, während das von der Probe 16 emittierte Licht zu der Ausgangspforte 110 durchgelassen wird.

Die Nipkow-Maske 116 kann entweder auf einem kreisförmigen Weg bewegt werden, um alle Teile der Bildzone gleich lang zu beleuchten, oder sie kann nur in linearer Richtung bewegt werden, wobei dies dem gleichen Zweck dient, so lange das Punktmuster entsprechend gewählt wird. Für einen höheren Lichtduchsatz können auch geeignete Schlitzmuster verwendet werden.

Wie bereits oben erwähnt wurde, sind alle gezeigten Konfigurationen nicht auf ein invertiertes Mikroskopsystem beschränkt, während die gleiche Symmetrie auch auf ein aufrechtes Mikroskopsystem oder eine Kombination aus einer aufrechten und einer invertierten Mikroskopkonfiguration, wie beispielsweise in einer 4 &pgr; Konfiguration, angewandt werden kann. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf Epi-Fluoreszenz oder Epi-Reflektion beschränkt, sondern sie kann auch mit Durchlichtbeleuchtung verwendet werden.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskopsystem mit einer Objektivlinse (10), welche eine zentrale optische Achse (14) des Mikroskopsystems festlegt, einer Nabeneinheit (18, 20) für optische Strahlen mit einem mit der zentralen optischen Achse zusammenfallenden Zentrum, einer Mehrzahl von optischen Strahlpforten (24, 26, 30, 32; 214), die radial um die zentrale optische Achse herum angeordnet sind, einem Strahlmultiplexsystem (22, 28, 222), welches im Zentrum der Nabeneinheit angeordnet ist, sowie Mitteln zum Drehen des Strahlmultiplexsystems um die zentrale optische Achse zum alternativen Auswählen mindestens einer der Strahlpforten, wobei die Strahlpforten mindestens zwei aus der aus Eingangspforten, Ausgangspforten und kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten bestehenden Gruppe ausgewählte Element aufweist.


Anspruch[de]
  1. Mikroskopsystem mit:

    einer Objektivlinse, welche eine zentrale optische Achse des Mikroskopsystems festlegt;

    einer Nabeneinheit für optische Strahlen mit einem Zentrum, welches mit der zentralen optischen Achse zusammenfällt, einer Mehrzahl von optischen Strahlpforten, die radial um die zentrale optische Achse herum angeordnet sind, einem Strahlmultiplexsystem, welches in dem Zentrum der Nabeineinheit angeordnet ist, sowie Mitteln zum Drehen des Strahlmultiplexsystems um die zentrale optische Achse, um alternativ mindestens eine der Strahlpforten auszuwählen;

    wobei die Strahlpforten mindestens zwei aus der aus Eingangspforten, Ausgangspforten und kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten bestehenden Gruppe ausgewählte Elemente aufweist.
  2. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Strahlpforten mindestens eine Eingangspforte oder mindestens eine kombinierte Eingangs-/Ausgangspforte aufweisen.
  3. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das jeweilige Strahlmultiplexystem dazu dient, einen Strahlpfad zwischen der ausgewählten optischen Strahlpforte und der zentralen optischen Achse aufzubauen.
  4. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Mikroskopsystem eine oktogonale Symmetrie bezüglich der zentralen optischen Achse aufweist.
  5. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Strahlmultiplexsystem aus der aus Strahlteilern, Spiegeln und vollständig durchlässigen Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  6. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Strahlmultiplexsystem einen dichroitischen Strahlteiler aufweist.
  7. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Strahlmultiplexsystem eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweist, welche unter einem Winkel von 45° bezüglich der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  8. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Strahlmultiplexsystem einen Strahlteiler aufweist, der eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweist, welche parallel zu der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  9. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 8, wobei das Strahlmultiplexsystem ein Strahlablenkelement aufweist, welches ausgelegt ist, um einen optischen Strahl auf der zentralen optischen Achse in eine Richtung senkrecht zu der zentralen optischen Achse zu dem Strahlteiler hin zwecks Durchtritt zu einer der Strahlpforten über den Strahlteiler abzulenken, und wobei das Strahlablenkelement auch geeignet ist, um einen senkrecht zu der optischen Achse orientierten optischen Strahl, der von einer der Eingangspforten über den Strahlteiler zu dem Ablenkelement gelangt, in eine Richtung abzulenken, die mit der zentralen optischen Achse zusammenfällt.
  10. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 8, wobei der Strahlteiler um die zentrale optische Achse drehbar ist, um eine der Strahlpforten auszuwählen.
  11. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 9, wobei das Strahlablenkelement um die zentrale optische Achse drehbar ist, um eine der Strahlpforten auszuwählen.
  12. Mikroskopsystem mit:

    einer Objektivlinse, die eine zentrale optische Achse des Mikroskopsystem festlegt;

    einer Nabeneinheit für optische Strahlen mit einem Zentrum, welches mit der zentralen optischen Achse zusammenfällt, einer Mehrzahl von optischen Strahlpforten, die radial um die zentrale optische Achse herum angeordnet sind, einem Strahlmultiplexsystem, welches in dem Zentrum der Nabeneinheit angeordnet ist, sowie Mitteln zum Betätigen des Multiplexsystems zum alternativen Auswählen mindestens einer der Strahlpforten;

    wobei die Strahlpforten mindestens eine Eingangspforte oder mindestens einen kombinierten Eingangs-/Ausgang aufweisen.
  13. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12, wobei das Strahlmultiplexsystem eine Mehrzahl von verschiedenen Strahlmultiplexelementen aufweist, und wobei die Mittel zum Betätigen des Multiplexsystems Mittel zum alternativen Plazieren eines jeden der Strahlmultiplexelemente im Zentrum der Nabeneinheit zwecks alternativem Auswählen einer jeden der Strahlpforten aufweisen.
  14. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei das jeweilige Strahlmultiplexelement dazu dient, einen Strahlenpfad zwischen der ausgewählten optischen Strahlpforte und der zentralen optischen Achse aufzubauen.
  15. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei die Mittel zum alternativen Plazieren eines jeden aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlmultiplexelementen in das Zentrum der Nabeneinheit einen Schieber aufweisen, welcher die Strahlmultiplexelemente trägt und in einer Richtung senkrecht zu der zentralen optischen Achse verstellbar ist.
  16. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 15, wobei jedes Strahlmultiplexelement auf dem Schieber in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen montierbar ist.
  17. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei die Mittel zum alternativen Plazieren eines jeden aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlmultiplexelementen in das Zentrum der Nabeneinheit ein Karussell aufweisen, welches die Strahlmultiplexelemente trägt und um sein Zentrum drehbar ist.
  18. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 17, wobei jedes Strahlmultiplexelement an dem Karussell in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen montierbar ist.
  19. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12, wobei das Mikroskopsystem eine oktogonale Symmetrie bezüglich der zentralen optischen Achse aufweist.
  20. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei die Strahlmultiplexelemente aus der aus Strahlteilern, Spiegeln und vollständig durchlässigen Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
  21. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei mindestens einige der Strahlmultiplexelemente dichroitisch sind.
  22. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei mindestens einige der Strahlmultiplexelemente eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweisen, welche unter einem Winkel von 45° bezüglich der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  23. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 13, wobei mindestens einige der Strahlmultiplexelemente einen Strahlteiler aufweisen, der eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweist, die parallel zu der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  24. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 23, wobei das Strahlmultiplexsystem ein Strahlablenkelement aufweist, welches ausgebildet ist, um einen optischen Strahl auf der zentralen optischen Achse in eine Richtung senkrecht zu der zentralen optischen Achse zu dem Strahlteiler zwecks Durchtritt zu einer der Strahlpforten über den Strahlteiler abzulenken, und wobei das Strahlablenkelement auch ausgebildet ist, um einen senkrecht zu der zentralen optischen Achse orientierten optischen Strahl, der von einer der Strahlpforten über den Strahlteiler zu dem Ablenkelement gelangt, in eine mit der zentralen optischen Achse zusammen fallende Richtung abzulenken.
  25. Mikroskopsystem mit:

    einer Objektivlinse, die eine zentrale optische Achse des Mikroskopsystems festlegt;

    einer Mehrzahl von Nabeneinheiten für optische Strahlen, die jeweils ein mit der zentralen optischen Achse zusammenfallendes Zentrum, eine Mehrzahl von optischen Strahlpforten, die radial um die zentrale optische Achse herum angeordnet sind, ein im Zentrum der Nabeneinheit angeordnetes Strahlemultiplexsystem sowie Mittel zum Betätigen des Multiplexsystems zum alternativen Auswählen mindestens einer der Strahlpforten aufweisen;

    wobei die Nabeneinheiten für optische Strahlen entlang der zentralen optischen Achse gestapelt sind, und

    wobei die Strahlpforten einer jeden Nabeneinheit für optische Strahlen mindestens zwei Elemente aus der aus Eingangspforten, Ausgangspforten und kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten bestehenden Gruppe ausgewählte Elemente aufweisen.
  26. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei die Mittel zum Betätigen des Multiplexsystems entweder Mittel zum Drehen eines im Zentrum der Nabeneinheit angeordneten Strahlmultiplexelements um die zentrale optische Achse oder Mittel zum alternativen Plazieren eines aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlmultiplexelementen in das Zentrum der Nabeneinheit aufweisen.
  27. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 26, wobei das jeweilige Strahlmultiplexelement dazu dient, einen Strahlpfad zwischen der ausgewählten optischen Strahlpforte und der zentralen optischen Achse, oder zwischen der ausgewählten optischen Strahlpforte und einer anderen aus der Merhzahl von Strahlpforten derselben Nabeneinheit, oder zwischen den Zentren von zwei benachbarten Nabeineinheiten aus der Mehrzahl von Nabeneinheiten, aufzubauen.
  28. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 26, wobei die Mittel zum alternativen Plazieren eines jeden aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlmultiplexelementen in das Zentrum der Nabeneinheit einen Schieber aufweisen, welcher die Strahlmultiplexelemente trägt und in einer Richtung senkrecht zu der zentralen optischen Achse verstellbar ist.
  29. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 28, wobei jedes Strahlmultiplexelement auf dem Schieber in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen montierbar ist.
  30. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 26, wobei die Mittel zum alternativen Plazieren eines jeden aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlmultiplexelementen in das Zentrum der Nabeneinheit ein Karussell aufweisen, welches die Strahlmultiplexelemente trägt und um sein Zentrum herum drehbar ist.
  31. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 30, wobei jedes Strahlmultiplexelement an dem Karussell in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen montierbar ist.
  32. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 30, wobei die Mittel zum Drehen des Strahlmultiplexelements einen Antriebsmotor aufweisen.
  33. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei das Mikroskopsystem eine oktogonale Symmetrie bezüglich der zentralen optischen Achse aufweist.
  34. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 26, wobei jedes Strahlmultiplexelement aus der aus Strahlteilern, Spiegeln und vollständig durchlässigen Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  35. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens eines der Strahlmultiplexelemente dichroitisch ist.
  36. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens eines der Strahlmultiplexelemente eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweist, 1 die unter einem Winkel von 45° bezüglich der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  37. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens eines der Strahlmultiplexelemente eine mindestens teilreflektierende ebene Oberfläche aufweist, welche parallel zu der zentralen optischen Achse orientiert ist.
  38. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei die Pforten derjenigen Nabeneinheit, die am nächsten zu der Objektivlinse liegt, mindestens zwei Eintrittspforten oder mindestens zwei kombinierte Eintritts-/Austrittspforten oder mindestens eine Eintrittspforte und mindestens eine kombinierte Eintritts-/Austrittspforte aufweisen.
  39. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Eingangspforten für eine Epi-Beleuchtung einer Probe ausgebildet ist.
  40. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12, wobei mindestens ein Teil der Eingangspforten für eine Epi-Beleuchtung einer Probe ausgebildet ist.
  41. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens ein Teil der Eingangspforten für eine Epi-Beleuchtung einer Probe ausgebildet ist.
  42. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Ausgangspforten zum Abbilden einer Probe auf einer Mehrzahl von Detektoren ausgebildet ist, wobei jede der Ausgangspforten einem bestimmten der Detektoren zugeordnet ist.
  43. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12, wobei mindesten ein Teil der Ausgangspforten zum Abbilden einer Probe auf einer Mehrzahl von Detektoren ausgebildet ist, wobei jede der Ausgangspforten einem bestimmten der Detektoren zugeordnet ist.
  44. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens ein Teil der Ausgangspforten zum Abbilden einer Probe auf einer Mehrzahl von Detektoren ausgebildet ist, wobei jede Ausgangspforte einem bestimmten der Detektoren zugeordnet ist.
  45. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der kombinierten eingangs-/Ausgangspforten für einen konfokalen Aufbau ausgebildet ist.
  46. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 12, wobei mindestens ein Teil der kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten für einen konfokalen Aufbau ausgebildet ist.
  47. Mikroskopsystem gemäß Anspruch 25, wobei mindestens ein Teil der kombinierten Eingangs-/Ausgangspforten für einen konfokalen Aufbau ausgebildet ist.
Es folgen 12 Blatt Zeichnungen






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