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DE102017103252B3 - Method for microscopic grid illumination - Google Patents

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DE102017103252B3
DE102017103252B3 DE102017103252.5A DE102017103252A DE102017103252B3 DE 102017103252 B3 DE102017103252 B3 DE 102017103252B3 DE 102017103252 A DE102017103252 A DE 102017103252A DE 102017103252 B3 DE102017103252 B3 DE 102017103252B3
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Christian Schumann
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Leica Microsystems CMS GmbH
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Leica Microsystems CMS GmbH
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Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur mikroskopischen Rasterbeleuchtung unter Verwendung einer Rasterbeleuchtungseinrichtung (10) für ein Mikroskop, umfassend eine Lichtquelle (12), ein Rastersystem (14), eine Zwischenabbildungsoptik (16) und ein Beleuchtungsobjektiv (18), die in dieser Reihenfolge in einem Beleuchtungsstrahlengang (20) angeordnet sind. Das Rastersystem (14) weist zwei Rasterelemente (26, 28) auf, die ausgebildet sind, ein von der Lichtquelle (12) ausgesendetes Beleuchtungslichtbündel (34) nacheinander in zwei verschiedenen Rasterrichtungen abzulenken. Die Zwischenabbildungsoptik (16) ist ausgebildet, innerhalb des Rastersystems (14) ein Bild einer Objektivpupille (36) des Beleuchtungsobjektivs (18) zu erzeugen. Ein Pupillenverlagerungsmodul (38) ist ausgebildet, das Bild der Objektivpupille (36) innerhalb des Rastersystems (14) längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) wahlweise zu verlagern.Described is a method of microscopic raster illumination using a scanning illumination device (10) for a microscope, comprising a light source (12), a raster system (14), an intermediate imaging optics (16) and an illumination objective (18) arranged in an illumination beam path in that order (20) are arranged. The raster system (14) has two raster elements (26, 28) which are designed to divert an illumination light bundle (34) emitted by the light source (12) one after the other in two different raster directions. The intermediate imaging optical system (16) is designed to generate an image of an objective pupil (36) of the illumination objective (18) within the raster system (14). A pupil displacement module (38) is designed to selectively displace the image of the objective pupil (36) within the grid system (14) along the illumination beam path (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikroskopischen Rasterbeleuchtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for microscopic grid illumination according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere für mikroskopische Anwendungen wie etwa der konfokalen Fluoreszenzmikroskopie Rasterbeleuchtungseinrichtungen bekannt, die dazu dienen, die Probe in zwei verschiedenen, in der Regel senkrecht zueinander liegenden Rasterrichtungen mit einem Beleuchtungslichtbündel abzurastern. Hierzu verfügt eine solche Rasterbeleuchtungseinrichtung über ein Rastersystem, welches das Beleuchtungslichtbündel in den vorstehend genannten Rasterrichtungen ablenkt, um eine die Probe in zwei Dimensionen abrasternde Beleuchtung zu realisieren.From the prior art grid illumination devices are known, in particular for microscopic applications such as confocal fluorescence microscopy, which serve to scan the sample in two different scanning directions, which are generally perpendicular to one another, with an illuminating light bundle. For this purpose, such a raster illumination device has a raster system which deflects the illumination light beam in the above-mentioned raster directions in order to realize illumination scanning the sample in two dimensions.

Üblicherweise wird für die zweidimensionale Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels ein Rastersystem eingesetzt, das entweder ein einziges zweiachsiges Rasterelement, das um zwei orthogonal zueinander liegende Abtastachsen verkippbar ist, oder aber zwei separate einachsige Rasterelemente aufweist, die jeweils nur um eine Abtastachse verkippbar sind. In letzterer Ausführung sind die Abtastachsen der beiden einachsigen Rasterelemente wiederum orthogonal zueinander angeordnet. Bei den Rasterelementen kann es sich beispielsweise um Kippspiegel, aber auch um Risley-Drehprismen, elektrooptische oder akustooptische Deflektoren handeln.Usually, a raster system is used for the two-dimensional deflection of the illumination light beam, which either a single biaxial grid element which is tiltable about two mutually orthogonal scanning axes, or two separate uniaxial grid elements which are tiltable only about a scan axis. In the latter embodiment, the scanning axes of the two uniaxial grid elements are again arranged orthogonal to each other. The raster elements may, for example, be tilt mirrors, but also Risley rotary prisms, electro-optical or acousto-optical deflectors.

Insbesondere in mikroskopischen Anwendungen ist eine telezentrische Positionierung des Rastersystems innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs wünschenswert. Bei einer telezentrischen Positionierung befindet sich das Rastersystem längs des Beleuchtungsstrahlengangs an einer Stelle, an der sich ein beispielsweise über die Zwischenabbildungsoptik erzeugtes Bild der Pupille des Beleuchtungsobjektivs befindet. Durch eine telezentrische Anordnung des Rastersystems ist nämlich ein achsparalleler Austritt des durch das Rastersystem abgelenkten Beleuchtungslichtbündels für alle Rasterpositionen gewährleistet.Particularly in microscopic applications, telecentric positioning of the raster system within the illumination beam path is desirable. In the case of a telecentric positioning, the raster system is located along the illumination beam path at a location at which an image of the pupil of the illumination objective, which is generated for example via the intermediate imaging optics, is located. By a telecentric arrangement of the grid system namely an axis-parallel exit of the deflected by the grid system illumination light beam is guaranteed for all grid positions.

Ist das Rastersystem aus einem einzigen zweiachsigen Rasterspiegel gebildet, so ist die vorgenannte telezentrische Positionierung vergleichsweise einfach zu realisieren, indem der einzige Rasterspiegel am Ort des Pupillenbildes angeordnet wird. Jedoch ist ein aus einem zweiachsigen Rasterspiegel gebildetes Rastersystem technisch aufwändiger und damit teurer als ein System, das mit zwei separaten einachsigen Rasterspiegeln arbeitet. Bei einem System mit zwei separaten einachsigen Rasterelementen ist es aber nicht möglich, gleichzeitig beide Rasterspiegel am Ort des Pupillenbildes zu positionieren und damit in eine telezentrische Anordnung zu bringen. Auch kommt es bei Realisierungen aus dem Stand der Technik, beispielsweise kardanischen Aufhängungen von Kippspiegeln, zu Geschwindigkeitseinbußen des Rasterprozesses.If the grid system is formed from a single biaxial grid mirror, the aforementioned telecentric positioning can be realized comparatively easily by arranging the single raster mirror at the location of the pupil image. However, a raster system formed from a two-axis raster mirror is technically more complex and therefore more expensive than a system that operates with two separate uniaxial raster mirrors. In a system with two separate uniaxial raster elements, however, it is not possible to simultaneously position both raster mirrors at the location of the pupil image and thus bring them into a telecentric arrangement. Also, it comes in realizations from the prior art, such as gimbal suspensions of tilting mirrors, to speed losses of the raster process.

Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, auch solche Rastersysteme, die mit einer Anordnung aus zwei einachsigen Rasterspiegeln arbeiten, telezentrisch auszuführen. Beispielsweise wird in J. Pawley, Handbook of biological confocal microscopy, Springer 2006, ISBN 978-0387259215 (insbes. Kap. 9, S. 207ff) vorgeschlagen, den ersten Rasterspiegel mittels einer Relayoptik auf den zweiten Rasterspiegel abzubilden. In der DE 4 026 130 C2 ist hingegen ein aus drei einachsigen Rasterspiegeln bestehendes System beschrieben, bei dem für eine der beiden orthogonalen Rasterrichtungen zugleich zwei der drei Rasterspiegel vorgesehen sind. Solutions are known from the prior art, even telecentric raster systems that operate with an arrangement of two single-axis raster mirrors. For example, it is proposed in J. Pawley, Handbook of biological confocal microscopy, Springer 2006, ISBN 978-0387259215 (esp., Chapter 9, pp. 207ff), to image the first raster mirror onto the second raster mirror by means of relay optics. In the DE 4 026 130 C2 On the other hand, a system consisting of three uniaxial scanning mirrors is described, in which two of the three scanning mirrors are provided for one of the two orthogonal scanning directions at the same time.

Diese beiden Rasterspiegel sind derart angeordnet, dass sie einen virtuellen Kipppunkt definieren, der auf dem der anderen Rasterrichtung zugeordneten Rasterspiegel liegt.These two raster mirrors are arranged such that they define a virtual tilting point which lies on the raster mirror associated with the other raster direction.

Mit Relayoptiken arbeitende Rastersysteme sind technisch aufwändig und teuer. Außerdem benötigen sie viel Bauraum. Aus drei Rasterspiegeln bestehende Systeme sind im Hinblick auf ihre Mechanik und ihre elektronische Ansteuerung ebenfalls aufwändig. Dies gilt insbesondere für diejenige der beiden Abtastachsen, der zwei der drei Rasterspiegel zugeordnet sind. Demzufolge wird diese Abtastachse auch als langsame Achse bezeichnet, während die durch einen einzigen Rasterspiegel realisierte Abtastachse als schnelle Achse bezeichnet wird.Grid systems operating with relay optics are technically complex and expensive. They also need a lot of space. Systems consisting of three grid mirrors are also expensive in terms of their mechanics and their electronic control. This applies in particular to that of the two scanning axes, which are assigned to two of the three raster mirrors. Consequently, this scanning axis is also referred to as a slow axis, while the scanning axis realized by a single scanning mirror is called a fast axis.

Um den technischen Aufwand möglichst gering zu halten, werden deshalb häufig Rastersysteme bevorzugt, die aus zwei einachsigen Rasterspiegeln bestehen. Um in einem solchen Rastersystem insbesondere die Vignettierung gering zu halten, werden dabei die beiden Rasterspiegel üblicherweise symmetrisch zum Bild der Objektivpupille angeordnet. Eine solche symmetrische Anordnung ist z.B. in einer konfokalmikroskopischen Anwendung durchaus einsetzbar. Dies gilt jedoch nicht für Anwendungen, bei denen eine telezentrische Positionierung zumindest eines der beiden Rasterelemente zwingend erforderlich ist, um einen achsparallelen Lichtaustritt zu ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist eine lichtblattmikroskopische Anwendung, wie sie in der Druckschrift US 9 104 020 B2 beschrieben ist.To keep the technical effort as low as possible, grid systems are therefore often preferred, which consist of two uniaxial grid mirrors. In order to keep the vignetting in such a grid system in particular low, the two raster mirrors are usually arranged symmetrically to the image of the objective pupil. Such a symmetrical arrangement can be used, for example, in a confocal microscopic application. However, this does not apply to applications in which a telecentric positioning of at least one of the two grid elements is absolutely necessary in order to enable an axially parallel light emission. An example of this is a light sheet microscopic application, as described in the document US 9 104 020 B2 is described.

Wird bei einem aus zwei Rasterspiegeln gebildeten System für einen der beiden Spiegel eine feste telezentrische Positionierung gewählt, so ergibt sich eine unsymmetrische Anordnung, die eine entsprechend unsymmetrische und häufig besonders starke Vignettierung verursacht. Dies gilt insbesondere, wenn zur Abbildung der Objektivpupille auf den telezentrisch zu positionierenden Rasterspiegel ein Kepler-Fernrohr als Zwischenabbildungsoptik verwendet wird, das in der Regel eine laterale Vergrößerung in einem Bereich von 3 bis 4 und damit eine axiale Vergrößerung in einem Bereich von 9 bis 16 aufweist. Der Abstand, den dann der andere, d.h. nicht telezentrisch positionierte Rasterspiegel gegenüber dem Bild der Objektivpupille aufweist, ergibt sich in diesem Beispiel an Hand des Produkts aus dem Abstand dieses Rasterspiegels von dem telezentrisch positionierten Rasterspiegel und einem Faktor zwischen 9 und 16.If a fixed telecentric positioning is selected for one of the two mirrors in the case of one of the two mirror mirrors, the result is an asymmetrical arrangement which causes correspondingly asymmetrical and often particularly strong vignetting. This is especially true when imaging the objective pupil is used on the telecentrically positioned raster mirror Kepler telescope as Zwischenabbildungsoptik, which usually has a lateral magnification in a range of 3 to 4 and thus an axial magnification in a range of 9-16. The distance then the other, ie not telecentrically positioned, raster mirror relative to the image of the objective pupil, results in this example, based on the product of the distance of this raster mirror from the telecentrically positioned raster mirror and a factor between 9 and 16.

Somit ist festzuhalten, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen jeweils nur auf spezielle Anwendungen beschränkt sind. Jedenfalls ist es bisher nicht ohne weiteres möglich, ein aus zwei einachsigen Rasterelementen bestehendes Rastersystem flexibel in unterschiedlichen Anwendungen einzusetzen.Thus, it should be noted that the known from the prior art solutions are limited only to specific applications. In any case, it has not been readily possible to flexibly use a grid system consisting of two uniaxial grid elements in various applications.

Die Druckschrift US 2002 / 0 048 025 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung, die wahlweise zur optischen Kohärenztomographie und zur optischen Kohärenzmikroskopie einsetzbar ist. Diese Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle, ein Rastersystem, eine Zwischenabbildungsoptik und ein Beleuchtungsobjektiv, die in dieser Reihenfolge in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind. Um unterschiedliche Pupillenlagen in Folge der Verwendung von unterschiedlichen Objektiven auszugleichen, weist die Beleuchtungseinrichtung eine planparallele Platte auf, die in dem Beleuchtungsstrahlengang einbringbar ist. Das Einbringen der planparallelen Platte stellt sicher, dass die Zwischenabbildungsoptik die Pupille des jeweils verwendeten Objektivs stets auf einen in dem Rastersystem enthaltenen Galvanometerspiegel abbildet.The publication US 2002/0 048 025 A1 discloses a lighting device that is optionally usable for optical coherence tomography and optical coherence microscopy. This illumination device comprises a light source, a raster system, an intermediate imaging optics and an illumination objective, which are arranged in this sequence in an illumination beam path. To compensate for different pupil positions as a result of using different lenses, the illumination device has a plane-parallel plate, which can be introduced in the illumination beam path. The introduction of the plane-parallel plate ensures that the intermediate imaging optics always image the pupil of the respectively used objective onto a galvanometer mirror contained in the grid system.

Aus der Druckschrift WO 95 / 06 895 A2 ist eine Rasterbeleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, die sowohl eine konfokale als auch eine nicht-konfokale Bildgebung ermöglicht. Diese Rasterbeleuchtungseinrichtung umfasst ein Rastersystem mit zwei Rasterspiegeln, die ein von der Lichtquelle ausgesendetes Beleuchtungslichtbündel in verschiedene Rasterrichtungen ablenken. Um Nichtlinearitäten im Rasterprozess zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Objektivpupille auf das Rastersystem abzubilden.From the publication WO 95/06 895 A2 For example, a scanning illuminator for a microscope is known that allows both confocal and non-confocal imaging. This raster illumination device comprises a raster system with two raster mirrors which deflect an illumination light beam emitted by the light source in different raster directions. In order to avoid nonlinearities in the raster process, it is proposed to image the objective pupil onto the raster system.

Die Druckschrift US 2004 / 0 263 959 A1 offenbart ein konfokales Rastermikroskop mit einem Rasterspiegel, der einen Beleuchtungslichtstrahl in einer Richtung ablenkt, während ein Objekttisch in einer hierzu senkrechten Richtung bewegt wird, um eine zweidimensionale Abtastung der Probe vorzunehmen. Alternativ wird vorgeschlagen, zwei Rasterspiegel vorzusehen, die in gleichen Abständen auf entgegengesetzten Seiten einer Eintrittspupillenposition angeordnet sind.The publication US 2004/0 263 959 A1 discloses a confocal scanning microscope with a raster mirror which deflects an illuminating light beam in one direction while moving a stage in a direction perpendicular thereto to make a two-dimensional scan of the sample. Alternatively, it is proposed to provide two raster mirrors arranged at equal intervals on opposite sides of an entrance pupil position.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur rasternden Probenbeleuchtung anzugeben, das es mit geringem technischen Aufwand ermöglicht, ein aus zwei separaten Rasterelementen gebildetes Rastersystem in unterschiedlichen Mikroskopieanwendungen einzusetzen.The object of the invention is to provide a method for scanning sample illumination, which makes it possible with little technical effort to use a grid system formed from two separate grid elements in different microscopy applications.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The invention solves this problem by the subject matter of claim 1.

Die erfindungsgemäße Rasterbeleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop umfasst eine Lichtquelle, ein Rastersystem, eine Zwischenabbildungsoptik und ein Beleuchtungsobjektiv, die in dieser Reihenfolge in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind, wobei das Rastersystem zwei Rasterelemente aufweist, die ausgebildet sind, ein von der Lichtquelle ausgesendetes Beleuchtungslichtbündel nacheinander in zwei verschiedenen Rasterrichtungen abzulenken, und wobei die Zwischenabbildungsoptik ausgebildet ist, innerhalb des Rastersystems ein Bild einer Objektivpupille des Beleuchtungsobjektivs zu erzeugen. Die Erfindung sieht ein Pupillenverlagerungsmodul vor, das ausgebildet ist, das Bild der Objektivpupille innerhalb des Rastersystems längs des Beleuchtungsstrahlengangs wahlweise zu verlagern.The scanning illumination device according to the invention for a microscope comprises a light source, a raster system, an intermediate imaging optics and an illumination objective, which are arranged in this sequence in an illumination beam path, wherein the grid system comprises two raster elements which are formed, one emitted from the light source illuminating light beam successively in two different Deflecting raster directions, and wherein the intermediate imaging optics is designed to generate an image of an objective pupil of the illumination objective within the raster system. The invention provides a pupil displacement module which is designed to selectively displace the image of the objective pupil within the grid system along the illumination beam path.

Das Pupillenverlagerungsmodul ermöglicht es, die erfindungsgemäße Rasterbeleuchtungseinrichtung mit geringem technischem Aufwand an unterschiedliche Mikroskopieanwendungen anzupassen. Hierzu ist lediglich erforderlich, das durch die Zwischenabbildungsoptik erzeugte Bild der Objektivpupille mittels des Pupillenverlagerungsmoduls innerhalb des Rastersystems wahlweise so zu positionieren, wie es für die gewählte Mikroskopieanwendung von Vorteil ist.The pupil displacement module makes it possible to adapt the grid illumination device according to the invention to different microscopy applications with little technical effort. For this purpose, it is only necessary to optionally position the image of the objective pupil generated by the intermediate imaging optics by means of the pupil displacement module within the grid system, as is advantageous for the selected microscopy application.

So ist es insbesondere möglich, die Rasterbeleuchtungseinrichtung auf eine lichtblattmikroskopische Anwendung hin zu optimieren. In einer solchen Anwendung dient das Rastersystem dazu, zum einen aus dem von der Lichtquelle emittierten Beleuchtungslichtbündel ein Lichtblatt zu generieren, und zum anderen dieses Lichtblatt als Ganzes längs einer vorbestimmten Rasterrichtung abzulenken, um die Probe in dieser Richtung mit dem Lichtblatt abzurastern. Hierbei kann ein erstes der beiden Rasterelemente zur Generierung des Lichtblatts genutzt werden, indem es das Beleuchtungslichtbündel längs einer ersten Rasterrichtung ablenkt, während ein zweites Rasterelement das Beleuchtungslichtbündel längs einer zweiten Rasterrichtung, die vorzugsweise orthogonal zur ersten Rasterrichtung liegt, ablenkt und so das durch das erste Rasterelement generierte Lichtblatt längs dieser zweiten Rasterrichtung gleichsam durch die Probe bewegt.Thus, it is possible, in particular, to optimize the louver illumination device for a light-sheet microscopic application. In such an application, the raster system serves, on the one hand, to generate a light sheet from the illumination light beam emitted by the light source and, on the other hand, to deflect this light sheet as a whole along a predetermined raster direction in order to scan the sample in this direction with the light sheet. In this case, a first of the two raster elements can be used to generate the light sheet by deflecting the illumination light bundle along a first raster direction, while a second raster element deflects the illumination light bundle along a second raster direction which is preferably orthogonal to the first raster direction and thus through the first Raster element generated light sheet along this second scanning direction as it were moved through the sample.

In einer solchen lichtblattmikroskopischen Anwendung kann das Pupillenverlagerungsmodul nun dazu genutzt werden, das Bild der Objektivpupille innerhalb des Rastersystems so zu positionieren, dass es auf dem vorgenannten zweiten Rasterelement liegt, d.h. demjenigen Element, das die Probe in einer Rasterbewegung mit dem Lichtblatt abtastet. So kommt es bei dieser Rasterbewegung wesentlich auf den achsparallelen Austritt des Beleuchtungslichtbündels aus dem Beleuchtungsobjektiv an, der durch die erfindungsgemäße Positionierung des zweiten Rasterelementes am Ort des Pupillenbildes gewährleistet ist. Mit anderen Worten ist in der vorgenannten Anwendung das zweite Rasterelement zuungunsten des ersten Rasterelementes telezentrisch positioniert. Der Umstand, dass das erste Rasterelement nicht telezentrisch angeordnet ist, ist jedoch in der vorstehend erläuterten lichtblattmikroskopischen Anwendung nicht von wesentlichem Nachteil. So wird die durch das erste Rasterelement bewirkte, zur Generierung des Lichtblattes bestimmte Rasterbewegung des Beleuchtungslichtbündels gleichsam über die Belichtungszeit gemittelt, mit der ein Detektor die durch das Lichtblatt erzeugte Fluoreszenzstrahlung aus der Probe erfasst.In such a light sheet microscopy application, the pupil displacement module can now be used to position the image of the objective pupil within the raster system to lie on the aforesaid second raster element, i. the element that scans the sample in a raster motion with the light sheet. Thus, it is important in this raster movement to the axis-parallel exit of the illumination light beam from the illumination objective, which is ensured by the inventive positioning of the second raster element at the location of the pupil image. In other words, in the aforementioned application, the second raster element is positioned telecentrically to the disadvantage of the first raster element. The fact that the first raster element is not arranged in a telecentric manner, however, is not a significant disadvantage in the light-sheet microscopic application explained above. Thus, the raster movement of the illuminating light bundle caused by the first raster element and intended for generating the light sheet is, as it were, averaged over the exposure time with which a detector detects the fluorescence radiation generated by the light sheet from the sample.

Soll dagegen die erfindungsgemäße Rasterbeleuchtungseinrichtung beispielsweise auf eine konfokalmikroskopische Anwendung hin optimiert werden, so ist es möglich, das Bild der Objektivpupille mittels des Pupillenverlagerungsmoduls in einer symmetrischen Anordnung genau zwischen den beiden Rasterelementen anzuordnen. In diesem Fall ist zwar keines der beiden Rasterelemente präzise telezentrisch angeordnet, jedoch ermöglicht diese symmetrische Anordnung eine weitgehende Reduzierung der Vignettierung.If, on the other hand, the raster illumination device according to the invention is to be optimized, for example, for a confocal microscopic application, it is possible to arrange the image of the objective pupil in a symmetrical arrangement exactly between the two raster elements by means of the pupil displacement module. In this case, although neither of the two raster elements is precisely telecentric, this symmetrical arrangement allows a substantial reduction in vignetting.

Das Pupillenverlagerungsmodul umfasst mindestens zwei in den Beleuchtungsstrahlengang einbringbare und aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernbare Verlagerungselemente. In einem ersten Betriebszustand, in dem keines der beiden Verlagerungselemente in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht ist, befindet sich das Bild der Objektivpupille längs des Beleuchtungsstrahlengangs in einer ersten Position. In einem zweiten Betriebszustand, in dem eines der beiden Verlagerungselemente in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht ist, befindet sich das Bild der Objektivpupille längs des Beleuchtungsstrahlengangs in einer zweiten Position. In einem dritten Betriebszustand, in dem das andere der beiden Verlagerungselemente in dem Beleuchtungsstrahlengang eingebracht ist, befindet sich das Bild der Objektivpupille längs des Beleuchtungsstrahlengangs in einer dritten Position. Eine der drei genannten Positionen liegt auf einem der beiden Rasterelemente. Eine andere der drei genannten Positionen liegt auf dem anderen Rasterelement. Die verbleibende der drei Positionen liegt zwischen den beiden Rastelementen. In dieser Ausführungsform kann die Rasterbeleuchtungseinrichtung in drei verschiedenen Betriebszuständen arbeiten, nämlich in zwei Betriebszuständen, in denen entweder das eine oder das andere Rasterelement telezentrisch angeordnet ist, und in einem weiteren Betriebszustand, in dem keines der beiden Rasterelemente telezentrisch positioniert ist, sondern das Bild der Objektivpupille zwischen den beiden Rasterelementen liegt. Die beiden erstgenannten Betriebszustände sind beispielsweise wiederum für eine lichtblattmikroskopische Anwendung nutzbar, während der zuletzt genannte Betriebszustand für eine konfokalmikroskopische Anwendung vorgesehen sein kann.The pupil displacement module comprises at least two displacement elements which can be introduced into the illumination beam path and which can be removed from the illumination beam path. In a first operating state, in which neither of the two displacement elements is introduced into the illumination beam path, the image of the objective pupil is located along the illumination beam path in a first position. In a second operating state, in which one of the two displacement elements is introduced into the illumination beam path, the image of the objective pupil is located along the illumination beam path in a second position. In a third operating state, in which the other of the two displacement elements is introduced in the illumination beam path, the image of the objective pupil is located along the illumination beam path in a third position. One of the three named positions lies on one of the two grid elements. Another of the three positions mentioned lies on the other grid element. The remaining of the three positions lies between the two locking elements. In this embodiment, the raster illumination device can operate in three different operating states, namely in two operating states, in which either one or the other raster element is arranged telecentrically, and in another operating state, in which neither of the two raster elements is telecentrically positioned, but the image of Lens pupil between the two grid elements is located. The two first-mentioned operating states can, for example, again be used for a light-sheet microscopic application, while the last-mentioned operating state can be provided for a confocal microscopic application.

Vorzugsweise weist die zwischen den beiden Rastelementen liegende Position, in der das Bild der Objektivpupille erzeugt wird, längs des Beleuchtungsstrahlengangs gleiche Abstände von den beiden Rastelementen auf. In dieser nicht telezentrischen, zum Pupillenbild symmetrischen Anordnung der beiden Rasterelemente kann die Vignettierung minimiert werden.The position between the two latching elements, in which the image of the objective pupil is generated, preferably has the same distances from the two latching elements along the illumination beam path. In this non-telecentric, symmetrical to the pupil image arrangement of the two grid elements, the vignetting can be minimized.

Vorzugsweise ist das jeweilige Verlagerungselement eine transparente, insbesondere planparallele Platte vorbestimmter Dicke. Dabei ist die Dicke der Platte so gewählt, dass das Beleuchtungslichtbündel beim Durchtritt durch die Platte eine optische Weglängenänderung erfährt, die zu der gewünschten Verschiebung des Pupillenbildes führt. Umfasst das Pupillenverlagerungsmodul mehrere Platten, so weisen diese unterschiedliche Dicken auf, um Pupillenverlagerungen unterschiedlicher Größe zu ermöglichen.Preferably, the respective displacement element is a transparent, in particular plane-parallel plate of predetermined thickness. In this case, the thickness of the plate is selected so that the illuminating light beam undergoes an optical Weglängenänderung when passing through the plate, which leads to the desired displacement of the pupil image. If the pupil displacement module comprises a plurality of plates, they have different thicknesses in order to allow pupil displacements of different sizes.

Die jeweilige transparente Platte weist in einer bevorzugten Ausführung eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche auf, die zur Vermeidung von Interferenzeffekten gegeneinander verkippt sind. Die Flächenverkippung ist dabei nur geringfügig, z.B. in einem Bereich von einigen zehn Bogensekunden, so dass die Platte trotz dieser Flächenverkippung immer noch als im Wesentlichen planparallel zu bezeichnen ist. Indem die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche der Platte gegeneinander verkippt sind, können störende Interferenzeffekte vermieden werden, die ansonsten innerhalb der Platte durch Mehrfachreflexionen zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche auftreten.In a preferred embodiment, the respective transparent plate has a light entry surface and a light exit surface, which are tilted relative to one another to avoid interference effects. The surface tilt is only slight, e.g. in a range of a few tens of arc seconds, so that the plate is still to be described as essentially plane-parallel despite this surface tilting. By tilting the light entry surface and the light exit surface of the plate against each other, interfering interference effects that otherwise occur within the plate due to multiple reflections between the light entry surface and the light exit surface can be avoided.

Störende Interferenzeffekte werden bei Verwendung einer transparenten, planparallelen Platte aber auch schon dadurch weitgehend vermieden, dass die Dicke einer solchen Platte zur Bereitstellung der gewünschten optischen Weglängenänderung in der Regel ohnehin erheblich größer ist als die übliche Kohärenzlänge eines als Lichtquelle üblicherweise eingesetzten Diodenlasers. Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass für den Fall, dass das Rastersystem etwa im Unterschied zu einem konfokalen Auflicht-Rastermikroskop allein zu Beleuchtungszwecken (wie z.B. in der eingangs genannten Druckschrift US 9 104 020 B2 ) eingesetzt wird, Mehrfachreflexionen innerhalb der transparenten Platte ohnehin tolerierbar sind.Disturbing interference effects are largely avoided by using a transparent, plane-parallel plate but already that the thickness of such a plate to provide the desired optical path length change in the rule anyway much larger than that usual coherence length of a diode laser commonly used as a light source. In addition, it should be noted that in the event that the grid system, for example, in contrast to a confocal Auflicht scanning microscope only for lighting purposes (such as in the aforementioned document US 9 104 020 B2 ) is used, multiple reflections within the transparent plate are tolerable anyway.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Pupillenverlagerungsmodul eine Wechselvorrichtung. Diese Wechselvorrichtung kann manuell oder motorisch betätigbar sein. Im Falle einer motorischen Wechselvorrichtung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, die das Pupillenverlagerungsmodul in Abhängigkeit des gerade eingestellten Betriebszustands steuert. Die Wechselvorrichtung ist beispielsweise in Form eines Revolvers, einer Linearschiebevorrichtung oder einer Klappvorrichtung ausgeführt.In a particularly preferred embodiment, the pupil displacement module comprises a changing device. This changing device can be operated manually or by motor. In the case of a motor-driven changing device, a control unit may be provided which controls the pupil displacement module as a function of the currently set operating state. The changing device is designed for example in the form of a revolver, a linear sliding device or a folding device.

Anstelle einer transparenten, planparallelen Platte kann beispielsweise auch ein Galilei-Fernrohr oder ein anderes Relaysystem zur Beeinflussung der optischen Weglänge verwendet werden. Jedoch hat die bevorzugte Ausführung in Form einer planparallelen Platte gegenüber letzteren Systemen, die aus sphärischen optischen Elementen gebildet sind, den Vorteil, dass die Positionierung der Platte unempfindlich gegenüber Zentrierfehlern ist.Instead of a transparent, plane-parallel plate, for example, a Galilean telescope or another relay system for influencing the optical path length can be used. However, the preferred embodiment in the form of a plane-parallel plate over the latter systems formed of spherical optical elements has the advantage that the positioning of the plate is insensitive to centering errors.

In einer bevorzugten Ausführung ist eines der beiden Rasterelement ein um eine erste Kippachse verkippbarer Spiegel und das andere Rasterelement ein um eine zweite Kippachse verkippbarer Spiegel. Die beiden Kippachsen liegen vorzugsweise orthogonal zueinander.In a preferred embodiment, one of the two raster elements is a mirror which can be tilted about a first tilting axis and the other raster element is a mirror which can be tilted about a second tilting axis. The two tilt axes are preferably orthogonal to each other.

Die Spiegel sind beispielsweise als Galvanometerspiegel oder als mikroelektromechanische Spiegel ausgebildet. Sie sind jedoch auf die vorgenannten Ausführungen nicht beschränkt. So sind auch einachsige Spiegelaktoren anderen Bautyps verwendbar, mit denen sich die gewünschte Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels realisieren lässt.The mirrors are designed, for example, as galvanometer mirrors or as microelectromechanical mirrors. However, they are not limited to the aforementioned embodiments. Thus, single-axis mirror actuators of other types of construction can also be used with which the desired deflection of the illumination light beam can be realized.

Vorzugsweise ist das Pupillenverlagerungsmodul in einem durch einen Unendlich-Strahlengang gebildeten Teil des Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet. Das Pupillenverlagerungsmodul kann dann innerhalb des Unendlich-Strahlengangs an beliebiger Stelle angeordnet werden.Preferably, the pupil displacement module is arranged in a part of the illumination beam path formed by an infinity beam path. The pupil displacement module can then be placed anywhere within the infinity beam path.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Pupillenverlagerungsmodul zwischen dem Rastersystem und der Zwischenabbildungsoptik angeordnet. Die Zwischenabbildungsoptik ist in dieser Ausführungsform beispielsweise aus einem dem Beleuchtungsobjektiv zugewandten Tubuslinsensystem und einem dem Pupillenverlagerungsmodul zugewandten Okularlinsensystem gebildet.In a further advantageous embodiment, the pupil displacement module is arranged between the grid system and the intermediate imaging optics. The intermediate imaging optics in this embodiment are formed, for example, from a tube lens system facing the illumination objective and an eyepiece lens system facing the pupil displacement module.

Wie schon weiter oben angedeutet, ist das Rastersystem in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf eine rasternde Probenbeleuchtung mittels einer lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung ausgelegt, indem durch die mittels eines der beiden Rasterelemente bewirkte Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels in einer der beiden Rasterrichtungen die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung generierbar ist und durch die mittels des anderen Rasterelementes bewirkte Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels in der anderen Rasterrichtung die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung in dieser anderen Rasterrichtung bewegbar ist.As already indicated above, the grid system is designed in a particularly preferred embodiment on a scanning sample illumination by means of a light sheet-like illumination light distribution by the light sheet-like illumination light distribution can be generated by the means of one of the two raster elements effected deflection of the illumination light beam in one of the two raster directions the deflection of the illuminating light bundle in the other scanning direction, the light-sheet-like illuminating light distribution, is movable in this other scanning direction.

In dieser Ausführungsform verlagert das Pupillenverlagerungsmodul das Bild der Objektivpupille vorzugsweise auf das vorgenannte andere Rasterelement.In this embodiment, the pupil displacement module preferably displaces the image of the objective pupil on the aforementioned other raster element.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rasterbeleuchtungseinrichtung, die ein Pupillenverlagerungsmodul mit zwei verschiedenen Verlagerungselementen umfasst, in einem ersten Betriebszustand, in dem keines der beiden Verlagerungselemente in einen Beleuchtungsstrahlengang eingebracht ist;
  • 2 eine schematische Darstellung der Rasterbeleuchtungseinrichtung in einem zweiten Betriebszustand, in dem eines der beiden Verlagerungselemente in den Beleuchtungsstrahlgang eingebracht ist; und
  • 3 eine schematische Darstellung der Rasterbeleuchtungseinrichtung in einem dritten Betriebszustand, in dem das andere der beiden Verlagerungselemente in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht ist.
The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the figures. Show:
  • 1 a schematic representation of a grid illumination device according to the invention, which comprises a Pupillenverlagerungsmodul with two different displacement elements, in a first operating state in which neither of the two displacement elements is introduced into an illumination beam path;
  • 2 a schematic representation of the raster illumination device in a second operating state, in which one of the two displacement elements is introduced into the illumination beam path; and
  • 3 a schematic representation of the raster illumination device in a third operating state, in which the other of the two displacement elements is introduced into the illumination beam path.

1 zeigt in rein schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Rasterbeleuchtungseinrichtung 10, die Teil eines in verschiedenen Anwendungen einsetzbaren Mikroskops ist. So kann das vorgenannte Mikroskop beispielsweise nach Art eines Lichtblattmikroskops und alternativ nach Art eines Konfokalmikroskops betrieben werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 1 nur diejenigen Komponenten der Rasterbeleuchtungseinrichtung 10 dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. 1 shows a purely schematic representation of an embodiment of a raster illumination device 10 , which is part of a microscope that can be used in various applications. Thus, the aforementioned microscope can be operated, for example, in the manner of a light-beam microscope and, alternatively, in the manner of a confocal microscope. It should be noted that in 1 only those components of the grid illumination device 10 are shown, which are necessary for the understanding of the invention.

Das Rastermikroskop 10 umfasst eine Lichtquelle 12, ein Rastersystem 14, eine Zwischenabbildungsoptik 16 und ein Beleuchtungsobjektiv 18, die in dieser Reihenfolge in einem Beleuchtungsstrahlengang 20 angeordnet sind. Die Zwischenabbildungsoptik 16 enthält ein Okularlinsensystem 22 und ein Tubuslinsensystem 24.The scanning microscope 10 includes a light source 12 , a grid system 14 , an intermediate imaging optics 16 and a lighting lens 18 , in the this order in a lighting beam path 20 are arranged. The intermediate imaging optics 16 contains an eyepiece lens system 22 and a tube lens system 24 ,

Das Rastersystem 14 ist aus einem ersten Rasterelement 26 und einem zweiten Rasterelement 28 gebildet. Die beiden Rasterelemente 26, 28, die in 1 in einer Teilansicht vergrößert herausgestellt sind, sind jeweils z.B. in Form eine Galvanometerspiegels oder eines MEMS-Spiegels ausgeführt. Das erste Rasterelement 26 ist um eine erste Kippachse 30 verkippbar, die unter Bezugnahme auf das in 1 dargestellte xyz-Koordinatensystem parallel zur x-Achse liegt. Das zweite Rasterelement 28 ist um eine zweite Kippachse 32 verkippbar, die parallel zur y-Achse und damit orthogonal zu der ersten Kippachse 30 liegt.The grid system 14 is from a first grid element 26 and a second raster element 28 educated. The two grid elements 26 . 28 , in the 1 are shown enlarged in a partial view, in each case, for example, in the form of a Galvanometerspiegels or a MEMS mirror are executed. The first grid element 26 is a first tilt axis 30 tiltable, with reference to the in 1 shown xyz coordinate system is parallel to the x-axis. The second grid element 28 is about a second tilt axis 32 tiltable, parallel to the y-axis and thus orthogonal to the first tilt axis 30 lies.

Die Lichtquelle 12 emittiert ein Beleuchtungslichtbündel 34 auf das erste Rasterelement 26, welches das Beleuchtungslichtbündel 34 auf das zweite Rasterelement 28 reflektiert. An dem zweiten Rasterelement 28 wird das Beleuchtungslichtbündel 34 in Richtung der Zwischenabbildungsoptik 16 reflektiert. Nach Durchtritt durch die Zwischenabbildungsoptik 16 gelangt das Beleuchtungslichtbündel 34 in eine Objektivpupille 36 des Beleuchtungsobjektivs 18. Das Beleuchtungsobjektiv 18 richtet das Beleuchtungslichtbündel 34 auf eine in 1 nicht dargestellte Probe, um diese zu beleuchten.The light source 12 emits an illumination light beam 34 on the first grid element 26 the lighting light bundle 34 on the second grid element 28 reflected. At the second grid element 28 becomes the illumination light beam 34 in the direction of the intermediate imaging optics 16 reflected. After passing through the intermediate imaging optics 16 the illumination light beam arrives 34 into a lens pupil 36 of the illumination lens 18 , The illumination lens 18 directs the illumination light beam 34 on an in 1 not shown sample to illuminate this.

Die beiden das Rastersystem 14 bildenden Rasterelemente 26 und 28 haben die Funktion, das Beleuchtungslichtbündel 34 nacheinander in zwei orthogonalen Rasterrichtungen, die parallel zur y-Achse bzw. zur x-Achse liegen, abzulenken, um eine die Probe zweidimensional abrasternde Beleuchtung zu realisieren. Hierzu werden die beiden Abtastspiegel 26, 28 unter der Kontrolle einer in 1 nicht dargestellten Steuereinheit aufeinander abgestimmt um die erste Kippachse 30 bzw. die zweite Kippachse 32 verkippt.The two the grid system 14 forming raster elements 26 and 28 have the function, the lighting beam 34 deflect in succession in two orthogonal raster directions that are parallel to the y-axis or to the x-axis, in order to realize an illumination that scans the sample two-dimensionally. For this purpose, the two Abtastspiegel 26 . 28 under the control of an in 1 not shown control unit coordinated with each other about the first tilt axis 30 or the second tilt axis 32 tilted.

Die Objektivpupille 36 wird durch die Zwischenabbildungsoptik 16 in der Weise auf das Rastersystem 14 abgebildet, dass innerhalb des Rastersystems 14 ein Bild der Objektivpupille 36 erzeugt wird. Die Position, in der die Zwischenabbildungsoptik 16 in dem Rastersystem 14 das Bild der Objektivpupille 36 erzeugt, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel längs der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs 20 verschiebbar. Hierzu weist die Rasterbeleuchtungseinrichtung 10 ein Pupillenverlagerungsmodul 38 auf, das eine in 1 rein schematisch dargestellte Wechselvorrichtung 40 sowie zwei planparallele Glasplatten 42, 44 (vgl. 2 und 3) umfasst, die sich mittels der Wechselvorrichtung 40 wahlweise in einen durch einen Unendlich-Strahlengang gebildeten Teil des Beleuchtungsstrahlengangs 20, der zwischen dem Okularlinsensystem 22 der Zwischenabbildungsoptik 16 und dem Rastersystem 14 definiert ist, einbringen lassen. Die Glasplatten 42, 44 weisen jeweils eine Lichteintrittsfläche 42a, 44a und eine Lichtaustrittsfläche 42b, 44b auf.The objective pupil 36 is through the Zwischenabbildungsoptik 16 in the way on the grid system 14 imaged that within the grid system 14 a picture of the objective pupil 36 is produced. The position in which the intermediate imaging optics 16 in the grid system 14 the image of the objective pupil 36 is generated in the present embodiment along the optical axis of the illumination beam path 20 displaceable. For this purpose, the grid illumination device 10 a pupil relocation module 38 on, one in 1 purely schematically illustrated changing device 40 as well as two plane parallel glass plates 42 . 44 (see. 2 and 3 ), which by means of the changing device 40 optionally in a part of the illumination beam path formed by an infinity beam path 20 which is between the eyepiece lens system 22 the intermediate imaging optics 16 and the grid system 14 defined, can be brought in. The glass plates 42 . 44 each have a light entry surface 42a . 44a and a light exit surface 42b . 44b on.

Wie eine Zusammenschau der 1 bis 3 veranschaulicht, lassen sich durch das erfindungsgemäße Pupillenverlagerungsmodul 38, das aus der Wechselvorrichtung 40 sowie den beiden planparallelen Glasplatten 42, 44 gebildet ist, drei Betriebszustände der Rasterbeleuchtungseinrichtung 10 realisieren, die sich hinsichtlich der Lage, in der das Bild der Objektivpupille 36 in dem Rastersystem 14 erzeugt wird, voneinander unterscheiden.Like a synopsis of 1 to 3 can be illustrated by the pupil displacement module according to the invention 38 that came from the changing device 40 as well as the two plane-parallel glass plates 42 . 44 is formed, three operating states of the grid lighting device 10 realize, in terms of location, in which the image of the objective pupil 36 in the grid system 14 is generated, differ from each other.

In 1 ist ein erster Betriebszustand gezeigt, in dem weder die planparallele Glasplatte 42 noch die zweite planparallele Glasplatte 44 in den Beleuchtungsstrahlengang 20 eingebracht ist. Die optischen Komponenten der Rasterbeleuchtungseinrichtung 10, insbesondere die Zwischenabbildungsoptik 16 und das Rastersystem 14, sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so aufeinander abgestimmt, dass die Zwischenabbildungsoptik 16 die Objektivpupille 36 in dem ersten Betriebszustand auf das zweite Rastelement 28 abbildet. Um diesen Sachverhalt zu veranschaulichen, ist in der Darstellung nach 1 (und entsprechend in den 2 und 3) das Beleuchtungslichtbündel 34 in zwei Teilbündeln 34a und 34b aufgespalten, die aus verschiedenen Feldpunkten stammen. In dieser Darstellung liegt der Ort, an dem das Bild der Objektivpupille 36 längs des Beleuchtungsstrahlengangs 34 innerhalb des Rastersystems 14 erzeugt wird, in dem Schnittpunkt der Zentralstrahlen der beiden Teilbündel 34a und 34b. In 1 sind die Zentralstrahlen der Teilbündel 34a und 34b mit Za bzw. Zb und der vorgenannte Schnittpunkt mit SP bezeichnet.In 1 a first operating state is shown in which neither the plane-parallel glass plate 42 still the second plane-parallel glass plate 44 in the illumination beam path 20 is introduced. The optical components of the raster illumination device 10 , in particular the intermediate imaging optics 16 and the grid system 14 , are in the present embodiment so coordinated that the Zwischenabbildungsoptik 16 the objective pupil 36 in the first operating state on the second locking element 28 maps. To illustrate this fact, is in the presentation after 1 (and accordingly in the 2 and 3 ) the illumination light beam 34 in two sub-bundles 34a and 34b split, which come from different field points. In this representation lies the place where the image of the objective pupil 36 along the illumination beam path 34 within the grid system 14 is generated, in the intersection of the central rays of the two sub-beams 34a and 34b , In 1 are the central rays of the partial bundles 34a and 34b with Za or Zb and the aforementioned intersection with SP.

2 zeigt die Rasterbeleuchtungseinrichtung 10 in einem zweiten Betriebszustand, in dem die erste planparallele Platte 42 in den Beleuchtungsstrahlengang 20 eingebracht ist. Wie die das Rastersystem 14 vergrößert darstellende Teilansicht nach 2 veranschaulicht, bewirkt die in den Beleuchtungsstrahlengang 20 eingebrachte planparallele Platte 42 eine optische Weglängenänderung, die so bemessen ist, dass sich die Zentralstrahlen Za, Zb der beiden Teilbündel 34a, 34b genau in der Mitte zwischen den beiden Rasterelementen 26, 28 schneiden, so dass genau an dieser Stelle das durch die Zwischenabbildungsoptik 16 erzeugte Bild der Objektivpupille 36 liegt. Diese mittige Lage des Bildes der Objektivpupille ist in 2 durch eine mit E bezeichnete Ebene definiert. Zum Vergleich ist diese Ebene E auch in den 1 und 3 angegeben. 2 shows the grid illumination device 10 in a second operating state, in which the first plane-parallel plate 42 in the illumination beam path 20 is introduced. Like the grid system 14 enlarged showing partial view after 2 illustrated, causes the in the illumination beam path 20 introduced plane-parallel plate 42 an optical path length change, which is such that the central rays Za . zb the two subbundles 34a . 34b exactly in the middle between the two raster elements 26 . 28 cut, so that exactly at this point by the Zwischenabbildungsoptik 16 generated image of the objective pupil 36 lies. This central position of the image of the objective pupil is in 2 defined by a plane labeled E. For comparison, this level e also in the 1 and 3 specified.

3 zeigt einen dritten Betriebszustand der Rasterbeleuchtungseinrichtung 10, in dem anstelle der ersten planparallelen Platte 42 die zweite planparallele Platte 44 in den Beleuchtungsstrahlengang 20 eingebracht ist. Die zweite Platte 44 weist eine längs der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs 20 bemessene Dicke auf, die größer als die Dicke der ersten planparallelen Platte 42 ist. Dabei ist die Dicke der zweiten planparallelen Platte 44 so gewählt, dass das Bild der Objektivpupille 36 genau auf dem ersten Rasterelement 26 erzeugt wird. In der Darstellung nach 3 ist dies wiederum durch den Schnittpunkt SP der beiden Zentralstrahlen Za, Zb der Teilbündel 34a, 34b veranschaulicht. 3 shows a third operating state of the raster illumination device 10 in which instead of the first plane-parallel plate 42 the second plane-parallel plate 44 in the illumination beam path 20 is introduced. The second plate 44 has one along the optical axis of the illumination beam path 20 measured thickness, which is greater than the thickness of the first plane-parallel plate 42 is. The thickness of the second plane-parallel plate is 44 so chosen that the image of the lens pupil 36 exactly on the first grid element 26 is produced. In the illustration after 3 this in turn is through the intersection SP the two central rays Za . zb the sub-bundle 34a . 34b illustrated.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können der erste und der der dritte Betriebszustand nach den 1 bzw. 3, in denen die Objektivpupille 36 auf eines der beiden Rasterelemente 26, 28 abgebildet wird und somit eine telezentrische Positionierung dieses Rasterelementes 26, 28 gegeben ist, genutzt werden, die Rasterbeleuchtungseinrichtung 10 in einer lichtblattmikroskopischen Anwendung zu betreiben. Demgegenüber eignet sich der nicht telezentrische zweite Betriebszustand nach 2, in dem die beiden Rasterelemente 36, 28 symmetrisch von dem mittig zwischen ihnen liegende Pupillenbild beabstandet sind, für eine konfokalmikroskopische Anwendung.In the present embodiment, the first and the third operating state after the 1 or 3, in which the objective pupil 36 on one of the two grid elements 26 . 28 is mapped and thus a telecentric positioning of this grid element 26 . 28 is given to be used, the grid illumination device 10 to operate in a light sheet microscopic application. In contrast, the non-telecentric second operating state is suitable 2 in which the two grid elements 36 . 28 are spaced symmetrically from the pupil image located centrally between them, for a confocal microscopic application.

Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise können anstelle der Glasplatten 42, 44 ein oder mehrere afokale Galilei-Fernrohrsysteme zur gewünschten Beeinflussung der optischen Weglänge des Beleuchtungslichtbündels eingesetzt werden.It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, instead of the glass plates 42 . 44 one or more afocal Galilean telescope systems can be used for the desired influencing of the optical path length of the illumination light bundle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
RasterbeleuchtungseinrichtungGrid lighting device
1212
Lichtquellelight source
1414
Rastersystemgrid system
1616
ZwischenabbildungsoptikBetween imaging optics
1818
Beleuchtungsobjektivlighting lens
2020
BeleuchtungsstrahlengangIllumination beam path
20a20a
Unendlich-StrahlengangInfinite beam
2222
Okularlinsensystemeyepiece
2424
Tubuslinsensystemtube lens
2626
erstes Rasterelementfirst grid element
2828
zweites Rasterelementsecond grid element
3030
erste Kippachsefirst tilt axis
3232
zweite Kippachsesecond tilt axis
3434
BeleuchtungslichtbündelIllumination light beam
34a, 34b34a, 34b
Teilbündelpartial bundle
3636
Objektivpupilleobjective pupil
3838
PupillenverlagerungsmodulPupils shift module
4040
Wechselvorrichtungchanging device
42, 4442, 44
Glasplattenglass plates
42a, 42b42a, 42b
LichteintrittsflächenLight entry surfaces
44a, 44b44a, 44b
LichtaustrittsflächenIlluminating surfaces
Zb, ZaZb, Za
Zentralstrahlencentral beams
SPSP
Schnittpunktintersection
Ee
Ebenelevel

Claims (13)

Verfahren zur mikroskopischen Rasterbeleuchtung unter Verwendung einer Rasterbeleuchtungseinrichtung (10), die eine Lichtquelle (12), ein Rastersystem (14), eine Zwischenabbildungsoptik (16) und ein Beleuchtungsobjektiv (18), die in dieser Reihenfolge in einem Beleuchtungsstrahlengang (20) angeordnet sind, und ein Pupillenverlagerungsmodul (38) umfasst, wobei ein von der Lichtquelle (12) ausgesendetes Beleuchtungslichtbündel (34) mittels zweier in dem Rastersystem (14) enthaltener Rasterelemente (26, 28) nacheinander in zwei verschiedenen Rasterrichtungen abgelenkt wird, mittels der Zwischenabbildungsoptik (16) innerhalb des Rastersystems (14) ein Bild einer Objektivpupille (36) des Beleuchtungsobjektivs (18) erzeugt wird, und mittels des Pupillenverlagerungsmodul (38) das Bild der Objektivpupille (36) innerhalb des Rastersystems (14) längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) wahlweise verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Pupillenverlagerungsmodul (38) mindestens zwei Verlagerungselemente (42, 44) umfasst, die wahlweise in den Beleuchtungsstrahlengang (20) eingebracht werden oder aus dem Beleuchtungsstrahlengang (20) entfernt werden, wobei ein erster Betriebszustand der Rasterbeleuchtungseinrichtung (10) eingestellt wird, in dem keines der beiden Verlagerungselemente (42, 44) in den Beleuchtungsstrahlengang (20) eingebracht wird, wodurch das Bild der Objektivpupille (36) längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) in einer ersten Position angeordnet ist, wobei ein zweiter Betriebszustand der Rasterbeleuchtungseinrichtung (10) eingestellt wird, in dem eines der beiden Verlagerungselemente (42, 44) in den Beleuchtungsstrahlengang (20) eingebracht wird, wodurch das Bild der Objektivpupille (36) längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) in einer zweiten Position angeordnet ist, und wobei ein dritter Betriebszustand der Rasterbeleuchtungseinrichtung (10) eingestellt wird, in dem das andere der beiden Verlagerungselemente (42, 44) in den Beleuchtungsstrahlengang (20) eingebracht wird, wodurch das Bild der Objektivpupille (36) längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) in einer dritten Position angeordnet ist, wobei eine der drei genannten Positionen auf einem der beiden Rasterelemente (26, 28) liegt, eine andere der drei genannten Positionen auf dem anderen Rasterelement (26, 28) liegt und die verbleibende der drei Positionen zwischen den beiden Rasterelementen (26, 28) liegt.Method for microscopic raster illumination using a raster illumination device (10) comprising a light source (12), a raster system (14), intermediate imaging optics (16) and an illumination objective (18) arranged in an illumination beam path (20) in this order, and a pupil displacement module (38), wherein an illuminating light bundle (34) emitted by the light source (12) is deflected successively in two different raster directions by means of two raster elements (26, 28) contained in the raster system (14), by means of the intermediate imaging optics (16). an image of an objective pupil (36) of the illumination objective (18) is generated within the raster system (14), and the image of the objective pupil (36) within the raster system (14) is selectively displaced along the illumination beam path (20) by means of the pupil displacement module (38) , characterized in that the pupil displacement module (38) used at least ns two displacement elements (42, 44), which are selectively introduced into the illumination beam path (20) or removed from the illumination beam path (20), wherein a first operating state of the raster illumination device (10) is set, in which neither of the two displacement elements (42 , 44) are introduced into the illumination beam path (20) whereby the image of the objective pupil (36) is arranged along the illumination beam path (20) in a first position, wherein a second operating state of the raster illumination device (10) is set, in which one of the two displacement elements (42, 44) into the illumination beam path ( 20), whereby the image of the objective pupil (36) is arranged along the illumination beam path (20) in a second position, and wherein a third operating state of the scanning illumination device (10) is set, in which the other of the two displacement elements (42, 44 ) is introduced into the illumination beam path (20), whereby the image of the objective pupil (36) along the illumination beam path (20) is arranged in a third position, wherein one of the three positions on one of the two raster elements (26, 28) is located other of the three positions mentioned lies on the other grid element (26, 28) and the remaining of the dre i positions between the two raster elements (26, 28) is located. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur telezentrischen Positionierung eines der beiden Rasterelemente (26, 28) das Bild der Objektivpupille (36) mittels des Pupillenverlagerungsmoduls (38) auf dieses Rasterelement (26, 28) verlagert wird.Method according to Claim 1 , characterized in that for the telecentric positioning of one of the two raster elements (26, 28) the image of the objective pupil (36) by means of the pupil displacement module (38) on this raster element (26, 28) is displaced. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den beiden Rasterelementen (26, 28) liegende Position, in der das Bild der Objektivpupille (36) erzeugt wird, längs des Beleuchtungsstrahlengangs (20) gleiche Abstände von den beiden Rasterelementen (26, 28) aufweist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that between the two raster elements (26, 28) lying position in which the image of the objective pupil (36) is generated, along the illumination beam path (20) equal distances from the two raster elements (26, 28). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils verwendete Verlagerungselement (42, 44) eine transparente Platte vorbestimmter Dicke ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the respectively used displacement element (42, 44) is a transparent plate of predetermined thickness. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als transparente Platte eine planparallele Platte verwendet wird.Method according to Claim 4 , characterized in that a plane-parallel plate is used as the transparent plate. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als transparente Platte (42, 44) eine Platte verwendet wird, die eine Lichteintrittsfläche (42a, 44b) und eine Lichtaustrittsfläche (42b, 44b) aufweist, die zur Vermeidung von Interferenzeffekten gegeneinander verkippt sind.Method according to Claim 4 , characterized in that as a transparent plate (42, 44) a plate is used, which has a light entry surface (42a, 44b) and a light exit surface (42b, 44b), which are tilted against each other to avoid interference effects. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Pupillenverlagerungsmodul (38) eine Wechselvorrichtung (40) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pupil displacement module (38) used comprises a changing device (40). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden verwendeten Rasterelemente (26, 28) ein um eine erste Kippachse (30) verkippbarer Spiegel und das andere Rasterelement ein um eine zweite Kippachse (32) verkippbarer Spiegel ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one of the two grid elements (26, 28) used is a mirror tiltable about a first tilting axis (30) and the other grid element is a tiltable mirror about a second tilting axis (32). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Spiegel jeweils als Galvanometerspiegel oder als mikroelektromechanischer Spiegel ausgebildet sind.Method according to Claim 8 , characterized in that the mirrors used are each formed as Galvanometerpiegel or as a micro-electro-mechanical mirror. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Pupillenverlagerungsmodul (38) in einem durch einen Unendlich-Strahlengang (20a) gebildeten Teil des Beleuchtungsstrahlengangs (20) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pupil displacement module (38) used is arranged in a part of the illumination beam path (20) formed by an infinity beam path (20a). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Pupillenverlagerungsmodul (38) zwischen dem Rastersystem (14) und der Zwischenabbildungsoptik (16) angeordnet wird.Method according to Claim 10 , characterized in that the pupil displacement module (38) used is arranged between the grid system (14) and the intermediate imaging optics (16). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des Rastersystems (14) eine rasternde Probenbeleuchtung mittels einer lichtblattartigen Beleuchtungslichtverteilung durchgeführt wird, indem durch die mittels eines der beiden Rasterelemente (26, 28) bewirkte Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels (34) in einer der beiden Rasterrichtungen die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung generiert wirdund durch die mittels des anderen Rasterelementes (26, 28) bewirkte Ablenkung des Beleuchtungslichtbündels (34) in der anderen Rasterrichtung die lichtblattartige Beleuchtungslichtverteilung in dieser anderen Rasterrichtung bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that using the raster system (14) a scanning sample illumination by means of a light sheet-like illumination light distribution is performed by the by means of one of the two raster elements (26, 28) caused distraction of the illumination light beam (34) in one the two raster directions, the light sheet-like illumination light distribution is generated and by the means of the other raster element (26, 28) effected deflection of the illumination light beam (34) in the other raster direction, the light sheet-like illumination light distribution is moved in this other raster direction. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Pupillenverlagerungsmoduls (38) das Bild der Objektivpupille (36) auf das genannte andere Rasterelement (26, 28) verlagert wird.Method according to Claim 12 , characterized in that by means of the Pupillenverlagerungsmodul (38), the image of the objective pupil (36) is displaced on said other grid element (26, 28).
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