DE102017103252B3 - Method for microscopic grid illumination - Google Patents
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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
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
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
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
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
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
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
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.
-
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.
Das Rastermikroskop
Das Rastersystem
Die Lichtquelle
Die beiden das Rastersystem
Die Objektivpupille
Wie eine Zusammenschau der
In
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können der erste und der der dritte Betriebszustand nach den
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise können anstelle der Glasplatten
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)
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102017103252.5A DE102017103252B3 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Method for microscopic grid illumination |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017103252B3 true DE102017103252B3 (en) | 2018-04-26 |
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Family Applications (1)
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---|---|
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WO (1) | WO2018149586A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995006895A2 (en) | 1993-08-30 | 1995-03-09 | Arthur Edward Dixon | Scanning laser imaging system |
DE4026130C2 (en) | 1990-08-17 | 1998-09-17 | Rofin Sinar Laser Gmbh | Device for deflecting a light beam |
US20020048025A1 (en) | 2000-08-12 | 2002-04-25 | Hideyuki Takaoka | Optical system and optical apparatus |
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-
2017
- 2017-02-16 DE DE102017103252.5A patent/DE102017103252B3/en active Active
-
2018
- 2018-01-19 WO PCT/EP2018/051306 patent/WO2018149586A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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STELZER, Ernst H. K.: The intermediate optical system of laser-scanning confocal microscopes.In: Handbook of biological confocal microscopy, 3rd ed. New York : Springer, 2006. S. 207-220. - ISBN 0-387-25921-X * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018149586A1 (en) | 2018-08-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: SCHAUMBURG UND PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |