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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein konfokales Mikroskop.
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Die
japanische Offenlegungsschrift der Gebrauchsmuster-Anmeldung Nr. H6-16927
offenbart ein konfokales Mikroskop, in welchem die Menge des Lichtflusses,
der eine konfokale Apertur passiert, mit einem Licht-Detektor mittels
Bündelung
des Beleuchtungslichts auf eine Probe, beispielsweise eine organische
Probe, und Bündelung
des Lichtflusses aus dem Licht-Konvergenz-Bereich in der Probe auf
eine konfokale Apertur-Fläche,
detektiert wird. Mit diesem konfokalen Mikroskop wird während des
Abtastens der Probe mit dem Licht-Konvergenz-Bereich (Spot) die Lichtmenge
detektiert, um ein zweidimensionales Bild der Probe zu erhalten.
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Eine
Lochblende ist auf der konfokalen Apertur-Fläche angeordnet. Die Lochblende
lässt nur
den Lichtstrahl transmittieren, der in ein kleines Loch (Öffnung)
gebündelt
ist, und schneidet den Rest des Lichts ab. Deswegen tritt nur der
Lichtstrahl aus einer bestimmten Höhe in der Probe in den Lichtdetektor ein,
und Lichtstrahlen aus Positionen mit anderen Höhen treten nicht in den Lichtdetektor
ein. Folglich ermöglicht
das konfokale Mikroskap die Betrachtung des Bildes einer dünnen Schicht,
die in einer bestimmten Höhe
in der Probe lokalisiert ist (sectioning).
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Um
die Dicke der betrachteten Schicht zu ändern, das heißt, um die
Tiefenauflösung
("sectioning resolution") zu ändern, wird
der Durchmesser der Öffnung
auf der Lochblende angepasst. Die Tiefenauflösung wird verringert mittels
Vergrößerns des
Durchmessers der Öffnung,
wohingegen die Tiefenauflösung
mittels Reduzierens des Durchmessers erhöht wird.
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Das
Mikroskop, welches in der japanischen Offenlegungsschrift der Gebrauchsmuster-Anmeldung
Nr.H6-16927 offenbart wurde, weist einen Mechanismus zum Steuern
des Lochdurchmessers (Öffnungsdurchmessers)
der Lochblende, oder einen Mechanismus für das wahlweise Einbringen/Zurückziehen
einer von mehreren Lochblenden mit verschiedenen Lochdurchmessern
in den optischen Weg hinein bzw. aus dem optischen Weg heraus, auf, um
dem Benutzer zu erlauben, die Tiefenauflösung gemäß der besonderen Art der betrachteten
Probe frei anzupassen.
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Ein
konfokales Mikroskop, welches einen Mechanismus zur Steuerung des
Lochdurchmessers aufweist, ist jedoch zwangsläufig groß und aufwändig, wobei der Mechanismus,
welcher das Einbringen/Zurückziehen
einer von mehreren Lochblenden in den optischen Weg hinein bzw.
aus dem optischen Weg heraus ermöglicht,
sicherlich den Vorgang der Positionierung des Lochs in den optischen
Weg verkompliziert.
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Ein
konfokales Mikroskop gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Lichtquelle, welche einen beleuchtenden Lichtstrahl
emittiert, ein beleuchtendes optisches System, welches den beleuchtenden
Lichtstrahl auf die Probe lenkt, ein optisches Kondensorsystem,
welches das Licht aus der Probe bündelt und ein Detektions-Mittel
zum Detektieren des Lichts aus der Probe auf, welches an einer Position
eingeht, an welcher das Licht, welches durch das optische Kondensorsystem
passiert, gebündelt
wird. Das Detektions-Mittel detektiert zentrales Licht und peripheres
Licht um das zentrale Licht herum an einer Position, welche im wesentlichen
optisch konjugiert mit einer Position in der Probe, an welcher der beleuchtende Lichtstrahl
gebündelt
wird. Mit anderen Worten, das Detektions-Mittel detektiert das zentrale Licht
und das periphere Licht um das zentrale Licht herum von dem Licht
aus der Probe, welches durch das optische Kondensorsystem gebündelt wurde
und an einer Position eintritt, die im wesentlichen optisch konjugiert
mit einer Position in der Probe, an welcher der beleuchtende Lichtstrahl
gebündelt
wird. Es kann ferner ein Licht-Aufteil-Mittel zum Aufteilen des Lichts aus
der Probe vorgesehen sein, welches in der Umgebung einer Fokalebene
des bündelnden
optischen Systems angeordnet ist, wobei das Detektions-Mittel die
vom Licht-Aufteil-Mittel
aufgeteilten Lichtteile detektiert, und es ist vorzuziehen, dass
das Licht-Aufteil-Mittel eine Licht-Aufteil-Fläche
aufweist, die innerhalb einer Fokustiefe des optischen Kondensorsystems
angeordnet ist und die relativ zu einer optischen Achse des bündelnden
optischen Kondensorsystems geneigt ist und die das Licht aus der
Probe, welches an einer Position eingeht, die im Wesentlichen mit
einer Position in der Probe optisch konjugiert, an welcher der beleuchtende
Lichtstrahl gebündelt
wird, in zentrales Licht und peripheres Licht um das zentrale Licht
herum aufteilt, und dass das Detektions-Mittel das zentrale Licht
und das periphere Licht, welche an der Licht-Aufteil-Fläche voneinander aufgeteilt
wurden, detektiert.
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Es
ist wünschenswert,
dass das Licht-Aufteil-Mittel mehrere Licht-Aufteil-Flächen aufweist. Die Licht-Aufteil-Fläche kann
eine kreisrunde, transparente Fläche,
durch welche das zentrale Licht transmittiert, und eine reflektierende
Fläche,
an welcher das periphere Licht reflektiert wird, aufweisen. Es ist vorzuziehen,
dass das Licht-Aufteil-Mittel mehrere Licht-Aufteil-Flächen aufweist,
die in Folge entlang eines Lichtwegs von reflektiertem, peripherem
Licht angeordnet sind, wobei unter den mehreren Licht-Aufteil-Flächen der
Durchmesser der transparenten Fläche
der jeweiligen Licht-Aufteil-Fläche,
die bezüglich
der Richtung, in welche der Weg des reflektierten Lichts weiter
fortschreitet, entfernter angeordnet ist, größer ist.
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Die
Licht-Aufteil-Fläche
kann eine kreisförmige,
reflektierende Fläche,
an der das zentrale Licht reflektiert wird, und eine transparente
Fläche,
durch die das periphere Licht transmittiert, aufweisen. Es ist vorzuziehen,
dass das Licht-Aufteil-Mittel mehrere Licht-Aufteil-Flächen aufweist,
die in Folge entlang eines Lichtwegs das transmittierten, peripheren Lichts
angeordnet sind, wobei unter den mehreren Licht-Aufteil-Flächen der
Durchmesser der reflektierenden Fläche der jeweiligen Licht-Aufteil-Fläche, die bezüglich der
Richtung, in welche der Weg des transmittierten Lichts weiter fortschreitet,
entfernter angeordnet ist, größer ist.
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Das
Detektions-Mittel kann mehrere Lichtdetektoren aufweisen. Es ist
wünschenswert,
dass das Detektions-Mittel einen ersten Detektor hat der eines von
dem zentralen und dem peripheren Licht detektiert, welche an der
Licht-Aufteil-Fläche
aufgeteilt wurden, und einen zweiten Detektor hat, der das andere
Licht detektiert, welches nicht vom ersten Detektor detektiert wurde.
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Alternativ
ist es wünschenswert,
dass das Detektions-Mittel einen einzelnen Detektor hat, welcher
sowohl das zentrale als auch das periphere Licht, welche an der
Licht-Aufteil-Fläche
aufgeteilt wurden, detektiert, und eine bewegliche Blende hat, die
entweder das zentrale Licht oder das periphere Licht abblendet oder
durchlässt
und dass das Licht-Aufteil-Mittel das zentrale Licht und das periphere
Licht zu dem einzelnen Detektor lenkt. Das Detektions-Mittel kann
eine Menge von der Summe des zentralen und des peripheren Lichts
oder eine Menge von dem zentralen Lichts detektieren.
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Ein
konfokales Mikroskop-System gemäß vorliegender
Erfindung hat ein konfokales Mikroskop und ein Auswahl/Addier-Mittel
zum Auswählen
aus Detektionssignalen, welche von den mehreren Lichtdetektoren
geliefert werden, von mindestens einem Signal zum zusammenaddieren.
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Ein
konfokales Mikroskop-System gemäß einem
anderem Aspekt der Erfindung weist ein konfokales Mikroskop, ein
Speicher-Mittel zum individuellen Speichern von Signalen, welche
von den mehreren Lichtdetektoren detektiert wurden, und eine Rechen-Operations-Einheit,
zum Ausführen
von arithmetischen Operationen an den Signalen, welche in dem Speicher-Mittel
gespeichert wurden, auf.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 die
Struktur eines Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2A und 2B eine
Licht-Detektions-Einheit, welche im ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird,
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3A bis 3C jeweils
ein Beispiel eines Licht-Abschirm-Teils, das als bewegliche Blende verwendet
werden kann,
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4 schematisch
die Beziehung zwischen reflektierenden/transparenten Flächen in
einem Masken-Element und den einzelnen Schichten der Probe,
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5 ein
Masken-Element gemäß einer
Variante des ersten Ausführungsbeispiels,
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6 die
Struktur eines Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 die
Struktur eines Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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8 ein
anderes Beispiel einer Licht-Detektions-Einheit, welche im zweiten
oder im dritten Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann,
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9 noch
ein anderes Beispiel einer Licht-Detektions-Einheit, welche im zweiten oder im dritten
Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann,
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10 noch
ein anderes Beispiel einer Licht-Detektions-Einheit, welche im zweiten oder dritten
im Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann,
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11 noch
ein anderes Beispiel einer Licht-Detektions-Einheit, welche im zweiten oder im dritten
Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann, und
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12 noch
ein anderes Beispiel einer Licht-Detektions-Einheit, welche im zweiten oder im dritten
Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Bezugnehmend
auf 1 bis 5 wird das konfokale Mikroskop
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erklärt.
Die Erklärung
erfolgt anhand eines Beispiels, in welchem die Erfindung in einem
Konfokalen-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems
verwendet wird.
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Das
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
weist auf eine Lichtquelle 11, eine Beleuchtungslinse 12, einen
Filter 13, einen dichroitischen Spiegel 14, einen galvanischen
Spiegel 15, eine Objektivlinse 16, einen Filter 17,
eine Kondensorlinse 18, ein Masken-Element 19, welches ein Licht-Aufteil-Element
ist, eine bewegliche Blende 20, einen Lichtdetektor 21,
einen Computer 22, einen Bildschirm 23, eine Eingabevorrichtung 24 und
dergleichen, wie in 1 gezeigt, Eine Probe 10,
welche vorab für
die Fluoreszenz-Beobachtung präpariert
wurde, ist im Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System platziert.
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Es
ist anzumerken, dass eine Licht-Detektions-Einheit 1 ein
optisches System ist, welches aus dem Masken-Element 19,
der beweglichen Blende 20 und dem Licht-Detektor 21 gebildet
wird. Die Beleuchtungslinse 12 und die Objektivlinse 16 bilden
ein beleuchtendes optisches System, welches die Probe 10 mit
Beleuchtungslicht beleuchtet. Die Objektivlinse 16 und die
Kondensorlinse 18 bilden ein optisches Kondensorsystem,
welches Licht aus der Probe 10 bündelt.
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Ein
Lichtstrahl, den die Lichtquelle 11 emittiert, wird über die
Beleuchtungslinse 12, den Filter 13, den dichroitischen
Spiegel 14, den galvanischen Spiegel 15 und die
Objektivlinse 16 auf die Probe 10 gebündelt, wodurch
ein Licht-Konvergenz-Bereich (Spot)
an der Probe gebildet wird. Aus dem Bereich an der Probe 10, über dem
der Spot gebildet wurde, wird Licht (Fluoreszenzlicht) emittiert.
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Der
Lichtfluss von der Probe 10 läuft zur Objektivlinse 16 zurück und tritt
dann über
die Objektivlinse und den galvanischen Spiegel 15 in den
dichroitischen Spiegel 14 ein.
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Der
Lichtfluss, welcher in den dichroitischen Spiegel 14 eintritt,
transmittiert durch den dichroitischen Spiegel, das heißt, er läuft weiter
entlang einer Richtung, die verschieden von der Richtung ist, in welcher
der Filter 13 und die Beleuchtungslinse 12 angeordnet
sind, und tritt dann über
den Filter 17 und die Kondensorlinse 18 in das
Masken-Element 19 ein.
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Wie
in 2A gezeigt weist das Masken-Element 19 Löcher 19a', 19b', 19c', insbesondere
kleine, auf, die an Positionen angeordnet sind, die im Wesentlichen
optisch mit dem Bereich an der Probe 10 konjugieren, an
dem der Spot gebildet ist. Diese kleinen Löcher 19a', 19b' und 19c' haben die Funktion
von transparenten Flächen,
durch welche der Lichtfluss transmittiert. Das Masken-Element 19 wird
später
ausführlich
beschrieben werden.
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Der
Lichtfluss, der in das Masken-Element 19 eintritt, wird
in der Umgebung der kleinen Löcher 19a', 19b' und 19c' gebündelt und
durch die kleinen Löcher 19a', 19b' und 19c' hindurch aus
dem Masken-Elements nach Außen
emittiert.
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Der
Lichtfluss tritt, nachdem er die kleinen Löcher 19a', 19b', 19c' passiert hat, über die
bewegliche Blende 20 in den Lichtdetektor 21 ein.
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Der
Lichtdetektor 21 gibt ein Signal aus, welches einen Signalwert
ausgibt, der der Menge des in den Lichtdetektor eingetretenen Lichtflusses
entspricht. Dieses Signal wird dann vom Computer 22 erfasst.
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Der
galvanische Spiegel 15 wird von einem Motor (nicht eingezeichnet)
angetrieben. Durch das Antreiben des galvanischen Spiegels mittels
des Motors tastet der Spot die Probe 10 zweidimensional
ab. Während
dieses Abtastvorgangs erfasst der Computer 22 das ausgegebene
Signal des Lichtdetektors 21.
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Basierend
auf dem vom Lichtdetektor 21 gelieferten Signal baut der
Computer 22 Bilddaten eines zweidimensionalen Bildes der
Probe 10 auf und stellt das zweidimensionale Bild auf dem
Bildschirm 23 dar.
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Bezugnehmend
auf die 2A und 2B werden
nun die verschiedenen oben erklärten
Elemente, welche die Licht-Detektions-Einheit 1 im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System bilden, ausführlich beschrieben.
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Wie
in 2A gezeigt, weist das Masken-Element 19 eine
reflektierende/transparente Fläche 19a auf,
welche eine Licht-Aufteil-Fläche
ist, die relativ zu einer Ebene im wesentlichen im Zentrum innerhalb
der Fokustiefe der Kondensorlinse 18 (siehe 1)
geneigt ist.
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Die
reflektierende/transparente Fläche 19a ist
aus einer transparenten Fläche
(kleines Loch) 19a',
welche die Form eines sehr kleinen Kreises um die optische Achse
der Kondensorlinse 18 hat, und einer reflektierenden Fläche 19a'', welche den das kleine Loch 19a' umgebenden
Bereich bedeckt, gebildet. Der Durchmesser ra (siehe 2B)
des kleinen Lochs 19a' entspricht
dem Durchmesser des an der Probe 10 gebildeten Spots (Licht-Konvergenz-Fläche).
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Der
Durchmesser ra des kleinen Lochs 19a' entspricht nämlich dem Durchmesser der Airy
Disk des in der Umgebung der Licht-Konvergenz-Fläche der Kondensorlinse 18 gebildeten
Lichtflecks, welcher sowohl durch die Objektivlinse 16 als
auch die Kondensorlinse 18 bestimmt ist. Demgemäß kann der
Durchmesser ra in Näherung
angegeben werden, so wie es unten durch Formel 1 ausgedrückt wird,
wobei λ für die Wellenlänge des
Lichts aus der Lichtquelle 11, NA für die numerische Apertur der
Objektivlinse 16 und M für den gesamten Abbildungsmaßstab, der
mit der Objektivlinse 16 und der Kondensorlinse 18 erreicht
wird, steht. ra =
1.2 × M × λ/NA (Formel 1)
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Nur
der zentrale Licht-Anteil des von der Kondensorlinse 18 in
das Masken-Element 19 eingetretenen Lichtflusses, welcher
auf die Stelle, an der das kleine Loch 19a' gebildet ist, trifft, verlässt das Masken-Element 19 durch
das kleine Loch 19a'.
Der periphere Lichtfluss wird, anders als der zentrale Anteil des
Lichtflusses, an der reflektierenden Fläche 19a'' in
eine Richtung, die von der Richtung zur Kondensorlinse hin abweicht,
reflektiert.
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Am
Masken-Element 19 ist eine reflektierende Fläche 19A parallel
zur reflektierenden/transparenten Fläche 19a angeordnet,
die den Lichtfluss, der an der reflektierenden Fläche 19a'' reflektiert wurde, nochmals reflektiert.
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Außerdem ist
zum Empfang des Lichtflusses, der an der reflektierenden Fläche 19A reflektiert wurde,
am Masken-Element 19 eine
reflektierende/transparente Fläche 19b gebildet,
welche an der optischen Achse des Lichtstrahls, der an der reflektierenden/transparenten
Fläche 19a reflektiert
wurde, angeordnet ist.
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Die
reflektierende/transparente Fläche 19b weist
das kleine Loch 19b',
welches nahe dem Zentrum des Lichtflusses, der an der reflektierenden
Fläche 19A reflektiert
wurde, angeordnet ist, und eine reflektierende Fläche 19b'', welche den das kleine Loch 19b' umgebenden
Bereich bedeckt, auf. Der Durchmesser rb (siehe 2B)
des kleinen Lochs 19b' ist
größer als
der Durchmesser ra des kleinen Lochs 19a', um ein Verhältnis, beispielsweise ausgedrückt durch
rb = 2ra, zu erreichen.
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Am
Masken-Element 19 verlässt
nur der zentrale Licht-Anteil des an der reflektierenden Fläche 19A reflektierten
Lichtflusses, welcher auf die Stelle, an der das kleine Loch 19b' gebildet ist,
trifft, das Masken-Element 19 durch das kleine Loch 19b'. Der periphere
Lichtfluss wird, anders als der zentrale Anteil des Lichtflusses,
an der reflektierenden Fläche 19b'' in eine Richtung, die von der
Richtung zur reflektierenden Fläche 19A abweicht,
reflektiert.
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Im
Masken-Element 19 ist eine reflektierende Fläche 19B in
der Ebene der reflektierenden Fläche 19A angeordnet,
die den Lichtfluss, der an der reflektierenden Fläche 19b'' reflektiert wurde, erneut reflektiert.
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Die
reflektierende Fläche 19B und
die reflektierende Fläche 19A,
die oben beschrieben wurde, leiten den zentralen Lichtfluss und
den peripheren Lichtfluss, welche an den reflektierenden/transparenten
Flächen 19a und 19b aufgeteilt
wurden, zur Detektionsfläche
des Lichtdetektors 21, was später ausführlich beschrieben wird.
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Außerdem ist
zum Empfang des Lichtflusses, der an der reflektierenden Fläche 19B reflektiert wurde,
am Masken-Element 19 eine
reflektierende/transparente Fläche 19c gebildet,
welche an der optischen Achse des Lichtstrahls, der an der reflektierenden/transparenten
Fläche 19b reflektiert
wurde, angeordnet ist.
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Die
reflektierende/transparente Fläche 19c weist
das kleine Loch 19c',
welches nahe dem Zentrum des Lichtflusses, der an der reflektierenden
Fläche 19B reflektiert
wurde, angeordnet ist, und eine reflektierende Fläche 19c'', welche den das kleine Loch 19c' umgebenden
Bereich bedeckt, auf. Der Durchmesser rc (siehe 2B)
des kleinen Lochs 19c' ist
größer als
der Durchmesser rb des kleinen Lochs 19b', um ein Verhältnis, beispielsweise ausgedrückt durch
rc = 2rb, zu erreichen.
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Am
Masken-Element 19 verlässt
nur der zentrale Licht-Anteil des an der reflektierenden Fläche 19B reflektierten
Lichtflusses, welcher auf die Stelle, an der das kleine Loch 19c' gebildet ist,
trifft, das Masken-Element 19 durch das kleine Loch 19c'.
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Es
ist anzumerken, dass der Abstand zwischen der reflektierenden/transparenten
Fläche 19a und
der reflektierenden Fläche 19A,
der Abstand zwischen der reflektierenden Fläche 19A und der reflektierenden/transparenten
Fläche 19b,
der Abstand zwischen der reflektierenden/transparenten Fläche 19b und
der reflektierenden Fläche 19B und
der Abstand zwischen der reflektierenden Fläche 19B und der reflektierenden/transparenten
Fläche 19c jeweils klein
genug gesetzt ist, so dass sichergestellt ist, dass die reflektierende/transparente
Fläche 19b und die
reflektierende/transparente Fläche 19c jeweils
innerhalb der Fokustiefe der Kondensorlinse 18 positioniert
ist.
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Es
ist ferner anzumerken, dass die Längen der optischen Wege entlang
der optischen Achse, welche sich von der reflektierenden/transparenten Fläche 19a zu
der reflektierenden/transparenten Fläche 19b und der reflektierende/transparenten
Fläche 19c erstrecken,
derart bestimmt sind, dass sie innerhalb der Fokustiefe df der Kondensorlinse 18 liegen. Die
Fokustiefe df kann durch Formel 2 ausgedrückt werden, wobei λ für die Wellenlänge des
Lichts von der Lichtquelle 11, NA für die numerische Apertur der Objektivlinse 16 und
M für den
gesamten Abbildungsmaßstab,
der mit der Objektivlinse 16 und der Kondensorlinse 18 erreicht
wird, steht. df =
M2 × λ/NA2 (Formel
2)
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Das
Masken-Element 19, welches die oben beschriebene Struktur
annimmt, kann zum Beispiel durch folgenden Prozess hergestellt werden.
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Ein
transparentes Substrat, welches wenigstens für das Fluoreszenzlicht von
der Probe 10 transparent ist, zum Beispiel ein optisches
Glassubstrat, wird vorbereitet. Auf einer Oberfläche dieses transparenten Substrats
wird an den Stellen, welche die reflektierenden Flächen 19a'', 19b'' und 19c'' bilden sollen, ein optischer Film
aufgebracht, zum Beispiel ein Chrom-Film, der die Eigenschaft hat,
das Licht von der Probe 10 zu reflektieren. Dann wird auf
der anderen Oberfläche
des transparenten Substrats ein optischer Film mit gleicher Eigenschaft
an den Stellen aufgebracht, welche die reflektierenden Flächen 19A und 19B bilden
sollen.
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Es
ist anzumerken, dass die reflektierenden Flächen 19a'', 19b'' und 19c'' so gebildet werden können, dass
sie ganz oder teilweise durchgängig
ineinander übergehen.
Außerdem
können
die reflektierenden Flächen 19A und 19B ebenfalls
ineinander übergehend
gebildet sein.
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Es
ist wünschenswert,
dass ein transparentes Teil 19', das die Form eines Keils hat,
wie in 2A gezeigt, auf der Fläche des
transparenten Substrats, dort wo der Lichtfluss anfänglich eintritt, befestigt
("bonded") ist, um die Bildung
von überflüssigem reflektiertem
Licht dadurch zu verhindern, dass der Einfallswinkel des anfangs
eingehenden Lichtflusses nahe 0 gesetzt wird. Es ist wünschenswert,
dass das transparente Teil 19' unter Verwendung des gleichen
Materials gebildet wird, aus dem auch das transparente Substrat
gebildet wird oder unter Verwendung eines Materials mit einem Brechungsindex,
der im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex des Materials ist,
aus dem das transparente Substrat gebildet wird. Es ist außerdem wünschenswert,
dass ein reflektions-reduzierender
Film bekannter Art oder Ähnliches über die
verschiedenen Bereiche des transparenten Substrats aufgebracht wird,
so wie es benötigt
wird, um das Auftreten von Streulicht zu verhindern.
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Die
Detektionsfläche
am Lichtdetektor 21 hat eine ausreichende Ausdehnung, um
den optischen Weg des Lichtflusses aus dem kleinem Loch 19a', den optischen
Weg des Lichtflusses aus dem kleinem Loch 19b' und den optischen
Weg des Lichtflusses aus dem kleinem Loch 19c' am oben beschriebenen
Masken-Element 19 voll abzudecken.
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Die
bewegliche Blende 20, welche schrittweise bewegt wird,
wie durch die punktierte Linie in 2A angedeutet,
kann in wenigstens eine der folgenden drei Stellungen, Sa, Sb und
Sc, gebracht werden, in Übereinstimmung
zur Ausdehnung, in die sie gefahren wurde.
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In
der ersten Stellung Sa ist der optische Weg des Lichtflusses aus
dem kleinen Loch 19a' offen
und die optischen Wege der Lichtflüsse aus den kleinen Löchern 19b' und 19c' sind geschlossen.
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In
der zweiten Stellung Sb sind die optischen Wege der Lichtflüsse aus
den kleinen Löchern 19a' und 19b' offen und der
optische Weg des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19c' ist geschlossen.
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In
der dritten Stellung Sc sind die optischen Wege der Lichtflüsse aus
den kleinen Löchern 19a', 19b' und 19c' alle offen,
wie durch die durchgehende Linie in 2A angedeutet.
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Die
Licht-Abschirm-Einheit, wie eine solche bewegliche Blende 20,
kann durch Anwenden einer Form von verschiedenen möglichen
Formen erreicht werden. Falls ein Rotationsmechanismus als Bewegungsmechanismus
der beweglichen Blende 20 angewendet wird, kann beispielsweise
eines der in den 3A, 3B und 3C gezeigten
platten-förmigen
("blade-shaped") Teile, welche die
Länge entlang der
radialen Richtung stufenweise wechseln, verwendet werden. Indem
die in 3A, 3B oder 3C gezeigten
Licht-Abschirm-Einheit gedreht wird, erreicht die bewegliche Blende 20 die
oben beschriebene Stellung Sa, Sb oder Sc.
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Außerdem kann
die bewegliche Blende 20 entweder manuell oder elektrisch
bewegt werden. Die bewegliche Blende 20 kann elektrisch
bewegt werden, indem ein Motor, beispielsweise ein Schrittmotor,
am Bewegungsmechanismus für
die bewegliche Blende 20 montiert wird. In diesem Fall
sollte der Motor elektrisch mit einem Benutzerinterface verbunden
sein. Falls beispielsweise die Eingabevorrichtung 24 in 1 als
Benutzerinterface verwendet wird, sollte der Motor am Bewegungsmechanismus der
beweglichen Blende 20 elektrisch mit dem Computer 22 verbunden
sein.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
bezugnehmend auf 4 erklärt. Es ist anzumerken, dass 4 die
Beziehung zwischen den einzelnen reflektierenden/transparenten Flächen 19a, 19b und 19c des Masken-Elements 19 und
den verschiedenen Schichten 10a, 10b und 10c der
Probe 10 schematisch veranschaulicht. In 4 sind
den Elementen dieselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 zur Identifizierung zugeordnet.
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Nur
dem Anteil aus der dünnen
Schicht 10a nahe der Fokalebene der Objektivlinse 16 des
von der Probe 10 ausgehenden Lichtflusses ist es erlaubt,
das kleine Loch 19a' an
der auf dem Masken-Element 19 gebildeten reflektierenden/transparenten
Fläche 19a zu
passieren.
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Nur
dem Anteil des von der Probe 10 ausgehenden Lichtflusses,
der aus den zwei Schichten stammt, welche die dünne Schicht 10a an
der unteren und oberen Seite umschließen, der also aus dem Bereich
der Probe stammt, welcher der dicken Schicht 10b in 4,
ausgenommen der dünnen Schicht 10a,
entspricht, ist es erlaubt, das kleine Loch 19b' an der reflektierenden/transparenten
Fläche 19b zu
passieren.
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Nur
dem Anteil des von der Probe 10 ausgehenden Lichtflusses,
der aus den zwei Schichten stammt, welche die dicke Schicht 10b an
der unteren und oberen Seite umschließen, der also aus dem Bereich
der Probe stammt, welcher der sehr dicken Schicht 10c in 4,
ausgenommen der dicken Schicht 10b, entspricht, ist es
erlaubt, das kleine Loch 19c' an
der reflektierenden/transparenten Fläche 19c zu passieren.
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Es
ist anzumerken, dass es dem von der dicken Schickt 10b ausgehenden
Lichtfluss erlaubt ist, das kleine Loch 19b' in der reflektierenden/transparenten
Fläche 19b zu
passieren. Dennoch, da der von der dünnen Schicht 10a ausgehende
Lichtfluss schon das kleine Loch 19a' in der reflektierenden/transparenten
Fläche 19a passiert
hat, passiert tatsächlich
lediglich der von der dicken Schicht 10b, ausgenommen der
dünnen
Schicht 10a, ausgehende Lichtfluss das kleine Loch 19b'. Ebenso, der
Lichtfluss, welcher tatsächlich
das kleine Loch 19c' in
der reflektierenden/transparenten Fläche 19c passiert, ist
der Lichtfluss, welcher vom Bereich der sehr dicken Schicht 10c,
ausgenommen die dicke Schicht 10b, ausgeht.
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Falls
sich die bewegliche Blende 20 in der ersten in 2A gezeigten
Stellung Sa befindet, das heißt,
wenn allein der optische Weg des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19a' offen ist,
ist demnach die dünne
Schicht 10a das Beobachtungsobjekt. Dementsprechend wird
ein Bild der dünnen
Schicht 10a, so wie beispielsweise ein Bild 100a in 4,
auf dem Bildschirm 23 dargestellt.
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Falls
sich die bewegliche Blende 20 in der zweiten in 2A gezeigten
Stellung Sb befindet, das heißt,
wenn nur die optischen Wege der Lichtflüsse aus den kleinen Löchern 19a' und 19b' offen sind,
ist die dicke Schicht 10b das Beobachtungsobjekt. Dementsprechend
wird ein Bild der dicken Schicht 10b einschließlich der
Schicht 10a, so wie beispielsweise ein Bild 100b in 4,
auf dem Bildschirm 23 dargestellt.
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Falls
die bewegliche Blende 20 die dritte in 2A gezeigte
Stellung Sc einnimmt, das heißt, wenn
die optischen Wege der Lichtflüsse
aus den kleinen Löchern 19a', 19b' und 19c' alle offen
sind, ist die sehr dicke Schicht 10c das Beobachtungsobjekt. Dementsprechend
wird ein Bild der sehr dicken Schicht 10c einschließlich der
Schichten 10a und 10b, so wie beispielsweise ein
Bild 100c in 4, auf dem Bildschirm 23 dargestellt.
-
Wie
oben beschrieben erlaubt das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
die Tiefenauflösung
("sectioning resolution") einzustellen zum
Bereitstellen der Bilder 100a, 100b oder 100c,
indem der Benutzer einfach die bewegliche Blende 20 manuell
bewegt oder indem die bewegliche Blende 20 einfach elektrisch
bewegt wird.
-
Im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
werden der Lichtfluss, der die dünne
Schicht 10a repräsentiert, der
Lichtfluss, der die dicke Schicht 10b repräsentiert,
und der Lichtfluss, der die sehr dicke Schicht 10c repräsentiert,
jeweils alle im Masken-Element 19 gebildet.
-
Die
bewegliche Blende 20, welche die einzige Komponente bildet,
die beim Einstellen der Tiefenauflösung bewegt wird, erfüllt einfach
die Funktion des Öffnens/Schließens der
optischen Wege des Lichtflusses.
-
Aus
diesem Grund ist der benötigte
Genauigkeitsgrad bezüglich
der Positionierung der beweglichen Blende 20 gering, und
der Bewegungsmechanismus für
die bewegliche Blende 20 kann eine einfache Struktur haben.
-
Auf
diese Weise können,
selbst falls die Positionierungs-Genauigkeit
der beweglichen Blende gering ist, sehr exakte Bilder von den verschiedenen Schichten
erhalten werden, solange das Masken-Element 19 vorher mit
einem hoher Genauigkeit positioniert wurde.
-
Obwohl
das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine
einfache Struktur annehmen kann, erlaubt es dennoch, die Tiefenauflösung mit
einer hohen Genauigkeit einzustellen.
-
(Variationen des ersten
Ausführungsbeispiels)
-
Im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
werden die reflektierenden Flächen 19A und 19B am
Masken-Element als Mittel verwendet, um den nötigen Lichtfluss zum Lichtdetektor 21 zu
lenken, Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und
es kann eine höhere
Anzahl von reflektierenden Flächen
am Masken-Element 19 gebildet werden, oder es kann ein
Lichtleiter, mit welchem Licht in eine beliebige Richtung geleitet
werden kann, statt einer reflektierenden Fläche verwendet werden. In einem solchen
Fall wird ein höherer
Freiheitsgrad bezüglich des
Anordnens der reflektierenden/transparenten Flächen 19a, 19b und 19c am
Masken-Element ermöglicht.
Das Masken-Element 19 muss jedoch derart gestaltet sein,
dass gewährleistet
ist, dass das Ausmaß des
Verlustes an Lichtmenge im optischen Weg innerhalb eines zulässigen Bereichs
liegt.
-
Außerdem muss
die bewegliche Blende 20 nicht im Wesentlichen senkrecht
zum individuellen Lichtfluss eingefügt werden, so wie in 2A gezeigt,
sondern sie kann stattdessen nicht-senkrecht zum individuellen Lichtfluss
eingefügt
werden, beispielsweise kann sie parallel zum Masken-Element 19 gesetzt
werden.
-
Ferner,
während
die Tiefenauflösung
mittels einer der drei Einstellungen in Übereinstimmung mit der Anzahl
der am Masken-Element 19 gebildeten kleinen Löcher in
oben gelieferter Beschreibung gewählt wird, kann die Anzahl der möglichen
Tiefenauflösungs-Einstellungen
mehr als drei oder auch nur zwei sein, je nach den besonderen Anforderungen. Die
Anzahl der reflektierenden/transparenten Flächen 19a, 19b ...
sollte ebenso angepasst sein, in Übereinstimmung mit der Anzahl
der am Masken-Element 19 gebildeten Löcher.
-
Außerdem kann,
statt der in 1 gezeigten Licht-Detektions-Einheit 1,
eine Licht-Detektions-Einheit wie die Licht-Detektions-Einheit 110 in 5 verwendet
werden. Am Masken-Element 29 der Licht-Detektions-Einheit 110 in 5 werden
die reflektierenden Flächen
und die transparenten Flächen in
Umkehrung der Art und Weise verwendet, in welcher die reflektierenden
Flächen
und transparenten Flächen
am Masken-Element 19 der Licht-Detektions-Einheit 1 in 1 verwendet
werden.
-
Es
folgt eine Erklärung
der in 5 gezeigten Licht-Detektions-Einheit 110.
-
Das
Masken-Element 29 in der Licht-Detektions-Einheit 110 weist
eine reflektierende/transparente Fläche 29a auf, die eine
Einstellung annimmt, welche die reflektierende/transparente Fläche 29a relativ
zu einer senkrecht zur optischen Achse stehenden Ebene innerhalb
der Fokustiefe der in 1 gezeigten Kondensorlinse 18 neigt.
-
Die
reflektierende/transparente Fläche 29a weist
eine reflektierende Fläche 29a', welche die Form
eines sehr kleinen Kreises nahe der optischen Achse der Kondensorlinse 18 hat,
und eine transparente Fläche 29a'', welche den die reflektierende
Fläche 29a' umgebenden
Bereich bedeckt, auf. Der Durchmesser ra der reflektierenden Fläche 29a' entspricht
dem Durchmesser des in der Probe 10 gebildeten Spots.
-
An
diesem Masken-Element 29 wird nur der zentrale Anteil des
von der Kondensorlinse 18 eingehenden Lichtflusses, welcher
an der Position eingeht, wo die reflektierende Fläche 29a' gebildet ist,
an der reflektierenden Fläche 29a' reflektiert,
um das Masken-Element 29 zu verlassen, und der periphere Lichtfluss
wird, anders als der zentrale Lichtfluss, durch die transparente
Fläche 29a'' transmittiert.
-
Das
Masken-Element 29 weist ferner eine reflektierende/transparente
Fläche 29b zum
Empfangen des Lichtflusses, der durch die transparente Fläche 29a'' transmittiert, auf, welche an
der optischen Achse des Lichtstrahls, der durch die reflektierende/transparente
Fläche 29a transmittiert,
angeordnet ist.
-
Die
reflektierende/transparente Fläche 29b hat
eine runde, reflektierende Fläche 29b', welche in der
Umgebung des Zentrums des Lichtflusses, welcher durch die transparente
Fläche 29a'' transmittiert, angeordnet ist,
und eine transparente Fläche 29b'', welche den die reflektierende
Fläche 29b' umgebenden
Bereich abdeckt. Der Durchmesser rb der reflektierenden Fläche 29b' ist größer als
der Durchmesser ra der reflektierenden Fläche 29a', um ein Verhältnis, beispielsweise ausgedrückt durch
rb = 2ra, zu erreichen.
-
Am
Masken-Element 29 wird nur der zentrale Anteil des durch
die transparente Fläche 29a'' transmittierten Lichtflusses,
welcher an der Position eingeht, wo die reflektierende Fläche 29b' gebildet ist, an
der reflektierenden Fläche 29b' reflektiert,
um das Masken-Element 29 zu verlassen, und der periphere Lichtfluss
wird, anders als der zentrale Lichtfluss, durch die transparente
Fläche 29b'' transmittiert.
-
Das
Masken-Element 29 weist ferner eine reflektierende/transparente
Fläche 29c zum
Empfang des durch die transparente Fläche 29b'' transmittierten
Lichtflusses auf, welche eine Charakteristik identisch zu der von
der reflektierenden/transparenten Fläche 29b hat. Die reflektierende/transparente
Fläche 29c weist
eine runde, reflektierende Fläche 29c', welche in
der Umgebung des Zentrums des Lichtflusses, der durch die transparente
Fläche 29b'' transmittiert wurde, angeordnet
ist, und eine transparente Fläche 29c'', welche den die reflektierende
Fläche 29c' umgebenden
Bereich abdeckt, auf. Der Durchmesser rc der reflektierenden Fläche 29c' ist größer als
der Durchmesser rb der reflektierenden Fläche 29b', um ein Verhältnis, beispielsweise ausgedrückt durch
rc = 2rb, zu erreichen.
-
Am
Masken-Element 29 wird nur der zentrale Anteil des durch
die transparente Fläche 29b'' transmittierten Lichtflusses,
welcher an der Position eingeht, wo die reflektierende Fläche 29c' gebildet ist, an
der reflektierenden Fläche 29c' reflektiert,
um das Masken-Element 29 zu verlassen.
-
Mittels
dieses Masken-Elements 29 werden der zentrale Lichtfluss
und der periphere Lichtfluss, die an den reflektierenden/transparenten
Flächen 29a und 29b voneinander
aufgeteilt wurden, in dieselbe Richtung, das heißt, in die Richtung zum Lichtdetektor 21 hin,
gelenkt.
-
Es
ist anzumerken, dass das Masken-Element 29 gebildet werden
kann, indem ein optischer Film, welcher eine Licht- Reflexions-Eigenschaft
hat, auf passenden Stellen des Substrats gebildet wird. Der optische
Film kann innerhalb des transparenten Substrats gebildet werden,
wie in 5 gezeigt, beispielsweise mittels Schneidens des
transparenten Substrats in zwei Blöcke, Bildens des optischen Films über die
Schnittstelle eines der beiden Blöcke, und nachfolgenden Wieder-Aneinander-Klebens
der Blöcke.
-
Es
ist anzumerken, dass der Abstand zwischen der reflektierenden/transparenten
Fläche 29a und
der reflektierenden/transparenten Fläche 29b und der Abstand
zwischen der reflektierenden/transparenten Fläche 29b und der reflektierenden/transparenten
Fläche 29c jeweils
klein genug gesetzt wird, um die reflektierende/transparente Fläche 29b und die
reflektierende/transparente Fläche 29c innerhalb der
Fokustiefe der Kondensorlinse 18 zu positionieren.
-
Die
Detektionsfläche
am Lichtdetektor 21 weist eine ausreichend große Fläche auf,
um die optischen Wege des Lichtflusses von den reflektierenden Flächen 29a', 29b' und 29c', welche Flächen sich
am oben beschriebenen Masken-Element
befinden, jeweils vollständig
zu abzudecken.
-
Die
bewegliche Blende 20, welche stufenweise bewegt wird, wie
mit der gepunkteten Linie in 5 angedeutet,
kann in mindestens eine der folgenden drei Stellungen Sa, Sb und
Sb gesetzt werden, in Übereinstimmung
mit dem Ausmaß in
dem sie bewegt wird.
-
In
der ersten Stellung Sa ist der optische Weg des Lichtflusses von
der reflektierenden Fläche 29a' offen, und
die optischen Wege der Lichtflüsse von
den reflektierenden Flächen 29b' und 29c' sind geschlossen.
-
In
der zweiten Stellung Sb sind die optischen Wege der Lichtflüsse von
den reflektierenden Flächen 29a' und 29b' offen, und
der optische Weg des Lichtflusses von der reflektierenden Fläche 29c' ist geschlossen.
-
In
der dritten Stellung Sc sind die optischen Wege der Lichtflüsse von
allen reflektierenden Flächen 29a', 29b' und 29c' offen.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Bezugnehmend
auf 6 wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung
erklärt.
Dabei konzentriert sich die Erklärung
auf die Merkmale, welche das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel
unterscheiden.
-
Im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist eine Licht-Detektions-Einheit 2 gebildet, welche ein
optisches System aufweist, welches das Masken-Element 19 und
Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c aufweist,
wie in 6 gezeigt ist. Die in 6 gezeigte Anordnung
weist nicht die bewegliche Blende 20 auf, aber sie weist
dieselbe Anzahl (drei in diesem Beispiel) von Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c auf,
wie die Anzahl der kleinen Löcher 19a', 19b' und 19c', die am Masken-Element 19 gebildet
sind. Außerdem ist
dieselbe Anzahl (drei in diesem Beispiel) von Schaltern 31a, 31b und 31c,
wie die Anzahl der Lichtdetektoren, zwischen den Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c und
dem Computer 22 angeordnet.
-
Es
ist zu bemerken, dass ein Strom-Spannungs-Konverter (I/V) 21a' zwischen dem
Lichtdetektor 21a und dem Schalter 31a eingefügt ist,
dass ein Strom-Spannungs-Konverter (I/V) 21b' zwischen dem Lichtdetektor 21b und
dem Schalter 31b eingefügt
ist und dass ein Strom-Spannungs-Konverter (I/V) 21c' zwischen dem
Lichtdetektor 21c und dem Schalter 31c eingefügt ist.
Außerdem
ist ein A/D-Konverter
(A/D) 21'' zwischen den
Schaltern 31a, 31b und 31c und dem Computer 22 eingefügt. Der
Ausgang des A/D-Konverters 21'' ist
mit einem Image-Board 223 innerhalb des Computers 22 verbunden.
Es ist zu bemerken, dass, obwohl kein Strom/Spannungskonverter,
A/D-Konverter oder Image-Board
in der in 1 gezeigten Darstellung vorhanden
ist, das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System in 1 diese
Komponenten ebenfalls aufweist. Das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System
in 1 weist jedoch nur einen einzelnen Strom/Spannungs-Konverter
auf.
-
Die
Detektionsfläche
des Lichtdetektors 21a deckt den optischen Weg des Lichtflusses
von dem Loch 19a' ab,
die Detektionsfläche
des Lichtdetektors 21b deckt den optischen Weg des Lichtflusses aus
dem Loch 19b' ab,
und die Detektionsfläche 21c deckt
den optischen Weg des Lichtflusses aus dem Loch 19c' ab.
-
Demzufolge
läuft ein
Signal sa, das die Menge des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19a' anzeigt, entlang
des Wegs vom Lichtdetektor 21a zum A/D-Konverter 21'' über den Strom/Spannungs-Konverter 21a' und den Schalter 31a.
-
Ein
Signal sb, das die Menge des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19b' anzeigt, läuft entlang des
Wegs vom Lichtdetektor 21b zum A/D-Konverter 21'' über den Strom/Spannungs-Konverter 21b' und dem Schalter 31b.
-
Ein
Signal sc, das die Menge des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19c' anzeigt, läuft entlang des
Wegs vom Lichtdetektor 21c zum A/D-Konverter 21'' über den Strom/Spannungs-Konverter 21c' und dem Schalter 31c.
-
Die
Signale, welche die verschiedenen Wege durchlaufen, werden mittels
Betätigungen
der einzelnen Schalter 31a, 31b und 31c einem
Auswahlprozess unterzogen, um zusammengezählt zu werden, und die zusammengezählten Signale
werden in den A/D-Konverter 21'' eingegeben,
bevor sie auf das Image-Board 223 im Computer 22 eingegeben werden.
Es ist anzumerken, dass eine Auswahl/Addier-Einheit 310, welche die Schalter 31a, 31b und 31c aufweist,
die Signale, welche von den Schaltern 31a, 31b und 31c ausgegeben
werden, addiert, um die so zusammengefassten Signale in den A/D-Konverter einzugeben.
-
Die
in das Image-Board 223 eingegangenen Signale werden folglich
in einen Frame-Speicher M auf dem Image-Board 223 geschrieben,
und somit werden die Bilddaten eines einzelnen Bildes in den Frame-Speicher eingestellt.
Eine CPU 221 des Computers 22 stellt das Bild,
unter Verwendung der Bilddaten, auf dem Bildschirm 23 dar.
-
Die
CPU 221 im Computer 22 ist über das Image-Board 223 mit
den Schaltern 31a, 31b und 31c verbunden,
somit kann die CPU 221 die Schalter 31a, 31b und 31c einzeln
in eine offene oder geschlossene Stellung bringen.
-
Außerdem ist
dem Benutzer erlaubt, am Computer, unter mehreren Einstellungen,
eine gewünschte
Tiefenauflösungs-Einstellung
zu bestimmen, beispielsweise eine der drei Einstellungen "hoch", "mittel" und "niedrig". Die CPU 221 erkennt auf
Empfangen eines Signals über
eine Interface-Schaltung (I/F) 224, das mittels der Eingabevorrichtung 24 eingegeben
wurde, die vom Benutzer bestimmte Einstellung.
-
In
Antwort auf die von der CPU 221 im Computer 22 erteilten
Anweisungen startet das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
wie unten beschrieben seinen Betrieb.
-
Falls
die vom Benutzer vorab bestimmte Einstellung "hoch" lautet,
setzt die CPU 221 den Schalter 31a in eine geschlossene
Stellung und die Schalter 31b und 31c in eine
offene Stellung.
-
Unter
diesen Umständen
geht nur das Signal sa in den A/D-Konverter ein, da nur der Weg
des Signals sa offen ist. Demzufolge werden Bilddaten Da unter Verwendung
des Signals sa in den Frame-Speicher M eingestellt. Folglich wird
ein Bild der dünnen Schicht 10a,
wie beispielsweise das Bild 100a in 4, auf dem
Bildschirm 23 dargestellt.
-
Falls
die vom Benutzer vorab bestimmte Einstellung "mittel" lautet, setzt die CPU 221 die
Schalter 31a und 31b in eine geschlossene Stellung
und den Schalter 31c in eine offene Stellung.
-
Unter
diesen Umständen
gehen die Signale sa und sb in den A/D-Konverter ein, da die Wege der Signale
sa und sb offen sind. Demzufolge werden Bilddaten Dab unter Verwendung
der Signale sa und sb in den Frame-Speicher M eingestellt. Folglich
wird ein Bild der dicken Schicht 10b, wie beispielsweise das
Bild 100b in 4, auf dem Bildschirm 23 dargestellt.
-
Falls
die vom Benutzer vorab bestimmte Einstellung "niedrig" lautet, setzt die CPU 221 alle
Schalter 31a, 31b und 31c in eine geschlossene
Stellung.
-
Unter
diesen Umständen
gehen die Signale sa, sb und sc in den A/D-Konverter ein, da alle Wege der Signale
sa, sb und sc offen sind. Demzufolge werden Bilddaten Dabc unter
Verwendung der Signale sa, sb und sc in den Frame-Speicher M eingestellt. Folglich
wird ein Bild der sehr dicken Schicht 10c, wie beispielsweise
das Bild 100c in 4, auf dem
Bildschirm 23 dargestellt.
-
Der
Benutzer des Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
muss lediglich die Eingabevorrichtung 24 bedienen, um die
Tiefenauflösung,
bei der das Bild 100a, 100b oder 100c in 4 darzustellen
ist, einzustellen.
-
Im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
werden der Lichtfluss, der die dünne
Schicht 10a repräsentiert, der
Lichtfluss, der die dicke Schicht 10b repräsentiert,
und der Lichtfluss, der die sehr dicke Schicht 10c repräsentiert,
jeweils alle im Masken-Elements 19 gebildet.
-
Außerdem müssen nur
der Computer 22 bedient und die Schalter 31a, 31b und 31c bewegt
werden, um die Tiefenauflösung
einzustellen.
-
Daher
kann man, solange das Masken-Element 19 vorher mit hoher
Genauigkeit positioniert wurde, Bilder der verschiedenen Schichten
einzeln mit hoher Genauigkeit erhalten.
-
Obwohl
das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
eine einfache Struktur annimmt, erlaubt es dennoch mit einer hohen
Genauigkeit das Einstellen der Tiefenauflösung.
-
(Varianten des zweiten
Ausführungsbeispiels)
-
Es
ist anzumerken, dass die Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c nicht
wie in 6 gezeigt im Wesentlichen senkrecht zu den entsprechenden
Lichtflüssen
angeordnet sein müssen
und dass sie stattdessen nicht-senkrecht, beispielsweise parallel
zum Masken-Element 19 gesetzt,
angeordnet sein können.
-
Außerdem,
obgleich die im zweiten Ausführungsbeispiel
verwendeten Schalter 31a, 31b und 31c elektrisch
geöffnet
und geschlossen werden, das heißt, übereinstimmend
mit den elektrischen, vom Computer 22 erteilten Anweisungen
geöffnet
und geschlossen werden, können
stattdessen Schalter 31a, 31b und 31c verwendet
werden, welche manuell betätigt
bzw. geöffnet
und geschlossen werden. In einem solchen Fall ist es nötig, dass
der Benutzer, statt die Eingabevorrichtung 24 zu bedienen,
die Schalter 31a, 31b und 31c ebenso öffnet bzw.
schließt,
wie die CPU 221 gemäß obiger
Beschreibung die Schalter öffnet
bzw. schließt.
-
(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
Bezugnehmend
auf 7 wird das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben.
-
Dabei
konzentriert sich die Erklärung
auf die Eigenschaften, welche das dritte Ausführungsbeispiel vom zweiten
Ausführungsbeispiel
unterscheiden.
-
Das
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
weist nicht die Schalter 31a, 31b und 31c auf,
wie in 7 gezeigt, und dementsprechend ist die interne
Struktur des Computers 22 teilweise geändert.
-
Das
Image-Board 223 im Computer 22 weist mehrere Frame-Speicher
Ma, Mb und Mc auf, in denen die Signale sa, sb und sc, welche parallel
von den Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c ausgegeben wurden,
entsprechend parallel gespeichert werden. Außerdem sind mehrere A/D-Konverter 21a'', 21b'' und 21c'' parallel zueinander eingefügt, entsprechend
den Wegen der Signale sa, sb und sc.
-
Dem
Benutzer ist erlaubt, aus mehreren Tiefenauflösungen, das heißt, in diesem
Beispiel aus den drei Einstellungen "hoch", "mittel" und "niedrig", die gewünschte Tiefenauflösungs-Einstellung vorab zu
bestimmen, oder die Tiefenauflösungs-Einstellung zu ändern, nachdem
ein Bild auf dem Computer 22 erhalten wurde. Die CPU 221 erkennt
auf das Empfangen eines Signals über
eine Interface-Schaltung (I/F) 224, das mittels der Eingabevorrichtung 24 eingegeben
wurde, die vom Benutzer bestimmte Einstellung.
-
Das
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
arbeitet auf die von der CPU 221 im Computer 22 erteilten Anweisungen
hin in der unten beschriebenen Weise.
-
Die
Signale sa, sb und sc, welche parallel von den einzelnen Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c ausgegeben
werden, werden über
die Strom/Spannungs-Konverter 21a', 21b' und 21c' und die A/D-Konverter 21a'', 21b'' und 21c'' dementsprechend
parallel in die Frame-Speicher Ma, Mb und Mc geschrieben.
-
Demzufolge
werden Bilddaten Da unter Verwendung des Signals sa in den Frame-Speicher
Ma eingestellt, Bilddaten Db unter Verwendung des Signals sb in
den Frame-Speicher Mb eingestellt und Bilddaten Dc unter Verwendung
des Signals sc in den Frame-Speicher Mc eingestellt. Diese Bilddaten
Da, Db und Dc werden in einer Speicher-Einheit, wie beispielsweise
einem RAM 222, im Computer 22 gespeichert.
-
Falls
die vom Benutzer bestimmte Einstellung "hoch" lautet,
liest die CPU 221 die Bilddaten Da vom RAM 222 aus
und stellt das Bild, welches auf Bilddaten Da basiert, auf dem Bildschirm
dar.
-
Demzufolge
wird ein Bild der dünnen
Schicht 10a, derart wie das Bild 100a in 4,
dargestellt.
-
Falls
die vom Benutzer bestimmte Einstellung "mittel" lautet, liest die CPU 221 die
Bilddaten Da und Db vom RAM 222 aus, nimmt die Summe der Bilddaten
Da und der Bilddaten Db, das heißt, die CPU kombiniert die
Bilddaten Da und die Bilddaten Db miteinander, und stellt ein Bild,
basierend auf Bilddaten Dab, welche die Summe der Daten Da und Db bilden,
auf dem Bildschirm 23 dar. Demzufolge wird ein Bild der
dicken Schicht 10b, derart wie das Bild 100b in 4,
dargestellt.
-
Falls
die vom Benutzer bestimmte Einstellung "niedrig" lautet, liest die CPU 221 die
Bilddaten Da, Db und Dc vom RAM 222 aus und nimmt die Summe
der Bilddaten Da, der Bilddaten Db und der Bilddaten Db, das heißt, die
CPU kombiniert die Bilddaten Da, die Bilddaten Db und die Bilddaten
Dc miteinander, und stellt ein Bild, basierend auf den Bilddaten
Dabc, welche die Summe der Daten Da, Db und Dc bilden, auf dem Bildschirm 23 dar.
Demzufolge wird ein Bild der sehr dicken Schicht 10c, derart wie
das Bild 100c in 4, dargestellt.
-
Der
Benutzer des Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
muss lediglich die Eingabevorrichtung 24 bedienen, um die
Tiefenauflösung,
bei der das Bild 100a, 100b oder 100c in 4 darzustellen
ist, einzustellen.
-
Im
Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
werden der Lichtfluss, der die dünne
Schicht 10a repräsentiert, der
Lichtfluss, der die dicke Schicht 10b repräsentiert,
und der Lichtfluss, der die sehr dicke Schicht 10c repräsentiert,
jeweils alle im Masken-Element 19 gebildet. Um die Tiefenauflösung einzustellen,
muss nur der Computer 22 bedient werden.
-
Daher
kann man Bilder der verschiedenen Schichten einzeln mit hoher Genauigkeit
erhalten, solange das Masken-Element 19 vorher mit hoher Genauigkeit
positioniert wurde.
-
Obwohl
das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
eine einfache Struktur annimmt, erlaubt es dennoch mit einer hohen
Genauigkeit das Einstellen der Tiefenauflösung.
-
Außerdem muss
die Tiefenauflösung
nicht vor der Erfassung des Bildes bestimmt werden, weil das Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
welches unter Verwendung der Bilddaten, die mittels Verwendung von
mehreren Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c erhalten
wurden, mittels der CPU, welche beispielsweise eine Rechen-Operations-Einheit
bildet, arithmetische Operationen ausführt, die Änderung der Tiefenauflösung nach
Erhalten eines Bild erlaubt und das Erhalten von Bildinformationen,
die verschiedenen Schichten entsprechen, ermöglicht. Demzufolge kann die
Zeitdauer, die für
die Auswahl der Einstellungen benötigt wird, herabgesetzt werden.
Des Weiteren kann das Ausmaß der
Schädigung
der Probe reduziert werden, weil die Probe nicht über eine
ausgedehnte Zeitdauer mit Licht bestrahlt werden muss.
-
Überdies
kann, da die Daten der verschiedenen Bilder gleichzeitig erhalten
werden, der Zustand der Probe an einem gegebenen Zeitpunkt unter
verschiedenen Tiefenauflösungs-Einstellungen
betrachtet werden.
-
Diese
Eigenschaft ist sehr wirksam in einer Anwendung, bei der eine Probe
(eine lebende Probe), die ihren Zustand ständig über die Zeit ändert, zu einem
gegebenen Zeitpunkt bei unterschiedlichen Tiefenauflösungs-Einstellungen
beobachtet wird.
-
Außerdem kann
der Benutzer die Tiefenauflösungs-Einstellung
so oft wie nötig
anpassen, wann immer er es wünscht,
weil die Daten der einzelnen Bilder voneinander unabhängig gespeichert
sind.
-
(Variante des dritten
Ausführungsbeispiels)
-
Im
dritten Ausführungsbeispiel
ist eine Erklärung
anhand eines Beispiels, in dem ein einzelnes Bild einer der Schichten
der Probe auf dem Bildschirm 23 dargestellt ist, gegeben,
dennoch können getrennte
Bilder von zwei oder mehr Schichten gleichzeitig auf dem Bildschirm 23 gezeigt
werden.
-
(Beispiele von Varianten)
-
Obwohl
in der Erklärung
bezüglich
des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels
die Tiefenauflösung
aus einer von drei Einstellungen gewählt wird, kann die Anzahl der
möglichen
Tiefenauflösungs-Einstellungen
zwei oder drei oder auch mehr, je nach den besonderen Anforderungen,
betragen. Die Anzahl der reflektierenden/transparenten Flächen 19a, 19b ...
sollte ebenso angepasst werden in Übereinstimmung mit der Anzahl
der Tiefenauflösungs-Einstellungen.
-
Außerdem kann
beispielsweise eine der in den 8 bis 12 gezeigten
Licht-Detektions-Einheiten statt der in den 6 oder 7 gezeigten
Licht-Detektions-Einheit 2 in Verbindung mit dem Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System
im zweiten oder im dritten Ausführungsbeispiel
verwendet werden. Es ist anzumerken, dass in Übereinstimmung mit der Anzahl
der Lichtdetektoren, welche die bestimmte, im Mikroskop-System verwendete, Licht-Detektions-Einheit aufweist,
die Ausstattung mit einer optimalen Anzahl von Strom/Spannungs-Konvertern,
Schaltern, A/D-Konvertern und Frame-Speichern gegeben sein sollte.
-
Es
folgt eine Erklärung
der verschiedenen, in den 8 bis 12 gezeigten,
Licht-Detektions-Einheiten. Es ist anzumerken, dass in diesen Figuren,
genauso wie in den 2 und 5,
die Bezugszeichen, die den einzelnen reflektierenden/transparenten
Flächen
zugeordnet sind, Buchstaben "a", "b", "c" ... enthalten, wobei "a" die reflektierende/transparente Fläche anzeigt,
die am nächsten
zur Kondensorlinse hin gelegen ist, "b" die
reflektierende/transparente Fläche
anzeigt, welche weiter von der Kondensorlinse weg gelegen ist, "c" die reflektierende/transparente Fläche anzeigt,
welche noch weiter von der Kondensorlinse weg gelegen ist, und so
weiter. Außerdem
ist an jeder reflektierenden/transparenten Fläche die Fläche, welche den zentralen Lichtfluss
beeinflusst, durch Anfügung
eines Apostrophs (')
an das Bezugszeichen der jeweiligen reflektierenden/transparenten
Fläche
gekennzeichnet, und die Fläche,
die den peripheren Lichtfluss an der jeweiligen reflektierenden/transparenten Fläche beeinflusst,
ist durch Anfügung
eines doppelten Apostrophs (")
an das Bezugszeichen der reflektierenden/transparenten Fläche gekennzeichnet.
Die gleichen Buchstaben "a", "b", "c", ..., wie die, welche bei
den entsprechenden reflektierenden/transparenten Flächen angefügt sind,
sind in den Bezugszeichen der einzelnen Lichtdetektoren beinhaltet.
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An
jedem der Masken-Elemente, welche in diesen Figuren gezeigt sind,
ist der Durchmesser der Fläche,
welche den zentralen Lichtfluss beeinflusst, das heißt, der
Durchmesser des kleine Loch oder der reflektierenden Fläche, am
größten bei
derjenigen reflektierenden/transparenten Fläche, welche am weitesten weg
von der Kondensorlinse 18 gelegen ist. Die reflektierenden/transparenten
Flächen
sind alle innerhalb der Fokustiefe der Kondensorlinse 18 angeordnet.
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Das
Masken-Element 29 der in 8 gezeigten
Licht-Detektions-Einheit
ist mit dem Masken-Element in 5 identisch.
Und zwar sind die reflektierenden Flächen 29a', 29b' und 29c' an den Zentren
der reflektierenden/transparenten Flächen 29a, 29b und 29c gebildet
und die transparenten Flächen 29a'', 29b'' und 29c'' sind derart gebildet, dass sie
die zentralen reflektierenden Flächen
entsprechend umschließen.
Die Lichtdetektoren 21a, 21b und 21c sind
derart angeordnet, dass sie die optischen Wege der Lichtflüsse von
den reflektierenden Flächen 29a' 29b' und 29c' einzeln abdecken.
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Ein
Masken-Element 39 an der in 9 gezeigten
Licht-Detektions-Einheit
wird durch eine Modifikation des in 2 gezeigten
Masken-Elements 19 erreicht, wobei eine reflektierende/transparente Fläche 19b an
der Position angeordnet ist, welche in 2 von
der reflektierenden Fläche 19A eingenommen
wird, und eine reflektierenden/transparenten Fläche 19c an der Position
angeordnet ist, welche in 2 von der
reflektierenden/transparenten Fläche 19b eingenommen
wird. Ein Lichtdetektor 21a deckt den optischen Weg des
Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19a' ab, ein Lichtdetektor 21b deckt
den optischen Weg des Lichtflusses aus dem kleinen Loch 19b' ab, ein Lichtdetektor 21c deckt
den optischen Weg des Lichtflusses aus dem Loch 19c' ab und ein Lichtdetektor 21d deckt
den optischen Weg des Lichtflusses von der Fläche, welche keine reflektierende/transparente
Fläche
aufweist, ab.
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Das
Masken-Element 29 in der in 10 gezeigten
Licht-Detektions-Einheit
ist ähnlich
dem Masken-Element in 8, abgesehen davon, dass diese Licht-Detektions-Einheit
einen Lichtdetektor 21d aufweist. Der Lichtdetektor 21d deckt
den optischen Weg des Lichtflusses, der durch die transparente Fläche 29c'' der reflektierenden/transparenten
Fläche 29c transmittiert
wurde, ab.
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Ein
Masken-Element 59 in der in 11 gezeigten
Licht-Detektions-Einheit
wird durch eine Modifizierung des Masken-Elements 29 erreicht, wobei die
reflektierende/transparente Fläche 29b,
die am zweitnächsten
zur Kondensorlinse 18 hin gelegen ist, im Vergleich zu
den anderen reflektierenden/transparenten Flächen 29a und 29c in
die entgegengesetzte Richtung geneigt ist. Der Lichtdetektor 21b deckt
den optischen Weg des Lichtflusses von der reflektierenden Fläche 29b' dieser reflektierenden/transparenten Fläche 29b ab.
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Im
Gegensatz zu den anderen Masken-Elementen, welche jeweils mittels
Verwendung eines transparenten Substrats gebildet werden, wird ein Masken-Element 69 der
in 12 gezeigten Licht-Detektions-Einheit mittels Verwendung
eines Prismas, beispielsweise eines pentagonalen Prismas, gebildet.
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Das
Masken-Element 69 weist an einer zweiten Fläche des
pentagonalen Prismas eine reflektierende/transparente Fläche 69a auf,
die ein, insbesondere kleines, Loch 69a' und eine reflektierende Fläche 69a'' aufweist, und weist an einer dritten
Fläche
des pentagonalen Prismas eine reflektierende/transparente Fläche 69b auf,
die ein, insbesondere kleines, Loch 69b' und eine reflektierende Fläche 69b'' aufweist.
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Der
Lichtdetektor 21a deckt den optischen Weg des Lichtflusses
aus dem kleinen Loch 69a' ab, der
Lichtdetektor 21b deckt den optischen Weg des Lichtflusses
aus dem kleinen Loch 69b' ab
und der Lichtdetektor 21c deckt den optischen Weg des Lichtflusses
von der letzten Fläche
(der fünften
Fläche)
des Masken-Elementes 69 ab, welche keine reflektierende/transparente
Fläche
aufweist.
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Es
ist zu bemerken, dass vor dem Lichtdetektors 21c eine Aperturblende 69c mit
einer Öffnung 69c', welche größer ist
als die Öffnung
der kleinen Löcher 69a' oder 69b', am Masken-Element 69 angeordnet
ist.
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Eine ähnliche
Aperturblende kann zwischen dem Masken-Element 39, 29 oder 59 und
dem passendem Lichtdetektor der entsprechenden Licht-Detektions-Einheit,
das heißt,
dem Lichtdetektor 21d in 9, dem Lichtdetektor 29d in 10 oder
dem Lichtdetektor 21d in 11, angeordnet
sein.
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Obgleich
das von den reflektierenden/transparenten Flächen 69a und 69b reflektierte
Licht, wie in 12 gezeigt, zur Aperturblende 69c gelenkt wurde,
kann die Aperturblende 69c stattdessen an einer zur Position
der reflektierenden/transparenten Fläche 69b entsprechenden
Position angeordnet werden, um das Licht von der reflektierenden/transparenten
Fläche 69a direkt
zur Aperturblende 69c zu lenken.
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Außerdem können die
Licht-Aufteil-Mittel 19 und 39, welche in den
Ausführungsbeispielen
ein bis drei und als Beispiel einer Variante unter Bezugnahme auf
die 2A, 6, 7 und 9 erklärt wurden,
auf ähnliche
Weise modifiziert werden. Und zwar kann die reflektierende/transparente
Fläche 19c,
welche am entferntesten entlang des Wegs des reflektierten Lichts
der Licht-Aufteil-Mittel 19 und 39 angeordnet
ist, gegen eine Aperturblende ausgetauscht werden, oder eine Aperturblende
kann an eine Position angeordnet werden, wohin das Licht, welches
von der reflektierenden/transparenten Fläche 19a, welches die
erste reflektierende/transparente Fläche im Lichtweg des reflektierten
Lichts ist, reflektiert wurde.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung innerhalb eines Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-Systems
verwendet wird, das heißt,
innerhalb eines Konfokal-Mikroskop-Sytems, welches zur Beobachtung einer
Probe unter Fluoreszenzlicht verwendet wird, kann jedes der drei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit gleicher Leistungsfähigkeit innerhalb eines anderen
Konfokal-Mikroskop-Sytems als einem Konfokal-Fluoreszenz-Mikroskop-System
verwendet werden.
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Wie
oben erklärt
wird im Konfokal-Mikroskop-System gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispielen
der Lichtfluss, der die relativ dünne Schicht der Probe repräsentiert
und der Lichtfluss, der die Schichten an der oberen und der unteren
Seite der dünnen
Schicht repräsentiert,
beide jeweils in einem einzelnen Licht-Aufteil-Element gebildet. Demzufolge
kann die Tiefenauflösung
entweder durch die Funktion eines Detektioes-Mittels, welches zum
wahlweisen Detektieren dieser Lichtflüsse fähig ist, oder durch arithmetische
Rechenoperationen, die an den mit verschiedenen Detektoren detektierten
individuellen Lichtflüssen
entsprechenden Signalen ausgeführt
werden, eingestellt werden.
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Das
konfokale Mikroskop gemäß dieser
Erfindung erlaubt daher die Einstellung der Tiefenauflösung mit
einer hohen Genauigkeit, obgleich es eine einfache Struktur hat.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind Beispiele, und es können
verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne dabei die Lehre
und den Umfang der Erfindung zu verlassen.