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Die Erfindung betrifft nach einem
Aspekt eine Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise für mikroskopische
oder/und fluoreszenzbasierte Anwendungen.
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Aus der
DE 41 15 401 C2 ist eine
Fluoreszenz-Messvorrichtung bekannt, die eine Beleuchtungsvorrichtung
aufweist. Die Beleuchtungsvorrichtung der Fluoreszenz-Messvorrichtung
weist zwei jeweils eine Lichtquelle aufweisende Beleuchtungseinheiten
auf, von denen mindestens eine gepulst ist, sowie ein Beugungsgitter,
das von den zwei Beleuchtungseinheiten so in seiner Eintrittsspaltebene
beleuchtet wird, dass in seiner Austrittsspaltebene die beiden von
den Beleuchtungseinheiten ausgehenden Strahlengänge vereinigt werden und dort
in einen Strahlengang unter Bildung eines bichromatischen Intensitätszeitprofils
unterschiedlicher Wellenlänge
austreten. Die bekannte Fluoreszenz-Messvorrichtung dient gemäß den Angaben
in der Patentschrift zur Bestimmung der lonenkonzentration eines Untersuchungsobjekts,
das mit einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt ist, dessen Anregungsmaximum sich
in Abhängigkeit
von der zu bestimmenden lonenkonzentration ändert. Mittels eines abbildenden
Systems wird der Strahlengang mit dem bichromatischen Intensitätszeitprofil
auf das Untersuchungsprojekt gelenkt. Es ist eine Detektoreinheit
zur Umwandlung des vom Untersuchungsobjekt abgegebenen Fluoreszenzlichts
in ein Messsignal vorhanden. Die beiden Beleuchtungseinheiten zeichnen
sich dadurch aus, dass sie jeweils einen Lichtleiter aufweisen,
dessen Eintrittsöffnung über ein
abbildendes System mit Licht von der ihm zugeordneten Lichtquelle
beaufschlagt wird und dessen Austrittsöffnung in der Eintrittsspaltebene
des Beugungsgitters liegt. Die Austrittsöffnungen der Lichtleiter sind
zur Einstellung der Wellenlängen
des auf das Untersuchungsobjekt auftreffen den Lichts mit dem bichromatischen
Intensitätszeitprofil
relativ zueinander und zu dem Beugungsgitter verschiebbar. Betreffend
den Aufbau der Beleuchtungseinheiten wird in Erwägung gezogen, dass diese zwei
Blitzlampen als Lichtquellen aufweisen. Ferner wird in Erwägung gezogen,
dass die zwei gepulsten Beleuchtungseinheiten jeweils eine kontinuierliche
Lichtquelle und einen im Strahlengang zwischen dieser Lichtquelle
und dem Beugungsgitter angeordneten ansteuerbaren Verschluss aufweisen. Ferner
wird in Erwägung
gezogen, dass die zwei gepulsten Beleuchtungseinheiten eine gemeinsame kontinuierliche
Lichtquelle und zwei im Strahlengang zwischen dieser Lichtquelle
und dem Beugungsgitter angeordnete, getrennt ansteuerbare Verschlüsse aufweisen.
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Eine weitere Fluoreszenz-Messvorrichtung zum
Bestimmen von lonenkonzentrationen eines mit die Absorptions- oder
Fluoreszenzeigenschaften in Abhängigkeit
von der lonenkonzentration ändernden Fluoreszenzfarbstoff
angefärbten
Untersuchungsobjekts ist aus der
DE 42 28 366 C2 bekannt. Die Fluoreszenz-Messvorrichtung
weist eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Detektoreinheit zum Empfang
des Fluoreszenzlichts und eine Auswerteeinrichtung auf. Die Beleuchtungsvorrichtung
umfasst eine polychromatische Lichtquelle und Mittel zur Auswahl
von vorgebbaren Wellenlängen
in kurzem zeitlichen Abstand zur Fluoreszenzanregung oder zur gleichzeitigen Fluoreszenzanregung
des Untersuchungsobjekts mit beliebig vorgebbarer Belichtungszeit
für jede
Wellenlänge
und beliebig vorgebbaren Dunkelpausen. Als Mittel zur Auswahl der
vorgebbaren Wellenlängen
ist eine holographisches Volumengitter vorgesehen, das auf einem
verstellbaren Scanner angeordnet ist, der zur Erzeugung der Wellenlängen und
Einstellung der Belichtungszeit in die entsprechende Wellenlängenposition
und zur Einstellung der Dunkelpausen in eine das System nicht anregende
Wellenlängenposition
einstellbar ist. Es wird erwogen, das Volumengitter als Reflektionsgitter
zu betreiben.
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Weitere bekannte Vorrichtungen, die
als Beleuchtungsvorrichtung bzw. als Teil einer Beleuchtungsvorrichtung
im Prinzip einsetzbar sind, sind aus der einen Monochromator beschreibenden
US 5,285,254 , der einen
optischen Bandpassfilter beschreibenden US 3,907,430 und der einen
Monochromator beschreibenden US 4,575,243 bekannt. Ferner wird auf
die US 4,660,975 verwiesen.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Beleuchtungsvorrichtung
bereitzustellen, die das gesteuerte Beleuchten etwa eines Untersuchungsobjekts
mit Beleuchtungslicht ermöglicht,
wobei wenigstens ein Parameter des Lichts oder wenigstens eine Eigenschaft
des Lichts gesteuert veränderbar
ist. Es wird beispielsweise an ein Beleuchten mit unterschiedlichen
Wellenlängen
oder/und unterschiedlichen Intensitäten gedacht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine
Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst:
- – eine
Lichtquelle;
- – optische
Komponenten, die eine Mehrzahl von von der Lichtquelle ausgehenden
Lichtwegen definieren;
- – in
wenigstens einem der Lichtwege eine Lichtkonditionieranordnung,
- – wenigstens
einen Lichtausgang, an dem eine zugeordnete, mit Licht bzw. konditioniertem
Licht zu versorgende Vorrichtung, beispielsweise ein Mikroskop oder
eine Fluoreszenz-Messvorrichtung, angeschlossen oder anschließbar ist;
- – wenigstens
eine Lichtwegauswahleinheit, die mehrere jeweils einem anderen der
Lichtwege zugehörige
Eingangslichtwegabschnitte und wenigstens einen zu dem Lichtausgang
bzw. zu einem zugeordneten der Lichtausgänge führenden Ausgangslichtwegabschnitt
aufweist, wobei mittels der zwischen mehreren Auswahlzuständen verstellbaren
Lichtwegauswahleinheit wahlweise jeder der Lichtwege in einem entsprechenden Auswahlzustand
der Lichtwegauswahleinheit als ausgewählter Lichtweg über den
Ausgangslichtwegabschnitt mit dem Lichtausgang oder über einen
vorgegebenen oder ausgewählten
Ausgangslichtwegabschnitt mit einem vorgegebenen oder ausgewählten Lichtausgang
verbindbar ist.
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Nach dem Erfindungsvorschlag erfolgt
die Steuerung der Beleuchtung auf Grundlage von mehreren Lichtwegen,
von denen wenigstens einer eine Lichtkonditionieranordnung aufweist.
Die Lichtkonditionieranordnung kann beispielsweise das in den Lichtweg
einfallende Licht hinsichtlich Zentralwellenlänge oder/und spektrale Bandbreite
oder/und Gesamtphotonenfluss (Intensität) konditionieren. Durch Auswahl
eines Lichtwegs mittels der Lichtwegauswahleinheit wird das entsprechend
konditionierte bzw. unkonditionierte Licht, das aus diesem Lichtweg einfällt, mit
dem Lichtausgang bzw. einem vorgegebenen oder ausgewählten mehrerer
Lichtausgänge verbunden
und damit für
die Beleuchtung bereitgestellt. Eine gesteuerte Änderung des am Ausgang bereitgestellten
Lichts, etwa hinsichtlich wenigstens eines der genannten Parameter
und Eigenschaften, kann durch Umschalten zu einem anderen, dann ausgewählten Lichtweg
erfolgen. Da dieser Lichtweg von vornherein entsprechend konditioniertes,
insbesondere anders konditioniertes Licht bzw. unkonditioniertes
Licht bereitstellt und nur noch mit dem Lichtausgang verbunden werden
muss, sind kurze Steuerzeiten für
die Umsteuerung des Beleuchtungslichts möglich, die sich nämlich nur
als reine Umschaltzeiten für
die Umschaltung zwischen den Lichtwegen darstellen.
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Eine derartige Beleuchtungseinrichtung
ist vielfältig
einsetzbar, etwa zum Beleuchten bei mikroskopgestützten Verfahren,
insbesondere zur Anregung von Fluoreszenzmolekülen in biologischen Untersuchungsobjekten.
Sind zwei oder mehr Ausgänge
vorhanden, sind besonders vielfältige
Anwendungen möglich.
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Betreffend fluoreszenzbasierte Untersuchungsverfahren
wird insbesondere an sich auf biologische Zellen beziehende Untersuchungen
bzw. Messver fahren gedacht. Interessant ist beispielsweise, die
räumliche
Verteilung von für
den Zellmetabolismus einer lebenden Zelle wichtigen Ionen (Magnesium,
Kalium und Chlorid, insbesondere aber Kalzium) zu registrieren.
Es existieren die Zellfunktion nicht beeinträchtigende Farbstoffe (Fluoreszenzindikatoren),
die ihr Fluoreszenzverhalten in Abhängigkeit von den intrazellulären lonenkonzentrationen ändern. Um
unabhängig
von der Konzentration des Farbstoffs in der angefärbten Zelle
und der Zelldicke auf die lonenkonzentration rückschließen zu können, kann man eine Verhältnismessung
durchführen,
bei welcher die Fluoreszenz bei zwei verschiedenen Anregungswellenlängen ermittelt
wird.
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Gedacht wird insbesondere auch an
Anwendungen im Zusammenhang mit der GFP-Methode (Green-Fluorescence-Protein-Methode)
und deren Abarten, die auf der Anregung von biologischen Zellen
selbst produzierten Farbstoffen beruht.
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Von großem Interesse ist auch, während einer
Messung für
kurze Zeit mit UV-Licht anzuregen (beispielsweise bei etwa 360 nm)
und damit die Photolyse einer so genannten "Käfigverbindung" ("Caged Compound") auszulösen. Mittels
derartiger Verbindungen können
mittels der UV-Lichteinwirkung beispielsweise gezielt Ionen (z.
B. Kalzium) oder zellaktive Substanzen (etwa ATP oder zyklische
Nukleotide) freigesetzt werden, beispielsweise um zellinterne Regelprozesse
gezielt und ggf. stoßförmig anzuregen
oder Zellkanäle
zu öffnen.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung
kann vorteilhaft dafür ausgelegt
sein, derartige Messungen und Untersuchungen bzw. Lichtanregungen
durchzuführen.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung
ermöglicht
es, auf einer Beleuchtung basierende Messungen besonders rasch und
flexibel durchzuführen,
z. B. bei mehreren Wellenlängen
und verschiedenen Intensitäten,
ggf. mit einem vorgegebenen, definierten zeitlichen Abstand, ein
Unter suchungsobjekt zu beleuchten, beispielsweise durch Einbringen
des Beleuchtungslichts in ein Mikroskop.
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Bei der Lichtquelle handelt es sich
vorzugsweise um eine breitbandige, kontinuierlich oder gepulst arbeitende
Lichtquelle. Als breitbandige Lichtquelle kann beispielsweise eine
Entladungslampe, beispielsweise eine Xenon-Lampe, vorgesehen sein. Der
von der Lichtquelle emittierte Photonenstrom wird pro Lichtweg über eine
geeignete, dem Fachmann verfügbare
optische Anordnung (beispielsweise Reflektor und Sammeloptik) gesammelt
und als Lichtbündel
in den Lichtweg gesandt, beispielsweise über einen Einzelspalt oder
eine entsprechende Öffnung.
Es kann eine Lichtquelle verwendet werden, die in einen großen Raumwinkel
emittiert. Es ist dann bevorzugt, dass in verschiedene Richtungen
bzw. Raumwinkel gehende Photonenflüsse der Lichtquelle jeweils
gesondert gesammelt werden. In den einzelnen Lichtwegen erfolgt
dann die Lichtkonditionierung entsprechend der gewünschten
Beleuchtung, je nach Anwendung.
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Bevorzugt ist die Lichtwegauswahleinheit
in wenigstens einen Auswahlzustand verstellbar, in dem kein Lichtweg
ausgewählt
ist, so dass keiner der Lichtwege mit dem bzw. mit einem Lichtausgang
verbunden ist. Diese Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung schafft
die Möglichkeit,
definierte Dunkelpausen in der Beleuchtung vorzusehen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Lichtwegauswahleinheit
zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens ein zwischen mehreren
Auswahlstellungen verstellbares optisches Lichtablenkelement aufweist.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass jeder Auswahlzustand
auf Grundlage wenigstens einer Auswahlstellung des Lichtablenkelements
realisierbar ist, indem im jeweiligen Auswahlzustand über den
zugeordneten ausgewählten
Lichtweg einfallendes Licht in den Ausgangslichtwegabschnitt bzw.
in den vorgegebenen oder ausgewählten
Ausgangslichtwegabschnitt umgelenkt wird und über den bzw. einen jeweiligen nicht-ausgewählten Lichtweg
einfallendes Licht nicht in den bzw. in keinen Ausganglichtwegabschnitt
umgelenkt wird.
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Die Lichtwegauswahleinheit kann wenigstens
einen mittels eines Stellglieds schwenkbar oder drehbar angeordneten
Spiegel umfassen. Der Spiegel ist mittels des Stellglieds in verschiedene Schwenk-
oder Drehstellungen verstellbar, die jeweils einen Winkelbereich
bzw. Raumwinkelbereich definieren, über den der Spiegel Photonen
eines jeweils zugeordneten Lichtweg empfängt und definiert in den Ausgangslichtwegabschnitt
bzw. den vorgegebenen oder ausgewählten Ausgangslichtwegabschnitt
umlenkt und damit dem Lichtausgang bzw. dem vorgegebenen oder ausgewählten Lichtausgang
zuführt.
Bevorzugt ist das Stellglied als Galvanometer ausgeführt, um
kurze Schalt- bzw. Steuerzeiten zu ermöglichen.
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Vielfältige Möglichkeiten ergeben sich dann, wenn
die Lichtwegauswahleinheit wenigstens eine mikromechanische Verstellspiegelanordnung
mit einer Vielzahl von mikromechanischen Verstellspiegeln aufweist.
Es wird hierbei an Verstellspiegelanordnungen gedacht, die auf elektrischem
Wege ansteuerbar sind, um die Verstellspiegel oder ausgewählte der
Verstellspiegelzwischen mehreren Auswahlstellungen zu verstellen.
Entsprechende Halbleiter-Chips wurden von der Firma Texas Instruments auf
den Markt gebracht und haben die so genannte DMD/DLP (Digital Light
Processing)-Technik
begründet.
Ein einzelner Halbleiter-Chip weist beispielsweise hunderttausende
mikroskopisch kleine Spiegel auf, die auf elektrischem Wege bewegbar
sind. Mittels einer zugeordneten Steuerelektronik kann von der Spiegelanordnung
reflektiertes Licht für
jeden einzelnen Spiegel (Bildpunkt) entweder in eine Optik oder
ins "Abseits" gelenkt, um – bei herkömmlichen Anwendungen – etwa ein
der Steuerelektronik eingegebenes Bild zu projezieren. Im Rahmen
des hier gemachten Erfindungsvorschlags kann eine mikromechanische
Verstellspiegelanordnung der angesprochenen Art derart verstellt
werden, dass verschiedene Einfallwinkelbereiche, insbesondere Einfallraumwinkelbereiche,
die jeweils einem Lichtweg zugeord net sind, ausgewählt und
dass das hierüber
aus dem Lichtweg einfallende Licht definiert in den Ausgangslichtwegabschnitt
bzw. einen vorgegebenen oder ausgewählten mehrerer Ausgangslichtwegabschnitte
umgelenkt wird. In diesem Zusammenhang kann eine Steuerung der Intensität des weitergeleiteten Lichts
beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Zahl der an der Umlenkung
beteiligten Verstellspiegel gesteuert verändert wird oder diese mit einem
gewählten
Tastverhältnis
zwischen verschiedenen Stellungen umgesteuert werden. Es sei angemerkt,
dass die Verstellspiegel als Schwenkspiegel ausgeführt sein können.
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Wie sich aus den vorangehenden Ausführungen
schon ergibt, kann die Lichtkonditionieranordnung eine optische
Wellenlängenselektionsanordnung
umfassen, mittels der wenigstens eine vorgegebene oder einstellbare
Selektionswellenlänge,
vorzugsweise genau eine vorgegebene oder einstellbare Selektionswellenlänge, mit
einer vorgegebenen oder einstellbaren Selektionsbandbreite für eine Propagation
in Richtung zur Lichtwegauswahleinheit selektierbar ist. Es wird
insbesondere daran gedacht, dass in jedem der Lichtwege eine eine
jeweilige Wellenlängenselektionsanordnung
umfassende Lichtkonditionieranordnung vorgesehen ist, mittels der
in den Lichtwegen unterschiedliche Selektionswellenlängen für eine Propagation
in Richtung zur Lichtwegauswahleinheit selektierbar sind.
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Die (jeweilige) Wellenlängenselektionsanordnung
kann beispielsweise einen geeigneten Lichtfilter oder eine Monochromator-Anordnung
(beispielsweise Czerny-Turner-Gitter-Monochromator) umfassen.
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Ferner kann die (jeweilige) Lichtkonditionieranordnung
eine optische Polarisatoranordnung umfassen, um eine Selektion bezüglich der
Polarisation vorzusehen.
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Ferner kann die Lichtkonditionieranordnung eine
verstellbare optische Intensitätsabschwächungsanordnung
oder Strahlenbündelabschattungs anordnung
umfassen, um eine Ausgangsintensität am (jeweiligen) Lichtausgang
einstellen zu können.
Die Intensitätssteuerung
kann beispielsweise auf Grundlage üblicher Graufilter oder verstellbarer Blenden
erfolgen. Es wird beispielsweise an eine drehbareAbschatteinheit
gedacht, die Bereiche unterschiedlich starker Schwärzung bzw.
Transmission aufweist. Je nach Stellung der Abschatteinheit wird das
durch sie hindurchgehende Lichtbündel
mehr oder weniger stark abgeschattet, so dass am Ausgang eine entsprechend
erhöhte
oder erniedrigte Intensität
bereitgestellt wird. Es kann eine Homogenisierungseinrichtung vorgesehen
sein, um für
eine homogene Beleuchtung trotz partieller Abschattung des jeweiligen
Strahlenbündels
zu sorgen. Eine derartige Homogenisierung kann durch einen nachgeschalteten
Lichtleiter vorgenommen werden, wobei insbesondere an einen gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ohnehin vorgesehenen Lichtleiter gedacht wird,
der das Beleuchtungslicht zu einer zugeordneten optischen Vorrichtung,
etwa Mikroskop, führt. Man
kann die einzelnen Bereiche der Abschatteinheit als diskrete Bereiche
oder als kontinuierlich sich in der Art eines Verlaufsfilters ändernde
Bereiche auslegen. Letzteres ermöglicht
eine kontinuierliche Intersitätssteuerung/regelung.
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Zur Steuerung/Regelung der Intensität des Beleuchtungslichts
sei noch darauf hingewiesen, dass diese auch vermittels der Lichtwegauswahleinheit
erfolgen kann, wie anhand der mikromechanischen Verstellspiegelanordnung
schon erläutert. Auch
bei andersartigen Lichtwegauswahleinheiten, beispielsweise bei einem
schwenkbar oder drehbar angeordneten Spiegel, ist eine entsprechende
Beeinflussung der Intensität
möglich,
beispielsweise indem das aus einem Lichtweg einfallende Licht ganz
oder teilweise auf eine Blende gelenkt wird oder vollständig in
den betreffenden Ausgangslichtwegabschnitt umgelenkt wird.
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Vorteilhaft kann man wenigstens eine
der Lichtwegauswahleinheit zugeordnete Lichtfalle vorsehen, mit
der ein nicht ausgewählter
Lichtweg über die
Lichtwegauswahleinheit verbindbar ist. Hierdurch kann für den "ausge schalteten Zustand" der Beleuchtungsvorrichtung
eine sehr niedrige Hintergrundintensität erreicht werden, was beispielsweise
für fluoreszenzmikroskopische
Anwendungen wichtig ist. Eine andere Möglichkeit ist, einen schnellen
optischen Verschluss (allgemein eine optische Verschlussanordnung)
in wenigstens einem der Lichtwege oder Lichtwegabschnitte vorzusehen.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass genau ein Lichtausgang vorgesehen
ist, mit dem mittels der Lichtwegauswahleinheit vorzugsweise genau
ein ausgewählter
der Lichtwege verbindbar ist.
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Vielfältige Möglichkeiten beispielsweise
im Zusammenhang mit fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen ergeben
sich dann, wenn wenigstens zwei Lichtausgänge vorgesehen sind. Hierzu wird
speziell vorgeschlagen, dass mittels der Lichtwegauswahleinheit
oder mittels wenigstens zwei gesonderten Lichtwegauswahleinheiten
gleichzeitig wenigstens zwei ausgewählte Lichtwege mit einem jeweiligen
der Lichtausgänge
verbindbar sind.
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Man kann vorsehen, dass wenigstens
zwei Lichtwegauswahleinheiten in einander zugeordnete Auswahlzustände verstellbar
sind, derart, dass ein ausgewählter
der Lichtwege über
diese Lichtwegauswahleinheiten mit dem Lichtausgang bzw. einem vorgegebenen
oder ausgewählten
Lichtausgang verbunden ist.
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Besonders bevorzugt sind mehr als
zwei, beispielsweise wenigstens drei Lichtwege vorgesehen, beispielsweise
um mehr als zwei (vorzugsweise wenigstens drei) unterschiedliche
Beleuchtungswellenlängen
für die
Auswahl bereitzuhalten.
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Zur Definition der Lichtwege können verschiedenartigste
optische Komponenten, insbesondere reflektive Komponenten oder/und
refraktive Kom ponenten oder/und defraktive Komponenten, verwendet
werden. Es wird insbesondere an Spiegel oder/und Linsen oder/und
Blenden gedacht. Man kann durchaus in Erwägung ziehen, die Lichtwege zwischen
der Lichtquelle und der Lichtwegauswahleinheit zumindest teilweise
durch Lichtleiter (etwa Glasfasern oder Glasfaserbündel) zu
bilden. Demgegenüber
ist es aber bevorzugt, dass die Lichtwege zumindest zwischen der
Lichtquelle und der Lichtwegauswahleinheit als nicht an ein den
Lichtweg definierendes Medium gebundene Freistrahlungs-Lichtwege
ausgeführt
sind.
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Für
eine einfache Handhabung und einen einfachen Anschluss der Beleuchtungsvorrichtung an
einer zugeordneten optischen Vorrichtung ist es generell bevorzugt,
dass der Lichtausgang bzw. die Lichtausgänge auf Grundlage eines (jeweiligen) Lichtleiters
gebildet sind.
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Die Beleuchtungsvorrichtung weist
bevorzugt eine die wenigstens eine Lichtwegauswahleinheit und gewünschtenfalls
die Lichtkonditionieranordnung oder Lichtkonditionieranordnungen
ansteuernde Steuereinheit auf.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit dafür ausgelegt,
definierte Verstellzeiten für
die Verstellung der Lichtauswahleinheit zwischen ihren Auswahlzuständen vorzusehen.
Beispielsweise wird daran gedacht, dass ein Wechsel von einem Lichtweg
zum anderen in etwa 0,1 bis 2 ms oder sogar noch schneller durchgeführt wird
bzw. werden kann. Derartige Umschaltzeiten lassen sich ohne weiteres
auf Grundlage etwa eines Galvometers als Stellglied bzw. auf Grundlage der
mikromechanischen Verstellspiegelanordnung realisieren. Die Beleuchtungsvorrichtung
wird damit beispielsweise für
Anwendungen in der biologischen Mikroskopie tauglich, bei der mehrere
verschiedenen Wellenlängen,
beispielsweise zwei verschiedene Wellenlängen, zeitlich sehr kurz nacheinander
(in wenigen ms) in ein Mikroskop einzukoppeln sind. Im Falle des
mittels eines Galvanometers schwenkbaren bzw. drehbaren Spiegels
wird man in diesem Zusammenhang die zugeordnete Optik so auslegen, dass
der Spiegel vergleichsweise klein ausgeführt werden kann und dementsprechend
nur ein kleines Trägheitsmoment
zu überwinden
ist mit entsprechend kurzen Verstellzeiten.
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Messungen bzw. Untersuchungen hoher Komplexität lassen
sich zuverlässig
und wiederholbar dann durchführen,
wenn die Steuereinheit dafür ausgelegt
ist, die Lichtauswahleinheit nach wenigstens einem vorgegebenen
oder vorgebbaren Auswahlprogramm zwischen ihren Auswahlzuständen zu verstellen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine
optische Objektuntersuchungseinrichtung, umfassend einen Objektbereich,
in dem ein zu untersuchendes Objekt plazierbar ist, einen Beobachtungsstrahlengang,
der vom Objektbereich zu einem Bildbereich führt, und wenigstens einen sich
an einen Lichteingang anschließenden
Beleuchtungsstrahlengang, über
den der Objektbereich beleuchtbar ist. Für diese Objektuntersuchungseinrichtung
wird vorgeschlagen, dass sie eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung wie
vorangehend beschrieben aufweist, die mit einem Lichtausgang am
Lichteingang angeschlossen oder anschließbar ist.
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Wenn hier einerseits ein Lichteingang
der Objektuntersuchtungseinrichtung und andererseits ein Lichtausgang
der Beleuchtungsvorrichtung angesprochen ist, so ist es nicht zwingend,
dass eindeutig ein Eingang und ein Ausgang identifizierbar sind.
Es kann sich um eine sowohl als Eingang als auch als Ausgang identifizierbare "Übergabestelle" (beispielsweise
Spalt oder Öffnung)
oder um ein jeweiliges Ende eines Verbindungslichtleiters handeln.
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Die Objektuntersuchungseinrichtung
kann wenigstens einen Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang, vorzugsweise
wenigstens zwei Auflicht-Beleuchtungsstrahlengänge aufweisen. Der bzw. der
jeweilige Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang kann zumindest teilweise
mit dem Beobachtungsstrah lengang zusammenfallen. Ferner kann die
Objektuntersuchungseinrichtung wenigstens einen Durchlicht-Beleuchtungsstrahlengang
aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der
Objektuntersuchungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie
wenigstens zwei, vorzugweise wenigsten drei Beleuchtungsstrahlengänge aufweist,
die alternativ oder – vorzugsweise – gleichzeitig
mit Beleuchtungslicht von der Beleuchtungsvorrichtung versorgbar
sind.
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Die Objektuntersuchtungseinrichtung
kann ein Mikroskop umfassen, dass den Objektbereich, den Beobachtungsstrahlengang
und den wenigstens einen Beleuchtungsstrahlengang umfasst. Eine
weitere Möglichkeit
ist, dass die Objektuntersuchungseinrichtung eine Fluoreszenz-Messvorrichtung
umfasst, die den Objektbereich, den Beobachtungsstrahlengang und
den wenigstens einen Beleuchtungsstrahlengang, sowie ggf. das angesprochene Mikroskop
umfasst. Die Objektuntersuchungseinrichtung kann insgesamt als Fluoreszenz-Messvorrichtung
bzw. als Mikroskop identifizierbar sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, die
zwei mittels einer Lichtwegauswahleinheit auswählbare Lichtwege, in denen
jeweils eine Lichtkonditionieranordnung angeordnet ist, und einen
Lichtausgang aufweist.
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2 zeigt
eine in der Konfiguration im Wesentlichen dem Beispiel der 1 entsprechende Beleuchtungsvorrichtung
in Kombination mit einem Mikroskop, wobei die Beleuchtungsvorrichtung
und das Mikroskop als Beispiel einer erfindungsgemäßen optischen
Objektuntersuchtungseinrichtung identifizierbar sind.
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3 zeigt
ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
die drei Lichtwege und einen Lichtausgang ausweist, wobei mittels
einer Lichtwegauswahleinheit wahlweise ein jeder der Lichtwege mit
dem Lichtausgang verbindbar ist.
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4 zeigt
ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
mit zwei Lichtwegen und zwei Lichtausgängen, wobei wahlweise ein jeder
der Lichtwege mit einem ausgewählten
der Lichtausgänge
verbindbar ist, zu einem Zeitpunkt aber nur ein Lichtausgang als
ausgewählter
Lichtausgang Licht aus einem der Lichtwege empfangen kann.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
mit drei Lichtwegen und zwei Lichtausgängen, bei der auf Grundlage
von zwei Lichtwegauswahleinheiten gleichzeitig alle beide Lichtausgänge Licht
von einem jeweils zugeordneten (ausgewählten) der Lichtwege empfangen
können.
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6 zeigt
eine als Lichtkonditionieranordnung oder Teil einer Lichtkonditionieranordnung
einsetzbare Strahlenbündelabschattungsanordnung
auf Grundlage eines drehbaren Abschattungsrads.
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7 zeigt
eine optische Fluoreszenzmikroskopieanordnung mit zwei Auflicht-Beleuchtungsstrahlengängen und
einem Durchlicht-Beleuchtungsstrahlengang, denen von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
Beleuchtungslicht zuführbar
ist. Die Beleuchtungsvorrichtung und die Fluoreszenzmikroskopieanordnung
können
in Kombination als Beispiel einer erfindungsgemäßen Objektuntersuchtungseinrichtung
aufgefasst werden.
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8 zeigt
eine Abwandlung der Fluoreszenzmikroskopieanordnung der 7, bei der in einer Zwischenbildebene
des einen Auflicht-Be leuchtungsstrahlengangs Blenden oder/und Masken
angeordnet werden können,
um definierte Teilbereiche eines Objektbereichs beleuchten zu können.
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1 zeigt
ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 10,
die zwei von einer gemeinsamen Lichtquelle 12 ausgehende
Lichtwege 14-1 und 14-2 aufweist. Zur Definition
der Lichtwege dient eine jeweilige Linsenanordnung 16-1 bzw. 16-2 (jeweils
umfassend wenigstens eine Linse) und zwei Umlenkspiegel 18-1, 20-1 bzw. 18-2, 20-2.
Beim Ausführungsbeispiel
sind die Umlenkspiegel in Bezug auf die Lampe 12 und in
Bezug aufeinander derart angeordnet, dass die Umlenkspiegel jeweils
eine Umlenkung um etwa 90° vorsehen
und die Lichtwege 14-1 und 14-2 bereichsweise zueinander
im Wesentlichen parallel sind. Eine derartige Anordnung ist aber
nicht zwingend.
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In den beiden Lichtwegen 14-1 und 14-2, vorliegend
speziell in einem jeweiligen, zwischen den Umlenkspiegeln 18-1 und 20-1 bzw.
18-2 und 20-2 sich erstreckenden Lichtwegabschnitt, ist jeweils eine
Lichtkonditionieranordnung 22-1 bzw. 22-2 enthalten,
die das von der Lampe bzw. Lichtquelle 12 her einfallende
Licht im Hinblick auf wenigstens einen Parameter bzw. eine Lichteigenschaft
konditioniert, beispielsweise eine Wellenlängenselektion vornimmt. Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
erfolgt eine Wellenlängenselektion,
und die dementsprechend als Wellenlängenselektionsanordnung ausgeführte bzw.
eine Wellenlängenselektionsanordnung umfassende
Lichtkonditionieranordnung 22-1 lässt Licht bei einer Zentralwellenlänge λ1 mit
einer Durchlassbandbreite Δλ1 durch.
Entsprechendes gilt für
die als Wellenlängenselektionsanordnung
ausgebildet bzw. eine Wellenlängenselektionsanordnung
umfassende Lichtkonditionieranordnung 22-2, die Licht bei einer
Zentralwellenlänge λ2 mit
einer Durchlassbandbreite von Δλ2 durchlässt. Die
Zentralwellenlängen λ1 und λ2 können vergleichsweise
weit auseinander liegen oder auch vergleichsweise dicht beieinander
liegen, beispielsweise nur 20 nm auseinander sein. Man kann die
Wellenlängenselektionsanordnungen dafür ausbilden,
dass das durchgelassene Licht sehr schmalbändig ist, beispielsweise um
gezielt spezielle atomare oder molekulare Übergänge anzuregen.
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Als Lichtquelle kann beispielsweise
eine breitbandige Entladungslampe, beispielsweise Xenon-Lampe, verwendet
werden.
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Die Lichtkonditionieranordnungen
können vorteilhaft
noch weitere Lichtbeeinflussungs- bzw. Konditionierungselemente
enthalten, beispielsweise Polarisatoren zur Bereitstellung von polarisiertem Licht,
Graufilter oder allgemein Intensitätsabschwächer oder Strahlenbündelabschatter
zur Steuerung der durchgelassenen Photonenmenge und damit der Intensität. In Betracht
kommt beispielsweise die Verwendung einer Strahlenbündelabschattungsanordnung
entsprechend dem Beispiel der 6.
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Die Wellenlängenselektionsanordnungen können beispielsweise
von einem geeigneten Spektralfilter oder einer Monochromator-Anordnung
gebildet sein. Bevorzugt ist, dass die selektierte Wellenlänge und
Idealerweise auch noch die Durchlassbandbreite einstellbar ist.
Verwendung kann beispielsweise ein Czerny-Turner-Gitter-Monochromatorals
Wellenlängenselektionsanordnung
finden.
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Durch die Umlenkspiegel 20-1 und 20-2 wird das
aus der jeweiligen Lichtkonditionieranordnung 22-1 bzw.
22-2 austretende Licht in Richtung zu einer Lichtwegauswahleinheit 24 gerichtet,
die beim Ausführungsbeispiel
der 1 von einem drehbar
gelagerten Spiegel 26 und einer zugehörigen Stellglied 28 gebildet
ist und mittels einer zugehörigen
Steuerelektronik ansteuerbar ist. Das Stellglied 28 ist
bevorzugt als Galvanometer ausgeführt, um den Spiegel mit kurzen
Stellzeiten zwischen verschiedenen Auswahl-Drehstellungen verstellen
zu können.
Der Spiegel 26 und die gesamte übrige Optik der Beleuchtungsvorrichtung
sind hierzu bevorzugt derart in Bezug aufeinander ausgeführt, dass
ein Spiegel mit vergleichsweise gerin ger Reflektionsfläche und
dementsprechend geringer Trägheitsmasse
verwendbar ist. Eine andere Möglichkeit
ist die Verwendung eines Linearaktuators, der beispielsweise über ein
Getriebe auf einen Drehspiegel oder auf eine linear verschiebbare
Spiegelanordnung wirkt.
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In einer in 1 gezeigten Auswahlstellung lenkt der
Umlenkspiegel 26 der Lichtwegauswahleinheit 24 das
von dem Umlenkspiegel 20-1 her einfallende Licht etwa um
90° um in
Richtung zu einer Blende 30 und einer hinter der Blende
angeordnete Einkoppeloptik 32, die das in die Einkoppeloptik 32 einfallende
Licht mit möglichst
großem
Wirkungsgrad in einen den einzigen Lichtausgang der Beleuchtungsvorrichtung
bildenden Leuchtleiter 34, z. B. eine Glasfaser, einkoppelt.
Entsprechend führt
die Glasfaser 34 (oder allgemein ein Lichtleiter oder ein
Lichtleiterbündel 34)
Licht mit der Mittelwellenlänge λ1 und der
spektralen Bandbreite Δλ1.
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In einer weiteren Auswahlstellung,
etwa entsprechend einer Drehung des Spiegels 26 um 90° gegenüber der
Darstellung in 1, lenkt
dieser das vom Umlenkspiegel 20-2 her einfallende Licht
mit der Wellenlänge λ2 und
der Bandbreite Δλ2 in
Richtung zur Blende 30 und der Einkoppeloptik 32 hin
um, um dieses Licht in den Lichtleiter 34 einzukoppeln.
In den beiden jeweils einer Auswahl des Lichtwegs 14-1 bzw. 14-2 entsprechenden
Auswahlstellungen fällt das
aus dem jeweils anderen Lichtweg her einstrahlende Licht auf eine
vorzugsweise als Lichtfalle ausgeführte Spiegelrückseite
des Galvanometerspiegels 26. In wenigstens einer weiteren
Auswahl-Drehstellung des Galvanometerspiegels 26 fällt das
aus dem einen Lichtweg auf den Spiegel einfallende Licht auf oder
in eine Lichtfalle 36 und das aus dem anderen Lichtweg
einfallende Licht auf die nichtreflektierende, vorzugsweise lichtabsorbierend
bzw. als Lichtfalle aufgeführte
Rückseite
des Galvanometerspiegels 26. In dieser Auswahlstellung
des Galvanometerspiegels 26 wird kein Beleuchtungslicht
in die Glasfaser 34 eingekoppelt, und die Lichtfallen gewährleisten
eine geringe Hintergrundintensität
in diesem Zustand. Entsprechende Wirkungen lassen sich auch mittels wenigstens
einer Verschlussanordnung an geeigneter Stelle in der Beleuchtungsvorrichtung 10 erreichen,
die im Hinblick auf gewünschte
Schaltzeiten entsprechend schnell betätigbar sein sollte.
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Die Lichtwegauswahleinheit kann auch
auf Grundlage anderer dem Fachmann verfügbarer Komponenten aufgebaut
sein. Es wird beispielsweise ein Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme
gedacht, die eine auf elektrischem Wege verstellbare Verstellspiegelanordnung
aufweisen (vgl. DMD/DLP-Technologie).
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Es soll angemerkt werden, dass die
Lichtwegauswahleinheit unabhängig
von ihrem Aufbau auch zur Intensitätssteuerung des über den
Lichtleiter 34 bereitgestellten Lichts eingesetzt werden
kann, indem das jeweilige Lichtbündel
teilweise, mit einem gesteuerten Anteil, auf die Blende 30 umgelenkt
wird, so dass dementsprechend weniger Photonen pro Zeiteinheit in
den Lichtleiter 34 eintreten. Inhomogenitäten des
am anderen Ende aus dem Lichtleiter austretenden Lichts sind nicht
zu befürchten,
da der Lichtleiter für
eine Homogenisierung sorgt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
kann über
die beiden Lichtwege Licht mit für
den einzelnen Lichtweg vorgewählten Parametern
in einer gewählten
Zeitabfolge der Einkoppeloptik 32 und damit über den
Lichtleiter 34 einer angeschlossenen optischen Vorrichtung
zur Verfügung
gestellt werden. Es sollte ein sehr schneller Wechsel von einem
Lichtweg zum anderen möglich sein,
beispielsweise innerhalb von 0,2 bis 2 ms, um beispielsweise für biologische
Anwendungen, insbesondere biologische Mikroskopie, verschiedene
Wellenlängen
zeitlich sehr kurz nacheinander (in wenigen ms aufeinander folgend)
in eine entsprechende optische Einrichtung, insbesondere Mikroskop,
einzukoppeln.
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Die Lichtwege sind abgesehen von
dem Ausgangs-Lichtleiter 34 als "Freistrahlungs-Lichtwege" ausgeführt, also
nicht von Lichtleitern gebildet. Dies ermöglicht, das von der Lichtquelle 12 emittierte
Licht über
große
Raumwinkelbereiche für
die beiden Lichtwege zu sammeln, und vermeidet Einkoppelverluste in
den Lichtleiter.
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2 zeigt
schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 10 mit zwei Lichtwegen,
die in ihrer Konfiguration im Wesentlichen dem Beispiel der 1 entsprechen kann. Von
der Lichtquelle 12 gehen die beiden Lichtwege 14-1 und 14-2 aus, die
durch die ggf. als "Lichtselektor" ausgeführten Lichtkonditionieranordnungen 22-1 bzw. 22-2 führen. Eine
nur durch einen Kreis dargestellte Lichtwegauswahleinheit 24 wählt einen
ausgewählten
der beiden Lichtwege zur Verbindung mit dem als Lichtausgang dienenden
Ausgangsleiter 34 aus, der entsprechendes Licht einer optischen
Vorrichtung, vorliegend einem Mikroskop 40, zuführt.
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In 2 sind
schematisch noch den mit ihrer jeweiligen optischen Achse unter
einem kleineren Winkel als 90° gegenüber einer
Bezugsachse B von der Lichtquelle 12 ausgehenden Lichtwegen 14-1 und 14-2 zugeordnete
Reflektoren 17-1 und 17-2 eingezeichnet, die in
einen jeweiligen Raumwinkelbereich fallendes Licht der Lichtquelle 12,
der zum Einfall-Raumwinkelbereich des jeweiligen Lichtwegs entgegengesetzt
ist, in den betreffenden Einfall-Raumwinkelbereich reflektieren,
um pro Lichtweg über
einen entsprechend vergrößerten Raumwinkel das
von der Lichtquelle 12 ausgehende Licht zu sammeln.
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Im Folgenden werden anhand der 3 bis 5 weitere Ausführungsbeispiele von vorteilhaften
Beleuchtungsvorrichtungen erläutert,
wobei für
analoge oder einander entsprechende Komponenten identische Bezugszeichen
verwendet werden, die sich ggf. nur durch eine nach einem Bindestrich
angehängte Zählzahl von
den bisher verwendeten Bezugzeichen unterscheiden.
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3 zeigt
eine vorteilhafte Ausführungsform
mit drei Lichtwegen 14-1, 14-2 und 14-3,
die jeweils durch eine Lichtkonditionieranordnung 22-1 bzw. 22-2 bzw. 22–3 führen. Mittels
der Lichtwegauswahleinheit 24 ist jeder der Lichtwege für eine Einkopplung
des einfallenden Lichts in den Lichtleiter 34 auswählbar. Zu
einer Zeit kann nur ein Lichtweg hierfür ausgewählt sein.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 unterscheidet sich vom
Ausführungsbeispiel
der 3 dadurch, dass
zwei jeweils als Lichtausgang dienende Lichtleiter 34-1 und 34-2 vorgesehen
sind, denen jeweils eine Einkoppeloptik 32-1 bzw. 32-2 und
eine davor angeordnete Blende 30-1 bzw. 30-2 zugeordnet
ist. Beide Lichtausgänge 34-1 und 34-2 können mit
Licht aus einem jeden der Lichtwege 14-1, 14-2 und 14-3 versorgt
werden, indem die Lichtwegauswahleinheit 24 in entsprechende
Auswahlstellungen oder – allgemeiner – Auswahlzustände verstellt
wird. Es kann zu einem Zeitpunkt nur jeweils einer der Lichtausgänge mit
Beleuchtungslicht versorgt werden.
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5 zeigt
eine vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung, die ebenfalls drei Lichtwege 14-1, 14-2 und 14-3 mit
einer jeweiligen Lichtkonditionieranordnung 22-1, 22-2 bzw.
22-3 aufweist. Wie die Beleuchtungsvorrichtung der 4 weist die Beleuchtungsvorrichtung der 5 zwei jeweils als Lichtausgang dienende
Lichtleiter 34-1 und 34-2 mit zugeordneten Komponenten 30-1, 30-2, 32-1 und 32-2 auf,
die mittels zwei Lichtwegauswahleinheiten 24 und 25 gleichzeitig
mit Licht aus einem jeweiligen Lichtweg bedient werden können. Gemäß der in 5 schematisch gezeigten
Konfiguration kann der Ausgang 34-1 mit Licht aus dem Lichtweg 14-1 oder 14-2 versorgt
werden, während
gleichzeitig der Ausgang 34-2 mit Licht aus dem Lichtweg 14-3 versorgt
wird. Ferner kann die Lichtwegauswahleinheit 24 in einen
ersten und einen zweiten Zustand verstellt werden, indem sie das
aus dem Lichtweg 14-1 (erster Zustand) oder das aus dem
Lichtweg 14-2 (zweiter Zustand) einfallende Licht in Richtung
zur Lichtwegauswahleinheit 25 hin umlenkt, die in einem
entsprechenden Auswahl zustand das auf sie einstrahlende Licht über die
Einkoppeloptik 32-2 in den Ausgangsleiter 34-2 einkoppelt.
Umgekehrt ist es möglich,
den Lichtweg 14-3 über
die Lichtwegauswahleinheit 25 und die Lichtwegauswahleinheit 24 mit
dem Ausgangslichtleiter 34-1 zu verbinden. In den drei
zuletzt erläuterten
Zuständen
der Beleuchtungsvorrichtung wird jeweils nur einer der Ausgangslichtleiter
mit Licht aus dem betreffenden Lichtweg versorgt.
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Es wurde hier eine Auslegung der
Lichtwegauswahleinheit bzw. Lichtwegauswahleinheiten vorausgesetzt,
nach der zu einem Zeitpunkt ein ausgewählter Lichtweg nur mit einem
bestimmten bzw. ausgewählten
der Lichtausgänge
verbunden werden kann und nach der ein Lichtausgang zu einem Zeitpunkt
Licht nur aus einem Lichtweg empfangen kann. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn die Lichtwegauswahleinheit zum Umlenken einen
verstellbaren Galvanometerspiegel oder dergleichen aufweist. Es
ist dann nur eine alternierende Versorgung von zwei oder mehr Lichtausgängen mit
dem Licht aus einem ausgewählten
Lichtweg bzw. eine alternierende Versorgung eines Lichtausgangs
mit Licht aus mehr als einem Lichtweg denkbar.
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Es sind durchaus aber Auslegungen
der Lichtwegauswahleinheit bzw. Lichtwegauswahleinheiten möglich, bei
denen ein Teil des aus einem ausgewählten Lichtweg einstrahlenden
Lichts in einen ersten Lichtausgang und ein anderer Teil des aus
diesem Lichtweg einstrahlenden Lichts in wenigstens einen weiteren
Lichtausgang eingekoppelt wird. Ferner ist es durchaus vorstellbar,
dass ein Lichtausgang gleichzeitig Licht aus mehreren Lichtwegen
empfängt.
Es ist beispielsweise im Falle der angesprochenen mikromechanischen
Spiegelanordnungen möglich,
eine Teilmenge der mikroskopischen Verstellspiegel in eine erste,
das Licht eines Lichtwegs in einen ersten Ausgang einkoppelnde Auswahlstellung und
wenigstens eine weitere Teilmenge der mikromechanischen Spiegel
in eine weitere, das Licht des gleichen Lichtwegs in einen anderen
Ausgang einkoppelnde Auswahlstellung zu verstellen. Ferner könnte mittels
entsprechender Teil mengen Licht aus mehreren Lichtwegen einem gemeinsam
zugeordneten Lichtausgang zugeführt
werden.
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6 zeigt
eine als Drehscheibe ausgeführte
Abschatteinheit 50, die vorteilhaft in einem Lichtweg als
Lichtkonditionieranordnung oder Teil einer Lichtkonditionieranordnung
einsetzbar ist. Die Drehscheibe 50 weist eine Mehrzahl
von Feldern 52-1 und 52-2 auf, die durch Drehen
der Scheibe in ein durch einen Kreis 54 repräsentiertes
Lichtbündel
des jeweiligen Lichtwegs verstellbar sind, um durch opake oder lichtundurchlässige Bereiche 56 das
Strahlenbündel
mehr oder weniger stark partiell abzuschatten. Im Falle einer Ausbildung
der Beleuchtungsvorrichtung mit wenigstens einem Ausgangs-Lichtleiter wird
für die
notwendige Homogenität
der Beleuchtung in der angeschlossenen optischen Vorrichtung durch
den jeweiligen Lichtleiter gesorgt. Je nach Stellung der Scheibe 50 wird
die bereitgestellte Intensität entsprechend
der erfolgten Abschattung reduziert. Man kann die einzelnen Bereiche
der Abschatteinheit diskret (wie in 6 dargestellt)
oder in der Art eines Verlaufsfilters auslegen. Letzteres ermöglicht eine kontinuierliche
Intensitätssteuerung.
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Es soll darauf hingewiesen werden,
dass man die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung durchaus
auch mit mehr als zwei Lichtausgängen, ggf.
Ausgangslichtleitern, ausführen
kann.
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Eine vorteilhafte Anwendung für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung
soll im Folgenden anhand von
7 erläutert werden.
Gezeigt ist eine Mikroskopanordnung
60, die beispielsweise für fluoreszenzmikroskopische
Anwendungen vorgesehen ist. Es wird beispielsweise an Anwendungen gedacht,
wie sie in den Patentschriften
DE 41 15 401 C2 und
DE 42 28 366 C2 angesprochen
sind.
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Die Mikroskopanordnung 60 weist
einen Beobachtungsstrahlengang 62 auf, der eine Objektebene 64 in
eine Bildebene 66 abbildet. Die Abbildung erfolgt mittels
einer wenigstens zwei Linsen oder Objektive 68 und 70 aufweisenden
Abbildungsanordnung, wie im Stand der Technik an sich bekannt. Für Messungen
bzw. Untersuchungen kann in der Objektebene 64 ein Objekt
bzw. Objektträger
mit einem Objekt 72 angeordnet sein. In der Bildebene 66 kann eine
Detektoranordnung, beispielsweise ein einzelner Detektor (etwa Halbleiterdetektor)
oder – für zweidimensionale
Auflösung – ein Detektorfeld,
(etwa CCD-Chip) angeordnet sein. Ein entsprechender Detektor ist
in 7 mit 74 bezeichnet.
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Die Mikroskopanordnung der 7 weist zwei Auflicht-Beleuchtungsstrahlengänge 80 und 82 auf,
die über
einen jeweiligen Lichtleiter 84 bzw. 86 mit Beleuchtungslicht
aus einer zugeordneten Beleuchtungsvorrichtung versorgt werden können. Bei den
Lichtleitern 84 und 86 kann es sich beispielsweise
um den Lichtleiter 34-1 und den Lichtleiter 34-2 der
Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4 oder 5 handeln. Eine andere Möglichkeit
ist, dass entweder der Lichtleiter 84 oder der Lichtleiter 86 den Ausgangslichtleiter 34 gemäß den Beispielen
der 1 bis 3 repräsentiert. Das aus dem jeweiligen Lichtleiter
austretende Licht wird mittels einer geeigneten Abbildungsoptik
(durch eine Linse 88 bzw. 90 repräsentiert) in den jeweiligen
Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelt, beispielsweise derart, dass eine
so genannte "kritische
Beleuchtung" erreicht wird,
bei der das benötigte
Gesichtsfeld gleichmäßig mit
Licht aus dem jeweiligen Lichtleiter ausgeleuchtet wird. Hierzu
wird das Austrittsende des jeweiligen Lichtleiters in die Objektebene 34 abgebildet.
Es können
auch andere Beleuchtungsarten, z. B. die so genannte Köhlersche
Beleuchtung, realisiert sein.
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Das Vorsehen der beiden bzw. wenigstens zwei
Auflicht-Beleuchtungsstrahlengänge
ermöglicht,
das Objekt 72 gleichzeitig mit Licht zweier verschiedener
Wellenlängen
zu beleuchten. Beispielsweise kann mittels des Strahlengangs 80 das
benötigte
Gesichtsfeld gleichmäßig in Auflicht
ausgeleuchtet werden (etwa die angesprochene "kritische Beleuchtung"). Über den
Strahlengang 82 kann zusätzlich Licht einer anderen
Wellenlänge
in die Objektebene eingestrahlt werden, beispielsweise um im Objekt
so genannte "Käfigverbindungen" zu aktivieren, so
dass diese im "Käfig" bereitgehaltene
Stoffe freisetzen, die beispielsweise Kanäle von biologischen Zellen
im Sinne eines Öffnens
schalten. Derartige Käfigverbindungen
können
durch Einstrahlung von UV-Licht gezielt aktiviert werden. Das zur
Freisetzung der wirksamen Stoffe benötigte UV-Licht kann gemäß dem hier
angesprochenen Beispiel über den
Strahlengang 82 in die Objektebene 64 eingestrahlt
werden, wobei es durchaus sinnvoll sein kann, ebenfalls eine "kritische Beleuchtung" der Objektebene
mit dem UV-Licht vorzusehen.
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8 zeigt
eine Ausführungsvariante,
bei der im Beleuchtungsstrahlengang 82 eine Zwischenbildebene 92 vorgesehen
ist, in der Masken oder Muster angeordnet werden können, um
gezielt bestimmte Bereiche des Objekts 72 zur Aktivierung
von Käfigverbindungen
mit UV-Licht beleuchten zu können.
Zur gezielten Beleuchtung von bestimmten Bereichen kann ferner auch
eine verstellbare Blende 94 im Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang 82,
genauer in der Zwischenbildebene 92 oder in enger Nachbarschaft
hierzu, vorgesehen sein. Die Zwischenbildebene 92 wird
durch eine Abbildungsanordnung 90-1 und 90-2 gebildet,
die in 8 durch zwei
Linsen repräsentiert
ist.
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Ein durch eine Maske oder ein Muster
in der Zwischenbildebene 92 definiertes Bild kann relativ zum
Seefeld fest eingestellt sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
das Untersuchungsobjekt 72 etwa mit einem Mikroskoptisch
relativ zum Strahlengang verstellbar ist. Eine andere Möglichkeit
ist, dass die jeweilige Maske bzw. das jeweilige Muster in der Zwischenbildebene 92 verstellbar
ist oder dass das Abbild dieser Maske in der Objektebene auf optischem
Wege (etwa mittels einer Ablenkoptik) verstellbar ist.
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Man kann eine Anpassung einer jeweiligen Maske
an das jeweilige Untersuchungsobjekt vorsehen, beispielsweise auf
Grundlage einer Überblicks aufnahme
des Objekts, etwa um in einer zu untersuchenden Zelle eine Region
zu definieren, in der die Zelle mit den freigesetzten Käfigverbindungen
behandelt werden soll. Infolge der Freisetzung der Käfigverbindungen
kommt es zu Veränderungen
im Objekt, die sich im Wege der Erfassung des von dem Objekt ausgehenden
Fluoreszenzlichts direkt oder indirekt beobachten lassen. Vorteilhaft
kann mittels eines Detektorfelds 74 ein entsprechend zweidimensionales
Bild auf einem Bildschirm dargestellt werden.
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Die hier angesprochenen messtechnischen Anwendungen
sind nur als Beispiele zu verstehen. Es können auch andere Untersuchungen,
z. B. FRAP-Experimente, durchgeführt
werden.
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Nachzutragen zu den Mikroskopanordnungen
gemäß 7 und 8 ist noch, dass die beiden Auflicht-Strahlengänge 80 und 82 teilweise
mit dem Beobachtungsstrahlengang 62 zusammenfallen. Hierzu
sind zwei dichroitische Spiegel 96 und 98 vorgesehen,
die die Beleuchtungswellenlängen
des aus dem Lichtleiter 84 bzw. 86 eingestrahlten Lichts
in den Beobachtungsstrahlengang. 62 einspiegeln, aber vom Objekt 72 ausgehendes
Fluoreszenzlicht in Richtung zur Bildebene 66 durchlassen.
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In 7 ist
gestrichelt zusätzlich
noch die Möglichkeit
aufgezeigt, dass mehrere Auflicht-Beleuchtungsstrahlengänge, nämlich die
Auflicht-Beleuchtungsstrahlengänge 80 und 82', vor Einspiegelung
in den Beobachtungsstrahlengang 62 mittels eines dichroitischen
Spiegels 98' zusammengeführt und
dann gemeinsam durch den dichroitischen Spiegel 96 in den
Beobachtungsstrahlengang 63 eingespiegelt werden können. Der
Auflicht-Strahlengang 82' (mit
zugeordnetem Lichtleiter 86' und
zugeordneter Abbildungsoptik 90') kann insoweit den Auflicht-Strahlengang 82 ersetzen
oder zusätzlich
zu diesem vorgesehen sein.
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Die Mikroskopanordnungen 60 der 7 und 8 weisen zusätzlich noch jeweils einen Durchlicht-Strahlengang 100 auf,
der mittels eines Lichtleiters 102 mit Beleuchtungslicht
aus einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
versorgt werden kann. Der Lichtleiter 102 kann beispielsweise
einem der Ausgangs-Lichtleiter 34 bzw. 34-1 oder 34-2 der Ausführungsbeispiele
der 1 bis 5 entsprechen. Es kann sich
ferner auch um einen Lichtleiter handeln, der einem gegenüber diesen
Ausführungsbeispielen
zusätzlichen
dritten Ausgangs-Lichtleiter entspricht.
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Die Durchlicht-Beleuchtung des Objekts 72 kann
beispielsweise derart erfolgen, dass mittels einer entsprechenden
Optik 104 das Ausgangsende des Lichtleiters 102 in
die Objektebene 64 abgebildet wird. Es sind auch andere
im Fachgebiet bekannte Beleuchtungsarten geeignet.
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Es wird beispielsweise gedacht, den
Durchlicht-Beleuchtungsstrahlengang 100 in Kombination mit
dem Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang 80 zu verwenden,
um bei einer Untersuchung, insbesondere beispielsweise speziell
für eine
Bildaufnahme, zwischen einer Beleuchtung "Auflicht-Fluoreszenz" und einem "Durchlicht-Kontrastverfahren" umschalten zu können.