WO2018202502A1 - Optische anordnung für ein konfokalmikroskop, konfokalmikroskop und verfahren zum betreiben eines konfokalmikroskops - Google Patents

Optische anordnung für ein konfokalmikroskop, konfokalmikroskop und verfahren zum betreiben eines konfokalmikroskops Download PDF

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WO2018202502A1
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pinhole
hole
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focus
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Holger Birk
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Leica Microsystems Cms Gmbh
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    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices

Definitions

  • the invention relates to an optical arrangement for a confocal microscope, a confocal microscope with such an optical arrangement and a method for operating a confocal microscope.
  • a confocal microscope comprises at least one pinhole for optical selection.
  • the light beam or detection light used for the measurement is focused by a lens arrangement with at least one lens on the hole of the pinhole, also called pinhole or detection pinhole.
  • the focused beam must hit the hole of the pinhole exactly to be able to take a measurement.
  • the pinhole is laterally, i. perpendicular to the optical axis of the beam and / or axially, i. mechanically shifted along the beam direction of the optical axis. mechanical
  • the object of the invention is to provide a solution with a faster and
  • this object is achieved in that the lens of the lens arrangement is variable in focus.
  • a confocal microscope according to the invention comprises an optical arrangement according to the invention.
  • a light bundle is focused onto the hole of the pinhole diaphragm by means of a focus-variable lens of the lens arrangement.
  • the focus variable lens By the focus variable lens, the focus position in an axial or z-direction, that is along a direction of the light beam or the optical axis of the light beam, be changeable to allow an adjustment along the axial direction.
  • the focus position can be changed by the focus variable lens in a lateral or x-y direction.
  • Such an adjustment can be achieved, for example, by tilting the beam with the aid of the focus-variable lens.
  • the tilt can be achieved for example by asymmetric shaping of the lens in a suitably controlled state. In another controlled state, tilting in another direction, tilting at a different angle or no tilting can be achieved.
  • the focus variable lens may be slidable along the beam path.
  • guide elements for the focus-variable lens may be present, which allow approximately a linear displacement.
  • the lens arrangement can have at least one displacement device for displacing the focus-variable lens along the beam path.
  • Such a displacement device can be controllable and in particular automatically controllable. The different opening angles of the light beam occurring at different focal lengths produce different effective sizes of the hole with a constant size of the hole of the pinhole, whereby without
  • the pinhole can be displaceable along the beam path and, in particular, a displacement device for displacing the pinhole along the beam path to allow the described focus on the hole of the pinhole at different focal lengths of the focus variable lens.
  • Lens arrangement at least two in the beam path arranged one behind the other lenses.
  • the first lens may, for example, serve to expand the light beam, which is then focused by the second lens.
  • at least one of the lenses is displaceable, preferably in an axial direction, by the desired or specifiable adjustable optical properties to achieve.
  • the pinhole can be displaced in order to adjust the then changed light beam to the hole of the pinhole.
  • the lens arrangement comprises at least two focus-variable lenses arranged one behind the other in the beam path.
  • a cheaper and faster adjustment of the focus is possible.
  • this also makes it possible to reduce the effective pinhole size, i. to change the effective size of the hole of the pinhole without mechanical adjustment, in particular without displacement of the individual components and without mechanical change in the size of the hole of the pinhole.
  • the pinhole can be arranged stationary in order to keep the number of moving parts low.
  • the adjustment can then be limited to the adjustment of at least one lens, either by a change in the position of the lens or by a change in the focus position of this lens.
  • the pinhole can, for example, be firmly and immovably connected to a main body or a housing of an optical system or a confocal microscope.
  • the pinhole can be glued or welded to certain parts to securely fasten and fix the position.
  • Lens arrangement have a fixed relative position to each other.
  • Lens arrangement can be dispensed with an adjustability of the positions of these elements, whereby the
  • Design effort is low.
  • the adjustment can then be done exclusively by the adjustment of one or more focus variable lenses.
  • the hole of the aperture is circular. Such a circular hole can be generated for example by a drilling operation.
  • the hole of the pinhole could be quadrangular, rectangular, square or polygonal.
  • the hole of the pinhole can have a constant diameter.
  • the opening angle ie the angle with which the light beam on the pinhole focused
  • the effective size of the hole to be changed is also more accurate to produce than is possible if a hole is mechanically adjustable in size and, for example, tolerances and / or hysteresis subject .
  • the hole can have a fixed size and a fixed shape.
  • a focus variable lens for example, an adjustable liquid lens and / or a
  • Polymer liquid lens can be used in which the shape of a surface, in particular the curvature, and thus the refractive properties can be varied by changing the pressure.
  • a focus variable lens is an electrowetting lens, in which the interface between two immiscible, disposed within a cell
  • Liquids with different refractive indices can be changed by applying a voltage. In particular, this changes the shape and curvature of the interface. This allows the refraction properties to be changed again. If two different voltages are applied to such a lens at two laterally opposite ends or in two mutually perpendicular directions, then not only the focal length but also the xy position of the focus can be changed, since then the lens is asymmetrical and the light beam is tilted.
  • a confocal microscope according to the invention may have a control unit for controlling the position and / or the focus position of at least one focus-variable lens.
  • the control unit may have at least one output connected to the lens arrangement,
  • control unit may have an input, wherein the signals at the output are dependent or controllable, for example, in dependence on the signals at the input.
  • control unit may be a separate element or a part of a control unit of the confocal microscope.
  • the confocal microscope could be a second optical arrangement with a
  • Lens assembly comprising at least one lens, wherein a light beam is focused by the second lens assembly on a hole of a second pinhole.
  • Lens arrangement comprises at least one focus variable lens. Also, light could exit through a second aperture and form a light beam by means of a second lens array comprising at least one focus variable lens.
  • the first optical arrangement could be arranged on the detection side and the second optical arrangement could be arranged on the light source side. If either a displaceable lens and a focus-variable lens or two focus-variable lenses are arranged one behind the other in the light source-side arrangement, the diameter of the excitation light beam can also be adapted. Thus, for example, different lenses with different pupil diameters can be optimally illuminated.
  • the control unit may have different output values at an output for controlling the position and / or the focus length when different values are applied to an input for a desired effective size of the hole of the pinhole.
  • the confocal microscope may further comprise a control unit for controlling the position of at least one further element, such as the pinhole and / or a non-focus variable lens.
  • a control unit for controlling the position of at least one further element, such as the pinhole and / or a non-focus variable lens.
  • Focus position at least one focus variable lens and other control tasks takes over.
  • Confocal microscope arranged, i. in a part of the optical path that lies between the object to be observed and a detector.
  • the optical arrangement with the lens arrangement can also be arranged on the excitation side or illumination side in the confocal microscope, which lies between a light source and the object to be observed.
  • the confocal microscope has a second optical arrangement with a second lens arrangement having at least one lens, wherein a light beam can be focused by the second lens arrangement on a second pinhole, and the second
  • Lens arrangement comprises at least one focus variable lens, wherein the first optical arrangement on the detection side and the second optical arrangement is arranged light source side.
  • the number of mechanically adjustable elements can be further reduced, for example by omitting mechanically adjustable elements for focusing the beam on a light aperture side arranged aperture.
  • an excitation-side optical arrangement and a detection-side optical arrangement is provided.
  • the focus-variable lenses of these optical arrangements could now be controlled synchronously in such a way that chromatic longitudinal errors of the objective and / or other optical components in the beam path are compensated.
  • the focus-variable lenses of these optical arrangements could be controlled in such a way that minimal raster movements are carried out.
  • the focus-variable lens of the detection-side arrangement could be controlled in such a way that the focus position of the focus-variable lens is varied laterally around the center of the hole so that successively several images at different focal positions of the focus-variable lens
  • the lateral variation of the focus position of the detection light bundle is preferably always such that the detector can still detect detection light, that is to say that detection photons can still be detected with the detector in most settings of the focus variable lens. From such a record of
  • recorded images can then be reconstructed by unfolding, for example, a higher resolution image, such as, for. in the following publications: C.B. Muller, J.
  • the position of the focus-variable lens along the beam path and / or the focus length of the focus-variable lens can be changed to achieve a desired effective aperture size with a constant physical size of the hole of the pinhole.
  • the opening angle of the beam which hits the hole of the pinhole can be changed, thereby changing the effective size of the hole of the pinhole.
  • the distance between the pinhole and the last lens in front of the pinhole can be kept constant and only the focus of the last lens can be changed.
  • the effective size of the hole of the pinhole can be changed depending on an excitation wavelength and / or detection wavelength of the fluorescence. It is no longer necessary to change the physical size of the hole to the size of the hole of the pinhole on the
  • the focus variable lens is controlled to align the focus point on the pinhole. This facilitates the control. Furthermore, the adjustment can be made faster, especially if it is dispensed with mechanical adjustment.
  • Figure 1 is a schematic view of the structure of a confocal microscope with an optical arrangement
  • FIG. 2 shows a schematic detail view of a first embodiment of an optical arrangement
  • Fig. 3 is a schematic detail view of a second embodiment of an optical
  • FIG. 4 shows a schematic detail view of a third embodiment of an optical arrangement
  • Fig. 5 is a schematic view of the structure of another embodiment of a
  • 6A-6F are schematic views of two embodiments of a focus variable lens.
  • Fig. 1 the general structure of a confocal microscope 100 is shown.
  • Light from a light source 10 forms a light beam or a light beam 4, which is deflected by a partially transparent mirror or a spectrally selective beam splitter 8 on a raster unit 5.
  • the light beam 4 is focused on an object or the sample 7.
  • the reflected or fluorescent light from the sample 7 is directed through the lens 6 and the two lenses 2 back to the raster unit 5 and the spectrally selective beam splitter 8.
  • a portion of the light beam 4 passes through the spectrally selective beam splitter 8 and incident on a lens assembly 11, which is part of an optical arrangement 1.
  • the width of the light beam 4 between the spectrally selective beam splitter 8 and the optical arrangement 1 is identified by the reference numeral 47.
  • the light beam 4 is focused on the hole 30 of a pinhole 3 by a lens 2.
  • the focal point 40 of the light focused by the lens 2 lies in the hole 30.
  • the part of the light passing through the hole 30 is detected in a light detector 9.
  • the lens 2 is a focus variable lens 20 in which the focal point 40 can be adjusted relative to the lens 2 in the z-direction, the x-direction and / or the y-direction. This makes it possible to make an adjustment without having to move components mechanically.
  • Such an optical arrangement 1 is therefore on the one hand faster controllable and on the other hand due to the no longer necessary high-precision control elements cheaper.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an optical arrangement 1 in greater detail. Due to the adjustability of the focal length 48 of the lens 2 along the axis 45 of the light beam 4, it is possible to keep the distance 28 between the lens 2 and the pinhole 3 constant. It is no longer necessary to adjust the lens 2 and the pinhole 3 during installation relative to each other. Rather, the pinhole diaphragm 3 and / or the lens 2, which is variably variable focus, be installed stationary and the adjustment of the focus point 40 only at a later date, for example, in an adjustment step after assembly or before or when a measurement is performed. Furthermore, such a configuration is also suitable for compensating relative displacements of the lens 2 during the measurement to the pinhole 3, for example by thermal expansion, by varying the focal length 48 accordingly. A compensation in a lateral plane, which is perpendicular to the beam axis 45 and parallel to the x-direction and y-direction, can at a
  • a corresponding embodiment of the lens 2, 20 may be possible. Shifts approximately the hole 30 of the pinhole 3 laterally, so the focal point 40 can be moved laterally by tilting the light beam 4 along a tilt angle 60, as indicated by dashed lines in Fig. 2.
  • Fig. 3 an embodiment is shown in which the lens 2, 20 despite the adjustability of the focal length 48 in its position along the z-direction is adjustable.
  • Such a configuration can be used to change the effective size of the hole 30 of the pinhole 3 at a constant size 32 of the hole 30 of the pinhole 3.
  • the opening angle 41, 44 of the light beam 4 tapering towards the pinhole 3 is smaller than in the position shown on the right with a short focal length 48, 481
  • a lateral selection takes place, so that the effective size of the hole 30 of the aperture plate 3 is changed without physically changing the size 32 of the hole 30 of the aperture plate 3 to have to.
  • the hole 30 of the aperture plate 3 can be kept constant and unchanging.
  • the size 32 of the hole 30, in a circular hole 30, the diameter 31 of the hole 30, thus remains constant.
  • a displacement device 140 For displacement of the lens 2 along the axis 45 of the light beam 4, a displacement device 140 is present, which is indicated only schematically.
  • the displacement device 140 is in turn controlled by a control unit 110, which can also control further elements and / or parameters, in particular the variable focus of the lens 2, 20.
  • Fig. 4 an embodiment is shown in which no mechanical movement of the lenses 2 or the pinhole 3 is necessary.
  • two consecutively arranged lenses 2 are used, each of which is variable in focus.
  • the first, focus variable lens 2, 20, 21 is set divergent in a first setting, so that it widens the beam 4.
  • the second focus variable lens 2, 20, 22 is set highly convergent and the resulting opening angle 42, 44 at the hole 30 of the pinhole 3 is comparatively large.
  • the first, focus variable lens 2, 20, 21 is set slightly convergent.
  • the second, variable-focus lens 2, 20, 22 is set so that it passes the light beam 4 unchanged. The resulting
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a confocal microscope 100, in which, in addition to the already mentioned first optical arrangement 1, there is a further optical arrangement 1 'with at least one focus-variable lens 2, 20' and a second apertured diaphragm 3 '. This second optical arrangement 1 'is arranged between the light source 10 and the beam splitter 8.
  • this optical arrangement 1 ' is arranged on the light source side.
  • the second pass ie when the light from the sample 7 falls back onto the beam splitter 8 through the objective 6, it passes through the optical arrangement 1.
  • the focus point 40 corresponding to the hole positions can be shifted slightly on the sample 7. If the normally collimated at this point of the beam path (infinitely focused) excitation beam in the assembly 1 ', for example, slightly “biased” or set, so shifts the focus point on the sample minimally towards lens 6. This offset can be in the arrangement 1 again to exactly hit the hole 30 of the aperture plate 3. Accordingly, by slightly tilting the excitation beam, lateral displacement of the focus point on the sample can be achieved.
  • the focus variable lens 20 may also be used to sequentially generate a complete set of images, with the lateral focus position being varied about the center of the aperture 3. From such a record can be in the
  • FIGS. 6A to 6F the operation of an electrowetting lens 200, also known as ETL, is shown
  • a cell 201 is filled with a first liquid 210 and a second liquid 220 that is immiscible with the first liquid.
  • a cell 201 is filled with a first liquid 210 and a second liquid 220 that is immiscible with the first liquid.
  • Electro-wetting lens 200 changed. About the electrowetting lenses 200 each have a corresponding optical lens is shown.
  • FIGS. 6D to 6F show that different voltages can be applied to different lateral ends of the cell 201, as a result of which the interface 230 becomes asymmetrical and not only the focal length 48 but also the lateral position of the cell
  • Focus point 40 in an x and / or a y- direction can be changed.
  • Embodiments merely serve to describe the claimed teaching, but do not limit these to the embodiments.
  • all features contained in this description and / or their functions, effects, and properties are to be regarded individually and / or in combination with each other as disclosed herein, which one skilled in the art may, individually or in combination, possibly employing his or her expertise to solve the objective task or related problems.

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Abstract

Die Anmeldung zeigt eine optische Anordnung (1) für ein Konfokalmikroskop (100), umfassend eine Lochblende (3) mit einem Loch (30) und eine Linsenanordnung (11) mit mindestens einer auf das Loch (30) der Lochblende (3) fokussierbaren Linse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2, 20) fokusvariabel ist. Ferner ist ein Konfokalmikroskop (100) mit einer solchen optischen Anordnung (1) gezeigt. Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Konfokalmikroskops (100) mit einer Lochblende (3) mit einem Loch (30) wird ein Lichtstrahl (4) mittels einer fokusvariablen Linse (2, 20) auf das Loch (30) der Lochblende (3) fokussiert.

Description

Optische Anordnung für ein Konfokalmikroskop, Konfokalmikroskop und Verfahren zum Betreiben eines Konfokalmikroskops
Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für ein Konfokalmikroskop, ein Konfokalmikroskop mit einer solchen optischen Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines Konfokalmikroskops. Ein Konfokalmikroskop umfasst mindestens eine Lochblende zur optischen Selektion. Das zur Messung verwendete Lichtbündel bzw. Detektionslicht wird durch eine Linsenanordnung mit mindestens einer Linse auf das Loch der Lochblende, auch Pinhole bzw. Detektionspinhole genannt, fokussiert. Der fokussierte Strahl muss dabei das Loch der Lochblende genau treffen, um eine Messung durchführen zu können. Bei konventionellen Konfokalmikroskopen wird dazu zum Beispiel die Lochblende lateral, d.h. senkrecht zur optischen Achse des Strahlenbündels und/oder axial, d.h. entlang der Strahlenrichtung der optischen Achse mechanisch verschoben. Mechanische
Bauelemente, die dies ermöglichen und genügend genau sind, sind teuer. Ferner dauert eine solche Justierung vergleichsweise lange.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, mit der eine schnellere und
kostengünstigere Justierung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Linse der Linsenanordnung fokusvariabel ist.
Ein erfindungsgemäßes Konfokalmikroskop umfasst eine erfindungsgemäße optische Anordnung.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Lichtbündel mittels einer fokusvariablen Linse der Linsenanordnung auf das Loch der Lochblende fokussiert.
Bei einer solchen Lösung ist es nicht mehr nötig, zur Justierung eine mechanische Verschiebung vorzunehmen. Auf die teuren und trägen mechanischen Bauteile zum Verstellen der Position kann daher verzichtet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und voneinander unabhängigen Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen weiter verbessert werden. Durch die fokusvariable Linse kann die Fokusposition in einer axialen oder z-Richtung, das heißt entlang einer Richtung des Lichtbündels bzw. der optischen Achse des Lichtbündels, veränderbar sein, um eine Justierung entlang der Axialrichtung zu ermöglichen.
Um auch eine Justierung in einer lateralen oder x-y-Richtung, d.h. in einer Ebene senkrecht zur Strahlrichtung bzw. zur optischen Achse des Lichtbündels zu erreichen, kann die Fokusposition durch die fokusvariable Linse in einer lateralen oder x-y-Richtung veränderbar sein. Eine solche Verstellung kann beispielsweise durch eine Verkippung des Strahls mit Hilfe der fokusvariablen Linse erzielt werden. Die Verkippung kann zum Beispiel durch eine asymmetrische Formung der Linse in einem entsprechend angesteuerten Zustand erzielt werden. In einem anderen angesteuerten Zustand kann eine Verkippung in eine andere Richtung, eine Verkippung mit einem anderen Winkel oder gar keine Verkippung erzielt werden.
Um zu ermöglichen, dass das Lichtbündel mit verschiedenen Fokuslängen der fokusvariablen Linse auf das Loch der Lochblende fokussiert wird, kann die fokusvariable Linse entlang des Strahlengangs verschiebbar sein. Um eine definierte Verschiebung zu erreichen, können Führungselemente für die fokusvariable Linse vorhanden sein, die etwa eine lineare Verschiebung ermöglichen. Insbesondere kann die Linsenanordnung mindestens eine Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung der fokusvariablen Linse entlang des Strahlengangs aufweisen. Eine solche Verschiebeeinrichtung kann steuerbar und insbesondere automatisch steuerbar sein. Die bei verschiedenen Fokuslängen auftretenden verschiedenen Öffnungswinkel des Lichtbündels erzeugen bei einer gleichbleibenden Größe des Lochs der Lochblende verschiedene effektive Größen des Lochs, wodurch ohne
Veränderung der tatsächlichen Lochgröße die optischen Eigenschaften wie zum Beispiel die
Helligkeit, die Auflösung und die Selektionswirkung der Lochblende eingestellt werden können.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Lochblende entlang des Strahlengangs verschiebbar sein und insbesondere eine Verschiebeeinrichtung zur Verschiebung der Lochblende entlang des Strahlengangs vorhanden sein, um die beschriebene Fokussierung auf das Loch der Lochblende bei verschiedenen Fokuslängen der fokusvariablen Linse zu ermöglichen.
Um die optischen Eigenschaften des Strahls stärker beeinflussen zu können, kann die
Linsenanordnung mindestens zwei im Strahlengang hintereinander angeordnete Linsen umfassen. Die erste Linse kann zum Beispiel zur Aufweitung des Lichtstrahls dienen, der dann von der zweiten Linse fokussiert wird. Vorteilhafterweise ist mindestens eine der Linsen verschiebbar, vorzugsweise in einer axialen Richtung, um die gewünschten bzw. vorgebbar einstellbaren optischen Eigenschaften zu erzielen. Alternativ kann auch die Lochblende verschiebbar sein, um den dann veränderten Lichtstrahl auf das Loch der Lochblende justieren zu können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Linsenanordnung mindestens zwei, im Strahlengang hintereinander angeordnete fokusvariable Linsen. Bei einer solchen Ausgestaltung kann auf eine Verschiebbarkeit der Linsen verzichtet werden und die optischen Eigenschaften ausschließlich durch die Verstellung der beiden fokusvariablen Linsen erzielt werden. Dadurch ist eine preisgünstigere und schnellere Verstellung des Fokus möglich. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, die effektive Pinholegröße, d.h. die effektive Größe des Lochs der Lochblende ohne mechanische Justierung, insbesondere ohne Verschiebung der einzelnen Komponenten und ohne mechanische Veränderung der Größe des Lochs der Lochblende zu verändern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Lochblende ortsfest angeordnet sein, um die Anzahl der beweglichen Teile gering zu halten. Die Justierung kann sich dann auf die Verstellung mindestens einer Linse beschränken, entweder durch eine Veränderung der Position der Linse oder durch eine Veränderung der Fokusposition dieser Linse. Die Lochblende kann beispielsweise fest und unverstellbar mit einem Grundkörper oder einem Gehäuse eines optischen Systems oder eines Konfokalmikroskops verbunden sein. Die Lochblende kann etwa mit bestimmten Teilen verklebt oder verschweißt sein, um sie sicher zu befestigen und die Position zu fixieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl die Lochblende als auch die
Linsenanordnung ortsfest angeordnet. Insbesondere können die Lochblende und die
Linsenanordnung eine fixe Relativposition zueinander haben. Bei einer solchen Ausgestaltung kann auf eine Verstellbarkeit der Positionen dieser Elemente verzichtet sein, wodurch der
Konstruktionsaufwand gering ist. Die Justierung kann dann ausschließlich durch die Verstellung einer oder mehrerer fokusvariabler Linsen erfolgen.
In einer Ausgestaltung, die besonders einfach zu fertigen ist und gleichzeitig gute optische
Eigenschaften hat, ist das Loch der Lochblende kreisförmig. Ein solches kreisförmiges Loch kann beispielsweise durch einen Bohrvorgang erzeugt werden. Alternativ könnte das Loch der Lochblende viereckig, rechteckig, quadratisch oder vieleckig ausgebildet sein.
Um die Anzahl der beweglichen und/oder einzustellenden Elemente weiter zu reduzieren, kann das Loch der Lochblende einen konstanten Durchmesser aufweisen. Wie schon beschrieben kann durch eine Variation des Öffnungswinkels, d.h. des Winkels mit dem der Lichtstrahl auf die Lochblende fokussiert ist, die effektive Größe des Lochs verändert werden. Ein solcher konstanter, d.h. nicht veränderlicher Durchmesser oder eine konstante, nicht veränderliche Größe zum Beispiel bei einem rechteckigen Loch ist ferner genauer herstellbar als dies möglich ist, wenn ein Loch mechanisch in der Größe verstellbar ist und dabei zum Beispiel Toleranzen und/oder einer Hysterese unterliegt. Das Loch kann eine fixe Größe und eine fixe Form haben.
Als fokusvariable Linse kann zum Beispiel eine verstellbare Flüssiglinse und/oder eine
Polymerflüssiglinse benutzt werden, bei der die Form einer Oberfläche, insbesondere die Krümmung, und damit die Brechungseigenschaften durch Veränderung des Drucks variiert werden kann.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung einer fokusvariablen Linse ist eine Elektrobenetzungslinse, bei der die Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren, innerhalb einer Zelle angeordneten
Flüssigkeiten mit verschiedenen Brechungsindices durch Anlegen einer Spannung verändert werden kann. Insbesondere verändert sich dadurch die Form und Krümmung der Grenzfläche. Dadurch können wieder die Brechungseigenschaften verändert werden. Werden bei einer solchen Linse an zwei sich lateral gegenüberliegenden Enden oder in zwei zueinander senkrechten Richtungen zwei verschiedene Spannungen angelegt, so kann dadurch nicht nur die Fokuslänge, sondern auch die x-y- Position des Fokus verändert werden, da dann die Linse asymmetrisch ist und das Lichtbündel verkippt wird.
Ein erfindungsgemäßes Konfokalmikroskop kann eine Steuereinheit zur Steuerung der Position und/oder der Fokusposition mindestens einer fokusvariablen Linse aufweisen. Die Steuereinheit kann insbesondere mindestens einen Ausgang aufweisen, der mit der Linsenanordnung,
insbesondere der fokusvariablen Linse verbindbar ist. Ferner kann die Steuereinheit einen Eingang aufweisen, wobei die Signale am Ausgang zum Beispiel in Abhängigkeit von den Signalen am Eingang abhängig oder steuerbar sind. Eine solche Steuereinheit kann ein separates Element oder ein Teil einer Steuereinheit des Konfokalmikroskops sein. Im Konkreten könnte das Konfokalmikroskop eine zweite optische Anordnung mit einer
Linsenanordnung mit mindestens einer Linse umfassen, wobei ein Lichtstrahl durch die zweite Linsenanordnung auf ein Loch einer zweiten Lochblende fokussierbar ist. Die zweite
Linsenanordnung umfasst mindestens eine fokusvariable Linse. Auch könnte Licht durch eine zweite Lochblende austreten und mittels einer zweiten Linsenanordnung, die mindestens eine fokusvariable Linse umfasst, einen Lichtstrahl formen. Die erste optische Anordnung könnte detektionsseitig und zweite optische Anordnung könnte lichtquellenseitig angeordnet sein. Werden bei der lichtquellenseitigen Anordnung entweder eine verschiebbare Linse und eine fokusvariable Linse oder zwei fokusvariable Linsen hintereinander angeordnet, so lässt sich auch der Durchmesser des Anregungslichtstrahls anpassen. Damit können beispielsweise unterschiedliche Objektive mit unterschiedlichen Pupillendurchmessern optimal ausgeleuchtet werden. Bei der Steuereinheit können an einem Ausgang zur Steuerung der Position und/oder der Fokuslänge verschiedene Ausgangswerte vorhanden sein, wenn verschiedene Werte an einem Eingang für eine gewünschte effektive Größe des Lochs der Lochblende anliegen.
Das Konfokalmikroskop kann ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der Position mindestens eines weiteren Elements, etwa der Lochblende und/oder einer nicht fokusvariablen Linse aufweisen. Es kann eine einzige Steuereinheit vorhanden sein, die die Steuerung der Position und/oder der
Fokusposition mindestens einer fokusvariablen Linse und andere Steuerungsaufgaben übernimmt.
Vorzugsweise ist die optische Anordnung mit der Linsenanordnung detektionsseitig in dem
Konfokalmikroskop angeordnet, d.h. in einem Teil des optischen Strahlengangs, der zwischen dem zu beobachtenden Objekt und einem Detektor liegt. Alternativ kann die optische Anordnung mit der Linsenanordnung auch anregungsseitig bzw. beleuchtungsseitig in dem Konfokalmikroskop angeordnet sein, der zwischen einer Lichtquelle und dem zu beobachtenden Objekt liegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Konfokalmikroskop eine zweite optische Anordnung mit einer zweiten Linsenanordnung mit mindestens einer Linse auf, wobei ein Lichtstrahl durch die zweite Linsenanordnung auf eine zweite Lochblende fokussierbar ist, und die zweite
Linsenanordnung mindestens eine fokusvariable Linse umfasst, wobei die erste optische Anordnung detektionsseitig und zweite optische Anordnung lichtquellenseitig angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung kann die Zahl der mechanisch verstellbaren Elemente weiter reduziert werden, etwa indem auf mechanisch verstellbare Elemente zur Fokussierung des Strahls auf eine lichtquellenseitig angeordnete Lochblende verzichtet wird. Weiterhin könnte vorgesehen sein, dass eine anregungsseitige optische Anordnung und eine detektionsseitige optische Anordnung vorgesehen ist. Die fokusvariablen Linsen dieser optischen Anordnungen könnten nun synchron derart angesteuert werden, dass chromatische Längsfehler des Objektivs und/oder sonstiger optischer Komponenten im Strahlengang kompensiert werden.
Alternativ oder zusätzlich könnten die fokusvariablen Linsen dieser optischen Anordnungen derart angesteuert werden, dass minimale Rasterbewegungen ausgeführt werden. Die fokusvariable Linse der detektionsseitigen Anordnung könnte derart angesteuert werden, dass die Fokuslage der fokusvariablen Linse um die Mitte des Lochs lateral variiert wird, so dass nacheinander mehrere Bilder bei unterschiedlichen Fokuslagen der fokusvariablen Linse
aufgenommen werden können, und mittels einer Bildauswertung eine Erhöhung der räumlichen Auflösung erzielt werden kann. Hierbei ist vorzugsweise die laterale Variation der Fokuslage des Detektionslichtbündels stets derart, dass der Detektor noch Detektionslicht nachweisen kann, dass also bei den meisten Einstellungen der fokusvariablen Linse noch Detektionsphotonen mit dem Detektor nachgewiesen werden können. Aus einem derart gewonnenen Datensatz von
aufgenommenen Bildern lässt sich dann beispielsweise durch Entfaltung ein Bild höherer Auflösung rekonstruieren, wie dies z.B. in den folgenden Veröffentlichungen ausgeführt ist: C.B. Muller, J.
Enderlein,„Image scanning microscopy", Phys ev Lett, 2010, 104(19): p. 198101; und C.J. Sheppard, S.B. Mehta, R. Heintzmann, "Superresolution by image scanning microscopy using pixel
reassignment", Opt Lett, 2013, 38(15): p. 2889-2892).
Um ein erfindungsgemäßes Verfahren zu verbessern, kann die Position der fokusvariablen Linse entlang des Strahlengangs und/oder die Fokuslänge der fokusvariablen Linse geändert werden, um bei einer gleichbleibenden physischen Größe des Lochs der Lochblende eine gewünschte effektive Lochblendengröße zu erreichen. Dadurch kann der Öffnungswinkel des Strahls, der auf das Loch der Lochblende trifft, verändert werden, wodurch sich die effektive Größe des Lochs der Lochblende ändert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Abstand zwischen der Lochblende und der letzten Linse vor der Lochblende konstant gehalten und lediglich der Fokus der letzten Linse verändert werden.
Wenn das Konfokalmikroskop zur Messung einer Fluoreszenz in einer Probe ausgestaltet ist, kann die effektive Größe des Lochs der Lochblende in Abhängigkeit von einer Anregungswellenlänge und/oder Detektionswellenlänge der Fluoreszenz geändert werden. Dabei ist es nicht mehr notwendig, die physische Größe des Loches zu verändern, um die Größe des Lochs der Lochblende auf die
Anregungswellenlänge zu optimieren. Insbesondere wenn ausschließlich nicht-mechanische
Verstellmöglichkeiten zur Anpassung der effektiven Größe des Lochs der Lochblende notwendig sind, führt dies zu einer schnelleren Verstellbarkeit des Konfokalmikroskops.
Ist eine ausreichend schnelle Verstellbarkeit der Linsenanordnung möglich, beispielsweise wenn ausschließlich elektrische Parameter geändert werden, jedoch keine mechanische Bewegung erfolgt, so kann eine Verstellung der effektiven Größe des Lochs der Lochblende beispielsweise auch während eines Scanvorgangs erfolgen, etwa beim Übergang zwischen zwei Zeilen.
Vorteilhafterweise wird zur Ausrichtung des Fokuspunktes auf die Lochblende ausschließlich die fokusvariable Linse gesteuert. Dadurch wird die Steuerung erleichtert. Ferner kann die Justierung schneller erfolgen, insbesondere wenn auf mechanische Verstellmöglichkeiten verzichtet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die
Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem, wie dies im Anwendungsfall notwendig ist.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Konfokalmikroskops mit einer optischen Anordnung;
Fig. 2 eine schematische Detailansicht einer ersten Ausführungsform einer optischen Anordnung;
Fig. 3 eine schematische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform einer optischen
Anordnung;
Fig. 4 eine schematische Detailansicht einer dritten Ausführungsform einer optischen Anordnung;
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer weiteren Ausführungsform eines
Konfokalmikroskops;
Fig. 6A-6F schematische Ansichten zweier Ausführungsformen einer fokusvariablen Linse.
In Fig. 1 ist der generelle Aufbau eines Konfokalmikroskops 100 gezeigt.
Licht aus einer Lichtquelle 10 bildet ein Lichtbündel oder einen Lichtstrahl 4, der durch einen teildurchlässigen Spiegel oder einen spektral selektiven Strahlteiler 8 auf eine Rastereinheit 5 umgelenkt wird. Durch zwei Linsen 2 und ein Objektiv 6 wird der Lichtstrahl 4 auf ein Objekt bzw. die Probe 7 fokussiert. Das von der Probe 7 reflektierte oder fluoreszierende Licht wird durch das Objektiv 6 und die beiden Linsen 2 zurück auf die Rastereinheit 5 und den spektral selektiven Strahlteiler 8 gelenkt. Ein Teil des Lichtstrahls 4 tritt durch den spektral selektiven Strahlteiler 8 hindurch und fällt auf eine Linsenanordnung 11, die Teil einer optischen Anordnung 1 ist. Die Breite des Lichtstrahls 4 zwischen dem spektral selektiven Strahlteiler 8 und der optischen Anordnung 1 ist mit dem Bezugszeichen 47 gekennzeichnet. Dort wird durch eine Linse 2 der Lichtstrahl 4 auf das Loch 30 einer Lochblende 3 fokussiert. Der Fokuspunkt 40 des durch die Linse 2 fokussierten Lichts liegt im Loch 30. Der durch das Loch 30 durchtretende Teil des Lichts wird in einem Lichtdetektor 9 erfasst.
Um eine Positionierung des Fokuspunktes 40 in dem Loch 30 zu erlauben, können bei
konventionellen Konfokalmikroskopen die Linse 2 und/oder die Lochblende 3 entlang einer x- ichtung (senkrecht zu einer Achse 45 des Lichtstrahls 4), einer y-Richtung (senkrecht zu einer Achse 45 des Lichtstrahls 4 und senkrecht zur x-Richtung) und/oder einer z-Richtung (entlang der Achse 45 des Lichtstrahls 4) verschoben werden.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Linse 2 eine fokusvariable Linse 20, bei der der Fokuspunkt 40 relativ zur Linse 2 in der z-Richtung, der x-Richtung und/oder der y-Richtung eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, eine Justierung vorzunehmen, ohne dass Bauteile mechanisch bewegt werden müssen. Eine solche optische Anordnung 1 ist daher zum einen schneller steuerbar und zum anderen aufgrund der nicht mehr notwendigen hochpräzisen Stellelemente kostengünstiger.
In Fig. 2 ist eine erste Ausgestaltung einer optischen Anordnung 1 näher dargestellt. Aufgrund der Verstellbarkeit der Fokuslänge 48 der Linse 2 entlang der Achse 45 des Lichtstrahls 4 ist es möglich, den Abstand 28 zwischen der Linse 2 und der Lochblende 3 konstant zu halten. Es ist nicht mehr notwendig, die Linse 2 und die Lochblende 3 beim Einbau relativ zueinander zu justieren. Vielmehr können die Lochblende 3 und/oder die Linse 2, die fokusvariabel ist, ortsfest verbaut werden und die Justierung des Fokuspunktes 40 erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen, beispielsweise in einem Justierschritt nach dem Zusammenbau oder bevor oder wenn eine Messung erfolgt. Ferner ist eine solche Ausgestaltung auch dazu geeignet, während der Messung auftretende Relativverschiebungen der Linse 2 zur Lochblende 3, etwa durch thermische Ausdehnung, zu kompensieren, indem die Fokuslänge 48 entsprechend variiert wird. Auch ein Ausgleich in einer Lateralebene, die senkrecht zur Strahlachse 45 verläuft und parallel zur x-Richtung und y-Richtung ist, kann bei einer
entsprechenden Ausgestaltung der Linse 2, 20 möglich sein. Verschiebt sich etwa das Loch 30 der Lochblende 3 lateral, so kann der Fokuspunkt 40 durch Verkippung des Lichtstrahls 4 entlang eines Verkippungswinkels 60 entsprechend lateral verschoben werden, wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei der die Linse 2, 20 trotz der Verstellbarkeit der Fokuslänge 48 in ihrer Position entlang der z- ichtung verstellbar ist. Eine solche Ausgestaltung kann dazu benutzt werden, um bei einer gleich bleibenden Größe 32 des Lochs 30 der Lochblende 3 die effektive Größe des Lochs 30 der Lochblende 3 zu verändern. Bei der links gezeigten Position, bei der die Linse 2, 20 eine lange Fokuslänge 48, 482 aufweist, ist der Öffnungswinkel 41, 44 des sich zur Lochblende 3 hin verjüngenden Lichtstrahls 4 kleiner als bei der rechts gezeigten Position mit einer kurzen Fokuslänge 48, 481 und einem damit verbundenen größeren Öffnungswinkel 42, 44. Durch eine solche Variation des Öffnungswinkels 44 findet eine laterale Selektion statt, so dass die effektive Größe des Lochs 30 der Lochblende 3 verändert wird, ohne dabei die Größe 32 des Lochs 30 der Lochblende 3 physisch verändern zu müssen. Das Loch 30 der Lochblende 3 kann dadurch konstant und unveränderlich gehalten werden. Die Größe 32 des Lochs 30, bei einem kreisförmigen Loch 30 der Durchmesser 31 des Lochs 30, bleibt also konstant. Insbesondere ist es möglich, eine kreisförmige Ausgestaltung, die besonders einfach herzustellen sein kann und die besonders gute optische Eigenschaften aufweisen kann, zu verwenden. Zur Verschiebung der Linse 2 entlang der Achse 45 des Lichtstrahls 4 ist eine Verschiebeeinrichtung 140 vorhanden, die nur schematisch angedeutet ist. Die Verschiebeeinrichtung 140 wird wiederum von einer Steuereinheit 110 gesteuert, die auch noch weitere Elemente und/oder Parameter steuern kann, insbesondere den variablen Fokus der Linse 2, 20.
In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei der keine mechanische Bewegung der Linsen 2 oder der Lochblende 3 notwendig ist. Dazu werden zwei hintereinander angeordnete Linsen 2 verwendet, die jeweils fokusvariabel sind. Die erste, fokusvariable Linse 2, 20, 21 ist in einer ersten Einstellung divergent eingestellt, so dass sie den Strahl 4 aufweitet. In dieser ersten Einstellung ist die zweite, fokusvariable Linse 2, 20, 22 stark konvergent eingestellt und der resultierende Öffnungswinkel 42, 44 an dem Loch 30 der Lochblende 3 ist vergleichsweise groß. In einer zweiten Einstellung, die durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, ist die erste, fokusvariable Linse 2, 20, 21 leicht konvergent eingestellt. Die zweite, fokusvariable Linse 2, 20, 22 ist so eingestellt, dass sie den Lichtstrahl 4 unverändert durchlässt. Der daraus resultierende
Öffnungswinkel 41, 44 ist kleiner als der Öffnungswinkel 42, 44 bei der ersten Einstellung, so dass die effektive Größe des Lochs 30 anders ist. Die beiden Linsen 21, 22 und die Lochblende 3 sind ortsfest angeordnet. Insbesondere verändern sich die Abstände zwischen den Linsen 21, 22 und der Lochblende 3 nicht. In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform eines Konfokalmikroskops 100 gezeigt, bei der zusätzlich zu der schon erwähnten ersten optischen Anordnung 1 eine weitere optische Anordnung 1' mit mindestens einer fokusvariablen Linse 2, 20' und einer zweiten Lochblende 3' vorhanden ist. Diese zweite optische Anordnung 1' ist zwischen der Lichtquelle 10 und dem Strahlteiler 8 angeordnet. Beim ersten Durchlauf des Lichts, das heißt wenn das Licht von der Lichtquelle 10 auf das Objektiv 6 gelenkt wird, ist diese optische Anordnung 1' lichtquellenseitig angeordnet. Beim zweiten Durchlauf, d.h. wenn das Licht von der Probe 7 durch das Objektiv 6 auf den Strahlteiler 8 zurückfällt, durchläuft es die optische Anordnung 1.
Durch geeignete Ansteuerung der Anordnungen 1, 1' kann der zu den Lochpositionen entsprechende Fokuspunkt 40 auf der Probe 7 geringfügig verschoben werden. Wird der normalerweise an dieser Stelle des Strahlengangs kollimierte (unendlich fokussierte) Anregungsstrahl in der Anordnung 1' beispielsweise etwas konvergent„vorgespannt" bzw. eingestellt, so verschiebt sich der Fokuspunkt auf der Probe minimal in Richtung Objektiv 6. Diesen Versatz kann man in der Anordnung 1 wieder kompensieren, um genau das Loch 30 der Lochblende 3 zu treffen. Entsprechend kann durch minimales Kippen des Anregungsstrahls eine laterale Verschiebung des Fokuspunkts auf der Probe erzielt werden.
Mit dieser Möglichkeit lässt sich beispielsweise bei der sequentiellen Anregung mit Licht
verschiedener Wellenlängen ein möglicher chromatischer Längsfehler des Objektivs 6 ausgleichen, so dass die Fokusposition für Licht aller Wellenlängen exakt übereinander liegt bzw. kolokalisiert.
Ebenso sind minimale Rasterbewegungen möglich, ohne die Rastereinheit 5 oder einen entlang der optischen Achse verstellbaren Probentisch 7 dafür bewegen zu müssen.
In einer weiteren Variante kann die fokusvariable Linse 20 auch dafür verwendet werden, sequentiell einen ganzen Satz von Bildaufnahmen zu erzeugen, wobei die laterale Fokusposition um die Mitte der Lochblende 3 variiert wird. Aus einem derart gewonnenen Datensatz lässt sich dann im
Wesentlichen durch Entfaltung ein Bild höherer Auflösung rekonstruieren. (Siehe C.B. Muller, J.
Enderlein,„Image scanning microscopy", Phys Rev Lett, 2010, 104(19): p. 198101; und C.J. Sheppard, S.B. Mehta, R. Heintzmann,„Superresolution by image scanning microscopy using pixel
reassignment", Opt Lett, 2013. 38(15): p. 2889-2892).
In den Figuren 6A bis 6F ist die Funktionsweise einer Elektrobenetzungslinse 200, auch ETL
(Electrically Tunable Lens) genannt, gezeigt. Eine Zelle 201 ist gefüllt mit einer ersten Flüssigkeit 210 und einer zweiten Flüssigkeit 220, die mit der ersten Flüssigkeit nicht mischbar ist. Durch Anlegen von verschiedenen Spannungen zwischen den beiden Flüssigkeiten (siehe Figuren 6A, 6B, 6C) kann die Form der Grenzfläche 230 zwischen den beiden Flüssigkeiten 210, 220 verändert werden, wodurch sich die Fokuslänge 48 der
Elektrobenetzungslinse 200 verändert. Über den Elektrobenetzungslinsen 200 ist jeweils eine entsprechende optische Linse dargestellt.
In den Figuren 6D bis 6F ist darüber hinaus noch gezeigt, dass an verschiedenen lateralen Enden der Zelle 201 verschiedene Spannungen angelegt werden können, wodurch die Grenzfläche 230 asymmetrisch wird und nicht nur die Fokuslänge 48, sondern auch die laterale Position des
Fokuspunktes 40 in einer x- und/oder einer y- ichtung verändert werden kann.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Insbesondere sind sämtliche, in dieser Beschreibung enthaltenen Merkmale und/oder deren Funktionen, Wirkungen und Eigenschaften für sich gesehen und/oder inp Kombination miteinander als hierin offenbart anzusehen, die ein auf dem vorliegenden Gebiet tätiger Fachmann ggf. unter Hinzuziehung seines Fachwissens einzeln oder in Kombination zur Lösung der objektiven Aufgabe oder damit zusammenhängenden Problemstellungen vorsehen würde.
Bezugszeichenliste optische Anordnung
' zweite optische Anordnung
Linse
Lochblende
' zweite Lochblende
Lichtstrahl
Rastereinheit
Objektiv
Probe
teildurchlässiger Spiegel / Strahlteiler
Lichtdetektor
0 Lichtquelle
1 Linsenanordnung
1' zweite Linsenanordnung
0 fokusvariable Linse
0' fokusvariable Linse
1 erste Linse
2 zweite Linse
8 Abstand Linse - Lochblende
0 Loch
1 Durchmesser
2 Größe
0 Fokuspunkt
1 kleiner Öffnungswinkel
2 großer Öffnungswinkel 44 Öffnungswinkel
45 Achse
47 Breite des Lichtstrahl
48 Fokuslänge
60 Verkippungswinkel
100 Konfokalmikroskop
110 Steuereinheit
140 Verschiebeeinrichtung
200 Elektrobenetzungslinse 201 Zelle
210 erste Flüssigkeit
220 zweite Flüssigkeit
230 Grenzfläche
481 kleiner Abstand 482 großer Abstand
x x- ichtung y y-Richtung z z-Richtung

Claims

Ansprüche
Optische Anordnung (1) für ein Konfokalmikroskop (100), umfassend eine Lochblende (3) mit einem Loch (30) und eine Linsenanordnung (11) mit mindestens einer auf das Loch (30) der Lochblende (3) fokussierbaren Linse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2, 20) fokusvariabel ist.
Optische Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Linsenanordnung (11) mindestens eine Verschiebeeinrichtung (140) zur Verschiebung der fokusvariablen Linse (2, 20) entlang des optischen Strahlengangs aufweist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Linsenanordnung (11) mindestens zwei im Strahlengang hintereinander angeordnete Linsen (2) umfasst.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Linsenanordnung (11) mindestens zwei, im Strahlengang hintereinander angeordnete fokusvariable Linsen (2, 20) umfasst.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Loch (30) der
Lochblende (3) kreisförmig oder vieleckig ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lochblende (3) ortsfest angeordnet ist.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lochblende (3) und die Linsenanordnung (11) ortsfest angeordnet sind.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Loch (30) der
Lochblende (3) eine konstante Größe (32), insbesondere einen konstanten Durchmesser (31), hat.
Optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die fokusvariable Linse (2, 20) eine verstellbare Flüssiglinse ist.
10. Konfokalmikroskop (100), umfassend eine optische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und eine Steuereinheit (110) zur Steuerung der Position und/oder der Fokusposition mindestens einer fokusvariablen Linse (2, 20). Konfokalmikroskop (100) nach Anspruch 10, wobei das Konfokalmikroskop (100) eine zweite optische Anordnung ( ) mit einer Linsenanordnung (11') mit mindestens einer Linse (2') umfasst, wobei ein Lichtstrahl (4) durch die zweite Linsenanordnung (11') auf ein Loch (30') einer zweiten Lochblende (3') fokussierbar ist, und die zweite Linsenanordnung (11') mindestens eine fokusvariable Linse (2', 20') umfasst, oder wobei Licht durch eine zweite Lochblende (3') austritt und mittels einer zweiten Linsenanordnung (11'), die mindestens eine fokusvariable Linse (2', 20') umfasst, einen Lichtstrahl (4) formt, und wobei die erste optische Anordnung (1) detektionsseitig und zweite optische Anordnung ( ) lichtquellenseitig angeordnet sein könnte. 12. Konfokalmikroskop (100) nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine anregungsseitige optische Anordnung ( ) und eine detektionsseitige Anordnung (1) vorgesehen ist, wobei die fokusvariablen Linsen der optischen Anordnungen (1, 1') synchron derart ansteuerbar sind, dass chromatische Längsfehler des Objektivs kompensiert werden und/oder dass minimale Rasterbewegungen ausgeführt werden. 13. Konfokalmikroskop (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die fokusvariable Linse (2, 20') der detektionsseitigen Anordnung (1) derart angesteuert wird, dass die Fokuslage der fokusvariablen Linse (2, 20') um die Mitte des Lochs (30) lateral variiert wird, so dass nacheinander mehrere Bilder bei unterschiedlichen Fokuslagen aufgenommen werden können, und mittels einer Bildauswertung eine Erhöhung der räumlichen Auflösung erzielt werden kann.
14. Verfahren zum Betreiben eines Konfokalmikroskops (100) mit einer Lochblende (3) mit einem Loch (30), wobei ein Lichtstrahl (4) mittels einer fokusvariablen Linse (2, 20) auf das Loch (30) der Lochblende (3) fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Position der fokusvariablen Linse (2, 20) entlang des Strahlengangs und/oder die Fokuslänge (48) der fokusvariablen Linse (2, 20) geändert werden, um bei einer gleichbleibenden physischen Größe (32, 31) des Lochs (30) der Lochblende (3) eine gewünschte effektive Größe des Lochs (30) der Lochblende (3) zu erreichen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Konfokalmikroskop (100) zur Messung einer Fluoreszenz in einer Probe (7) ausgestaltet ist und die effektive Größe des Lochs (30) der Lochblende (3) in Abhängigkeit von einer Anregungswellenlänge und/oder der Detektionswellenlänge der Fluoreszenz geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zur Ausrichtung des Fokuspunktes (40) auf das Loch (30) der Lochblende (3) ausschließlich die fokusvariable Linse (2, 20) gesteuert wird.
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