Winkelselektive Beleuchtung

Verschiedene Ausführungsformen betreffen Techniken der winkelselektiven Beleuchtung. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Laser-Scanning-Mikroskop und ein Mikroskop. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein Beleuchtungsmodul für eine entsprechende optische Vorrichtung einen Träger mit mehreren Lichtquellen und optional mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich.

Aus DE102014112242DE 10 2014 112 242 A1A1 sind Techniken bekannt, um eine Probe aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten (winkelselektive Beleuchtung oder strukturierte Beleuchtung). Durch Kombination der für die unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen erhaltenen Bilder, kann ein Ergebnisbild bestimmt werden, welches z.B. einen Phasenkontrast aufweist. Mittels der winkelselektiven Beleuchtung kann also durch digitale Nachbearbeitung Phasenkontrastbildgebung möglich sein.

Teilweise kann es schwierig sein, entsprechende Beleuchtungsmodule für die winkelselektive Beleuchtung mit herkömmlichen optischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel einem Laser-Scanning-Mikroskop (LSM) oder einem Lichtmikroskop mit Objektiv zu kombinieren. Dies kann der Fall sein, da in solchen herkömmlichen optischen Vorrichtungen oftmals nur begrenzter Bauraum vorhanden ist.

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Implementierungen von Beleuchtungsmodulen für die winkelselektive Beleuchtung. Insbesondere besteht ein Bedarf für entsprechende Beleuchtungsmodule, die sich flexibel in den Strahlengang einer optischen Vorrichtung integrieren lassen.

Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.

Gemäß einem Beispiel umfasst ein LSM ein erstes Beleuchtungsmodul mit einer Laserlichtquelle. Das LSM umfasst auch ein zweites Beleuchtungsmodul mit einem Träger und mit mehreren Lichtquellen, die auf dem Träger angeordnet sind.

Für ein solches LSM lassen sich Aspekte der winkelselektiven Beleuchtung kombinieren mit der Laser-Scanning-Bildgebung.

Zum Beispiel kann das LSM zur Fluoreszenzbildgebung eingerichtet sein. Dazu kann das LSM zum Beispiel einen Probenhalter umfassen. Der Probenhalter kann ein Probenobjekt, wie beispielsweise eine biologische Probe oder eine Zellkultur, im Strahlengang fixieren. Das Probenobjekt kann z.B. ein Phasenobjekt sein, das in Bezug auf durchtretendes Licht eine signifikante Phasenänderung bewirkt. Durch das Laserlicht können Fluoreszenz-Prozesse in der biologischen Probe angeregt werden. Der Detektor kann dann eingerichtet sein, um ein entsprechendes Fluoreszenzsignal des Probenobjekts zu detektieren.

Zum Beispiel kann der Detektor als Photomultiplier (PMT) ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der Detektor in Transmissions-Geometrie oder Reflexions-Geometrie angeordnet sein, das heißt in Bezug auf das erste Beleuchtungsmodul hinter (Durchtrittsstrahlengang) oder vor (Reflektionsstrahlengang) dem Probenhalter angeordnet sein. Wenn der Detektor im Durchtrittsstrahlengang angeordnet ist, kann zum Beispiel ein Hellfeld-Transmissionsbild erzeugt werden.

Es ist zum Beispiel möglich, dass sich das Detektionsspektrum des Detektors unterscheidet von einem Emissionsspektrum der Laserlichtquelle. Dies kann der Fall sein, da die Fluoreszenz-Prozesse eine Wandlung der Wellenlänge zwischen absorbiertem Licht und emittiertem Licht bewirken können. Es wäre aber auch möglich, dass das Detektionsspektrum des Detektors zumindest teilweise überlappt mit dem Emissionsspektrum der Laserlichtquelle.

Es ist grundsätzlich möglich, dass das LSM mehr als einen Detektor zur Detektion des Fluoreszenzsignals umfasst. Zum Beispiel könnte ein erster Detektor im Durchtrittsstrahlengang angeordnet sein und ein zweiter Detektor im Reflektionsstrahlengang. Zum Beispiel könnte der zweite Detektor durch Airy-Einheit ergänzt sein. Zum Beispiel könnte der zweite Detektor in Bezug auf den Probenhalter hinter einer Scanoptik des LSMs angeordnet sein.

Beispielsweise kann der Träger in einem durch die Laserlichtquelle definierten Strahlengang angeordnet sein. Z.B. könnte der Träger eine Ausdehnung senkrecht zum Strahlengang aufweisen. Der Träger kann sich also beispielsweise in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zum Strahlengang angeordnet ist. Der Träger kann sich aber auch in einer Ebene erstrecken, die einen Winkel zwischen 0° und 90° mit einem Zentralstrahl des Strahlengangs einschließt. Der Träger kann also verkippt gegenüber dem Strahlengang angeordnet sein. Dabei kann es möglich sein, dass der Träger auch eine gewisse Ausdehnung (Dicke) parallel zum Strahlengang aufweist.

In beispielhaften Implementierungen ist es möglich, dass der Träger mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist. Der mindestens eine lichtdurchlässige Bereich kann z.B. innerhalb eines äußeren Umfangs des Trägers ausgebildet sein. In verschiedenen Beispielen kann der mindestens eine lichtdurchlässige Bereich innerhalb des Trägers, d.h. beanstandet von Außenkanten bzw. einem Umfang der Träger angeordnet sein. Ein Außenumfang des Trägers kann also den mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich einschließen.

Der mindestens eine lichtdurchlässige Bereich kann z.B. Transmission eines signifikanten Anteils von Licht in einem bestimmten Spektralbereich senkrecht zum Träger, d.h. entlang dessen Dicke, ermöglichen. Insbesondere kann der lichtdurchlässige Bereich zum Beispiel einen Transmissionsgrad aufweisen, der größer als 20 % ist, bevorzugt > 80 %, besonders bevorzugt > 90 % ist. Dabei ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, dass der lichtdurchlässige Bereich über einen besonders großen spektralen Bereich einen entsprechend großen Transmissionsgrad aufweist. Es wäre zum Beispiel möglich, dass der lichtdurchlässige Bereich lediglich in einem bestimmten spektralen Bereich einen signifikanten Transmissionsgrad aufweist und in anderen spektralen Bereichen nur einen vergleichsweise geringen Transmissionsgrad aufweist.

Z.B. kann der Strahlengang zumindest teilweise durch den mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich hindurchtreten. Es wäre also möglich, dass das zweite Beleuchtungsmodul im Strahlengang, der durch die Laserlichtquelle definiert ist, angeordnet ist. Z.B. könnte das zweite Beleuchtungsmodul konzentrisch mit einem Zentralstrahl des Strahlengangs angeordnet sein.

Durch das Vorsehen des zweiten Beleuchtungsmoduls mit dem lichtdurchlässigen Bereich können Techniken der winkelselektiven Beleuchtung flexibel mit dem Aufbau des LSMs verbunden werden. Insbesondere kann es möglich sein, dass zweite Beleuchtungsmodul innerhalb des Strahlengangs anzuordnen. Dies ist der Fall, da mittels des lichtdurchlässigen Bereichs erreicht werden kann, dass der Strahlengang nicht oder nicht signifikant durch das zweite Beleuchtungsmodul verändert wird.

Dabei sind unterschiedlichste Techniken möglich, um den lichtdurchlässigen Bereich in dem Träger auszubilden. Die verschiedenen hierin beschriebenen Beispiele zum Ausbilden des lichtdurchlässigen Bereichs können in verschiedenen Szenarien auch miteinander kombiniert werden.

Ein Beispiel betrifft die Implementierung des lichtdurchlässigen Bereichs als Loch. Dabei kann das Loch zum Beispiel als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. In anderen Worten kann es möglich sein, den lichtdurchlässigen Bereich als Aussparung des Materials des Trägers zu implementieren. Beispielsweise kann das Loch zentral auf dem Träger angeordnet sein; es wäre alternativ oder zusätzlich möglich, dass das Loch oder ein weiteres Loch dezentral auf dem Träger angeordnet ist. Wenn das Loch dezentral auf dem Träger angeordnet ist, ist es möglich, dass das Loch – beispielsweise ein Mittelpunkt des Lochs – einen gewissen Abstand zu dem Zentrum des Trägers aufweist. Dabei kann das Zentrum des Trägers zum Beispiel als das geometrische Zentrum des Trägers definiert sein. Alternativ wäre es auch möglich, dass das Zentrum des Trägers durch denjenigen Punkt des Trägers definiert ist, der durch einen Zentralstrahl des Strahlengangs bestimmt ist.

Das Loch kann laterale Ausmaße einer durch eine Oberfläche des Trägers definierten Ebene aufweisen, welche mit einer Strahlweite des Strahlengangs im Bereich des zweiten Beleuchtungsmoduls korrelieren. Zum Beispiel können die lateralen Ausmaße des Lochs mehr als 50 % der Strahlweite des Strahlengangs betragen, bevorzugt mehr als 90 %, besonders bevorzugt mehr als 120 %.

Durch das Implementieren des lichtdurchlässigen Bereichs als Loch kann erreicht werden, dass der Transmissionsgrad des lichtdurchlässigen Bereichs des Trägers besonders groß ist. Außerdem kann der Träger einfach hergestellt werden, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen.

In verschiedenen Beispielen kann das Loch bei Anordnung des zweiten Beleuchtungsmoduls im LSM frei bleiben; d.h. es können keine weiteren optisch wirksamen Elementen innerhalb des Lochs angeordnet sein. In anderen Beispielen wäre es aber möglich, dass optische Elemente, wie z.B. eine Linse, einen Spiegel; einen Strahlteiler; ein Gitter bzw. Grating, Filter, usf. zumindest teilweise innerhalb des Lochs angeordnet sind. In verschiedenen Beispielen ist es z.B. möglich, dass der Detektor zumindest teilweise in dem Loch angeordnet ist. Der Detektor kann sich also zumindest teilweise in dem Loch erstrecken. Zum Beispiel könnte eine sensitive Fläche bzw. Sensorfläche des Detektors eine Oberfläche aufweisen, die parallel zu der Oberfläche des Trägers orientiert ist. Zum Beispiel könnte das Loch laterale Ausmaße parallel zu der Oberfläche des Trägers aufweisen, welche mit den lateralen Abmessungen der sensitiven Fläche des Detektors korrelieren.

Mittels solcher Techniken ist es möglich, eine besonders platzsparende Implementierung zu gewährleisten. Insbesondere kann es möglich sein, das zweite Beleuchtungsmodul in engem Kontakt mit dem Detektor zu platzieren und derart einen hohen Integrationsgrad zu gewährleisten.

Eine solche Implementierung eines kombinierten zweiten Beleuchtungsmoduls/Detektors kann insbesondere in Bezug auf einen PMT in Transmissionsgeometrie erstrebenswert sein, d.h. für ein Szenario, in dem der Detektor und das zweite Beleuchtungsmodul in Bezug auf das erste Beleuchtungsmodul hinter dem Probenhalter angeordnet ist. Derart kann mittels des Detektors zum Beispiel eine Hellfeld-Fluoreszenzbildgebung erfolgen.

In anderen Beispielen ist es auch möglich, dass das zweite Beleuchtungsmodul nicht im Durchtrittsstrahlengang angeordnet ist, sondern vielmehr in Bezug auf das erste Beleuchtungsmodul vor dem Probenhalter. Zum Beispiel könnte das zweite Beleuchtungsmodul zwischen einer Scanoptik des LSMs und einem Objektiv des LSMs angeordnet sein, z.B. direkt im Strahlengang oder eingespiegelt. Die Scanoptik und das Objekt können in Bezug auf das erste Beleuchtungsmodul vor dem Probenhalter angeordnet sein. Derart kann eine effiziente Beleuchtung durch das zweite Beleuchtungsmodul erreicht werden, da die Scanoptik nicht durchlaufen werden muss.

Beispielsweise wäre es möglich, dass das zweite Beleuchtungsmodul in einem Bereich zwischen dem Objektiv und der Scanoptik angeordnet ist, in welchem die Strahlweite des Strahlengangs vergleichsweise gering ist – zum Beispiel in Bezug auf andere Bereiche des Strahlengangs zwischen Scanoptik und Objektiv. Zum Beispiel wäre es möglich, dass das zweite Beleuchtungsmodul im Bereich zwischen dem Objektiv und der Scanoptik nahe oder bei einer Zwischenbildebene angeordnet ist.

Es wäre auch möglich, dass das zweite Beleuchtungsmodul zwischen dem Objektiv und der Scanoptik in den Strahlengang eingespiegelt angeordnet ist. Dazu kann zum Beispiel ein teilreflektiver Spiegel als entsprechende Einkopplung vorgesehen sein, welcher mit dem Strahlengang einen bestimmten Winkel einschließt. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, einen dichroitischen Filter als Einkopplung vorzusehen, beispielsweise wenn unterschiedliche Wellenlängenbereiche ausgenutzt werden.

Der Detektor kann ein Detektionsspektrum aufweisen, welches zumindest teilweise verschieden von einem Emissionsspektrum der Lichtquellen des zweiten Beleuchtungsmoduls ist. Derart kann zum Beispiel im Zusammenhang mit der Fluoreszenzbildgebung erreicht werden, dass eine Beleuchtung des Probenobjekts durch die mehreren Lichtquellen des zweiten Beleuchtungsmodul Fluoreszenz-Prozesse nicht oder nur in einem geringen Maße anregt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Fluoreszenzbildgebung durch Beleuchtung mittels der Lichtquellen des zweiten Beleuchtungsmoduls nicht oder nicht signifikant verfälscht wird. Dadurch kann es möglich sein, neben der Fluoreszenzbildgebung auch Phasenkontrastbildgebung zu betreiben, ohne dass die Genauigkeit der Fluoreszenzbildgebung signifikant herabgesetzt wird.

Zum Durchführen der Phasenkontrastbildgebung können in verschiedenen Beispielen die oben beschriebenen Detektoren des LSMs verwendet werden. In anderen Worten kann es möglich sein, dass in verschiedenen Beispielen der oder die Detektoren zur Bildgebung bei Beleuchtung durch das erste Beleuchtungsmodul, als auch zur Bildgebung bei Beleuchtung durch das zweite Beleuchtungsmodul eingesetzt werden. Zum Beispiel kann also ein PMT zur Phasenkontrastbildgebung bei Beleuchtung durch das zweite Beleuchtungsmodul und auf Grundlage von Techniken der winkelselektiven Beleuchtung eingesetzt werden. In einem solchen Beispiel kann es entbehrlich sein, einen dedizierten Detektor für die Techniken der winkelselektiven Beleuchtung vorzusehen; dadurch kann wiederum der benötigte Bauraum reduziert werden.

In anderen Beispielen ist es aber auch möglich, dass das LSM einen weiteren Detektor umfasst. Der weitere Detektor kann derart angeordnet sein, dass er zu Techniken der winkelselektiven Bildgebung eingesetzt werden kann. Z.B. kann der weitere Detektor eine vergleichsweise hohe Auflösung aufweisen, z.B. im Vergleich zu einem PMT. Insbesondere kann der weitere Detektor derart angeordnet sein, dass er zur Bildgebung bei Beleuchtung des Probenobjekts durch das zweite Beleuchtungsmodul verwendet werden kann. Wenn der weitere Detektor keine Fluoresenzsignale detektieren muss, kann eine Sensitivität des weiteren Detektors vergleichsweise gering sein, z.B. im Vergleich zu einem PMT. Dabei ist es zum Beispiel möglich, dass der weitere Detektor ein Detektionsspektrum aufweist, welches zumindest teilweise überlappend mit dem Emissionsspektrum der Lichtquellen des zweiten Beleuchtungsmoduls ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der weitere Detektor einen CCD-Sensor umfasst. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass der weitere Detektor einen CMOS-Sensor umfasst.

Der weitere Detektor kann beispielsweise als Kamera betrieben werden. Durch das Vorsehen des weiteren Detektors kann eine in Bezug auf die Phasenkontrastbildgebung optimierte Bilderfassung durchgeführt werden.

In verschiedenen Beispielen kann der weitere Detektor an unterschiedlichsten Positionen positioniert werden. Insbesondere kann die Positionierung des weiteren Detektors in Abhängigkeit von der Positionierung des zweiten Beleuchtungsmoduls variieren. Grundsätzlich wäre es möglich, den weiteren Detektor in Transmissions-Geometrie oder Reflexions-Geometrie in Bezug auf das zweite Beleuchtungsmodul und den Probenhalter zu betreiben. In einem Beispiel wäre es möglich, dass der weitere Detektor zwischen der Scanoptik und dem Objektiv angeordnet ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der weitere Detektor im Bereich einer Zwischenbildebene angeordnet ist. Z.B. kann für den weiteren Detektor ein Strahlteiler vorgesehen sein, sodass ein entsprechender Strahlengang eingespiegelt wird.

In weiteren Beispielen umfasst ein Mikroskop ein Objektiv und einen Detektionsstrahlengang. Der Detektionsstrahlengang verläuft durch das Objektiv. Das Mikroskop umfasst auch ein Beleuchtungsmodul mit einem Träger. Der Träger weist mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich auf. Das Beleuchtungsmodul umfasst mehrere Lichtquellen, die auf dem Träger angeordnet sind.

Für ein solches Mikroskop mit einem Beleuchtungsmodul können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für das oben diskutierte LSM erzielt werden können. Insbesondere kann es wiederum möglich sein, das Beleuchtungsmodul besonders platzsparende in das Mikroskop zu integrieren. Dadurch kann es wiederum möglich sein, die Position des Beleuchtungsmoduls flexibel zu variieren.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Träger in dem Detektionsstrahlengang angeordnet ist. Dabei wäre es zum Beispiel möglich, dass der Träger eine Ausdehnung quer zum Direktionsstrahlengang aufweist. Derart kann eine ganz besonders platzsparende Integration des Beleuchtungsmoduls in das Mikroskop erfolgen.

Das Mikroskop kann auch eine Kamera umfassen, die einen weiteren Strahlengang definiert. Der weitere Strahlengang kann zumindest teilweise verschieden sein vom Detektionsstrahlengang. Der Träger kann eine Ausdehnung quer zum weiteren Strahlengang aufweisen.

Zum Beispiel kann das Mikroskop ein optisches Durchlichtmikroskop oder Auflichtmikroskop herkömmlicher Bauart sein, d.h. zum Beispiel einen Objektivrevolver mit mehreren Objektiven, ein oder mehreren Okulare im Detektionsstrahlengang, ein oder mehreren Detektoren im Detektionsstrahlengang, und / oder einen Trinokulartubus umfassen. Zum Beispiel kann das Mikroskop auch ein weiteres Beleuchtungsmodul umfassen. Dabei kann das weitere Beleuchtungsmodul zum Beispiel einen Tageslicht-Aufsatzspiegel, ein oder mehrere Halogenlampen, ein oder mehrere Quecksilber-Hochdrucklampen, und / oder ein oder mehrere Leuchtdioden als Lichtquelle umfassen. Das weitere Beleuchtungsmodul kann einen Kondensor aufweisen, welcher eine Leuchtfeldblende auf das Probenobjekt abbildet und mit seiner numerischen Apertur das Auflösungsvermögen des Mikroskops unterstützt. Es ist aber auch möglich, dass das Mikroskop kein weiteres Beleuchtungsmodul umfasst. Es kann z.B. das Beleuchtungsmodul mit den mehreren Lichtquellen auch zur herkömmlichen Bildgebung verwendet werden. In weiteren Beispielen kann auch ein rein digitales Mikroskop verwendet werden, welches z.B. kein Okular aufweist.

Der Detektionstrahlengang kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um ein oder mehrere Detektoren vorzusehen, die ein auf einem Probenhalter des Mikroskops angeordnetes Probenobjekt mit einer Vergrößerung abbilden. Dazu könnte das Mikroskop zum Beispiel ein oder mehrere Okulare oder Detektoren umfassen.

Beispielsweise wäre es möglich, dass der weitere Strahlengang vollständig verschieden von dem Detektionsstrahlengang ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Detektionsstrahlengang auf einer Seite eines Probenhalters des Mikroskops verläuft; während der weitere Strahlengang auf der gegenüberliegenden Seite des Probenhalters verläuft. Der weitere Strahlengang kann aber auch teilweise parallel zu dem Detektionsstrahlengang verlaufen. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der weitere Strahlengang in den Detektionsstrahlengang eingespiegelt ist. Dazu kann zum Beispiel ein teilreflektiver Spiegel und/oder ein dichrotischer Filter vorgesehen sein.

In einem Beispiel ist es möglich, dass der weitere Strahlengang auch durch das Objektiv verläuft. In einem solchen Beispiel definiert typischerweise der weitere Strahlengang auch eine vergleichsweise große Vergrößerung des Probenobjekts. In einem anderen Beispiel wäre es aber auch möglich, dass der weitere Strahlengang nicht durch das Objektiv verläuft. In einem solchen Beispiel kann der weitere Strahlengang zum Beispiel eine vergleichsweise geringe Vergrößerung des Probenobjekts definieren. Derart kann der weitere Strahlengang zum Beispiel das Erzeugen eines Übersichtsbilds des Probenobjekts ermöglichen.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Detektionsstrahlengang eine erste Vergrößerung des Probenobjekts definiert; während der weitere Strahlengang eine zweite Vergrößerung des Probenobjekts in Bezug auf die Kamera definiert. Dabei kann die zweite Vergrößerung kleiner sein als die erste Vergrößerung. Derart kann es möglich sein, mittels der Kamera ein Übersichtsbild zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Übersichtsbild wesentliche Bereiche des Probenhalters abbilden. Zum Beispiel könnte die zweite Vergrößerung derart dimensioniert sein, dass das Übersichtsbild mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 100 % des Probenhalters abbildet. Bei einer genügend kleinen Vergrößerung kann z.B. ein Halterahmen des Probenhalters abgebildet werden und zur Orientierung genutzt werden. Mittels eines durch die Kamera erzeugten Bildes kann es dann möglich sein, eine Grobpositionierung und/oder Feinpositionierung durch Verstellen des Probenhalters vorzunehmen.

Es ist auch möglich, die obenstehend beschriebenen Techniken zum Ausbilden des lichtdurchlässigen Bereichs auf das Beleuchtungsmodul des Mikroskops anzuwenden. Dabei wäre es zum Beispiel möglich, dass der lichtdurchlässige Bereich durch ein Loch ausgebildet wird, z.B. durch ein dezentral oder zentral auf dem Träger angeordnetes Loch.

Wenn das Loch zum Beispiel dezentral angeordnet ist, kann das Loch einen Abstand von einem Zentrum des Trägers aufweisen. Das Zentrum des Trägers kann – wie obenstehend bereits in Bezug auf das LSM beschrieben – zum Beispiel geometrisch und/oder in Bezug auf einen Zentralstrahl des Strahlengangs definiert sein. In einem solchen Beispiel der dezentralen Anordnung des Lochs kann es möglich sein, dass zwischen dem Zentrum des Trägers und dem lichtdurchlässigen Bereich zumindest eine der Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls angeordnet ist.

Insbesondere kann es dadurch möglich sein, eine oder mehrere Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls besonders zentral anzuordnen. Dadurch kann eine Hellfeld-Bildgebung durch das Mikroskop gefördert werden. Dadurch kann es zum Beispiel möglich sein, dass die Beleuchtung des Probenobjekts durch die zentral angeordnete eine oder mehrere Lichtquellen durch eine Blende des Objektivs gesammelt werden kann. In anderen Worten kann es dadurch möglich sein, dass direktes Licht der zentral angeordneten einen oder mehreren Lichtquellen in das Objektiv eindringt.

Gleichzeitig kann es erstrebenswert sein, dass ein Abstand zwischen dem Zentrum des Trägers und dem lichtdurchlässigem Bereich vergleichsweise klein dimensioniert ist – zum Beispiel unter der Randbedingung der oben stehend erläuterten Hellfeld-Bildgebung. Insbesondere kann es möglich sein, dass der Abstand zwischen dem lichtdurchlässigen Bereich und dem Zentrum des Trägers einer Projektion einer Blendenöffnung des Objektivs auf den Träger entspricht. Derart kann ein besonders großer Transmissionsgrad von Licht durch den lichtdurchlässigen Bereich gewährleistet werden.

In verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass das Loch frei bleibt, das heißt keine optischen Elemente im Bereich des Lochs angeordnet sind. Es wäre aber auch möglich, dass die Kamera zumindest teilweise in dem Loch angeordnet ist. Z.B. kann eine Sensorfläche der Kamera parallel zu einer Oberfläche des Trägers angeordnet sein. Z.B. wäre es möglich, dass eine Abbildungsoptik der Kamera zumindest teilweise in dem Loch angeordnet ist. Die Abbildungsoptik kann beispielsweise mindestens ein Element umfassen, welches aus folgender Gruppe ausgewählt ist: eine Linse; ein Gitter; ein Filter; einen Spiegel; und einen Strahlteiler. Derart kann eine besonders platzsparende Integration des Beleuchtungsmoduls in das Mikroskop erfolgen.

Die verschiedenen Lichtquellen können getrennt bzw. gesondert ansteuerbar sein. Dies bedeutet, dass die verschiedenen Lichtquellen z.B. – falls benötigt – durch gesonderte Steuersignale betrieben werden können. In den hierin beschriebenen Beispielen können unterschiedliche Lichtquellen zur Implementierung der winkelselektiven Beleuchtung verwendet werden. Zum Beispiel können die Lichtquellen aus folgender Gruppe ausgewählt sein: organische Leuchtdioden; Festkörper-Leuchtdioden; Leuchtdioden; Halogenlichtquellen; und Laserdioden. Dabei ist es zum Beispiel möglich, dass organische Leuchtdioden und Halogenlichtquellen eine größere laterale Abmessung parallel zu einer Oberfläche des Trägers aufweisen, als die Leuchtdioden. Durch das Bereitstellen des mindestens einen lichtdurchlässigen Bereichs kann eine Flexibilität in Bezug auf die außerhalb des mindestens einen lichtdurchlässigen Bereichs angeordneten Lichtquellen erzielt werden.

In einem Beispiel könnten die Lichtquellen kreisförmig bzw. ringförmig angeordnet sein.

Zum Beispiel können die Lichtquellen in einer Matrix-Struktur angeordnet sein, d.h. mit einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Periodizität innerhalb einer durch eine Oberfläche des Trägers definierten Ebene. Die Matrix-Struktur kann einer Gitterstruktur der Anordnung entsprechen. Dabei kann die Matrix-Struktur zum Beispiel eine quadratische, rechtecksförmig, oder mehreckige Einheitszelle der korrespondierenden Gitterstruktur definieren. Durch das Verwenden der Matrix-Struktur kann eine besonders flexible winkelselektive Beleuchtung eingesetzt werden. Derart kann eine besonders aussagekräftige Phasenkontrastbildgebung implementiert werden.

Es wäre z.B. möglich, dass die Lichtquellen auf einer Kuppel-förmigen Oberfläche des Trägers angeordnet sind (Beleuchtungsdom).

In verschiedenen Beispielen kann der Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen für die winkelselektive Beleuchtung variieren. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Lichtquellen auf einer Oberfläche des Trägers mit einem geometrischen Füllfaktor angeordnet sind, der nicht größer als 90 % ist, bevorzugt nicht größer als 50 % ist, besonders bevorzugt nicht größer als 30 % ist. Derart kann es möglich sein, dass besonders wenig Licht, welches auf den Träger einfällt, durch die Lichtquellen absorbiert oder reflektiert wird.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass der Träger zumindest im lichtdurchlässigen Bereich aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet ist, beispielsweise einem Festkörper-Material. Zum Beispiel könnte der Träger zumindest im lichtdurchlässigen Bereich aus Glas ausgebildet sein. Beispielsweise könnte der Träger zumindest im lichtdurchlässigen Bereich aus durchsichtiger Kunstofffolie ausgebildet sein. Beispielsweise könnten die verschiedenen Lichtquellen auf unterschiedlichen Bahnen der Kunstofffolie angeordnet sein. Insbesondere im Zusammenhang mit einem vergleichsweise geringen geometrischen Füllfaktor mit, mit welchem die Lichtquellen auf der Oberfläche des Trägers angeordnet sind, kann durch das Verwenden des lichtdurchlässigen Materials erreicht werden, dass der lichtdurchlässige Bereich jeweils zwischen benachbarten Lichtquellen ausgebildet wird und vergleichsweise groß dimensioniert ist. Derart kann erreicht werden, dass besonders wenig Licht vom auf die Oberfläche des Trägers einfallen Strahlengang reflektiert oder absorbiert wird.

Beispielsweise wäre es möglich, dass die Lichtquellen rotationssymmetrischer in Bezug auf eine zentral angeordnete Achse senkrecht zu einer Oberfläche des Trägers angeordnet sind. Z.B. könnten unterschiedliche Lichtquellen einen unterschiedlichen Abstand zu der Achse aufweisen. Derart kann es möglich sein, in einer zentralen Region des Trägers den lichtdurchlässigen Bereich zu implementieren. Insbesondere kann es möglich sein, den lichtdurchlässigen Bereich vergleichsweise groß zu dimensionieren. Außerdem kann es mittels einer solchen Rotation symmetrischen Anordnung der Lichtquellen möglich sein, die Techniken der winkelselektiven Beleuchtung besonders effizient zu implementieren.

In einem Beispiel wäre es möglich, dass die Lichtquellen außerhalb des lichtdurchlässigen Bereichs auf dem Träger angeordnet sind. In einem solchen Beispiel kann der lichtdurchlässige Bereich durch ein anderes Element als die Lichtquellen ausgebildet werden, beispielsweise wie obenstehend beschrieben durch ein Loch, ein lichtdurchlässiges Festkörper-Material, etc.

In einem weiteren Beispiel wäre es aber auch möglich, dass die Lichtquellen den mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich zumindest teilweise ausbilden. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen als organische Leuchtdioden implementiert sein, die lichtdurchlässig sind. Dadurch kann es möglich sein, einerseits einen besonders großen mindestens einen lichtdurchlässigem Bereich zu implementieren; während gleichzeitig eine besonders flexible Anordnung der Lichtquellen möglich ist.

Solche obenstehend beschriebenen Mikroskope oder Laser-Scanning-Mikroskope können generell zur winkelselektiven Beleuchtung verwendet werden. Dadurch kann es möglich sein, ein Phasenkontrast-Bild eines Objekts zu erzeugen (Ergebnisbild). Es wäre auch möglich Autofokus-Anwendungen zu implementieren.

Bei der winkelselektiven Beleuchtung können die Lichtquellen gesondert und/oder sequentiell zur Lichterzeugung angesteuert werden. Dadurch kann die Beleuchtung eines Objekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen implementiert werden. Das Beleuchten des Objekts aus einer bestimmten Beleuchtungsrichtung kann dabei das Ansteuern von mindestens einer Lichtquelle des Beleuchtungsmoduls umfassen. Durch das gesonderte und/oder sequentielle Ansteuern der Lichtquellen kann eine Trennung der Abbildung des Objekts für die unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen in entsprechenden Messbildern erfolgen. Bei der sequentiellen Beleuchtung des Objekts können die verschiedenen Messbilder auch sequentiell erfasst werden; dadurch wird eine Trennung der Beleuchtungsrichtungen im Zeitraum bewirkt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Trennung der Beleuchtungsrichtungen durch Verwendung unterschiedlicher Spektralbereiche des Lichts für die verschiedenen Beleuchtungsrichtungen erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Trennung der Beleuchtungsrichtungen durch Verwendung unterschiedlicher Polarisationen des Lichts für verschiedene Beleuchtungsrichtungen erzielt werden. In solchen Fällen können entsprechende Messbilder auch zumindest teilweise zeitparallel erfasst werden; die Trennung kann durch das Vorhalten entsprechender Farb-Filter und/oder Polarisations-Filter erfolgen. Single-Shot Messungen können möglich sein.

Zum Beispiel könnte ein entsprechendes Laser-Scanning-Mikroskop oder ein entsprechendes Mikroskop eine Recheneinheit umfassen. Die Recheneinheit kann eingerichtet sein, um die mehreren Lichtquellen zum gesonderten und/oder sequentiellen Beleuchten eines Objekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen anzusteuern.

In einem Beispiel wäre es z.B. möglich, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, um die mehreren Lichtquellen zum gesonderten Beleuchten des Probenobjekts aus den mehreren Beleuchtungsrichtungen mit entsprechendem Licht anzusteuern, wobei das Licht unterschiedlicher Beleuchtungsrichtungen verschiedene Wellenlängen und/oder Polarisation aufweist. Dadurch kann es möglich sein, Single-Shot Messungen zu implementieren: Insbesondere kann es möglich sein, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, um die mehreren Lichtquellen zum Beleuchten des Probenobjekts aus den mehreren Beleuchtungsrichtungen zumindest teilweise zeitparallel anzusteuern.

Es ist möglich, die winkelselektive Beleuchtung auch für weitere Anwendungsfelder zu verwenden. Z.B. sind aus DE102014109687DE 10 2014 109 687 A1A1 Techniken bekannt, um die z-Position des Probenobjekts, d.h. parallel zur optischen Achse, basierend auf winkelselektiver Beleuchtung zu bestimmen: Der entsprechende Offenbarungsgehalt wird hierin durch Querverweis übernommen.

Beispielsweise wäre es in diesem Zusammenhang möglich, dass die Recheneinheit eingerichtet ist, um zumindest eine erste Lichtquelle der mehreren Lichtquellen zum Beleuchten des Probenobjekts aus einer ersten Beleuchtungsrichtung mit erstem Licht anzusteuern und mittels mindestens einem Detektor während des Beleuchtens aus der ersten Beleuchtungsrichtung ein erstes Bild zu erfassen. Die Recheneinheit kann weiterhin eingerichtet sein, um zumindest eine zweite Lichtquelle der mehreren Lichtquellen zum Beleuchten des Probenobjekts aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung mit zweitem Licht anzusteuern und mittels des mindestens einen Detektors während des Beleuchtens aus der zweiten Beleuchtungsrichtung ein zweites Bild zu erfassen. Dann kann die Recheneinheit eingerichtet sein, um einen Abstand zwischen Abbildungsorten des Probenobjekts in dem ersten Bild und in dem zweiten Bild zu bestimmen.

Dabei kann die Recheneinheit insbesondere eingerichtet sein, um die mehreren Lichtquellen zum Beleuchten des Probenobjekts aus der ersten Beleuchtungsrichtung und aus der zweiten Beleuchtungsrichtung zumindest teilweise zeitparallel anzusteuern. Um eine gesonderte Beleuchtung bzw. Möglichkeit zur Trennung des ersten Lichts und des zweiten Lichts zu ermöglichen, können das erste Licht und das zweite Licht verschiedener Wellenlängen und/oder Polarisationen aufweisen.

In einem Beispiel kann die Recheneinheit eingerichtet sein, um eine Position des Probenobjekts parallel zur optischen Achse basierend auf dem Abstand zu bestimmen. Mittels solcher Techniken ist es also möglich, vergleichsweise zügig – zum Beispiel in einer Single-Shot-Messung – die Position des Probenobjekts zu bestimmen.

Dies kann zum Beispiel für Autofokus-Anwendungen eingesetzt werden. Diesbezüglich wäre es zum Beispiel möglich, dass ein Motor vorhanden ist: Der entsprechende Motor kann eingerichtet sein, um die Fokusebene des Mikroskops gegenüber dem Probenhalter zu verschieben. Dazu kann der Motor zum Beispiel eingerichtet sein, um den Probenhalter parallel zur optischen Achse zu positionieren. Alternativ oder zusätzlich könnte der Probenhalter auch am Objektiv, am Objektivrevolver, der Kamera, und/oder einer Linse etc. positioniert sein. Dann kann die Recheneinheit eingerichtet sein, um den Motor basierend auf dem bestimmten Abstand zwischen den Abbildungsorten des Probenobjekts in dem ersten Bild und dem zweiten Bild anzusteuern.

Mittels solcher Techniken kann es möglich sein, schnelle Autofokus-Anwendungen etwa in Echtzeit zu implementieren. Zum Beispiel könnte mittels einer entsprechenden Technik eine Regelschleife implementiert werden, welche bewirkt, dass das Probenobjekt im Verlauf einer Messreihe fortwährend im Fokus des Mikroskops gehalten wird. Dazu kann es möglich sein, dass ein Erfassen des ersten Bilds und des zweiten Bilds für verschiedene Beleuchtungsrichtungen und ein entsprechendes Ermitteln des Abstands zwischen den Abbildungsorten des Probenobjekts wiederholt während der Messreihe durchgeführt wird. Dies kann z.B. verschachtelt mit der Messreihe durchgeführt werden.

Zur Trennung des Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder unterschiedlichen Polarisation können unterschiedliche Techniken eingesetzt werden. In verschiedenen Beispielen kann es möglich sein, dass diese Trennung durch einen oder mehrere Detektoren selbst durchgeführt wird. Zum Beispiel könnte ein Detektor mehrere Gruppen von Bildpunkten umfassen, welche jeweils unterschiedliche Sensitivitäten in Bezug auf Wellenlängen und/oder Polarisationen von Licht aufweisen. Wenn unterschiedliche Sensitivitäten für unterschiedliche Wellenlängen implementiert werden sollen, kann zum Beispiel ein RGB-Sensor verwendet werden. Zum Beispiel kann der RGB-Sensor ein Array von Bildpunkten umfassen, wobei die Bildpunkte einer ersten Gruppe eine Sensitivität im roten Spektralbereich aufweisen, die Bildpunkte einer zweiten Gruppe eine Sensitivität im grünen Spektralbereich aufweisen, sowie die Bildpunkte einer dritten Gruppe eine Sensitivität im blauen Spektralbereich aufweisen. Zum Beispiel könnten die Bildpunkte des RGB-Sensors in einem sogenannten Bayer-Schema angeordnet sein. Dabei können zum Beispiel mehr Bildpunkte der zweiten Gruppe mit der Sensitivität im grünen Spektralbereich vorhanden sein, als entsprechende Bildpunkte der ersten Gruppe bzw. der dritten Gruppe. Es kann dann möglich sein, dass die erfassten Bilder jeweils auf Grundlage einer einzelnen Gruppe von Bildpunkten des RGB-Sensors bestimmt werden.

Entsprechende Techniken werden auch in Bezug auf die gesonderte Kodierung mittels Polarisation anwendbar. Zum Beispiel könnte ein Detektor mehrere Gruppen von Bildpunkten umfassen, wobei die unterschiedlichen Gruppen jeweils mit verschiedenen Sensitivitäten in Bezug auf die Polarisation von Licht assoziiert sind. Zum Beispiel könnte der Detektor einen Sensor aufweisen, bei dem – analog zu einem Bayer-Schema für RGB-Sensoren – mittels benachbarten Bildpunkten unterschiedliche Orientierungen der Polarisation des Lichts detektiert werden können und optional jeder zweite Bildpunkt eine Sensitivität für dieselbe Orientierung der Polarisation aufweist.

Um entsprechende Sensitivitäten in Bezug auf die Wellenlängen und/oder Polarisationen von Licht zu erzielen, können zum Beispiel Filter verwendet werden.

Alternativ zu einer Trennung des Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder unterschiedlichen Polarisationen durch den einen oder die mehreren Detektoren selbst, wäre es auch möglich, dass zusätzlich zu mehreren – z.B. nicht Wellenlängenund/oder Polarisations-selektiven – Detektoren auch ein oder mehrere spektrale Elemente vorgesehen sind. Das mindestens eine spektrale Element kann dabei eingerichtet sein, um mehrere den Detektoren zugeordnete Teilstrahlengänge durch die Trennung von Licht in Bezug auf Wellenlängen und/oder Polarisationen zu erzeugen. Dann wäre es möglich, dass die verschiedenen Teilstrahlengänge jeweils zu den unterschiedlichen Detektoren geführt werden.

Dabei können unterschiedliche spektrale Elemente eingesetzt werden. Zum Beispiel könnte das mindestens eine spektrale Element aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Strahlteiler; Dichroit; Farbfilter; Polarisationsfilter; Gitter; Filterrad; und Prisma.

Wenn die Trennung des Lichts durch das mindestens eine spektrale Element erfolgt, kann es möglich sein, besonders kostengünstige und/oder platzsparende und/oder besonders wenig komplexe Detektoren zu verwenden. Zum Beispiel wäre es möglich, monochrome Kameras als Detektoren zu verwenden. Dann kann die Selektion in Bezug auf Licht durch das mindestens eine spektrale Element erfolgen.

Ein Filterrad kann zum Beispiel mehrere rotierende Filterscheiben umfassen. Die Filterscheiben können Farbfilter und/oder Polarisationsfilter implementieren. Dann kann zum Beispiel ein einzelner oder mehrere Detektoren zeitsynchronisiert mit der Rotation der Filterscheibe angesteuert bzw. ausgelesen werden.

Voranstehend wurden verschiedene Techniken in Bezug auf die Trennung des Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen und/unterschiedlichen Polarisationen zur Detektion beschrieben. Entsprechende Techniken können auch eingesetzt werden, um Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder unterschiedlichen Polarisationen zu erzeugen.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass RGB-Lichtquellen verwendet werden. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen einer ersten Gruppe ein Maximum der Intensität des abgestrahlten Lichts im roten Spektralbereich aufweisen, die Lichtquellen einer zweiten Gruppe ein Maximum der Intensität des abgestrahlten Lichts im grünen Spektralbereich aufweisen, sowie die Lichtquellen einer dritten Gruppe ein Maximum der Intensität des abgestrahlten Lichts im blauen Spektralbereich aufweisen. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen in einem Schema entsprechend dem Bayer-Schema für RGB-Sensoren angeordnet sein. Entsprechende Techniken können auch in Bezug auf die gesonderte Kodierung des Lichts mittels Polarisation anwendbar sein. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen unterschiedlicher Gruppen jeweils mit verschiedenen Orientierungen der Polarisation des erzeugten Lichts assoziiert sein. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen analog zu einem Bayer-Schema für RGB-Sensoren angeordnet sein, so dass benachbarte Lichtquellen unterschiedliche Orientierungen der Polarisation des erzeugten Lichts aufweisen und optional jede zweite Lichtquelle dieselbe Orientierung der Polarisation des erzeugten Lichts aufweist.

Alternativ zu einer separaten Erzeugung des Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder unterschiedlichen Polarisationen durch unterschiedliche Lichtquellen selbst, wäre es auch möglich, dass ein oder mehrere spektrale Elemente vorgesehen sind. Das mindestens eine spektrale Element kann dabei eingerichtet sein, um mehrere den unterschiedlichen Lichtquellen zugeordnete Teilstrahlengänge hinsichtlich der Wellenlänge und/oder Polarisation zu codieren. Dabei können unterschiedliche spektrale Elemente eingesetzt werden. Zum Beispiel könnte das mindestens eine spektrale Element aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Strahlteiler; Dichroit; Farbfilter; Polarisationsfilter; Filterrad; und Prisma.

Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst ein Beleuchtungsmodul einen Träger. Der Träger weist einen lichtdurchlässigen Bereich auf. Das Beleuchtungsmodul umfasst auch mehrere Lichtquellen, die auf dem Träger angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst ein Beleuchtungsmodul einen Träger, mehrere Lichtquellen, die auf dem Träger angeordnet sind, und mindestens einen Detektor, der auf dem Träger aufgebracht ist. Zum Beispiel kann ein Emissionsspektrum der mehreren Lichtquellen zumindest teilweise überlappend mit einem Detektionsspektrum des mindestens einen Detektors sein. Zum Beispiel wäre es möglich, dass der mindestens eine Detektor zentral oder dezentral auf dem Träger angebracht ist.

Dabei wäre es möglich, dass der mindestens eine Detektor einen Abstand von einem Zentrum des Trägers aufweist und zwischen dem Zentrum des Trägers und dem mindestens einen Detektor zumindest eine Lichtquelle des Moduls angeordnet ist.

In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für jede von mehreren Beleuchtungsrichtungen: Beleuchten eines Probenobjekts aus der entsprechenden Beleuchtungsrichtung und mit entsprechendem Licht, sowie Erfassen eines zugehörigen Messbilds des Probenobjekts während des Beleuchtens. Das Licht unterschiedlicher Beleuchtungsrichtungen weist dabei verschiedene Polarisationen auf. Das Verfahren umfasst weiterhin das Kombinieren von auf den erfassten Messbildern basierenden Ausgangsbildern im Bildraum zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds des Probenobjekts.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren das Beleuchten eines Probenobjekts aus einer ersten Beleuchtungsrichtung mit erstem Licht und das Erfassen eines ersten Bilds während des Beleuchtens aus der ersten Beleuchtungsrichtung. Das Verfahren umfasst weiterhin das Beleuchten des Probenobjekts aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung mit zweitem Licht und das Erfassen eines zweiten Bilds während des Beleuchtens aus der zweiten Beleuchtungsrichtung. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen eines Abstands zwischen Abbildungsorten des Probenobjekts in dem ersten Bild und in den zweiten Bild. Das Beleuchten des Probenobjekts aus der ersten Beleuchtungsrichtung und aus der zweiten Beleuchtungsrichtung kann zumindest teilweise zeitparalleles stattfinden. Das erste Licht und das zweite Licht weisen verschiedene Wellenlängen und/oder Polarisationen auf.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Z. B. könnten Beispiele betreffend die verschiedenen Beleuchtungsmodule kombiniert werden mit Beispielen betreffend das LSM und das Mikroskop.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

1 ist eine schematische Aufsicht auf ein Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit einem Träger, der einen lichtdurchlässigen Bereich gemäß verschiedener Ausführungsformen aufweist.

2 ist eine schematische Seitenansicht des Beleuchtungsmoduls zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß 1.

3 ist eine schematische Seitenansicht des Beleuchtungsmoduls zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß 1, wobei in dem Beispiel der 3 ein Detektor teilweise in dem Loch angeordnet ist.

4 illustriert schematisch ein LSM gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in dem Beispiel der 4 das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit dem Träger im Bereich zwischen einer Scanoptik des LSMs und einem Objektiv des LSMs im Strahlengang einer Laserlichtquelle des LSMs angeordnet ist.

5 illustriert schematisch ein LSM gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in dem Beispiel der 5 das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit dem Träger in Bezug auf die Laserlichtquelle des LSMs hinter einem Probenhalter des LSMs in einem Durchtrittsstrahlengang angeordnet ist, wobei in dem Beispiel der 5 weiterhin der Detektor teilweise in dem zentral auf dem Träger angeordneten Loch ausgebildet ist.

6A illustriert schematisch ein LSM gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in dem Beispiel der 6A das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit dem Träger im Bereich zwischen einer Scanoptik des LSMs und einem Objektiv des LSMs in den Strahlengang der Laserlichtquelle eingespiegelt angeordnet ist.

6B illustriert schematisch ein LSM gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in dem Beispiel der 6B ein weiterer Detektor zwischen der Scanoptik und dem Objektiv des LSMs eingespiegelt angeordnet ist, wobei der weitere Detektor zur Bildgebung eines Probeobjekts bei Beleuchtung durch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung eingerichtet ist.

7 illustriert schematisch ein herkömmliches LSM, das ein Beleuchtungsmodul mit Halogenlichtquelle für die Phasenkontrast-Bildgebung umfasst.

8A illustriert schematisch ein Mikroskop mit Kamera gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Durchtrittsstrahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist.

8B illustriert schematisch ein Mikroskop mit Kamera gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Durchtrittsstrahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist.

8C illustriert schematisch ein Mikroskop mit Kamera gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Durchtrittsstrahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist.

9A illustriert schematisch ein Mikroskop gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Strahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist.

9B illustriert schematisch ein Mikroskop gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Strahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist und im Bereich eines zentral auf dem Träger angeordneten Lochs eine Abbildungsoptik angeordnet ist.

9C illustriert schematisch ein Mikroskop gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem der Kamera zugeordneten Strahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist und die Kamera mit dem Beleuchtungsmodul gekoppelt ist.

10A illustriert schematisch ein Mikroskop gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei in einem Detektionsstrahlengang das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung angeordnet ist.

10B illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit dem Träger und den mehreren Lichtquellen gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei der lichtdurchlässige Bereich als dezentral auf dem Träger angeordnetes Loch ausgebildet ist.

10C illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit dem Träger und den mehreren Lichtquellen gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei der lichtdurchlässige Bereich als dezentral auf dem Träger angeordnetes Loch ausgebildet ist.

11 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei der Träger des Beleuchtungsmoduls aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet ist und die Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls auf der Oberfläche des Trägers mit einem geringen geometrischen Füllfaktor angeordnet sind.

12 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei der lichtdurchlässige Bereich des Beleuchtungsmoduls als zentral auf dem Träger angeordnetes Loch ausgebildet ist.

13 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die mehreren Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls durch organische Leuchtdioden implementiert sind.

14 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei die mehreren Lichtquellen durch Halogenlichtquellen implementiert sind.

15 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, wobei der lichtdurchlässige Bereich und die mehreren Lichtquellen durch organische Leuchtdioden implementiert sind.

16 ist eine schematische Aufsicht auf ein Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung und mit einem Träger, auf dem gemäß verschiedener Ausführungsformen ein Detektor angebracht ist.

17 ist eine schematische Seitenansicht des Beleuchtungsmoduls zur winkelselektiven Beleuchtung gemäß 16.

18 illustriert schematisch eine optische Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen mit einem Detektor und einer Recheneinheit.

19 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.

20 illustriert schematisch die Anordnung eines Probenobjekts außerhalb einer Fokusebene einer optischen Vorrichtung.

21 illustriert schematisch das Bestimmen der z-Position des Probenobjekts in dem Szenario der 20.

22 illustriert schematisch den Abstand zwischen Referenzpunkten eines Probenobjekts für das Beleuchten aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen.

23 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.

24 illustriert schematisch das Beleuchten eines Probenobjekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Polarisationen.

25 illustriert schematisch das Beleuchten eines Probenobjekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Polarisationen.

26 illustriert schematisch das Beleuchten eines Probenobjekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Polarisationen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird.

Nachfolgend werden Techniken in Bezug auf ein Beleuchtungsmodul beschrieben, welches für die winkelselektive Beleuchtung eines Probenobjekts eingesetzt werden kann. Das Beleuchtungsmodul umfasst mehrere Lichtquellen, die zueinander beabstandet angeordnet sind und kann dadurch Beleuchtung eines Probenobjekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen implementieren. Den unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen sind unterschiedliche Polarisationen zugeordnet. Messbilder, die den einzelnen Beleuchtungsrichtungen entsprechen, können dann miteinander kombiniert werden. Dadurch kann durch digitale Nachbearbeitung ein Ergebnisbild erhalten werden, das einen Phasenkontrast aufweist.

Dabei betreffen verschiedene Beispiele, die besonders flexible Kombination eines solchen Beleuchtungsmoduls zur winkelselektiven Beleuchtung mit optischen Vorrichtungen unterschiedlicher Ausgestaltung. In verschiedenen Beispielen wird beschrieben, wie ein solches Beleuchtungsmodul mit einem LSM kombiniert werden kann. In weiteren Beispielen wird beschrieben, wie ein solches Beleuchtungsmodul mit einem Auflichtmikroskop oder Durchlichtmikroskop kombiniert werden kann.

Zum Beispiel wird in verschiedenen Beispielen beschrieben, wie ein solches Beleuchtungsmodul mit einer Laserlichtquelle eines LSMs kombiniert werden kann. Dabei könnte das Beleuchtungsmodul mit einem in Transmissionsgeometrie angeordneten PMT, der eingerichtet ist, um ein Fluoreszenzsignal eines entsprechenden Probenobjekts zu detektieren, strukturell verbunden oder gekoppelt werden. Dazu kann das Beleuchtungsmodul z.B. einen lichtdurchlässigen Bereich aufweisen, durch den Licht hin zu dem Detektor hindurchtreten kann. Zum Beispiel könnte das Beleuchtungsmodul durch einen Träger mit einer zentral angeordneten Aussparung/Loch als lichtdurchlässiger Bereich implementiert werden; dann kann es möglich sein, den PMT zumindest teilweise in dem Loch anzuordnen. Dabei ist es zum Beispiel auch möglich, dass das Emissionsspektrum der Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls verschieden von dem Detektionsspektrum des PMTs ist. Dabei kann das Detektionsspektrum des PMT abgestimmt sein auf die Wellenlänge einer Laserlichtquelle und/oder auf die Wellenlänge eines Fluoreszenzsignals; das Emissionsspektrum der Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls kann zum Beispiel im infraroten Spektralbereich liegen.

In weiteren Beispielen wäre es zum Beispiel möglich, dass das Beleuchtungsmodul einen gelochten Träger aufweist, wobei in dem Loch oder in den Löchern keine weiteren optischen Elemente angeordnet sind. In anderen Beispielen können unterschiedliche optische Elemente im Bereich des mindestens einen Lochs angeordnet sein, beispielsweise eine Linse, eine Bertrand-Linse mit winkelselektiver Abschattung, ein Gitter, etc.

In verschiedenen Beispielen kann es möglich sein, das Beleuchtungsmodul mit einem optischen Mikroskop zu kombinieren. Dabei kann das Beleuchtungsmodul beispielsweise in einem Detektionsstrahlengang oder einem weiteren Strahlengang des Beleuchtungsmoduls angeordnet sein, wobei der weitere Strahlengang zumindest teilweise verschieden von dem Detektionsstrahlengang sein kann. In verschiedenen Beispielen ist es möglich, ein solches Beleuchtungsmodul mit einer Übersichtskamera zu kombinieren. Die Übersichtskamera kann zum Beispiel eingerichtet sein, um ein Übersichtsbild eines Probenhalters des Mikroskops zu erfassen. Ein entsprechender, mit der Kamera assoziierter Strahlengang kann deshalb eine vergleichsweise geringere Vergrößerung aufweisen.

Das Mikroskop kann zum Beispiel ein herkömmliches Auflichtmikroskop oder Durchlichtmikroskop sein. Solche Techniken können insbesondere im Zusammenhang mit der Weitfeldmikroskopie angewendet werden, bei welcher ein Übersichtsbild eines Probenobjekts erstellt wird und basierend auf dem Übersichtsbild eine Feinpositionierung stattfindet.

Die individuelle Ausgestaltung und Anordnung der Lichtquellen eines solchen Beleuchtungsmoduls zur winkelselektiven Beleuchtung kann in unterschiedlichen Beispielen variieren. Zum Beispiel könnte ein LED-Array als entsprechende Matrix-Struktur verwendet werden. In anderen Beispielen könnten auch Lichtquellen mit einer vergleichsweise großen lateralen Ausdehnung verwendet werden, wie beispielsweise Halogenlichtquellen oder organische Leuchtdioden. Diese könnten zum Beispiel in unterschiedlichen Quadranten auf dem Träger in Bezug auf ein zentral angeordnetes Loch, das den lichtdurchlässigen Bereich ausbildet, angeordnet sein. Es ist optional auch möglich, dass organische Leuchtdioden selbst lichtdurchlässig ausgestaltet sind und derart den lichtdurchlässigen Bereich implementieren.

In verschiedenen Beispielen ist es entbehrlich, dass das Beleuchtungsmodul einen lichtdurchlässigen Bereich aufweist. Z.B. wäre es in solchen Beispielen möglich, dass das Beleuchtungsmodul einen durchgängigen Träger aufweist, der nicht lichtdurchlässig ist. Z.B. wäre es hier möglich, dass mindestens ein Detektor auf dem Träger aufgebracht ist, beispielsweise aufgeklebt ist. Z.B. könnte der Detektor zentral oder dezentral auf dem Träger aufgebracht sein.

Mittels solcher Techniken können unterschiedliche Effekte erzielt werden. Zum Beispiel kann es möglich sein, unterschiedliche Bildgebungstechniken miteinander zu kombinieren. Zum Beispiel können herkömmliche, analoge Bildgebungstechniken – wie beispielsweise die analoge, optische Auflichtmikroskopie oder die analoge, optische Durchlichtmikroskopie oder die Fluoreszenz-Bildgebung – mit Techniken kombiniert werden, die auf einer digitalen Nachbearbeitung basieren. Außerdem ist es möglich Techniken der Fluoreszenz-Bildgebung mit Techniken der Nicht-Fluoreszenz-Bildgebung zu kombinieren. Digitale Techniken im Zusammenhang mit der winkelselektiven Beleuchtung können zum Beispiel – wie im Zusammenhang mit DE102014112242DE 10 2014 112 242 A1A1 beschrieben – eine vollautomatische oder zumindest teilautomatische Erzeugung eines passenden Kontrasts ermöglichen. Die entsprechende Offenbarung wird hierin durch Querverweis vollständig übernommen. Solche Techniken können daher auch ohne tiefgehendes Expertenwissen ausgeführt werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Fluoreszenz-Bildgebung kann durch Verwenden geeigneter Emissionsspektren der Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls vermieden werden, dass biologische Probenobjekte durch die Techniken der winkelselektiven Beleuchtung verbraucht werden und dadurch die Fluoreszenz-Bildgebung leidet. Darüber hinaus ist es möglich, optische Vorrichtungen zu implementieren, welche wie oben beschrieben unterschiedliche Bildgebungstechniken kombinieren, dafür jedoch ein gemeinsames Objektiv verwenden. Dies spart Bauraum, reduziert Kosten und Komplexität. Zum Beispiel kann es mittels der Techniken der winkelselektiven Beleuchtung möglich sein, Phasenkontrast Bilder zu erzeugen; hierbei kann es entbehrlich sein, spezielle Differenzielle Phasenkontrast(DIC)-Optik oder Zernike-Optik vorzusehen.

1 illustriert ein beispielhaftes Beleuchtungsmodul 100. 1 ist eine Aufsicht auf das Beleuchtungsmodul 100. Das Beleuchtungsmodul 100 umfasst einen Träger 101. Zum Beispiel kann der Träger 101 als massive Platte ausgestaltet sein. Der Träger 101 kann aus durchsichtigem, das heißt lichtdurchlässigem Material wie z.B. Glas oder Kunststoff ausgebildet sein oder kann aus nicht-lichtdurchlässigem Material ausgebildet sein. Zum Beispiel könnte der Träger 101 aus Metall hergestellt sein, zum Beispiel aus Stahl oder Aluminium. Der Träger kann als Platte ausgebildet sein.

Auf dem Träger 101 sind in dem Beispiel der 1 insgesamt vier Lichtquellen 111 versetzt gegenüber einem geometrischen Zentrum, das einer Achse 221 entspricht, angeordnet. Die Lichtquellen 111 sind in unterschiedlichen Richtungen in Bezug auf die Achse 221 angeordnet. Die Lichtquellen 111 sind insbesondere in unterschiedlichen Quadranten in Bezug auf die Achse 221 angeordnet. Zum Beispiel können die Lichtquellen 111 durch Leuchtdioden implementiert sein. Es können auch andere Arten von Lichtquellen 111 verwendet werden. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Lichtquellen 111 an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf das geometrische Zentrum des Trägers 101 angeordnet sind. Dadurch kann die winkelselektive Beleuchtung implementiert werden, z.B. in einem Szenario in welchem die zentrale Achse 221 entlang eines Zentralstrahls eines Strahlengangs einer optischen Vorrichtung, die das Beleuchtungsmodul 100 aufnimmt, verläuft. Insbesondere sind die Lichtquellen 111 rotationssymmetrischer in Bezug auf die zentrale Achse 221 angeordnet. Dies kann hilfreich sein, wenn die winkelselektive Beleuchtung für stark unterschiedliche Richtungen implementiert werden soll, z.B. um einen besonders starken Phasenkontrast zu erzeugen.

Im Bereich des geometrischen Zentrums des Trägers 101 ist ein lichtdurchlässiger Bereich 112 angeordnet. Der lichtdurchlässige Bereich 112 ist grundsätzlich optional. In einem Beispiel kann der lichtdurchlässige Bereich 112 durch lichtdurchlässiges Festkörper-Material implementiert werden; Beispiele für lichtdurchlässiges Material wären zum Beispiel: Glas; Kunstoff; Kunstoff-Folie; etc. Das lichtdurchlässige Material kann zum Beispiel in das umgebende Material des Trägers 101 eingebettet sein und fest mit diesem verbunden sein. Z.B. könnte der lichtdurchlässige Bereich 112 als Glasplatte implementiert sein, die in den metallischen Träger eingebettet ist. In einem weiteren Beispiel kann der lichtdurchlässige Bereich 112 durch eine Aussparung bzw. ein Loch implementiert sein.

Während in Bezug auf das Beispiel der 1 ein einzelner, zusammenhängender lichtdurchlässiger Bereich 112 dargestellt ist, kann es in anderen Beispielen möglich sein, mehr als einen lichtdurchlässigen Bereich vorzusehen. Z.B. könnten mehrere, voneinander getrennte Löcher vorgesehen sein. Dabei können entsprechende Techniken wie obenstehend in Bezug auf 1 erläutert angewendet werden.

Durch den lichtdurchlässigen Bereich kann erreicht werden, dass das Beleuchtungsmodul 100 besonders flexibel mit einer optischen Vorrichtung kombiniert werden kann. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass das Beleuchtungsmodul 100 innerhalb des Strahlengangs der optischen Vorrichtung angeordnet wird; dann kann Licht entlang des Strahlengangs durch das Beleuchtungsmodul 100 durch den lichtdurchlässigen Bereich 112 hindurch treten. Derart kann das Beleuchtungsmodul 100 flexibel in die optische Vorrichtung integriert werden.

2 ist eine Seiten-Schnittansicht des Beleuchtungsmoduls 100 aus 1 entlang der gestrichelt-zweifach gepunkteten Linie A-A' in 1. In 2 sind die Oberflächen 110A, 110B des Trägers 101 dargestellt. In 2 ist insbesondere eine Oberseite 110A und eine Unterseite 110B des Trägers 110 dargestellt. Die Oberseite 110A und die Unterseite 110B sind eben ausgestaltet; in anderen Beispielen könnten diese auch eine nicht-ebene Form aufweisen.

Aus 2 ist ersichtlich, dass zum Beispiel von oben oder unten einfallendes Licht entlang der zentralen Achse 221 ohne signifikante Reflexion oder Absorption durch das Beleuchtungsmodul 100 im Bereich des lichtdurchlässigem Bereichs 112 hindurchtreten kann. Deshalb ist es möglich, dass Beleuchtungsmodul 100 flexibel mit verschiedenen optischen Vorrichtungen wie beispielsweise einem LSM oder einem herkömmlichen Auflichtmikroskop oder Durchlichtmikroskop zu kombinieren.

Insbesondere kann es möglich sein, dass Beleuchtungsmodul 100 im Strahlengang einer optischen Vorrichtung anzuordnen.

In 2 sind auch die jeweils mit den Lichtquellen 111 assoziierten Beleuchtungsrichtungen 91 dargestellt.

3 illustriert Aspekte in Bezug auf das Anordnen eines Detektors 230 im lichtdurchlässigen Bereich, der als zentral auf dem Träger 110 angeordnetes Loch ausgebildet ist. Für ein Beispiel, in dem der lichtdurchlässigem Bereich 112 als Loch ausgebildet ist, ist es möglich, andere optisch wirksame Elemente, wie beispielsweise einen Detektor 230, zumindest teilweise in dem Loch anzuordnen. Ein solches Szenario ist in 3 gezeigt. In dem Beispiel der 3 ist ein PMT, der zum Beispiel eingerichtet sein kann, um ein Fluoreszenzsignal eines biologischen Probenobjekts zu detektieren, im Bereich des Lochs, welches den lichtdurchlässigen Bereich 112 implementiert, angeordnet. Insbesondere ist eine sensitive Fläche 231 des Detektors 230 gegenüber der Oberseite 110A beabstandet; dies bedeutet, dass der Detektor 230 über die Oberseite 110A entlang der Achse 221 hinausragt. Dadurch kann erreicht werden, dass von oben einfallendes Licht durch den Detektor 230 ohne große Verluste aufgrund des Beleuchtungsmoduls 100 detektiert werden kann.

4 illustriert Aspekte in Bezug auf ein LSM 200. Das LSM 200 umfasst ein erstes Beleuchtungsmodul 211, dass eine Laserlichtquelle aufweist. Die Laserlichtquelle definiert einen ersten Strahlengang 261 (in 4 gestrichelt dargestellt). Eine Kollimator-Optik 212 ist vorgesehen. Eine Scanoptik 213 ist im Strahlengang 261 angeordnet. Ein Objektiv 214 ist nahe bei einem Probenhalter 215 angeordnet. Die Scanoptik 213 und das Objektiv 214 sind in Bezug auf das erste Beleuchtungsmodul 211 vor dem Probenhalter 215 und direkt im Strahlengang 261 angeordnet. Der Probenhalter 215 ist eingerichtet, ein Probenobjekt im Strahlengang 261 zu fixieren. Das LSM 200 umfasst auch einen Detektor 230, z.B. einen PMT. Der Detektor 230 ist geeignet, um ein Fluoreszenzsignal des Probenobjekts zu detektieren.

In dem Beispiel der 4 ist der Detektor 230 in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 211 hinter dem Probenhalter 215 angeordnet, d.h. im Durchtrittsstrahlengang 221. In anderen Beispielen könnte der Detektor 230 in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 211 auch vor dem Probenhalter 215 angeordnet sein. Dazu könnte eine Auskopplung in Bezug auf den Strahlengang 261 vorgesehen sein, zum Beispiel in Form eines teilreflektiven Spiegels als Strahlteiler (in 4 nicht dargestellt).

4 illustriert auch Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100 zur winkelselektiven Beleuchtung. Z.B. könnte das Beleuchtungsmodul 100, das voranstehend in Bezug auf die 1–3 diskutiert wurde, verwendet werden. 4 illustriert eine beispielhafte Anordnung des Beleuchtungsmoduls 100 in dem Strahlengang 261. In dem Beispiel der 4 ist das Beleuchtungsmodul 100 zwischen der Scanoptik 213 und dem Objektiv 214 direkt im Strahlengang 261 angeordnet. Dabei ist ersichtlich, dass der lichtdurchlässige Bereich 112 eine laterale Abmessung senkrecht zu dem Strahlengang 261 aufweist, die größer als eine Strahlweite des Strahlengangs 261 ist. Deshalb ist es möglich, dass das Licht entlang des Strahlengangs 261 zumindest teilweise bzw. größtenteils durch das Beleuchtungsmodul 100 bzw. den lichtdurchlässigen Bereich hindurchtritt.

Das Beleuchtungsmodul 100 definiert einen weiteren Strahlengang 222 (gepunktetgestrichelte Line in 4). Auch der Strahlengang 222 kann zur Beleuchtung des Probenobjekts (in 4 nicht dargestellt) auf dem Probenhalter 215 verwendet werden. Zur Detektion eines Signals bei Beleuchtung des Probenobjekts durch das Beleuchtungsmodul 100 kann zum Beispiel der Detektor 230 oder ein weiterer Detektor (in 4 nicht dargestellt) verwendet werden.

5 illustriert Aspekte in Bezug auf ein LSM 200. Das LSM 200 gemäß dem Beispiel der 5 entspricht im Wesentlichen dem LSM 200 gemäß dem Beispiel der 4. Jedoch ist in dem Beispiel der 5 das Beleuchtungsmodul 100 an einer anderen Stelle in Bezug auf den Strahlengang 261 angeordnet. In dem Beispiel der 5 ist das Beleuchtungsmodul 100 im Durchtrittsstrahlengang 261 angeordnet, das heißt in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 211 auf der entgegengesetzten Seite des Probenhalters 215. In dem Beispiel der 5 ist der Detektor 230 teilweise in dem den lichtdurchlässigem Bereich 112 implementierenden Loch angeordnet.

Trotz der räumlichen Nähe zwischen dem Beleuchtungsmodul 100 und dem Detektor 230 kann eine Wechselwirkung zwischen diesen Elementen 100, 230 vergleichsweise gering ausfallen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass das Detektionsspektrum des Detektors 230 verschieden ist von dem Emissionsspektrum der Lichtquellen 111.

Während in 5 der Detektor 230 in dem Loch des lichtdurchlässigen Bereichs 112 angeordnet ist, könnte in anderen Beispielen der Detektor 230 und das Beleuchtungsmodul 100 im Durchtrittsstrahlengang getrennt voneinander angeordnet sein, z.B. entsprechend einer Anordnung wie in 4 diskutiert.

In den voranstehenden Beispielen wurden Szenarien illustriert, in denen der Träger 110 des Beleuchtungsmoduls 100 einen lichtdurchlässigem Bereich 112 aufweist, der zum Beispiel durch ein Loch implementiert ist. In anderen Beispielen ist es aber möglich, dass der Träger 110 keinen entsprechenden lichtdurchlässigen Bereich 112 aufweist. Ein solches Szenario ist in dem Beispiel der 6A illustriert.

6A illustriert Aspekte in Bezug auf ein LSM 200. Das LSM 200 entspricht grundsätzlich den in Bezug auf die voranstehenden 4 und 5 diskutierten LSMs 200. In dem Szenario der 6A ist das Beleuchtungsmodul 100 zwischen der Scanoptik 213 und dem Objektiv 214 eingespiegelt angeordnet. Dazu ist ein teilreflektiver Spiegel 243 vorgesehen, welcher den mit dem Beleuchtungsmodul 100 assoziierten Strahlengang 222 mit dem Strahlengang 261 vereinigt. Ein lichtdurchlässiger Bereich 112 ist nicht vorgesehen.

6B illustriert Aspekte in Bezug auf ein LSM 200. Insbesondere illustriert 6B Aspekte in Bezug auf einen weiteren Detektor 241 (in 6B ist aus Gründen der Übersichtlichkeit der Detektor 230 nicht dargestellt; dieser könnte im Durchtrittstrahlengang oder im Reflektionsstrahlengang angeordnet sein). Der weitere Detektor 241 kann dazu verwendet werden, Signale zu erfassen, wenn das Probenobjekt durch das weitere Beleuchtungsmodul 100 (in 6B aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt) beleuchtet wird. In dem Beispiel der 6B ist der Detektor 241 zwischen der Scanoptik 213 und dem Objektiv 214 eingespiegelt angeordnet. Dazu ist eine weitere Optik 242 und eine Auskoppeleinheit 243 vorgesehen. Die Anordnung des Detektors 241 in 6B ist lediglich beispielhaft; in anderen Implementierungen könnte der Detektor 241 zum Beispiel in Bezug auf den Probenhalter 215 hinter der Scanoptik 213 angeordnet sein oder könnte im Durchtrittsstrahlengang 261 angeordnet sein, d.h. in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 211 hinter dem Probenhalter 215.

Der Detektor 241 kann z.B. ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor sein. Der Detektor 241 könnte z.B. Teil einer Kamera sein. Der Detektor 241 könnte z.B. ein Übersichtsbild erzeugen. Der Detektor 241 könnte aber auch ein stark vergrößertes Bild erzeugen.

7 illustriert Aspekte in Bezug auf ein herkömmliches LSM 200A gemäß Referenzimplementierungen, welches neben dem Beleuchtungsmodul 211 mit der Laserlichtquelle auch ein weiteres Beleuchtungsmodul 261A umfasst, das in Kombination mit einem geeigneten Objektiv (in 7 nicht dargestellt) zur Phasenkontrast-Bildgebung verwendet werden kann. In einem solchen herkömmlichen LSM 200A kann es erforderlich sein, dass das Objektiv 214 in Abhängigkeit von dem Beleuchtungsmodus (Beleuchtung durch das Beleuchtungsmodul 211 oder das Beleuchtungsmodul 261A) mit einem weiteren Objektiv (in 7 nicht dargestellt) auszutauschen. Dies vergrößert den benötigten Bauraum und erfordert eine komplexe Mechanik. Darüber hinaus kann es nicht oder nur eingeschränkt möglich sein, gleichzeitig eine Beleuchtung durch das Beleuchtungsmodul 211 und das Beleuchtungsmodul 261A zu implementieren. Z.B. kann je nach gewählter Beleuchtung der Spiegel 261B verkippt werden.

8A illustriert Aspekte in Bezug auf ein optischen Mikroskop 300, zum Beispiel ein Auflichtmikroskop oder ein Durchlichtmikroskop. Das Mikroskop 300 umfasst ein Okular 315 und ein Objektiv 314. Das Okular 315 definiert einen Detektionsstrahlengang 321 (in 8A mit der gestrichelten Linie dargestellt). Während in dem Beispiel der 8A ein Okular 315 dargestellt ist, könnte der Detektionstrahlengang 321 in anderen Beispielen auch mit anderen Einheiten kombiniert werden, beispielsweise mit einer CCD-Kamera, etc. Entsprechendes gilt für alle hierin beschriebenen Beispiele. Das Mikroskop 300 umfasst auch einen Probenhalter 215, der eingerichtet ist, um ein Probenobjekt im Strahlengang 321 zu fixieren.

In dem Beispiel der 8A ist im Durchtrittsstrahlengang 322 – der nicht durch das Objektiv 314 verläuft – eine Kamera 310 angeordnet, die dazu verwendet wird, ein Übersichtsbild des Probenhalters 215 bzw. des Probenobjekts bereitzustellen. Im Durchtrittsstrahlengang 322 ist auch das Beleuchtungsmodul 100 angeordnet. Die zentrale Achse 221 ist konzentrisch mit einem Zentralstrahl 221 des Durchtrittstrahlengangs 322 angeordnet. Der Zentralstrahl entspricht der optischen Achse des Mikroskops 300. Der Träger 110 des Beleuchtungsmoduls 100 ist starr mit einem Kamerakörper 311 gekoppelt. Dabei kann das Beleuchtungsmodul 100 gemäß der anderen hierin beschriebenen Beispiele ausgestaltet sein. Insbesondere weist das Beleuchtungsmodul 100 mehrere Lichtquellen 111 auf (in 8A nicht gezeigt). Das Beleuchtungsmodul 110 ist derart angeordnet, dass Licht entlang des Strahlengangs 322 durch den lichtdurchlässigen Bereich 112, etwa ein zentral oder dezentral angeordnetes Loch, hindurchtreten kann. Die Kamera 310 ist teilweise in dem Loch angeordnet. Durch das Vorsehen des Beleuchtungsmoduls 110 in dem Strahlengang 322 kann eine besonders platzsparende Implementierung der winkelselektiven Beleuchtung erfolgen.

8B und 8C illustrieren Aspekte in Bezug auf ein optisches Mikroskop 300, zum Beispiel ein Auflichtmikroskop oder ein Durchlichtmikroskop. Das optische Mikroskop 300 gemäß der 8B, 8C entspricht grundsätzlich dem optischen Mikroskop 300 gemäß der 8A. Insbesondere ist die Kamera 310, sowie das Beleuchtungsmodul 100 zur winkelselektiven Beleuchtung wiederum im Durchtrittsstrahlengang 322 angeordnet. Dabei ist aber in dem Beispiel der 8B der Träger 110 nicht fest mit dem Kamerakörper 311 gekoppelt. In dem Beispiel der 8B ist eine mit der Kamera 310 assoziierte Abbildungsoptik 312 teilweise in dem lichtdurchlässigen Bereich 112 angeordnet. In dem Beispiel der 8C ist wiederum die Abbildungsoptik 312 teilweise in dem lichtdurchlässigen Bereich 112 angeordnet, wobei jedoch der Träger 110 starr mit dem Kamerakörper 311 gekoppelt ist.

9A illustriert Aspekte in Bezug auf ein optisches Mikroskop 300, zum Beispiel ein Auflichtmikroskop oder in Durchlichtmikroskop. Das Mikroskop der 9A entspricht grundsätzlich dem Mikroskop 300 der 8A–8C. Dabei verläuft aber der mit der Kamera 310 assoziierte Strahlengang 322 (in 9A mit der gestricheltgepunkteten Linie dargestellt) auch durch das Objektiv 314. Insbesondere wird der Strahlengang 322 in den Detektionsstrahlengang 321 eingespiegelt. Dafür umfasst das Mikroskop 300 eine Auskopplungseinheit 313, zum Beispiel einen Strahlteiler wie einen teilreflektiven Spiegel. Im Bereich des Strahlengangs 322 ist die Abbildungsoptik 312 angeordnet. Außerdem ist im Bereich des Strahlengangs 322 das Beleuchtungsmodul 110 angeordnet. Insbesondere ist das Beleuchtungsmodul 110 derart angeordnet, dass Licht entlang des Strahlengangs 322 durch den lichtdurchlässigen Bereich 112 hindurchtreten kann. Die zentrale Achse 221 ist konzentrisch mit einem Zentralstrahl des Strahlengangs 322 angeordnet. Durch das Vorsehen des Beleuchtungsmoduls 110 in dem Strahlengang 322 kann eine besonders platzsparende Implementierung der winkelselektiven Beleuchtung erfolgen.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Kamera 311 ein Bild für das durch die winkelselektive Beleuchtung mittels des Beleuchtungsmoduls 110 beleuchtete Probenobjekt erfasst. Es wäre auch möglich, einen weiteren Detektor vorzusehen (in 9A nicht dargestellt); dieser könnte im Durchtrittsstrahlengang 322 oder im Reflektionsstrahlengang 322 angeordnet sein.

9B illustriert Aspekte in Bezug auf ein Mikroskop 300. Das Mikroskop 300 des Beispiels der 9B entspricht grundsätzlich dem Mikroskop 300 des Beispiels der 9A. In dem Beispiel der 9B ist die Abbildungsoptik 312 teilweise in dem lichtdurchlässigen Bereich 112 des Beleuchtungsmoduls 100 angeordnet. Der lichtdurchlässige Bereich 112 kann dabei als Loch ausgebildet sein, wie obenstehend bereits beschrieben. Z.B. wäre es möglich, dass eine Linse, ein Gitter und / oder ein Filter der Abbildungsoptik 312 in dem Loch angeordnet ist. Derart kann eine besonders platzsparende Integration des Beleuchtungsmoduls 100 gewährleistet werden.

9C illustriert Aspekte in Bezug auf ein Mikroskop 300. Das Mikroskop 300 des Beispiels der 9C entspricht grundsätzlich dem Mikroskop 300 der Beispiele der 8A–8C und 9A–9B. Im Beispiel der 9C ist das Beleuchtungsmodul 100 mit der Kamera 311 kombiniert. Derart kann eine besonders platzsparende Integration des Beleuchtungsmoduls 100 gewährleistet werden. Zum Beispiel könnte eine Sensorfläche der Kamera 311 angrenzend oder innerhalb des lichtdurchlässigen Bereichs 112 angeordnet sein. Die Kamera 311 kann zum Beispiel fest verbunden mit dem Beleuchtungsmodul 110 ausgebildet sein.

Das Mikroskop 300 der 8A, 8B, 8C, 9A, 9B, 9C, 10 könnte ein weiteres Beleuchtungsmodul aufweisen. Diese könnte zur Beleuchtung des Probenobjekts bei Betrachtung durch das Okular dienen. Die weitere Beleuchtungsquelle könnten z.B. eine Kollimator-Optik und eine Lichtquelle aufweisen. Es wäre aber auch möglich, dass das Beleuchtungsmodul 100 zur Beleuchtung des Probenobjekts bei Betrachtung durch das Okular verwendet wird. Dazu könnten beispielsweise mehrere Lichtquellen 111 gleichzeitig betrieben werden, um eine gleichförmige Beleuchtung des Probenobjekts zu ermöglichen.

10A illustriert Aspekte in Bezug auf ein Mikroskop 300. Das Mikroskop 300 des Beispiels der 10A entspricht grundsätzlich dem Mikroskop 300 der Beispiele der 8A–8C und 9A–9B. Im Beispiel der 10A ist das Beleuchtungsmodul 100 direkt im Detektionsstrahlengang 321 angeordnet und weist eine Ausdehnung quer zum Detektionsstrahlengang 321 auf. Dies kann eine besonders platzsparende Integration des Beleuchtungsmoduls 100 gewährleisten. Ein separater weiterer Strahlengang 322 muss nicht vorgesehen sein.

10B illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. Das Beleuchtungsmodul 100 umfasst einen lichtdurchlässigen Bereich 112, der als dezentral angeordnetes Loch ausgebildet ist. Dabei weist das Loch 112 einen Abstand 119 von der zentralen Achse 221 auf, die bei Anordnung des Beleuchtungsmoduls 100 in einer optischen Vorrichtung 200, 300 koinzident mit einem Zentralstrahl des jeweiligen Strahlengangs sein kann.

Ein Beleuchtungsmodul 100 gemäß dem Beispiel der 10B kann insbesondere in Bezug auf eine Anordnung des Beleuchtungsmoduls 100 im Durchlichtstrahlengang 322 eines optischen Mikroskops 300, d.h. in Bezug auf den Detektionsstrahlengang 321 hinter dem Detektor, erstrebenswert sein, vgl. 8A–8C. Dann kann direktes Licht, das durch zentral angeordnete Lichtquellen 111 – d.h. zwischen der zentralen Achse 221 und dem Loch 112 – erzeugt wird, in das Objektiv 314 einfallen.

In dem Beispiel der 10B ist der Abstand 119 so klein gewählt, dass eine Projektion 118 der kleinsten Blendenöffnung des Objektivs 314 auf den Träger 110 (in 10B mit der gestrichelten Linie dargestellt) Lichtquellen 111 umfasst und das Loch 112 angrenzend angeordnet ist. Dadurch kann eine Hellfeld-Bildgebung erreicht werden.

Während das Beispiel der 10B in Bezug auf den durch ein Loch implementierten lichtdurchlässigen Bereich 112 diskutiert wurde, können in anderen Beispielen entsprechende Techniken auch für anders implementierte lichtdurchlässige Bereiche verwendet werden.

10C illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. Das Beleuchtungsmodul 100 der 10C entspricht grundsätzlich dem Beleuchtungsmodul 100 der 10B. Dabei umfasst jede Lichtquelle 111 zwei Kanäle für Licht unterschiedlicher Wellenlänge und/oder Polarisation. Es wäre auch möglich, dass jede Lichtquelle 111 mehr als zwei Kanäle aufweist.

Mittels solcher Techniken können unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder Polarisationen implementiert werden.

11 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. In 11 ist ein Beispiel dargestellt, in welchem der Träger 111 aus lichtdurchlässigem Festkörper-Material ausgebildet ist. Zwischenräume zwischen den verschiedenen Lichtquellen 111 implementieren dann den lichtdurchlässigen Bereich 112.

Die Lichtquellen 111 sind in dem Beispiel der 11 in einer Matrix-Struktur mit hexagonaler Einheitszelle angeordnet. Es wäre noch andere Anordnungen der Lichtquellen 111 möglich, z.B. eine Matrix-Struktur in rechtecksförmiger Einheitszelle usf. oder eine ungeordnete Anordnung. Z.B. wäre es möglich, dass jeweils benachbarte Lichtquellen 111 der Matrix-Struktur unterschiedliche Farben und/oder Polarisationen des jeweils ausgesendeten Lichts aufweisen.

In dem Beispiel der 11 sind die Lichtquellen 111 auf der Oberseite 110A des Trägers 110 (in der Zeichenebene der 11) mit einem vergleichsweise geringen geometrischen Füllfaktor von weniger als 30 % angeordnet (in 11 entspricht der geometrische Füllfaktor der Summe der Flächen aller schwarzen Bereiche relativ zur Gesamtfläche des Trägers 110). Durch den vergleichsweise geringen geometrischen Füllfaktor ist es möglich, dass ein signifikanter Betrag von einfallendem Licht durch den Träger 110 des Beleuchtungsmoduls 100 im Bereich der Zwischenräume zwischen den verschiedenen Lichtquellen 111 hindurchtreten kann.

12 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. In 12 ist ein Beispiel dargestellt, in welchem der Träger 110 aus nicht-lichtdurchlässigem Material hergestellt ist, zum Beispiel aus Aluminium oder einem Kunststoff-Material. In dem Beispiel der 12 ist der lichtdurchlässige Bereich 112 durch ein zentral angeordnetes Loch ausgebildet. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass bei Anordnung des Beleuchtungsmoduls 100 in einem Mikroskop oder LSM der Raum innerhalb des lichtdurchlässigem Bereichs 112/des Lochs frei bleibt oder aber ndere optisch wirksame Elemente, wie zum Beispiel ein Detektor, eine Linse, etc. innerhalb des Lochs angeordnet sind.

Während in 12 ein Beispiel gezeigt ist, in dem der lichtdurchlässigem Bereich 112 in einem Zentrum des Trägers 110 angeordnet ist, kann in anderen Beispielen der lichtdurchlässigem Bereich 112 auch außerhalb des Zentrums des Trägers 110 angeordnet sein. Es ist grundsätzlich auch nicht erforderlich, dass der lichtdurchlässige Bereich 112 symmetrisch in Bezug auf eine Zentralachse ausgebildet ist.

13 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. In 13 sind die verschiedenen Quadranten des Trägers 110 durch laterale ausgedehnte Lichtquellen 111 besetzt. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen 111 in dem Beispiel der 13 durch organische Leuchtdioden implementiert werden. Mittels einer solchen Ausgestaltung des Beleuchtungsmoduls 100 kann die Beleuchtung des Probenobjekts aus ausgedehnten Raumwinkeln möglich sein.

14 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. In 14 sind die verschiedenen Lichtquellen 111 als Halogenlichtquellen ausgebildet. Diese sind symmetrisch in Bezug auf eine zentrale Achse angeordnet.

15 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 100. In 15 ist der lichtdurchlässige Bereich 112 durch lichtdurchlässige organische Leuchtdioden 111 implementiert. Dabei kann der Träger 110 z.B. aus nicht-lichtdurchlässigem Material ausgebildet sein.

Aus einem Vergleich der 10–15 ist ersichtlich, dass die Ausgestaltung des Beleuchtungsmoduls 100 in verschiedenen Beispielen stark variieren kann. Insbesondere können Ausgestaltungen, wie sie in Bezug auf die 10–15 dargestellt sind, miteinander kombiniert werden.

16 illustriert Aspekte in Bezug auf ein Beleuchtungsmodul 1000. Das Beleuchtungsmodul 1000 gemäß dem Beispiel der 16 entspricht grundsätzlich dem Beleuchtungsmodul 100 gemäß dem Beispiel der 1. Dabei weist der Träger 101 des Beleuchtungsmoduls 1000 – im Gegensatz zu dem Beispiel der 1 – keinen lichtdurchlässigen Bereich auf. In dem Beispiel der 16 ist auf dem Träger 101 ein Detektor 1230 angebracht. Zum Beispiel kann der Detektor 1230 auf der Oberseite 110A des Trägers 101 angebracht sein, vgl. 17. Dann ist die Sensorfläche 1231 beabstandet von der Oberfläche 110A. Zum Beispiel kann der Detektor 1230 auf dem Träger 101 angeklebt, verschraubt oder anderweitig befestigt sein.

In den Beispielen der 16 und 17 ist der Detektor 1230 zentral auf dem Träger 101 angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass der Detektor 1230 zentral in Bezug auf die Achse 221 angeordnet ist. In verschiedenen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass der Detektor 1230 dezentral auf dem Träger 101 angeordnet ist. Zum Beispiel wäre es möglich, dass in Bezug auf den Detektor 1230 verschiedene Techniken angewendet werden, die zuvor in Bezug auf 10B beschrieben wurden. Es wäre also möglich, dass der Detektor 1230 einen Abstand von dem Zentrum des Trägers 110 aufweist, wobei zwischen dem Zentrum des Trägers 110 und dem Detektor 1230 zumindest eine der Lichtquellen 111 des Beleuchtungsmoduls 100 angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem Detektor 1230 und dem Zentrum des Trägers 110 kann wiederum einer Projektion 118 der Blendenöffnung des Objektivs 314 auf den Träger 110 entsprechen. Dadurch kann Hellfeld-Beleuchtung gefördert werden.

In den Beispielen der 16 und 17 weist das Modul 1000 jeweils einen einzigen Detektor 1230 auf. In verschiedenen Beispielen wäre es jedoch möglich, dass das Modul 1000 mehr als einen einzigen Detektor aufweist, zum Beispiel zwei oder drei Detektoren. Dabei können die mehreren Detektoren voneinander beabstandet auf dem Träger 101 angebracht sein. Zum Beispiel könnten die mehreren Detektoren 1230 auf unterschiedlichen Seiten der Achse 221 angebracht sein oder in unterschiedlichen Quadranten in Bezug auf die Achse 221.

18 ist eine schematische Darstellung der optischen Vorrichtung 200, 300, die gemäß verschiedener hierin beschriebener Beispiele zur winkelselektiven Beleuchtung eingerichtet ist. Die optische Vorrichtung 200, 300 umfasst den Detektor 241, der Licht, das aus den Lichtquellen 111 des Beleuchtungsmoduls 110 gesendet wird, detektiert. Die optische Vorrichtung 200, 300 umfasst auch eine Recheneinheit 299. Die Recheneinheit 299 ist eingerichtet, um das Beleuchtungsmodul 100 bzw. die Lichtquellen 111 zum gesonderten und/oder sequentiellen Beleuchten des Probenobjekts aus mehreren Beleuchtungsrichtungen anzusteuern. Dazu können z.B. unterschiedliche Lichtquellen 111 gesondert und/oder sequentiell aktiviert werden. Eine Beleuchtungsrichtung kann z.B. die Beleuchtung aus einem Winkel oder Raumwinkel bezeichnen. Die Recheneinheit 299 ist weiterhin für jede Beleuchtungsrichtung eingerichtet, um den Detektor 241 zum Erfassen eines jeweiligen Messbilds des Objekts anzusteuern. Die Recheneinheit 299 ist weiterhin eingerichtet, um die Messbilder zum Erhalten eines Ergebnisbilds zu kombinieren. Das Ergebnisbild weist einen Phasenkontrast auf. Dabei kann die Recheneinheit 299 eingerichtet sein, um Techniken der digitalen Nachbearbeitung anzuwenden, die in Bezug auf DE102014112242DE 10 2014 112 242 A1A1 offenbart sind.

19 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Zum Beispiel könnte die Recheneinheit 299 eingerichtet sein, um das Verfahren gemäß 19 durchzuführen.

Zunächst werden in Schritt 2001 eine aktuelle Beleuchtungsrichtungen 91 ausgewählt. Dann werden in Schritt 2002 eine oder mehrere Lichtquellen 111 angesteuert, so dass die Beleuchtung eines Probenobjekts aus den ausgewählten Beleuchtungsrichtungen erreicht wird. In Schritt 2003 wird ein zugehöriges Messbild erfasst, zum Beispiel mittels eines geeigneten Detektors 241, zum Beispiel mittels eines CCD-Detektors oder eines CMOS-Detektors, eine Übersichtskamera und/oder eines Photomultipliers. Dazu kann der Detektor 241 geeignet angesteuert werden. Das Messbild wird erfasst, während das Probenobjekt aus der aktuellen Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wird.

Dann wird in Schritt 2004 überprüft, ob das Erfassen eines weiteren Messbilds aus einer weiteren Beleuchtungsrichtung 91 erforderlich ist. Ist dies der Fall, so werden die Schritte 2001–2003 erneut durchgeführt.

Anschließend wird in Schritt 2002 ein Ergebnisbild erzeugt. Das Ergebnisbild weist einen Phasenkontrast für ein abgebildetes Objekt auf (Phasenkontrastbild). Das Phasenkontrastbild wird durch Kombination der Messbilder, die in den Iterationen von Schritt 2003 erfasst wurden, bestimmt.

Während die Messbilder typischerweise keinen oder keinen signifikanten Phasenkontrast aufweisen, kann durch das Kombinieren der Messbilder das Phasenkontrastbild erzeugt werden, welches einen signifikanten Phasenkontrast-Anteil aufweist. Insbesondere im Vergleich zu anderen herkömmlichen Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung kann mit dem vorliegend beschriebenen Verfahren der Effekt einer besonders einfachen Implementierung der Phasenkontrast-Bildgebung einerseits, als auch der Effekt einer besonders einfachen und damit kostengünstigen und robusten Ausgestaltung der optischen Vorrichtung erzielt werden.

Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Beleuchtungsrichtungen jeweils Paare bilden bzw. paarweise angeordnet sind. Dabei kann es möglich sein, dass eine Beleuchtungsrichtung immer nur einem Paar zugeordnet ist. Es wäre aber auch möglich, dass zumindest einige der Beleuchtungsrichtungen mehreren Paaren zugeordnet sind. Zumindest die Messbilder der zu einem Paar zugehörigen Beleuchtungsrichtungen können dann zum Erhalten eines jeweiligen Ergebnisbilds kombiniert werden.

Es können unterschiedliche Kriterien für die Zuordnung von zwei Beleuchtungsrichtungen 91 zu einem Paar gelten. Z.B. können geometrische Kriterien der Beleuchtungsrichtungen 91 eines Paars gelten, etwa in Bezug auf die optische Achse; derart kann es z.B. möglich sein, einen besonders hohen Phasenkontrastanteil in dem Phasenkontrastbild zu erzeugen. Z.B. könnten die Beleuchtungsrichtungen eines Paars symmetrisch in Bezug auf diejenige Achse der optischen Vorrichtung einschließen, entlang derer ein idealisierter Lichtstrahl keine oder nur eine geringe Ablenkung erfährt (optische Achse) und /oder in Bezug auf eine Ebene, die die optische Achse beinhaltet, angeordnet sein. Es wäre aber alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass als alternatives oder zusätzliches Kriterium der Zugehörigkeit von zwei Beleuchtungsrichtungen 91 zu einem Paars ein Zeitpunkt des Beleuchtens und Erfassens berücksichtigt wird; z.B. können diejenigen Beleuchtungsrichtungen 91 ein Paar bilden, für die unmittelbar oder zeitnah hintereinander das jeweilige Messbild erfasst wird; derart könnte z.B. eine gewisse Robustheit gegenüber Bewegungsartefakten erzielt werden. Im Allgemeinen kann als alternatives oder zusätzliches Kriterium für die Zugehörigkeit von zwei Beleuchtungsrichtungen 91 zu einem Paar auch eine nachfolgende Auswertung zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds berücksichtigt werden; z.B. könnte immer für die zwei Messbilder eines Paars ein einzelnes Ergebnisbild durch Kombinieren dieser Messbilder erzeugt werden.

Es wäre möglich, dass die zwei Beleuchtungsrichtungen 91 eines Paars korrelierende Winkel mit der optischen Achse einschließen. Korrelierende Winkel kann z.B. bedeuten: im Wesentlichen gleiche Winkel oder im Wesentlichen betragsmäßig gleiche Winkel; im Wesentlichen kann insbesondere in Bezug auf technische Begrenzungen in der Genauigkeit, wie z.B. systematische oder statistische Fehler im Erfassen der Messbilder durch die optische Vorrichtung und / oder baulich bedingte Limitation einer Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung charakterisiert sein. Sofern zwar absolut verschiedene, aber z.B. innerhalb der Genauigkeit der optischen Vorrichtung gleiche Winkel implementiert sind, kann dies ein solches Kriterium der im Wesentlichen gleichen Winkel erfüllen. Solche Kriterien gelten nachfolgend auf entsprechende Angaben von Winkeln und / oder anderen Eigenschaften von Beleuchtungsrichtungen 91 oder der optischen Vorrichtung.

Zur Beschreibung von geometrischen Eigenschaften der Beleuchtungsrichtungen kann es hilfreich sein, die Beleuchtungsrichtungen 91 durch einen Beleuchtungsvektor zu beschreiben. Die Beleuchtungsvektoren können in Bezug auf einen Ursprung der optischen Vorrichtung definiert sein, etwa in Bezug auf das Objekt und / oder einen Schnittpunkt einer Fokusebene mit der optischen Achse. Eine Länge der Beleuchtungsvektoren kann z.B. einer Amplitude der Beleuchtung aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung entsprechen; bei nachfolgender Erörterung der Orientierung von verschiedenen Beleuchtungsvektoren kann es entbehrlich sein, eine Länge der Beleuchtungsvektoren zu berücksichtigen. Der Winkel den ein Beleuchtungsvektor mit der optischen Achse einschließt, kann dann dem Winkel der jeweiligen Beleuchtungsrichtung entsprechen.

Z.B. kann es erstrebenswert sein, dass Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen einen Winkel miteinander einschließen, der größer als 10° ist, vorzugsweise größer als 20°, besonders vorzugsweise größer als 40° ist. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen jeweils einen Winkel mit der optischen Achse einschließen, der größer als 5° ist, vorzugsweise größer als 10°, besonders vorzugsweise größer als 20° ist. Derart kann erreicht werden, dass ein Differenzvektor zwischen den beiden Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen 91 eine signifikante Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweist; dies kann den Phasenkontrast im Phasenkontrastbild besonders stark erhöhen.

Insbesondere kann es möglich sein, dass die Beleuchtungsvektoren von zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen durch Rotation um die optische Achse der optischen Vorrichtung um einen Winkel von größer als 25°, vorzugsweise von größer als 50°, besonders vorzugsweise von größer als 85° ineinander überführt werden können. Hierdurch wird der Differenzvektor besonders groß.

Die zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen können auch derart angeordnet sein, dass zugehörige Beleuchtungsvektoren durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von 160° bis 200°, vorteilhaft von 175° bis 185°, besonders vorteilhaft von 180° miteinander einschließen. Es wäre auch möglich, dass die zugehörigen Beleuchtungsvektoren durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von 70° bis 110°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90° ineinander überführt werden können. In anderen Worten können die zwei Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen 91 in einer Ebene liegen und symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die optische Achse angeordnet sein. Die optische Achse kann in dieser Ebene liegen (von dieser Ebene beinhaltet sein), z.B. wenn eine Rotation um 180° die beiden Beleuchtungsvektoren ineinander überführt. Derart kann ein vergleichsweise großer Phasenkontrast-Anteil im Phasenkontrastbild erhalten werden, denn die zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars sind derart komplementär zueinander angeordnet.

Im Allgemeinen kann es erstrebenswert sein, eine größere Anzahl von Beleuchtungsrichtungen zum Erhalten des Phasenkontrastbildes zu verwenden. Insbesondere kann bei entsprechender Anordnung der verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 91 der Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild zunehmen. Zum Beispiel wäre es möglich, mehrere Paare von Beleuchtungsrichtungen zu berücksichtigen. Zum Beispiel wäre es möglich, das Objekt sequentiell aus 2 oder 4 oder 6 oder 8 Beleuchtungsrichtungen oder mehr Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten. Zum Beispiel wäre es möglich, dass ein erstes Paar von Beleuchtungsrichtungen einen ersten Differenzvektor von zugehörigen Beleuchtungsvektoren bestimmt. Ein zweites Paar von Beleuchtungsrichtungen kann entsprechend einen zweiten Differenzvektor von zugehörigen Beleuchtungsvektoren bestimmen. Der erste und zweite Differenzvektor können einen Winkel miteinander einschließen, z.B. einen Winkel von 70° bis 110°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°.

Es wäre entsprechend auch möglich, dass eine erste Ebene durch die Beleuchtungsvektoren eines ersten Paars von Beleuchtungsrichtungen 91 definiert ist. Eine zweite Ebene kann z.B. durch die Beleuchtungsvektoren eines zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen definiert sein. Die erste Ebene und die zweite Ebene können z.B. einen Winkel von 70° bis 110° miteinander einschließen, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°. Die Ebenen können z.B. dadurch definiert sein, dass die jeweiligen Beleuchtungsvektoren in der Ebene liegen. Es wäre auch möglich, dass die Ebenen durch einen Normalenvektor definiert sind, der parallel zu einem Differenzvektor der jeweiligen Beleuchtungsvektoren orientiert ist; die optische Achse kann in der Ebene liegen.

Derart können Differenzvektoren der Beleuchtungsvektoren der beiden Paare von Beleuchtungsrichtungen 91 also einen vergleichsweise großen Winkel von bis zu 90° miteinander einschließen; dadurch kann der Phasenkontrast in dem Phasenkontrastbild entlang verschiedener Bildrichtungen erhöht werden. Z.B. kann ein Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild besonders groß entlang solcher Bildrichtungen sein, für die Beleuchtungsvektoren eines Paar von Beleuchtungsrichtungen eine Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweisen. Insbesondere kann ein Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild besonders groß entlang solcher Richtungen sein, für die der Differenzvektor aus den Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen eine Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweist. Deshalb kann es erstrebenswert sein, komplementär und / oder symmetrisch angeordnete Beleuchtungsrichtungen zu verwenden. Um einen isotropen Phasenkontrast in dem Phasenkontrastbild zu erzeugen kann es erstrebenswert sein, dass die Beleuchtungsrichtungen gleichmäßig verteilte Winkel mit der optischen Achse einschließen.

Solche Beleuchtungsrichtungen 91 bzw. Beleuchtungsvektoren wie voranstehend beschrieben können durch eine geeignete Anordnung und/oder Ausdehnung der Lichtquellen 111 auf dem Träger 101 implementiert werden.

Die voranstehenden Techniken können auch dazu verwendet werden, eine Position eines Probenobjekts parallel zur optischen Achse einer optischen Vorrichtung (z-Position) zu bestimmen. Dazu können insbesondere die verschiedenen hierin beschriebenen Beleuchtungsmodule verwendet werden, die eine Beleuchtung aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen ermöglichen.

Im dreidimensionalen Raum, der durch x, y, z-Achsen aufgespannt ist, kann also die z-Komponente der Position bestimmt werden; die optische Achse definiert die z-Achse und ist z.B. parallel zu dieser. Basierend auf der bestimmten z-Position kann z.B. eine Fokuseinheit der optischen Vorrichtung z.B. ein mit einem Probenhalter gekoppelter Motor angesteuert werden und derart das Objekt in der Fokusebene der optischen Vorrichtung in Abhängigkeit der bestimmten z-Position positioniert werden (Fokussieren des Objekts). Autofokus-Anwendungen können implementiert werden. Wenn kein Autofokus für die motorisierte Verstellung der Fokusebene vorhanden ist, sondern eine manuelle Justageeinheit, kann z.B. über eine Benutzerschnittstelle ein Indikator an den Benutzer ausgegeben werden. Dieser Indikator kann den Benutzer instruieren, eine bestimmte Betätigung der Justageeinheit vorzunehmen, um derart eine Fokussierung des Objekts zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle eine optische Ausgabe und/oder eine Akustische Ausgabe umfassen. Z.B. könnte der Drehrichtung eines Drehrads der Justageeinheit indiziert werden.

Anschließen können Bilder des Objekts erfasst werden, welche das Objekt besonders scharf abbilden. Solche Techniken können in verschiedensten Gebieten Anwendung finden, z.B. in der Mikroskopie oder in der Fluoreszenz-Messung oder parallel zur Phasenkontrast-Bildgebung.

Mittels der hierin beschriebenen Techniken kann es insbesondere möglich sein, besonders schnelle Fokussierung zu ermöglichen. Dazu kann es möglich sein, dass das Beleuchten des Probenobjekts aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen zumindest teilweise zeitparallel stattfindet. Dazu wäre es z.B. möglich, die Beleuchtung aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen mittels Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen bzw. Farben bzw. Polarisationen durchzuführen. Derart kann eine Trennung der Signale, die den unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen entsprechen, vorgenommen werden.

Für den beispielhaften Anwendungsfall der Fluoreszenz-Messung kann es z.B. möglich sein, mittels der nachfolgend beschriebenen Techniken die z-Position vor und / oder während der Fluoreszenz-Messung zu bestimmen. Damit kann sichergestellt werden, dass sich das fluoreszierende Objekt bei der Messung in der Fokusebene der optischen Vorrichtung befindet; derart kann eine Genauigkeit bei der Fluoreszenz-Messung erhöht werden. Die nachfolgend im Detail beschriebenen Techniken beruhen darauf, dass ein erstes Bild und ein zweites Bild unter Beleuchtung des Objekts aus unterschiedlichen ersten und zweiten Beleuchtungsrichtungen ausgewertet wird. Hierbei kann diese winkelselektive Beleuchtung z.B. insbesondere mit einer oder mehreren Wellenlängen durchgeführt werden, die außerhalb des Fluoreszenz-aktiven Bereichs der fluoreszierenden Probe liegt. Grundsätzlich kann also gleichzeitig zur Fluoreszenz-Messung die z-Position bestimmt werden. Dies kann es z.B. insbesondere ermöglichen, bewegte Proben als Funktion der Zeit zuverlässig in der Fokusebene zu positionieren. Ferner kann die z-Position im Allgemeinen aus nur zwei Beleuchtungsvorgängen bestimmt werden; auch dadurch kann eine Licht-toxische Wirkung auf das fluoreszierende Objekt reduziert werden. Bei einer Vermessung von Farbstoffen kann die Wellenlänge des Lichts zur Bestimmung der z-Position z.B. außerhalb des Anregungsbereichs der Farbstoffe gewählt werden. Derart kann ein Bleaching der Farbstoffe verringert bzw. vermieden werden. Eine mögliche Wellenlänge des Lichts, die zum Bestimmen der z-Position verwendet wird, läge z.B. im Infrarotbereich.

Bestimmen der z-Position kann hierbei bedeuten: quantitatives Bestimmen der z-Position, z.B. in Bezug auf die Fokusebene oder in Bezug auf ein sonstiges geeignetes Referenzsystem der optischen Vorrichtung; und/oder qualitatives Bestimmen der z-Position, z.B. in Bezug auf das Kriterium, ob eine bestimmte vorgegebene Position parallel zur optischen Achse, wie z.B. die Fokusebene, erreicht ist oder nicht.

In 20 ist eine optische Vorrichtung 200, 300, z.B. ein Mikroskop oder ein LSM, schematisch dargestellt. Ein Strahlengang des Lichts verläuft von einem Beleuchtungsmodul 100, 1000 zu einem Detektor 241. Das Beleuchtungsmodul 100, 1000 kann entsprechend der obenstehend beschriebenen Beispiele implementiert werden, also z.B. mit einem Träger und mehreren auf dem Träger angeordneten Lichtquellen.

In 20 sind die optische Achse 221 und die Fokusebene 3160 dargestellt. Aus 20 ist ersichtlich, dass das Probenobjekt 3100 parallel zur optischen Achse 221 außerhalb der Fokusebene 3160 positioniert ist. Dargestellt ist eine z-Position 3150, die in Bezug auf die Fokusebene 3160 gemessen wird (in 20 mit Δz bezeichnet). In einem solchen Fall kann es besonders einfach und schnell möglich sein, die Fokuseinheit der optischen Vorrichtung 200, 300 anzusteuern, um eine Fokussierung durchzuführen. Insbesondere kann es entbehrlich sein, z.B. eine Umrechnung der z-Position 3150 in Bezug auf die Fokusebene 3160 durchzuführen. Es wäre auch möglich, die Position des Objekts 3100 in einem anderen geeigneten Referenzkoordinatensystem der optischen Vorrichtung zu bestimmen.

In 21 sind ferner eine erste Beleuchtungsrichtung 91-1 und eine zweite Beleuchtungsrichtung 91-2 dargestellt. Für die erste Beleuchtungsrichtung 91-1 wird ein erstes Bild 3230-1 erfasst. Für die zweite Beleuchtungsrichtung 91-2 wird ein zweites Bild 3230-2 erfasst. Wie aus 21 ersichtlich ist, schließt die erste Beleuchtungsrichtung 91-1 einen ersten Winkel 3251-1 mit der optischen Achse 221 ein. Deshalb erscheint ein Abbildungsort 3220-1 des Objekts 3100 in dem ersten Bild 3230-1 gemäß 21 nach links gegenüber der optischen Achse 221 versetzt. In 21 ist der erste Winkel 3251-1 mit α bezeichnet. Wie aus 21 ferner ersichtlich ist, ist der Abbildungsort 3220-2 des Objekts 3100 in dem zweiten Bild 3230-2 in der Darstellung der 21 nach rechts gegenüber der optischen Achse 221 versetzt. Dies ist der Fall aufgrund des zweiten Winkels 3251-2 (in 21 mit β bezeichnet), den die zweite Beleuchtungsrichtung 91-2 mit der optischen Achse 221 einschließt. Z.B. wäre es möglich, dass die beiden Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 mit unterschiedlichen Farben oder Polarisationen des jeweils verwendeten Lichts assoziiert sind.

Aus 21 ist ersichtlich, dass ein Betrag des ersten Winkels 3251-1 verschieden von einem Betrag des zweiten Winkels 3251-2 ist. Im Allgemeinen wäre es möglich, dass die ersten und zweiten Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 symmetrisch in Bezug auf die optische Achse 221 angeordnet sind. Es wäre z.B. auch möglich, dass eine der beiden Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 parallel zur optischen Achse 221 orientiert ist. Im Allgemeinen ist es auch möglich, dass das Probenobjekt 3100 einen Versatz gegenüber der optischen Achse 221 aufweist, d.h. innerhalb einer xy-Ebene gegenüber der optischen Achse 221 verschoben ist. Im Allgemeinen ist es ferner nicht notwendig, dass die erste Beleuchtungsrichtung 91-1, die zweite Beleuchtungsrichtung 91-2 und die optische Achse 221 in einer Ebene liegen (in dem Szenario der 21 in der xz-Ebene). Dies bedeutet, dass z.B. die erste Beleuchtungsrichtung 91-1 und/oder die zweite Beleuchtungsrichtung 91-2 aus der xy-Ebene herausgekippt sein können.

Anstatt scharf definierter Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2, können auch Beleuchtungsrichtungen verwendet werden, die die Beleuchtung des Probenobjekts 3100 über einen gewissen Raumwinkel implementieren. Dazu könnten z.B. mehr als zwei Lichtquellen zum Implementieren einer einzelnen Beleuchtungsrichtung verwendet werden oder aber eine Lichtquelle mit einer großen Ausdehnung in Bezug auf das Probenobjekt 3100 verwendet werden.

Da eine Beleuchtung des Objekts 3100 mit endlichen Winkeln 3251-1, 3251-2 gegenüber der optischen Achse 221 stattfindet, kann auch ein reines Phasenobjekt, welches keine oder nur eine geringe Schwächung der Amplitude des durchtretenden Lichts bewirkt, in dem ersten und zweiten Bild 3230-1, 3230-2 abgebildet werden. Dies ermöglicht eine vielfältige Anwendung der vorliegenden Techniken auf verschiedene Proben, insbesondere z.B. biologische Proben.

In 21 ist ferner ein Abstand 3250 zwischen den Abbildungsorten 3220-1, 3220-2 des Objekts 3100 in den ersten und zweiten Bildern 3230-1, 3230-2 dargestellt (in 21 mit Δx bezeichnet). Zunächst kann qualitativ festgestellt werden, dass der Abstand 3250 nicht verschwindet. Derart kann die z-Position 3150 bereits qualitativ als ungleich Null bestimmt werden. Z.B. wäre es möglich, durch iteratives Repositionieren des Objekts 3100 an verschiedenen Referenzpositionen (in 21 nicht gezeigt) parallel zur optischen Achse 221, die z-Position 3150 qualitativ als gleich bzw. nahe Null zu bestimmen. Dazu könnte das Probenobjekt 3100 etwa iterativ solange parallel zur optischen Achse 221 repositioniert werden, bis der Abstand 3250 minimiert ist. Eine entsprechende Regelschleife könnte implementiert werden.

Es wäre aber auch möglich, dass das Bestimmen der z-Position 3150 weiterhin auf dem ersten Winkel 3251-1 und dem zweiten Winkel 3251-2 basiert. Dann kann die z-Position 3150 quantitativ bestimmt werden. Hierzu können, wie nachfolgend dargelegt, trigonometrische Beziehungen zwischen dem ersten Winkel 3251-1, dem zweiten Winkel 3251-2 und dem Abstand 3250 berücksichtigt werden.

Für das Szenario der 21 gilt: Δz = a·cosα = b·cosβ, (1)wobei a einen Abstand zwischen dem Probenobjekt 3100 und dem Abbildungsort 3220-1 des Objekts 3100 in dem ersten Bild 3230-1 entlang der ersten Beleuchtungsrichtung 91-1 bezeichnet und b einen Abstand zwischen dem Probenobjekt 3100 und dem Abbildungsort 3220-2 des Objekts 3100 in dem zweiten Bild 3230-2 entlang der zweiten Beleuchtungsrichtung 91-2 bezeichnet (a und b sind in 21 nicht dargestellt). Diese Formel ergibt sich aus der Definition des Cosinus für rechtwinklige Dreiecke.

Unter Anwendung des Sinussatzes für allgemeine Dreiecke erhält man: Δ×sin(α + β) = bsin(90° – α) = bcosα.(2)

Durch Kombination von Gleichung 1 und 2 ergibt sich: Δz = Δx·cosαcosβsin(α + β).(3)

Anhand von Gleichung 3 ist es möglich, basierend auf dem ersten Winkel 3251-1 und dem zweiten Winkel 3251-2 und ferner basierend auf dem Abstand 3250 der Abbildungsorte 3220-1, 3220-2, die z-Position 3150 zu bestimmen. Insbesondere kann die z-Position 3150 allein durch zweimaliges Beleuchten und gleichzeitiges Erfassen des ersten und zweiten Bilds 3230-1, 3230-2 bestimmt werden. Eine Lichtbelastung des Objekts 3100 kann minimiert werden, z.B. im Vergleich zu dem oben genannten Szenario mit iterativer Positionierung des Objekts 3100 an verschiedenen Referenzpositionen parallel zur optischen Achse 221.

Es kann erstrebenswert sein, eine Genauigkeit des Bestimmens der z-Position 3150 zu erhöhen. Die Genauigkeit des Bestimmens der z-Position 3150 hängt typischerweise direkt mit dem ersten Winkel 3251-1, dem zweiten Winkel 3251-2 und dem Abstand 3250 zusammen. Daher kann die Genauigkeit bei dem Bestimmen der z-Position 3150 limitiert sein zumindest durch eine Pixelgröße in dem ersten Bild 3230-1 und dem zweiten Bild 3230-2.

Ein Fehler im Abstand 3250 – nachfolgend als Δx' bezeichnet – überträgt sich wie folgt auf einen Fehler der z-Position 3150: Δz' = Δx'·cosαcosβsin(α + β).(4)

Sofern das Probenobjekt 3100 eine signifikante Ausdehnung in der xy-Ebene aufweist, kann es z.B. erstrebenswert sein, den Abstand 3250 zwischen bestimmten Referenzpunkten in dem ersten Bild 3230-1 und dem zweiten Bild 3230-2 zu bestimmen. Die Referenzpunkte können einen bestimmten Teil des Objekts 3100 markieren, z.B. einen besonders markanten Teil oder einen für die Abbildung besonders wichtigen Teil. Im Allgemeinen ist es auch möglich, den Abstand 3250 für mehrere Paare von Referenzpunkten des Objekts 3100 zu bestimmen. Derart kann es möglich sein, durch mehrmaliges Anwenden von Gleichung 3, für verschiedene Teile des Objekts 3100 jeweils die z-Position 3150 zu bestimmen. In anderen Worten kann also die z-Position 3150 ortsaufgelöst in der xy-Ebene bestimmt werden.

Es kann also erstrebenswert sein, den Abstand 3250 besonders genau zu bestimmen. In diesem Zusammenhang kann es möglich sein, verschiedenste Techniken anzuwenden, die eine besonders genaue Bestimmung des Abstands 3250 ermöglichen. Solche Techniken können z.B. umfassen: Landmarkenerkennung; Bestimmung eines optischen Schwerpunkts des Objekts 3100 in dem ersten Bild 3230-1 und/oder in dem zweiten Bild 3230-2; eine Benutzereingabe; eine Aberrationskorrektur. In einem einfachen Szenario könnte z.B. der Benutzer einen bestimmen Referenzpunkt des Objekts 3100 in dem ersten Bild 3230-1 auswählen und den entsprechenden Referenzpunkt in dem zweiten Bild 3230-2 auswählen. Mittels Landmarkenerkennung kann es z.B. möglich sein, eine solche Auswahl von Referenzpunkten zumindest teil-automatisiert durchzuführen. Es wäre auch möglich, den optischen Schwerpunkt als Referenzpunkt zum Bestimmen des Abstands 3250 zu verwenden. Die Aberrationskorrektur kann z.B. dazu eingesetzt werden, bekannte Fehlabbildungen aufgrund von Aberrationen in der optischen Vorrichtung 200, 300 zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann es möglich sein, durch Berücksichtigen von vorbekannten Aberrationen z.B. in der Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung und/oder in der Detektoroptik der optischen Vorrichtung Verzerrungen in dem ersten und zweiten Bild, die zu einer Verschiebung der Abbildungsorte des Objekts führen können, zu berücksichtigen. Solche Verschiebungen können dann herausgerechnet werden bzw. rechnerisch reduziert werden und der tatsächliche Abstand besonders genau bestimmt werden.

Eine weitere Begrenzung der Genauigkeit beim Bestimmen der z-Position 3150 kann sich aus der kohärenten Tiefenschärfe des Detektors 241 der optischen Vorrichtung 200, 300 ergeben. Insbesondere sollte gewährleistet werden, dass das Probenobjekt 3100 – auch bei einer signifikanten Verschiebung gegenüber der Fokusebene 3160 – noch in dem ersten Bild 3230-1 und dem zweiten Bild 3230-2 abgebildet wird. Es kann jedoch entbehrlich sein, eine scharfe Abbildung des Objekts 3100 zu erreichen; insbesondere obenstehend beschriebene Techniken, wie z.B. die Bestimmung des optischen Schwerpunkts des Objekts 3100, können auch in einem Fall angewendet werden, in dem das Probenobjekt 3100 nur unscharf in den Bildern 3230-1, 3230-2 abgebildet ist.

Während in den 20 und 21 eine Situation gezeigt ist, in denen das Probenobjekt 3100 entlang der optischen Achse 221 positioniert ist, d.h. es die optische Achse 221 schneidet, kann mittels der voranstehend beschriebenen Techniken die z-Position auch für solche Szenarien bestimmt werden, in denen das Probenobjekt 3100 einen bestimmten Versatz parallel zur x-Richtung und / oder parallel zur y-Richtung gegenüber der optischen Achse 221aufweist. Allgemein formuliert können die voranstehend beschriebenen Techniken zum Bestimmen der Position 3150 des Objekts parallel zur optischen Achse 221 also die Bestimmung der z-Komponente der Position des Objekts 3100 im dreidimensionalen Raum, der durch die x, y, z-Achsen aufgespannt ist, ermöglichen.

In der 21 ist ferner eine Situation gezeigt, in der zwei Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 zum Bestimmen der z-Position verwendet werden. Im Allgemeinen ist es auch möglich, eine größere Anzahl von Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 zum Bestimmen der z-Position 3150 des Objekts 3100 zu verwenden. Z.B. können drei oder vier oder zehn oder mehr Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 verwendet werden. Es wäre z.B. möglich, für die verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 jeweils paarweise die oben genannten Techniken anzuwenden, z.B. jeweils paarweise die Gleichung 3 anzuwenden. Derart kann z.B. die z-Position 3150 des Objekts 3100 mehrfach bestimmt werden und daraus ein geeigneter Mittelwert gebildet werden. Derart kann es z.B. möglich sein, die z-Position 3150 des Objekts 3100 besonders genau zu bestimmen. Im Allgemeinen können verschiedenste Techniken zum Kombinieren eines größeren Datensatzes bestehend aus Abbildungsorten 3220-1, 3220-2 mehrerer Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 eingesetzt werden. Z.B. könnte Gleichung 3 geeignet modifiziert werden oder mehrere z-Positionen, die aus den verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 erhalten werden, könnten nach mehrfachem Anwenden der Gleichung 3 konsolidiert werden. In anderen Worten kann es durch mehrere Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 bzw. redundante Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91- möglich sein, eine höhere Genauigkeit beim Bestimmen der z-Position 3150 zu erreichen; es ist z.B. insbesondere möglich, eine Genauigkeit zu erreichen, die höher ist, als eine Auflösung entsprechender Bilder, aus denen die Abbildungsorte 3220-1, 3220-2 bestimmt werden.

Dabei ist es möglich, dass das erste Licht, mit welchem das Probenobjekt 3100 aus der ersten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird, und dass das zweite Licht, mit welchem das Probenobjekt 3100 aus der zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird bzw. im Allgemeinen das Licht der verschieden verwendeten Beleuchtungsrichtungen verschieden voneinander sind. Dies bedeutet, dass das erste Licht andere Wellenlängen aufweisen kann, als das zweite Licht. Alternativ oder zusätzlich könnte das erste Licht eine andere Polarisation aufweisen, als das zweite Licht. Dadurch ist es möglich, dass das Beleuchten des Probenobjekts 3100 aus der ersten Beleuchtungsrichtung und das Beleuchten des Probenobjekts 3100 aus der zweiten Beleuchtungsrichtung zumindest teilweise zeitparallel stattfindet. Dadurch kann eine besonders zügige Autofokussierung des Probenobjekts 3100 ermöglicht werden. Solche Techniken können auch für mehr als zwei Beleuchtungsrichtungen angewendet werden.

Zur Trennung des ersten Lichts und des zweiten Lichts könnten z.B. zwei Detektoren vorgesehen sein, die jeweils mit einem entsprechend den Eigenschaften des jeweiligen Lichts eingerichteten Filter assoziiert sind. Die Filter können also ein spektrales Element implementieren, welches eine Filterung bzw. Trennung des Lichts hinsichtlich seiner spektralen Eigenschaften ermöglicht. Das spektrale Element kann z.B. ausgewählt sein aus folgender Gruppe: Strahlteiler; Dichroit; Farbfilter; Polarisationsfilter; Filterrad; und Prisma. Es wäre auch möglich, dass ein Detektor verwendet wird, der unterschiedliche Gruppen von Bildpunkten aufweist, die jeweils unterschiedliche Sensitivitäten in Bezug auf Wellenlängen und/oder Polarisationen von Licht aufweisen.

In 22 ist eine Abbildung von Probenobjekt 3100 in dem ersten Bild 3230-1 (in 22 mit einer durchgezogenen Line gezeigt) und in dem zweiten Bild 3230-2 (in 22 mit einer gestrichelten Linie) schematisch dargestellt. Das Probenobjekt 3100 weist eine signifikante Ausdehnung in der xy-Ebene, d.h. senkrecht zur optischen Achse 221, auf. Es sind drei mögliche Referenzpunkte 3600-1, 3600-2, 3600-3, 3600-4 für die Abbildung des Objekts 3100 im ersten Bild 3230-1 dargestellt. Grundsätzlich ist die Wahl der Referenzpunkte 3600-1–3600-4 nicht besonders beschränkt. Die in 22 dargestellten Referenzpunkte 3600-1–3600-4 können aber besonders zuverlässig in dem ersten und zweiten Bild 3230-1, 3230-1 aufgefunden werden. Z.B. könnte der Abstand 3250 zwischen dem ersten Referenzpunkt 3600-1 bestimmt werden (vgl. 22), denn dies ist der höchstgelegene Punkt des Objekts 3100 in den Bildern 3230-1, 3230-2 und damit leicht und zuverlässig aufzufinden. Der Referenzpunkt 3600-4 bezeichnet z.B. den optischen Schwerpunkt des Objekts 3100 in den Bildern 3230-1, 3230-2.

Beispielsweise könnte der Abstand 3250 mit Hilfe einer Bild-Korrelationsrechnung und einer Maximumssuche innerhalb der Bildkorrelation bestimmt werden: In manchen Beispielen kann die Lage dieses Maximums direkt den Wert von dx bestimmen, vgl. Gl. 3. Um die Robustheit zu steigern, kann auch ein Schwellwert auf dem Korrelationsbild genutzt werden: derart kann einen Fläche aufgespannt werden, in der dann der Schwerpunkt gesucht wird. Auch die Lage des Schwerpunkts kann dann direkt dx bestimmen. Eine solche Technik kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das Objekt mehrere Ebenen umfasst.

23 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen. In Schritt 4001 erfolgt das Beleuchten des Probenobjekts aus einer ersten Beleuchtungsrichtung. Es wird ein entsprechendes erstes Bild erfasst. Dann erfolgt in Schritt 4002 das Beleuchten des Probenobjekts aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung. Es wird wiederum ein entsprechendes zweites Bild erfasst.

Z.B. wäre es möglich, dass zum Beleuchten des Probenobjekts ein Beleuchtungsmodul mit mehreren Lichtquellen und z.B. einem lichtdurchlässigen Bereich gemäß verschiedener hierin beschriebener Beispiele verwendet wird.

Z.B. wäre es möglich, dass Schritte 4001, 4002 zumindest teilweise zeitparallel durchgeführt werden. Z.B. wäre es möglich, dass 4001, 4002 zeitparallel als Single-Shot-Messung durchgeführt werden. Dazu kann in Schritten 4001 und 4002 jeweils unterschiedliches Licht eingesetzt werden, d.h. Licht, das sich hinsichtlich mindestens einer spektralen Eigenschaft wie beispielsweise Wellenlänge und/oder Polarisation unterscheidet.

Um eine Trennung des Lichts zum Erfassen des ersten Bilds und des zweiten Bilds zu ermöglichen, kann dann ein spektrales Element mit mehreren Detektoren oder ein Detektor, der mehrere Gruppen von Bildpunkten, die mit den unterschiedlichen spektralen Eigenschaften des Lichts assoziiert ist, verwendet werden. In 24 ist eine beispielhafte Implementierung gezeigt, bei der jeweils unterschiedliche Farb- oder Polarisationsfilter 5001, 5002 mit den beiden Beleuchtungsrichtungen 91-1, 91-2 assoziiert sind. In 25 ist eine beispielhafte Implementierung gezeigt, bei der unterschiedliche Farb- oder Polarisationsfilter 5001, 5002 in einem Filterrad 5050 angeordnet sind. In 26 ist eine beispielhafte Implementierung gezeigt, bei der unterschiedliche Farb- oder Polarisationsfilter 5001, 5002 mit unterschiedlichen Detektoren 230 assoziiert sind.

Wieder Bezug nehmend auf 23: In Schritt 4003 wird der Abstand zwischen Abbildungsorten des Probenobjekts in dem ersten und zweiten Bild bestimmt. Diese Abbildungsorte können z.B. anhand von Landmarken erkannt werden.

Basierend auf dem bestimmten Abstand kann dann z.B. die z-Position des Probenobjekts, d.h. der Abstand zur Fokusebene, bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Autofokus-Anwendung implementiert werden, bei der z.B. der Motor eines Probenhalters zur Fokussierung angesteuert wird.

Zusammenfassend wurden obenstehend Techniken beschrieben, die – z.B. durch Anwenden der Gleichung 3 oder durch Repositionieren des Objekts parallel zur optischen Achse – ein besonders schnelles und genaues Bestimmen der z-Position 3150 ermöglichen. Eine schnelle Fokussierung des Objekts 3100 wird dadurch möglich.

Zusammenfassend wurden obenstehend Techniken in Bezug auf Beleuchtungsmodule zur winkelselektiven Beleuchtung beschrieben. Solche Techniken ermöglichen es, die winkelselektive Beleuchtung flexibel mit verschiedenen optischen Vorrichtungen zu kombinieren.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Während voran stehen verschiedene Beispiele in Bezug auf ein LSM und in Bezug auf ein Mikroskop mit Okular beschrieben wurden, ist es in anderen Beispielen auch möglich, entsprechende Techniken für andere optische Vorrichtungen zu verwenden. Insbesondere können die hierin beschriebenen Beleuchtungsmodule mit Träger und lichtdurchlässigem Bereich auch für andere optische Vorrichtungen verwendet werden.

Während voranstehend verschiedene Beispiele in Bezug auf die Fluoreszenzbildgebung beschrieben wurden, können entsprechende Techniken auch für andere Arten der Bildgebung angewendet werden. Dies kann bedeuten, dass andere Detektoren verwendet werden können, die z.B. nicht geeignet sind, um ein Fluoreszenzsignal zu detektieren.

Während voranstehend verschiedene Beispiele in Bezug auf ein Beleuchtungsmodul mit einem Träger, der einen lichtdurchlässigem Bereich aufweist, beschrieben wurden, können in manchen Beispielen entsprechende Techniken auch für einen Träger angewendet werden, der keinen lichtdurchlässigem Bereich aufweist.

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

• DE 102014112242 A1 [0002, 0124, 0174]
• DE 102014109687 A1 [0059]