显微镜系统和用于采用这种显微镜系统显微地成像的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种显微镜系统(200)，其具有一个或多个探测单元(10、20)。所述探测单元(10)或所述多个探测单元(10、20)中的至少一个探测单元具有彩色光束分光器设备(100)，该彩色光束分光器设备带有三个分光器棱镜(11、12、13)。每个分光器棱镜(11、12、13)都具有第一、第二和第三棱镜面(F1、F2、F3)，在所述分光器棱镜(11、12、13)的每个第二棱镜面(F2)上或者与该第二棱镜面平行地提供了二色性层(1、2、3)。所述分光器棱镜(11、12、13)的各第一棱镜面(F1)朝向同一方向，并且相互平行地相对于光轴(A)成直角地朝向，该光轴穿过所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)。所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)彼此间分别布置成锐角的第一角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第二和第三棱镜面(F2、F3)彼此间分别布置成直角或钝角的第二角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第三和第一棱镜面(F3、F1)彼此间分别布置成锐角的第三角度。给每个所述分光器棱镜(11、12、13)都指配了带有第一和第二棱镜面(F1'、F2')的棱柱形的补偿部件(21、22、23)，其中，每个所述补偿部件(21、22、23)的第二棱镜面(F2')都布置在与分别指配的所述分光器棱镜(11、12、13)的第二棱镜面(F2)共同的平面或与该第二棱镜面平行的平面中。一种用于采用相应的显微镜系统(200)显微地成像的方法同样是本发明专利技术的主题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显微镜系统和用于采用这种显微镜系统显微地成像的方法
本专利技术涉及根据独立权利要求的相应的前序部分的一种显微镜系统、特别是组合的宽视野和共焦显微系统和一种用于采用相应的显微镜系统显微地成像的方法，该显微镜系统具有第一探测单元或者具有多个探测单元，所述多个探测单元包括第一探测单元和至少一个第二探测单元。
技术介绍
颜色选择性的探测对于显微术特别是荧光显微术非常重要，因为在这种情况下在样本中通常同时使用多种颜料。为了在荧光显微术和显微术中进行颜色选择性的探测，通常由现有技术已知多种不同的方法和装置。基本上可以分为顺序地和同时地或并行地探测多种颜色或荧光团。尽管下面主要介绍荧光显微术，但相应的说明也适用于其它显微检查方法。下述说明还以同样的方式适用于宽视野显微系统和共焦显微系统。对于顺序的探测，例如可以使用单色摄像机。为了确保借助这些单色摄像机分别仅仅探测一个荧光通道，例如通过把分别合适的单波段的荧光分光立方体切换至显微镜的垂直光轴平面中，对分别待探测的荧光颜料进行选择。通过这种方式，可以确保激发和发射波长范围的分别正确的组合。然而在这种情况下，在不同的激发和探测模式之间的切换却比较缓慢。在相应的发射波长范围之间的切换时间通常约为300～400ms，这特别是对于检查可移动的物体比如特别是活细胞来说往往表明不够快。为了在使用一个单独的单色摄像机情况下即可实现更快的探测，也可以采用多波段-荧光分光立方体，其允许所有可能的激发波长范围到达样本，并相应地允许所有可能的发射波长范围到达摄像机。在此可以通过在显微镜与摄像机之间的可快速切换的发射滤光轮，对分别探测的荧光颜料进行选择。同时，通过同样可快速切换的激发滤光轮或者可快速调制的光源(例如LED)来合适地选择激发。相应方法和装置的缺点依旧是，特别是在活细胞实验中，它们的在不同的激发和探测模式之间的切换时间有些始终仍然不够快。对于同时探测，也可以使用带有Bayer传感器或Foveon传感器的彩色摄像机。在这种情况下，可以采用多波段-荧光分光立方体，如同刚刚介绍的快速顺序探测一样，其允许所有可能的激发波长范围到达样本，并允许所有可能的发射波长范围到达摄像机。摄像机的显色能力允许探测不同颜色通道中的不同发射波长范围。然而，相应方法和装置的缺点是，探测效率低，因为每个摄像机像素只能探测在相应范围中出现的观察光的一部分：在Bayer传感器—其中采用类似棋盘状的颜色掩模情况下，为了探测每种单独的颜色，对于整体敏感性关键的传感器面当然分别仅有一定的部分可供使用。尽管由于缺乏彩色掩模而使Foveon传感器在理论上具有更高的灵敏度，但该传感器在实践中通常没有任何优势。对于同时探测，也可以使用各个单色相机。和以前一样，在这种情况下可以使用多波段荧光分光器立方体，其允许所有可能的激发波长范围到达样本，并允许所有可能的发射波长范围到达摄像机。然而，在显微镜和摄像机之间布置了光学的中间模块，该中间模块减小并光谱地分割显微镜的中间图像，从而中间图像的多个副本在不同光谱范围内并排地成像到摄像机传感器上。为了光谱分割，在这种布置中通常使用可更换的二色性分割小板。最后，也可以使用多个单色摄像机，用于荧光探测。同样，可以使用多波段荧光分光器立方体，其允许所有可能的激发波长范围到达样本，并允许所有可能的发射波长范围到达摄像机。在此，在显微镜和摄像机之间布置了光学的中间模块，该中间模块在光谱上分割显微镜的中间图像，从而不同的光谱范围成像到不同的摄像机上。在此也可以使用可更换的二色性分割小板或相应的分割层。刚描述类型的方法和装置特别是由申请人的WO2016/166374A1和WO2016/166375A1已知。通常，为了中间图像的光谱划分，在相应的方法和设备中可以使用彩色光束分光器设备，其由彩色电视
已知特别是有一段时间了，但其特别是在显微术中分别具有某些缺点。如在US3,659,918A和US4,084,180A中针对用于彩色电视摄像机的应用所描述的所谓的飞利浦-棱镜，因而例如导致玻璃中的较长的光路。此外，借助飞利浦-棱镜只能将光分为三个通道。当查看US4,084,180A的图1时可看出另一缺点，在该段落中使用的标号涉及该图，并且在此具体地参见该图。虽然这里的光线rl在层2上反射后可以在棱镜A的底面上全反射，并且因此在理想情况下不需要反射涂层，但对于光线r2来说，对于从A到B的透射，界面必须首先是透明的，但是随后对于在层1上反射的光却起反射作用。因此，相应的涂层可能由于散射而导致相当大的光损失。由US2009/0323192A1已知的彩色光束分光器，由于其尺寸会导致安装空间问题，并且同样具有玻璃路径长的缺点。由于使用了大量的光学部件，因此制造和调节复杂且昂贵。大量的界面也会导致光损失和散射。此外由DE102008062791A1已知一种具有分光器立方体的显微镜(所谓的X-Cube)，其总共包括四个棱镜。例如在US8,988,564B2中也公开了用于摄像机的相应设备。然而，在分光器立方体中以45°发生的偏转非常强烈地取决于偏振，因此是不利的。棱镜边缘在光路中的定位也会导致散射和光损失。由现有技术已知的其它的彩色光束分光器机构需要其它的复杂的组件，例如中继光学元件，或者特别是出于结构上的或光学上的原因，不适用于或不利于在显微镜中的应用。
技术实现思路
在这种背景下，本专利技术的目的是，能在显微镜中实现同时地、多光谱地、很大程度上无损失地摄取多个荧光团。特别地，在本专利技术的范畴内，要提出一种显微镜系统和一种相应的方法，该显微镜系统带有相比于现有技术有所改善的彩色光束分光器设备。在这种背景下，本专利技术提出具有相应的独立权利要求的特征的一种显微镜系统和一种用于采用这种显微镜系统显微地成像的方法。优选的设计分别是从属权利要求以及后续说明的主题。本专利技术提出一种显微镜系统，其具有第一探测单元或者具有多个探测单元，所述多个探测单元包括第一探测单元和至少一个第二探测单元。相应的探测单元尤其可以设计成多探测器模块或多探测器模块的一部分，其带有用于并行探测的多个探测器。在此，相应的多探测器模块特别是包括可安置在显微镜的探测出口上的光学适配器以及用于耦接多个探测器的多个输出端或相应的探测器本身。多探测器模块例如可以与单色摄像机或其它探测器耦接，或者在构造上被设计用于相应的耦接。也可以提供多个机械-光学的接口，用于特别是无工具地、可松开地与相应的摄像机耦接。如下面还将介绍，术语“传感器”、“摄像机”和“探测器”在此在很大程度上同义地使用。由于本专利技术同样可以结合宽视野显微镜系统和共焦显微镜系统使用，或者在本专利技术的一种设计中提供了一种组合的宽视野和共焦显微镜系统，所以相应的探测器可以是能够实现在图像平面中进行两维探测的摄像机，即平面探测器，但也可以是仅仅测量分别入射的光束的强度的一维探测器，即点探测器。对显微镜观察光的光谱划分是通过在彩色光束分光器设备中的下面详细说明的棱镜进行的，其中，在彩色光束分光器设备中分别设置了三个棱镜(以下称为分光器棱镜)，这些棱镜带有具有彼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微镜系统(200、300)，具有第一探测单元(10)或者具有多个探测单元(10、20)，所述多个探测单元包括第一探测单元(10)和至少一个第二探测单元(20)，其中，所述第一探测单元(10)或所述多个探测单元(10、20)中的至少一个探测单元具有彩色光束分光器设备(100)，该彩色光束分光器设备带有三个分光器棱镜(11、12、13)，/n其特征在于，/n-每个分光器棱镜(11、12、13)都具有第一、第二和第三棱镜面(F1、F2、F3)，在所述分光器棱镜(11、12、13)的每个第二棱镜面(F2)上或者与该第二棱镜面平行地提供了二色性层(1、2、3)；/n-所述分光器棱镜(11、12、13)的各第一棱镜面(F1)朝向同一方向，并且相互平行地相对于光轴(A)成直角地朝向，该光轴穿过所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)；/n-所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)彼此间分别布置成锐角的第一角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第二和第三棱镜面(F2、F3)彼此间分别布置成直角或钝角的第二角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第三和第一棱镜面(F3、F1)彼此间分别布置成锐角的第三角度；/n-给每个所述分光器棱镜(11、12、13)都指配了带有第一和第二棱镜面(F1'、F2')的棱柱形的补偿部件(21、22、23)，其中，每个所述补偿部件(21、22、23)的第二棱镜面(F2')都布置在与分别指配的所述分光器棱镜(11、12、13)的第二棱镜面(F2)共同的平面或与该第二棱镜面平行的平面中。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 DE 102017128776.0;20171204 DE 102017128771.一种显微镜系统(200、300)，具有第一探测单元(10)或者具有多个探测单元(10、20)，所述多个探测单元包括第一探测单元(10)和至少一个第二探测单元(20)，其中，所述第一探测单元(10)或所述多个探测单元(10、20)中的至少一个探测单元具有彩色光束分光器设备(100)，该彩色光束分光器设备带有三个分光器棱镜(11、12、13)，
其特征在于，
-每个分光器棱镜(11、12、13)都具有第一、第二和第三棱镜面(F1、F2、F3)，在所述分光器棱镜(11、12、13)的每个第二棱镜面(F2)上或者与该第二棱镜面平行地提供了二色性层(1、2、3)；
-所述分光器棱镜(11、12、13)的各第一棱镜面(F1)朝向同一方向，并且相互平行地相对于光轴(A)成直角地朝向，该光轴穿过所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)；
-所述分光器棱镜(11、12、13)的第一和第二棱镜面(F1、F2)彼此间分别布置成锐角的第一角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第二和第三棱镜面(F2、F3)彼此间分别布置成直角或钝角的第二角度，所述分光器棱镜(11、12、13)的第三和第一棱镜面(F3、F1)彼此间分别布置成锐角的第三角度；
-给每个所述分光器棱镜(11、12、13)都指配了带有第一和第二棱镜面(F1'、F2')的棱柱形的补偿部件(21、22、23)，其中，每个所述补偿部件(21、22、23)的第二棱镜面(F2')都布置在与分别指配的所述分光器棱镜(11、12、13)的第二棱镜面(F2)共同的平面或与该第二棱镜面平行的平面中。


2.如权利要求1所述的显微镜系统(300)，其具有物镜(103)和布置在所述物镜(103)的图像侧的管式光学元件(106)，其中，在所述物镜(103)和所述管式光学元件(106)之间形成无限远光路(U)，并且所述管式光学元件(106)使得光从所述无限远光路(U)聚焦到图像平面(108、208)中，该图像平面布置在所述管式光学元件(106)的图像侧并且与物体平面(104)共轭。


3.如权利要求2所述的显微镜系统(200、300)，其具有宽视野照明系统(140)和宽视野探测系统(150)，用于平面地照明和检测所述物体平面(104)的区域。


4.如权利要求3所述的显微镜系统(200、300)，其中，所述宽视野照明系统(140)具有布置在所述无限远光路(U)中的分光镜(102)，该分光镜使得光源(141)的光输入到在所述物镜(103)与所述管式光学元件(106)之间的所述无限远光路(U)中，或者输入到另一个无限远光路中。


5.如权利要求1～4中任一项所述的显微镜系统(300)，其具有共焦照明系统(160)和共焦探测系统(170)，用于点状地扫描所述物体平面(104)的区域。


6.如权利要求5所述的显微镜系统(300)，其中，所述共焦照明系统(160)在与所述物体平面(104)和所述图像平面(208)共轭的平面中具有点光源(161)，其中，所述共焦探测系统(170)在与所述物体平面(104)和所述图像平面(208)共轭的所述平面中或者在另一个与所述物体平面(104)和所述图像平面(208)共轭的平面中具有孔眼光圈(212)。


7.如权利要求5或6所述的显微镜系统(300)，其中，所述共焦照明系统(160)具有用于使得照明光偏转的扫描机构(210)。


8.如权利要求5～7中任一项所述的显微镜系统(300)，其具有多个探测单元(10、20)，所述多个探测单元包括第一探测单元(10)和至少一个第二探测单元(20)，其中，所述第一探测单元(10)指配给所述宽视野探测系统(150)，所述至少一个第二探测单元(20)指配给所述共焦探测系统(170)。


9.如权利要求5～8中任一项所述的显微镜系统(300)，其中，在所述管式光学元件(106)的图像侧提供可布置在两个位置的切换反射镜(301)，其中，在所述切换反射镜(301)的第一位置，光射入到所述宽视野探测系统(150)中，在所述切换反射镜的第二位置，光射入到所述共焦探测系统(170)中。


10.如前述权利要求中任一项所述的显微镜系统(200、300)，其中，对于所述分光器棱镜(11、12、13)，各所述第一角度具有相同的角度量值，各所述第二角度具有相同的角度量值，各所述第三角度具有相同的角度量值。


11.如权利要求10所述的显微镜系统(200、300)，其中，各所述第一角度分别为30°，各所述第二角度分别为90°，各所述第三角度分别为60°，或者其中，各所述第一角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·穆勒伦茨，克里斯蒂安·舒尔茨，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE