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DE102024108046A1 - Super-resolution microscope with fast quasi-confocal detection - Google Patents

Super-resolution microscope with fast quasi-confocal detection

Info

Publication number
DE102024108046A1
DE102024108046A1 DE102024108046.9A DE102024108046A DE102024108046A1 DE 102024108046 A1 DE102024108046 A1 DE 102024108046A1 DE 102024108046 A DE102024108046 A DE 102024108046A DE 102024108046 A1 DE102024108046 A1 DE 102024108046A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
deflection unit
beam deflection
light
illumination
microscope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024108046.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Tiemo Anhut
Daniel Schwedt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Microscopy GmbH filed Critical Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority to DE102024108046.9A priority Critical patent/DE102024108046A1/en
Priority to PCT/EP2025/057710 priority patent/WO2025196227A1/en
Publication of DE102024108046A1 publication Critical patent/DE102024108046A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

2.1. Zur Steigerung des Auflösungsvermögens quasikonfokaler Linienrastermikroskope mit Hauptstrahlteiler zur Kopplung von Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengang wird im „Re-Scan“-Verfahren nach einem Descanning durch die beleuchtende Strahlablenkungseinheit das Probenlicht im Detektionsstrahlengang noch einmal abgetastet, indem es hinter der konfokalen Blende durch eine zweite Strahlablenkeinheit in der Querrichtung zum linienförmigen Fokus über den Sensor bewegt wird. Zur Auflösungssteigerung in Längsrichtung kann die Beleuchtungslinie strukturiert sein. Die optische Anordnung hat den Nachteil erheblicher Lichtverluste aufgrund einer großen Anzahl von zu passierenden optischen Grenzflächen.
2.2. Lichtempfindlicher und flexibler ist ein Mikroskop, in dem die beleuchtende Strahlablenkeinheit optisch zwischen der Lichtquelle und dem Hauptstrahlteiler angeordnet ist, so dass das Probenlicht abseits der beleuchtenden Strahlablenkeinheit (non-descanned) zum Sensor gelangt, und eine Steuereinheit in einem Betriebsmodus das Probenlichtbündel nur mittels der zweiten Strahlablenkeinheit über den Sensor bewegt. Je nach Betriebsmodus kann eine Synchronisierung mit der ersten Strahlablenkeinheit vorgesehen sein.
2.3. Durch die hohe Lichtempfindlichkeit ist das Mikroskop besonders für die Fluoreszenzmikroskopie geeignet.
2.1. To increase the resolution of quasi-confocal line scanning microscopes with a main beam splitter for coupling the illumination and detection beam paths, the "re-scan" method involves descanning the sample light in the detection beam path by moving it across the sensor behind the confocal aperture by a second beam deflection unit in a direction transverse to the linear focus. To increase resolution in the longitudinal direction, the illumination line can be structured. This optical arrangement has the disadvantage of significant light losses due to the large number of optical interfaces that must be passed through.
2.2. A microscope in which the illuminating beam deflection unit is optically positioned between the light source and the main beam splitter, allowing the sample light to reach the sensor away from the illuminating beam deflection unit (non-descanned), is more light-sensitive and flexible. A control unit, in one operating mode, moves the sample light beam across the sensor using only the second beam deflection unit. Depending on the operating mode, synchronization with the first beam deflection unit may be provided.
2.3. Due to its high light sensitivity, the microscope is particularly suitable for fluorescence microscopy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Beleuchtungsstrahlengang, einem Detektionsstrahlengang und einem Strahlteiler, wobei der Detektionsstrahlengang einen Probenraum, ein Mikroskopobjektiv, eine Tubuslinse, ein durch die Tubuslinse erzeugtes Zwischenbild und einen zweidimensional ortsauflösenden optoelektronischen Sensor mit einer Detektionsoptik zum Abbilden des Zwischenbilds auf den Sensor aufweist und der Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle und eine erste einstellbare Strahlablenkeinheit zum Bewegen eines Beleuchtungslichtbündels („Abtasten“, „Rastern“) durch den Probenraum aufweist und der Detektionsstrahlengang eine zweite einstellbare Strahlablenkeinheit zum Bewegen eines Probenlichtbündels über den Sensor aufweist, wobei der Beleuchtungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang mittels des Strahlteilers optisch derart zu einem gemeinsamen Strahlengang gekoppelt sind, dass Beleuchtungslicht von der Lichtquelle über den Strahlteiler durch das Mikroskopobjektiv in den Probenraum gelangt und Probenlicht aus dem Probenraum durch das Mikroskopobjektiv über den Strahlteiler und danach über die zweite Strahlablenkeinheit zum Sensor gelangt. Die Strahlablenkeinheiten sind dabei in oder zumindest in der Nähe einer jeweiligen Ebene angeordnet, die mit einer rückwärtigen Brennebene (engl. „back focal plane“) des Mikroskopobjektivs, welche bei telezentrischen Strahlengängen einer Pupillenebene des Mikroskopobjektivs entspricht, optisch konjugiert ist.The invention relates to a microscope with an illumination beam path, a detection beam path and a beam splitter, wherein the detection beam path has a sample chamber, a microscope objective, a tube lens, an intermediate image generated by the tube lens and a two-dimensional spatially resolving optoelectronic sensor with detection optics for imaging the intermediate image onto the sensor, and the illumination beam path has a light source and a first adjustable beam deflection unit for moving an illumination light beam (“scanning”, “rasterizing”) through the sample chamber, and the detection beam path has a second adjustable beam deflection unit for moving a sample light beam over the sensor, wherein the illumination beam path and the detection beam path are optically coupled by means of the beam splitter to form a common beam path in such a way that illumination light from the light source passes through the beam splitter through the microscope objective into the sample chamber and sample light from the sample chamber through the microscope objective via the beam splitter and then via the second Beam deflection unit to the sensor. The beam deflection units are arranged in or at least near a respective plane that is optically conjugated with a back focal plane of the microscope objective, which, in the case of telecentric beam paths, corresponds to a pupil plane of the microscope objective.

Die konfokale Fluoreszenz-Bildgebung liefert kontrastreiche, hochaufgelöste Bilder biologischer Proben. Dabei wird die Probe wie in DE 197 02 753 A1 mittels Laserbeleuchtung über eine Strahlablenkeinheit punktweise abgetastet und das erzeugte Probenlicht über dieselbe Strahlablenkeinheit enttastet (engl. „descanned“), so dass von jedem Probenort ein ruhendes Strahlenbündel auf der optischen Achse vorliegt, und durch eine konfokale Lochblende (engl. „pinhole“) detektiert. Durch diese Blende wird der Sensor von außerfokalem Licht weitgehend abgeschirmt, was den hohen Kontrast bewirkt. Nachteilig ist allerdings eine vergleichsweise hohe Aufnahmedauer durch das punktweise Abtasten. Dabei kommt es zwangsläufig auch zu einer hohen phototoxischen Probenbelastung durch das Anregungslicht.Confocal fluorescence imaging provides high-contrast, high-resolution images of biological samples. The sample is DE 197 02 753 A1 The sample is scanned point by point using laser illumination via a beam deflection unit, and the generated sample light is descanned via the same beam deflection unit, so that a stationary beam of light is present on the optical axis from each sample location. The light is detected through a confocal pinhole. This pinhole largely shields the sensor from out-of-focus light, resulting in the high contrast. A disadvantage, however, is the comparatively long acquisition time due to point-by-point scanning. This inevitably also results in a high phototoxic exposure to the sample from the excitation light.

Diese Nachteile der punktweisen Bildgebung können durch eine Parallelisierung reduziert werden. Beispiele hierfür sind Konfokalmikroskope mit Nipkow-Scheibe und Lichtblattmikroskope, wobei letztere eine zusätzliche Beleuchtungsoptik benötigen. Eine Parallelisierung kann alternativ über eine linienförmige Beleuchtung erfolgen wie in EP 1 617 258 A1 . Um Konfokalität wenigstens in einer Dimension (quer zur Beleuchtungslinie) zu erreichen, ist hier zur Unterdrückung außerfokalen Lichts eine linienförmige Detektion mit einer Schlitzblende notwendig. Längs der Linie ist das Auflösungsvermögen vergleichbar mit einem Weitfeldmikroskop.These disadvantages of point-by-point imaging can be reduced by parallelization. Examples include confocal microscopes with a Nipkow disk and light-sheet microscopes, the latter requiring additional illumination optics. Parallelization can alternatively be achieved using linear illumination, as in EP 1 617 258 A1 To achieve confocality in at least one dimension (perpendicular to the illumination line), line-shaped detection with a slit aperture is necessary to suppress out-of-focus light. Along the line, the resolution is comparable to that of a wide-field microscope.

Zur weiteren Steigerung des Auflösungsvermögens quer zur Linie (Superauflösung jenseits der Beugungsgrenze) kann das Probenlicht im Detektionsstrahlengang nach dem Enttasten durch die beleuchtende Strahlablenkungseinheit noch einmal abgetastet (engl. „re-scanned“) werden, wozu es hinter der konfokalen Blende durch eine Strahlablenkeinheit in der Querrichtung über den Sensor bewegt wird (De Luca et al.: „Re-scan confocal microscopy: scanning twice for better resolution“ in Biomedical Optics Express 2013, Bd. 4, Nr. 11, S. 2644). Die Pixel des superaufgelösten Bilds der Probe müssen durch Verknüpfung von Intensitäten unterschiedlicher Pixel zu verschiedenen Zeitpunkten errechnet werden. Die optische Anordnung hat den Nachteil erheblicher Lichtverluste aufgrund einer großen Anzahl von zu passierenden optischen Grenzflächen.To further increase the resolution across the line (super-resolution beyond the diffraction limit), the sample light in the detection beam path can be re-scanned after being descanned by the illuminating beam deflection unit. For this purpose, it is moved across the sensor behind the confocal aperture by a beam deflection unit in the transverse direction (De Luca et al.: "Re-scan confocal microscopy: scanning twice for better resolution" in Biomedical Optics Express 2013, Vol. 4, No. 11, p. 2644). The pixels of the super-resolution image of the sample must be calculated by combining the intensities of different pixels at different times. This optical arrangement has the disadvantage of significant light losses due to the large number of optical interfaces that must be passed through.

Zur Steigerung des Auflösungsvermögens längs der Beleuchtungslinie kann diese im „Re-scan“-Verfahren zusätzlich in ihrer Längsrichtung hinsichtlich ihrer Intensität strukturiert (moduliert) werden ( Shen et al.: „Confocal rescan structured illumination microscopy for real-time deep tissue imaging with superresolution“ in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1 ). Jeder Ort auf der Probe muss hierbei in mindestens drei verschiedenen Phasen (unterschiedlichen Lagen der Linienstruktur) beleuchtet und in eine entsprechende Anzahl von Phasenbildern abgebildet werden. Wie in der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie (engl. „Structured Illumination Microscopy“; SIM) im Weitfeld muss das Gesamtbild durch Verknüpfung aller Phasenbilder errechnet werden (Demodulation).To increase the resolution along the illumination line, the intensity can be additionally structured (modulated) in its longitudinal direction using the “re-scan” method ( Shen et al.: “Confocal rescan structured illumination microscopy for real-time deep tissue imaging with superresolution” in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), pp. 016009-1 Each location on the sample must be illuminated in at least three different phases (different positions of the line structure) and imaged into a corresponding number of phase images. As in structured illumination microscopy (SIM) in the widefield, the overall image must be calculated by combining all phase images (demodulation).

Die geringe Lichtempfindlichkeit der im „Re-Scan“-Verfahren eingesetzten optischen Anordnungen bleibt auch mit der strukturierten Beleuchtung erhalten. Zudem sind die Anordnungen auf das spezielle scannende Mikroskopierverfahren beschränkt und damit unflexibel.The low light sensitivity of the optical arrays used in the "re-scan" technique remains even with structured illumination. Furthermore, the arrays are limited to the specific scanning microscopy technique and are therefore inflexible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass der Detektionsstrahlengang vereinfacht und dadurch eine höhere Lichtübertragungseffizienz und damit Lichtempfindlichkeit erreicht wird. Zumindest in besonderen Ausführungsformen soll auch eine größere Flexibilität des Mikroskops ermöglicht werden.The invention is based on the object of improving a microscope of the type mentioned at the beginning, so that the detection beam path is simplified and thus a higher light transmission efficiency and This allows for greater light sensitivity. At least in certain embodiments, greater flexibility of the microscope should also be possible.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Mikroskop, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved by a microscope having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Strahlablenkeinheit optisch zwischen der Lichtquelle und dem Strahlteiler angeordnet ist, so dass das Probenlicht abseits der ersten Strahlablenkeinheit zum Sensor gelangt und dass das Mikroskop eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, in einem Betriebsmodus das Probenlichtbündel mittels der zweiten Strahlablenkeinheit über den Sensor zu bewegen. Diese Bewegung ist zunächst prinzipiell unabhängig von einer Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit. Je nach Arbeitsmodus kann eine Synchronisierung mit der ersten Strahlablenkeinheit vorgesehen sein.According to the invention, the first beam deflection unit is optically arranged between the light source and the beam splitter, so that the sample light reaches the sensor away from the first beam deflection unit. The microscope also comprises a control unit configured to move the sample light beam across the sensor by means of the second beam deflection unit in one operating mode. This movement is, in principle, initially independent of any movement of the first beam deflection unit. Depending on the operating mode, synchronization with the first beam deflection unit can be provided.

Das Probenlicht gelangt abseits der ersten Strahlablenkeinheit zum Sensor, was als nicht-enttastete (engl. „non-descanned“) Detektion bezeichnet werden kann. Im Unterschied zu den bekannten „Re-scan“-Mikroskopen wird die Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit also nicht zurückgenommen, auch nicht durch die zweite Strahlablenkeinheit. Die aufgrund der abtastenden Beleuchtung nacheinander von unterschiedlichen Orten im Probenraum ausgehenden Strahlenbündel (Probenlichtbündel) fallen also unter entsprechend verschiedenen Winkeln zur optischen Achse in jede zur rückwärtigen Brennebene des Mikroskops konjugierte Ebene (und damit unter verschiedenen Winkeln zur optischen Achse auf die zweite Strahlablenkeinheit). Es gibt erfindungsgemäß vor der zweiten Strahlablenkeinheit kein ruhendes Strahlenbündel. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass auch mit nur genau einer Strahlablenkeinheit im Detektionsstrahlengang eine Abtastung eines Strahlenbündels möglich ist, welche dem „Re-Scanning“ entspricht. Dementsprechend liegt (in dem ersten Betriebsmodus) auch hinter der zweiten Strahlablenkeinheit kein ruhendes Strahlenbündel vor, sondern der Winkel des Strahlbündels zur optischen Achse nach dem Passieren der zweiten Strahlablenkeinheit variiert zeitlich.The sample light reaches the sensor away from the first beam deflection unit, which can be referred to as non-descanned detection. In contrast to conventional "re-scan" microscopes, the movement of the first beam deflection unit is therefore not reversed, not even by the second beam deflection unit. The beams (sample light beams) emanating successively from different locations in the sample chamber due to the scanning illumination thus fall at correspondingly different angles to the optical axis into each plane conjugate to the rear focal plane of the microscope (and thus at different angles to the optical axis onto the second beam deflection unit). According to the invention, there is no stationary beam bundle in front of the second beam deflection unit. Surprisingly, it was discovered that scanning a beam bundle, which corresponds to "re-scanning," is possible even with exactly one beam deflection unit in the detection beam path. Accordingly, there is no stationary beam behind the second beam deflection unit (in the first operating mode), but the angle of the beam to the optical axis after passing the second beam deflection unit varies over time.

Zur vorteilhaften Steigerung der Auflösung kann der Winkel der Ausbreitungsrichtung der aus dem Probenraum kommenden Strahlenbündel gegenüber der optischen Achse durch die zweite Strahlablenkeinheit sogar vergrößert werden. Dieses Verfahren kann als Zusatz-Abtastung („Add-Scanning“) bezeichnet werden. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, in dem ersten Betriebsmodus das Probenlichtbündel mittels der zweiten Strahlablenkeinheit so über den Sensor zu bewegen, dass das Zwischenbild vergrößert auf den Sensor abgebildet wird. Insbesondere kann die Bewegung derart erfolgen, dass ein Betrag eines Quotienten zwischen einem ersten Winkel, den eine Ausbreitungsrichtung eines von einem Ort im Probenraum ausgehenden Strahlenbündels des Probenlichts unmittelbar hinter der zweiten Strahlablenkeinheit mit einer optischen Achse der Detektionsoptik einschließt, und einem zweiten Winkel, den die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels unmittelbar vor der zweiten Strahlablenkeinheit mit einer optischen Achse des Mikroskopobjektivs einschließt, größer als eins ist.To advantageously increase the resolution, the angle of the propagation direction of the beams emerging from the sample chamber relative to the optical axis can even be increased by the second beam deflection unit. This method can be referred to as add-scanning. For this purpose, the control unit can be configured to move the sample light beam across the sensor by means of the second beam deflection unit in the first operating mode such that the intermediate image is projected onto the sensor in an enlarged manner. In particular, the movement can occur such that an amount of a quotient between a first angle, which a propagation direction of a beam of sample light emanating from a location in the sample chamber immediately behind the second beam deflection unit encloses with an optical axis of the detection optics, and a second angle, which the propagation direction of the beam encloses with an optical axis of the microscope objective immediately in front of the second beam deflection unit, is greater than one.

Die rechnerische Auswertung der Pixelintensitäten des Sensors aus unterschiedlichen Zeitpunkten zur Erzeugung eines superaufgelösten Bildes der Probe quer zur Längsrichtung der Beleuchtungslinie entspricht dabei der bekannten Auswertung von enttastet und wieder-abgetastet (und dadurch, vorzugsweise um den Faktor zwei, eindimensional quer zur Längsrichtung der Beleuchtungslinie vergrößert auf den Senor abgebildetem Zwischenbild) aufgenommenen Pixelintensitäten. Mit einem durch die Zusatzabtastung nur eindimensional wirksamen Vergrößerungsfaktor von zwei wird die maximale Auflösungssteigerung quer zur Beleuchtungslinie erreicht.The computational evaluation of the sensor's pixel intensities from different points in time to generate a super-resolution image of the sample perpendicular to the longitudinal direction of the illumination line corresponds to the familiar evaluation of pixel intensities recorded after desampling and resampling (and thus projected onto the sensor, preferably by a factor of two, one-dimensionally magnified perpendicular to the longitudinal direction of the illumination line). With a magnification factor of two, which is only effective in one dimension due to the additional scanning, the maximum resolution increase perpendicular to the illumination line is achieved.

Die Vergrößerung gelingt mit geringem Aufwand, indem mindestens im ersten Betriebsmodus die Bewegung der zweiten Strahlablenkeinheit mit der Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit synchronisierbar oder synchronisiert ist, beispielsweise durch die Steuereinheit oder eine andere elektrische Verbindung. Insbesondere kann die Steuereinheit dabei die erste Strahlablenkeinheit und die zweite Strahlablenkeinheit mit identischer oder näherungsweise identischer Winkelamplitude bewegen, um durch die Zusatzabtastung mit der nur eindimensional wirksamen mechanischen Vergrößerung um den Faktor 2 die maximale Auflösungssteigerung zu erzielen.Magnification is achieved with minimal effort by synchronizing the movement of the second beam deflection unit with the movement of the first beam deflection unit, at least in the first operating mode, for example, via the control unit or another electrical connection. In particular, the control unit can move the first beam deflection unit and the second beam deflection unit with identical or approximately identical angular amplitudes in order to achieve the maximum resolution increase by a factor of 2 through the additional scanning with the only one-dimensional mechanical magnification.

Die mechanisch-technischen Anforderungen an die zweite Strahlablenkeinheit sind geringer als bei den herkömmlichen „Re-Scan“-Anordnungen. Sie muss lediglich dieselben Anforderungen erfüllen wie die erste Strahlablenkeinheit, weil sie nicht - wie im Stand der Technik - eine doppelt so große Winkelamplitude wie jene abtasten muss, was Probleme bei der Linearisierung bereiten könnte und außerdem die insgesamte Aufnahmegeschwindigkeit begrenzen würde, beispielsweise im Falle eines Galvanometerspiegels.The mechanical and technical requirements for the second beam deflection unit are lower than for conventional "re-scan" arrangements. It only has to meet the same requirements as the first beam deflection unit because it does not have twice the angular amplitude as in the prior art. which could cause problems with linearization and would also limit the overall acquisition speed, for example in the case of a galvanometer mirror.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, in denen der Beleuchtungsstrahlengang einen Strahlformer (beispielsweise eine Zylinderlinse) zum Erzeugen einer linienförmigen Verteilung des Beleuchtungslichts („Beleuchtungslinie“) aufweist. Die linienförmige Verteilung kann dabei entlang ihrer Längsrichtung intensitätsmoduliert, insbesondere periodisch intensitätsmoduliert sein. Vorzugsweise entsteht eine solche Verteilung („Lichtmuster“) im Probenraum indem der Strahlformer, der beispielsweise zu diesem Zweck einen räumlichen Lichtmodulator umfasst, simultan mindestens zwei linienförmige, miteinander interferenzfähige Lichtverteilungen erzeugt, die in einer zu einer rückwärtigen Fokusebene des Mikroskopobjektivs (BFP) optisch konjugierten Ebene vorliegen. Durch die Strukturierung längs der Beleuchtungslinie ist es möglich, die Auflösung quer zur Beleuchtungslinie zu steigern, indem Rohbilder in mehreren Phasenlagen der modulierten Lichtverteilung aufgenommen und ausgewertet werden. Vorzugsweise erzeugt der Strahlformer die Verteilung des Beleuchtungslichts so, dass sich im Probenraum eine (modulierte oder unmodulierte) Beleuchtungslinie ergibt, die durch den Detektionsstrahlengang geometrisch parallel zu den Pixelzeilen des Sensors auf diese Pixelzeilen abgebildet wird.Embodiments in which the illumination beam path has a beam former (e.g., a cylindrical lens) for generating a linear distribution of the illumination light ("illumination line") are advantageous. The linear distribution can be intensity-modulated along its longitudinal direction, in particular periodically intensity-modulated. Such a distribution ("light pattern") is preferably created in the sample space by the beam former, which for this purpose comprises, for example, a spatial light modulator, simultaneously generating at least two linear, mutually interfering light distributions that are present in a plane optically conjugate to a rear focal plane of the microscope objective (BFP). By structuring along the illumination line, it is possible to increase the resolution transverse to the illumination line by recording and evaluating raw images in multiple phase positions of the modulated light distribution. Preferably, the beam former generates the distribution of the illumination light in such a way that a (modulated or unmodulated) illumination line is created in the sample space, which is imaged onto these pixel lines by the detection beam path geometrically parallel to the pixel lines of the sensor.

Vorzugsweise kann der Strahlformer wiederholt, insbesondere motorisch und gesteuert durch die Steuereinheit, aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernbar sein. Dadurch kann das Mikroskop auch mit Weitfeldbeleuchtung in alternativen Betriebsmodi genutzt werden. Die wiederholte motorische Entfernbarkeit ermöglicht dabei große Flexibilität. Alternativ oder zusätzlich zur Entfernbarkeit kann der Strahlformer einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) umfassen, insbesondere einen phasenmodulierenden SLM in einer konjugierten Pupillenebene (hintere Brennebene des Mikroskopobjektivs). Dieser kann insbesondere derart durch die Steuereinheit gesteuert werden, dass im zeitlichen Wechsel unterschiedliche Beleuchtungslichtverteilungen im Probenraum entstehen. So ist es möglich, alternativ eine unmodulierte linienförmige Beleuchtung oder, mittels mindestens zweier interferenzfähiger Lichtverteilungen in der Pupillenebene/BFP, eine modulierte linienförmige Beleuchtung im Probenraum zu erzeugen. Der Wechsel kann beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hz bis 100 Hz durch Umschreiben des Phasenmusters auf dem SLM sehr schnell geschehen. Mittels eines SLM wäre auch eine schnelle Umschaltung auf eine punktförmige Beleuchtung im Wechsel mit linienförmiger Beleuchtung möglich, beispielsweise zur optischen Manipulation im Wechsel mit der Beobachtung der Probe. Zweckmäßigerweise kann die erste Strahlablenkeinheit für diesen Zweck zweidimensional einstellbar sein.Preferably, the beam former can be repeatedly removed from the illumination beam path, in particular by a motor and controlled by the control unit. This allows the microscope to be used with wide-field illumination in alternative operating modes. The repeated motorized removability allows for great flexibility. Alternatively or in addition to removability, the beam former can comprise a spatial light modulator (SLM), in particular a phase-modulating SLM in a conjugate pupil plane (rear focal plane of the microscope objective). This can be controlled by the control unit in such a way that different illumination light distributions are created in the sample space in temporal alternation. This makes it possible to generate either unmodulated linear illumination or, by means of at least two interference-capable light distributions in the pupil plane/BFP, modulated linear illumination in the sample space. The alternation can occur very quickly, for example, at a frequency of 50 Hz to 100 Hz by rewriting the phase pattern on the SLM. Using an SLM, rapid switching between point illumination and linear illumination would also be possible, for example, for optical manipulation alternating with observation of the sample. The first beam deflection unit can be conveniently adjustable in two dimensions for this purpose.

In besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist die erste Strahlablenkeinheit zum zweidimensionalen Abtasten des Probenraums in einer ersten Dimension quer zu der Längsrichtung der linienförmigen Beleuchtungslichtverteilung und in einer zweiten Dimension parallel zu der Längsrichtung ausgebildet. Durch die Bewegung in der zweiten Dimension kann die Beleuchtungslichtverteilung mit geringem Aufwand und in kurzer Zeit in verschiedene Phasenlagen gebracht werden, um die zur Auflösungssteigerung erforderliche Anzahl unterschiedlich beleuchteter Rohbilder aufnehmen zu können. Diesem Zweck kann vorzugsweise eine Steuereinheit dienen, die die erste Strahlablenkeinheit in mindestens drei unterschiedliche Stellungen entlang der zweiten Dimension stellt, wobei zwei der resultierenden Positionen der Beleuchtungslichtverteilung im Probenraum an den Stellungen entlang der zweiten Dimension um weniger als eine Länge der Beleuchtungslichtverteilung in Längsrichtung, insbesondere um eine Periodenlänge der intensitätsmodulierten Lichtverteilung oder weniger als eine Periodenlänge, voneinander beabstandet sind, und wobei insbesondere für jede der Stellungen ein separates Rohbild erstellt wird.In particularly advantageous embodiments, the first beam deflection unit is designed for two-dimensional scanning of the sample space in a first dimension transverse to the longitudinal direction of the linear illumination light distribution and in a second dimension parallel to the longitudinal direction. By moving in the second dimension, the illumination light distribution can be brought into different phase positions with little effort and in a short time in order to be able to record the number of differently illuminated raw images required to increase resolution. This purpose can preferably be served by a control unit that places the first beam deflection unit in at least three different positions along the second dimension, wherein two of the resulting positions of the illumination light distribution in the sample space at the positions along the second dimension are spaced from each other by less than one length of the illumination light distribution in the longitudinal direction, in particular by one period length of the intensity-modulated light distribution or less than one period length, and wherein in particular a separate raw image is created for each of the positions.

Alternativ zur Verschiebung des Lichtmusters längs zur (intensitätsmodulierten) Beleuchtungslinie kann der Beleuchtungsstrahlengang eine Optik zum Beleuchten des Probenraums in unterschiedlichen Phasenlagen der intensitätsmodulierten Beleuchtungslichtverteilung umfassen, insbesondere einen räumlichen Phasenmodulator (phasenbeeinflussender räumlicher Lichtmodulator) und/oder einen elektrooptischen Modulator in Verbindung mit einer Viertelwellenplatte. In dieser Alternative kann die erste Strahlablenkeinheit vorteilhafterweise zum nur eindimensionalen Abtasten des Probenraums quer zur Längsrichtung der linienförmigen Beleuchtungslichtverteilung ausgebildet sein. Eine nur eindimensional einstellbare Strahlablenkungseinheit ist kostengünstiger und vor allem stabiler.As an alternative to shifting the light pattern along the (intensity-modulated) illumination line, the illumination beam path can comprise optics for illuminating the sample space at different phase positions of the intensity-modulated illumination light distribution, in particular a spatial phase modulator (phase-influencing spatial light modulator) and/or an electro-optical modulator in conjunction with a quarter-wave plate. In this alternative, the first beam deflection unit can advantageously be designed for only one-dimensional scanning of the sample space perpendicular to the longitudinal direction of the linear illumination light distribution. A beam deflection unit that can be adjusted only one-dimensionally is more cost-effective and, above all, more stable.

Im Vergleich zur herkömmlichen SIM-Bildaufnahme, bei der 13 oder sogar 15 Rohbilder gebraucht werden, kann ein Ergebnisbild mit nur drei Rohbildern errechnet werden. Dabei kann ein interessierender Bereich (ROI) des Probenraums zumindest in Längsrichtung der Beleuchtungslinie mittels der zweiten Dimension der ersten Strahlablenkeinheit 21 ausgewählt werden. Ein kleiner interessierender Bereich kann extrem schnell mit der Beleuchtungslinie abgetastet und aufgenommen werden.Compared to conventional SIM image acquisition, which requires 13 or even 15 raw images, a resulting image can be calculated using only three raw images. A region of interest (ROI) of the sample space can be selected at least in the longitudinal direction of the illumination line using the second dimension of the first beam deflection unit 21. A small region of interest can be scanned and recorded extremely quickly with the illumination line.

In allen Ausführungsformen kann der Sensor, insbesondere ein CMOS-Sensor, ein EMCCD-Sensor, ein iCCD-Sensor oder ein SPAD-Array-Sensor, eine deaktivierbare zeilenförmige elektronische Blende aufweisen, die konfokal zu dem Zwischenbild angeordnet ist. Vorzugsweise kann die elektronische Blende in Form eines entsprechend betriebenen „Rolling Shutters“ realisiert sein, beispielsweise wie in WO 2006/008637 A1 , insbesondere mit Synchronisierbarkeit oder Synchronisierung einer Einstellung der ersten Strahlablenkeinheit mit einer dynamischen Position (Bewegung) der Blende zumindest im ersten Betriebsmodus (so dass die Lage der elektronischen Blendenöffnung mit der Lage der Abbildung der Beleuchtungslinie aus dem Probenraum auf dem Sensor übereinstimmt). Die elektronische Blende erlaubt ein Unterdrücken von außerfokalem Probenlicht und damit wie eine mechanische konfokale Blende sowohl eine axiale als auch eine laterale Auflösungsverbesserung. Eine Steigerung der lateralen Auflösung (quer zur Beleuchtungslinie) ist durch die vergrößerte Abbildung mittels der zweiten Strahlablenkeinheit aber auch ohne konfokale Blende möglich. Außerfokales Licht wird auch durch die Berechnung aus mehreren Rohbildern in unterschiedlichen Beleuchtungsphasenlagen zumindest teilweise unterdrückt.In all embodiments, the sensor, in particular a CMOS sensor, an EMCCD sensor, an iCCD sensor, or a SPAD array sensor, can have a deactivatable line-shaped electronic shutter arranged confocally to the intermediate image. The electronic shutter can preferably be implemented in the form of a correspondingly operated "rolling shutter," for example, as shown in WO 2006/008637 A1 , in particular with the ability to synchronize or synchronize a setting of the first beam deflection unit with a dynamic position (movement) of the diaphragm, at least in the first operating mode (so that the position of the electronic diaphragm opening corresponds to the position of the image of the illumination line from the sample space on the sensor). The electronic diaphragm allows the suppression of out-of-focus sample light and thus, like a mechanical confocal diaphragm, both an axial and a lateral resolution improvement. An increase in lateral resolution (perpendicular to the illumination line) is possible due to the enlarged image using the second beam deflection unit, but also without a confocal diaphragm. Out-of-focal light is also at least partially suppressed by calculating from multiple raw images in different illumination phase positions.

Die Verwendung eines Sensors mit elektronischer Blende hat den Vorteil, dass eine schnelle Umschaltung zwischen konfokaler und Weitfeld-Detektion möglich ist, beispielsweise zwischen aufeinanderfolgenden Bildern.The use of a sensor with an electronic aperture has the advantage of allowing rapid switching between confocal and wide-field detection, for example between consecutive images.

Zum Zwecke der Synchronisation kann der Sensor vorzugsweise über einen Lichtblatt-Auslesemodus (von Hamamatsu als „Lightsheet Readout Mode“ bezeichnet) verfügen und einen Ausgang aufweisen, an welchem eine Information über die Position und/oder Bewegung der Blende anliegt, insbesondere ein Signal, das einen Beginn eines Bildes (engl. „frame“) auf dem Sensor anzeigt. Kommerziell sind Sensoren mit einem solchen Modus und einem entsprechenden Ausgang von Hamamatsu verfügbar: https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/cameras/cmoscameras/lightsheet-readout-mode.html. Der Ausgang wird von Hamamatsu als „external trigger output“ bezeichnet. Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit elektrisch mit dem Sensor und der Strahlablenkeinheit verbunden.For synchronization purposes, the sensor can preferably have a lightsheet readout mode (referred to by Hamamatsu as "Lightsheet Readout Mode") and an output to which information about the position and/or movement of the aperture is present, in particular a signal indicating the beginning of an image (frame) on the sensor. Sensors with such a mode and a corresponding output are commercially available from Hamamatsu: https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/cameras/cmoscameras/lightsheet-readout-mode.html. Hamamatsu refers to the output as an "external trigger output." The control unit is expediently electrically connected to the sensor and the beam deflection unit.

Besonders vielseitig ist ein Mikroskop, in dem die Steuereinheit elektrisch mit dem Sensor und den Strahlablenkeinheiten verbunden ist und in dem ersten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende aktiviert und die Bewegungen der ersten Strahlablenkeinheit, der zweiten Strahlablenkeinheit und die Bewegung der elektronischen Blende synchronisiert und/oder in einem zweiten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende aktiviert, die Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit und die Bewegung der elektronischen Blende synchronisiert und die zweite Strahlablenkeinheit in einer konstanten Stellung, insbesondere in einer Neutralstellung, betreibt und/oder in einem dritten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende deaktiviert und die zweite Strahlablenkeinheit in einer konstanten Stellung betreibt und/oder in einem vierten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende deaktiviert und die erste und zweite Strahlablenkeinheit wie im ersten Betriebsmodus betreibt.A microscope is particularly versatile in which the control unit is electrically connected to the sensor and the beam deflection units and, in the first selectable operating mode, activates the electronic aperture and synchronizes the movements of the first beam deflection unit, the second beam deflection unit and the movement of the electronic aperture and/or, in a second selectable operating mode, activates the electronic aperture, synchronizes the movement of the first beam deflection unit and the movement of the electronic aperture and operates the second beam deflection unit in a constant position, in particular in a neutral position, and/or, in a third selectable operating mode, deactivates the electronic aperture and operates the second beam deflection unit in a constant position and/or, in a fourth selectable operating mode, deactivates the electronic aperture and operates the first and second beam deflection units as in the first operating mode.

Ein solches System kann sowohl in einem klassischen Weitfeldmodus (beispielsweise mit inkohärenter Beleuchtung über eine Lampe als Lichtquelle, deren Beleuchtungslicht beispielsweise abseits der ersten Strahlablenkeinheit, beispielsweise durch einen anderen Ausgang des Mikroskops, über das Mikroskopobjektiv in den Probenraum geführt wird) oder im Laser-Weitfeldmodus (dritter Betriebsmodus) als auch in einem konfokalen Modus (zweiter Betriebsmodus) als auch in einem Zusatz-Abtastungs-Modus (erster und vierter Betriebsmodus) arbeiten, ohne dass eine mechanische Veränderung am System notwendig wäre. Darüber hinaus sind mit dem Sensor in weiteren Betriebsmodi auch quasisimultan Phasenmessungen (beispielsweise Phasenkontrast, Differentialinterferenzkontrast, Intensitätstransportgleichung, Differentialphasenkontrast) möglich. Es ist lediglich notwendig, eine oder beide Strahlablenkeinheiten in ihrer Ruheposition (Neutralstellung) zu belassen und die elektronische Blende zu aktivieren und gegebenenfalls ihre Größe entsprechend einzustellen oder sie zu deaktivieren. Dies gelingt einfach und schnell von der Steuereinheit aus, beispielsweise per Software. Das ermöglicht die Realisierung von Messaufgaben, die mit einem herkömmlichen „Re-Scan“-System nicht möglich wären. Insbesondere bei multimodalen Aufnahmen derselben Probe ist die mehrfache Nutzung desselben Sensors in der Regel vorteilhaft, da die Daten aus den verschiedenen Messungen dann bereits pixelgenau aufeinander ausgerichtet sind. Außerdem ist der Kostenaufwand gering, weil für die unterschiedlichen Verfahren nur ein Sensor benötigt wird.Such a system can operate in a classic wide-field mode (e.g., with incoherent illumination via a lamp as the light source, whose illumination light is guided into the sample chamber via the microscope objective, away from the first beam deflection unit, for example, through another output of the microscope) or in laser wide-field mode (third operating mode), as well as in a confocal mode (second operating mode), and in an additional scanning mode (first and fourth operating modes) without requiring any mechanical modification to the system. Furthermore, the sensor also enables quasi-simultaneous phase measurements (e.g., phase contrast, differential interference contrast, intensity transport equation, differential phase contrast) in other operating modes. It is only necessary to leave one or both beam deflection units in their rest position (neutral position) and activate the electronic aperture, adjusting its size accordingly if necessary, or deactivating it. This can be done quickly and easily from the control unit, for example, via software. This enables the realization of measurement tasks that would be impossible with a conventional "re-scan" system. Especially for multimodal imaging of the same sample, the multiple use of the same sensor is generally advantageous, as the data from the various measurements are then aligned with pixel precision. Furthermore, the cost is low because only one sensor is required for the different methods.

Eine vorteilhafte Option kann deshalb darin bestehen, dass die Steuereinheit in dem dritten Betriebsmodus den Strahlformer aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernt und/oder in dem zweiten Betriebsmodus eine Intensitätsmodulation des Beleuchtungslichts deaktivierbar oder deaktiviert ist (so dass im Probenraum eine unmodulierte Beleuchtungslinie entsteht) und/oder die Steuereinheit eine Auswahleinheit zur Auswahl eines von mehreren Betriebsmodi umfasst und die Steuereinheit das Mikroskop nach der Auswahl in dem ausgewählten Betriebsmodus betreibt, insbesondere mit einer zusätzlichen Auswahlmöglichkeit in der Auswahleinheit zwischen mehreren Untermodi mit jeweils unterschiedlichen Lichtquellen, insbesondere für den dritten Betriebsmodus. Das ermöglicht eine flexible, kostengünstige Nutzung mit geringem Bedienaufwand.An advantageous option can therefore be that the control unit removes the beam former from the illumination beam path in the third operating mode and/or an intensity modulation of the illumination light can be deactivated or is deactivated in the second operating mode (so that an unmodulated illumination line is created in the sample space) and/or the control unit comprises a selection unit for selecting one of several operating modes and the control unit switches the microscope on after the selection operates in the selected operating mode, particularly with an additional selection option in the selection unit between several sub-modes, each with different light sources, especially for the third operating mode. This enables flexible, cost-effective use with minimal operating effort.

Vorteilhaft kompakt und lichteffizient ist ein Mikroskop, in dem der Detektionsstrahlengang zwischen dem von der Tubuslinse erzeugten Zwischenbild und der Detektionsoptik frei ist von konfokalen Feldblenden, insbesondere von Schlitzblenden, und insbesondere frei ist von mit dem Zwischenbild konjugierten Bildebenen und/oder in dem der Detektionsstrahlengang zwischen dem von der Tubuslinse erzeugten Zwischenbild und der Detektionsoptik genau eine zur rückwärtigen Brennebene des Mikroskopobjektivs konjugierte Ebene aufweist.A microscope is advantageously compact and light-efficient if the detection beam path between the intermediate image generated by the tube lens and the detection optics is free of confocal field diaphragms, in particular slit diaphragms, and in particular is free of image planes conjugated with the intermediate image and/or if the detection beam path between the intermediate image generated by the tube lens and the detection optics has exactly one plane conjugated to the rear focal plane of the microscope objective.

Besonders kompakt und lichteffizient kann ein Mikroskop gebaut werden, indem der gemeinsame Strahlengang optisch zwischen dem Zwischenbild und dem Strahlteiler eine Optik, vorzugsweise eine Abtastoptik (engl. „scan lens“), zum Erzeugen einer zur rückwärtigen Brennebene des Mikroskopobjektivs konjugierten Ebene auf oder in der Nähe der ersten Strahlablenkeinheit und auf oder in der Nähe der zweiten Strahlablenkeinheit aufweist. Dadurch ist zum einen der Strahlteiler in kollimiertem Licht angeordnet, so dass eventuelle Verschmutzungen nur geringen Einfluss auf seine Übertragungsqualität haben. Zum anderen kann auf diese Weise eine kompakte Kopplung von Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengang erfolgen, ohne dass es - wie im Stand der Technik - einer zusätzlichen Kollimierung bedürfte. Insbesondere kann dadurch auf eine zusätzliche Relaisoptik verzichtet werden.A microscope can be constructed to be particularly compact and light-efficient if the common beam path has an optical system, preferably a scanning lens, between the intermediate image and the beam splitter for generating a plane conjugate to the rear focal plane of the microscope objective on or near the first beam deflection unit and on or near the second beam deflection unit. This means that, on the one hand, the beam splitter is arranged in collimated light, so that any contamination has only a minimal impact on its transmission quality. On the other hand, this allows a compact coupling of the illumination and detection beam paths without the need for additional collimation, as is the case in the prior art. In particular, this eliminates the need for additional relay optics.

Besonders vorteilhaft kann hier die konjugierte Ebene (Pupillenebene) durch Reflexion am Strahlteiler entstehen, so dass die erste Strahlablenkeinheit in oder in der Nähe der reflektierten konjugierten Ebene liegt, insbesondere mit Transmission der konjugierten Pupillenebene in den Detektionsstrahlengang auf oder in die Nähe der zweiten Strahlablenkeinheit, so dass die zweite Strahlablenkeinheit in oder in der Nähe der transmittierten konjugierten Ebene liegt. Auf diese Weise wird keine zusätzliche Optik im Detektionsstrahlengang benötigt, was die Anzahl der optischen Grenzflächen minimal hält und dadurch die Lichtempfindlichkeit der Detektion maximiert. Die Transmission in den Detektionsstrahlengang führt (gegenüber einer Anordnung in Reflexion) zu einer besseren Auslöschung des Anregungslichtes, so dass am Detektor ein verbesserter Kontrast von Messsignal zu Anregungssignal erreicht wird.Particularly advantageously, the conjugate plane (pupil plane) can be created by reflection at the beam splitter, so that the first beam deflection unit lies in or near the reflected conjugate plane, in particular with transmission of the conjugate pupil plane into the detection beam path on or near the second beam deflection unit, so that the second beam deflection unit lies in or near the transmitted conjugate plane. In this way, no additional optics are required in the detection beam path, which keeps the number of optical interfaces to a minimum and thereby maximizes the light sensitivity of the detection. The transmission into the detection beam path leads (compared to a reflected arrangement) to better extinction of the excitation light, so that an improved contrast between the measurement signal and the excitation signal is achieved at the detector.

Vorzugsweise verlaufen sowohl das Beleuchtungslicht auf seinem Weg zum Mikroskopobjektiv als auch das Probenlicht auf seinem Weg zum Sensor durch dasselbe von der Tubuslinse erzeugte Zwischenbild. Dabei kann der Strahlteiler als Hauptstrahlteiler oder Hauptfarbteiler optisch zwischen der ersten Strahlablenkeinheit und dem von der Tubuslinse erzeugten Zwischenbild angeordnet sein.Preferably, both the illumination light on its path to the microscope objective and the sample light on its path to the sensor pass through the same intermediate image generated by the tube lens. The beam splitter can be arranged as a main beam splitter or main color splitter, optically positioned between the first beam deflection unit and the intermediate image generated by the tube lens.

Durch die gemeinsame Nutzung desselben Zwischenbilds für Beleuchtung und Detektion wird vorteilhafterweise nur ein einzelner optischer Anschluss (engl. „port“) des Mikroskops belegt. Eventuelle weitere Ausgänge stehen für andere Nutzungen zur Verfügung, so dass das Mikroskop eine noch größere Flexibilität aufweist. Insbesondere kann die schnelle quasikonfokale Mikroskopie mit anderen Methoden, welche einen eigenen Ausgang benötigen, in multimodaler Weise kombiniert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung aus Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengang, jeweils bis zum bzw. ab dem Zwischenbild, oder nur aus dem Detektionsstrahlengang vom Zwischenbild bis zum Sensor kann dadurch vorteilhafterweise in einem einzelnen Modul integriert werden, was den Herstellungs- und Installationsaufwand verringert und eine kompaktere und stabilere Bauweise ermöglicht, wobei im Falle des kombinierten Moduls mit Beleuchtungs- und Strahlengang die eigentliche Lichtquelle außerhalb des Moduls angeordnet und optisch mit diesem verbindbar oder verbunden sein kann, beispielsweise mittels Lichtleitfaser(n) oder Freistrahleinkopplung in das Modul. Gegenüber Lichtblattmikroskopen wird zudem nur eine einzelne Beleuchtungsoptik in Form des Mikroskopobjektivs benötigt.By sharing the same intermediate image for illumination and detection, only a single optical port on the microscope is advantageously occupied. Additional outputs are available for other uses, thus providing even greater flexibility. In particular, fast quasi-confocal microscopy can be combined in a multimodal manner with other methods that require their own output. The inventive arrangement of illumination and detection beam paths, each up to or from the intermediate image, or only the detection beam path from the intermediate image to the sensor, can thus advantageously be integrated into a single module, which reduces manufacturing and installation costs and enables a more compact and stable design. In the case of the combined module with illumination and beam paths, the actual light source can be arranged outside the module and can be optically connected to it, for example, by means of optical fiber(s) or free-beam coupling into the module. Furthermore, compared to light-sheet microscopes, only a single illumination optics unit in the form of the microscope objective is required.

Alternativ kann das Mikroskop eine zweite Tubuslinse aufweisen, welche ein zweites Zwischenbild erzeugt, wobei das Beleuchtungslicht auf seinem Weg zum Mikroskopobjektiv durch das zweite Zwischenbild (beispielsweise an einem zweiten optischen Anschluss des Mikroskops) verläuft. So kann beispielsweise ein vorhandenes Laser-Scanning-Modul zur Beleuchtung genutzt werden. An das erste Zwischenbild am ersten Anschluss des Mikroskops wird dann beispielsweise nur der Detektionsstrahlengang als eigenes Modul angebunden.Alternatively, the microscope can have a second tube lens that creates a second intermediate image, with the illumination light passing through the second intermediate image (e.g., at a second optical port of the microscope) on its way to the microscope objective. For example, an existing laser scanning module can be used for illumination. Only the detection beam path, for example, is then connected to the first intermediate image at the first port of the microscope as a separate module.

In einer möglichen Ausführungsform kann der Detektionsstrahlengang zwischen dem Strahlteiler und der Detektionsoptik einen Nebenfarbteiler aufweisen, welcher das Probenlicht in zwei spektral disjunkte Anteile aufteilt und diese auf disjunkte Bereiche des Sensors oder auf einen jeweiligen Sensor leitet (beispielsweise wie in DE 10 2021 134 427 A1 oder in DE 10 2023 005 252 A1 ), und der Beleuchtungsstrahlengang kann eine zweite Lichtquelle mit einer anderen Emissionswellenlänge als die erste Lichtquelle aufweisen. Auf diese Weise können simultan zwei zu den Emissionswellenlängen gehörende Spektralbereiche, insbesondere von zwei unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen, aufgenommen werden. Die erste und die zweite Lichtquelle können dieselbe Lichtquelle sein, beispielsweise in Form eines Multilinien-Lasers oder einer Breitbandlichtquelle, insbesondere einer Weißlichtquelle. Die beiden Farben können zur präzisen Strukturierung vorteilhafterweise auf der ersten Stahlablenkeinheit aufeinander liegen, wobei die Gitterkonstanten des Beleuchtungsmusters in der Probe identisch sind.In one possible embodiment, the detection beam path between the beam splitter and the detection optics can have a secondary color splitter, which splits the sample light into two spectrally disjoint parts and directs them to disjoint areas of the sensor or to a respective sensor (for example as in DE 10 2021 134 427 A1 or in DE 10 2023 005 252 A1 ), and the illumination beam path can have a second light source with a different emission wavelength than the first light source. In this way, two spectral ranges belonging to the emission wavelengths, in particular from two different fluorescent dyes, can be recorded simultaneously. The first and second light sources can be the same light source, for example in the form of a multi-line laser or a broadband light source, in particular a white light source. For precise structuring, the two colors can advantageously lie on top of one another on the first beam deflection unit, wherein the lattice constants of the illumination pattern in the sample are identical.

Vorteilhafterweise umfasst die erste Strahlablenkeinheit MEMS-Mikrospiegel, insbesondere kontinuierlich um zwei orthogonale Raumrichtungen verstellbare MEMS-Mikrospiegel. Dadurch kann ein Modul (mit Beleuchtungs- und Detektionsstrahlengang, jeweils bis zum Zwischenbild oder nur dem Detektionsstrahlengang ab dem Zwischenbild) kompakt, leise und kostengünstig bereitgestellt werden. Zweidimensional verstellbare MEMS-Scanner haben zudem den Vorteil, dass der Ablenkspiegel immer in der optischen Pupille/BFP liegt, was die Genauigkeit der Platzierung des Beleuchtungsfokusvolumens optimiert. Die zweite Achse kann insbesondere mitgenutzt werden, um die Beleuchtungslinie entlang ihrer Längsrichtung zu verschieben, um die verschiedenen Beleuchtungsphasenlagen einer strukturierten Beleuchtung zu erzeugen. Weiterhin kann damit der Ausleuchtungsbereich definiert und/oder eine längere (modulierte oder unmodulierte) oder homogenere (unmodulierte) Linie erzeugt werden. Außerdem kann die zweite Achse genutzt werden, um entlang der Beleuchtungslinie sehr kleine Bewegungen zu erzeugen, die die Linienbeleuchtung homogenisieren (ohne SIM-Modus). Schließlich ist damit auch eine gute Bildfeldausleuchtung garantiert, wenn mit über die erste Strahlablenkeinheit die Probe optisch manipuliert wird.Advantageously, the first beam deflection unit comprises MEMS micromirrors, in particular MEMS micromirrors that can be continuously adjusted around two orthogonal spatial directions. This allows a module (with illumination and detection beam paths, each up to the intermediate image or only the detection beam path from the intermediate image) to be provided in a compact, quiet, and cost-effective manner. Two-dimensionally adjustable MEMS scanners also have the advantage that the deflection mirror is always located in the optical pupil/BFP, which optimizes the accuracy of the illumination focus volume placement. The second axis can be used, in particular, to shift the illumination line along its longitudinal direction to generate the various illumination phase positions of structured illumination. Furthermore, it can be used to define the illumination area and/or to generate a longer (modulated or unmodulated) or more homogeneous (unmodulated) line. Furthermore, the second axis can be used to generate very small movements along the illumination line that homogenize the line illumination (without SIM mode). Finally, this also guarantees good image field illumination when the sample is optically manipulated via the first beam deflection unit.

Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen das Mikroskop ein Stativ aufweist, an welchem das Mikroskopobjektiv, insbesondere in einem Objektivrevolver, angeordnet ist, wobei das Stativ einen ersten Anschluss, in dessen Bereich die Tubuslinse und das Zwischenbild angeordnet sind, und mindestens einen weiteren Anschlussmit einer weiteren Tubuslinse und einem weiteren Zwischenbild aufweist, wobei das Probenlicht mittels mindestens eines zweiten Strahlteilers, insbesondere eines wiederholt entfernbaren Strahlteilers, oder mittels eines Spiegels simultan oder sequentiell zu beiden Ausgängen leitbar ist, wobei der erste Strahlteiler, die Detektionsoptik, der Sensor, die erste und die zweite Strahlablenkeinheit und eine Abtastoptik innerhalb eines Moduls angeordnet sind, welches mit einem der Anschlüsse lösbar mechanisch und optisch verbunden ist. So kann ein flexibel nutzbares Mikroskopsystem mit hoher Lichtempfindlichkeit bei kurzer Aufnahmedauer bereitgestellt werden.Particularly preferred are embodiments in which the microscope has a stand on which the microscope objective is arranged, in particular in a lens turret, wherein the stand has a first connection, in the region of which the tube lens and the intermediate image are arranged, and at least one further connection with a further tube lens and a further intermediate image, wherein the sample light can be guided to both outputs simultaneously or sequentially by means of at least one second beam splitter, in particular a repeatedly removable beam splitter, or by means of a mirror, wherein the first beam splitter, the detection optics, the sensor, the first and second beam deflection units, and a scanning optics are arranged within a module that is detachably mechanically and optically connected to one of the connections. In this way, a flexibly usable microscope system with high light sensitivity and a short acquisition time can be provided.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 ein Mikroskop,
  • 2 die optischen Verhältnisse in dem Mikroskop,
  • 3 ein alternatives Mikroskop und
  • 4 Prinzipien des Steuer- und Synchronisationsregimes.
The drawings show:
  • 1 a microscope,
  • 2 the optical conditions in the microscope,
  • 3 an alternative microscope and
  • 4 Principles of the control and synchronization regime.

In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.In all drawings, corresponding parts have the same reference symbols.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Mikroskop 1. Es besteht aus einem Stativ 2, einem „Add-Scan“-Modul 3 und einem Lasermodul 4. Das Stativ 2 weist ein beispielsweise telezentrisches Mikroskopobjektiv 5 mit Tubuslinsen 6 auf, die im Bereich zweier Ausgänge 7/7' jeweils ein Zwischenbild ZB erzeugen. Das Mikroskopobjektiv 5 ist an einem nicht eigenständig dargestellten Objektivrevolver angeordnet. Das Stativ weist zudem einschwenkbare Strahlteiler 9 auf, beispielsweise Neutralteiler oder Farbteiler, um selektiv konfigurierbar Licht anteilig zu den Ausgängen und/oder zum Okular 10 und/oder Licht von einer Lampe 11 zum Mikroskopobjektiv 5 und von dort in den Probenraum P zu leiten. Im Probenraum liegt die Probe auf einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten, motorisch dreidimensional verfahrbaren Tisch (engl. „stage“). 1 shows a schematic representation of a microscope 1. It consists of a stand 2, an "add-scan" module 3 and a laser module 4. The stand 2 has a microscope objective 5, for example a telecentric one, with tube lenses 6, which each produce an intermediate image ZB in the area of two outputs 7/7'. The microscope objective 5 is arranged on a lens revolver (not shown separately). The stand also has pivotable beam splitters 9, for example neutral splitters or color splitters, in order to selectively and configurably direct light proportionally to the outputs and/or to the eyepiece 10 and/or light from a lamp 11 to the microscope objective 5 and from there into the sample chamber P. In the sample chamber, the sample lies on a motor-driven three-dimensionally movable stage (English "stage"), not shown for the sake of clarity.

Das Lasermodul 4 umfasst rein beispielhaft vier Laser 12 mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen, deren jeweilige Intensität mittels eines jeweiligen AOTF 13 einstellbar ist. Alternativ (nicht abgebildet) können einer oder mehrere der Laser direkt modulierbar sein. Ihr Beleuchtungslicht wird über Einkoppeloptiken 14 in Lichtleitfasern 15 eingekoppelt und zum Scanmodul 3 geleitet, wo es mittels beispielsweise längsverschieblicher Kollimatoren 16 kollimiert wird. Die Kollimatoren 16 können zur Kompensation von Farblängsfehlern und/oder zur Fokussierung des Beleuchtungslichts in unterschiedliche Tiefen des Probenraums P dienen. Alternativ (nicht abgebildet) können die unterschiedlichen Emissionswellenlängen beispielsweise schon im Lasermodul vereinigt werden, so dass nur eine einzelne Lichtleitfaser 15 benötigt wird und auf Kollimatoren 16 verzichtet werden kann. Über einen Spiegel 17 und einen Strahlvereiniger 18 gelangt das derart vereinigte Beleuchtungslicht zu einem Umlenkspiegel 19, welcher das Beleuchtungslicht so ablenkt, dass es, nachdem es einen Strahlformer 20, der beispielsweise einen phasenmodifizierenden räumlichen Lichtmodulator (SLM) und eine Zylinderlinse umfasst, passiert hat, auf die erste Strahlablenkeinheit 21, beispielsweise ein kontinuierlich zweidimensional einstellbares mikroelektromechanisches System (MEMS) mit Mikrospiegeln, fällt. Vom Strahlteiler 22 gelangt das Beleuchtungslicht über die Abtastoptik 23, das Zwischenbild ZB und eine der Tubuslinsen 6 zum Mikroskopobjektiv 5 und von dort in den Probenraum P. Da der Strahlformer 20 das Beleuchtungslicht in einer Dimension in die auf der Strahlablenkeinheit 21 liegende, mit der Pupille des Mikroskopobjektivs 5 konjugierte Ebene fokussiert, resultiert im Probenraum ein im Grundsatz linienförmiges Beleuchtungsfokusvolumen (Beleuchtungslinie). Mittels des SLM kann das Beleuchtungslicht so modifiziert werden, dass es auf der ersten Strahlablenkeinheit, die in der konjugierten Pupillenebene PE' angeordnet ist, zwei separate Punkte oder echt parallele Linien bildet, die im Probenraum so interferieren, dass das Beleuchtungsfokusvolumen entlang seiner längeren Ausdehnung (Längsrichtung der Beleuchtungslinie) mit einem periodisches Intensitätsmuster beleuchtet wird.The laser module 4 comprises, purely by way of example, four lasers 12 with different emission wavelengths, the respective intensity of which can be adjusted using a respective AOTF 13. Alternatively (not shown), one or more of the lasers can be directly modulated. Their illumination light is coupled via coupling optics. The light is coupled into optical fibers 15 by means of optical fibers 14 and guided to the scanning module 3, where it is collimated, for example, by means of longitudinally movable collimators 16. The collimators 16 can be used to compensate for longitudinal chromatic aberrations and/or to focus the illumination light into different depths of the sample space P. Alternatively (not shown), the different emission wavelengths can be combined, for example, in the laser module, so that only a single optical fiber 15 is required and collimators 16 can be dispensed with. Via a mirror 17 and a beam combiner 18, the thus combined illumination light reaches a deflecting mirror 19, which deflects the illumination light such that, after passing through a beam shaper 20, which comprises, for example, a phase-modifying spatial light modulator (SLM) and a cylindrical lens, it falls onto the first beam deflection unit 21, for example, a continuously two-dimensionally adjustable microelectromechanical system (MEMS) with micromirrors. From the beam splitter 22, the illumination light passes via the scanning optics 23, the intermediate image ZB, and one of the tube lenses 6 to the microscope objective 5 and from there into the sample chamber P. Since the beam shaper 20 focuses the illumination light in one dimension into the plane lying on the beam deflection unit 21, which is conjugate with the pupil of the microscope objective 5, a basically linear illumination focus volume (illumination line) results in the sample chamber. Using the SLM, the illumination light can be modified to form two separate points or truly parallel lines on the first beam deflection unit, which is arranged in the conjugate pupil plane PE', which interfere in the sample space in such a way that the illumination focus volume is illuminated with a periodic intensity pattern along its longer extension (longitudinal direction of the illumination line).

Probenlicht, insbesondere auch in der Probe durch das Beleuchtungslicht im Grundsatz linienförmig angeregte Fluoreszenz, gelangt auf dem umgekehrten Weg über das Zwischenbild ZB bis zum Strahlteiler 22. Der in der Probe und unterwegs dorthin reflektierte Anteil des Beleuchtungslichts wird durch den Strahlteiler 22, der beispielsweise als dichroitischer Kerbfilter (engl. „notch filter“) ausgestaltet ist und damit als Hauptfarbteiler wirkt, zurück zur ersten Strahlablenkeinheit 21 reflektiert. Im Probenlicht enthaltene Fluoreszenz wird, insbesondere aufgrund der Stokes-Verschiebung, durch den Strahlteiler 22 zur zweiten Strahlablenkeinheit 24, beispielsweise einem nur eindimensional kontinuierlich einstellbaren MEMS-Spiegel oder einem Galvanometerspiegel, transmittiert. Die das Probenlicht kollimierende erste Abtastoptik 23 ist so ausgebildet, dass einerseits auf der ersten Strahlablenkeinheit 21 und andererseits auf der zweiten Strahlablenkeinheit 24 eine zur Pupille PE des Mikroskopobjektivs 5 konjugierte Ebene PE'' liegt. Hinter der zweiten Strahlablenkeinheit 24 wird das Probenlicht durch eine Detektionsoptik 25 auf den zweidimensional ortsauflösenden Sensor 28, beispielsweise ein CMOS-Chip oder eine Matrix von einzelphotonenzählenden Lawinenphotodioden (SPAD-Array), fokussiert. In der Neutralstellung (Nullstellung) der zweiten Strahlablenkeinheit 24 fallen die optischen Achsen des Mikroskopobjektivs 5 und der Detektionsoptik 25 aufeinander. Der Sensor 28 weist eine elektronische Schlitzblende in Form eines „Rolling Shutters“ auf, deren Schlitzbreite einstellbar ist und die vollständig deaktivierbar ist. Die Beleuchtungslinie im Probenraum ist so ausgerichtet, dass sie parallel zu den Pixelzeilen des Sensors 28 (und damit parallel zur elektronischen Schlitzblende) auf diesen abgebildet wird.Sample light, in particular fluorescence essentially excited in the sample by the illumination light in a linear fashion, travels in the opposite direction via the intermediate image ZB to the beam splitter 22. The portion of the illumination light reflected in the sample and en route there is reflected back to the first beam deflection unit 21 by the beam splitter 22, which is configured, for example, as a dichroic notch filter and thus acts as the main color splitter. Fluorescence contained in the sample light is transmitted, particularly due to the Stokes shift, through the beam splitter 22 to the second beam deflection unit 24, for example, a one-dimensionally continuously adjustable MEMS mirror or a galvanometer mirror. The first scanning optics 23, which collimates the sample light, are designed such that a plane PE'' conjugate to the pupil PE of the microscope objective 5 lies on the one hand on the first beam deflection unit 21 and on the other hand on the second beam deflection unit 24. Behind the second beam deflection unit 24, the sample light is focused by a detection optics 25 onto the two-dimensional spatially resolving sensor 28, for example, a CMOS chip or a matrix of single-photon counting avalanche photodiodes (SPAD array). In the neutral position (zero position) of the second beam deflection unit 24, the optical axes of the microscope objective 5 and the detection optics 25 coincide. The sensor 28 has an electronic slit diaphragm in the form of a "rolling shutter," the slit width of which is adjustable and which can be completely deactivated. The illumination line in the sample chamber is aligned so that it is imaged parallel to the pixel rows of the sensor 28 (and thus parallel to the electronic slit diaphragm).

Eine Steuereinheit 29 mit einer Auswahleinheit 30 für beispielsweise vier unterschiedliche Betriebsmodi (mit weiteren Untermodi) ist elektrisch mit dem Stativ 2, dem „Add-Scan“-Modul 3 und dem Lasermodul 4 verbunden. Sie steuert einerseits die darin enthaltenen mechanischen und optischen Komponenten, andererseits empfängt sie Messwerte von den enthaltenen Sensoren, insbesondere vom Sensor 28.A control unit 29 with a selection unit 30 for, for example, four different operating modes (with further sub-modes) is electrically connected to the stand 2, the "add-scan" module 3, and the laser module 4. It controls the mechanical and optical components contained therein, and also receives measured values from the sensors contained therein, in particular from sensor 28.

Wählt der Benutzer den ersten Betriebsmodus („Add-Scan-Modus“) aus, aktiviert die die Steuereinheit 29 die elektronische Blende des Sensors 28 und bewegt das aus dem Probenraum kommende Probenlichtbündel mittels der zweiten Strahlablenkeinheit 24 so über den Sensor 28, dass das Zwischenbild ZB in Bewegungsrichtung vergrößert auf den Sensor 28 abgebildet wird, wobei sie die Bewegung der zweiten Strahlablenkeinheit 24 mit der Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit 21 synchronisiert und beide mit beispielsweise identischer Winkelamplitude bewegt. Die Bewegung der Strahlablenkeinheiten 21, 24 wird von der Steuereinheit 29 zudem mit der Bewegung der elektronischen Schlitzblende des Sensors 28 synchronisiert, so dass diese als konfokale Blende wirkt und das Beleuchtungsfokusvolumen in die Schlitzblendenöffnung abgebildet wird.If the user selects the first operating mode ("Add-Scan Mode"), the control unit 29 activates the electronic diaphragm of the sensor 28 and moves the sample light beam coming from the sample chamber over the sensor 28 using the second beam deflection unit 24 such that the intermediate image ZB is projected onto the sensor 28, magnified in the direction of movement. The movement of the second beam deflection unit 24 is synchronized with the movement of the first beam deflection unit 21, and both are moved with, for example, identical angular amplitudes. The movement of the beam deflection units 21, 24 is also synchronized by the control unit 29 with the movement of the electronic slit diaphragm of the sensor 28, so that the latter acts as a confocal diaphragm and the illumination focus volume is imaged into the slit diaphragm opening.

Das auf der zweiten Strahlablenkeinheit 24 eintreffende Probenlicht weist dabei bereits einen vom Ursprungsort im Probenraum abhängigen Einfallswinkel (bezogen auf die optische Achse des Mikroskopobjektivs 5) auf. Die Synchronisation der ersten Strahlablenkeinheit 21 und der zweiten Strahlablenkeinheit 24 verstärkt diesen Effekt. Durch die identische Amplitude und die gewählte gleichphasige Schwingungsrichtung weist das von der zweiten Strahlablenkeinheit 24 reflektierte Probenlicht einen doppelt so großen Winkel bezogen auf die optische Achse der Detektionsoptik 25 auf. In einem herkömmlichen System betrüge dieser Winkel wegen des dortigen Enttastens Null, das Probenlichtbündel würde ruhen.The sample light arriving at the second beam deflection unit 24 already has an angle of incidence (relative to the optical axis of the microscope objective 5) that depends on its origin in the sample chamber. The synchronization of the first beam deflection unit 21 and the second beam deflection unit 24 reinforces this effect. Due to the identical amplitude and the selected in-phase oscillation direction, the sample light reflected by the second beam deflection unit 24 has an angle twice as large. relative to the optical axis of the detection optics 25. In a conventional system, this angle would be zero due to the de-sensing there, and the sample light beam would be at rest.

Aus der Vergrößerung des Winkels resultiert eine eindimensionale Vergrößerung quer zur Beleuchtungslinie, im Falle einer Verdopplung durch identische Amplituden der Strahlablenkeinheiten 21/24 eine „nichtoptische“ anisotrope Vergrößerung um den Faktor Mmech=2, die zu einer eventuellen rein optischen (typischerweise isotropen) Vergrößerung Mopt durch die Detektionsoptik 25 in Verbindung mit der Abtastoptik 23 hinzukommt. Das führt einerseits zu einer entsprechenden Verbreiterung der Punktabbildungsfunktion (PSF), andererseits aber auch dazu, dass der Abstand zweier auf den Sensor 28 abgebildeter Punkte des Probenraums auf dem Sensor 28 stärker vergrößert wird als die Breite der PSF zunimmt, was einem „Re-Assignment“ oder „Re-Scanning“ entspricht. Das am Sensor 28 aufgenommene Bild muss in der Richtung quer zur Beleuchtungslinie eindimensional um den Faktor Mmech gestaucht (rückprojiziert) werden, um die Proportionen des Probenraums korrekt wiederzugeben. Da die abgebildeten Punkte stärker gespreizt wurden als die PSF verbreitert war, verbleibt trotz der Stauchung in der Querrichtung eine bessere Auflösung als in einer vergleichbaren beugungsbegrenzten Weitfeldabbildung - unmittelbar optisch-mechanisch ohne komplexe Rekonstruktionsberechnungen. Die Auflösung in Längsrichtung der Beleuchtungslinie wird hingegen insoweit nicht beeinflusst.Increasing the angle results in a one-dimensional magnification perpendicular to the illumination line; in the case of doubling due to identical amplitudes of the beam deflection units 21/24, a "non-optical" anisotropic magnification by a factor of M mech = 2, which is added to any purely optical (typically isotropic) magnification M opt provided by the detection optics 25 in conjunction with the scanning optics 23. This leads, on the one hand, to a corresponding broadening of the point-to-point distribution function (PSF), but, on the other hand, also to the distance between two points of the sample space imaged onto the sensor 28 being increased on the sensor 28 by a greater amount than the width of the PSF increases, which corresponds to "re-assignment" or "re-scanning." The image recorded at the sensor 28 must be compressed (back-projected) one-dimensionally by a factor of M mech in the direction perpendicular to the illumination line in order to correctly reproduce the proportions of the sample space. Because the imaged points were spread more than the PSF was widened, despite the compression in the transverse direction, a better resolution remains than in a comparable diffraction-limited wide-field image – directly optically and mechanically, without complex reconstruction calculations. The resolution in the longitudinal direction of the illumination line, however, is not affected.

Die zweite Strahlablenkeinheit 24 wirkt in der Richtung quer zur Beleuchtungslinie folgendermaßen. Die Abbildung B eines fluoreszierenden Objektes O(xO, yO) im Probenraum in der objektseitigen Brennebene des Mikroskopobjektivs auf den Sensor 28 kann mit einer Faltung beschrieben werden, wobei die optische Vergrößerung ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Mopt=1 angenommen werden kann: B ( x D , y D ) = d x O H e m ( x D x O , y D y O ) O ( x O , y O ) The second beam deflection unit 24 acts in the direction perpendicular to the illumination line as follows. The image B of a fluorescent object O(x O , y O ) in the sample space in the object-side focal plane of the microscope objective onto the sensor 28 can be described by a convolution, where the optical magnification can be assumed, without loss of generality, to be M opt = 1: B ( x D , y D ) = d x O H e m ( x D x O , y D y O ) O ( x O , y O )

Hierbei ist Hem(xD - xO, yD - yO) die Intensitätspunktabbildungsfunktion für die Abbildung von Objekten in der Objektebene in die Detektionsebene auf dem Sensor 28. Die Koordinaten mit dem Index O beschreiben den Probenraum, die Koordinaten mit dem Index D den Bildraum auf dem Sensor 28.Here, H em (x D - x O , y D - y O ) is the intensity point mapping function for the imaging of objects in the object plane into the detection plane on the sensor 28. The coordinates with the index O describe the sample space, the coordinates with the index D the image space on the sensor 28.

Das Abtasten des Objektes Ô(xO, yO) mit der fluoreszenzanregenden Beleuchtungslinie am Ort xO/yO führt dann zu: O ( x O , y O ) = O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S ) , Scanning the object Ô(x O , y O ) with the fluorescence exciting illumination line at the location x O /y O then leads to: O ( x O , y O ) = O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S ) ,

Einsetzen in Gleichung (1) ergibt: B ( x D , y D , x S ) = d x O x S H e m ( x D x O , y D y O ) O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S ) Inserting into equation (1) gives: B ( x D , y D , x S ) = d x O x S H e m ( x D x O , y D y O ) O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S )

Mit der Integration über den Abtastvektor xS quer zur Längsrichtung der Beleuchtungslinie resultiert ein Weitfeldbild. Unter Hinzunahme der eindimensional konfokalen elektronischen Blende D(x), ebenfalls an der Stelle xS, ergibt sich: B ( x D , y D , x S ) = d x O x S H e m ( x D x O , y D y O ) O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S ) D ( x D   x S ) Integration over the scanning vector x S perpendicular to the longitudinal direction of the illumination line results in a wide-field image. Adding the one-dimensional confocal electronic aperture D(x), also at the position x S , yields: B ( x D , y D , x S ) = d x O x S H e m ( x D x O , y D y O ) O ^ ( x O , y O ) H e x ( x O x S ) D ( x D   x S )

Anhand dieser Gleichungen kann hergeleitet werden, dass die PSF dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Längsrichtung der Beleuchtungslinie eine Bildgebung wie im Weitfeldfall vorliegt, während in der Richtung der Wirkung der konfokalen elektronischen Blende (also quer zur Beleuchtungslinie) das Punktbild einer Faltung der Anregungs-PSF mit der Spaltfunktion D entspricht: H c o n f ( x D , y D ) = H e m ( x D , y D ) [ H e x ( x D , y D ) x D D ( x D ) ] From these equations, it can be deduced that the PSF is characterized by the fact that in the longitudinal direction of the illumination line, imaging occurs as in the wide-field case, while in the direction of the effect of the confocal electronic shutter (i.e., transverse to the illumination line), the point image corresponds to a convolution of the excitation PSF with the slit function D: H c o n f ( x D , y D ) = H e m ( x D , y D ) [ H e x ( x D , y D ) x D D ( x D ) ]

Für eine Konfokalblende mit D(x) = δ(x) folgt auch hier wieder die vollkonfokale PSF, während bei einer offenen Blende mit D(x) ≡ 1 die Faltung eine Konstante ergibt und das Bild des Punktemitters der Emissions-PSF entspricht.For a confocal aperture with D(x) = δ(x), the fully confocal PSF follows again, while for an open aperture with D(x) ≡ 1, the convolution results in a constant and the image of the point emitter corresponds to the emission PSF.

Um die Gleichungen kompakt zu halten, wird nachfolgend die Bildgebung für den Fall der zweiten Strahlablenkeinheit 24 nur in der betroffenen Variable dargestellt. Entlang der Richtung yD längs der Beleuchtungslinie (und längs der durch die jeweilige Sensorzeile gebildeten elektronischen Blende) kann das Punktbild weiterhin durch eine Weitfeldbildgebung beschrieben werden.To keep the equations compact, the imaging for the case of the second beam deflection unit 24 is shown below only in the affected variable. Along the direction y D along the illumination line (and along the electronic aperture formed by the respective sensor row), the point image can still be described by wide-field imaging.

Die zweite Strahlablenkeinheit 24 führt zu einer Verschiebung der Detektions-PSF um einen zweiten Abtastvektor x s ' : B ( x D , x S , x S ' ) = d x O H e x ( x S x O ) H e m ( x D x S ' x O ) O ^ ( x O ) Die zweite Strahlablenkeinheit 24 wird im ersten (und vierten) Betriebsmodus mit der ersten Strahlablenkeinheit 21 gemäß x s ' = ( M m e c h 1 ) x s synchronisiert. Der Fall Mmech =1 beschreibt eine ruhenden zweite Strahlablenkeinheit 24, während Mmech = 2 bedeutet, dass die zweite Strahlablenkeinheit 24 mit der gleichen Winkelamplitude und optisch gleichsinnig mit der ersten Strahlablenkeinheit 21, welche die Beleuchtungslinie durch den Probenraum bewegt, schwingt. Für Mmech = 0 kompensiert die zweite Strahlablenkeinheit 24 die Wirkung der ersten Strahlablenkeinheit 21.The second beam deflection unit 24 results in a shift of the detection PSF by a second scanning vector x s ' : B ( x D , x S , x S ' ) = d x O H e x ( x S x O ) H e m ( x D x S ' x O ) O ^ ( x O ) The second beam deflection unit 24 is connected in the first (and fourth) operating mode to the first beam deflection unit 21 according to x s ' = ( M m e c h 1 ) x s synchronized. The case M mech = 1 describes a stationary second beam deflection unit 24, while M mech = 2 means that the second beam deflection unit 24 oscillates with the same angular amplitude and optically in the same direction as the first beam deflection unit 21, which moves the illumination line through the sample space. For M mech = 0, the second beam deflection unit 24 compensates for the effect of the first beam deflection unit 21.

Die effektive Intensitäts-PSF ist gegeben durch: H e f f ( x D ) = d x S H e x ( x S ) H e m ( x D ( M m e c h 1 ) x S ) The effective intensity PSF is given by: H e f f ( x D ) = d x S H e x ( x S ) H e m ( x D ( M m e c h 1 ) x S )

Damit ergibt sich schließlich für Mmech = 2: H e f f ( x O ) = H e x ( 2 x O ) H e m ( 2 x O ) , was insbesondere für η=2 mit Gleichung S9 bei Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1 , Supplementary Information, übereinstimmt. Zudem stimmt dieses Resultat überein mit Formel 3 bei C. J. R. Sheppard: „Superresolution in Confocal Imaging“ in Optik 1988, Bd. 80, S. 53 . Dies gibt einen Hinweis auf die, auch explizit nachweisbare, mathematische Verwandtschaft zum sogenannten Image Scanning.This finally gives for M mech = 2: H e f f ( x O ) = H e x ( 2 x O ) H e m ( 2 x O ) , which is especially true for η=2 with equation S9 at Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), pp. 016009-1 , Supplementary Information. In addition, this result agrees with formula 3 for CJR Sheppard: “Superresolution in Confocal Imaging” in Optik 1988, Vol. 80, p. 53 This provides an indication of the mathematical relationship to so-called image scanning, which can also be explicitly demonstrated.

Verallgemeinert auf den zweidimensionalen Fall gilt: H e f f ( x , y ) = H e x ( 2 x ) x H e m ( 2 x , y ) Generalized to the two-dimensional case, the following applies: H e f f ( x , y ) = H e x ( 2 x ) x H e m ( 2 x , y )

Zur Auflösungssteigerung in der Längsrichtung der Beleuchtungslinie kann die zusätzliche strukturierte Beleuchtung (durch Intensitätsmodulation längs der Linie) dienen. Die Steuereinheit 29 stellt die erste Strahlablenkeinheit 21 in mindestens drei unterschiedliche Stellungen entlang der Längsrichtung der Beleuchtungslinie, so dass benachbarte resultierende Positionen (Phasenlagen) im Probenraum um weniger als eine Periodenlänge der intensitätsmodulierten Lichtverteilung voneinander beabstandet sind und erstellt für jede der Stellungen ein separates Rohbild des Probenraums. Zweckmäßigerweise wird der interessierende Bereich des Probenraums für jede dieser Phasenlagen des Beleuchtungsmusters zunächst vollständig abgetastet und ein jeweiliges Rohbild mit eindimensional (quer zur Linie) erhöhter Auflösung erstellt. Dieser Ablauf wird mit der zweiten Phasenlage und mit der dritten Phasenlage jeweils wiederholt. Aus den drei Rohbildern wird dann gemäß dem SIM-Verfahren ein Ergebnisbild mit erhöhter Auflösung errechnet. Die oben beschriebene Stauchung um Mmech quer zur Beleuchtungslinie zur Rückprojektion kann dabei vor oder nach der SIM-Rekonstruktion (beispielsweise umfassend Transformieren der Rohbilder in den Frequenzraum, Separieren von Ordnungs-Raumfrequenzspektren und Verschieben der Ordnungs-Raumfrequenzspektren im Frequenzraum sowie Rücktransformieren in den Ortsraum, siehe beispielsweise Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1, Abschnitte 2.1 und 2.2 ) erfolgen, weil die Strukturierung längs der Beleuchtungslinie und die Rekonstruktion der erhöhten Auflösung in dieser Richtung unabhängig von der Zusatz-Abtastung quer zur Beleuchtungslinie ist. Vor der superauflösenden SIM-Rekonstruktion können die Rohbilder, vorzugsweise im Frequenzraum nach Fouriertransformation, hochpassgefiltert werden, um im Sinne einer OS-SIM-Behandlung ( Neil et al.: „Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope“ in Optics Letters 1997, Bd. 22, Nr. 24, S. 1905 ) durch optisches Schneiden außerfokalen Untergrund zu verringern. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Ergebnisbild mit erhöhter Auflösung zu berechnen, insbesondere gemäß der vorgenannten Schritte.Additional structured illumination (through intensity modulation along the line) can be used to increase resolution in the longitudinal direction of the illumination line. The control unit 29 places the first beam deflection unit 21 in at least three different positions along the longitudinal direction of the illumination line, such that adjacent resulting positions (phase positions) in the sample space are spaced from each other by less than one period of the intensity-modulated light distribution, and creates a separate raw image of the sample space for each of the positions. For each of these phase positions of the illumination pattern, the region of interest in the sample space is expediently first completely scanned, and a respective raw image with one-dimensional (perpendicular to the line) increased resolution is created. This process is repeated with the second phase position and the third phase position, respectively. A result image with increased resolution is then calculated from the three raw images using the SIM method. The compression by M mech transverse to the illumination line for backprojection described above can be carried out before or after the SIM reconstruction (for example, comprising transforming the raw images into the frequency domain, separating order spatial frequency spectra and shifting the order spatial frequency spectra in the frequency domain as well as transforming back into the spatial domain, see for example Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), p. 016009-1, Sections 2.1 and 2.2 ) because the structuring along the illumination line and the reconstruction of the increased resolution in this direction are independent of the additional scanning transverse to the illumination line. Before the super-resolution SIM reconstruction, the raw images can be high-pass filtered, preferably in the frequency domain after Fourier transformation, in order to achieve an OS-SIM treatment ( Neil et al.: “Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope” in Optics Letters 1997, Vol. 22, No. 24, p. 1905 ) by optical cutting of out-of-focus background. The control unit can be configured to calculate the resulting image with increased resolution, in particular according to the aforementioned steps.

Unter Kombination der Strukturierung der Beleuchtungslinie für eine 2D-SIM-Beleuchtung entlang der Längsrichtung der Linie (und der elektronischen Pixelzeilenblende) und der Zusatzabtastung mit Mmech=2 resultiert die effektive PSF: H e f f ( x , y ) = ( 1 + cos ( k   N A y ) ) f z ( 2 J 1 ( k   N A ( 4 z 2 + y 2 ) ) k   N A ( 4 z 2 + y 2 ) 2 ( sin ( k   N A 2 ( x z ) ) k   N A 2 ( x z ) ) 2 Combining the structuring of the illumination line for a 2D-SIM illumination along the longitudinal direction of the line (and the electronic pixel line aperture) and the additional sampling with M mech =2 results in the effective PSF: H e f f ( x , y ) = ( 1 + cos ( k   N A y ) ) f z ( 2 J 1 ( k   N A ( 4 z 2 + y 2 ) ) k   N A ( 4 z 2 + y 2 ) 2 ( sin ( k   N A 2 ( x z ) ) k   N A 2 ( x z ) ) 2

Diese PSF kann insbesondere für eine die Auflösung weiter verbessernde Entfaltung verwendet werden.This PSF can be used in particular for deconvolution that further improves resolution.

Wählt der Benutzer den zweiten Betriebsmodus, aktiviert die Steuereinheit 29 die elektronische Blende, synchronisiert die Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit 21 und die Bewegung der elektronischen Blende, hält aber die zweite Strahlablenkeinheit 24 konstant in ihrer Neutralstellung und deaktiviert die Intensitätsmodulation. Dieser Modus erlaubt Bildaufnahmen wie mit einem herkömmlichen linienabtastenden konfokalen Mikroskop. Im dritten Betriebsmodus deaktiviert die Steuereinheit 29 die elektronische Blende und hält die zweite Strahlablenkeinheit 24 ebenfalls in ihrer Neutralstellung. Damit sind herkömmliche Weitfeldbildaufnahmen möglich. Der Benutzer kann hierbei alternativ zu den Lasern 12 die Lampe 11 als Weitfeldlichtquelle verwenden.If the user selects the second operating mode, the control unit 29 activates the electronic shutter, synchronizes the movement of the first beam deflection unit 21 and the movement of the electronic shutter, but keeps the second beam deflection unit 24 constantly in its neutral position and deactivates intensity modulation. This mode allows image acquisition as with a conventional line-scanning confocal microscope. In the third operating mode, the control unit 29 deactivates the electronic shutter and also keeps the second beam deflection unit 24 in its neutral position. This enables conventional wide-field image acquisition. The user can use the lamp 11 as a wide-field light source as an alternative to the lasers 12.

In einem vierten wählbaren Betriebsmodus deaktiviert die Steuereinheit 29 die elektronische Blende und betreibt die erste und zweite Strahlablenkeinheit 21, 24 wie im ersten Betriebsmodus. Dieser Modus erlaubt die Nutzung des „Add-Scan“-Verfahrens mit geringerer Unterdrückung des außerfokalen Lichts. Auch die Errechnung des Ergebnisbildes aus den strukturierten Rohbildern unterdrückt jedoch außerfokales Lichts zu einem gewissen Grad. Da eine Blende nicht zwingend nötig ist, kann auch ein Sensor 28 ohne eine solche eingesetzt werden.In a fourth selectable operating mode, the control unit 29 deactivates the electronic shutter and operates the first and second beam deflection units 21, 24 as in the first operating mode. This mode allows the use of the "add-scan" method with less suppression of out-of-focus light. However, the calculation of the resulting image from the structured raw images also suppresses out-of-focus light to a certain degree. Since a shutter is not absolutely necessary, a sensor 28 can also be used without one.

In 2 sind beispielhafte optische Verhältnisse durch die Brennweite f1 der Abtastoptik 23 und die die Brennweite f2 der Detektionsoptik 25 dargestellt. Sowohl die erste Strahlablenkeinheit 21 als auch die zweite Strahlablenkeinheit 24 sind dabei in identischer Entfernung d vom Strahlteiler 22 angeordnet, so dass beide in einer jeweiligen konjugierten Pupillenebene PE' bzw. PE'' liegen. Das Verhältnis der Brennweiten Mopt=f2/f1 beschreibt die optische Vergrößerung des Zwischenbildes ZB auf dem Sensor 28. Hinzu kommt die eindimensionale mechanische Vergrößerung Mmech durch die Bewegung der zweiten Strahlablenkeinheit 24, welche sich bei zur ersten Strahlablenkeinheit 21 synchroner, gleichphasiger Bewegung aus dem Verhältnis der Winkelamplituden α1 der ersten Strahlablenkeinheit 21 und α2 der zweiten Strahlablenkeinheit 24 als Mmech12)/α1 ergibt. Dargestellt ist als Schnitt A-A auch die Wirkung des Strahlformers 20 auf das Beleuchtungsmuster mit der Intensitätsverteilung IPE(x,y) in der beleuchtungsseitigen konjugierten Pupillenebene PE' im ersten Betriebsmodus. Es besteht aus zwei separaten, parallelen Linien, die durch die von der Abtastoptik 23 bewirkte Fouriertransformation im Zwischenbild ZB zu einem Liniengitter mit der Intensitätsverteilung IZB(x,y) interferieren, welches durch die Tubuslinse 6 und das Mikroskopobjektiv 5 in den Probenraum übertragen wird. Durch einen Doppelpfeil ist die Bewegung des Liniengitters in xZB-Richtung zum Abtasten der Probe mittels der ersten Strahlablenkeinheit 21 angedeutet. Die unterschiedlichen Beleuchtungsphasen werden durch Verstellen der ersten Strahlablenkeinheit 21 derart erreicht, dass das Liniengitter in yZB-Richtung versetzt ist, vorzugsweise um weniger als eine Periode des Liniengitters.In 2 Exemplary optical conditions are represented by the focal length f 1 of the scanning optics 23 and the focal length f 2 of the detection optics 25. Both the first beam deflection unit 21 and the second beam deflection unit 24 are arranged at an identical distance d from the beam splitter 22, so that both lie in a respective conjugate pupil plane PE' or PE''. The ratio of the focal lengths M opt = f 2 / f 1 describes the optical magnification of the intermediate image ZB on the sensor 28. In addition, there is the one-dimensional mechanical magnification M mech due to the movement of the second beam deflection unit 24, which, in the case of a synchronous, in-phase movement with the first beam deflection unit 21, results from the ratio of the angular amplitudes α 1 of the first beam deflection unit 21 and α 2 of the second beam deflection unit 24 as M mech1 + α 2 ) / α 1 . Also shown as section AA is the effect of the beam shaper 20 on the illumination pattern with the intensity distribution I PE (x,y) in the illumination-side conjugate pupil plane PE' in the first operating mode. It consists of two separate, parallel lines which, due to the Fourier transformation effected by the scanning optics 23, interfere in the intermediate image ZB to form a line grating with the intensity distribution I ZB (x,y). This line grating is transmitted through the tube lens 6 and the microscope objective 5 into the sample space. A double arrow indicates the movement of the line grating in the x ZB direction for scanning the sample by means of the first beam deflection unit 21. The different illumination phases are achieved by adjusting the first beam deflection unit 21 such that the line grating is offset in the y ZB direction, preferably by less than one period of the line grating.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welchem der Beleuchtungsstrahlengang durch ein separates Laser-Scanning-Modul 31 bereitgestellt wird. Dieses verfügt neben dem Strahlformer 20 und der ersten Strahlablenkeinheit 21 über eine eigene Abtastoptik 32, einen Hauptstrahlteiler 33, eine Schlitzblende 34 und einen Zeilendetektor 35. Das Modul 31 stellt eine linienförmige Lichtverteilung im Probenraum wie in 1 bereit. Das „Add-Scan“-Modul 3 umfasst hier nur Teile des Detektionsstrahlengangs (vom Zwischenbild ZB bis zu den Sensoren 28). Es weist zwischen dem Strahlteiler 22 und der Detektionsoptik 25 einen Nebenfarbteiler 26 auf, der das Probenlicht in zwei spektral disjunkte Anteile aufteilt und diese einen jeweiligen Sensor 28, 28' leitet. Die Steuereinheit 29 schaltet beispielsweise zwei Laser 12 mit unterschiedlichen Emissionswellenlänge ein, um zwei Fluoreszenzfarbstoffe simultan aufnehmen zu können. Da der Strahlteiler 22 zweckmäßigerweise wie in 1 als Farbteiler ausgebildet ist, kann der Zeilendetektor 35 in diesem Betriebsmodus nicht verwendet werden, weil kein Probenlicht zu ihm gelangt (sondern in des „Add-Scan“-Modul geleitet wird). 3 shows an alternative embodiment in which the illumination beam path is provided by a separate laser scanning module 31. In addition to the beam former 20 and the first beam deflection unit 21, this module has its own scanning optics 32, a main beam splitter 33, a slit diaphragm 34 and a line detector 35. The module 31 provides a linear light distribution in the sample space as in 1 The "Add-Scan" module 3 here only comprises parts of the detection beam path (from the intermediate image ZB to the sensors 28). It has a secondary color splitter 26 between the beam splitter 22 and the detection optics 25, which splits the sample light into two spectrally disjoint components and directs them to a respective sensor 28, 28'. The control unit 29 switches on, for example, two lasers 12 with different emission wavelengths in order to be able to record two fluorescent dyes simultaneously. Since the beam splitter 22 is expediently as in 1 is designed as a color splitter, the line detector 35 cannot be used in this operating mode because no sample light reaches it (but is directed into the “Add-Scan” module).

4 stellt die Verbindungen und Aufgaben der Steuereinheit 29 und die Synchronisierung im ersten Betriebsmodus schematisch dar. So sind beispielsweise die Strahlablenkeinheiten 21, 24 mit dem Sensor 28 synchronisiert. Die Steuereinheit 29 kann den Vergrößerungsfaktor M einstellen, indem sie das Verhältnis der Amplituden der Strahlablenkeinheiten 21, 24 ändert. Auch kann über die Steuereinheit 29 der Probentisch verfahren oder eines mehrerer Mikroskopobjektive 5 aus dem Objektivrevolver ausgewählt werden. 4 schematically illustrates the connections and functions of the control unit 29 and the synchronization in the first operating mode. For example, the beam deflection units 21, 24 are synchronized with the sensor 28. The control unit 29 can adjust the magnification factor M by changing the ratio of the amplitudes of the beam deflection units 21, 24. The control unit 29 can also be used to move the sample stage or to select one of several microscope objectives 5 from the objective turret.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Mikroskopmicroscope
22
Stativtripod
33
„Add-Scan“-Modul“Add-Scan” module
44
LasermodulLaser module
55
Mikroskopobjektivmicroscope objective
66
TubuslinsenTube lenses
77
AusgangExit
88
99
Strahlteilerbeam splitter
1010
Okulareyepiece
1111
Lampelamp
1212
LaserLaser
1313
AOTFAOTF
1414
EinkoppeloptikCoupling optics
1515
Lichtleitfaseroptical fiber
1616
KollimatorCollimator
1717
SpiegelMirror
1818
StrahlvereinigerBeam combiner
1919
UmlenkspiegelDeflecting mirror
2020
StrahlformerBeam former
2121
Erste StrahlablenkeinheitFirst beam deflection unit
2222
HauptstrahlteilerMain beam splitter
2323
Abtastoptikscanning optics
2424
Zweite StrahlablenkeinheitSecond beam deflection unit
2525
DetektionsoptikDetection optics
2626
Nebenfarbteilersecondary color splitter
2727
2828
Sensorsensor
2929
SteuereinheitControl unit
3030
Auswahleinheitselection unit
3131
Laser-Scanning-ModulLaser scanning module
3232
Abtastoptikscanning optics
3333
HauptstrahlteilerMain beam splitter
3434
Schlitzblendeslit aperture
3535
ZeilendetektorLine detector
PP
Probenraumrehearsal room
ZBE.g.
ZwischenbildIntermediate image
PEPE
PupillenebenePupillary plane
PE'(')PE'(')
Konjugierte PupillenebeneConjugate pupil plane

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 197 02 753 A1 [0002]DE 197 02 753 A1 [0002]
  • EP 1 617 258 A1 [0003]EP 1 617 258 A1 [0003]
  • WO 2006/008637 A1 [0021]WO 2006/008637 A1 [0021]
  • DE 10 2021 134 427 A1 [0033]DE 10 2021 134 427 A1 [0033]
  • DE 10 2023 005 252 A1 [0033]DE 10 2023 005 252 A1 [0033]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Shen et al.: „Confocal rescan structured illumination microscopy for real-time deep tissue imaging with superresolution“ in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1 [0005]Shen et al.: “Confocal rescan structured illumination microscopy for real-time deep tissue imaging with superresolution” in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), p. 016009-1 [0005]
  • Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1 [0056]Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), p. 016009-1 [0056]
  • C. J. R. Sheppard: „Superresolution in Confocal Imaging“ in Optik 1988, Bd. 80, S. 53 [0056]C. J. R. Sheppard: “Superresolution in Confocal Imaging” in Optik 1988, Vol. 80, p. 53 [0056]
  • Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Bd. 2 (1), S. 016009-1, Abschnitte 2.1 und 2.2 [0058]Shen et al., in Advanced Photonics Nexus 2023, Vol. 2 (1), p. 016009-1, Sections 2.1 and 2.2 [0058]
  • Neil et al.: „Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope“ in Optics Letters 1997, Bd. 22, Nr. 24, S. 1905 [0058]Neil et al.: “Method of obtaining optical sectioning by using structured light in a conventional microscope” in Optics Letters 1997, Vol. 22, No. 24, p. 1905 [0058]

Claims (16)

Mikroskop (1) mit einem Beleuchtungsstrahlengang, einem Detektionsstrahlengang, einem Strahlteiler (22), wobei der Detektionsstrahlengang einen Probenraum (P), ein Mikroskopobjektiv (5), eine Tubuslinse (6), ein durch die Tubuslinse (6) erzeugtes Zwischenbild (ZB) und einen zweidimensional ortsauflösenden optoelektronischen Sensor (28) mit einer Detektionsoptik (25) zum Abbilden des Zwischenbilds (ZB) auf den Sensor (28) aufweist und der Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle (12) und eine erste einstellbare Strahlablenkeinheit (21) zum Bewegen eines Beleuchtungslichtbündels durch den Probenraum (P) aufweist und der Detektionsstrahlengang eine zweite einstellbare Strahlablenkeinheit (24) zum Bewegen eines Probenlichtbündels über den Sensor aufweist, wobei der Beleuchtungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang mittels des Strahlteilers (22) optisch derart zu einem gemeinsamen Strahlengang gekoppelt sind, dass Beleuchtungslicht von der Lichtquelle (12) über den Strahlteiler (22) durch das Mikroskopobjektiv (5) in den Probenraum (P) gelangt und Probenlicht aus dem Probenraum (P) durch das Mikroskopobjektiv (5) über den Strahlteiler (22) und danach über die zweite Strahlablenkeinheit (24) zum Sensor (28) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlablenkeinheit (21) optisch zwischen der Lichtquelle (12) und dem Strahlteiler (22) angeordnet ist, so dass das Probenlicht abseits der ersten Strahlablenkeinheit (21) zum Sensor (28) gelangt, und gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (29), die dazu eingerichtet ist, in einem Betriebsmodus das Probenlichtbündel mittels der zweiten Strahlablenkeinheit (24) über den Sensor (28) zu bewegen.Microscope (1) with an illumination beam path, a detection beam path, a beam splitter (22), wherein the detection beam path has a sample chamber (P), a microscope objective (5), a tube lens (6), an intermediate image (ZB) generated by the tube lens (6) and a two-dimensional spatially resolving optoelectronic sensor (28) with detection optics (25) for imaging the intermediate image (ZB) onto the sensor (28), and the illumination beam path has a light source (12) and a first adjustable beam deflection unit (21) for moving an illumination light beam through the sample chamber (P), and the detection beam path has a second adjustable beam deflection unit (24) for moving a sample light beam over the sensor, wherein the illumination beam path and the detection beam path are optically coupled by means of the beam splitter (22) to form a common beam path in such a way that illumination light from the light source (12) passes through the microscope objective (5) into the sample chamber (P) via the beam splitter (22) and sample light from the sample chamber (P) passes through the microscope objective (5) via the beam splitter (22) and then via the second beam deflection unit (24) to the sensor (28), characterized in that the first beam deflection unit (21) is arranged optically between the light source (12) and the beam splitter (22) so that the sample light reaches the sensor (28) away from the first beam deflection unit (21), and characterized by a control unit (29) which is designed to move the sample light beam over the sensor (28) by means of the second beam deflection unit (24) in an operating mode. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (29) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus das Probenlichtbündel mittels der zweiten Strahlablenkeinheit (24) so über den Sensor (28) zu bewegen, dass das Zwischenbild (ZB) vergrößert auf den Sensor (28) abgebildet wird, insbesondere durch eine Bewegung derart, dass ein Betrag eines Quotienten zwischen einem ersten Winkel, den eine Ausbreitungsrichtung eines von einem Ort im Probenraum ausgehenden Strahlenbündels des Probenlichts unmittelbar hinter der zweiten Strahlablenkeinheit mit einer optischen Achse der Detektionsoptik einschließt, und einem zweiten Winkel, den die Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels unmittelbar vor der zweiten Strahlablenkeinheit mit einer optischen Achse des Mikroskopobjektivs (5) einschließt, größer als eins ist.Microscope according to the preceding claim, wherein the control unit (29) is configured, in the first operating mode, to move the sample light beam over the sensor (28) by means of the second beam deflection unit (24) in such a way that the intermediate image (ZB) is imaged onto the sensor (28) in an enlarged manner, in particular by a movement such that an amount of a quotient between a first angle, which a propagation direction of a beam of sample light emanating from a location in the sample space immediately behind the second beam deflection unit encloses with an optical axis of the detection optics, and a second angle, which the propagation direction of the beam encloses with an optical axis of the microscope objective (5) immediately in front of the second beam deflection unit, is greater than one. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens im ersten Betriebsmodus die Bewegung der zweiten Strahlablenkeinheit (24) mit der Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit (21) synchronisierbar oder synchronisiert ist, insbesondere mit identischer oder näherungsweise identischer Winkelamplitude der ersten Strahlablenkeinheit (21) und der zweiten Strahlablenkeinheit (24).Microscope according to the preceding claim, wherein at least in the first operating mode the movement of the second beam deflection unit (24) is synchronizable or synchronized with the movement of the first beam deflection unit (21), in particular with identical or approximately identical angular amplitude of the first beam deflection unit (21) and the second beam deflection unit (24). Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Beleuchtungsstrahlengang einen Strahlformer (20) zum Erzeugen einer linienförmigen Verteilung des Beleuchtungslichts aufweist, insbesondere einer entlang ihrer Längsrichtung intensitätsmodulierten Verteilung, insbesondere einer periodisch intensitätsmodulierten Verteilung, insbesondere einer solchen Verteilung im Probenraum durch simultanes Erzeugen mindestens zweier linienförmiger, miteinander interferenzfähiger Lichtverteilungen, die in einer zu einer rückwärtigen Fokusebene (PE) des Mikroskopobjektivs (5) optisch konjugierten Ebene (PE') vorliegen.Microscope according to one of the preceding claims, wherein the illumination beam path has a beam former (20) for generating a linear distribution of the illumination light, in particular a distribution intensity-modulated along its longitudinal direction, in particular a periodically intensity-modulated distribution, in particular such a distribution in the sample space by simultaneously generating at least two linear light distributions capable of interference with one another, which are present in a plane (PE') optically conjugated to a rear focal plane (PE) of the microscope objective (5). Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Strahlformer (20) wiederholt, insbesondere motorisch und gesteuert durch die Steuereinheit (29), aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernbar ist und/oder einen räumlichen Lichtmodulator umfasst, insbesondere derart durch die Steuereinheit (29) gesteuert, dass im zeitlichen Wechsel unterschiedliche Beleuchtungslichtverteilungen im Probenraum entstehen.Microscope according to the preceding claim, wherein the beam former (20) is repeatedly removable from the illumination beam path, in particular motor-driven and controlled by the control unit (29), and/or comprises a spatial light modulator, in particular controlled by the control unit (29) in such a way that different illumination light distributions are created in the sample space in temporal alternation. Mikroskop nach Anspruch 4 oder 5, wobei die erste Strahlablenkeinheit (21) zum zweidimensionalen Abtasten des Probenraums in einer ersten Dimension quer zu einer Längsrichtung der linienförmigen Beleuchtungslichtverteilung und in einer zweiten Dimension parallel zu der Längsrichtung ausgebildet ist, insbesondere mit einer Steuereinheit, die die erste Strahlablenkeinheit (21) in mindestens drei unterschiedliche Stellungen entlang der zweiten Dimension stellt, wobei zwei der resultierenden Positionen der Beleuchtungslichtverteilung im Probenraum an den Stellungen entlang der zweiten Dimension um weniger als eine Länge der Beleuchtungslichtverteilung in Längsrichtung, insbesondere um eine Periodenlänge der intensitätsmodulierten Lichtverteilung oder weniger als eine Periodenlänge, voneinander beabstandet sind, und insbesondere für jede der Stellungen ein separates Rohbild erstellt.Microscope after Claim 4 or 5 , wherein the first beam deflection unit (21) is designed for two-dimensional scanning of the sample space in a first dimension transverse to a longitudinal direction of the linear illumination light distribution and in a second dimension parallel to the longitudinal direction, in particular with a control unit which places the first beam deflection unit (21) in at least three different positions along the second dimension, wherein two of the resulting positions of the illumination light distribution in the sample space at the positions along the second dimension are spaced from one another by less than a length of the illumination light distribution in the longitudinal direction, in particular by a period length of the intensity-modulated light distribution or less than a period length, and in particular creates a separate raw image for each of the positions. Mikroskop nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Beleuchtungsstrahlengang eine Optik (20) zum Beleuchten des Probenraums in unterschiedlichen Phasenlagen der intensitätsmodulierten Beleuchtungslichtverteilung umfasst, insbesondere einen räumlichen Phasenmodulator und/oder einen elektrooptischen Modulator in Verbindung mit einer Viertelwellenplatte, insbesondere mit Ausbildung der erste Strahlablenkeinheit (21) zum nur eindimensionalen Abtasten des Probenraums quer zu einer Längsrichtung der linienförmigen Beleuchtungslichtverteilung.Microscope after Claim 4 or 5 , wherein the illumination beam path comprises an optic (20) for illuminating the sample space in different phase positions of the intensity-modulated illumination light distribution comprises, in particular a spatial phase modulator and/or an electro-optical modulator in conjunction with a quarter-wave plate, in particular with the first beam deflection unit (21) being designed for only one-dimensional scanning of the sample space transversely to a longitudinal direction of the linear illumination light distribution. Mikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Sensor (28), insbesondere ein CMOS-Sensor oder ein SPAD-Sensor, eine deaktivierbare zeilenförmige elektronische Blende aufweist, die konfokal zu dem Zwischenbild angeordnet ist, insbesondere in Form eines Rolling Shutters, insbesondere mit Synchronisierbarkeit einer Einstellung der ersten Strahlablenkeinheit mit einer dynamischen Position der Blende.Microscope after one of the Claims 4 until 7 , wherein the sensor (28), in particular a CMOS sensor or a SPAD sensor, has a deactivatable line-shaped electronic diaphragm which is arranged confocally to the intermediate image, in particular in the form of a rolling shutter, in particular with the ability to synchronize an adjustment of the first beam deflection unit with a dynamic position of the diaphragm. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (29) elektrisch mit dem Sensor (28) und den Strahlablenkeinheiten (21, 24) verbunden ist und in dem ersten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende aktiviert und die Bewegungen der ersten Strahlablenkeinheit (21), der zweiten Strahlablenkeinheit (24) und die Bewegung der elektronischen Blende synchronisiert und/oder in einem zweiten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende aktiviert, die Bewegung der ersten Strahlablenkeinheit (21) und die Bewegung der elektronischen Blende synchronisiert und die zweite Strahlablenkeinheit (24) in einer konstanten Stellung, insbesondere in einer Neutralstellung, betreibt und/oder in einem dritten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende deaktiviert und die zweite Strahlablenkeinheit (24) in einer konstanten Stellung betreibt und/oder in einem vierten wählbaren Betriebsmodus die elektronische Blende deaktiviert und die erste und zweite Strahlablenkeinheit (21, 24) wie im ersten Betriebsmodus betreibt.Microscope according to the preceding claim, wherein the control unit (29) is electrically connected to the sensor (28) and the beam deflection units (21, 24) and, in the first selectable operating mode, activates the electronic aperture and synchronizes the movements of the first beam deflection unit (21), the second beam deflection unit (24), and the movement of the electronic aperture and/or, in a second selectable operating mode, activates the electronic aperture, synchronizes the movement of the first beam deflection unit (21) and the movement of the electronic aperture, and operates the second beam deflection unit (24) in a constant position, in particular in a neutral position, and/or, in a third selectable operating mode, deactivates the electronic aperture and operates the second beam deflection unit (24) in a constant position and/or, in a fourth selectable operating mode, deactivates the electronic aperture and operates the first and second beam deflection units (21, 24) as in the first operating mode. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (29) in dem dritten Betriebsmodus den Strahlformer (20) aus dem Beleuchtungsstrahlengang entfernt und/oder in dem zweiten Betriebsmodus eine Intensitätsmodulation des Beleuchtungslichts deaktivierbar oder deaktiviert ist und/oder die Steuereinheit eine Auswahleinheit (30) zur Auswahl eines von mehreren Betriebsmodi umfasst und die Steuereinheit (29) das Mikroskop nach der Auswahl in dem ausgewählten Betriebsmodus betreibt, insbesondere mit einer zusätzlichen Auswahlmöglichkeit in der Auswahleinheit zwischen mehreren Untermodi mit jeweils unterschiedlichen Lichtquellen (12), insbesondere für den dritten Betriebsmodus.Microscope according to the preceding claim, wherein the control unit (29) removes the beam former (20) from the illumination beam path in the third operating mode and/or an intensity modulation of the illumination light can be deactivated or is deactivated in the second operating mode and/or the control unit comprises a selection unit (30) for selecting one of a plurality of operating modes and the control unit (29) operates the microscope after the selection in the selected operating mode, in particular with an additional selection option in the selection unit between a plurality of sub-modes, each with different light sources (12), in particular for the third operating mode. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektionsstrahlengang zwischen dem von der Tubuslinse (6) erzeugten Zwischenbild (ZB) und der Detektionsoptik (25) frei ist von konfokalen Feldblenden, insbesondere von Schlitzblenden, und insbesondere frei ist von mit dem Zwischenbild konjugierten Bildebenen und/oder wobei der Detektionsstrahlengang zwischen dem von der Tubuslinse (6) erzeugten Zwischenbild (ZB) und der Detektionsoptik (25) genau eine zur rückwärtigen Brennebene (PE) des Mikroskopobjektivs (5) konjugierte Ebene (PE') aufweist.Microscope according to one of the preceding claims, wherein the detection beam path between the intermediate image (ZB) generated by the tube lens (6) and the detection optics (25) is free of confocal field diaphragms, in particular of slit diaphragms, and in particular is free of image planes conjugated with the intermediate image and/or wherein the detection beam path between the intermediate image (ZB) generated by the tube lens (6) and the detection optics (25) has exactly one plane (PE') conjugated to the rear focal plane (PE) of the microscope objective (5). Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gemeinsame Strahlengang optisch zwischen dem Zwischenbild (ZB) und dem Strahlteiler (22) eine Optik (23), vorzugsweise eine Abtastoptik, zum Erzeugen einer zur rückwärtigen Brennebene (PE) des Mikroskopobjektivs (5) konjugierten Ebene (PE') auf oder in der Nähe der ersten Strahlablenkeinheit (21) und auf oder in der Nähe der zweiten Strahlablenkeinheit (24) aufweist.Microscope according to one of the preceding claims, wherein the common beam path optically comprises an optic (23), preferably a scanning optic, between the intermediate image (ZB) and the beam splitter (22) for generating a plane (PE') conjugated to the rear focal plane (PE) of the microscope objective (5) on or in the vicinity of the first beam deflection unit (21) and on or in the vicinity of the second beam deflection unit (24). Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sowohl das Beleuchtungslicht auf seinem Weg zum Mikroskopobjektiv (5) als auch das Probenlicht auf seinem Weg zum Sensor (28) durch dasselbe von der Tubuslinse (6) erzeugte Zwischenbild (ZB) verlaufen, insbesondere mit Anordnung des Strahlteilers (22) als Hauptstrahlteiler oder Hauptfarbteiler optisch zwischen der ersten Strahlablenkeinheit und dem von der Tubuslinse (6) erzeugten Zwischenbild (ZB), oder wobei das Mikroskop eine zweite Tubuslinse (6') aufweist, welche ein zweites Zwischenbild (ZB) erzeugt, und das Beleuchtungslicht auf seinem Weg zum Mikroskopobjektiv (5) durch das zweite Zwischenbild (ZB) verläuft.Microscope according to one of the preceding claims, wherein both the illuminating light on its path to the microscope objective (5) and the sample light on its path to the sensor (28) pass through the same intermediate image (ZB) generated by the tube lens (6), in particular with the beam splitter (22) arranged as a main beam splitter or main color splitter optically between the first beam deflection unit and the intermediate image (ZB) generated by the tube lens (6), or wherein the microscope has a second tube lens (6') which generates a second intermediate image (ZB), and the illuminating light passes through the second intermediate image (ZB) on its path to the microscope objective (5). Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektionsstrahlengang zwischen dem Strahlteiler (22) und der Detektionsoptik (25) einen Nebenfarbteiler (26) aufweist, welcher das Probenlicht in zwei spektral disjunkte Anteile aufteilt und diese auf disjunkte Bereiche des Sensors (28) oder auf einen jeweiligen Sensor (28, 28') leitet, insbesondere mit einer zweiten Lichtquelle (12) mit einer von der ersten Lichtquelle (12) verschiedenen Emissionswellenlänge im Beleuchtungsstrahlengang.Microscope according to one of the preceding claims, wherein the detection beam path between the beam splitter (22) and the detection optics (25) has a secondary color splitter (26) which splits the sample light into two spectrally disjoint components and directs these to disjoint regions of the sensor (28) or to a respective sensor (28, 28'), in particular with a second light source (12) with an emission wavelength different from the first light source (12) in the illumination beam path. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Strahlablenkeinheit (21) MEMS-Mikrospiegel umfasst, insbesondere kontinuierlich um zwei orthogonale Raumrichtungen verstellbare MEMS-Mikrospiegel.Microscope according to one of the preceding claims, wherein the first beam deflection unit (21) comprises MEMS micromirrors, in particular MEMS micromirrors continuously adjustable about two orthogonal spatial directions. Mikroskop (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mikroskop ein Stativ (2) aufweist, an welchem das Mikroskopobjektiv (5) angeordnet ist, wobei das Stativ (2) einen ersten Anschluss (7), in dessen Bereich die Tubuslinse (6) und das Zwischenbild (ZB) angeordnet ist, und mindestens einen weiteren Anschluss (7') mit einer weiteren Tubuslinse (6') und einem weiteren Zwischenbild (ZB) aufweist, wobei das Probenlicht mittels mindestens eines zweiten Strahlteilers (9), insbesondere eines wiederholt entfernbaren Strahlteilers, oder mittels eines Spiegels simultan oder sequentiell zu beiden Ausgängen (7, 7') leitbar ist, wobei der erste Strahlteiler (22), die Detektionsoptik (25), der Sensor (28), die erste und die zweite Strahlablenkeinheit (21, 24) und eine Abtastoptik (23) innerhalb eines Moduls (3) angeordnet sind, welches mit einem der Anschlüsse (7) lösbar mechanisch und optisch verbunden ist.Microscope (1) according to one of the preceding claims, wherein the microscope has a stand (2) on which the microscope objective (5) is arranged, wherein the stand (2) has a first connection (7), in the region of which the tube lens (6) and the intermediate image (ZB) are arranged, and at least one further connection (7') with a further tube lens (6') and a further intermediate image (ZB), wherein the sample light can be guided simultaneously or sequentially to both outputs (7, 7') by means of at least one second beam splitter (9), in particular a repeatedly removable beam splitter, or by means of a mirror, wherein the first beam splitter (22), the detection optics (25), the sensor (28), the first and second beam deflection units (21, 24), and a scanning optics (23) are arranged within a module (3) which is detachably mechanically and optically connected to one of the connections (7).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004034987A1 (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Carl Zeiss Jena Gmbh Scanning microscope and use
US7223986B2 (en) * 2002-08-29 2007-05-29 Olympus Optical Co., Ltd. Laser scanning microscope
EP2317362A1 (en) * 2009-10-28 2011-05-04 Carl Zeiss MicroImaging GmbH Microscopic method and microscope with improved resolution
DE102012023024A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Light microscope and microscopy method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19758748C2 (en) 1997-01-27 2003-07-31 Zeiss Carl Jena Gmbh Laser Scanning Microscope
DE102004034993A1 (en) 2004-07-16 2006-02-02 Carl Zeiss Jena Gmbh Scanning microscope with linear scanning and use
WO2006008637A1 (en) 2004-07-23 2006-01-26 Ge Healthcare Niagara, Inc. Method and apparatus for fluorescent confocal microscopy
US20230204514A1 (en) * 2020-05-26 2023-06-29 Abberior Instruments Gmbh Method and device for determining positions of molecules in a sample
DE102021134427A1 (en) 2021-12-22 2023-06-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh MICROSCOPE AND METHODS OF MICROSCOPY
DE102023005252A1 (en) 2023-12-19 2025-06-26 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope with fast quasi-confocal detection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7223986B2 (en) * 2002-08-29 2007-05-29 Olympus Optical Co., Ltd. Laser scanning microscope
DE102004034987A1 (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Carl Zeiss Jena Gmbh Scanning microscope and use
EP2317362A1 (en) * 2009-10-28 2011-05-04 Carl Zeiss MicroImaging GmbH Microscopic method and microscope with improved resolution
DE102012023024A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Light microscope and microscopy method

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