DE10353694A1

DE10353694A1 - Mikroskopievorrichtung

Info

Publication number: DE10353694A1
Application number: DE10353694A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Brandenburg
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-30
Also published as: EP1685438A1; WO2005050280A1

Abstract

Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe und Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung mit einem planaren Lichtwellenleiter, in dem ein eingekoppelter Lichtstrahl zumindest im Bereich eines Probenaufnahmeabschnitts geführt wird, der auf dem Lichtwellenleiter ausgebildet ist, wobei eine Objektiveinrichtung vorgesehen ist, die auf den Probenaufnahmeabschnitt gerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe und ein Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung.
Ein Grundproblem der Mikroskopie an dreidimensionalen Objekten besteht in der Überlagerung der Lichtsignale aus verschiedenen Ebenen der Probe. Daraus resultiert ein verschwommener Hintergrund, der dem Bild aus dem Bereich der scharfen Abbildung überlagert ist. Idealerweise möchte man die dreidimensionale Information des Objektes, d.h. die Bilder aus verschiedenen Ebenen in z-Richtung erhalten, ohne eine Beeinflussung des Bildes aus anderen Objektebenen.
Heute werden hauptsächlich drei Verfahren zur Trennung der z-Stapel eingesetzt. Bei der konventionellen Mikroskopie kann durch Nachbearbeitung der Bilder aus verschiedenen Schärfe-Ebenen (z-Stapel) eine nachträgliche Verbesserung erreichen. Hierzu existieren sogenannte Dekonvolutionsalgorithmen. Der Nachbearbeitung nicht optimaler Ausgangsdaten sind jedoch generell Verfahren überlegen, die durch geeignete optische Anordnungen die Trennung der Ebenen erreichen.
Ein solches Verfahren ist die Laser-Scan Mikroskopie. Dabei wird die Trennung der z-Stapel vorgenommen, indem ein fokussierter Laserstrahl über die Probe scannt. Ein im Abbildungsstrahlengang angebrachtes Pin-hole bewirkt, dass nur Licht aus einer Ebene auf den Detektor gelangt. Durch sukzessives Abscannen verschiedene Ebenen gewinnt man die komplette dreidimensionale Information. Diese Mikroskope sind jedoch sehr aufwändig und teuer. Das Scannen der einzelnen Ebenen bedeutet auch einen relativ hohen Zeitaufwand, so dass bewegte Objekte (z.B. lebende Zellen) nur eingeschränkt erfassbar sind.
Seit wenigen Jahren wird als ein weiteres Verfahren die Totalreflexionsmikroskopie (TIRM: Total infernal reflection mnicroscopy) eingesetzt. Hier erfolgt die Beleuchtung durch das sogenannte evaneszente Feld, das bei Totalreflexion einer Lichtwelle an einer Glasoberfläche entsteht (1). Außerhalb des Glases dringt das evaneszente Feld mit einer exponentiell abfallenden Feld-, bzw. Intensitätsverteilung in das angrenzende Medium ein. Die Eindringtiefe d (1/e-Wert des Feldes) hängt von der Wellenlänge K, dem Einfallswinkel Φ und den Brechzahlen des ersten (höherbrechenden) Mediums n₁ und des zweiten Mediums n₂ ab: d = λ/[2π(n2 2 – n1 2 sin2Φ)1/2].
Auf diese Weise wird nur der direkt an der Oberfläche befindliche Teil des Objektes ausgeleuchtet und entsprechend auch nur dieser Teil beobachtet. Die Eindringtiefe ist für einen Glas – Wasser – Übergang ca. 200 – 300 nm. Damit wird – ähnlich der Laserscanmikroskopie ein Schnitt durch die Probe gelegt, der deutlich 'dünner' ist als im Fall des Laser-Scan-Mikroskops. Allerdings ist im Fall der TIRM die Lage des beobachtbaren Bereiches nicht beliebig, sondern auf die Oberfläche des Objektträgers festgelegt.
Die TIRM ist auch in Kombination mit der Fluoreszenzmikroskopie verwendbar. in diesem Fall erfolgt die Anregung der Fluoreszenz durch das Evaneszentfeld. Die Bildaufnahme wird im Spektralbereich der Fluoreszenzemission durchgeführt. Man spricht in diesem Fall von TIRFM (Total internal reflection fluorescence microscopy).

Grundsätzlich sind zwei Anordnungen der Beleuchtung bekannt; Sie kann entweder durch das Objektiv erfolgen oder auf der dem Objektiv gegenüber liegenden Seite des Objektes durch ein Prisma. Diese Anordnungen haben folgende Vor- und Nachteile: Die Beleuchtung durch das Objektiv hat den Vorteil, dass das Licht die auf dem Objektträger liegende Probe beleuchtet, ohne dass das Umgebungsmedium durchstrahlt werden muss. Andererseits wird das Objektiv durchstrahlt. Bei empfindlichen fluoreszenzoptischen Detektionsverfahren kann das im Objektiv entstehende Streulicht die Messung erheblich stören, da die Anregungsintensitäten um Größenordnungen über den nachzuweisenden Lichtintensitäten liegen. Damit kann auch bei guten Interferenzfiltern noch so viel Anregungslicht in die Detektioneinheit gelangen, dass ein störender Untergrund vorgefunden wird. Die alternative Methode ist die Anregung auf der dem Objektiv gegenüberliegenden Seite des Objektes. Da die Totalreflexionsbedingung nicht durch Einstrahlung auf eine Seite einer planparallelen Platte erreicht wird, muss hier ein Prisma eingesetzt werden. In diesem Fall sind Anregungs- und Emissionsstrahlengang getrennt. Allerdings muss in diesem Fall der Probenraum über dem zu beobachtenden Bereich an der Objektträgeroberfläche durchstrahlt werden. In der Regel befinden sich biologische Proben z.B. in Puffermedien. Unter Umständen werden diesen Medien während der Beobachtung Reagenzien oder Nährstoffe zugegeben. Damit kann aber der Beobachtungsstrahlengang stark gestört werden, was unter anderem die erreichbare Auflösung vermindert. Auch der Teil der Probe, der sich in einem größeren Abstand von der Prismenoberfläche befindet, kann durch Absorption oder Streuung des Lichtes zur Reduktion der Bildqualität beitragen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe und ein Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung zu schaffen wobei eine Beobachtung der Probe mit hoher Bildqualität möglich ist.

Im Hinblick auf den Vorrichtungsaspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe mit: einem planaren Lichtwellenleiter, auf dem ein Probenaufnahmeabschnitt zur Aufnahm der Probe vorgesehen ist, einer Lichteinkoppeleinrichtung zum Einkoppeln von Licht in den planaren Lichtwellenleiter, wobei der planare Lichtwellenleiter zur Führung eines eingekoppelten Lichtstrahls zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts vorgesehen ist, und einer Objektiveinrichtung, die auf den Probenaufnahmeabschnitt gerichtet ist.

In bevorzugter Weise ist der Probenaufnahmeabschnitt direkt auf dem planare Lichtwellenleiter angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem planare Lichtwellenleiter.

In bevorzugter Weise ist die Objektiveinrichtung durch den planaren Lichtwellenleiter auf den Probenaufnahmeabschnitt gerichtet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der planare Lichtwellenleiter auf einem Trägersubstrat angeordnet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Trägersubstrat aus einem transparenten Trägermaterial. In bevorzugter Weise ist die Objektiveinrichtung durch das transparente Trägersubstrat auf den Probenaufnahmeabschnitt gerichtet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Einkoppelabschnitt zur direkten Einkoppelung des Lichtstrahls auf dem planaren Lichtwellenleiter vorgesehen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Einkoppelabschnitt zur Einkoppelung des Lichtstrahls in den planaren Lichtwellenleiter an dem transparenten Trägersubstrat vorgesehen.

In bevorzugter Weise ist der Einkoppelabschnitt zur Einkoppelung des Lichtstrahls außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes vorgesehen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Einkoppelabschnitt ein Koppelgitter auf.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Einkoppelabschnitt ein Koppelprisma aufweist.

In bevorzugter Weise ist der planare Lichtwellenleiter als eine Beschichtung auf dem Trägersubstrat ausgebildet. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung aus einer Tantaloxid-Schicht, insbesondere einer Tantalpentoxid-Schicht (Ta₂O₅), oder einer Siliziumnitrid-Schicht (Si₃N₄) oder einer Siliziumoxinitrid-Schicht (Si_xO_yN_z) oder einer Titanoxid-Schicht (TiO₂) auf dem Trägersubstrat 5 aus Glas oder Polymer gebildet.

In bevorzugter Weise ist der Probenaufnahmeabschnitt durch ein Decksubstrat abgedeckt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Objektiveinrichtung im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl auf den Probenaufnahmeabschnitt gerichtet.

Im Hinblick auf den Verfahrensaspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung, wobei die Probe auf einem Probenaufnahmeabschnitt eines planaren Lichtwellenleiter angeordnet wird, und ein eingekoppelter Lichtstrahl in dem planaren Lichtwellenleiter zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts geführt wird, und die Probe durch eine Objektiveinrichtung beobachtet wird.

In bevorzugter Weise ist die Beobachtungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl.

In bevorzugter Weise wird die Probe direkt auf dem planare Lichtwellenleiter aufgebracht, und der beobachtete Teil der Probe erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem geführten Lichtstrahl.

In bevorzugter Weise wird die Probe durch den planaren Lichtwellenleiter hindurch beobachtet.

In bevorzugter Weise ist der planare Lichtwellenleiter auf einem transparenten Trägersubstrat angeordnet, und die Probe wird durch das transparente Trägersubstrat beobachtet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl direkt in den planaren Lichtwellenleiter eingekoppelt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl über das transparenten Trägersubstrat in den planaren Lichtwellenleiter eingekoppelt.

In bevorzugter Weise wird der Lichtstrahl außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes eingekoppelt.

Auf vorteilhafte weise wird somit eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen, wobei einerseits eine Trennung zwischen Anregungs- und Beobachtungsstrahlengang gewährleistet ist, gleichzeitig aber ohne den Durchgang des Lichtes durch den Probenraum auskommt. Außerdem ist eine weitere Reduktion der Eindringtiefe von Vorteil. Zusätzlich wird insbesondere bei Fluoreszenzanalysen eine hohe Anregungsintensität an der Oberfläche gefordert. Der Durchgang durch andere Medien (u.a. des Objektträgers) sollte so wenig wie möglich zu Untergrundlicht beitragen. Dieses störende Licht entsteht sowohl durch Streuung als auch durch Eigenfluoreszenz der verwendeten Medien.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläuter. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel der Mikroskopievorrichtung in schematischer Darstellung,
2 die Intensitätsverteilung in einem Lichtwellenleiter auf einem Trägersubstrat gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In 1 ist in schematischer Darstellung eine Mikroskopievorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Diese Mikroskopievorrichtung weist einen planaren Lichtwellenleiter 1 auf. Auf diesem planaren Lichtwellenleiter 1, der im Wesentlichen als dünnes ebenes Plättchen ausgebildet ist, ist ein Probenaufnahmeabschnitt 2 vorgesehen. Dieser Probenaufnahmeabschnitt 2 ist direkt auf einer Seitenfläche des planaren Lichtwellenleiters 1 angeordnet.
Die zu untersuchende Probe oder Substanz wird somit auf die Seitenfläche des planaren Lichtwellenleiters aufgegeben, so daß diese Kontaktebene die Beobachtungs- bzw. Analyseebene der Probe bestimmt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Probenaufnahmeabschnitt 2 und der dadurch bestimmte Probenraum durch Abstandselemente 8 definiert, wobei ein Decksubstrat 7 in Form eines Deckglases den Probenraum nach oben hin begrenzt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf dem Lichtwellenleiter 1 außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes 2 ein Einkopplungsabschnitt 6 vorgesehen, um Licht L, das von einer nicht näher bezeichneten Lichtquelle abgestrahlt wird, in den planaren Lichtwellenleiter 1 einzukoppeln.
Der eingekoppelte Lichtstrahl 3 erstreckt sich, wie in 1 gezeigt, entlang des planaren Lichtwellenleiters 1, von dem Einkoppelabschnitt 6 ausgehend, entlang des Probenaufnahmeabschnittes 2. Somit erstreckt sich der eingekoppelte Lichtstrahl im Wesentlichen parallel zu dem Probenaufnahmeabschnitt 2, d.h. im Wesentlichen parallel zu der Kontaktebene einer aufgebrachten Probe mit dem Lichtwellenleiter 1. Daraus ergibt sich, daß der eingekoppelte Lichtstrahl sich ebenfalls im Wesentlichen parallel zu der Beobachtungsebene erstreckt.
Dieser eingekoppelte Lichtstrahl 3 in dem planaren Lichtwellenleiter 1 erzeugt ein Evaneszentfeld, das sich im Wesentlichen senkrecht zu dem eingekoppelten Lichtstrahl 3 ausbreitet. Dabei tritt das Evaneszentfeld aus dem Lichtwellenleiter 3 aus, so daß eine Ausleuchtung der Randbereiche entlang des Lichtwellenleiters 1 erfolgt. Diese Ausleuchtung der Randbereiche mit sehr geringer Tiefe erfolgt im Wesentlichen senkrecht zu dem eingekoppelten Lichtstrahl 3.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel tritt das Evaneszentfeld des eingekoppelten Lichtstrahls 3 in den Probenaufnahmeabschnitt 2 ein und leuchtet somit die Beobachtungsebene, d.h. die Kontaktebene der zu beobachtenden Probe auf dem Lichtwellenleiter 1, aus. Diese Kontaktebene der Probe lässt sich über die Objektiveinrichtung 4 beobachten. Dabei ist die Objektiveinrichtung 4 durch den Lichtwellenleiter 1 auf den Probenaufnahmeabschnitt 2 gerichtet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Beobachtungsrichtung der Objektiveinrichtung 4 im Wesentlichen senkrecht zu dem planaren Lichtwellenleiter 1 und somit im Wesentlichen senkrecht zu dem eingekoppelten Lichtstrahl 3.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der planare Lichtwellenleiter 1 auf einem Trägersubstrat 5 angeordnet. Dieses Trägersubstrat 5 ist aus einem transparenten Material, wie beispielsweise Glas, hergestellt, so daß die Objektiveinrichtung 4 die Beobachtungsebene der Probe durch den Lichtwellenleiter 1 und durch das transparente Trägersubstrat 5 beobachten kann.
Bei der in 1 gezeigten Mikroskopievorrichtung erfolgt die Anregung durch den planaren Lichtwellenleiter 1. Das Evaneszentfeld dieses Lichtleiters dringt in die auf dem Lichtwellenleiter 1 im Bereich des Probenaufnahmeabschnittes 2 liegende Probe ein.
Der Lichtwellenleiter kann beispielsweise aus einer dünnen Platte aus einem transparenten Material bestehen. Diese dünne Platte besteht beispielsweise aus einem Glas (z.B. Objektträger- oder Deckglas-Format), einem Polymer oder einem transparenten kristallinen Material. Die Dicke dieser dünnen Platte liegt im Bereich 0,1 – 2 mm. Die Länge dieser dünnen Platte ist im Bereich von 1,0 – 5,0 cm, die Breite 0,5 – 5,0 cm. Die Brechzahl dieser dünnen Platte ist für die Ausbildung der Lichtleitung größer als die Brechzahl der Umgebungsmedien. Beispielsweise liegen die Brechzahlen der genannten Materialien in dem Bereich 1,4 – 1,6.
Der Lichtwellenleiter 1 des gezeigten Ausführungsbeispiels besteht aus einer dünnen Beschichtung, die z.B. auf einen Glasträger (z.B. Objektträger- oder Deckglas-Format), einem Polymer oder einem transparenten kristallinen Material (Trägersubstrat 5) aufgebracht wurde. Die Beschichtung kann neben den nachfolgend noch beschriebenen Tantalpentoxid (Ta₂O₅) auch aus Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumoxinitrid (Si_xO_yN_z) oder Titanoxid (TiO₂) bestehen. In jedem Fall muss dabei die Brechzahl des Beschichtungsmaterials größer sein als die Brechzahl des Trägermaterials und größer als die des Umgebungsmediums.
Idealerweise ist die Differenz der Brechzahlen von Träger und Beschichtung möglichst groß zu wählen, da in diesem Fall ist der Evaneszentfeldanteil besonders groß wird. Damit wird die Anordnung empfindlich auf Veränderungen an der Wellenleiteroberfläche. Die genannten Beschichtungsmaterialen sind daher bevorzugt hochbrechende Beschichtungen. Neben der Brechzahl ist für die Auswahl der Beschichtung auch die chemische Resistenz und geringe Lichtstreuung wesentliche Auswahlkriterien. Die Dicke der Wellenleitenden Beschichtung wird in vorteilhafter Weise so gewählt, dass nur der Grundmodus des Wellenleiters ausbreitungsfähig ist. Nur in diesem Fall ist die Intensitätsverteitung im Wellenleiter und das Evaneszentfeld eindeutig vorgegeben. Außerdem hat der Grundmodus bei einer optimierten Wellenleiterdicke das höchste Evaneszentfeld. Typische Dicken sind im Bereich 120 nm – 500 nm. Die Substratbrechzahlen liegen im Bereich 1,4 – 1,6. Die Brechzahlen der Beschichtungen sind typischerweise 1,55 – 2,4. Das Koppelgitter wird entweder in die Oberfläche des Trägers (vor der Beschichtung mit dem Wellenleitermaterial) oder in die Beschichtung geätzt. Die Gitterperioden sind typischerweise im Bereich 300 nm – 1000 nm. Die Ätztiefen sind im Bereich 5 nm – 50 nm.
Wie in 1 dargestellt, erfolgt die Anregung von der Probenseite bei getrennten Strahlengängen. Bei dem aus einer Beschichtung bestehenden Lichtwellenleiter 1 wird auch das Glas (Trägersubstrat 5) vom Anregungslicht kaum noch durchstrahlt (bis auf das Evaneszentfeld auf der Substratseite), so dass eine eventuelle störende Eigenfluoreszenz des Glases vermindert wird. Die Beobachtung erfolgt durch den Glasträger (Trägersubstrat 5) ohne den Probenraum (Probenaufnahmeabschnitt 2) zu durchstrahlen.
Die Einkopplung erfolgt im Fall des den Lichtwellenleiter bildenden Glasträgers im einfachsten Fall durch eine schräg polierte Kante. Im Fall des aus einer dünnen Beschichtung bestehenden Lichtwellenleiters wird z.B. ein Koppelgitter (Einkoppelabschnitt 6) verwendet, das in den Träger durch Ätzen oder Abformtechniken eingebracht wird. Alternativ kann die Einkopplung durch ein auf den Lichtwellenleiter aufgebrachtes Koppelprisma erfolgen. Das Licht kann in das Gitter sowohl von der Beschichtungsseite als auch von der Trägerseite in den Lichtwellenleiter eingekoppelt werden.
Ein weiterer Vorteil von sehr dünnen, hochbrechenden Lichtwellenleitern ist, dass die Intensität des Evaneszentfeldes sehr hoch ist und die Ausdehnung in das angrenzende Medium auf ca. 50 nm beschränkt werden kann, so dass eine sehr enge Begrenzung des Beobachtungsvolumens erreicht wird. Signale aus anderen Ebenen in der Probe werden unterdrückt.
Als Beispiel für einen Beschichtungswellenleiter wird eine Tantaloxid-Schicht auf Glas angegeben. Mit den Wellenleiterdaten

• Filmbrechzahl nf = 2,22 (Ta₂O₅)
• Substratbrechzahl n_s = 1,515 (Glas)
• Umgebungsbrechzahl n_u = 1,33 (Wasser)
• Filmdicke d = 156 nm
• Lichtwellenlänge λ_o = 633 nm

• für den Grundmodus (m = 0) in TE-Polarisation: n_eff = 1,92530
• Intensität an WL-Oberfläche I(0)/I_max = 0,39
• Halbwertsbreite des Evaneszentfeldes x_1/2 = 25 nm
• Im Umgebungsmedium geführte Leistung P_u/P = 0,18

I(0) bezeichnet die Intensität an der Wellenleiteoberfläche,
I_max die maximale Intensität der Verteilung im Wellenleiter,
Halbwertsbreite des Evaneszentfeldes bezeichnet den Abstand von der Wellenleiteroberfläche (außerhalb des Wellenleiters), an dem die Intensität die Hälfte der Intasität an der Oberfläche des Wellenleiters annimmt.
Leistung im Umgebungsmedium Pu bezeichnet die Lichtleistung, die außerhalb des Wellenleiters an der Oberfläche geführt wird, P ist die Gesamtintensität der Intensitätsverteilung.
Die Intensitätsverteilung eines derartigen Lichtwellenleiters mit Trägersubstrat ist in 2 gezeigt.
Das vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt eine Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe mit einem planaren Lichtwellenleiter 1, auf dem ein Probenaufnahmeabschnitt 2 zur Aufnahm der Probe vorgesehen ist. Eine Lichteinkoppeleinrichtung zum Einkoppeln von Licht in den planaren Lichtwellenleiter 1 ist vorgesehen, wobei der planare Lichtwellenleiter 1 zur Führung eines eingekoppelten Lichtstrahls 3 zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts 2. Eine Objektiveinrichtung 4 ist auf den Probenaufnahmeabschnitt 2 gerichtet.
Der Probenaufnahmeabschnitt 2 ist direkt auf dem planare Lichtwellenleiter 1 angeordnet. Der Probenaufnahmeabschnitt 2 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem planare Lichtwellenleiter 1.
Die Objektiveinrichtung 4 ist durch den planaren Lichtwellenleiter 1 auf den Probenaufnahmeabschnitt 2 gerichtet. Die Objektiveinrichtung 4 ist im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl 3 auf den Probenaufnahmeabschnitt 2 gerichtet.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der planare Lichtwellenleiter 1 auf einem Trägersubstrat 5 angeordnet. Dieses Trägersubstrat 5 besteht aus einem transparenten Trägermaterial. Die Objektiveinrichtung 4 ist durch das transparente Trägersubstrat 5 auf den Probenaufnahmeabschnitt 2 gerichtet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Einkoppelabschnitt 6 zur direkten Einkoppelung des Lichtstrahls 3 auf dem planaren Lichtwellenleiter 1 vorgesehen. Der Einkoppelabschnitt 6 ist zur Einkoppelung des Lichtstrahls 3 außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes 2 vorgesehen ist. Der Einkoppelabschnitt 6 weist ein Koppelgitter auf. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein Einkoppelabschnitt zur Einkoppelung des Lichtstrahls in den planaren Lichtwellenleiter an dem transparenten Trägersubstrat vorgesehen sein. Alternativ zu dem gezeigten Koppelgitter kann der Einkoppelabschnitt ein Koppelprisma aufweisen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der planare Lichtwellenleiter 1 als eine Beschichtung auf dem Trägersubstrat 5 ausgebildet. Die Beschichtung ist aus einer Tantaloxid-Schicht, insbesondere einer Tantalpentoxid-Schicht (Ta₂O₅), oder einer Siliziumnitrid-Schicht (Si₃N₄) oder einer Siliziumoxinitrid-Schicht (Si_xO_yN_z) oder einer Titanoxid-Schicht (TiO₂) auf dem Trägersubstrat 5 aus Glas oder Polymer ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Probenaufnahmeabschnitt 2 durch ein Decksubstrat 7 aus Glas abgedeckt.
Das vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt weiterhin ein Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung. Die Probe wird auf einem Probenaufnahmeabschnitt 2 eines planaren Lichtwellenleiter 1 angeordnet. Ein eingekoppelter Lichtstrahl 3 wird in dem planaren Lichtwellenleiter 1 zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts 2 geführt. Die Probe wird durch eine Objektiveinrichtung 4 beobachtet.
Die Beobachtungsrichtung ist im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl 3. Die Probe wird durch den planaren Lichtwellenleiter 1 hindurch beobachtet.
Die Probe wird direkt auf dem planare Lichtwellenleiter 1 aufgebracht wird, und der beobachtete Teil der Probe erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem geführten Lichtstrahl 3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der planare Lichtwellenleiter 1 auf einem transparenten Trägersubstrat (5) angeordnet, und die Probe wird durch das transparente Trägersubstrat (5) beobachtet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lichtstrahl 3 direkt in den planaren Lichtwellenleiter 1 eingekoppelt wird. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Lichtstrahl über das transparente Trägersubstrat in den planaren Lichtwellenleiter eingekoppelt werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 3 außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes 2 eingekoppelt wird.

Claims

Mikroskopievorrichtung zur Beobachtung einer Probe mit: einem planaren Lichtwellenleiter (1), auf dem ein Probenaufnahmeabschnitt (2) zur Aufnahm der Probe vorgesehen ist, einer Lichteinkoppeleinrichtung zum Einkoppeln von Licht in den planaren Lichtwellenleiter (1 ), wobei der planare Lichtwellenleiter (1) zur Führung eines eingekoppelten Lichtstrahls (3) zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts (2) vorgesehen ist, und einer Objektiveinrichtung (4), die auf den Probenaufnahmeabschnitt (2) gerichtet ist.
Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenaufnahmeabschnitt (2) direkt auf dem planare Lichtwellenleiter (1) angeordnet ist und sich im Wesentlichen parallel zu dem planare Lichtwellenleiter (1) erstreckt.
Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektiveinrichtung (4) durch den planaren Lichtwellenleiter (1) auf den Probenaufnahmeabschnitt (2) gerichtet ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Lichtwellenleiter (1) auf einem Trägersubstrat (5) angeordnet ist.
Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (5) aus einem transparenten Trägermaterial besteht.
Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektiveinrichtung (4) durch das transparente Trägersubstrat (5) auf den Probenaufnahmeabschnitt (2) gerichtet ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkoppelabschnitt (6) zur direkten Einkoppelung des Lichtstrahls (3) auf dem planaren Lichtwellenleiter (1) vorgesehen ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkoppelabschnitt zur Einkoppelung des Lichtstrahls in den planaren Lichtwellenleiter an dem transparenten Trägersubstrat vorgesehen ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppelabschnitt (6) zur Einkoppelung des Lichtstrahls (3) außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes (2) vorgesehen ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppelabschnitt (6) ein Koppelgitter aufweist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppelabschnitt ein Koppelprisma aufweist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Lichtwellenleiter (1) als eine Beschichtung auf dem Trägersubstrat (5) ausgebildet ist.
Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Tantaloxid-Schicht, insbesondere einer Tantalpentoxid-Schicht (Ta₂O₅), oder einer Siliziumnitrid-Schicht (Si₃N₄) oder einer Siliziumoxinitrid-Schicht (Si_xO_yN_z) oder einer Titanoxid-Schicht (TiO₂) auf dem Trägersubstrat (5) aus Glas oder Polymer gebildet ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenaufnahmeabschnitt (2) durch ein Decksubstrat (7) abgedeckt ist.
Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektiveinrichtung (4) im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl (3) auf den Probenaufnahmeabschnitt (2) gerichtet ist.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung, wobei die Probe auf einem Probenaufnahmeabschnitt (2) eines planaren Lichtwellenleiter (1) angeordnet wird, und ein eingekoppelter Lichtstrahl (3) in dem planaren Lichtwellenleiter (1) zumindest im Bereich des Probenaufnahmeabschnitts (2) geführt wird, und die Probe durch eine Objektiveinrichtung (4) beobachtet wird.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu dem geführten Lichtstrahl (3) ist.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe direkt auf dem planare Lichtwellenleiter (1) aufgebracht wird, und der beobachtete Teil der Probe sich im Wesentlichen parallel zu dem geführten Lichtstrahl (3) erstreckt.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe durch den planaren Lichtwellenleiter (1) hindurch beobachtet wird.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der planare Lichtwellenleiter (1) auf einem transparenten Trägersubstrat (5) angeordnet ist, und die Probe durch das transparente Trägersubstrat (5) beobachtet wird.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (3) direkt in den planaren Lichtwellenleiter (1) eingekoppelt wird.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl über das transparente Trägersubstrat in den planaren Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Verfahren zur Beobachtung einer Probe in einer Mikroskopievorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (3) außerhalb des Probenaufnahmeabschnittes (2) eingekoppelt wird.