DE69927307T2 - Mikroskop mit Verstrebungen - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Mikroskope und Verfahren zum Erhalten von Bildern mit diesen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele Jahre lang sind Lichtmikroskope als eine vollentwickelte Technik angesehen worden. Während viele bemerkenswerte Versuche unternommen wurden, die Fähigkeiten des Lichtmikroskops auszuweiten, haben bis jetzt solche Versuche keine wesentlichen Leistungssteigerungen erzielt und sind allgemein zu bedeutend erhöhten Kosten erhalten worden. Schwingungen in Mikroskopen sind als ein Hauptfaktor bekannt gewesen, der zur Grenze der Auflösungsleistung beiträgt. Man hat früher verursacht, Schwingungen im Mikroskoprahmen durch Bauen sehr starrer oder schwerer Rahmen, oder durch Konstruieren horizontaler Mikroskope auf massiven Rahmen im optischen Bankstil zu bewältigen. Andere Versuche zum Verbessern der Schwingungsleistungen haben passive oder aktive Schwingungsdämpfungstische, -Füße oder – Plattformen verwendet.
  • Die Erzeugung von Bildkontrast in Mikroskopen ist ein Bereich, wo in der Vergangenheit beträchtliche Arbeit ausgeführt wurde. Versuche, den Kontrast beobachteter biologischer Proben zu vergrößern, haben zu vielen neuen Verfahren wie zum Beispiel Phasenkontrast, Interferenzkontrast, Hoffmann-Modulationskontrast, Differenzinterferenzkontrast, Mikroskopie mit polarisiertem Licht, Dunkelfeldmikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie geführt. Die Herausforderung, Bildkontrast an der äußersten Auflösungsgrenze zu erzeugen, ergab solche Techniken wie Hochleistungs-Immersionsdunkelfeld und ultramikroskopische Beleuchtung. Phasen- und Interferenzkontrasttechniken führten Artefakte ein, von denen einige asymmetrisch waren, die es schwierig machten, die Bilder in bezug zu der echten Struktur der betrachteten Proben zu bringen. Dunkelfeld- und Fluoreszenztechniken stellten Bildausbildung in einer Form dar, die Sehfähigkeiten höchst unvertraut ist, in sehr ähnlicher Weise, wie wir unfähig sind, Informationen aus einem photographischen oder elektronischen "Negativ-" Bild zu extrahieren.
  • Versuche, mehr Informationen über Zellen in Echtzeit zu erhalten, haben konfokale Mikroskopie, die Hochleistungs-Laserlichtquellen verwendet, welche den Probenbereich abtasten, um ein Endbild der Probe aufzubauen, und neuere maskierte konfokale Techniken hervorgebracht, die Bilder lebender Proben mit höherer Geschwindigkeit aufbauen können. Allgemein ist die Vollbild/Halbbildrate der konfokalen Systeme zu langsam zum Untersuchen von Bewegung hoher Geschwindigkeit vieler Komponenten in biologischen Systemen, da sie Bewegung hoher Geschwindigkeit aufweisen.
  • Versuche, hohe Auflösung zu erzielen, basierten auf der Formel für mikroskopische Auflösung, die zuerst durch Ernst Abbe entwickelt wurde, Auflösungsgrenze = Wellenlänge von Licht/(k × numerische Apertur des Objektivs). Werte für k im Bereich von 1,6 bis 2 sind über 50 Jahre lang akzeptiert worden, aber die neuste Arbeit des Erfinders legt nahe, dass der Wert von k gesenkt werden kann und ausführlicher untersucht werden muss, wenn er auf verbesserte optische Systeme mit neuen Beleuchtungsverfahren und Abbildungsmitteln angewendet wird.
  • Da Mikroskopsysteme komplexer geworden sind, haben mehr Glasoberflächen größeren Lichtverlust aufgrund von Übertragungsverlusten in den Glaselementen, Innenreflexion und Streulicht erzeugt. Das Streulicht trug zu schlechtem Kontrast bei, und die Innenreflexionen und Übertragungsverluste zusammen mit dem Streulicht bedeuteten, dass fortschreitend stärkere Lichtquellen zum Erzeugen verwendbarer Bildhelligkeit benötigt wurden. Diese Hochenergiequellen müssen das Licht mit hohen Intensitäten durch den Probenraum weiterleiten, da die meisten der verlustbehafteten Komponenten sich zwischen der Probe und dem Abbildungsmittel befinden. Moderne binokulare und trinokulare Systeme mit ihren zugehörigen Prismen, Spiegeln und Linsen sind besonders unwirksam und erfordern höhere Lichtpegel.
  • Das deutsche Gebrauchsmuster G 9 004 328.6 beschreibt ein Mikroskop mit einem Kopf, einem Rahmen und einer Basis, wobei die Stabilität durch ein vertikales Stützelement zwischen der Basis und dem Kopf verbessert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Schwingungshemmende Mittel gemäß den Ansprüchen 1 und 11 sind auch zum Steuern der Bewegung des Objektivs in bezug zu der betrachteten Probe und der Stellung der Abbildungseinrichtung in bezug zum Objektiv vorgesehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Vorzugsweise sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nun, nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden, in denen:
  • 1 eine Ausführungsform eines IDC-Mikroskops in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Ausführungsform der Anordnung des Videosystems des IDC-Mikroskops zeigt;
  • 3 eine Ausführungsform einer piezoelektrisch betätigten Abstützung zeigt; und
  • 4 einen Querschnitt eines typischen Objektivs zeigt, das in einem IDC-Mikroskop in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
  • 4a das Detail des bei A in 4 identifizierten Bereichs zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In konventionellen Mikroskopen werden Wolfram-, Wolframhalogen-, Quarzhalogen- oder Lichtbogen-Lichtquellen verwendet. Diese Lichtquellen sind nicht gut hinsichtlich der Stellung der lichtemittierenden Oberfläche der Quelle gesteuert, und folglich ist gewöhnlich ein Mittel zum Zentrieren der lichtemittierenden Oberfläche in der X-, Y- und Z-Richtung in bezug zum Strahlengang des Mikroskops vorhanden.
  • Das vorliegende Mikroskop, das allgemein bei 10 angezeigt ist, kann eine Lichtquelle 14 verwenden, in der die genaue Position der lichtemittierenden Komponente genau durch den Körper der Lichtquelle 14 und/oder die Fassung gesteuert wird, in der sie angebracht ist. Dies beseitigt die Notwendigkeit eines Zentriermechanismus für die Lichtquelle 14 und stellt sicher, dass im wesentlichen die höchstmögliche Intensität und geometrische Steuerung des Strahls und Wiederholbarkeit erreicht wird. Geeignete Beispiele solcher Lichtquellen sind die Welch Allen-Lampen für medizinische Anwendungen, die ILC-Lichtbogenlampen, die vorfokussierten GE- und Sylvania- Lampen und andere, ähnliche Lichtquellen. Soweit es dem vorliegenden Erfinder bekannt ist, sind diese Lichtquellen bis jetzt nicht mit Lichtmikroskopen verwendet worden.
  • In dem Mikroskop 10 wird die Lichtquelle 14, der die benötigte Energie von einer geeigneten Stromversorgung 16 zugeführt wird, so angebracht, dass so viel Licht wie möglich aus der/den lichtemittierenden Oberfläche oder Oberflächen durch ein geeignetes Beleuchtungsfokussiermittel, wie zum Beispiel einen Spiegel 18 hinter der Lichtquelle 14 und/oder eine Linse 22 vor der Lichtquelle 14, fokussiert wird. Das Licht von der Rückseite der Lichtquelle 14 wird auf oder angrenzend an die emittierende(n) Oberfläche(n) der Lichtquelle 14 durch den Spiegel 18 zurück fokussiert. Das Licht von der Vorderseite der Lichtquelle 14 und das durch den Spiegel 18 zurückgeführte wird durch die Linse 22 oder einen Satz von Linsen vor der Lichtquelle 22 zu einem gebündelten Strahl fokussiert. Geeignete Aperturen 26, Ablenkplatten 30 oder Röhrenstrukturen (nicht gezeigt) werden verwendet, um sicherzustellen, dass das Licht von der Linse 22 im wesentlichen vollständig gebündelt wird. Es ist erwünscht, das Licht von der Linse 22 so zu bündeln, dass wenig oder kein von der Achse abweichendes Licht in das im folgenden beschriebene Kondensorsystem des Mikroskops 10 eintritt. Solches von der Achse abweichendes Licht würde im optischen Abbildungssystem zu "Streulicht" werden und würde den Kontrast des Endbilds verschlechtern.
  • Da die meisten Lichtquellen Licht emittieren, das sich außerhalb des Bereichs menschlichen Sehvermögens und dem korrigierten Bereich von Mikroskopoptik befindet, ist ein Filtermittel 34 in dem Weg des Beleuchtungsstrahls vorgesehen, um das Licht zu filtern, damit es so nahe wie möglich dem Bereich von Wellenlängen entspricht, für den die Optik des Mikroskops 10 ausgelegt ist. Das Filtermittel 34 kann irgendwo in dem Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle 14 und der Endoptik des Kondensors 38 eingeschlossen sein, und das Filtermittel 34 kann aus einem oder mehreren Wärmefiltern wie zum Beispiel Schott KG1- oder KG5-Glas bestehen, und kann zusätzliche Interferenzfilter zum Dämpfen des roten oder blauen Endes des Lichtspektrums enthalten, und kann den ultravioletten Anteil des Spektrums mit Filtern zum Beispiel der Schott WG- oder GG-Baureihe ausschließen. Durch Beseitigung des Infrarotanteils des Spektrums wird Erhitzung der Probe mit seiner damit verknüpften Auswirkung auf lebende Proben umfassend reduziert. Beseitigung des ultravioletten Lichts hoher Energie aus dem die Probe erreichenden Licht bedeutet, dass die Proben nicht so viel DNA-, Zell- und Entfärbungsbeschädigung ausgesetzt werden. Dies bedeutet, dass Proben während kontinuierlicher Untersuchung für längere Zeitspannen auf dem Mikroskop gehalten werden können. Es bedeutet auch, dass die untersuchten Proben nicht den unnormalen Pegeln von Infrarotlicht und Ultraviolettlicht von den gewöhnlichen, in Mikroskopen verwendeten Quellen ausgesetzt werden, die allgemein Glüh-, Metallhalogen- oder Xenon- oder Quecksilberlichtbogenquellen sind, verglichen mit dem Verhältnis von infrarotem zu sichtbarem zu ultraviolettem in dem von der Sonne kommenden Licht. Es ist ein wichtiges Merkmal dieses Mikroskops, dass lebende Proben nur Verhältnissen von infrarotem zu sichtbarem Licht und ultraviolettem zu sichtbarem Licht bei oder weniger als den Verhältnissen ausgesetzt werden, denen die Proben in der Natur ausgesetzt werden würden.
  • Dieses Merkmal bedeutet, dass Proben sich in einer Weise verhalten, die stärker analog zu ihrem Verhalten in ihrer natürlichen Umgebung ist.
  • Durch Begrenzen der Wellenlängen von in dem Beleuchtungsstrahl vorhandenem Licht ist es möglich, das Objektiv 40 des Mikroskops 10 mit Licht zu bedienen, das ein Bild höherer Auflösung des Objekts aufgrund der Anpassung des Lichts an die Auslegungsspezifikationen des Objektivs 40 des Mikroskops 10 bildet. Auf diese Weise kann das durch die Proben hindurchgehende Licht darauf begrenzt werden, an die besten sphärischen und chromatischen Aberrationskorrekturpunkte des Objektivs angepasst zu werden. Typischerweise würde das Licht auf zwei Wellenlängenbereiche für ein achromatisches Objektiv oder drei Wellenlängenbereiche für ein apochromatisches Objektiv begrenzt sein. Diese Begrenzung der Wellenlänge des Lichts reduziert weiter Probenerhitzung und nicht mit Wärme verknüpfte Effekte.
  • Es wird erwogen, dass nichtebene Optik allgemein die besten Bilder ergeben wird. Dies liegt darin begründet, dass keine Kompromisse für Feldebenheit vorhanden sind und das IDC-System nur einen kleinen Teil des Innenbereichs des Gesamtbilds verwendet. Dementsprechend ist Feldebenheit nicht so ein großes Problem, wie es in anderen Mikroskopsystemen der Fall wäre, die das vollständige Sichtfeld des Objektivs verwenden.
  • Wo es erwünscht ist, Fluoreszenzvermögen für das Mikroskop 10 einzuschließen, kann eine Stellung in dem Filtermittel 34 für einen Beleuchtungsfilter vorgesehen werden, der die Beleuchtungsstrahl-Wellenlängen nur auf diejenigen Wellenlängen begrenzt, die zum Erregen der mit der Probe verwendeten Fluorophore wichtig sind. In diesem Fahl sollte das Substrat dieses Filters so dünn wie möglich gehalten wer den, so dass der Strahlengang des Beleuchtungsstrahls so wenig wie möglich unterbrochen wird. Da das Beleuchtungsverfahren Dunkelfeld ist, kann Fluoreszenzabbildung auf dieses Verfahren mit beinahe der gleichen Ergebnisqualität wie bei reflektierter Lichtmikroskopie angewendet werden, obwohl das Bild von dem IDC-Mikroskop eine durch "Hellfeld" übertragene Lichttechnik zu sein scheint und nominell darstellt. Um den Beleuchtungsstrahl an Charakteristiken des verwendeten Kondensors 38 anzupassen, werden zusätzliche optische Systeme verwendet. Genau ausgedrückt, geht der gebündelte Beleuchtungsstrahl von der Lichtquelle 14 durch einen oder beide der beiden Typen optischer Systeme hindurch. Der erste optische Systemtyp ist bedienbar, um die Beleuchtungsstrahlabmessung abzuwandeln, um zu den optischen Anforderungen des Kondensors 38 zu passen. Dieses System kann ein System aus fixierten Linsen 42 und 46 oder eine Zoomlinseneinrichtung (nicht gezeigt) darstellen, die beide arbeiten, um im wesentlichen die höchstmögliche Lichtmenge von der Beleuchtungsquelle 14 zu dem Kondensor 38 in einer Strahlgeometrie zu liefern, die so gewählt ist, um die Charakteristiken des Kondensors 38 vollständig auszunutzen.
  • Wenn ein Dunkelfeldkondensor verwendet wird, kann ein paralleler Lichtstrahl am vorteilhaftesten sein, während in einem konventionellen Hellfeldkondensor ein konvergierender Lichtstrahl erwünscht ist, wobei der konvergierende Strahl das Bild des Glühfadens der Lampe auf der hinteren Brennebene des Kondensors zum Erreichen von Kohler-Beleuchtung präsentiert. Bei Bedarf kann der Beleuchtungsstrahl durch ein zweites optisches System (nicht gezeigt) hindurchgehen, um den Beleuchtungsstrahl zum Erreichen von Kohler-Beleuchtung umzuformen, wie es im technischen Gebiet gut bekannt ist.
  • Der Kondensor 38 kann ein Dunkelfeldkondensor mit hoher numerischer Apertur eines jeglichen Typs sein, wie den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt ist. Die Auslegung des Kondensors 38 sollte einen inneren und äußeren Beleuchtungskegel mit einer numerischen Apertur erzeugen, die an die optischen Charakteristiken des verwendeten Objektivs 40 angepasst ist oder diese übersteigt. Die momentan bevorzugten numerischen Aperturen für Kondensoren 38 sind 1,27 für den inneren Kegel und 1,33 für den äußeren Kegel für die meisten biologischen Anwendungen, obwohl für Objektive kleinerer Leistung mit niedrigen numerischen Aperturen ein Dunkelfeldkondensor einer niedrigen NA verwendet werden kann. Dies ist durch Verwendung eines x63 Objektivs mit einer NA von 0,7 und einem Kondensor mit einer NA des inneren Kegels von 0,71 und NA des äußeren Kegels von 0,75 dargestellt.
  • Wie oben erwähnt ist, ist momentan für viele biologische Anwendungen eine numerische Apertur von 1,27 für den inneren Kegel bevorzugt, so dass Objektive einer numerischen Apertur von 1,25 verwendet werden können, ohne zusätzliche Blenden oder Irisblenden zum Steuern ihrer numerischen Apertur und des Kontrastes des Dunkelfeldeffekts zu benötigen. Eine numerische Apertur von 1,33 ist in ähnlicher Weise für den äußeren Kegel bevorzugt, um zu dem Brechungsindex wässriger Medien zu passen. Wie den Fachleuten in diesem Gebiet klar sein wird, kann es für Medien mit höherem Index und zum Hervorheben von Materialien mit hohem Index, die direkt in Kontakt mit dem Objektträger sind, dann bevorzugt sein, in dem Kondensor 38 eine Apertur von 1,4 oder größer für den äußeren Kegel zu verwenden. Für "extreme" Anwendungen, und wenn die Charakteristiken des die Probe umgebenden Medium und die Probe selbst es zulassen, ist es momentan bevorzugt, einen Kondensor 38 mit einer numerischen Apertur von 1,42 für den inneren Kegel und von 1,47 oder höher für den äußeren Kegel zu verwenden. Dies ermög licht, dass nur Objekte mit einem Brechungsindex größer als 1,4, die in engem Kontakt mit dem Mikroskopobjektträger sind, gegenüber einem sehr schwarzen Hintergrund hervorgehoben werden, da das einzige Licht, das in die Probe gelangen kann, wenn sie in einem wässrigen Medium angebracht ist, das Licht ist, das in die Probe an dem Bereich von Kontakt mit dem Objektträger fließt. Die Probenobjekte erscheinen daher leuchtend gegenüber einem vollständig dunklen Hintergrund. Diese Betriebsart ermöglicht die Verwendung von Objektiven einer NA von 1,4 für die höchstmögliche Auflösung. Die Nachteile dieses Verfahrens sind, dass jegliche Objekte, die entweder in Fixierungsmedien schwimmen oder nicht optisch mit dem Teil der Probe verbunden werden, die optisch mit dem Objektträger verbunden ist, verschwinden werden, was ein falsches Bild der vollständigen Umgebung der Probe ergeben wird und möglicherweise einen Teil des Feindetails der Probe selbst verlieren wird; und diese Objekte können scheinbar vollständig spurlos verschwinden, wenn sie plötzlich Kontakt mit dem Objektträger verlieren.
  • Einer der Gründe zum Reduzieren der numerischen Apertur des anderen Beleuchtungskegels in wässrigen Anwendungen besteht darin, das Streulicht zu begrenzen, das ansonsten resultieren würde, wenn ein Teil des Beleuchtungskegels von dem Kondensor 38 durch vollständige Innenreflexion an der Berührungsfläche von Wasser und Glas der Probe zurück in den Kondensor 38 reflektiert wird, wo es zu Streulicht wird. Alternativ kann zurückgeführtes Streulicht eingefangen und in Lichtfallen oder Ablässen absorbiert werden, die durch geeignet abgelenkte oder ausgelegte Oberflächengeometrien erzeugt werden.
  • Die momentan bevorzugten Konstruktionstypen für Kondensoren 38 umfassen den Zeiss-Ultradunkelfeldkondensor, den Leitz-Dunkelfeldkondensor älteren Designs für Ölimmersionsverwen dung, oder jetzt produzierte LOMO-Dunkelfeldkondensoren mit hoher numerischer Apertur mit einer inneren NA von wenigstens 1,2.
  • Es ist derzeit bevorzugt, dass der Kondensor 38 den Kegeldunkelfeldbeleuchter, oder den koaxialen Dunkelfeld/Hellfeldbeleuchter verwendet, die beide nach der Arbeit von J. E. Barnard etwa 1933 bzw. 1925 entworfen sind und die in verschiedenen Artikeln und Veröffentlichungen beschrieben sind. Genau ausgedrückt, geht bei dem in 1 dargestellte Kegelkondensor der Beleuchtungsstrahl durch ein konisches Prisma 50 hindurch, das einen abgewinkelten, aber weiterhin gebündelten Lichtring bildet. Dieser Ring wird von der Oberfläche eines kreisförmigen Spielrings 54 weg reflektiert, welcher das Licht zu einem hohlen Kegel der gewünschten Geometrie fokussiert. Die Elemente des Kondensors 38 sind in einem geeigneten Gehäuse 58 enthalten.
  • Der den Kondensor 38 verlassende Beleuchtungsstrahl geht durch eine sphärische Linse 62 in solcher Weise hindurch, dass die Strahlen von der Oberfläche des Spiegelrings 54 durch die Oberfläche der Linse 62 in rechten Winkeln hindurchgehen und nicht abgelenkt werden. Ein Kondensor 38 ist achromatisch, er kann gleichermaßen gut für Abbildungsanwendungen von infrarotem, sichtbarem oder ultraviolettem Licht verwendet werden.
  • Der Beleuchtungsstrahl von dem Kondensor 38 geht durch den Objekttisch 66 des Mikroskops 10 und den Objektträger 70 hindurch, der die abzubildende Probe/das abzubildende Objekt 74 hält. Unter den meisten Umständen wird die Probe 74 mit einem Deckglas 78 bedeckt sein. Aufgrund der verwendeten hohen numerischen Aperturen wird der Kondensor 38 vorzugsweise mit dem Objektträger 70 durch einen Film aus Im mersionsöl verbunden, wie es den Fachleuten in diesem Gebiet gut bekannt ist.
  • Mikroskope sind historisch mit C-förmigen Rahmen mit dem Objektiv und dem Okular an einem oberen Ende des Rahmens und der Lichtquelle und dem Objekttisch an dem unteren Ende des Rahmens aufgebaut worden. Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, dass während konventionelle C-förmige Rahmen bequem zu verwenden und herzustellen sind, sie unter Nachteilen darin leiden, dass diese Rahmen anfällig für unerwünschte Schwingungen sind und tatsächlich sehr ähnlich wie Stimmgabeln geformt sind und überraschenderweise wie diese wirken. Es ist festgestellt worden, dass äußere Schwingungen von einer jeglichen Quelle und praktisch jeder Frequenz die Neigung haben, die Stimmgabelform des konventionellen C-förmigen Rahmens zu erregen, um bei seiner eigenen Resonanzfrequenz und verknüpften harmonischen Schwingungen zu schwingen, und dies kann das durch den Mikroskop aufgelöste Bild verzerren. Diese Nachteile sind besonders verschlimmert bei der vorliegenden Erfindung, die ansonsten dem Mikroskop 10 erlauben kann, Objekte kleiner als 250 Nanometer oder weniger aufzulösen, und Objekte so klein wie 50 Nanometer zu detektieren. Dementsprechend ist es bevorzugt, Schwingung des Mikroskoprahmens zu dämpfen, so dass unerwünschte Bewegung des Objektivs 40 in bezug zu der abzubildenden Probe 74 gehemmt wird.
  • Der vorliegende Erfinder hat zwei Ansätze zum Dämpfen oder Beseitigen dieser unerwünschten Schwingung bestimmt. Der momentan bevorzugte erste Ansatz besteht darin, Abstützungen 78 einzuschließen oder hinzuzufügen, die den Kopf des Mikroskops 82 mit dem Boden 86 des Mikroskops 10 verbinden. Die Abstützungen 78 werden an dem Mikroskop 10 entlang der vertikalen optischen Achse und auf beiden Seiten des Objekttischs 66 des Mikroskops 10 befestigt. Die Abstützungen 78 können hergestellt, bearbeitet oder gegossen werden und bestehen vorzugsweise aus einem Material oder Materialien, wie zum Beispiel Flugzeugaluminiumlegierungen oder Stahllegierungen, die eine relativ niedrige Elastizität und Schwingungstendenz aufweisen. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, die Abstützungen als Verbundstoff oder Sandwichschichten aus verschiedenen Materialien aufzubauen, um die Abstützung weiter zu versteifen und die Schwingungstendenz zu senken. Vorzugsweise sind die Abstützungen 78 ausgelegt, um so wenig Resonanzschwingung wie möglich aufzuweisen, und von der Schwingung, die nicht beseitigt werden kann, sind die Abstützungen 78 so ausgelegt, dass ihre Resonanzfrequenz keine harmonische Schwingung oder subharmonische Schwingung der Grundfrequenz der Schwingung des C-förmigen Mikroskoprahmens darstellt. Auf diese Weise hat die Schwingung sowohl des Rahmens als auch der Abstützungen 78 die Tendenz, die Schwingungen des anderen zu dämpfen.
  • Das Verfahren zum Entwerfen der Abstützungen besteht darin, zuerst die Schwingungsarten des C-Rahmens so vollständig wie möglich zu charakterisieren, mit dem vollständigen Bereich von Zubehörteilen, die mit in dem Mikroskop verwendet werden können (da die Schwingung mit den verwendeten Zubehörteilen variieren kann). Wenn die Schwingungsarten verstanden wurden, dann werden die Abstützungen zum Reduzieren der Schwingungen entworfen und zum Versuchen, welche Schwingungen auch immer zurückbleiben, zu "Normalmodus" zu machen, so dass alle Komponenten des Mikroskops in Phase schwingen, so dass in typischer Verwendung geringe oder keine "Netto-" Schwingung von dem Punkt des Abbildungsmittels in bezug zu dem Objekt vorliegt.
  • Ein anderer Ansatz zum Beseitigen der Schwingung in einem Lichtmikroskop besteht in der Verwendung eines Röhrendesigns für den Rahmen des Mikroskops 10, wobei die Röhre den Objekttisch 6 des Mikroskops 10 in sehr ähnlicher Weise wie das Design von Probenkammern und Säulen konventioneller Raster- und Transmissionselektronenmikroskope umschließt. Ein solches Röhrendesign kann praktisch die Z-Achsen-Schwingungen des Objektivs 40 in bezug zur Probe 74 beseitigen. Während das Röhrendesign Zugang zu dem Probenbereich streng begrenzt, ist der Anstieg in Schwingungsleistung beträchtlich und kann durchaus in Fällen die Unbequemlichkeit wert sein, in denen die bestmögliche Auflösung erwünscht ist.
  • Das Objektiv 40 des Mikroskops 10 kann als ein Objektiv feststehender Brennweite ausgelegt werden, um ein vollständig korrigiertes Bild an einer ersten Bildebene des Objektivs 40 zu erzeugen. Außerdem ist das Objektiv 40 vorzugsweise derart ausgelegt, dass jegliches Streulicht von der Probe 74, das nicht einen scharfen Teil des Endbilds bilden soll, durch Blenden, Irisblenden oder geometrische Lichteinfangmittel gedämpft wird. Wie hier verwendet, sollen die Ausdrücke "geometrisches Lichteinfangen" und "mit geometrischer Oberfläche" eine jegliche Oberfläche mit niedrigem Reflexionsvermögen in den Wellenlängenbereichen von Interesse darstellen und die Oberflächen aufweisen, die geometrisch angeordnet sind, um eine auf sie auftreffende Lichtmenge, wie klein sie auch sein mag, in Richtung auf andere geometrische Lichteinfangflächen oder "sichere" Bereiche zu lenken, wo das Licht nicht den Betrieb oder die Kontrastausbildung des optischen Geräts verschlechtern wird. Daher wird das meiste oder alles des eingefangenen oder gedämpften Lichts während Reflexionen von aufeinanderfolgenden Oberflächen der geometrischen Oberfläche absorbiert. In einigen Fällen sind nur ein oder wenige Sprünge erforderlich, um das Licht ausreichend zu dämpfen, während in anderen Fällen eine große Anzahl von Sprüngen erforderlich ist, um den gewünschten Dämpfungsgrad zu erhalten. Diese geometri schen Oberflächen sind in der Theorie ähnlich den absorbierenden Oberflächen einer akustischen echofreien Kammer oder der Antiradaroberflächen eines schwer erkennbaren Flugzeugs.
  • Die Verwendung einer Apertur 90 oder einer einstellbaren Irisblende (nicht gezeigt) an der gleichen Stelle ist erwünscht, um den Beleuchtungsstrahl genau an die numerische Apertur des Objektivs 40 zur Sicherstellung anzupassen, dass das bestmögliche Dunkelfeldbild erhalten wird.
  • Es ist momentan bevorzugt, eine einstellbare anstelle einer feststehenden Irisblende im Mikroskopobjektiv 40 zu verwenden, da die Öffnung einer solchen einstellbaren Irisblende auf ihre vollständige NA in einem Hochleistungsobjektiv mit einem NA größer als 1,25, bei Verwendung mit einem Dunkelfeldkondensor mit einem inneren Kegel einer NA von 1,25, dem Objektiv 40 erlauben soll, bei einer größeren Apertur als dem inneren Beleuchtungskegel des Kondensors 38 zu arbeiten. In diesem Aufbau kann das Mikroskop 10 in einer ungewöhnlichen Hellfeldbetriebsart verwendet werden, die die Oberflächentopographie der Probe 74 hervorhebt, während im wesentlichen ein hoher Kontrast und eine hohe Auflösung des erhaltenen Bilds aufrechterhalten wird. Bei Invertierung scheint dieses Bild einem konventionellen SEM-Bild auf einer Oberfläche zu ähneln. Ferner kann eine geringfügige Verbesserung der Auflösungsstärke des Objektivs 40 aufgrund der Vergrößerung in der numerischen Apertur erhalten werden. Diese Hellfeldbetriebsart kann eine neue Bilderscheinung liefern, um Bildinformationen zu liefern, die vorhergehend nicht erhältlich waren.
  • Wenn das Objektiv 40 ein für unendlich korrigiertes Objektiv ist, dann wird eine geeignete passende Röhrenlinse (nicht gezeigt) verwendet, um das Unendlichlicht zu Licht fester Brennweite zu konvertieren. Es ist vorteilhaft, eine Röhrenlinse mit einer kürzestmöglichen Brennweite zu verwenden, um die Länge einer Kopplungsröhre zwischen der Röhrenlinse und dem Abbildungsmittel auf einem Minimum zu halten. Diese kurze Kopplerlänge hilft bei der Reduzierung von Gewicht und Schwingung des Abbildungsmittels in bezug zu dem Objekt und/oder der Röhrenlinse.
  • Normalerweise erzeugt das Objektiv 40 oder die Röhrenlinse in einem für unendlich korrigierten System ein primäres Bild mit einem Kreisdurchmesser von ungefähr 20 bis 25 mm. Da das IDC-Mikroskop ein Abbildungsmittel allgemein in der ersten Bildebene des Objektivs oder der Röhrenlinse aufweist, ist es oft der Fall, dass das Abbildungsmittel eine aktive Fläche von nur 8 bis 12 mm auf einer Seite in einem quadratischen oder rechteckigen Format aufweist. In diesem Fall muss der das Bild tragende Strahlengang mit geometrischen Lichtblendenflächen abgeblendet oder gedämpft werden, um das Licht außerhalb der aktiven Bildfläche zu beseitigen, so dass das außerhalb der aktiven Bildfläche fallende Bild kein Streulicht in dem System wird.
  • Wenn eine Fluoreszenzfähigkeit für das Mikroskop 10 vorgesehen ist und ein für unendlich korrigiertes Objektiv 40 und eine passende Röhrenlinse in dem Mikroskop 10 verwendet werden, können ein Emissionsfilter (nicht gezeigt) oder Filter (wie zum Beispiel ein konventioneller Filterwürfelsatz mit Emissions-, Erregungs- und Strahlteilelementen wie sie gewöhnlich in Reflexionslichtmikroskopen verwendet werden und die hier auch mit einem Standardsystem aus Lichtquelle und Optik für Reflexionsfluoreszenz-Lichtmikroskopie verwendet werden können) zwischen dem Objektiv 40 und der Röhrenlinse in dem Unendlichraum vorgesehen werden. Wenn ein Objektiv 40 mit fester Brennweite verwendet wird, dann kann/können der Emissionsfilter oder die Emissionsfilter für Fluoreszenzmikroskopie im Kopf 82 des Mikroskops 10 eingeschlossen werden.
  • Wenn dieser Emissionsfilter (oder die Filter) mit Objektiven fester Breitweite verwendet werden, ist es bevorzugt, den Emissionsfilter auf das dünnmöglichste Filtersubstrat zu schichten, so dass die Abweichungen des Bilds aufgrund des Brechungsindex der Filterbeschichtungen und des Substrats so klein wie möglich sein werden. Der oder die Filter können sich auf einem Objektträger befinden oder können auf einer Revolverkopf- oder Filterradanordnung sein, wie den Fachleuten in diesem Gebiet klar sein wird. Wenn diese Filter zum Erzeugen künstlicher Farbe verwendet werden, bei Verwendung einer monochromen Digitalkamera, oder wenn sie für Mehrfluoreszenztechniken verwendet werden oder wenn numerisch verarbeitete computergesteuerte Pseudofarbabbildung verwendet wird, dann können der Filterrevolverkopf oder das Rad digital gesteuert und elektrisch angetrieben sein.
  • Es kann erwartet werden, dass ein Objektiv fester Brennweite ein helleres (photonwirksameres) und ein stärker korrigiertes Bild in der ersten Bildebene als bei einem auf unendlich korrigierten System aufgrund der kleineren Anzahl von Oberflächen und Komponenten in bezug zu einem auf unendlich fokussierten Objektiv erzeugt. Wenn Objektive mit fester Brennweite verwendet werden, kann es erwünscht sein, die Objektive mit einem viel kürzeren Brennpunktabstand von der Linsenrückseite auszulegen, um die Gesamthöhe des Mikroskops wesentlich zu reduzieren, wie oben für auf unendlich korrigierte Röhrenlinsen zu Abbildungsmittelkopplung beschrieben wurde.
  • Das Mikroskop 10 kann ein einzelnes Objektiv 40 einschließen oder kann zwei oder mehr Objektive 40 einschließen, die wie gewünscht zum Gebrauch ausgewählt werden können. In diesem letzteren Fall können die Objektive 40 an einem jeglichen geeigneten Halterungsmittel angebracht sein, wie zum Beispiel dem in vielen Mikroskopdesigns verwendeten konventionellen Objektivwechselrevolver.
  • Das das Objektiv 40 verlassende Licht geht durch eine erste Apertur 94 hindurch und dann, wenn es den Kopf 82 des Mikroskops 10 verlässt, durch eine sorgfältig gesteuerte zweite Apertur 96, die jegliche Lichtstrahlen blockiert, die nicht in dem gewünschten Bildausbildungsstrahl enthalten sind. Die Wände des Kopfs 82 und einer Kopplungseinrichtung 98 haben einen relativ großen Innendurchmesser, um weiter das Streulicht zu reduzieren und Bildkontrast zu verbessern. Die Innenflächen des Kopfes 82 und der Kopplungseinrichtung 98 können auch mit geometrischen Oberflächen hergestellt werden, zum Steuern von und zum wesentlichen Verhindern, dass Lichtreflexionen das Abbildungsmittel erreichen, wie im folgenden erörtert ist.
  • Die Innenflächen des Objektivs 40, des Kopfes 82 und der Kopplungseinrichtung 98 werden vorzugsweise mit einer flachen schwarzen oder anderen geeigneten Beschichtung überzogen, um den niedrigstmöglichen Reflexionsquotienten für Licht der Wellenlängen zu erhalten, die zum Bilden des Endbilds verwendet werden. Allgemein werden dieses flache schwarze oder eloxierte schwarze Überzüge sein.
  • Bevor das die Bildinformationen enthaltende Licht das Abbildungsmittel erreicht, geht es durch eine andere Apertur oder Blende 102 hindurch, die geformt ist, um Streulicht weiter zu begrenzen. Diese Apertur kann eine quadratisch oder anders geformte Apertur sein, um zur Geometrie des Abbildungsmittels zu passen.
  • Es ist es zum Verwenden von Objektiven neuster Herstellung erwünscht, den Objektiven Streulichtsteuermittel hinzuzufügen. Diese Streulichtsteuermittel umfassen Nachbearbeiten der Kanten der Linse zu einer Feinlinienoberfläche (für plankonvexe und doppeltkonvexe Linsenelemente), Schwärzen der äußeren Umfangsoberflächen der Linsen und/oder Nachbearbeiten der Umfangsflächen auf geometrische Konfigurationen zum Steuern des Streulichtabpralls, Hinzufügen von Aperturen oder Blenden, Vorsehen von Oberflächen ultraniedriger Reflexion oder geometrisch bearbeiteten Oberflächen auf Innendurchmessern von Linsenhalterungen und Hülsen, und sorgfältiges Steuern der Antireflexionsbeschichtungen zum Verhindern, dass Streulicht in Richtung auf das Abbildungsmittel wandert.
  • Objektive zum Gebrauch in IDC-Mikroskopen sollten auch streng geprüft werden, zur Bestimmung, wie dicht sie ihre theoretischen Grenzen für ein Objektiv ihres Designs und für die physikalische Grenze entsprechend der Physik für ein solches Objektivdesign erreichen. Komponenten des Objektivs sollten dann angepasst werden, um die höchstmögliche Übereinstimmung mit theoretischen Leistungsmöglichkeiten zu erreichen. Die Verwendung eines geeigneten Testobjektträgers, wie zum Beispiel dem, der unter dem Namen "Richardson Test Slide" durch Bio-Microtech. Inc., P.O.Box 23, Bolton, Ontario, L7E 5T1 verkauft, und in Richardson T. (1998), Test Slides: Diatoms to Divisions- What are you looking at? [Testobjektträger: Diatome bis Division – Was betrachten Sie?] beschrieben ist, ist sehr nützlich beim Bestätigen der Leistung jedes Aspekts des IDC-Systems einschließlich der Beleuchtungs-, Objektiv- und Abbildungskomponenten und aller der Verbindungskomponenten in oder angrenzend an den Strahlengang.
  • Traditionelle Okulare, egal ob Teil eines monokularen, binokularen oder trinokularen Designs, sind in diesem Design beseitigt worden, um die Photoneffizienz des Systems zu verbessern und die Notwendigkeit zu entfernen, die Optik in dem Okularsystem auf die gleichen hohen Standards wie das übrige optische System zu korrigieren. Entfernung des Okularsystems reduziert weiter die Materialkosten, liefert ein leichteres, kompakteres Design und bietet der Bedienungsperson eine benutzerfreundlichere Schnittstelle mit weniger Ermüdungserscheinungen und praktisch unendlicher ergonomischer Flexibilität, da das Endbild auf einem Video- oder Digitalmonitor betrachtet wird, der praktisch überall positioniert werden kann, um zu der Ergonomie der Situation zu passen.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Abbildungsmittel 106 eine CCD-Kamera mit drei Detektoren wie zum Beispiel ein Model GU-US532, das durch Panasonic hergestellt wird, mit einem internen Prisma 110 und drei ladungsgekoppelten Arraydetektoren 114, 118 und 122, das an der primären Bildebene des Objektivs (oder der Objektiv-Röhrenlinsen-Kombination im Fall von für unendlich korrigierten Systemen) vorgesehen wird. Das Vorsehen des Abbildungsmittels 106 in der ersten Fokalebene des Objektivs wird derzeit als vorteilhaft angesehen, da es die Bildhelligkeit verbessert, da ansonsten das Vorliegen jeglicher störender Optik Lichtverluste einführen würde, und da es die höchstmögliche Bildauflösung und den höchstmöglichen Kontrast aufrecht erhält, der ansonsten durch jegliche andere störende Optik verschlechtert werden würde.
  • Eine Videokamera mit Fernsehrundfunkqualität mit geringem Licht, wie zum Beispiel ein Modell WV-E590 hergestellt durch Panasonic, kann auch als das Abbildungsmittel verwendet werden. Dieser Kameratyp ist besonders für Arbeit bei geringem Licht geeignet, wo Photonbeschädigung der Probe auf einem Minimum gehalten werden muss. Er ist weiter für Fluoreszenzarbeit geeignet, wo das Bild geringe Lichtstärken aufweist und wo Erregungsenergie auf einem Minimum gehalten werden muss, um Photonbeschädigung und Entfärben der Probe und der Fluorophore zu reduzieren.
  • Das durch die Abbildungsmittel 106 erfasste elektronische Bild wird einer Steuereinheit 128 zugeführt, die automatische Verstärkungssteuerungen, Weißabgleichs-, Schwarzabgleichs- und Autoirisblendenfunktionen enthalten kann, die alle durch die Bedienungsperson des Systems für maximale Abbildungssteuerung und Flexibilität gesteuert oder begrenzt werden können.
  • Ein besonderer Vorteil dieses Systems ist die Verwendung einer Videokamera mit der Fähigkeit, Halbbilder von Bildern gegenüber Vollbildern anzuzeigen. Wenn nur die ungeraden oder geraden Halbbilder angezeigt werden und die Verknüpfungsfunktion von den angrenzenden Halbbildern interpoliert wird, dann können wirksame Vollbildgeschwindigkeiten gleich der Halbbildrate erzielt werden. Dies ist wichtig, wenn es erwünscht ist, Bewegung sehr hoher Geschwindigkeit mit einem Minimum von Bewegung während der Bilderfassungszeit zu untersuchen. Es ist weiter nützlich, um elektronisches Verschließen zum Begrenzen der Bewegung während einer Halbbilddauer zu verwenden.
  • Das elektronische Signal von dem Abbildungsmittel 106 und der Steuereinheit 128 wird dann einem Bildinvertierungsmittel 132 zugeführt, das es elektrisch konvertiert, um ein Negativbild entweder mit Luminanz, Chrominanz oder Luminanz und Chrominanz des diesem von der Steuereinheit 128 zugeführten Bilds zu erhalten. Ein triviales Beispiel der Funktion des Bildinvertierungssystems 132 würde sein, dass ein Bild eines schwarzen Punkts auf einem weißen Hintergrund zu einem weißen Punkt auf einem schwarzen Hintergrund konvertiert wird, wenn sowohl Luminanz als auch Chrominanz invertiert werden. Sowohl die Steuereinheit 128 als auch das Bildinvertierungssystem 132 können als interne oder integrale Komponenten der Abbildungsmittel 106 eingeschlossen werden.
  • Alternativ kann interne oder schaltbare Programmierung der Steuereinheit 128 zum Erzielen von Bildinvertierung verwendet werden. Dies ist besonders nützlich, wenn erwünscht ist, dass das Mikroskop jederzeit in der invertierten Betriebsart arbeitet, wobei eine oder beide der Luminanz- oder Chrominanzinformationen invertiert werden.
  • Abhängig davon, wie die Chrominanzinformation durch das Bildinvertierungssystem 132 zu verarbeiten ist, kann dann die resultierende Farbe in dem Endbild, das das Bildinvertierungssystem 132 verlässt, entweder ein farbkorrektes Bild oder ein farbnegatives Bild des dem System 128 gelieferten Bilds darstellen. Weiter kann es abhängig davon, welcher Typ von Bildern von der Probe 74 erhalten wird, erwünscht sein, das Bild ohne Durchführung der invertierenden Konversion zu betrachten. Dementsprechend kann das Bildinvertierungssystem 132 sowohl das invertierte Bild als auch das nichtinvertierte Bild weiterleiten. Auf diese Weise liefert das Bildinvertierungssystem 132 so viele wie vier Arten von Ausgabebildern. Die erste Art ist das normale positive Bild, die zweite Art ist das negative Bild mit Farbe in dem Negativ (wenn Luminanz und Chrominanz invertiert sind), die dritte Art ist, wenn Farbe nicht in dem Negativ enthalten ist, aber die Helligkeit negativ ist (wenn nur Luminanz invertiert ist, was besonders nützlich sein kann, wenn das System zum Betrachen von Proben mit Verfärbungen verwendet wird, wie zum Beispiel Vitalfärbungen, oder be kannter Farbe) und die vierte Art ist, wenn Farbe negativ ist, Helligkeit jedoch nicht negativ ist (was für Untersuchung von Farbunterschieden verwendbar ist, die bei Invertierung derselben hervorgehoben werden, aufgrund der Charakteristiken des menschlichen Auges oder der Kamera oder des Videomonitors).
  • In der Ausführungsform von 1 macht das Bildinvertierungssystem 132 nichts, um die Auflösung oder den Kontrast des Bilds zu ändern. Die Auflösung und die Kontrastinformation wird lediglich von den verwendeten optischen Verfahren abgeleitet, die Dunkelfeldbeleuchtung, optimale Korrektur der Optik zum Liefern hervorragender Bildqualität und Photoneffizienz, Schwingungssteuerung und Dämpfung, und sorgfältige Beachtung von Photonenetats, um im wesentlichen alle die die Lichtquelle 14 verlassenden Photonen zu berücksichtigen, zur Sicherstellung, dass sie zu dem scharfen Endbild beitragen. Steuerung von Streulicht im Mikroskop 10 ist ein wichtiger Faktor beim Schalten des Endbilds mit hohem Kontrast.
  • Das menschliche Sehsystem ist viel besser für Verarbeitung von Information ausgelegt und an diese gewöhnt, wenn Bildinformationen als Schwarz oder Farbe auf einem im wesentlichen weißen Hintergrund dargeboten werden, so wie Text normalerweise auf Papier angezeigt wird. Das Dunkelfeldbild ist dem normalen Betrachter visuell nicht vertraut und daher hat das Gehirn Schwierigkeiten, die meisten Informationen aus dem Bild zu extrahieren. Ein gutes Beispiel ist die Schwierigkeit, die wir beim Versuch haben, Bildinformationen beim Betrachten eines photographischen Negativs entweder einer Farb- oder Schwarz- und Weißszene zu interpretieren oder zu verstehen. Wenn wir ein positives Bild des selben Negativs betrachten, können wir einfach die Informationen "korrekt" interpretieren, obwohl sowohl das positive als auch das negative Bild die gleichen Informationen enthalten und das eine nur die Luminanz- und Chrominanzumkehrung des anderen darstellt. Es ist festgestellt worden, dass das von dem IDC-System erzeugte Bild allgemein nicht durch digitale Bildverarbeitungstechniken verbessert werden muss, da es in dem Bereich von Informationen angeordnet zu sein scheint, der am besten durch das menschliche Gehirn interpretiert wird. Die einzigen Anpassungen, die sich oft als hilfreich herausgestellt haben, sind Anpassungen des Schwarz- und Weißpegelversatzes auf dem analogen oder digitalen Steuersystem, um mehr Informationen über schwache Merkmale zu liefern.
  • In normalem Gebrauch wird die Beleuchtungssteuerung, die lineare Anpassung des Lichtpegels von null bis zum Maximum der Fähigkeit der Lichtquelle 14 liefert, in Verbindung mit den elektronischen Verstärkungssteuerungen der Abbildungsmittel 106 verwendet, um das beste Bild für die gewünschten Informationen zu liefern. Um die feinen Details in einer Probe zu untersuchen, werden hohe Beleuchtungspegel verwendet, und niedrige elektronische Verstärkung wird verwendet, so dass elektronisches Rauschen minimiert und Feinauflösung maximiert wird. Für langfristige Untersuchungen bei niedrigerer Auflösung wird der Lichtpegel auf dem niedrigstmöglichen Pegel gehalten, und die elektronische Verstärkung wird auf die höchstmögliche Einstellung umgeschaltet, so dass ein verwendbares Bild aus der Sichtweise der Probe betrachtet bei einem niedrigen Lichtpegel geliefert wird. Für hochempfindliche Detektion kleiner Partikeln, von Hintergrundorganismen oder Strukturen werden sowohl der Lichtpegel als auch die Verstärkung auf ihr Maximum gesetzt, was starken Kontrast in feinen Strukturen und hohe optische Verstärkung erzeugt, so dass diese kleinen Strukturen eine Erscheinung mit hohem Kontrast und eine elektronisch stark rauschende und daher einfach unterscheidbare Erscheinung annehmen.
  • Alternativ kann das Bildinvertierungssystem 132 in einem computergestützten Bildverarbeitungssystem (nicht gezeigt) realisiert werden, wobei das Abbildungsmittel eine Analogkamera ist und der Computer eine Bildeinfangkarte zum Konvertieren des analogen Bilds in ein digitales Bild enthält, oder wo das Abbildungsmittel eine Digitalkamera darstellt und der Computer die digitalen Daten direkt verarbeitet. Der Vorteil der Verwendung des computergestützten Bildverarbeitungssystems dieses Typs von Mikroskopie besteht darin, dass Farbe auf dem erfassten Bild in einer definierten Weise abgebildet werden kann, um am besten zur Anwendung zu passen. Kontrasterweiterungs- und Pseudofarbtechniken zusammen mit anderen bekannten Bildverarbeitungstechniken wie zum Beispiel Kantenvergrößerung, können nützlich zum Extrahieren weiterer Informationen aus den erhaltenen Bildern sein.
  • Das erfasste und verarbeitete Endbild wird der Bedienungsperson auf einem Monitor 136 angezeigt, der ein Analogmonitor oder ein Computermonitor sein kann. Es kann erwünscht sein, Schalter wie zum Beispiel 140 und 144 zum Auswählen des betrachteten Videomodus vorzusehen. In der Ausführungsform von 1 wählt ein Schalter 140 das positive Videobild aus, das über einen Anschluss 148 geliefert wird, und der Schalter 144 wählt das negative Videobild über den Anschluss 152 aus.
  • Das Endbild kann unter Verwendung von analogen Mitteln wie zum Beispiel auf Videoband oder digital als digitale Video- oder digitale Bilddateien entweder als Einzelvideobild (wie zum Beispiel TIFF- oder JPEG-Dateien) oder Bewegungsvideobild (wie zum Beispiel MPEG-, MPEG2- oder AVI-Dateien) auf gezeichnet werden. Aktuelle IDC-Systeme verwenden Recorder mit S-VHS-Format, oder professionelle RGB-Videorecorder. Es ist geplant, dass DVD oder ein RAID-Array oder ähnliche digitale Aufzeichnungsstrategien als die Aufzeichnungsmittel angeboten werden, wie diese im Handel erhältlich und kostenwirksamer werden. Zeitraffer-Videorecorder vom "Casino-" Typ werden auch seit kurzem mit dem IDC verwendet, um Untersuchungen von Proben über lange Zeitspannen von Stunden bis zu Tagen zu ermöglichen.
  • Wie in 2 gezeigt ist, erfolgt digitales Einfangen von dem Abbildungsmittel 106, dessen S-Videosignal 300 dem Bildinvertierungssystem 132 zugeführt wird, welches Luminanzinverter 301 und Chrominanzinverter 302 und einen Luminanzinvertierungs-/Nichtinvertierungsschalter 303 und Chrominanzinvertierungs-/Nichtinvertierungsschalter 304 enthält. Das Signal von dem Bildinvertierungssystem 132 wird einem S-Videorecorder 305 zugeführt und das Signal wird zu einem Zeitrafferrecorder 306, Monitor 136 und einem in den Computer 307 eingebauten Bildeinfangsystem durchgeführt. Die momentan mit IDC-Systemen gelieferten Bildeinfangsysteme enthalten IOMEGA Buzz-Bildeinfangsysteme oder ein MATROX Genesis – Bildeinfangsystem in Verbindung mit einem geeigneten PC-Computersystem. Das Buzz bietet ein kostengünstiges Verfahren für universales Einfangen von Bildern. Das Genesis ist ein Bildeinfangsystem professioneller Qualität, das Sammlung von mehr Details ermöglicht.
  • Dieses Verfahren von Mikroskopie kann mit Hochleistungsobjektiven hoher numerischer Apertur oder mit Objektiven niedriger Leistung verwendet werden. Der Hauptbegrenzungsfaktor ist die numerische Apertur des Objektivs, so dass die Objektivapertur kleiner als der innere Beleuchtungskegel des Beleuchtungssystems ist. Dies gestaltet Mikroskope in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ideal zum Untersuchen von Zellen, wie zum Beispiel Biopsie beim Menschen oder Pflanzenzellen, zuerst bei kleinen Vergrößerungen und dann späterer Umschaltung auf höhere Vergrößerungen für detailliertere Analyse.
  • Wie den Fachleuten in diesem Gebiet klar sein wird, ist es möglich, auf Elektrochemie, Elektrolumineszenz, Fluoreszenz, Flüssigkristall oder Bildverstärker basierende Schemata zu verwenden, um die Konversion von positiv zu negativ in diesem Verfahren zu liefern. Wenn solche Mittel verwendet werden, dann können konventionelle Binokulare oder Trinokulare verwendet werden, um das Bild des Objekts zu betrachten, aber ein gewisser Teil des Kontrastes und der Auflösung wird verloren gehen.
  • Es ist weiter erwogen, dass ultrafeine Fokussierung des Mikroskops durch gesteuerte Verzerrung der Schwingungssteuerabstützungen 78 des Mikroskops 10 erreicht werden kann. Wenn zum Beispiel ein Hydraulikzylinder (nicht gezeigt) verwendet wird, um die Abstützungen 78 aneinander zu koppeln, dann wird das Hinzufügen von Fluid zu dem Hydraulikzylinder die Abstützungen 78 auseinander drücken und das Objektiv 40 sehr gering in Richtung auf die Probe 74 ablenken, wodurch eine sehr feine Fokussteuerung geliefert wird. Wenn eine sehr feine Schraube (nicht gezeigt) verwendet wird, um einen Kolben (nicht gezeigt) mit sehr kleiner Bohrung in einen Zylinder (nicht gezeigt) zu treiben, der mit Hydrauliköl gefüllt ist und das resultierende Drucköl dem die Abstützungen 78 verbindenden Hydraulikzylinder zugeführt wird, dann kann ein sehr ultrafeiner Fokus realisiert werden. Eine solche Einstellschraube kann unter Computer- oder externer elektrischer Steuerung sein. Der gleiche Funktionstyp kann mit einem Schraubenmechanismus entweder in Spannung oder Kompression zwischen den Abstützungen 78 erreicht werden, so dass Anpassung des Schraubenmechanismus den feinen Fokus erzielt.
  • Es ist ferner erwogen, dass der Mikroskop 10 eine oder mehrere piezoelektrische Streben 78 (nicht gezeigt) zwischen den Abstützungen 78 verwenden kann, um die ultrafeine Fokussierung des Mikroskops zu erreichen. Variationen der Spannung der piezoelektrischen Streben werden den Fokus des Mikroskops leicht verschieben. Alternativ können die Streben in zwei Einheiten hergestellt werden und können eine piezoelektrische Schicht sandwichartig eingefügt zwischen den oberen und unteren Hälften der Abstützungen einschließen, so dass das piezoelektrische Element seine Dicke variieren und hierdurch die Länge der Abstützungen ändern kann.
  • 3 zeigt eine solche Konfiguration von zwei Abstützungen, die piezoelektrische Elemente für aktive Z-Positionssteuerung einschließen. Der obere Teil des Körpers des Mikroskops 82 wird mit den oberen Hälften jeder Abstützung 202 verbunden. Die untere Oberfläche der Abstützung 202 wird an eine isolierende und leitfähige obere Elektrode 203 geklebt, die den Anschluss des Piezoelements an eine Spannungsquelle ermöglicht. Die Elektrode 203 ist an das piezoelektrische Element 204 angeschlossen, das an die untere Elektrode 205 geklebt ist. Die Elektrode 205 wird an die untere Hälfte der Abstützung 201 geklebt. Eine zwischen den Elektroden 203 und 205 angelegte Spannung verursacht eine Änderung in der Abmessung des Piezoelements 204 und bewegt das Abbildungsmittel und verknüpfte Optik in bezug zu dem Probenobjekt 74. Eine weitere Anwendung dieses piezoelektrischen Systems besteht in der Bewegung der Mikroskop-Z-Einstellung synchron mit einer schwingenden Probe 74, um Bilder von Proben zu erhalten, die feststehende Frequenzschwingungen durchmachen oder zeigen, welche offenbar die Bewegung der Probe angehalten haben, zumindest in der Z- Ebene. Alternativ kann eine dreiachsige Piezohalterung verwendet werden, um das Objektiv an dem Mikroskopkörper zu befestigen. Durch Antreiben dieser Halterung in synchronisierten dreidimensionalen Mustern kann es möglich sein, die Bewegung eines Probenobjekts in schneller Oszillation durch Anpassen der Bewegung des Objektivs an die Bewegung des Objekts einzufrieren.
  • Es ist möglich, dass Reflexionen von der Oberfläche der CCD-Kamera oder einem anderen Abbildungsmittel in dem Raum zwischen der CCD-Kamera und der Rücklinse des Objektivs 40 oder der Röhrenlinse hin- und herspringen können. Es ist geplant, dass ein Vorteil durch Einführen eines Photonenventils erhalten werden kann, wie zum Beispiel eines Einwegespiegels (nicht gezeigt), um von dem Abbildungsmittel zu der Objektivlinse zurückkehrendes Licht zu beseitigen und dadurch eine mögliche Quelle von Streulicht zu beseitigen und den Kontrast zu verbessern.
  • Die Gesamtgröße des Mikroskops 10 kann wesentlich durch Einbau der Lichtquelle 14 in das interne Gehäuse des Kondensors 38 reduziert werden. Ein solches Verfahren wurde durch Zeiss in dem Dunkelfeld-Kondensor von 1930 vorgeschlagen. Wenn ein Hellfeld- und Dunkelfeldkombinationskondensor wie zum Beispiel der oben beschriebene koaxiale von Barnard verwendet wird, dann kann die Größe sehr klein gehalten werden, während sowohl Hellfeld- als auch IDC-Betriebsarten aufrechterhalten werden.
  • Um ein extrem robustes und kompaktes IDC-Mikroskop niedriger Leistung für Feldgebrauch in rauen Umgebungen zu schaffen, können eine oder mehrere lichtemittierende Dioden (nicht gezeigt) als die Lichtquelle verwendet werden, und ein konischer Kondensor vom Prismatyp kann verwendet werden, um diesen Beleuchtungstyp am besten zu nutzen.
  • Wo Farbkorrektur ein wichtiger Faktor ist, kann eine Gruppe von lichtemittierenden Dioden verschiedener Wellenlängen mit einem LED-Steuermittel verwendet werden, um die relative Helligkeit von jeder der LED zu variieren. Auf diese Weise kann ein farbangepasstes Beleuchtungssystem erhalten werden. Abhängig davon, wie die LED angeordnet sind, kann die Farbe und die Position und der Stil von Beleuchtung variiert werden, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt des Innenaufbaus eines Objektivs für ein IDC-Mikroskop. Licht tritt in das Objektiv 40 durch die erste Linse 400 ein, die hier als eine Ölimmersionslinse gezeigt ist, Streulicht oder Licht hoher numerischer Apertur, das, wie durch Verwendung von Photonenetattechniken bestimmt, keinen Teil in dem scharfen Bild bilden soll, fällt auf die untere Oberfläche einer Halterung 408 für die Linse 405 ein. Scharf eingestelltes Licht geht durch die Linse 405 hindurch. Die geometrischen Lichteinfangmerkmale der Halterung 408 sind auf der oberen 416 und unteren 412 Oberfläche der Halterung 408 angeordnet. Das Detail 460 zeigt, dass die Merkmale 412 und 416 nicht symmetrisch sind, sondern stattdessen Oberflächen 444 und 448 auf der unteren Oberfläche aufweisen, die ausgelegt sind, um ankommendes Licht 480 als reflektiertes Licht 470 von der optischen Achse weg und in die geometrische Oberfläche 404 auf der Innenseite der Objektivhalterung oder des Objektivgehäuses zu reflektieren. Wenn die Außenkante einer Linse 405 flach ist, da kann die Außenkante flach schwarz gestrichen werden, um Reflexionen und Streulicht zu reduzieren. Wenn die Kante der Linse es wie bei der doppelten konvexen Linse 424 und der plankonvexen Linse 432 zulässt, wird die Außenkante zu einer feinen Spitze oder einer feinen Oberfläche poliert, so dass interne Reflexionen oder Diffusionen minimiert werden. Streulicht im oberen Abschnitt des Objektivs wird durch geometrische Lichteinfangflächen 416 auf den Linsenhalterungen 408 gesteuert. Die oberen Linsen werden in der Komponente 412 mit den Linsen 424 und 432 und den geometrischen Lichteinfangflächen 420, 422, 428 angebracht. Streulicht wird durch eine Aperturblende 440 und ihre innere geometrische Lichtsteuerfläche 436, die in Verbindung mit der Oberfläche 347 wirken, am Verlassen des Objektivs gehindert. Reflexionen von der Röhrenlinse oder dem Abbildungsmittel werden weiter durch eine geometrische Lichteinfangfläche 436 gesteuert.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sollen Beispiele der vorliegenden Erfindung sein und Änderungen und Abwandlungen können daran durch die Fachleute vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, die lediglich durch die hierzu anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims (18)

  1. Mikroskop, das einen Kopfteil (82) einschließlich eines Objektivs (90), einen Basisteil 86), der einen daran angebrachten Objekttisch (66) hat, und einen C-förmigen Rahmen einschließt, der den Kopfteil und den Basisteil verbindet, gekennzeichnet durch zwei krummlinige Stützen (78), die den Kopfteil und den Basisteil verbinden, um unerwünschte Schwingungen zu dämpfen oder zu beseitigen.
  2. Mikroskop nach Anspruch 1, bei dem die Stützen auf beiden Seiten des Objekttisches angebracht sind.
  3. Mikroskop nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem jede Stütze allgemein parallel zur optischen Achse des Mikroskops angeordnet ist.
  4. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Stütze einen Verbund unterschiedliche Materialien oder sandwichartig angeordnete Schichten von unterschiedlichen Materialien aufweist.
  5. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jede Stütze eine Resonanzfrequenz hat, die keine Oberschwingung oder Unterschwingung der Schwingungsgrundfrequenz des C.-förmigen Rahmens ist.
  6. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das Mittel zum Verbinden der beiden Stützen miteinander und zum engeren Zusammendrücken der Stützen oder zum weiter Auseinanderdrücken derselben ein schließt, um dadurch die Entfernung zwischen dem Objektiv und dem Objekttisch einzustellen.
  7. Mikroskop nach Anspruch 6, bei dem ein hydraulischer Zylinder verwendet wird, um die Stützen miteinander zu verbinden und selektiv die Stützen näher zueinander oder weiter auseinander zu drücken.
  8. Mikroskop nach Anspruch 6, bei dem eine piezoelektrische Strebe oder eine piezoelektrische Schicht (204) in einer Strebe verwendet wird, um die Stützen miteinander zu verbinden und selektiv die Stützen näher zueinander oder weiter voneinander zu drücken.
  9. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das Streben zum Ändern der Länge der Stützen einschließt, wodurch die Entfernung zwischen dem Objektiv und dem Objekttisch eingestellt wird.
  10. Mikroskop nach Anspruch 6, bei dem jede Stütze eine piezoelektrische Schicht (204) einschließt, die darin ausgebildet ist, um die Länge der Stütze zu ändern. Weißes Stütze
  11. Verfahren zum Betreiben eines Mikroskops, das einen Kopfteil (82) mit einem daran angebrachten Objektiv (90), einen Basisteil (86) mit einer mit einem daran angebrachten Objekttisch (66) und einen C-förmigen Rahmen aufweist, der den Kopfteil mit dem Basisteil verbindet, welches Verfahren aufweist: wenigstens zwei Stützen (78) zwischen dem Kopfteil und dem Basisteil anzubringen; und selektiv den Abstand zwischen dem Objektiv und dem Objekttisch einzustellen, indem die Länge der Stützen entlang der optischen Achse des Mikroskops verändert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Länge der stützen entlang der optischen Achse ist durch Expandieren oder Zusammenziehen der Gesamtlänge der Stützen eingestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Stützen eine piezoelektrische Schicht (204) einschließen, deren Dicke durch das Anlegen einer angelegten Spannung verändert werden kann.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Länge der Stützen entlang der optischen Achse dadurch eingestellt wird, dass die Stützen gezwungen werden war, sich in einer Richtung quer zur optischen Achse zu bewegen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die beiden Stützen den Kopfteil mit dem Basisteil verbinden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Stützen gezwungen werden, sich in einer Richtung quer zur optischen Achse aufgrund von einem von: einem Hydraulikzylinder, der zwischen den Stützen verbunden ist; oder einer piezoelektrische Strebe oder einer piezoelektrischen Schicht (204) in einer Strebe, die zwischen den stützen verbunden ist, zu bewegen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem jede Stütze krummlinige Form hat.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Stützen auf beiden Seiten des Objekttischs. angebracht sind.
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