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WO1999003008A1 - Device for the optical analysis of samples - Google Patents

Device for the optical analysis of samples Download PDF

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Publication number
WO1999003008A1
WO1999003008A1 PCT/EP1998/004227 EP9804227W WO9903008A1 WO 1999003008 A1 WO1999003008 A1 WO 1999003008A1 EP 9804227 W EP9804227 W EP 9804227W WO 9903008 A1 WO9903008 A1 WO 9903008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mirror
optical
light
optical axis
sample
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/004227
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Hummel
Rolf Günther
Norbert Garbow
Original Assignee
Evotec Biosystems Ag
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 Evotec Biosystems Ag filed Critical Evotec Biosystems Ag
Publication of WO1999003008A1 publication Critical patent/WO1999003008A1/en

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    • G02B17/0804Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0808Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • GPHYSICS
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
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    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
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    • G01N2201/08Optical fibres; light guides

Definitions

  • the present invention relates to a device for the optical detection of samples, which has a mirror lens, and to the use of this device for different application areas.
  • WO 94/16313 describes a method and a device for identifying one or a few molecules by using laser-excited fluorescence correlation spectroscopy (FCS).
  • FCS laser-excited fluorescence correlation spectroscopy
  • Molecules with a corresponding excitation spectrum that are in this volume are excited emitted fluorescence from this measurement volume can then be imaged on a detector of high sensitivity, the change in the fluorescence intensity resulting from the changing number of molecules in the measurement volume due to the diffusion movement is analyzed, the device described in WO 94/16313, equipped with confocal optics, is drawn is characterized in particular by a pinhole arranged in the emission beam path in the image plane of the objective or by a detector replacing the pinhole, in particular the optics used have a high numerical aperture.
  • WO 96/13744 describes a method and a device for determining substance-specific parameters of one or fewer molecules by means of correlation spectroscopy, the principles of near-field optics being used.
  • GB 21 19 112 A relates to an optical system for reflective focusing of the electromagnetic radiation entering the optical system through an aperture onto a detector shielded from undesired background radiation by means of reflective surfaces.
  • the object of the present invention is to enable the use of a single objective for both the illumination and the detection beam path, it being intended to ensure that the “fields of view” of the excitation radiation source and the detector overlap in the sample to be examined or are essentially identical.
  • the invention provides a device for optical
  • Detection of samples provided with at least one light source for generating electromagnetic radiation, a mirror objective arranged on a first optical axis, which receives electromagnetic radiation generated by the light source and generates a focus in a sample to be examined and receives the electromagnetic radiation generated therein, wherein the mirror objective is provided with at least one optical element made of an optically transparent material, the optical element has a first outer side and a second outer side facing away from it and facing the focus, the first outer surface has a concave first mirror surface with a light transmission opening, and the second outer surface has a convex second mirror surface which is arranged on the optical axis of the light transmission opening opposite the first outer surface and has a light transmission surface arranged around the second mirror surface, and on the optical axis At least one aperture and / or at least one detector element and / or at least one optical fiber is arranged in the area of the common beam path of the electromagnetic radiation generated by the light source and the radiation generated in the sample between the light source and the mirror lens or in the area of the light passage opening
  • the device according to the invention shows its advantage particularly when "small” measurement volumes, in particular less than 10 "12 1, are to be generated.
  • the measurement volume is determined by the intersection of the" field of view "of the transmitter and detector
  • the dye of the sample is excited to glow in the area of the entire transmitted beam, ie the field of view of the excitation radiation source.
  • the excitation density at every point of the sample is proportional to the brightness of the beam, ie in the area of the focus, much larger than in the environment
  • the proportion of the focus area in the total fluorescence light generated is small, since the focus has only a small extent.
  • the "field of view" of the detector can be viewed in a completely analogous manner.
  • the detector fluorescence light mainly comes from the focus of the transmitted beam receives, one receives well-defined "small" measuring volume.
  • the bright, high-weight areas of the focus enhance their contribution to the measurement volume; the areas with less weight outside the focal point are mutually reduced.
  • the measurement volume is defined as an integral over the product of the so-called point spread functions (PSF) of the transmitter and detector:
  • PSF point spread functions
  • V e ß ⁇ A - j JljJijJ PSF transmitter (x, y, z) PSF detector (x, y, z) dx dy dz V
  • the point spread functions have their maximum in focus and have only small values outside of it, so that their product is very small and negligible in the integral.
  • the construction according to the invention using an aperture, a detector or an optical fiber in the region of the light transmission opening or in the above-mentioned common beam path ensures that the two functions are essentially identical.
  • the arrangement according to the invention advantageously enables measurements without the need for complex readjustments of individual optical elements.
  • a diaphragm is arranged in the area of the light transmission opening.
  • this can itself take on the function of an aperture.
  • It can also be preferred to replace the diaphragm by a detector, in particular by miniaturized detector elements. This fills only a part of the light transmission opening, so that it is ensured that electromagnetic radiation generated by the light source can enter the mirror objective 10.
  • the mirror objective has only very low chromatic and transverse aberration, so that it is particularly advantageous to use an optical fiber in the area of the light transmission opening, in particular especially a single-mode fiber to connect.
  • the emission radiation emanating from the sample can be collected with this fiber and, for example, fed to a suitable detection device via a dichroic mirror. It has proven to be advantageous to couple the glass fiber to the mirror lens, which has a suitable coupling material, by fusing it with the fiber or using a so-called plug-in microconnector (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997 , Pp. 103 and 104; Sazaki et al., Put-in microconnectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992).
  • means for variable coupling of the optical fiber can be provided in the region of the light transmission opening 28 and / or along the optical axis.
  • the structure according to the invention is particularly suitable for parallelization or for the design of an array.
  • a large number of light sources for generating electromagnetic radiation can be provided; Alternatively, however, the electromagnetic radiation generated by one or a few light sources can be split into light paths that are essentially parallel to one another by means of suitable optical elements. This results in a large number of optical axes on which the mirror lenses already described can be arranged.
  • the samples to be examined can be located, for example, in known micro- or nanotiter plates. Radiation emanating from the samples to be examined - for example fluorescence radiation - is received by the respective mirror objective and fed to an associated detector.
  • each of the plurality of optical axes is also located in the area of the common one Beam path of the electromagnetic radiation generated by the respective light source and the radiation generated in the respective focus between the respective light source and the respective mirror lens or in each case in the region of the light passage opening of the relevant mirror lens at least one diaphragm and / or at least one detector element and / or at least one optical fiber.
  • the distance between it and the focus is less than 1000 ⁇ m and in particular between 50 ⁇ m and 300 ⁇ m.
  • adsorption effects of the substances to be examined on the optically transparent film and interference effects such as Minimize scattering effects when the excitation and / or emission radiation passes through the sample.
  • the shape of the light transmission surface 34 and the choice of materials can be adapted to the desired optical set-up in such a way that chromatic errors are almost impossible become.
  • the person skilled in the art can, for example, use optical software available on the market (e.g.
  • the light transmission surface is curved, in particular hyperbolic or spherical. However, it can also be advantageous to emboss the light transmission surface in a planar manner. It can also be provided with diffractive optical elements.
  • the light transmission surface can in particular have a coating of dielectric and / or polarization-selective and / or colored materials.
  • the optically transparent material of the optical element can have a homogeneous refractive index.
  • the optical element consists of optically transparent materials with different refractive indices.
  • the refractive index of the optical element preferably varies in a radially symmetrical manner with respect to the optical axis and / or along the optical axis.
  • first mirror surface is elliptical or spherical, while the second mirror surface is in particular spherical.
  • the imaging properties of the mirror objective are preferably to be adapted to the thickness of the film and / or the refractive indices of the immersion liquid, the film, which can in particular be a cover glass, and / or the sample.
  • the radii of curvature of the first mirror surface and / or the second mirror surface and / or the light transmission surface can be designed in a suitable manner.
  • the imaging properties of the mirror objective with regard in particular to the radii of curvature of the first and second mirror surfaces and / or the light transmission surface and / or the refractive index of the optical element to the thickness of the film and / or the refractive index of the immersion liquid, the film and / or are adapted to the sample.
  • the mirror objective can also be used without a film and / or immersion liquid, the sample in this case in particular as so-called hanging drop is in contact with the outside.
  • an optically transparent material with a suitable refractive index can be selected for the optical element. These can be glass materials known in the prior art or also suitable plastic materials, such as polycarbonates, of optical quality.
  • optical elements in particular lenses and / or mirrors and / or optical filters along the optical axis of the mirror objective.
  • piezo actuators and / or electrostrictive actuators in particular on the first outside.
  • a change in the radius of curvature of the mirror surfaces and / or the light transmission surface can also be achieved by a suitable arrangement of an expandable material, for example a metal frame that can be tempered, in the region of the optical element.
  • the second outside is completely or at least partially coated with an optically transparent material.
  • This has in particular the same refractive index as the immersion liquid used.
  • a planar surface of the mirror lens on the side facing the immersion liquid can be achieved by suitable coating.
  • the position of the mirror objective according to the invention in relation to a vessel containing the sample to be examined can be controlled three-dimensionally, for example by means of piezo technology.
  • means for positioning the mirror objective relative to the sample can be provided. be seen. It is also possible to rasterize the sample.
  • the mirror lens according to the invention is particularly useful in optical scanning microscopy, e.g. laser-excited fluorescence scanning microscopy. It can also preferably be used in spectroscopy. Luminescence spectroscopy such as fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or molecular-independent fluorescence techniques, Raman spectroscopy, light scattering and absorption spectroscopy should be mentioned here in particular.
  • FCS fluorescence correlation spectroscopy
  • Raman spectroscopy Raman spectroscopy
  • the molecules in sample 16 can be excited by single or multi-photon excitation.
  • FCS fluorescence correlation spectroscopy
  • Raman spectroscopy Raman spectroscopy
  • the molecules in sample 16 can be excited by single or multi-photon excitation.
  • a method based on a molecular brightness analysis that is independent of the molecular weight is disclosed in detail in WO 98/16814, the disclosure content of which is hereby expressly incorporated by reference.
  • Applications of the FCS
  • Another field of use of the device according to the invention can be seen in medical technology and here in particular in endoscopy.
  • 1 is a side view of a miniaturized mirror lens
  • 2 shows a schematic representation of a large number of mirror lenses arranged in arrays for quasi-parallel examination of a large number of samples
  • 3 shows an optical construction with an aperture arranged in the region of the light passage opening of the mirror objective
  • FIG. 5 is a side view of a further embodiment of a mirror lens with fiber coupling
  • Fig. 6 is a side view of another embodiment of a mirror lens with fiber coupling
  • Fig. 7 is a side view of another embodiment of a mirror lens.
  • a mirror lens is shown schematically in side view.
  • the mirror objective 10 is used to focus incident excitation light or radiation 12 in a focus 14 which is arranged within the sample 16 to be examined, with the result of the excitation light 12 in the sample 16 being emission light or Emission radiation is generated, which leaves the mirror lens 10 in the opposite direction to the direction of incidence of the excitation light.
  • the mirror objective 10 has at least one optical element 18 made of an optically transparent material and has a first outer side 20 facing the incident excitation light 12 and a second outer side 22 facing the sample 16 and thus the focus 14 and facing away from the first outer side 20.
  • the first outer side has a concave first outer surface 24, which carries an essentially light-reflecting coating 26.
  • the first outer surface 24 has a region 28 enclosed on all sides by the coating 26, in which it is free of the coating 26.
  • the area 28 represents thus a through opening for the excitation and emission light.
  • the material of the coating 26 is selected such that the first outer surface 24 acts in its area provided with the coating material 26 for radiation incident from the inside like a mirror surface (first mirror surface).
  • the second outer side 22 has a second outer surface 30, which comprises differently curved sections.
  • the second outer surface 30 is provided with a relatively strongly convexly curved section 32, to which a less strongly curved surface section 34 adjoins on the outside in a ring shape.
  • the section 32 of the second outer surface 30 is coated from the outside with a coating material which is essentially light-reflecting.
  • the second outer surface 30 is translucent, so that light can enter or leave the element 18 via this section 34, in particular with refraction of light.
  • section 34 of second outer surface 30 is a light transmission surface, in particular a refraction surface, while section 32 acts like a mirror surface (second mirror surface) for light that strikes from the inside.
  • the mirror lens 10 is in the immediate vicinity of a glass or plastic plate or film 38, the area between the film 38 and the second outside 22 of the element 18 being filled with an immersion liquid 40, which is in particular water or always - Sion oil is trading.
  • the sample 16 to be examined is located on the side of the film 38 facing away from the mirror objective 10.
  • the thickness of the film is preferably between 100 and 200 ⁇ m.
  • the operation of the mirror lens 10 and in particular the propagation of light within the mirror lens are as follows. Excitation light 12 enters the optical element 18 via the opening 28. This excitation light 12 is reflected divergently on the second mirror surface 32 until it strikes the first mirror surface 24. From there, the excitation light 12 is reflected in the direction of the light transmission surface 34.
  • the excitation light 12 emerges through this light transmission surface 34, in particular with refraction of light, and through the immersion liquid 40. Furthermore, the excitation light 12 penetrates the film 38 and is focused in the focus 14.
  • the focus 14 located in the sample 16 to be examined has in particular a volume in the range of 10 10 "12 1, preferably ⁇ 10 ⁇ 14 1. In the sample 16, emission radiation excited by the excitation light 12 reaches the direction of propagation of the excitation light 12 opposite direction back into the optical element 18 and out of the opening 28.
  • the advantage of the mirror objective 10 described here and shown in FIG. 1 is that the reflection surfaces and the light transmission surface 34, which is designed in particular as a refraction surface, are formed on a common element. This allows the mirror - objectively in one piece, i.e. realize monolithic. This in turn has advantages in terms of miniaturization of the mirror lens. In this way, for example, mirror lenses 10 can be produced, the extensions of which lie transversely to the direction of light incidence and in the direction of light incidence in the millimeter or sub-millimeter range.
  • FIG. 2 schematically shows a large number of mirror lenses arranged in arrays for quasi-parallel examination of a large number of samples.
  • the mirror lenses are arranged here in the form of a multi-array, in order to be able to examine a large number of samples 16, which are present in suitable so-called multi-well plates - which may have a 96 format, for example - at the same time. This results in particular uses in the area of high-throughput screening for pharmacologically active substances or for diagnostic examinations.
  • the optical elements 18 arranged in columns and rows are integrally formed on a common carrier body 44 and have light guides 46, which lead to an optical lens array 48 with a plurality of lenses 50, are coupled into the light guides 46 via the excitation radiation and emit emission radiation of the samples the optical fibers 46 is coupled out.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention.
  • Electromagnetic radiation generated in a light source 80 (for example a He-Ne laser with a wavelength of 543 nm, Uniphase Ine,, USA) strikes a dichroic mirror or beam splitter 70 and, after passing through a lens arrangement 62 and diaphragm 66, reaches the light transmission opening 28 of the mirror lens 10, which is an optical element 18 from, for example Has quartz glass.
  • the mirror lens has in particular a numerical aperture ⁇ 0.9.
  • the laser light that enters the sample through a cover glass BK7 excites the molecules in the observation volume, for example, to fluoresce.
  • the resulting fluorescent light passes through the mirror lens 10, the aperture 66 and the lens arrangement 62 onto the dichroic mirror or beam splitter 70. From there it is fed to a further lens arrangement 64 and by means of a detector 90 (eg avalanche photo diode SPCM-AQ-131 , EG & G Inc., Canada).
  • a detector 90 eg avalanche photo diode SPCM-AQ-131 , EG & G Inc., Canada.
  • the mirror objective 10 is embedded in a body made of quartz, for example consists of a first part 104 and a second part 102 serving as a "front panel".
  • a body made of quartz for example consists of a first part 104 and a second part 102 serving as a "front panel".
  • This configuration offers advantages in terms of production technology in particular if the optical element 18 is filled with an immersion liquid.
  • the fiber tip 47 of the coupled single-mode fiber 46 serves as a common field of view diaphragm for excitation and detection light.
  • the refractive surfaces of the front plate 102 are chosen to be flat. With a suitable choice of the immersion liquid, the remaining axial focus shift, which is caused by the dispersion of the front plate and sample holder, can be reduced to below 0.1 ⁇ m for the entire visual range.
  • the micro-optics map two diffraction-limited points, the core mode on the fiber front surface and the focal point in the sample.
  • the focus diameter is inversely proportional to the wavelength and proportional to the numerical aperture of the focused beam.
  • the divergence angle of the light emerging from the fiber is proportional to the wavelength.
  • the numerical aperture (on the focal point side) therefore increases with the wavelength, so that the focus diameter is almost independent of the wavelength.
  • FIG. 5 shows a further preferred embodiment of the mirror objective 10.
  • the optical element 18 consists of two different “optically transparent materials. This can be, for example, immersion liquid in the part of the optical element 18 facing the body 104, while quartz glass can be used as a further material.
  • This embodiment also has mounting plates 120 that connect the monolithically shaped body 104 to the mirror lens 10.
  • the mirror objective 10 is in turn embedded in a body which consists of a first part 104 and a second part 102 serving as a “front plate”.
  • a curved light transmission surface 34 is arranged around the mirror surface 32.
  • FIG. 7 shows, compared to FIG. 6, an optical setup without a sample carrier.
  • the sample 16 to be examined - such as an assay solution - is in direct contact with the front plate 102.

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Abstract

A device for the optical analysis of samples, comprising at least one light source (80) for generating electromagnetic radiation (12) and a mirror lens (10) arranged on a first optical axis (11), for receiving the electromagnetic radiation (12) generated by said light source, defining a focus (14) in a sample (16) of interest and receiving the electromagnetic radiation generated in said focus (14). Said mirror lens (10) is provided with at least one optical element (18) consisting of a transparent optical material having a first outer side (20) and a second outer side (22) opposite said first side and facing said focus (14). Said first outer side (20) has a first, concave reflecting surface (24) including an opening (28) for letting light through, while said second outer side (22) has a second, convex reflecting surface (32) located on said optical axis (11), in face to face relationship with said opening (28) for letting light through, provided in said first outer side (20), and a surface (34) for letting light through, provided around said second reflecting surface (32).

Description

Vorrichtung zur optischen Erfassung von ProbenDevice for the optical detection of samples
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Proben, welche ein Spiegelobjektiv aufweist, sowie die Verwendung dieser Vorrichtung für unterschiedliche Applikationsgebiete .The present invention relates to a device for the optical detection of samples, which has a mirror lens, and to the use of this device for different application areas.
Über die reine Analytik einzelner Moleküle hinaus sind für viele Bereiche - wie auch beispielsweise im Screening nach pharmakologisch aktiven Substanzen - Aussagen über Zu- standsparameter der Moleküle wichtig wie deren Konformation und Wechselwirkung mit anderen Molekülen oder molekularen Strukturen. Moderne Methoden der evolutiven Biotechnologie befassen sich mit hochkomplexen Kollektiven von Molekülen. Es gilt dabei, Moleküle mit spezifischen Wechselwirkungseigenschaften gegenüber Zielstrukturen zu identifizieren, d.h., eine bestimmte Fitness bezüglich einer erwünschten Funktion zu messen. Eine solche Fitness läßt sich auf thermodynamische Parameter wie Bindungs- konstanten bzw. Geschwindigkeitskonstanten zurückführen.In addition to the pure analysis of individual molecules, statements about the state parameters of the molecules, such as their conformation and interaction with other molecules or molecular structures, are important for many areas - such as in the screening for pharmacologically active substances. Modern methods of evolutionary biotechnology deal with highly complex collectives of molecules. It is important to identify molecules with specific interaction properties against target structures, i.e. to measure a certain fitness with regard to a desired function. Such fitness can be traced back to thermodynamic parameters such as binding constants or speed constants.
Zur Lösung bestimmter Problemstellungen muß oftmals eine sehr große Probenzahl bewältigt werden, die mehr oder weniger zeitgleich analysiert werden sollen. Hierbei liegen die zu analysierenden Moleküle oftmals nur in kleinen Konzentrationen vor. Als vorteilhafte Analyseverfahren haben sich die Methoden der konfokalen Fluoreszenzspektroskopie bewährt .To solve certain problems, a very large number of samples often has to be dealt with, which should be analyzed more or less simultaneously. The molecules to be analyzed are often only present in small concentrations. The methods of confocal fluorescence spectroscopy have proven to be advantageous analysis methods.
Die WO 94/16313 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von einem oder wenigen Molekülen durch Verwendung der laserangeregten Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) . Das Meßprinzip der FCS beruht darauf, daß fluorophore Moleküle in äußerst verdünnten Lösungen gemessen werden, indem ein relativ kleines Meßvolumen von vorzugsweise ≤ 10"14 1 der Lösung dem Anregungslicht eines Lasers ausgesetzt wird. Moleküle mit entsprechendem Anregungsspektrum, die sich in eben diesem Volumen aufhalten, werden angeregt. Die emittierte Fluoreszenz aus diesem Meßvolumen kann dann auf einen Detektor hoher Sensitivität abgebildet werden. Es wird die Änderung der Fluoreszenzintensität, die durch die infolge der Diffusionsbewegung wechselnde Molekülzahl im Meßvolumen entsteht, analysiert. Die in WO 94/16313 beschriebene, mit konfokaler Optik ausgestattete Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch eine im Emissionsstrahlengang in der Bildebene des Objektives angeordnete Lochblende oder einen die Lochblende ersetzenden Detektor aus. Insbesondere weist die verwendete Optik eine hohe numerische Apertur auf .WO 94/16313 describes a method and a device for identifying one or a few molecules by using laser-excited fluorescence correlation spectroscopy (FCS). The FCS measuring principle is based that fluorophoric molecules are measured in extremely dilute solutions by exposing a relatively small measuring volume of preferably ≤ 10 "14 1 of the solution to the excitation light of a laser. Molecules with a corresponding excitation spectrum that are in this volume are excited emitted fluorescence from this measurement volume can then be imaged on a detector of high sensitivity, the change in the fluorescence intensity resulting from the changing number of molecules in the measurement volume due to the diffusion movement is analyzed, the device described in WO 94/16313, equipped with confocal optics, is drawn is characterized in particular by a pinhole arranged in the emission beam path in the image plane of the objective or by a detector replacing the pinhole, in particular the optics used have a high numerical aperture.
Die WO 96/13744 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung stoffspezifischer Parameter eines oder weniger Moleküle mittels Korrelations-Spektroskopie, wobei auf die Prinzipien der Nahfeldoptik zurückgegriffen wird.WO 96/13744 describes a method and a device for determining substance-specific parameters of one or fewer molecules by means of correlation spectroscopy, the principles of near-field optics being used.
Die Kopplung optischer Faserarrays an Linsensysteme ist beschrieben (Kufner et al . , Micro-optics and lithography, VUBPress, Brüssels, 1997; Sazaki et al . , Put-in micro- connectors for alignment-free coupling of opti al fiber arrays, IEEE Photon. Technol . Lett . Vol. 4, p. 908-911, 1992) .The coupling of optical fiber arrays to lens systems has been described (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997; Sazaki et al., Put-in micro-connectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992).
Catadioptrische Systeme (Mangin-Spiegel , Cassegrain Systeme) sind in der Literatur beschrieben (Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, The Design of Optical Systems; Mc-Graw-Hill Inc., 1990) . Wegen des Aufbaus dieser Systeme aus mehreren einzelnen optischen Elementen sind einer Miniaturisierung konstruktiv Grenzen gesetzt. Die Offenlegungsschrift GB 21 19 112 A betrifft ein optisches System zur reflektiven Fokussierung der durch eine Apertur in das optische System eintretenden elektro-magnetischen Strahlung auf einen mittels reflektiver Flächen vor unerwünschter Untergrundstrahlung abgeschirmten Detektor.Catadioptric systems (Mangin mirror, Cassegrain systems) are described in the literature (Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, The Design of Optical Systems; Mc-Graw-Hill Inc., 1990). Due to the construction of these systems from several individual optical elements, miniaturization is structurally limited. GB 21 19 112 A relates to an optical system for reflective focusing of the electromagnetic radiation entering the optical system through an aperture onto a detector shielded from undesired background radiation by means of reflective surfaces.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nutzung eines einzigen Objektives sowohl für den Beleuchtungs- wie auch den Detektionsstrahlengang zu ermöglichen, wobei gewährleistet sein soll, daß die "Sehfelder" der Excita- tions-strahlenquelle und des Detektors in der zu untersuchenden Probe sich überlagern bzw. im wesentlichen identisch sind.The object of the present invention is to enable the use of a single objective for both the illumination and the detection beam path, it being intended to ensure that the “fields of view” of the excitation radiation source and the detector overlap in the sample to be examined or are essentially identical.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben .The problem underlying the invention is solved by a device according to claim 1. Advantageous refinements and applications of the invention are specified in the remaining claims.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur optischenThe invention provides a device for optical
Erfassung von Proben bereitgestellt mit mindestens einer Lichtquelle zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, einem auf einer ersten optischen Achse angeordneten Spiegelobjektiv, welches von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt und einen Fokus in einer zu untersuchenden Probe erzeugt sowie die in dieser erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt, wobei das Spiegelobjektiv mit mindestens einem optischen Element aus einem optisch transparenten Material versehen ist, das optische Element eine erste Außenseite und eine dieser abgewandte und dem Fokus zugewandte zweite Außenseite aufweist, die erste Außenseite eine konkave erste Spiegelfläche mit einer Lichtdurchlaßöffnung aufweist, und die zweite Außenseite eine konvexe zweite Spiegelfläche, die auf der optischen Achse der Lichtdurchlaßöffnung der ersten Außenseite gegenüberliegend angeordnet ist und eine um die zweite Spiegelfläche herum angeordnete Lichtdurchlaßfläche aufweist, und auf der optischen Achse im Bereich des gemeinsamen Strahlenganges der von der Lichtquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung und der in der Probe erzeugten Strahlung zwischen Lichtquelle und Spiegel- objektiv oder im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung des Spiegelobjektives mindestens eine Blende und/oder mindestens ein Detektorelement und/oder mindestens eine optische Faser angeordnet ist.Detection of samples provided with at least one light source for generating electromagnetic radiation, a mirror objective arranged on a first optical axis, which receives electromagnetic radiation generated by the light source and generates a focus in a sample to be examined and receives the electromagnetic radiation generated therein, wherein the mirror objective is provided with at least one optical element made of an optically transparent material, the optical element has a first outer side and a second outer side facing away from it and facing the focus, the first outer surface has a concave first mirror surface with a light transmission opening, and the second outer surface has a convex second mirror surface which is arranged on the optical axis of the light transmission opening opposite the first outer surface and has a light transmission surface arranged around the second mirror surface, and on the optical axis At least one aperture and / or at least one detector element and / or at least one optical fiber is arranged in the area of the common beam path of the electromagnetic radiation generated by the light source and the radiation generated in the sample between the light source and the mirror lens or in the area of the light passage opening of the mirror lens .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt ihren Vorteil insbesondere dann, wenn "kleine" Meßvolumina, insbesondere kleiner als 10"12 1, erzeugt werden sollen. Das Meßvolumen wird durch den Schnittbereich der "Gesichtsfelder" von Sender und Detektor festgelegt. Zur Verdeutlichung der Meßvolumenerzeugung sei beispielhaft eine Fluoreszenzanwendung betrachtet. Der Farbstoff der Probe wird im Bereich des gesamten Sendestrahles, d.h. dem Sehfeld der Excitationsstrahlenquelle, zum Leuchten angeregt. Die Anregungsdichte ist an jedem Punkt der Probe proportional zur Helligkeit des Strahls, also im Bereich des Fokus sehr viel größer als in der Umgebung. Der Anteil des Fokusbereiches am insgesamt erzeugten Fluoreszenzlicht ist jedoch klein, da der Fokus nur eine geringe Ausdehnung besitzt. Ganz analog kann das "Sehfeld" des Detektors betrachtet werden. Nur wenn gewährleistet ist, daß auch der Detektor Fluoreszenzlicht hauptsächlich aus dem Fokus des Sendestrahles empfängt, erhält man ein wohldefiniertes "kleines" Meß-volumen. In diesem Fall verstärken die hellen mit hoher Gewichtung versehenen Bereiche des Fokus ihren Bei- trag zum Meßvolumen; die mit geringer Gewichtung versehenen Bereiche außerhalb des Brennpunktes verringern sich gegenseitig.The device according to the invention shows its advantage particularly when "small" measurement volumes, in particular less than 10 "12 1, are to be generated. The measurement volume is determined by the intersection of the" field of view "of the transmitter and detector The dye of the sample is excited to glow in the area of the entire transmitted beam, ie the field of view of the excitation radiation source. The excitation density at every point of the sample is proportional to the brightness of the beam, ie in the area of the focus, much larger than in the environment However, the proportion of the focus area in the total fluorescence light generated is small, since the focus has only a small extent. The "field of view" of the detector can be viewed in a completely analogous manner. Only if it is ensured that the detector fluorescence light mainly comes from the focus of the transmitted beam receives, one receives well-defined "small" measuring volume. In this case, the bright, high-weight areas of the focus enhance their contribution to the measurement volume; the areas with less weight outside the focal point are mutually reduced.
Mathematisch wird das Meßvolumen als Integral über das Produkt der sog. Point-Spread-Funktionen (PSF) von Sender und Detektor definiert:Mathematically, the measurement volume is defined as an integral over the product of the so-called point spread functions (PSF) of the transmitter and detector:
V eß \ A — = j JljJijJ PSF Sender (x, y, z) PSF Detektor (x, y, z) dx dy dz VV e ß \ A - = j JljJijJ PSF transmitter (x, y, z) PSF detector (x, y, z) dx dy dz V
Die Point-Spread-Funktionen haben ihr Maximum im Fokus und weisen außerhalb desselben nur geringe Werte auf, so daß ihr Produkt sehr klein und im Integral vernachlässigbar ist . Durch den erfindungsgemäßen Aufbau unter Verwendung einer Blende, eines Detektors oder einer optischen Faser im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung bzw. im oben genannten gemeinsamen Strahlengang wird erreicht, daß die beiden Funktionen im wesentlichen identisch sind. In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung Messungen ohne die Notwendig aufwendiger Nachjustagen einzelner optischer Elemente.The point spread functions have their maximum in focus and have only small values outside of it, so that their product is very small and negligible in the integral. The construction according to the invention using an aperture, a detector or an optical fiber in the region of the light transmission opening or in the above-mentioned common beam path ensures that the two functions are essentially identical. The arrangement according to the invention advantageously enables measurements without the need for complex readjustments of individual optical elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung insbesondere eine Blende angeordnet. Bei geeigneter Wahl der Größe der Lichtdurchlaßöffnung kann diese selbst die Funktion einer Blende übernehmen. Es kann ferner bevorzugt sein, die Blende durch einen Detektor, insbesondere durch miniaturisierte Detektorelemente, zu ersetzen. Dieser füllt nur einen Teil der Lichtdurchlaßöffnung aus, so daß gewährleistet ist, daß von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung in das Spiegelobjektiv 10 eintreten kann. Das Spiegelobjektiv weist eine nur sehr geringe chromatische und transversale Aberration auf, so daß es insbesondere vorteilhaft ist, im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung eine optische Faser, ins- besondere eine Monomodefaser, anzukoppeln. Die von der Probe ausgehende Emissionsstrahlung kann mit dieser Faser gesammelt und beispielsweise über einen dichroitischen Spiegel einer geeigneten Detektionsvorrichtung zugeführt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kopplung zwischen Glasfaser und dem ein geeignetes Kopplungsmaterial aufweisenden Spiegelobjektiv mittels Verschmelzung mit der Faser oder über einen sog. Plug-in-Microconnector (Kufner et al . , Micro-optics and lithography, VUBPress, Brüssels, 1997, S. 103 und 104; Sazaki et al . , Put-in microconnectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon. Technol . Lett . Vol. 4, p. 908- 911, 1992) herzustellen. Allgemein können Mittel zur variablen Ankopplung der optischen Faser im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung 28 und/oder entlang der optischen Achse vorgesehen sein.In a preferred embodiment, in particular a diaphragm is arranged in the area of the light transmission opening. With a suitable choice of the size of the light transmission opening, this can itself take on the function of an aperture. It can also be preferred to replace the diaphragm by a detector, in particular by miniaturized detector elements. This fills only a part of the light transmission opening, so that it is ensured that electromagnetic radiation generated by the light source can enter the mirror objective 10. The mirror objective has only very low chromatic and transverse aberration, so that it is particularly advantageous to use an optical fiber in the area of the light transmission opening, in particular especially a single-mode fiber to connect. The emission radiation emanating from the sample can be collected with this fiber and, for example, fed to a suitable detection device via a dichroic mirror. It has proven to be advantageous to couple the glass fiber to the mirror lens, which has a suitable coupling material, by fusing it with the fiber or using a so-called plug-in microconnector (Kufner et al., Micro-optics and lithography, VUBPress, Brussels, 1997 , Pp. 103 and 104; Sazaki et al., Put-in microconnectors for alignment-free coupling of optical fiber arrays, IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 4, p. 908-911, 1992). In general, means for variable coupling of the optical fiber can be provided in the region of the light transmission opening 28 and / or along the optical axis.
Der erfindungsgemäße Aufbau ist besonders zur Paralleli- sierung bzw. zur Gestaltung eines Arrays geeignet. Hierzu kann eine Vielzahl von Lichtquellen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen sein; wahlweise kann jedoch auch die von einer oder wenigen Lichtquellen erzeugte elektromagnetische Strahlung mittels geeigneter optischer Elemente auf im wesentlichen zueinander parallele Lichtwege gesplittet werden. Es ergibt sich somit eine Vielzahl von optischen Achsen, auf denen die bereits beschriebenen Spiegelobjektive angeordnet werden können. Diese fokussieren jeweils die Strahlung in zu untersuchende Proben, welche bevorzugt arrayförmig angeordnet sind. Die zu untersuchenden Proben können sich beispielsweise in bekannten Mikro- oder Nanotiterplatten befinden. Von den zu untersuchenden Proben ausgehende Strahlung - z.B. Fluoreszenzstrahlung - wird vom jeweiligen Spiegelobjektiv empfangen und einem zugehörigen Detektor zugeleitet. Auf jeder der Vielzahl der optischen Achsen befindet sich zudem erfindungsgemäß im Bereich des gemeinsamen Strahlenganges der von der jeweiligen Lichtquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung und der im jeweiligen Fokus erzeugten Strahlung zwischen jeweiliger Lichtquelle und jeweiligem Spiegelobjektiv oder jeweils im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung des betreffenden Spiegelobjektives mindestens eine Blende und/oder mindestens ein Detektorelement und/oder mindestens eine optische Faser.The structure according to the invention is particularly suitable for parallelization or for the design of an array. For this purpose, a large number of light sources for generating electromagnetic radiation can be provided; Alternatively, however, the electromagnetic radiation generated by one or a few light sources can be split into light paths that are essentially parallel to one another by means of suitable optical elements. This results in a large number of optical axes on which the mirror lenses already described can be arranged. These each focus the radiation into samples to be examined, which are preferably arranged in an array. The samples to be examined can be located, for example, in known micro- or nanotiter plates. Radiation emanating from the samples to be examined - for example fluorescence radiation - is received by the respective mirror objective and fed to an associated detector. According to the invention, each of the plurality of optical axes is also located in the area of the common one Beam path of the electromagnetic radiation generated by the respective light source and the radiation generated in the respective focus between the respective light source and the respective mirror lens or in each case in the region of the light passage opening of the relevant mirror lens at least one diaphragm and / or at least one detector element and / or at least one optical fiber.
Als besonders vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, daß bei Verwendung einer optisch durchlässigen Folie der Abstand zwischen dieser und dem Fokus geringer als 1000 μm ist und insbesondere zwischen 50 μm und 300 μm beträgt. Hierdurch lassen sich Adsorptionseffekte der zu untersuchenden Substanzen an der optisch durchlässigen Folie sowie Störeffekte, wie z.B. Streueffekte beim Durchtritt der Excitations- und/oder Emissionsstrahlung innerhalb der Probe, minimieren. Bei Anwendungen, die eine Verwendung einer optisch transparenten Folie erfordern, kann die Form der Lichtdurchlaßfläche 34 und die Wahl der Materialien (Spiegelobjektivkorpus / Immersionsflüssigkeit zwischen Objektiv und Folie / Folie) dergestalt an das gewünschte optische Set-up angepaßt werden, daß chromatische Fehler fast ausgeschlossen werden. Hierzu kann der Fachmann sich beispielsweise am Markt erhältlicher Optiksoftware (z.B. Zemax, Focus Software Inc., USA; Oslo, Sinclair Optics Inc., USA) bedienen, um die Ausgestaltung des Spiegelobjektives dem optischen Set-up anzupassen. Sphärische Aberrationen, welche insbesondere durch Probenträger hervorgerufen werden, können durch eine bevorzugt asphärische Ausgestaltung der Spiegelfläche vollständig kompensiert werden .It has also proven to be particularly advantageous that when an optically transparent film is used, the distance between it and the focus is less than 1000 μm and in particular between 50 μm and 300 μm. As a result, adsorption effects of the substances to be examined on the optically transparent film and interference effects, such as Minimize scattering effects when the excitation and / or emission radiation passes through the sample. For applications that require the use of an optically transparent film, the shape of the light transmission surface 34 and the choice of materials (mirror lens body / immersion liquid between lens and film / film) can be adapted to the desired optical set-up in such a way that chromatic errors are almost impossible become. For this purpose, the person skilled in the art can, for example, use optical software available on the market (e.g. Zemax, Focus Software Inc., USA; Oslo, Sinclair Optics Inc., USA) to adapt the design of the mirror lens to the optical set-up. Spherical aberrations, which are caused in particular by sample carriers, can be completely compensated for by a preferably aspherical configuration of the mirror surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtdurchlaßfläche gekrümmt, insbesondere hyperbolisch oder sphärisch. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Lichtdurchlaßfläche planar auszuprägen. Sie kann ferner mit diffraktiven optischen Elementen versehen sein. Die Lichtdurchlaßfläche kann insbesondere eine Beschichtung aus dielektrischen und/oder polarisationsselektiven und/ oder farbigen Materialien aufweisen.In a preferred embodiment, the light transmission surface is curved, in particular hyperbolic or spherical. However, it can also be advantageous to emboss the light transmission surface in a planar manner. It can also be provided with diffractive optical elements. The light transmission surface can in particular have a coating of dielectric and / or polarization-selective and / or colored materials.
Das optisch transparente Material des optischen Elementes kann einen homogenen Brechungsindex aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung besteht das optische Element jedoch aus optisch transparenten Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices . In bevorzugter Weise variiert der Brechungsindex des optischen Elementes radialsymmetrisch zur optischen Achse und/oder entlang der optischen Achse.The optically transparent material of the optical element can have a homogeneous refractive index. In a further embodiment, however, the optical element consists of optically transparent materials with different refractive indices. The refractive index of the optical element preferably varies in a radially symmetrical manner with respect to the optical axis and / or along the optical axis.
Es ist ferner bevorzugt, die erste Spiegelfläche elliptisch oder sphärisch auszugestalten, während die zweite Spiegelfläche insbesondere sphärisch ist.It is further preferred to design the first mirror surface to be elliptical or spherical, while the second mirror surface is in particular spherical.
Die Abbildungseigenschaften des Spiegelobjektives sind in bevorzugter Weise an die Dicke der Folie und/oder die Brechungsindices der Immersionsflüssigkeit, der Folie, welche insbesondere ein Deckglas sein kann, und/oder der Probe anzupassen. Hierzu lassen sich insbesondere die Krümmungsradien der ersten Spiegelfläche und/oder der zweiten Spiegelfläche und/oder der Lichtdurchlaßfläche in geeigneter Weise gestalten. Insoweit vorteilhaft ist es, wenn die Abbildungseigenschaften des Spiegelobjektives hinsichtlich insbesondere der Krümmungsradien der ersten und zweiten Spiegelflächen und/oder der Lichtdurchlaßfläche und/oder des Brechungsindex des optischen Elements an die Dicke der Folie und/oder die Brechungsindices der Immersionsflüssigkeit, der Folie und/oder der Probe angepaßt sind.The imaging properties of the mirror objective are preferably to be adapted to the thickness of the film and / or the refractive indices of the immersion liquid, the film, which can in particular be a cover glass, and / or the sample. For this purpose, the radii of curvature of the first mirror surface and / or the second mirror surface and / or the light transmission surface can be designed in a suitable manner. To this extent, it is advantageous if the imaging properties of the mirror objective with regard in particular to the radii of curvature of the first and second mirror surfaces and / or the light transmission surface and / or the refractive index of the optical element to the thickness of the film and / or the refractive index of the immersion liquid, the film and / or are adapted to the sample.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Spiegelobjektiv auch ohne Folie und/oder Immersionsflüssigkeit verwendet werden, wobei die Probe in diesem Fall insbesondere als sog. hängender Tropfen mit der Außenseite in Kontakt steht. Ferner ist für das optische Element ein optisch transparentes Material mit einem geeigneten Brechungsindex wählbar. Hierbei kann es sich um im Stand der Technik bekannte Glas- oder auch geeignete Kunststoffmaterialien, wie z.B. Polycarbonate, optischer Qualität handeln.In a further embodiment, the mirror objective can also be used without a film and / or immersion liquid, the sample in this case in particular as so-called hanging drop is in contact with the outside. Furthermore, an optically transparent material with a suitable refractive index can be selected for the optical element. These can be glass materials known in the prior art or also suitable plastic materials, such as polycarbonates, of optical quality.
Es kann ferner bevorzugt sein, weitere optische Elemente, insbesondere Linsen und/oder Spiegel und/oder optische Filter entlang der optischen Achse des Spiegelobjektives anzuordnen .It can also be preferred to arrange further optical elements, in particular lenses and / or mirrors and / or optical filters along the optical axis of the mirror objective.
Um mögliche Variationen der Dicke der optisch durchlässigen Folie auszugleichen und/oder um die Oberflächenform des Spiegelobjektives zu variieren, kann es bevorzugt sein, insbesondere an der ersten Außenseite Piezoaktuato- ren und/oder elektrostriktive Aktuatoren anzuordnen. Eine Krümmungsradiusveränderung der Spiegelflächen und/oder der Lichtdurchlaßfläche läßt sich auch durch eine geeignete Anordnung eines ausdehungsfähigen Materials, beispielsweise eines temperierbaren Metallrahmens, im Bereich des optischen Elementes erzielen.In order to compensate for possible variations in the thickness of the optically permeable film and / or to vary the surface shape of the mirror objective, it may be preferred to arrange piezo actuators and / or electrostrictive actuators in particular on the first outside. A change in the radius of curvature of the mirror surfaces and / or the light transmission surface can also be achieved by a suitable arrangement of an expandable material, for example a metal frame that can be tempered, in the region of the optical element.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Außenseite vollständig oder zumindest partiell mit einem optisch transparenten Material beschichtet. Dieses besitzt insbesondere denselben Brechungsindex wie die verwendete Immersionsflüssigkeit . Durch geeignete Beschichtung läßt sich eine planare Fläche des Spiegelobjektives auf der der Immersionsflüssigkeit zugewandten Seite erzielen.In a further embodiment, the second outside is completely or at least partially coated with an optically transparent material. This has in particular the same refractive index as the immersion liquid used. A planar surface of the mirror lens on the side facing the immersion liquid can be achieved by suitable coating.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lage des erfindungsgemäßen Spiegelobjektives zu einem die zu untersuchende Probe enthaltenen Gefäß dreidimensional z.B. mittels der Piezotechnik steuerbar. Hierzu können Mittel zum Positionieren des Spiegelobjektives relativ zur Probe vor- gesehen sein. Es wird ferner ermöglicht, die Probe zu rastern.In a preferred embodiment, the position of the mirror objective according to the invention in relation to a vessel containing the sample to be examined can be controlled three-dimensionally, for example by means of piezo technology. For this purpose, means for positioning the mirror objective relative to the sample can be provided. be seen. It is also possible to rasterize the sample.
Das erfindungsgemäße Spiegelobjektiv ist insbesondere in der optischen Rastermikroskopie wie z.B. der laserangeregten Fluoreszenzrastermikroskopie einsetzbar. Es kann ferner auch bevorzugt Verwendung in der Spektroskopie finden. Hier sind insbesondere die Lumineszenzspektroskopie wie Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) oder molmassen- unabhängige Fluoreszenztechniken, Ramanspektroskopie, Lichtstreuung und Absorptions-spektroskopie zu nennen. Die Excitation der in der Probe 16 befindlichen Moleküle kann durch Ein- oder Mehrphotonenanregung erfolgen. Ein auf einer molekularen Helligkeitsanalyse beruhendes molmassen- unabhängiges Verfahren ist im Detail in der WO 98/16814 offenbart, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich bezug genommen wird. Anwendungen der FCS sind insbesondere im Europäischen Patent EP 0679 251 Bl erörtert, auf dessen gesamten Offenbarungsgehalt hiermit ebenfalls bezug genommen wird.The mirror lens according to the invention is particularly useful in optical scanning microscopy, e.g. laser-excited fluorescence scanning microscopy. It can also preferably be used in spectroscopy. Luminescence spectroscopy such as fluorescence correlation spectroscopy (FCS) or molecular-independent fluorescence techniques, Raman spectroscopy, light scattering and absorption spectroscopy should be mentioned here in particular. The molecules in sample 16 can be excited by single or multi-photon excitation. A method based on a molecular brightness analysis that is independent of the molecular weight is disclosed in detail in WO 98/16814, the disclosure content of which is hereby expressly incorporated by reference. Applications of the FCS are discussed in particular in European Patent EP 0679 251 B1, the entire disclosure content of which is also hereby incorporated by reference.
Ein weiteres Verwendungsfeld der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Medizintechnik und hier insbesondere in der Endoskopie zu sehen.Another field of use of the device according to the invention can be seen in medical technology and here in particular in endoscopy.
Nachfolgend werden anhand der Zeichungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzeln n zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show individually n:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines miniaturisierten Spiegel- Objektivs,1 is a side view of a miniaturized mirror lens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von arrayweise angeordneten Spiegelobjektiven zur quasi-parallelen Untersuchung einer Vielzahl von Proben, Fig. 3 ein optischer Aufbau mit einer im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung des Spiegelobjektives angeordneten Blende,2 shows a schematic representation of a large number of mirror lenses arranged in arrays for quasi-parallel examination of a large number of samples, 3 shows an optical construction with an aperture arranged in the region of the light passage opening of the mirror objective,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Spiegelobjektives mit Faserankopplung,4 is a side view of a mirror lens with fiber coupling,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Spiegelobjektives mit Faserankopplung,5 is a side view of a further embodiment of a mirror lens with fiber coupling,
Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Spiegelobjektives mit Faserankopplung undFig. 6 is a side view of another embodiment of a mirror lens with fiber coupling and
Fig. 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Spiegelobjektives.Fig. 7 is a side view of another embodiment of a mirror lens.
In Fig. 1 ist schematisch ein Spiegelobjektiv in Seitenansicht dargestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall dient das Spiegelobjektiv 10 der Fokussierung von einfallendem Excitationslicht bzw. -Strahlung 12 in einem Fokus 14, der innerhalb der zu untersuchenden Probe 16 angeordnet ist, wobei in Folge des Excitationslichts 12 in der Probe 16 Emissionslicht bzw. Emissionsstrahlung erzeugt wird, die das Spiegelobjektiv 10 in zur Einfallsrichtung des Excitationslichts entgegengesetzter Richtung verläßt. Das Spiegelobjektiv 10 weist mindestens ein optisches Element 18 aus einem optisch transparenten Material auf und eine dem einfallenden Excitationslicht 12 zugewandte erste Außenseite 20 sowie eine der Probe 16 und damit dem Fokus 14 zugewandte und der ersten Außenseite 20 abgewandte zweite Außenseite 22 auf. Die erste Außenseite weist eine konkave erste Außenfläche 24 auf, die eine im wesentlichen lichtreflektierende Beschichtung 26 trägt. Die erste Außenfläche 24 weist einen allseitig von der Beschichtung 26 umschlossenen Bereich 28 auf, in dem sie frei von der Beschichtung 26 ist. Der Bereich 28 stellt damit eine Durchgangsöffnung für das Excitations- und das Emissionslicht dar. Das Material der Beschichtung 26 ist derart gewählt, daß die erste Außenfläche 24 in ihrem mit dem Beschichtungsmaterial 26 versehenen Bereich für von innen auftreffende Strahlung wie eine Spiegelfläche (erste Spiegelfläche) wirkt.In Fig. 1, a mirror lens is shown schematically in side view. In the case shown in FIG. 1, the mirror objective 10 is used to focus incident excitation light or radiation 12 in a focus 14 which is arranged within the sample 16 to be examined, with the result of the excitation light 12 in the sample 16 being emission light or Emission radiation is generated, which leaves the mirror lens 10 in the opposite direction to the direction of incidence of the excitation light. The mirror objective 10 has at least one optical element 18 made of an optically transparent material and has a first outer side 20 facing the incident excitation light 12 and a second outer side 22 facing the sample 16 and thus the focus 14 and facing away from the first outer side 20. The first outer side has a concave first outer surface 24, which carries an essentially light-reflecting coating 26. The first outer surface 24 has a region 28 enclosed on all sides by the coating 26, in which it is free of the coating 26. The area 28 represents thus a through opening for the excitation and emission light. The material of the coating 26 is selected such that the first outer surface 24 acts in its area provided with the coating material 26 for radiation incident from the inside like a mirror surface (first mirror surface).
Die zweite Außenseite 22 weist eine zweite Außenfläche 30 auf, die unterschiedlich gewölbte Abschnitte umfaßt. In ihrem mittleren Bereich und der Öffnung 28 gegenüberliegend ist die zweite Außenfläche 30 mit einem relativ stark konvex gewölbten Abschnitt 32 versehen, an den sich nach außen hin allseitig ein weniger stark gewölbter Flächenabschnitt 34 ringförmig anschließt. Der Abschnitt 32 der zweiten Außenfläche 30 ist mit einem Beschichtungsmaterial von außen beschichtet, das im wesentlichen lichtreflektierend ist. In ihrem Abschnitt 34 ist die zweite Außenfläche 30 lichtdurchlässig, so daß über diesen Abschnitt 34 Licht insbesondere unter Lichtbrechung in das Element 18 hinein- bzw. aus dem Element 18 heraustreten kann. Insoweit handelt es sich bei dem Abschnitt 34 der zweiten Außenfläche 30 um eine Lichtdurchlaßfläche, insbesondere um eine Refraktionsfläche, während der Abschnitt 32 für von innen auftreffendes Licht wie eine Spiegelfläche (zweite Spiegelfläche) wirkt.The second outer side 22 has a second outer surface 30, which comprises differently curved sections. In its central region and opposite the opening 28, the second outer surface 30 is provided with a relatively strongly convexly curved section 32, to which a less strongly curved surface section 34 adjoins on the outside in a ring shape. The section 32 of the second outer surface 30 is coated from the outside with a coating material which is essentially light-reflecting. In its section 34, the second outer surface 30 is translucent, so that light can enter or leave the element 18 via this section 34, in particular with refraction of light. To this extent, section 34 of second outer surface 30 is a light transmission surface, in particular a refraction surface, while section 32 acts like a mirror surface (second mirror surface) for light that strikes from the inside.
Wie man anhand von Fig. 1 erkennen kann, befindet? sich das Spiegelobjektiv 10 in unmittelbarer Nähe einer Glas- oder Kunststoffplatte bzw. -folie 38, wobei der Bereich zwischen der Folie 38 und der zweiten Außenseite 22 des Elements 18 durch eine Immersionsflüssigkeit 40 ausgefüllt ist, bei der es sich insbesondere um Wasser oder um Immer- sionsöl handelt. Auf der dem Spiegelobjektiv 10 abgewandten Seite der Folie 38 befindet sich die zu untersuchende Probe 16. Die Dicke der Folie beträgt vorzugsweise zwischen 100 bis 200 μm. Die Funktionsweise des Spiegelobjektivs 10 und insbesondere die Ausbreitung von Licht innerhalb des Spiegelobjektivs sind wie folgt. Über die Öffnung 28 tritt Excitationslicht 12 in das optische Element 18 hinein. Dieses Excitationslicht 12 wird an der zweiten Spiegelfläche 32 divergent reflektiert, bis es auf die erste Spiegelfläche 24 auftrifft. Von dort wird das Excitationslicht 12 in Richtung auf die Lichtdurchlaßfläche 34 reflektiert. Durch diese Lichtdurchlaßfläche 34 tritt das Excitationslicht 12 insbesondere unter Lichtbrechung aus und durch die Immersionsflüssigkeit 40 hindurch. Desweiteren durchdringt das Excitationslicht 12 die Folie 38 und wird im Fokus 14 fokussiert. Der sich in der zu untersuchenden Probe 16 befindende Fokus 14 weist insbesondere ein Volumen im Bereich von ≤ 10"12 1, bevorzugt < 10~14 1, auf. In der Probe 16 durch das Excitationslicht 12 angeregte Emissionsstrahlung gelangt in zur Ausbreitungsrichtung des Excitationslichts 12 entgegengesetzter Richtung zurück in das optische Element 18 und über die Öffnung 28 aus diesem heraus.As can be seen from Fig. 1, is? the mirror lens 10 is in the immediate vicinity of a glass or plastic plate or film 38, the area between the film 38 and the second outside 22 of the element 18 being filled with an immersion liquid 40, which is in particular water or always - Sion oil is trading. The sample 16 to be examined is located on the side of the film 38 facing away from the mirror objective 10. The thickness of the film is preferably between 100 and 200 μm. The operation of the mirror lens 10 and in particular the propagation of light within the mirror lens are as follows. Excitation light 12 enters the optical element 18 via the opening 28. This excitation light 12 is reflected divergently on the second mirror surface 32 until it strikes the first mirror surface 24. From there, the excitation light 12 is reflected in the direction of the light transmission surface 34. The excitation light 12 emerges through this light transmission surface 34, in particular with refraction of light, and through the immersion liquid 40. Furthermore, the excitation light 12 penetrates the film 38 and is focused in the focus 14. The focus 14 located in the sample 16 to be examined has in particular a volume in the range of 10 10 "12 1, preferably <10 ~ 14 1. In the sample 16, emission radiation excited by the excitation light 12 reaches the direction of propagation of the excitation light 12 opposite direction back into the optical element 18 and out of the opening 28.
Der Vorteil des hier beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Spiegelobjektives 10 besteht darin, daß die Reflektions- flächen und die insbesondere als Refraktionsfläche ausgestaltete Lichtdurchlaßfläche 34 an einem gemeinsamen Element ausgebildet sind. Damit läßt sich das Spiegel - objektiv einteilig, d.h. monolithisch realisieren. Das wiederum hat Vorteile im Hinblick auf eine Miniaturisierung des Spiegelobjektivs. So lassen sich beispielsweise Spiegelobjektive 10 herstellen, deren Erstreckungen quer zur Lichteinfallsrichtung und in Lichteinfallsrichtung im Millimeter- oder im Submillimeterbereich liegen.The advantage of the mirror objective 10 described here and shown in FIG. 1 is that the reflection surfaces and the light transmission surface 34, which is designed in particular as a refraction surface, are formed on a common element. This allows the mirror - objectively in one piece, i.e. realize monolithic. This in turn has advantages in terms of miniaturization of the mirror lens. In this way, for example, mirror lenses 10 can be produced, the extensions of which lie transversely to the direction of light incidence and in the direction of light incidence in the millimeter or sub-millimeter range.
In Figur 2 ist eine Vielzahl von arrayweisen angeordneten Spiegelobjektiven zur quasi-parallelen Untersuchung einer Vielzahl von Proben schematisch dargestellt. Die Spiegelobjektive sind hier in Form eines Multiarrays angeordnet, um somit eine Vielzahl von Proben 16, welche in geeigneten sog. multi-well-Platten - die z.B. ein 96er Format aufweisen können - vorliegen, quasi gleichzeitig untersuchen zu können. Hierdurch ergeben sich insbesondere Verwendungsmöglichkeiten im Bereich des Hochdurchsatz-Screenings nach pharmakologisch aktiven Substanzen oder für diagnostische Untersuchungen. Die in Spalten und Reihen angeordneten optischen Elemente 18 sind integral an einem gemeinsamen Trägerkörper 44 ausgebildet und weisen Lichtleiter 46 auf, die zu einem optischen Linsenarray 48 mit einer Vielzahl von Linsen 50 führen, über die Excitationsstrahlung in die Lichtleiter 46 eingekoppelt und Emissionsstrahlung der Proben aus den Lichtleitern 46 ausgekoppelt wird.FIG. 2 schematically shows a large number of mirror lenses arranged in arrays for quasi-parallel examination of a large number of samples. The mirror lenses are arranged here in the form of a multi-array, in order to be able to examine a large number of samples 16, which are present in suitable so-called multi-well plates - which may have a 96 format, for example - at the same time. This results in particular uses in the area of high-throughput screening for pharmacologically active substances or for diagnostic examinations. The optical elements 18 arranged in columns and rows are integrally formed on a common carrier body 44 and have light guides 46, which lead to an optical lens array 48 with a plurality of lenses 50, are coupled into the light guides 46 via the excitation radiation and emit emission radiation of the samples the optical fibers 46 is coupled out.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In einer Lichtquelle 80 (z.B. einem He-Ne-Laser der Wellenlänge 543 nm, Uniphase Ine, , USA) erzeugte elektromagnetische Strahlung trifft auf einen dichroitischen Spiegel bzw. Strahlteiler 70 und gelangt nach Durchtritt durch eine Linsenanordnung 62 und Blende 66 in die Lichtdurchlaßöffnung 28 des Spiegelobjektives 10, welches ein optisches Element 18 aus z.B. Quarzglas aufweist. Das Spiegelobjektiv weist besitzt insbesondere eine Numerische Apertur ≥ 0.9. Das in die Probe durch ein Deckglas BK7 einfallende Laserlicht regt die sich im Beobachtungsvolumen befindlichen Moleküle beispielsweise zur Fluoreszenz an. Das dabei entstehende Fluoreszenzlicht gelangt durch das Spiegelobjektiv 10, die Blende 66 und die Linsenanordnung 62 auf den dichroitischen Spiegel bzw. Strahlteiler 70. Von dort wird es einer weiteren Linsenanordnung 64 zugeleitet und mittels eines Detektors 90 (z.B. Avalanche Photo Diode SPCM-AQ-131, EG & G Inc., Kanada) registriert .Figure 3 shows a further embodiment of the device according to the invention. Electromagnetic radiation generated in a light source 80 (for example a He-Ne laser with a wavelength of 543 nm, Uniphase Ine,, USA) strikes a dichroic mirror or beam splitter 70 and, after passing through a lens arrangement 62 and diaphragm 66, reaches the light transmission opening 28 of the mirror lens 10, which is an optical element 18 from, for example Has quartz glass. The mirror lens has in particular a numerical aperture ≥ 0.9. The laser light that enters the sample through a cover glass BK7 excites the molecules in the observation volume, for example, to fluoresce. The resulting fluorescent light passes through the mirror lens 10, the aperture 66 and the lens arrangement 62 onto the dichroic mirror or beam splitter 70. From there it is fed to a further lens arrangement 64 and by means of a detector 90 (eg avalanche photo diode SPCM-AQ-131 , EG & G Inc., Canada).
In Figur 4 ist das Spiegelobjektiv 10 in einem beispielsweise aus Quarz gefertigten Körper eingebettet, welcher aus einem ersten Teil 104 und einem als "Frontplatte" dienenden zweiten Teil 102 besteht. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere dann fertigungstechnische Vorteile, wenn das optische Element 18 mit einer Immersionsflüssigkeit gefüllt ist. Die Faserspitze 47 der angekoppelten Monomode-faser 46 dient in dieser Ausgestaltung als gemeinsame Gesichtsfeldblende für Anregungs- und Detektions- licht. Die refraktiven Flächen der Frontplatte 102 sind plan gewählt. Durch eine geeignete Wahl der Immersionsflüssigkeit kann die restliche axiale Fokusverschiebung, die durch die Dispersion von Frontplatte und Proben-träger verursacht wird, für den gesamten visuellen Bereich auf unter 0.1 μm reduziert werden. Die Mikrooptik bildet zwei beugungsbegrenzte Punkte, die Kernomode auf der Faservorderfläche und den Brennpunkt in der Probe, aufeinander ab. Der Fokusdurchmesser ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge und proportional zur numerischen Apertur des fokussierten Strahls. In guter Näherung ist der Divergenzwinkel des aus der Faser austretenden Lichts proportional zur Wellenlänge. Die numerische Apertur (auf der Brennpunktseite) steigt daher mit der Wellenlänge an, so daß der Fokusdurchmesser fast wellen-längenunabhängig ist.In FIG. 4, the mirror objective 10 is embedded in a body made of quartz, for example consists of a first part 104 and a second part 102 serving as a "front panel". This configuration offers advantages in terms of production technology in particular if the optical element 18 is filled with an immersion liquid. In this embodiment, the fiber tip 47 of the coupled single-mode fiber 46 serves as a common field of view diaphragm for excitation and detection light. The refractive surfaces of the front plate 102 are chosen to be flat. With a suitable choice of the immersion liquid, the remaining axial focus shift, which is caused by the dispersion of the front plate and sample holder, can be reduced to below 0.1 μm for the entire visual range. The micro-optics map two diffraction-limited points, the core mode on the fiber front surface and the focal point in the sample. The focus diameter is inversely proportional to the wavelength and proportional to the numerical aperture of the focused beam. In a good approximation, the divergence angle of the light emerging from the fiber is proportional to the wavelength. The numerical aperture (on the focal point side) therefore increases with the wavelength, so that the focus diameter is almost independent of the wavelength.
Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Spiegelobjektives 10. Dieses ist in einen monolithisch ausgestalteten Körper 104 eingebettet. Das optische Element 18 besteht aus zwei unterschiedlichen" optisch transparenten Materialien. Hierbei kann es sich z.B. um in dem dem Körper 104 zugewandten Teil des optischen Elementes 18 um Immersionsflüssigkeit handeln, während als weiteres Material Quarzglas verwendet werden kann. Diese Ausgestaltung weist zudem Montageplatten 120 auf, die den monolithisch gestalteten Körper 104 mit dem Spiegelobjektiv 10 verbinden. In der in Figur 6 dargestellten Ausgestaltung ist das Spiegelobjektiv 10 wiederum in einem Körper eingebettet, welcher aus einem ersten Teil 104 und einem als "Front - platte" dienenden zweiten Teil 102 besteht. Im Unterschied zu Figur 4 ist um die Spiegelfläche 32 eine gekrümmte Lichtdurchlaßfläche 34 angeordnet.FIG. 5 shows a further preferred embodiment of the mirror objective 10. This is embedded in a monolithically designed body 104. The optical element 18 consists of two different “optically transparent materials. This can be, for example, immersion liquid in the part of the optical element 18 facing the body 104, while quartz glass can be used as a further material. This embodiment also has mounting plates 120 that connect the monolithically shaped body 104 to the mirror lens 10. In the embodiment shown in FIG. 6, the mirror objective 10 is in turn embedded in a body which consists of a first part 104 and a second part 102 serving as a “front plate”. In contrast to FIG. 4, a curved light transmission surface 34 is arranged around the mirror surface 32.
Figur 7 zeigt im Vergleich zu Figur 6 einen optischen Aufbau ohne Probenträger. Die zu untersuchende Probe 16 - wie beispielsweise eine Assaylösung - steht in direktem Kontakt zur Frontplatte 102. FIG. 7 shows, compared to FIG. 6, an optical setup without a sample carrier. The sample 16 to be examined - such as an assay solution - is in direct contact with the front plate 102.

Claims

ANSPRUCHE EXPECTATIONS
1. Vorrichtung zur optischen Erfassung von Proben mit mindestens einer Lichtquelle (80) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung (12), einem auf einer ersten optischen Achse (11) angeordneten Spiegelobjektiv (10) , welches von der Lichtquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung (12) empfängt und einen Fokus (14) in einer zu untersuchenden Probe (16) erzeugt sowie die in dieser erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt , wobei das Spiegelobjektiv (10) mit mindestens einem optischen Element (18) aus einem optisch transparenten Material versehen ist, das optische Element (18) eine erste Außenseite (20) und eine dieser abgewandte und dem Fokus (14) zugewandte zweite Außenseite (22) aufweist, die erste Außenseite (20) eine konkave erste Spiegelfläche (24) mit einer Lichtdurchlaßöffnung (28) aufweist, und die zweite Außenseite (22) eine konvexe zweite Spiegelfläche (32) , die auf der optischen Achse (11) der Lichtdurchlaßöffnung (28) der ersten Außenseite (20) gegenüberliegend angeordnet ist und eine um die zweite Spiegelfläche 032) herum angeordnete Lichtdurchlaßfläche (34) aufweist, und auf der optischen Achse (11) im Bereich des gemeinsamen Strahlenganges der von der Lichtquelle (80) erzeugten elektromagnetischen Strahlung (12) und der in der Probe (16) erzeugten Strahlung zwischen Lichtquelle (80) und Spiegelobjektiv (10) oder im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung (28) des Spiegelobjektives (10) mindestens eine Blende (66) und/oder mindestens ein Detektorelement und/oder mindestens eine -optische Faser (110) angeordnet ist .1. Device for the optical detection of samples with at least one light source (80) for generating electromagnetic radiation (12), a mirror lens (10) arranged on a first optical axis (11), which receives electromagnetic radiation (12) generated by the light source and generates a focus (14) in a sample (16) to be examined and receives the electromagnetic radiation generated therein, the mirror objective (10) being provided with at least one optical element (18) made of an optically transparent material, the optical element ( 18) has a first outer side (20) and a second outer side (22) facing away from it and facing the focus (14), the first outer side (20) has a concave first mirror surface (24) with a light transmission opening (28), and the second Outside (22) has a convex second mirror surface (32) which is on the optical axis (11) of the light passage opening (28) of the first outside (20) is arranged above and has a light transmission surface (34) arranged around the second mirror surface 032), and on the optical axis (11) in the region of the common beam path of the electromagnetic radiation (12) generated by the light source (80) and that in the sample (16) generated radiation between the light source (80) and the mirror lens (10) or in the region of the light passage opening (28) of the mirror lens (10) at least one diaphragm (66) and / or at least one detector element and / or at least one optical fiber (110) is arranged.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtdurchlaßfläche (34) gekrümmt, insbesondere hyperbolisch oder sphärisch, oder plan ist und/ oder mit diffraktiven optischen Elementen versehen ist .2. Device according to claim 1, characterized in that the light transmission surface (34) is curved, in particular hyperbolic or spherical, or flat and / or is provided with diffractive optical elements.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdurchlaßfläche (34) insbesondere mit dielektrischen und/oder polarisations- selektiven und/oder farbigen Materialien beschichtet ist .3. Apparatus according to claim 1 and / or 2, characterized in that the light transmission surface (34) is coated in particular with dielectric and / or polarization-selective and / or colored materials.
. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Material des optischen Elementes (18) einen inhomogenen Brechungsindex aufweist, der insbesondere radialsymmetrisch zur optischen Achse (11) und/oder entlang der optischen Achse (11) variiert.. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optically transparent material of the optical element (18) has an inhomogeneous refractive index which varies in particular radially symmetrically to the optical axis (11) and / or along the optical axis (11).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Material des optischen Elementes (18) zumindest teilweise aus einer Immersionsflüssigkeit besteht .5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optically transparent material of the optical element (18) consists at least partially of an immersion liquid.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spiegelfläche (32) sphärisch ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the second mirror surface (32) is spherical.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spiegelfläche (24) elliptisch, sphärisch oder asphärisch ist. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first mirror surface (24) is elliptical, spherical or aspherical.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Probe (16) und zweiter Außenseite (22) eine optisch transparente Folie (38) und/oder Immersionsflüssigkeit (40) , insbesondere Wasser oder Immersionsöl , angeordnet ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the sample (16) and the second outside (22) an optically transparent film (38) and / or immersion liquid (40), in particular water or immersion oil, is arranged.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der optischen Achse (11) im Bereich des gemeinsamen Strahlenganges der in die Lichtdurchlaßöffnung (28) eintretenden und der aus dieser austretenden elektromagnetischen Strahlung eine Monomodefaser befindet, deren eines Faserende insbesondere im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung (28) angeordnet ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a single-mode fiber is located on the optical axis (11) in the region of the common beam path of the entering into the light passage opening (28) and emerging from this electromagnetic radiation, one end of the fiber is arranged in particular in the region of the light passage opening (28).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Lichtdurchlaßöffnung (28) und/oder entlang der optischen Achse (11) Mittel zur variablen Ankopplung einer optischen Faser angeordnet sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that means for variable coupling of an optical fiber are arranged in the region of the light passage opening (28) and / or along the optical axis (11).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der optischen Achse11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that along the optical axis
(11) weitere optische Elemente, insbesondere Linsen und/oder Spiegel und/oder optische Filter, angeordnet sind.(11) further optical elements, in particular lenses and / or mirrors and / or optical filters, are arranged.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere an der ersten Außenseite (20) des Spiegelobjektives (10) Mittel, insbesondere Piezoaktuatoren und/oder elektrostrik- tive Aktuatoren, zur Variation der Oberflächenform des Spiegelobjektivs (10) angeordnet sind.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that in particular on the first outer side (20) of the mirror objective (10) means, in particular piezo actuators and / or electrostrictive actuators, arranged to vary the surface shape of the mirror objective (10) are.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Außenseite (22) vollständig oder partiell mit einem optisch transparenten Material, welches insbesondere den Brechungsindex der verwendeten Immersionsflüssigkeit (40) aufweist, beschichtet ist, wobei die Oberfläche des Materials zur Immersionsflüssigkeit (40) hin insbesondere plan ausgestaltet ist .13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the second outside (22) is completely or partially coated with an optically transparent material, which in particular has the refractive index of the immersion liquid (40) used, the surface of the material towards the immersion liquid (40) being designed to be particularly flat.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Positionierung des Spiegelobjektivs (10) relativ zur Probe (16) vorgesehen sind.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that means for positioning the mirror objective (10) relative to the sample (16) are provided.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spiegelobjektive15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that a plurality of mirror lenses
(10) mit ihren optischen Elementen (18) insbesondere als Array (42) in vorzugsweise orthogonal zueinander verlaufenden Spalten und Reihen insbesondere monolithisch auf einem gemeinsamen Trägerkörper (44) angeordnet sind.(10) with their optical elements (18), in particular as an array (42) in preferably orthogonal columns and rows, in particular monolithically arranged on a common carrier body (44).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelobjektiv (10) in einem Körper (102,104) eingebettet ist.16. The device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the mirror objective (10) is embedded in a body (102, 104).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein erstes Teil (104) , das das Spiegelobjektiv (10) aufnimmt, und ein zweites Teil17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the body has a first part (104) which receives the mirror lens (10), and a second part
(102), welches die zweite Außenseite (22) überdeckt, aufweist, und daß die beiden Teile fest oder lösbar miteinander verbunden sind.(102), which covers the second outside (22), and that the two parts are fixedly or releasably connected to one another.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für die optische Rastermikroskopie, insbesondere für die laserangeregte Fluoreszenzrastermikroskopie . 18. Use of a device according to one of claims 1 to 17 for optical scanning microscopy, in particular for laser-excited fluorescence scanning microscopy.
19. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 für die Spektroskopie, insbesondere Lumineszenzspektroskopie wie Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie, molmassenunabhängige Fluoreszenztechniken, Ramanspektroskopie, Lichtstreuung, Absorptionsspektroskopie, insbesondere mit Ein- oder Mehrphotonenanregung .19. Use of a device according to one of claims 1 to 18 for spectroscopy, in particular luminescence spectroscopy such as fluorescence correlation spectroscopy, molar mass-independent fluorescence techniques, Raman spectroscopy, light scattering, absorption spectroscopy, in particular with single or multi-photon excitation.
20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in der Medizintechnik, insbesondere in der Endoskopie, in der Diagnostik oder in Screeningver- fahren zum Auffinden pharmakologischer Wirkstoffe . 20. Use of a device according to one of claims 1 to 19 in medical technology, in particular in endoscopy, in diagnostics or in screening processes for finding pharmacological active ingredients.
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