DE102005034443A1 - Sample e.g. cell particle, luminescence microscopy method, involves prevailing one of sample regions for image of sample, so that image has local resolution which is enhanced in relation to excitation radiation distribution - Google Patents

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    • G01N21/6458Fluorescence microscopy

Abstract

The method involves displacing two partial regions of a sample in two states, respectively, while irradiation of excitation radiation (A) takes place with an excitation radiation distribution. An image of a luminescent sample has two sample regions in the states, respectively. One of the sample regions prevails for the image of the sample, so that the image has a local resolution which is enhanced in relation to the distribution. An independent claim is also included for a microscope for resolution enhanced luminescence microscopy of a sample.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die auflösungsgesteigerte Lumineszenzmikroskopie und insbesondere auf ein Verfahren, bei dem eine zu untersuchende lumineszierende Probe mit Anregungsstrahlung beleuchtet wird und ein Bild der zur Lumineszenz angeregten Probe gewonnen wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Mikroskop zur auflösungsgesteigerten Lumineszenzmikroskopie einer Probe, das Mittel zur Anregung von Lumineszenz, die in der Probe Anregungsstrahlung einstrahlen und Mittel zur Gewinnung eines Bildes der angeregten Probe aufweist.The This invention relates to resolution enhanced luminescence microscopy and, in particular, a procedure in which one to be investigated luminescent sample is illuminated with excitation radiation and an image of the luminescence excited sample is obtained. The The invention further relates to a microscope for resolution-enhanced Luminescence microscopy of a sample, the means for the excitation of Luminescence radiating excitation radiation in the sample and means for obtaining an image of the excited sample.

Ein klassisches Anwendungsgebiet der Lichtmikroskopie zur Untersuchung von biologischen Präparaten ist die Lumineszenzmikroskopie. Hierbei werden bestimmte Farbstoffe (sogenannte Phosphore oder Fluorophore) zur spezifischen Markierung von Proben, z.B. von Zellteilen, verwendet. Die Probe wird, wie erwähnt, mit Anregungsstrahlung beleuchtet und das dadurch angeregte Lumineszenzlicht mit geeigneten Detektoren erfaßt. Üblicherweise ist dazu im Lichtmikroskop ein dichroitischer Strahlteiler in Kombination mit Blockfiltern vorgesehen, die die Fluoreszenzstrahlung von der Anregungsstrahlung abspalten und eine getrennte Beobachtung ermöglichen. Durch dieses Vorgehen ist die Darstellung einzelner, verschieden gefärbter Zellteile im Lichtmikroskop möglich. Natürlich können auch mehrere Teile eines Präparates gleichzeitig mit verschiedenen, sich spezifisch an unterschiedliche Strukturen des Präparates anlagernden Farbstoffen eingefärbt werden. Dieses Verfahren bezeichnet man als Mehrfachlumineszenz. Auch kann man Proben vermessen, die per se, also ohne Farbstoffzugabe lumineszieren.One classical field of application of light microscopy for examination of biological preparations is the luminescence microscopy. Here are certain dyes (so-called phosphors or fluorophores) for the specific labeling of Samples, e.g. of cell parts, used. The sample is, as mentioned, with Excited radiation illuminates and thereby stimulated luminescence detected with suitable detectors. Usually For this purpose, a dichroic beam splitter is combined in a light microscope provided with block filters which control the fluorescence radiation from the Separate excitation radiation and allow a separate observation. Through this procedure, the representation of individual, different colored Cell parts in the light microscope possible. Naturally can also several parts of a preparation simultaneously with different, specific to different Structures of the drug colored coloring matter become. This process is called multiple luminescence. Also, you can measure samples per se, so without dye addition luminesce.

Lumineszenz wird hier, wie allgemein üblich, als Oberbegriff für Phosphoreszenz und Fluoreszenz verstanden, erfaßt also beide Prozesse.Luminescence is here, as is common practice, as Generic term for Phosphorescence and fluorescence understood, thus capturing both processes.

Weiter ist es zur Probenuntersuchung bekannt, Laser-Scanning-Mikroskope (auch LSM abgekürzt) zu verwenden, die aus einem dreidimensional ausgeleuchteten Bild mittels einer konfokalen Detektionsanordnung (dann spricht man von einem konfokalen LSM) oder einer nichtlinearen Probenwechselwirkung (sogenannte Multiphotonenmikroskopie) nur diejenige Ebene wiedergeben, die sich in der Fokusebene des Objektives befindet. Es wird ein optischer Schnitt gewonnen, und die Aufzeichnung mehrerer optischer Schnitte in verschiedenen Tiefen der Probe erlaubt es anschließend, mit Hilfe eines geeigneten Datenverarbeitungsgerätes ein dreidimensionales Bild der Probe zu generieren, das aus den verschiedenen optischen Schnitten zusammengesetzt ist. Die Laser-Scanning-Mikroskopie ist somit zur Untersuchung von dicken Präparaten geeignet.Further It is known for sample examination, laser scanning microscopes (also abbreviated LSM) to use that from a three-dimensional illuminated image by means of a confocal detection arrangement (then one speaks of a confocal LSM) or a nonlinear sample interaction (so-called multiphoton microscopy) only reproduce that plane which is located in the focal plane of the lens. It will be a gained optical section, and recording multiple optical Cuts in different depths of the sample then allows, with Help of a suitable data processing device a three-dimensional image to generate the sample from the different optical sections is composed. Laser scanning microscopy is thus for Examination of thick preparations suitable.

Natürlich wird auch eine Kombination von Lumineszenzmikroskopie und Laser-Scanning-Mikroskopie verwendet, bei der eine lumineszierende Probe in verschiedenen Tiefenebenen mit Hilfe eines LSM abgebildet wird.Of course it will also uses a combination of luminescence microscopy and laser scanning microscopy, in which a luminescent sample in different depth levels is mapped with the help of an LSM.

Prinzipiell ist die optische Auflösung eines Lichtmikroskopes, auch eines LSM, durch die physikalischen Gesetze beugungsbegrenzt. Zur optimalen Auflösung innerhalb dieser Grenzen sind spezielle Beleuchtungskonfigurationen bekannt, wie beispielsweise 4Pi-Anordnung oder Anordnungen mit Stehwellenfeldern. Damit kann die Auflösung, insbesondere in axialer Richtung gegenüber einem klassischen LSM deutlich verbessert werden. Mit Hilfe nicht-linearer Entvölkerungsprozesse kann weiter die Auflösung auf einen Faktor von bis zu 10 gegenüber einem beugungsbegrenzten konfokalen LSM angehoben werden.in principle is the optical resolution a light microscope, even an LSM, by the physical Laws diffraction limited. For optimum resolution within these limits For example, special lighting configurations are known 4Pi arrangement or arrangements with standing wave fields. So that can the resolution, especially in the axial direction compared to a classic LSM clearly be improved. With the help of non-linear depopulation processes can continue the resolution to a factor of up to 10 versus a diffraction-limited one Confocal LSM be raised.

Die 1a/b zeigen ein solches Verfahren, wie es z.B. in US 5866911 beschrieben ist. Dabei wird zur Auflösungssteigerung mit einer zwei Wellenlängen aufweisenden Lichtstrahlung gearbeitet. Die Lichtstrahlung der einen Wellenlänge wird als Anregungslichtstrahl 1 auf die zu messende Probe mittels eines Objektives fokussiert und regt dort Lumineszenz, hier Fluoreszenz, an. Die Darstellung in den 1a/b zeigt zur Vereinfachung nur den eindimensionalen Fall. Die Erhöhung der Ortsauflösung erfolgt nun dadurch, daß ein Lichtstrahl 2 mit der anderen Wellenlänge in Teilbereichen den durch den Anregungslichtstrahl angeregten fluoreszierenden Zustand entvölkert. Man bezeichnet diesen Lichtstrahl deshalb auch als „Entvölkerungs-Strahlung". Nun erfolgt die Einstrahlung z.B. so, daß sich das Hauptmaximum des Entvölkerungs-Lichtstrahls 2 und das Hauptmaximum des Anregungslichtstrahls 1 teilweise überdecken, wie es in 1a gut zu erkennen ist. Durch diese „Abregung" der Probe an den Rändern des mit Anregungsstrahlung 1 beleuchteten Bereiches, sendet nur noch ein reduziertes Volumen 3 Fluoreszenz aus, wie in 1b gut zu sehen ist. Die Auflösung ist durch diese Volumenreduktion folglich gesteigert.The 1a / b show such a procedure, as eg in US 5866911 is described. In this case, work is done to increase the resolution with a two wavelengths having light radiation. The light radiation of one wavelength is called the excitation light beam 1 focused on the sample to be measured by means of an objective and there stimulates luminescence, here fluorescence. The representation in the 1a / b shows for simplification only the one-dimensional case. The increase of the spatial resolution now takes place in that a light beam 2 at the other wavelength in sub-areas depopulates the excited by the excitation light fluorescent state. Therefore, this ray of light is also called "depopulation radiation." Now, the irradiation takes place, for example, in such a way that the main maximum of the depopulation light beam 2 and the main maximum of the excitation light beam 1 partially cover how it is in 1a easy to recognize. By this "de-excitation" of the sample at the edges of the excitation radiation 1 illuminated area, only sends a reduced volume 3 Fluorescence off, as in 1b good to see. The resolution is thus increased by this volume reduction.

2a–c zeigen drei mögliche Mechanismen, mit denen eine solche Entvölkerung erfolgen kann. In 2a ist der Prozeß der Abregung durch stimulierte Emission (STED) dargestellt. Die Anregungsstrahlung liegt im Fluorophor des Niveaus S1 an (Pfeil A). Die Entvölkerung des derart angeregten Niveaus S1 wird in Richtung des Grundniveaus S0 durch Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich der Fluoreszenzwellenlänge bewerkstelligt. Pfeil SE zeigt diese stimulierte Emission, deren Wellenlänge der der Lumineszenz (Pfeil F) fast identisch entspricht. Somit ist die Anregungswellenlänge um den Betrag des Stokesshiftes kurzwelliger als die der Entvölkerungs-Strahlung. Die Auflösungssteigerung gemäß dieses Ansatzes benötigt also zwei unterschiedliche Lichtquellen, wie auch der Stand der Technik in Form der DE 4416558 C2 belegt. 2a -C show three possible mechanisms by which such depopulation can occur. In 2a the process of stimulated emission stimulation (STED) is shown. The excitation radiation is in the fluorophore of the level S1 (arrow A). The depopulation of the thus excited level S1 is accomplished in the direction of the basic level S0 by light radiation having a wavelength in the range of the fluorescence wavelength. Arrow SE shows this stimulated emission whose wavelength corresponds to that of luminescence (arrow F) almost identical. Thus, the excitation wavelength is around the amount of Stokesshiftes short-wave than that of the depopulation radiation. The resolution increase according to this approach thus requires two different light sources, as well as the prior art in the form of DE 4416558 C2 busy.

2b veranschaulicht einen weiteren möglichen Prozeß der Entvölkerung für das angeregte Niveau S1 (Pfeil A), indem eine Anregung in ein noch höheres Niveau S2 (Pfeil A+) erfolgt, das keine Lumineszenz mehr aussenden kann. Dieses Anheben wird im Englischen als Excited State Absorption bezeichnet, weshalb dieses Vorgehen auch mit dem Kürzel ESA belegt ist. Eine entsprechende Schilderung dieses Prozesses findet sich beispielsweise in der US 6633432 . Da der Abstand der Energieniveaus in einer Probe bzw. einem Farbstoff zu höheren Niveaus hin abnimmt, verwendet man zur Entvölkerung bei dem ESA-Prozeß eine Lichtquelle mit einer geringeren Energie und damit längeren Wellenlänge, als zur Anregung. Man braucht also wiederum zwei verschiedene Lichtquellen. 2 B illustrates another possible process of depopulation for the excited level S1 (arrow A) by exciting it to an even higher level S2 (arrow A +) which can no longer emit luminescence. This lifting is referred to in English as Excited State Absorption, which is why this procedure is also evidenced by the abbreviation ESA. A corresponding description of this process can be found, for example, in US 6633432 , As the distance of the energy levels in a sample or dye decreases to higher levels, for depopulation in the ESA process, a light source of lower energy and hence longer wavelength is used than for excitation. So you need two different light sources.

Ein weiteres Verfahren zur Entvölkerung stellt für die Fluoreszenz die sogenannte Reversible Saturable Optical Fluorescence Transition dar, die z.B. in DE 10325460 A1 beschrieben und in 2c veranschaulicht ist. Dieser Ansatz verwendet zum räumlich hochauflösenden Abbilden einen Farbstoff, der mit Hilfe eines Umschaltstrahls 4 wiederholt aus einem ersten Zustand 5, in dem Fluoreszenz stattfindet, in einen zweiten Zustand 6, in dem der Farbstoff nicht fluoresziert, überführbar ist, wobei der Farbstoff aus dem zweiten Zustand 6 in den ersten Zustand 5 zurückkehren kann, wie 2c veranschaulicht. Die Probe mit dem Farbstoff wird in Teilbereichen mit dem Umschaltstrahl 4 in den zweiten Zustand 6 überführt, wobei ein definierter Bereich der Probe ausgelassen wird. Mit einem Anregungsstrahl 1 wird dann Fluoreszenzlicht 7 angeregt und anschließend registriert. Das Fluoreszenzlicht 7 stammt dann nur aus Probenvolumina, die zuvor nicht mit dem Umschaltstrahl 7 beaufschlagt wurden. Durch geeignete Überlappung von Anregungsstrahl 1 und Umschaltstrahl 4 ist das Volumen, aus dem Fluoreszenzlicht 7 emittiert wird, kleiner, als es die Auflösung des Anregungsstrahls 1 und die Schärfe der Nullstelle des Umschaltstrahls 4a priori erlaubten.Another method for depopulation represents for fluorescence the so-called reversible saturable optical fluorescence transition, which, for example, in DE 10325460 A1 described and in 2c is illustrated. This approach uses a high resolution imaging dye with a switching beam 4 repeated from a first state 5 , in which fluorescence takes place, in a second state 6 in which the dye is not fluorescent is convertible, wherein the dye from the second state 6 in the first state 5 can return, like 2c illustrated. The sample with the dye is in partial areas with the switching beam 4 in the second state 6 transferred, wherein a defined region of the sample is omitted. With an excitation beam 1 then becomes fluorescent light 7 stimulated and subsequently registered. The fluorescent light 7 then comes only from sample volumes, not previously with the switching beam 7 were charged. By suitable overlap of excitation beam 1 and switching beam 4 is the volume from the fluorescent light 7 is emitted smaller than the resolution of the excitation beam 1 and the sharpness of the zero of the switching beam 4a allowed priori.

In allen drei genannten Verfahren gemäß 2a bis 2c erfolgt also die Verhinderung von Fluoreszenz durch den Einsatz von Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge, die ungleich der Wellenlänge zur Anregung ist. Zugleich muß diese Lichtstrahlung mindestens eine schart begrenzte örtliche Nullstelle der Strahlungsleistung aufweisen, die die endgültige Auflösung der detektierten Fluoreszenzstrahlung bestimmt. Sobald die Nullstelle nur mehr als Minimum ausgebildet ist und nicht völlig auf Null zurückgeht, verringert sich weiter die Fluoreszenzleistung und damit die Effizienz des Verfahrens. Dies liegt z.B. bei Aberrationen der optischen Anordnung bzw. im Präparat vor.In all three mentioned procedures according to 2a to 2c Thus, the prevention of fluorescence by the use of light radiation with a wavelength that is unlike the wavelength for excitation. At the same time, this light radiation must have at least one well-defined local zero point of the radiation power, which determines the final resolution of the detected fluorescence radiation. As soon as the zero point is formed only as a minimum and does not completely return to zero, the fluorescence power and thus the efficiency of the method are further reduced. This is for example in the case of aberrations of the optical arrangement or in the preparation.

3 zeigt eine bekannte Vorrichtung, die eines der drei genannten Verfahren zur Auflösungssteigerung verwendet, im Beispiel der 3 den STED-Prozeß. Eine Anregungsstrahlquelle 8 erzeugt eine Airy-Verteilung in der Probe 10, mit der die Probe aus dem Grundniveau S0 in den angeregten Zustand S1 überführt wird. Die Entvölkerung des Zustands S1 erfolgt mittels einer Entvölkerungslichtquelle 11, die unter die Verwendung einer Phasenplatte 12 eine donut- oder torus-förmigen Strahlverteilung 13 in der Probe 10 hat. Die Lumineszenzstrahlung der nicht-entvölkerten d.h. nicht-abgeregten Farbstoffmoleküle wird mit Hilfe eines Detektors 14 erfaßt. Durch die Entvölkerung wird die Auflösung des Mikroskops über die Beugungsbegrenzung, die sich aus der Airy-Verteilung ergibt, hinaus gesteigert. Dies kommt durch eine verkleinerte Punktverwaschungsverteilung 15 des hochauflösenden Mikroskops im Vergleich zum konventionellen Mikroskop 16 zum Ausdruck. 3 shows a known device using one of the three mentioned methods for increasing resolution, in the example of 3 the STED process. An excitation beam source 8th creates an Airy distribution in the sample 10 with which the sample is transferred from the basic level S0 to the excited state S1. The depopulation of the state S1 takes place by means of a depopulation light source 11 that under the use of a phase plate 12 a donut or torus-shaped beam distribution 13 in the sample 10 Has. The luminescence radiation of the non-depopulated, ie non-depleted, dye molecules is detected by means of a detector 14 detected. The depopulation increases the resolution of the microscope beyond the diffraction limit resulting from the Airy distribution. This comes through a reduced point spread distribution 15 of the high-resolution microscope compared to the conventional microscope 16 to expression.

Ein weiteres Verfahren zur Auflösungssteigerung wird in der EP 1157297 B1 angesprochen. Dabei sollen mittels strukturierter Beleuchtung nichtlineare Prozesse ausgenützt werden. Als Nichtlinearität erwähnt die Druckschrift dabei die Sättigung der Fluoreszenz. Das geschilderte Verfahren nimmt in Anspruch, durch eine strukturierte Beleuchtung eine Verschiebung des Objektraumspektrums relativ zur Übertragungsfunktion des optischen Systems zu realisieren. Konkret bedeutet die Verschiebung des Spektrums, daß Objektraumfrequenzen V0 bei einer Raumfrequenz V0–Vm, wobei Vm die Frequenz der strukturierten Beleuchtung ist, übertragen werden. Bei gegebener durch das System maximal übertragbarer Raumfrequenz ermöglicht dies den Transfer von um die Verschiebefrequenz Vm über der maximalen Frequenz der Übertragungsfunktion liegender Raumfrequenzen des Objektes. Dieser Ansatz erfordert einen Rekonstruktionsalgorithmus zur Bilderzeugung und die Verwertung mehrerer Aufnahmen für ein Bild.Another method for increasing the resolution is in the EP 1157297 B1 addressed. In the process, nonlinear processes should be exploited by means of structured illumination. As a non-linearity, the document mentions the saturation of the fluorescence. The described method makes use of structured illumination to realize a displacement of the object space spectrum relative to the transfer function of the optical system. Specifically, the shift of the spectrum means that object space frequencies V0 are transmitted at a spatial frequency V0-Vm, where Vm is the frequency of the structured illumination. Given a maximum transferable spatial frequency by the system, this enables the transfer of spatial frequencies of the object lying around the shift frequency Vm above the maximum frequency of the transfer function. This approach requires a reconstruction algorithm for image generation and the exploitation of multiple images for an image.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lumineszenzmikroskopieverfahren bzw. ein Lumineszenzmikroskop anzugeben, das eine Auflösungssteigerung ohne Rückgriff auf mehrere Wellenlängen bzw. ohne aufwendige Bildrekonstruktionsalgorithmen erreicht.Of the The invention is therefore based on the object, a Lumineszenzmikroskopieverfahren or to provide a luminescence microscope, which increases the resolution without recourse to several wavelengths or achieved without complex image reconstruction algorithms.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem auflösungsgesteigerten Lumineszenz-Mikroskopieverfahren, bei dem eine Probe durch Einstrahlung von Anregungsstrahlung zur Emission von bestimmter Lumineszenzstrahlung angeregt wird und ein Bild der lumineszierenden Probe gewonnen wird, wobei die lumineszierende Probe aus einem ersten Lumineszenz-Zustand, in dem die Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung mit steigender Anregungsstrahlungsleistung bis zu einem Maximalwert, welcher einem Anregungsstrahlungsleistungs-Schwellwert zugeordnet ist, steigt, in einen zweiten Lumineszenz-Zustand überführbar ist, in dem die Probe gegenüber dem ersten Zustand verminderte Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung aufweist, wobei die Probe durch Einstrahlung von Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes in den zweiten Zustand bringbar ist, die Probe in Teil-Bereichen in den ersten Zustand und in angrenzenden Teil-Bereichen in den zweiten Zustand versetzt wird, indem die Einstrahlung von Anregungsstrahlung mit einer Anregungsstrahlungsverteilung erfolgt, die zumindest ein örtliches Leistungsmaximum über dem Schwellwert und zumindest ein örtliches, lokales Leistungsminimum unter dem Schwellwert aufweist, das Bild der lumineszierenden Probe Proben-Bereiche im ersten Zustand und Proben-Bereiche im zweiten Zustand umfaßt, wobei zum Bild der lumineszierenden Probe überwiegend Proben-Bereiche im ersten Zustand beitragen und dadurch das Bild eine gegenüber der Anregungsstrahlungs-verteilung gesteigerte Ortsauflösung hat.This object is achieved with a resolution-enhanced luminescence microscopy method in which a sample by irradiation of excitation radiation for the emission of certain luminescent radiation is excited and an image of the luminescent sample is obtained, wherein the luminescent sample from a first luminescence state in which the excitability for emission of the determined luminescence radiation increases with increasing excitation radiation power up to a maximum value, which is associated with an excitation radiation power threshold , can be converted into a second luminescence state, in which the sample has reduced excitability relative to the first state for emission of the determined luminescence radiation, wherein the sample can be brought into the second state by irradiation of excitation radiation power above the threshold value, the sample in partial regions is placed in the first state and in adjacent sub-areas in the second state by the irradiation of excitation radiation with an excitation radiation distribution is at least a local maximum power above the threshold and at least one local, local power minimum below the threshold, the image of the luminescent sample sample areas in the first state and sample areas in the second state, wherein the image of the luminescent sample predominantly contribute sample areas in the first state and thereby the image has increased spatial resolution compared to the excitation radiation distribution.

Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Mikroskop zur auflösungsgesteigerten Lumineszenz-Mikroskopie, das Mittel aufweist zur Anregung von Lumineszenz, die Anregungsstrahlung auf die Probe einstrahlen und damit die Emission bestimmter Lumineszenzstrahlung in der Probe anregen, Mittel zur Gewinnung eines Bildes der lumineszierenden Probe, wobei die Mittel zur Anregung die Anregungsstrahlung mit einer bestimmten Anregungsstrahlungsverteilung einstrahlen, die zumindest ein örtliches Leistungsmaximum aufweist, das über einem Schwellwert liegt, und zumindest ein örtliches, lokales Leistungsminimum aufweist, das unter dem Schwellwert liegt, wobei der Schwellwert zwei Lumineszenz-Regionen der Probe trennt, eine erste, bei Anregungsstrahlungsleistungen unterhalb des Schwellwertes vorliegende Zustands-Region, in der die Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung mit steigender Anregungsstrahlungsleistung bis zu einem Maximalwert, welcher am Schwellwert erreicht wird, steigt, und einer zweiten bei und/oder nach Anregungsstrahlungsleistungen oberhalb des Schwellwertes vorliegende Zustands-Region, in der die Probe eine gegenüber der ersten Region verminderte Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung aufweist, und wobei die Mittel zur Bildgewinnung Proben-Bereiche in der ersten Region, die mit Anregungsstrahlungsleistung unterhalb des Schwellwertes bestrahlt wurden, und Proben-Bereiche in der zweiten Region, die mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes bestrahlt wurden, erfassen, wobei zum Bild der Probe überwiegend Proben-Bereiche in der ersten Region beitragen und dadurch das Bild eine gegenüber der Anregungsstrahlungsverteilung gesteigerte Ortsauflösung hat.The Task will be solved further with a microscope for resolution-enhanced Luminescence microscopy, the means for excitation of luminescence, the excitation radiation irradiate the sample and thus the emission of certain luminescent radiation in the sample, means for obtaining an image of the luminescent sample, wherein the means for exciting the excitation radiation with a certain Radiate excitation radiation distribution that at least one local Achievement maximum that over a threshold, and at least one local, local minimum power which is below the threshold, wherein the threshold two luminescence regions of the sample separates, a first, at excitation radiation powers below the threshold state-state, in which the Excitability for the emission of certain luminescence radiation with increasing excitation radiation power up to a maximum value, which is reached at the threshold increases, and a second at and / or after excitation radiation powers above the threshold value present state region in which the sample one over the first Region reduced excitability for the emission of certain luminescence radiation and wherein the image acquisition means comprises sample areas in the first region, with excitation radiation below of the threshold were irradiated, and sample areas in the second region, the irradiated with excitation radiation power above the threshold value were to capture, taking the image of the sample predominantly sample areas in the first Contribute to the region and thereby increase the image compared to the excitation radiation distribution spatial resolution Has.

Es wird also eine Probe verwendet bzw. das Mikroskop ist für eine entsprechende Probe ausgelegt, deren lumineszierendes Material sich im wesentlichen in zwei Zuständen befinden kann. In einem ersten Zustand, der sich bei der Einstrahlung von Anregungsstrahlungsleistung unterhalb des Schwellwertes einstellt und der mittels der Mittel zur Anregung erreicht wird, strahlt das Material Lumineszenzstrahlung ab, deren Leistung in der Regel mit der Anregungsstrahlungsleistung zunimmt. In einem zweiten Zustand, der bei Einstrahlung von Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes vorliegt, erfolgt entweder gar keine oder verminderte Lumineszenz. Auch können gegenüber dem ersten Zustand geänderte Absorptionseigenschaften und/oder Lumineszenzstrahlungsemission mit anderen optischen Eigenschaften als im ersten Zustand, beispielsweise mit anderer spektraler Zusammensetzung, Polarisation oder Lebensdauer, erfolgen. Bezogen auf die Probe, die sich natürlich aus einer Vielzahl von fluoreszierenden oder auto-fluoreszierenden Molekülen zusammensetzt, ergeben sich zwei Zustandsregionen. In einer ersten Zustandsregion ist die Mehrzahl der Moleküle im ersten Zustand, in einer zweiten Zustandsregion ist die Mehrzahl im zweiten Zustand. Erfindungsgemäß werden nun Proben-Bereiche in die erste Zustandsregion (oder kurz Zustand) und andere Proben-Bereiche in die zweite Zustandsregion (oder kurz Zustand) verbracht. Die örtliche Nähe der Bereiche, die in den ersten Zustand gebracht wurden, also auf die Anregungsstrahlungsleistung unterhalb des Schwellwertes fällt, und Bereichen im zweiten Zustand, d.h. Bereiche, die mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes bestrahlt werden, erlaubt eine signifikante Steigerung der Auflösung gegenüber der Anregungsstrahlungsverteilung.It So if a sample is used or the microscope is for a corresponding Sample designed, the luminescent material is substantially in two states can be located. In a first state, which occurs during the irradiation of Set excitation radiation power below the threshold and that is achieved by means of excitation, that radiates Material luminescent radiation, whose performance is usually with the excitation radiation power increases. In a second state, upon irradiation of excitation radiation power above the Threshold is present, either none or diminished Luminescence. Also can across from changed the first state Absorption properties and / or luminescence radiation emission with different optical properties than in the first state, for example with different spectral composition, polarization or lifetime, respectively. Relative to the sample, which naturally consists of a variety of composed of fluorescent or auto-fluorescent molecules, there are two status regions. In a first state region is the majority of molecules in the first state, in a second state region, the majority in the second state. According to the invention now sample areas into the first state region (or state for short) and other sample regions spent in the second state region (or state for short). The local Near the Areas that have been brought into the first state, ie on the Excitation radiation power falls below the threshold, and Regions in the second state, i. Areas with excitation radiation power irradiated above the threshold allows a significant Increase the resolution across from the excitation radiation distribution.

Die erfindungsgemäße Lösung erreicht also die Auflösungssteigerung durch eine nichtlineare Lumineszenzkennlinie, die die emittierte Lumineszenzleistung als Funktion der Anregungsstrahlungsleistung beschreibt und ein lokales Maximum hat. Es ist dabei vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich, wenn die Kennlinie beiderseits dieses Maximums relativ steile Flanken aufweist. Auch kann zur Anregung ein Multiphotonenprozeß zum Einsatz kommen.The achieved inventive solution So the increase in resolution by a nonlinear luminescent characteristic that emitted the Luminescence power as a function of excitation radiation power describes and has a local maximum. It is advantageous but not mandatory, if the characteristic curve on both sides This peak has relatively steep edges. Also can for suggestion Multiphoton process to Use come.

Da beim erfindungsgemäßen Ansatz möglichst ausschließlich Proben-Bereiche im ersten Zustand zum Bild Lumineszenzstrahlung beitragen und Proben-Bereiche im zweiten Zustand zumindest in einem geringeren Maße lumineszieren, ist eine Auflösungssteigerung erreicht, da das Probenbild eine über die Anregungsstrahlungsverteilung hinausgehende Struktur zeigt. Diese Intensitätsstruktur ist um so ausgeprägter, je deutlicher die Emissionsleistung sich zwischen erstem und zweitem Zustand unterscheidet.Since in the inventive approach as possible only sample areas in the first state contribute to the image luminescence and luminesce sample areas in the second state, at least to a lesser extent, is an on solution increase achieved because the sample image shows a structure beyond the excitation radiation distribution. This intensity structure is the more pronounced, the more clearly the emission power differs between the first and the second state.

Durch Einstrahlung der Anregungsleistung oberhalb des Schwellwertes, der dem Maximum der Fluoreszenzkennlinie entspricht, wird weniger Fluoreszenz angeregt als im ersten Zustand. Im Mikroskop ist dazu die Anregungsstrahlungsverteilung mit Leistungen über dem Schwellwert versehen. Strahlung anderer Wellenlänge, wie sie im Stand der Technik bislang erforderlich war, ist nicht mehr nötig. Das erfindungsgemäße Mikroskop bzw. eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind deshalb sehr viel einfacher, benötigen insbesondere nur eine einzige Lichtquelle, deren Auflösung sich auf die Bildqualität auswirkt. Auch sind die chromatischen Anforderungen hinsichtlich der Einkopplung der Anregungsstrahlung gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht, da nicht mehr ein relativ breiter Wellenlängenbereich abgedeckt werden muß.By Irradiation of the excitation power above the threshold, the corresponds to the maximum of the fluorescence characteristic, less fluorescence stimulated than in the first state. In the microscope is the excitation radiation distribution with services over provided the threshold. Radiation of other wavelength, like it was previously required in the prior art is no more necessary. The microscope according to the invention or a device for execution of the method according to the invention therefore much easier to need in particular, only a single light source whose resolution is on the picture quality effect. Also, the chromatic requirements are regarding the coupling of the excitation radiation over the prior art clearly simplified, since no longer a relatively wide wavelength range must be covered.

Das Mikroskop ist auf die Probe abgestimmt, da die eingestrahlte Anregungsstrahlungsverteilung den Schwellwert für die Leitung berücksichtigt.The Microscope is tuned to the sample, since the irradiated excitation radiation distribution the Threshold for taken into account the line.

Für den erfindungsgemäßen Ansatz ist es darüber hinaus nicht zwingend erforderlich, daß die Probenbereiche, die mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes beleuchtet werden, zuvor „normal" angeregt wurden (wie dies beispielsweise beim STED- oder beim ESA-Ansatz erforderlich ist), wenn eine Probe verwendet wird, die nach Bestrahlung mit über dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung dauerhaft oder zumindest für eine gewisse Zeitdauer eine deutlich herabgesetzte oder gar verschwindende Anregbarkeit zeigt.For the inventive approach is it about it In addition, it is not absolutely necessary that the sample areas, which with Excitation radiation power above the threshold illuminated are previously "normal" stimulated (as required for example in the STED or ESA approach is) when a sample is used after irradiation with over Threshold lying excitation radiation power permanently or at least for a certain amount of time a significantly reduced or even disappearing Excitability shows.

Es ist bevorzugt, daß eine Probe bzw. ein Farbstoff verwendet wird, die/der bei einer Anregungsstrahlungsleistung über dem Schwellwert nicht luminesziert, Lumineszenzstrahlung mit anderen Eigenschaften als die bestimmte Lumineszenzstrahlung abstrahlt und/oder geänderte, zu verminderter Lumineszenz führende Absorptionseigenschaften für Anregungsstrahlung aufweist.It is preferred that a A sample or a dye is used, the / at an excitation radiation power over the Threshold not luminescent, luminescence with others Properties radiates as the particular luminescence and / or modified, leading to reduced luminescence Absorption properties for excitation radiation having.

Die Auflösungssteigerung wird also erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß aus Proben-Bereichen, die mit über dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsintensität beleuchtet werden, keine oder nur mehr wenig Lumineszenzstrahlung zur Bilderzeugung beiträgt. Je nach Lumineszenzeigenschaft, die die Probe im zweiten Zustand, d.h. bei und/oder nach oberhalb dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung zeigt, erfolgt dieser verminderte Beitrag zum Bild auf unterschiedliche Weise. Zeigt die Probe überhaupt keine Lumineszenz mehr, wird aus Proben-Bereichen, die im zweiten Zustand sind, auch keine Lumineszenzstrahlung mehr detektiert. Zeigt die Probe im zweiten Zustand hingegen Lumineszenzstrahlung mit geänderten optischen Eigenschaften, wird man eine entsprechend optische Filterung, beispielsweise hinsichtlich spektraler Zusammensetzung oder Polarisation zum Ausblenden vornehmen. Zeigen sich veränderte Lebensdauern der angeregten Lumineszenzzustände, erreicht eine zeitliche Filterung eine Ausblendung.The resolution enhancement is thus according to the invention achieved that Sample areas, those with over Illuminates the threshold value of the excitation radiation intensity become, no or only little luminescence radiation for imaging contributes. Depending on the luminescence property of the sample in the second state, i.e. at and / or above the threshold lying excitation radiation power shows, this diminished contribution to the picture takes place in different ways. Shows the sample at all no more luminescence, is made from sample areas, in the second Condition are no longer detected even luminescence. Shows the sample in the second state, however, luminescence with changed optical properties, you will have a corresponding optical filtering, for example, with regard to spectral composition or polarization to hide. Show changed lives of the excited Lumineszenzzustände, a temporal filtering achieves a suppression.

Um die Proben-Bereichen im ersten Zustand weiter einzugrenzen bzw. einige dieser Proben-Bereiche auszuwählen, ist es bevorzugt eine konfokale Detektion vorzunehmen. Durch die erfindungsgemäße Reduktion des zur Lumineszenz angeregten Volumens unterhalb der Beugungsgrenze wird dabei eine Ortsauflösung erreicht, die diejenige bei normaler konfokaler Detektion übertrifft.Around to further narrow down the sample areas in the first state some of these sample areas select It is preferred to perform a confocal detection. By the reduction according to the invention of the luminescence-excited volume below the diffraction limit becomes a spatial resolution reached that surpasses that in normal confocal detection.

Wesentlich ist, daß nicht alle mit Anregungsstrahlung beleuchteten Bereiche zum Lumineszenzbild beitragen, sondern daß mit über dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung beleuchtete Proben-Bereiche im Bild nicht oder nur vermindert enthalten sind, wodurch sich automatisch die Auflösungssteigerung gegenüber der Einstrahlung der Anregungsstrahlung ergibt, da eine räumliche Reduktion des lumineszierenden Probenvolumens gegenüber dem angeregten Probenvolumen erreicht ist. Es finden sich im Bild optische Strukturen, die in der Anregungsstrahlungsverteilung nicht vorhanden waren. Die Auflösung des Bildes ist also über die Auflösung der Anregungsstrahlungseinkopplung hinaus gesteigert.Essential is that not all illuminated with excitation radiation areas for luminescence contribute, but that with over the Threshold excitation radiation power illuminated sample areas in the picture are not included or only diminished, resulting automatically the resolution increase across from the irradiation of the excitation radiation results as a spatial reduction of the luminescent sample volume with respect to the excited sample volume is reached. It can be found in the picture optical structures in the Excitation radiation distribution were not present. The resolution of the Picture is over the resolution increased the excitation radiation injection addition.

In besonders vorteilhafter Weise verwendet man eine Probe bzw. Farbstoffe bzw. stimmt das erfindungsgemäße Mikroskop darauf ab, die vom zweiten Zustand durch Einstrahlung einer Rücksetzstrahlung, die andere optische Eigenschaften als die Anregungsstrahlung hat, wieder in den (ursprünglichen) ersten Zustand zurückgesetzt werden können. Das Mikroskop weist dazu geeignete Mittel auf. Dies bedeutet, daß der zweite Zustand ein zumindest weitgehend reversibler Zustand ist. Durch Einstrahlung von Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes aus dem Lumineszenzbild ausgeblendete Bereiche können dann nach Einstrahlung der Rücksetzstrahlung wieder zur normalen Lumineszenz im ersten Zustand angeregt werden. Ein derart weitergebildetes Verfahren bzw. ein derart ausgestaltetes Mikroskop eignet sich dann für Anwendungen, bei denen verschiedene Bereiche einer Probe mehrfach abgebildet werden sollen. Es wird für solche Anwendungen deshalb bevorzugt, daß eine Probe bzw. ein Farbstoff verwendet wird, die bzw. der im zweiten Zustand, also nach Beleuchtung mit Anregungsstrahlung über dem Schwellwert, verminderte Empfindlichkeit für Anregungsstrahlung zeigt, wobei durch Einstrahlung einer Rücksetzstrahlung, die andere optische Eigenschaften als die Anregungsstrahlung hat, die Empfindlichkeitsverminderung zumindest teilweise reversiert wird (und der erste Zustand wiederhergestellt wird). Zumindest die mit über dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung beleuchteten Proben-Bereiche werden mit Rücksetzstrahlung bestrahlt. Es ist dabei bedeutsam, daß die Rücksetzstrahlung, die die Probe wieder in den ersten Zustand überführt, zur Bewerkstellung der Auflösungssteigerung nichts beiträgt, also auch nur sehr grob oder überhaupt nicht strukturiert in die Probe eingekoppelt werden kann.In a particularly advantageous manner, a sample or dyes is used or the microscope according to the invention tunes it, which can be reset from the second state by irradiation of a reset radiation having other optical properties than the excitation radiation back to the (original) first state. The microscope has suitable means for this purpose. This means that the second state is an at least largely reversible state. By irradiation of excitation radiation power above the threshold value of the luminescent image hidden areas can then be excited after irradiation of the reset radiation back to normal luminescence in the first state. Such a further developed method or microscope designed in this way is then suitable for applications in which different regions of a sample are to be imaged several times. It is therefore preferred for such applications that a sample or a dye is used, the or in the second state, ie after illumination with Anreungsstrah If the radiation is above the threshold value, reduced sensitivity for excitation radiation is shown, wherein by irradiation of a reset radiation having other optical properties than the excitation radiation, the sensitivity reduction is at least partially reversed (and the first state is restored). At least the sample areas illuminated above the threshold excitation radiation power are irradiated with reset radiation. It is important in this case that the reset radiation, which transfers the sample back into the first state, does not contribute anything to effecting the increase in resolution, ie it can also be coupled into the sample in a very coarse or not at all structured manner.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erlaubt die hinsichtlich ihrer Lumineszenzeigenschaften wieder in den ersten Zustand rückführbare Probe eine Bilderzeugung durch Abscannen. Dabei kann die Probe beispielsweise mit einem Spot-, Zeilen- oder Multispotbereich abgerastert werden, z.B. durch eine Scannereinrichtung. Zwischen zwei Scanschritten wird dann jeweils Rücksetzstrahlung eingestrahlt, um beim neuen Scanschritt jeweils erneut Anregungsstrahlung unter und über dem Schwellwert einstrahlen zu können. Dadurch wird in jedem Scanschritt eine gesteigerte Auflösung erzielt, was insgesamt ein deutlich auflösungsverbessertes Bild liefert.In a particularly advantageous embodiment of the invention allowed in terms of their Lumineszenzeigenschaften back in the first Condition traceable sample imaging by scanning. The sample may be, for example with a spot, line or Multispot area are scanned, e.g. through a scanner device. Between two scan steps then each return radiation is irradiated, at the new scanning step each again excitation radiation under and over to be able to radiate the threshold value. As a result, an increased resolution is achieved in each scanning step, which is a clear improvement in resolution overall Picture delivers.

Die Einstrahlung der Anregungsstrahlungsverteilung erzeugt also eine örtliche Struktur der Fluoreszenzstrahlung. Diese ist meist symmetrisch bezüglich der Anregungsstrahlungsverteilung. Möchte man eine bestimmte fluoreszierende Flächenform, z.B. einen Punkt, so werden vorteilhafterweise Teile der fluoreszierenden Probe ausgeblendet. Dies ist ohne Auswirkung auf die Auflösung der erwünschten Flächenform möglich, da man für ausreichende Abstände zwischen benachbarten fluoreszierenden Bereichen sorgen kann.The Irradiation of the excitation radiation distribution thus generates a local Structure of fluorescence radiation. This is usually symmetrical with respect to Exciting radiation distribution. You want a certain fluorescent surface form, e.g. one point, thus advantageously parts of the fluorescent sample are hidden. This has no effect on the resolution of the desired surface shape possible, as you go for adequate distances between adjacent fluorescent regions.

Für die Anregung der Probe über bzw. unter dem Schwellwert sind prinzipiell zwei Varianten möglich. In einer ersten Variante erfolgt eine prinzipiell beugungsbegrenzte Beleuchtung, wobei diese punktförmig sein kann, radial symmetrisch sein kann oder ein zentrales Maximum, wie die bekannte Airy-Funktion aufweisen kann, jedoch nicht muß. In dieser Form der Anregungsverteilung ist es bevorzugt, daß die Anregungsstrahlungsverteilung beugungsbegrenzt ist.For the suggestion the sample over or below the threshold value, in principle, two variants are possible. In a first variant is a principle diffraction limited Lighting, these being punctiform may be radially symmetric or a central maximum, as the known Airy function may have, but need not. In this In the form of the excitation distribution, it is preferred that the excitation radiation distribution diffraction-limited.

Bei der beugungsbegrenzten Anregungsstrahlungsverteilung kann man besonders vorteilhaft eine torusförmige Verteilung verwenden, die im Kernbereich der torusförmigen Verteilung eine Anregungsstrahlungsleistung über dem Schwellwert, in Randbereichen unter dem Schwellwert hat. Im vom Torus umschriebenen Zentrum erhält man dann eine punktförmige Lumineszenzverteilung, die deutlich kleiner ist, als es ein beugungsbegrenztes Airy-Scheibchen wäre. Da natürlich aus den erwähnten Symmetriegründen auch am Außenrand des Torus liegende Proben-Bereiche mit unter dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung beleuchtet werden, wird auch dort Lumineszenzstrahlung angeregt. Um ein punktförmiges Fluoreszenzbild zu erzeugen, ist es zweckmäßig, diese Bereiche auszublenden, beispielsweise mit Hilfe einer konfokalen Detektion, die lediglich im vom Torus umschriebenen Zentrum entstehende Lumineszenzstrahlung passieren läßt. Das lumineszierende Zentrum ist dabei dennoch kleiner, als es die (beugungsbegrenzte) Auflösung der konfokalen Detektion per se erlaubt. Das Ausblenden kann natürlich auch anders bewerkstelligt werden. Z.B. können die Außenbereiche bezüglich der Lumineszenzanregbarkeit gezielt ausgeschaltet bzw. das umschriebene Zentrum gezielt eingeschaltet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Mikroskop erlaubt damit eine Auflösung über die physikalische Beugungsgrenze hinaus bei gleichzeitiger Beeinflussung der fluoreszierenden Bereichsform.at The diffraction-limited excitation radiation distribution can be particularly advantageously a toroidal Use distribution in the core area of the toroidal distribution an excitation radiation power above the threshold, in marginal areas below the threshold. In the center circumscribed by the Torus, one then gets a punctate Luminescence distribution, which is significantly smaller than it is a diffraction-limited Airy slices would be. There, of course for the reasons of symmetry mentioned also on the outer edge the torus lying sample areas below the threshold lying Excitation radiation power are illuminated, there is luminescence radiation stimulated. To be a punctiform Fluorescence image, it is useful to hide these areas, for example, using a confocal detection, the only in the center circumscribed by the torus luminescence radiation lets happen. The luminescent center is still smaller than the (diffraction-limited) resolution the confocal detection per se allowed. The hiding can of course synonymous be done differently. For example, can the outdoor areas regarding the Lumineszenzanregbarkeit off targeted or the circumscribed Center can be switched on purposefully. The inventive method or microscope thus allows a resolution beyond the physical diffraction limit addition, while influencing the fluorescent area shape.

In einer zweiten Variante wird eine flächige, strukturierte Beleuchtung eingesetzt, wobei die Fläche auch als eine oder mehrere, in einer Richtung beugungsbegrenzte Linie(n) ausgebildet werden kann. Teilbereiche der beleuchteten Fläche weisen eine Anregungsstrahlungsleistung über und andere Teilbereiche eine Anregungsstrahlungsleistung unter dem Schwellwert auf. Eine solche flächige Beleuchtung erlaubt es, eine größere Probe besonders schnell abzurastern. Gleiches gilt natürlich auch für eine Multispot-Anordnung, bei der mehrere beugungsbegrenzte Beleuchtungsspots auf die Probe fallen, die so weit voneinander räumlich getrennt sind, daß sie eindeutig voneinander getrennt detektiert werden können. Als flächige strukturierte Probenbeleuchtung kommt insbesondere ein Streifen- oder Kreuzgitter in Frage.In a second variant is a flat, structured lighting used, the area also as one or more, diffraction-limited in one direction Line (s) can be formed. Subareas of the illuminated area have an excitation radiation power over and other subregions an excitation radiation power below the threshold value. A such areal Illumination allows a larger sample to raster very quickly. The same applies of course to a multi-spot arrangement, where multiple diffraction-limited lighting spots fall on the sample, which are so far apart from each other they are separated can be detected clearly separated from each other. When area structured sample illumination comes in particular a strip or Cross grid in question.

Je nach Probe können Proben-Bereiche im zweiten Zustand noch eine gewisse Restlumineszenz zeigen. Dies kann entweder durch die Probe selbst bedingt sein, oder durch Wanderungen von lumineszierendem Material zwischen den unterschiedlich beleuchteten Proben-Bereichen, beispielsweise durch Diffusion. Die Probe selbst kann z.B. störend autofluoreszieren oder andere Farbstoffe enthalten, die nicht in einen zweiten, reversiblen Zustand überführbar sind. Im Ergebnis hat man eine Restlumineszenzstrahlung in Bereichen, die mit über dem Schwellwert liegender Anregungsstrahlungsleistung beleuchtet wurden. Prinzipiell kann diese Restlumineszenz durch einen geeigneten Schwellwert bei der Detektion unterdrückt werden.ever to sample Sample areas in the second state still have some residual luminescence demonstrate. This can either be due to the sample itself, or by migrating luminescent material between them differently lit sample areas, for example by Diffusion. The sample itself may e.g. annoying autofluorescence or contain other dyes that are not in a second, reversible Condition are transferable. As a result, one has a residual luminescence radiation in areas those with over Illuminates the threshold value of the excitation radiation power were. In principle, this residual luminescence can be replaced by a suitable Threshold in the detection can be suppressed.

Die Verwendung einer an und für sich bekannten Lock-In-Technik unterdrückt diese Hintergrundstrahlung bei verbessertem Bildsignal. Dazu wird man entweder in Proben-Bereiche, die in den zweiten Zustand versetzt werden oder in Proben-Bereiche, die im ersten Zustand verbleiben, die Anregungsstrahlung gemäß einer Referenzfrequenz intensitätsmodulieren und diese Referenzfrequenz bei der Detektion der Lumineszenzstrahlung im Wege der Lock-In-Technik verwerten. Das Mikroskop weist dazu einen Modulator und einen dem Lumineszenzdetektor nachgeschalteten Lock-In-Verstärker auf. Dieser separiert dann die modulierten Signale und unterdrückt die unmodulierten Signale, was eine hochaufgelöste Detektion auch bei der genannten Restlumineszenz ermöglicht, ohne daß der Spitzenpegel des Nutzsignals sinkt. Dadurch tragen die modulierten Signale voll zum hochaufgelösten Bild bei.The Using a on and for known lock-in technology suppresses this background radiation with improved picture signal. This is done either in sample areas that are in be placed in the second state or in sample areas, the remain in the first state, the excitation radiation according to a Intensity modulation of reference frequency and this reference frequency in the detection of the luminescence radiation using the lock-in technique. The microscope points to it a modulator and a downstream of the luminescence detector Lock-in amplifier on. This then separates the modulated signals and suppresses the unmodulated signals, which is a high-resolution detection even at the allows said residual luminescence, without that Peak level of the wanted signal decreases. As a result, the modulated wear Signals full to the high resolution Picture at.

Eine alternative Möglichkeit zur Unterdrückung einer Restlumineszenz ist ein Differenzverfahren, bei dem zwei Bilder voneinander substrahiert werden. Ein erstes Bild wird mit Anregungsstrahlungsleistung unter dem Schwellwert, ein zweites Bild mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes aufgezeichnet. Die Differenz zwischen den beiden Bildern bewirkt die Abseparierung der Restlumineszenz. Andere mögliche Ansätze zur Unterdrückung der Restlumineszenz nutzen weitere Eigenschaften von in Varianten der Erfindung verwendeten Proben bzw. Farbstoffen, beispielsweise die Auswertung unterschiedlicher Lumineszenzlebensdauern im ersten bzw. zweiten Zustand, die Nutzung unterschiedlicher optischer Eigenschaften der Lumineszenzstrahlung im ersten oder zweiten Zustand o.ä.A alternative possibility for suppression A residual luminescence is a difference method in which two images be subtracted from each other. A first picture is taken with excitation radiation power below the threshold, a second image with excitation radiation power recorded above the threshold. The difference between the separation of the two images causes the residual luminescence. Other possible approaches for suppression The residual luminescence use further properties of in variants The invention used samples or dyes, for example, the Evaluation of different luminescence lifetimes in the first or second state, the use of different optical properties the luminescence radiation in the first or second state o.ä.

Weiter werden in vorteilhaften Ausgestaltungen Probenteile, die außerhalb der zu detektierenden Fokusebene liegen, ausgeblendet, um die Tiefenschärfe zu steigern. Dadurch wird gleichzeitig die axiale von der lateralen Auflösung entkoppelt. Dazu wird zuerst die Probe unstrukturiert in den zweiten Zustand überführt und dann nur in der Fokusebene rückgesetzt. Gleiches erreicht eine entsprechende Tiefenstrukturierung der Anregungsstrahlungsintensität, mit einem Minimum in der Fokusebene. Hierzu kann man eine Anordnung gemäß den Prinzipien der DE 102 57 423 A1 geeignet abwandeln.Further, in advantageous embodiments, sample parts that lie outside the focal plane to be detected are hidden in order to increase the depth of field. This simultaneously decouples the axial from the lateral resolution. For this purpose, the sample is first transferred unstructured to the second state and then reset only in the focal plane. The same achieves a corresponding deep structuring of the excitation radiation intensity, with a minimum in the focal plane. For this one can use an arrangement according to the principles of DE 102 57 423 A1 modify suitably.

Das eingangs genannte erfindungsgemäße Mikroskop verwirklicht in vorteilhaften Ausgestaltungen eine oder mehrere der oben genannten Weiterbildungen. Da die Anregungsstrahlung sowohl zur Anregung der Lumineszenz als auch zur Verhinderung bzw. Minderung von Lumineszenz verwendet wird, ist es vorteilhafterweise möglich, eine einzige Anregungsstrahlungsquelle vorzusehen, welche die Anregungsstrahlung abgibt und der eine Einrichtung nachgeordnet ist, welche dem Strahlprofil ein Minimum, vorzugsweise mit variabler Tiefe, aufprägt, wobei im Minimum die Leistung unter dem Schwellwert liegt.The initially mentioned inventive microscope realized in advantageous embodiments, one or more the above developments. Since the excitation radiation both to stimulate the luminescence as well as to prevent or reduce is used by luminescence, it is advantageously possible to use a provide only excitation radiation source, which the excitation radiation and a device is arranged downstream of which the beam profile imprinting a minimum, preferably of variable depth, wherein at least the power is below the threshold.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The The invention will be described below with reference to the drawings for example, even closer explained. In the drawings shows:

1a und 1b ortsabhängige Leistungsverteilungen für Verfahren des Standes der Technik, 1a and 1b location-dependent power distributions for prior art methods,

2a2c Schemazeichnungen für verschiedene Verfahren zur Auflösungssteigerung gemäß dem Stand der Technik, 2a - 2c Schematic drawings for various prior art dissolution enhancement methods;

3 ein auflösungsgesteigertes Fluoreszenzmikroskop nach dem Stand der Technik, 3 a resolution-enhanced fluorescence microscope according to the prior art,

4 eine Fluoreszenzkennlinie einer Probe, 4 a fluorescence characteristic of a sample,

5 eine Schemazeichnung zur erfindungsgemäßen Auflösungssteigerung, 5 a schematic drawing of the resolution increase according to the invention,

6a/b ein- bzw. zweidimensionale Leistungsverteilungen, wie sie bei der Auflösungssteigerung nach einer ersten und zweiten Verfahrensform anfallen, 6a / b one- or two-dimensional power distributions, such as occur in the increase in resolution according to a first and second method,

7 eine Darstellung ähnlich der 6a/b für eine dritte Verfahrensform, 7 a representation similar to the 6a / b for a third method,

8a/b Darstellungen ähnlich der 6a/b für eine vierte und fünfte Verfahrensform, 8a / b representations similar to the 6a / b for a fourth and fifth method,

9a/b eine Schemazeichnung für ein erstes auflösungsgesteigertes Mikroskop, 9a / b a schematic drawing for a first resolution-enhanced microscope,

10 eine Leistungsverteilung ähnlich der 6a zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des Mikroskops der 9, 10 a power distribution similar to that 6a to illustrate the operation of the microscope of 9 .

11a/b eine Kennlinie ähnlich der 4 sowie eine Leistungsverteilung zur Verdeutlichung eines zweiten auflösungsgesteigerten Mikroskops, 11a / b a characteristic similar to the 4 and a power distribution to illustrate a second resolution enhanced microscope,

12 eine Schemadarstellung des zweiten Mikroskops, 12 a schematic representation of the second microscope,

13 eine Schemadarstellung eines dritten auflösungsgesteigerten Mikroskops, 13 a schematic representation of a third resolution enhanced microscope,

14 eine Schemadarstellung zur Funktionsweise des dritten Mikroskops, 14 a schematic representation of the operation of the third microscope,

15a/b Schemadarstellungen von Teilen eines vierten Mikroskops, 15a / b Schematic representations of parts of a fourth microscope,

16a eine Verteilung der Anregungs- bzw. Rücksetzstrahlung in einer Pupille des vierten Mikroskops, 16a a distribution of the excitation or reset radiation in a pupil of the fourth microscope,

16b eine mit dem vierten Mikroskop realisierte Multispotverteilung, 16b a multispot distribution realized with the fourth microscope,

17 eine Fluoreszenzverteilung beim vierten Mikroskop und 17 a fluorescence distribution in the fourth microscope and

18 eine Verteilung der Anregungs- bzw. Rücksetzstrahlung in einer Pupille einer Variante des vierten Mikroskops. 18 a distribution of the excitation or reset radiation in a pupil of a variant of the fourth microscope.

Nachfolgend werden in verfahrenstechnischer Erläuterung sowie in Mikroskopbeschreibungen verschiedene Ausführungsformen zur auflösungsgesteigerten Lumineszenzmikroskopie dargestellt. Dies geschieht rein exemplarisch anhand verschiedener Fluoreszenzmikroskope bzw. Fluoreszenzmikroskopieverfahren. Natürlich sind die nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiele, d. h. Verfahrensformen und Mikroskope, auch für andersartig lumineszierende Substanzen einsetzbar, beispielsweise für phosphorisierende Proben oder Farbstoffe. Soweit nachfolgend von einem Farbstoff gesprochen wird, so ist auch dies nur beispielshalber aufzufassen. Anstelle eines Farbstoffes, der zur Präparation einer Probe eingesetzt werden kann, kann natürlich auch eine direkt fluoreszierende (oder phosphorisierende) Substanz als Probe treten, wodurch eine Farbstoffzugabe entbehrlich ist. Auch können zusätzliche Farbstoffe verwendet werden, die andere Eigenschaften zeigen und nicht in einen zweiten Zustand bringbar sind. Weiter können für einzelne Verfahrensformen oder Mikroskope geschilderte Merkmale auch für andere beschriebene Verfahrensformen oder Mikroskope eingesetzt werden, so daß auch hier nicht geschilderte Kombinationen möglich sind.following be in procedural explanation as well as in microscope descriptions different embodiments to the resolution-enhanced Luminescence microscopy shown. This is purely exemplary using various fluorescence microscopes or fluorescence microscopy methods. Naturally are the embodiments described below, d. H. process forms and microscopes, too, for different luminescent substances used, for example for phosphors Samples or dyes. As far as subsequently spoken by a dye this is only to be understood as an example. Instead of of a dye used for preparation a sample can be used, of course, a directly fluorescent (or phosphorescent) substance as a sample, whereby a Dye addition is dispensable. Also, additional dyes can be used that show other qualities and not in a second one Condition can be brought. Next you can for individual Process forms or microscopes described features for others described method forms or microscopes are used, so that too here unspecified combinations are possible.

4 zeigt beispielshalber eine Fluoreszenz-Kennlinie 17 für einen Farbstoff, der erfindungsgemäß verwendet wird. Diese Fluoreszenz-Kennlinie 17 gibt die Leistung L der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung F als Funktion der Leistung L der Anregungsstrahlung A wieder. Wie zu sehen ist, steigt die Kennlinie 17 weitgehend linear, jedenfalls monoton, bis zu einem Maximum 18 und fällt dann oberhalb eines Schwellwerts 19 für die Anregungsstrahlungsleistung wieder ab. Erkennbar sind zwei Zustands-Regionen, die jeweils links und rechts vom Schwellwert 19 bzw. dem Maximum 18 liegen. Wird eine Anregungsstrahlungsleistung unterhalb des Schwellwerts 19 eingestrahlt, befindet sich der Farbstoff vorrangig in einem ersten Zustand 5. In diesem kann er Fluoreszenzstrahlung abstrahlen. Wird die Anregungsstrahlungsleistung über den Schwellwert 19 erhöht, findet eine Umschichtung der Farbstoffmoleküle in einen zweiten Zustand 6 statt. Farbstoffmoleküle im zweiten Zustand 6 können entweder nicht fluoreszieren, strahlen eine Fluoreszenzstrahlung mit geänderten optischen Eigenschaften ab und/oder besitzen eine gegenüber dem ersten Zustand 5 geänderte Absorptionseigenschaft. Die geänderten optischen Eigenschaften für Fluoreszenzemission oder Absorption können die spektrale Zusammensetzung, die Polarisation und/oder die Lebensdauer der Fluoreszenzstrahlung betreffen. Im Ergebnis fällt in der zweiten Zustands-Region die Leistung der Fluoreszenzstrahlung F, wenn man sich auf die Art der Fluoreszenzstrahlung, die im ersten Zustand 5 abgeben wird, bezieht, wieder ab. 4 shows by way of example a fluorescence characteristic 17 for a dye used in the invention. This fluorescence characteristic 17 represents the power L of the emitted fluorescence radiation F as a function of the power L of the excitation radiation A again. As can be seen, the characteristic increases 17 largely linear, at least monotone, up to a maximum 18 and then falls above a threshold 19 for the excitation radiation power again. Recognizable are two state regions, each to the left and right of the threshold 19 or the maximum 18 lie. Will an excitation radiation power below the threshold 19 irradiated, the dye is primarily in a first state 5 , In this he can emit fluorescence radiation. Will the excitation radiation power above the threshold 19 increases, a rearrangement of the dye molecules in a second state 6 instead of. Dye molecules in the second state 6 either can not fluoresce, emit fluorescence radiation with altered optical properties, and / or have one opposite the first state 5 changed absorption property. The altered optical properties for fluorescence emission or absorption may relate to the spectral composition, the polarization and / or the lifetime of the fluorescence radiation. As a result, in the second state region, the power of fluorescence radiation F falls, considering the type of fluorescence radiation in the first state 5 will resign, again.

Die Erfindung setzt nun die Kennlinie 17 dahingehend ein, daß die Einstrahlung der Anregungsstrahlung A nur einen Teil der Probe in die erste Zustands-Region (oder kurz ersten Zustand) 5, einen anderen Teil der Probe jedoch in die zweite Zustands-Region (oder kurz zweiten Zustand) 6 bringt. Bereiche, die mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes 19 beleuchtet wurden/werden, emittieren somit die bestimmte Fluoreszenzstrahlung nur vermindert. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der zweite Zustand 6 ein reversibler Zustand ist. Dies bedeutet, daß zumindest nach einer gewissen Zeit oder nach aktiver Einwirkung ein einmal mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes 19 bestrahlter Farbstoff wieder die Eigenschaften des ersten Zustandes 5 zeigt. Ein Beispiel für einen Farbstoff, für den die Erfinder eine Kennlinie gemäß der 4 erkannten, ist die als Dronpa bezeichnete Substanz, die in der Veröffentlichung R. Ando et al., „Regulated fast nucleocytoplasmic shuttling observed by reversible protein highlighting", Science, 19. November 2004, Vol. 306, S. 1370-1373, beschrieben ist. Der Farbstoff ist von der Firma Amalgaam, Woburn, Massachusetts, USA, unter der Bezeichnung Dronpa-Green, Code-Nr. AM-V0071, verfügbar und bislang im Zusammenhang mit der Fluoreszenzmarkierung von Molekülen, deren Transporteigenschaften durch Zellmembranen untersucht werden sollen, bekannt. Der Farbstoff Dronpa kann bei einer Wellenlänge von 488 nm angeregt werden, und nach Anregung in den zweiten Zustand 6 durch Strahlung bei einer Wellenlänge von 405 nm wieder in den ersten Zustand 5 zurückgeführt werden.The invention now sets the characteristic 17 to the effect that the irradiation of the excitation radiation A only a part of the sample in the first state region (or short first state) 5 but place another part of the sample in the second state region (or second state for short) 6 brings. Areas with excitation radiation power above the threshold 19 were / are illuminated, emit thus the specific fluorescence radiation only reduced. It is advantageous if the second state 6 is a reversible state. This means that at least after a certain time or after active action once with excitation radiation power above the threshold value 19 irradiated dye again the properties of the first state 5 shows. An example of a dye for which the inventors have a characteristic according to the 4 The substance referred to as Dronpa, described in the publication R. Ando et al., Regulated almost nucleocytoplasmic shuttling observed by reversible protein highlighting, Science, November 19, 2004, Vol. 306, pp. 1370-1373 The dye is available from Amalgaam, Woburn, Massachusetts, under the name Dronpa Green, Code No. AM-V0071, and has heretofore been used in connection with the fluorescence labeling of molecules whose transport properties are to be examined by cell membranes. The dye Dronpa can be excited at a wavelength of 488 nm, and after excitation in the second state 6 by radiation at a wavelength of 405 nm back to the first state 5 to be led back.

In Kombination mit einer geeigneten Anregungsstrahlungsverteilung beim Beleuchten der Probe führt die Verwendung des Farbstoffes mit der Kennlinie der 4 oder einer entsprechenden Kennlinie zu einer deutlichen Steigerung der Auflösung. Dabei wird im Gegensatz zum Stand der Technik nur Strahlung mit einer Wellenlänge eingestrahlt, und nur diese Strahlung trägt zur Auflösung bei. Das Rückschalten kann den Ausführungsformen, bei denen der Farbstoff nicht spontan in den ersten Zustand 5 zurückkehrt, durch Einstrahlung einer Rücksetzstrahlung R erreicht werden, die jedoch zur Auflösungssteigerung unbeachtlich ist.In combination with a suitable excitation radiation distribution when illuminating the sample, the use of the dye with the characteristic of the 4 or a corresponding characteristic to a significant increase in the resolution. In this case, in contrast to the prior art, only radiation having a wavelength is irradiated, and only this radiation contributes to the resolution. The switchback may be those embodiments in which the dye is not spontaneously in the first state 5 returns, be achieved by irradiation of a reset radiation R, but the Auflö increase is irrelevant.

Mit der Anregungsstrahlung A wird neben der Anregung der Farbstoffmoleküle aus dem Grundniveau heraus in das erste angeregte Niveau (erster Zustand 5) auch die Verhinderung von Fluoreszenz oder auch eine Entvölkerung (zweiter Zustand 6) bewerkstelligt. Bei der Entvölkerung erfolgt eine Umlagerung der Farbstoffmoleküle aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand. Die beiden Zustände haben voneinander verschiedene optische Fluoreszenzeigenschaften. Nach der Anregung mit der Anregungsstrahlung A kann sofort das hochaufgelöste Fluoreszenzbild gewonnen werden, wobei hochaufgelöst sich auf die optische Auflösung der Anregungsstrahlung A bezieht. Falls der Farbstoff aus dem zweiten Zustand nicht spontan in den ersten Zustand zurückkehrt, wird aktiv eine Rücksetzung, beispielsweise mittels einer Rücksetzstrahlung R, die von der Anregungsstrahlung A verschiedene optische Eigenschaften aufweist, bewerkstelligt. Das entsprechende Schema zeigt 5.With the excitation radiation A is in addition to the excitation of the dye molecules from the base level out in the first excited level (first state 5 ) also the prevention of fluorescence or depopulation (second state 6 ) accomplished. During depopulation, the dye molecules are rearranged from the first state to the second state. The two states have different optical fluorescence properties from each other. After the excitation with the excitation radiation A, the high-resolution fluorescence image can be obtained immediately, wherein high-resolution refers to the optical resolution of the excitation radiation A. If the dye from the second state does not spontaneously return to the first state, a reset, for example by means of a reset radiation R, which has different optical properties from the excitation radiation A, is actively accomplished. The corresponding scheme shows 5 ,

Ursprünglich befindet sich z.B. die zu untersuchende Probe P im ersten Zustand 5, in dem die Leistung der Fluoreszenzstrahlung F mit der Leistung der Anregungsstrahlung A steigt. Die Einstrahlung der Anregungsstrahlung A erfolgt nun so, daß in einzelnen Proben-Bereichen B2 die Anregungsstrahlungsleistung über dem Schwellwert 19 liegt. In anderen Bereichen B1 liegt sie darunter. Somit sind einige Probenbereiche im ersten Zustand 5, andere im zweiten Zustand 6, je nach dem ob die Leistung der Anregungsstrahlung über oder unter dem Schwellwert 19 liegt. 5 zeigt schematisch die Überführung der Probe durch Einstrahlung von Anregungsstrahlung A in Probenbereiche B1 im ersten Zustand 5 (rechter Teil der unteren Hälfte der 5) sowie Probenbereiche B2 im zweiten Zustand 6 (linker Teil). Probenbereiche B2 im zweiten Zustand 6 können nicht mehr effizient fluoreszieren, vor allem wenn eine Anregungsstrahlungsleistung deutlich über dem Schwellwert 19 verwendet wurde. Der Begriff „fluoreszieren" bezieht sich dabei auf Fluoreszenzstrahlung mit bestimmten Eigenschaften. Es ist also durchaus möglich, daß auch im zweiten Zustand 6 Fluoreszenzstrahlung abgegeben wird, jedoch mit anderen Eigenschaften als im ersten Zustand 5. Entweder ändern sich im zweiten Zustand also die Absorptionseigenschaften oder/und die Fluoreszenzeigenschaften der Probe.Originally, for example, the sample P to be examined is in the first state 5 in which the power of the fluorescence radiation F increases with the power of the excitation radiation A. The irradiation of the excitation radiation A is now carried out in such a way that in individual sample areas B2 the excitation radiation power is above the threshold value 19 lies. In other areas B1 it is below. Thus, some sample areas are in the first state 5 , others in the second state 6 , depending on whether the power of the excitation radiation above or below the threshold value 19 lies. 5 schematically shows the transfer of the sample by irradiation of excitation radiation A in sample areas B1 in the first state 5 (right part of the lower half of the 5 ) as well as sample areas B2 in the second state 6 (left part). Sample areas B2 in the second state 6 can no longer efficiently fluoresce, especially if an excitation radiation power is well above the threshold 19 has been used. The term "fluorescence" refers to fluorescence radiation with certain properties, so it is quite possible that even in the second state 6 Fluorescence radiation is emitted, but with different properties than in the first state 5 , Either the absorption properties and / or the fluorescence properties of the sample change in the second state.

Bereiche B1 der Probe, die im ersten Zustand 5 bleiben, emittieren nach Einstrahlung von Anregungsstrahlung A weiterhin dieselbe Fluoreszenzstrahlung F. Einstrahlung von Rücksetzstrahlung R (in 5 ist dieser Vorgang durch einen entsprechenden Pfeil veranschaulicht) bringt die gesamte Probe P wieder in den ersten Zustand 5, reversiert also die Aufteilung in zwei verschieden fluoreszierende Probenbereiche B1 und B2.Areas B1 of the sample in the first state 5 remain, emit after irradiation of excitation radiation A continues the same fluorescence radiation F. irradiation of reset radiation R (in 5 this process is illustrated by a corresponding arrow) brings the entire sample P back to the first state 5 , reverses the division into two different fluorescent sample areas B1 and B2.

Die Aufteilung der Probe in Probenbereiche B1, die sich im ersten Zustand 5 befinden, und Probenbereiche B2, die sich im zweiten Zustand 6 befinden, ermöglicht es nun, die Emission von Fluoreszenzstrahlung F auf ein Volumen der Probe P zu beschränken, das kleiner ist, als das ursprüngliche mit Anregungsstrahlung A beleuchtete Volumen. Es läßt sich somit also eine Struktur im fluoreszierenden Bild erreichen, die ursprünglich in der Anregungsstrahlungsverteilung nicht vorhanden war. Ursache dafür ist die geschickt eingesetzte Nichtlinearität der Kennlinie 17.The division of the sample into sample areas B1, which are in the first state 5 and sample areas B2, which are in the second state 6 Now, it is possible to limit the emission of fluorescence radiation F to a volume of the sample P which is smaller than the original volume illuminated with excitation radiation A. Thus, it is possible to achieve a structure in the fluorescent image that was not originally present in the excitation radiation distribution. The reason for this is the cleverly used nonlinearity of the characteristic curve 17 ,

Die 6a und 6b zeigen zwei Verfahrensformen, wie die Anregungsstrahlungsverteilung zur Auflösungssteigerung aussehen kann. Beide Figuren zeigen links einen eindimensionalen Schnitt durch die Anregungsstrahlungsverteilung bzw. Fluoreszenzstrahlungsverteilung. Jeweils rechts ist das zweidimensionale Bild der Fluoreszenzstrahlungsverteilung in Draufsicht zu sehen.The 6a and 6b show two procedural forms, how the excitation radiation distribution can look to increase the resolution. Both figures show on the left a one-dimensional section through the excitation radiation distribution or fluorescence radiation distribution. On the right in each case the two-dimensional image of the fluorescence radiation distribution can be seen in plan view.

In 6a wird eine punkförmige verteilte Anregungsstrahlung A eingestrahlt. Die Verteilung ist hier eine beugungsbegrenzte Airy-Verteilung. Hierdurch wird im Farbstoff Fluoreszenzstrahlung F mit einer ellipsoidförmigen Donut-Verteilung angeregt, die sich im zweidimensionalen Bild als lateral fluoreszierender, kreisförmiger Ring darstellt. Es fluoreszieren nur die Proben-Bereiche B1. Axial liegt ein fluoreszierender ellipsenförmiger Ring dar. Dieser Probenbereich B1 ist kleiner als die Beugungsgrenze der Anregungsstrahlung erlaubt.In 6a a punk-shaped distributed excitation radiation A is irradiated. The distribution here is a diffraction-limited Airy distribution. As a result, fluorescence radiation F is excited in the dye with an ellipsoidal donut distribution, which is represented in the two-dimensional image as a laterally fluorescent, circular ring. Only the sample areas B1 fluoresce. Axially is a fluorescent elliptical ring. This sample area B1 is smaller than the diffraction limit of the excitation radiation allowed.

Strahlt man dagegen, wie in 6b gezeigt, eine ebenfalls beugungsbegrenzte Donut-förmige Verteilung der Anregungsstrahlung A ein, ergibt sich ein abstrahlender Proben-Bereich B1, der einer verkleinerten Airy-Verteilung entspricht, welche von einem ringförmigen fluoreszierenden Bereich umgeben ist. In der Schnittdarstellung zeigen sich in der Verteilung der Fluoreszenzstrahlung F deshalb drei Peaks als Proben-Bereiche B1. Auch hier ist die Punktverwaschungsverteilung 16 kleiner als die Beugungsgrenze zuläßt. Die Verbesserung der Auflösung über die normale Punktverwaschungsverteilung hängt wesentlich von der Kombination aus Kennlinie 17 und Leistungsverteilung der Anregungsstrahlung A ab.If you shine on the other hand, as in 6b shown, a likewise diffraction-limited donut-shaped distribution of the excitation radiation A, results in a radiating sample area B1, which corresponds to a reduced Airy distribution, which is surrounded by an annular fluorescent region. In the sectional view, three peaks therefore appear in the distribution of the fluorescence radiation F as sample areas B1. Again, the point spread distribution 16 smaller than the diffraction limit allows. The improvement of the resolution over the normal point spread distribution depends largely on the combination of the characteristic 17 and power distribution of the excitation radiation A from.

Zur Ausblendung des ringförmigen Außenbereichs ist es zusätzlich möglich, eine konfokale Detektion durchzuführen, die den mittleren Peak durch geeignete Einstellung eines konfokalen Detektionsvolumens D auswählt. Dies ist schematisch als dritte Verfahrensform in 7 dargestellt. Der nun noch detektierte fluoreszierende Proben-Bereich B1 besteht dann aus dem mittleren Peak. Insgesamt ist z.B. ein bildgebendes Volumen B (punktierte Linie in der rechten Darstellung der 7) erreicht, das zweieinhalb mal schmäler ist, als die konventionelle Punktverwaschungsverteilung, und sogar 1,7-mal schmäler, als eine konfokale Punktverwaschungsverteilung. Bei einer Donut-förmigen Anregungsverteilung, wie sie die durchgezogene Kurve in der rechten Darstellung der 6b bzw. 7 zeigt, ist die resultierende Verteilung des bildgebenden Volumens B bzw. der mittlere Peak der Punktverwaschungsverteilung der 6b radialsymmetrisch. Verwendet man zwei Beleuchtungsspots, erreicht man eine maximale Auflösungssteigerung entlang der Verbindungslinie der Spotmaxima.In addition, for masking the annular outer area, it is possible to perform a confocal detection which selects the middle peak by appropriately setting a confocal detection volume D. This is schematically as a third method form in 7 shown. The now still detected fluorescent sample area B1 then consists of the middle peak. Overall is eg an imaging volume B (dotted line in the right-hand illustration of FIG 7 ), which is two and a half times narrower than the conventional spot-spread distribution, and even 1.7 times narrower than a confocal point-spread distribution. For a donut-shaped excitation distribution, as the solid curve in the right representation of 6b respectively. 7 shows, the resulting distribution of the imaging volume B and the mean peak of the point-spread distribution, respectively 6b radially symmetrical. If two illumination spots are used, a maximum increase in resolution is achieved along the line connecting the spot maxima.

Alternativ wird der äußere fluoreszierende Ring in 6b durch ein gezieltes Rückschalten des Farbstoffs aus dem zweiten Zustand 6 in den ersten Zustand 5 im Bereich des konfokalen Detektionsvolumens D ausgeblendet. Das Vorgehen/Prinzip ist dann wie folgt: Zuerst wird mit Anregungsstrahlung so angeregt, daß der zu untersuchende Probenabschnitt vollständig in den zweiten Zustand gelangt. Anschließend wird Rücksetzstrahlung R mit einer Verteilung entsprechend dem konfokalen Detektionsvolumen D eingestrahlt und damit ein Teil der Probe zurückgeschaltet. Bei nochmaliger Anregung mit der Anregungsstrahlungsverteilung A gemäß 7 gelangt dann nur der in diesem Probenteil liegende bildgebende Bereich B in den ersten Zustand und emittiert Fluoreszenzstrahlung F in Form des mittleren Peaks, wie er auch in der Variante der 7 verbleibt. Der ringförmige Außenbereich verbleibt im zweiten Zustand und fluoresziert nicht.Alternatively, the outer fluorescent ring in 6b by a targeted switching back of the dye from the second state 6 in the first state 5 hidden in the confocal detection volume D. The procedure / principle is then as follows: First, it is excited with excitation radiation so that the sample section to be examined completely reaches the second state. Subsequently, reset radiation R is irradiated with a distribution corresponding to the confocal detection volume D, and thus a part of the sample is switched back. Upon repeated excitation with the excitation radiation distribution A according to 7 Then only the lying in this sample part imaging area B in the first state and emits fluorescence radiation F in the form of the middle peak, as he also in the variant of 7 remains. The annular outer region remains in the second state and does not fluoresce.

In einer vierten Verfahrensform erfolgt eine strukturierte flächige Beleuchtung, wie sie beispielsweise in 8a gezeigt ist. Eine in x-Richtung sinusförmig verteilte Anregungsstrahlung A führt in den Tälern der sinusförmigen Leistungsverteilung zu Fluoreszenzstrahlung F. Die fluoreszierenden Proben-Bereiche B1 sind streifenförmig. Die Streifen sind jedoch deutlich schmaler als die Streifen der sinusförmigen Verteilung der Anregungsstrahlung A. Vorteilhaft ist hierbei, daß die sinusförmige Verteilung der Anregungsstrahlung A als Minima keine Nullstellen aufweist bzw. aufweisen muß. Die resultierende Verteilung der Fluoreszenzstrahlung F hängt zwar in ihrer Höhe, nicht jedoch in der Breite von der Leistung der Anregungsminima ab. Die Tiefe der Minima der sinusförmigen Anregungsstrahlungsverteilung ist also unkritisch für die Breite der Streifen und somit für die Auflösung. Im Beispielfall ist die Periode der sinusförmigen Streifenverteilung der Anregungsstrahlung A an der Grenzfrequenz der Auflösung eingestellt. Als Detektor wird z.B. ein Matrixdetektor verwendet. Die Streifenbreite und mithin die Auflösung ist um Faktor 6 gegenüber der Grenzfrequenz der Auflösung verbessert. Ein hochaufgelöstes Bild wird nun durch Verschiebung des Streifenmusters gewonnen.In a fourth method form, a structured surface illumination, as they are, for example, in FIG 8a is shown. An excitation radiation A distributed sinusoidally in the x-direction leads to fluorescence radiation F in the valleys of the sinusoidal power distribution. The fluorescent sample areas B1 are strip-shaped. However, the strips are significantly narrower than the strips of the sinusoidal distribution of the excitation radiation A. It is advantageous here that the sinusoidal distribution of the excitation radiation A as minima has no zeros or must have. The resulting distribution of the fluorescence radiation F does indeed depend on the power of the excitation minima in terms of their height, but not in terms of their width. The depth of the minima of the sinusoidal excitation radiation distribution is thus uncritical for the width of the stripes and thus for the resolution. In the example case, the period of the sinusoidal strip distribution of the excitation radiation A is set at the cut-off frequency of the resolution. As a detector, for example, a matrix detector is used. The stripe width and thus the resolution is improved by a factor of 6 compared to the cutoff frequency of the resolution. A high-resolution image is now obtained by shifting the stripe pattern.

Alternativ kann statt einer streifenförmigen Weitfeldbeleuchtung auch eine brennlinienförmige Beleuchtung verwendet werden, wobei die Linie entlang ihrer Längsachse (z.B. sinusförmig) moduliert ist, so daß die Leistung in Linienabschnitten über dem Schwellwert und in Linienabschnitten unter dem Schwellwert liegt. Die Scanbewegung erfolgt senkrecht zur Linie und entlang der Linie. Der Detektor ist ein geeignet hochauflösender Zeilendetektor.alternative can instead of a strip-shaped wide-field illumination also a burning lighting be used, with the line along its longitudinal axis (e.g., sinusoidal) is modulated so that the Performance in line sections above the Threshold and in line sections below the threshold. The scanning movement is perpendicular to the line and along the line. The detector is a suitable high-resolution line detector.

8b zeigt eine Weiterbildung der vierten Verfahrensform der 8a. In dieser fünften Verfahrensform erfolgt die Strukturierung der Verteilung der Auflösungsstrahlung A in beiden lateralen Achsen, d. h. in der Probenebene, so daß eine matrixförmige Beleuchtungsspotverteilung gegeben ist. Dies ist in der Schnittdarstellung der linken Hälfte der 8b eindimensional dargestellt. Senkrecht zur optischen Achse ist eine Matrix aus hellen Anregungsspots auf die Probe abgebildet. Jedem Beleuchtungsspot wird nun ein Detektor zugeordnet. Eine Verschiebung des Spotmusters relativ zur Probe erlaubt es, die Zwischenräume zwischen den Punkten ebenfalls zu vermessen. Der Bereich in dem die Verschiebung des matrixförmigen Musters zu erfolgen hat, ist in 8b als Gebiet G1 dargestellt. Durch eine Abrasterung der Spotmatrix, beispielsweise wie mit einem konventionellen Laserscanningmikroskop bekannt, wird insgesamt das gesamte Gebiet G2 aus Einzelgebieten G1 zusammengesetzt. Durch diese Parallelisierung ist eine sehr hohe Scangeschwindigkeit erreicht. Zugleich ist die Auflösung, wie die schmalen Peaks der Fluoreszenzstrahlung F in der Schnittdarstellung zeigen, über die Auflösung der Anregungsstrahlungsverteilung hinaus gesteigert. 8b shows a development of the fourth method of the 8a , In this fifth method, the distribution of the resolution radiation A is structured in both lateral axes, ie in the sample plane, so that a matrix-shaped illumination spot distribution is given. This is in the sectional view of the left half of the 8b represented one-dimensionally. Perpendicular to the optical axis, a matrix of bright excitation spots is shown on the sample. Each illumination spot is now assigned a detector. A shift of the spot pattern relative to the sample also allows the spaces between the points to be measured. The area in which the displacement of the matrix-shaped pattern is to take place is in 8b represented as area G1. By scanning the spot matrix, for example as is known with a conventional laser scanning microscope, overall the entire area G2 is composed of individual areas G1. This parallelization achieves a very high scanning speed. At the same time, as the narrow peaks of the fluorescence radiation F show in the sectional view, the resolution is increased beyond the resolution of the excitation radiation distribution.

Obwohl bislang nur die laterale Auflösung erwähnt wurde, ist auch die axiale Auflösung für die Ausführungsformen verbessert.Even though so far only the lateral resolution mentioned was, is also the axial resolution for the embodiments improved.

9a zeigt ein Laserscanningmikroskop, das jede der erläuterten Verfahrensformen realisieren kann. Für die Verfahrensformen 1 bis 3 ist das Laserscanningmikroskop 20 z. B. als einzelpunktscannendes Mikroskop ausgebildet. Es weist ein Anregungsmodul 21, ein Mikroskopmodul 22 sowie ein Detektormodul 23 auf. Im Mikroskopmodul 22 befindet sich eine Probe 24 im Fokus eines Objektivs 25, dem in Beleuchtungsrichtung eine Tubuslinse 26 vorgeschaltet ist. Vor dieser Optik liegt eine Scanoptik 27, die zusammen mit einem Scanner 28 ein Abscannen der Probe 24 durch Verschieben des Fokuspunktes auf der Probe ermöglicht. Ein Hauptfarbteiler 29 koppelt die Strahlung aus dem Anregungsstrahlungsmodul 21 in das Mikroskopmodul 22 ein und trennt aus dem Mikroskopmodul 22 von der Probe 24 aufgenommene Strahlung zum Detektormodul 23 ab. 9a shows a laser scanning microscope, which can realize each of the explained method forms. For the procedural forms 1 to 3 is the laser scanning microscope 20 z. B. formed as a single-point scanning microscope. It has an excitation module 21 , a microscope module 22 and a detector module 23 on. In the microscope module 22 there is a sample 24 in the focus of a lens 25 , in the direction of illumination a tube lens 26 upstream. In front of this optics is a scanning optics 27 that together with a scanner 28 a scan of the sample 24 by moving the focus point on the sample allows. A main color divider 29 couples the radiation from the excitation radiation module 21 in the microscope module 22 and disconnects from the microscope module 22 from the sample 24 absorbed radiation to the detector module 23 from.

Das Anregungsmodul 21 verfügt über eine Lichtquelle 30, deren Strahlung über den Hauptfarbteiler 29 zum Fokuspunkt in der Probe 24 gebündelt wird. Die im Fokuspunkt der Probe 24 angeregte Fluoreszenzstrahlung F wird vom Objektiv 25 gesammelt und am Hauptfarbteiler 29 aufgrund der im Vergleich zur Anregungsstrahlung A geänderten Spektraleigenschaften zu einer Pinholeoptik 31 ausgekoppelt, der ein Pinhole 32 sowie ein (optionaler) Blockfilter 33 nachgeschaltet sind. Ein Punkt-Detektor 34 erfaßt die Leistung der Fluoreszenzstrahlung F am Fokuspunkt. Die Erfassung kann zusätzlich spektral aufgelöst, polarisationsaufgelöst und/oder zeitaufgelöst erfolgen. Die Signale des Detektors 34 werden von einem Steuergerät 35 ausgelesen, das insgesamt den Betrieb des Laserscanningmikroskops 20 steuert.The excitation module 21 has a light source 30 whose radiation is above the main color splitter 29 to the focal point in the sample 24 is bundled. The focus point of the sample 24 excited fluorescence radiation F is from the objective 25 collected and at the main paint divider 29 due to the changed compared to the excitation radiation A spectral properties to a Pinholeoptik 31 decoupled, the one pinhole 32 and an (optional) block filter 33 are downstream. A point detector 34 detects the power of the fluorescence radiation F at the focal point. The detection can additionally be spectrally resolved, polarization-resolved and / or time-resolved. The signals of the detector 34 be from a controller 35 read out the total operation of the laser scanning microscope 20 controls.

Zur Auflösungssteigerung erfolgt die Einstrahlung der Anregungsstrahlung A in den Fokuspunkt 24 mit einer bestimmten Leistungsverteilung. Um diese vorzugeben und einzustellen, ist ein geeigneter Aufbau im Anregungsmodul 21 vorgesehen. Die Bauweise der 9a weist einen Strahlteiler 36 auf, der 50% der Strahlleistung der Lichtquelle 30 auskoppelt. In der Ausführungsform handelt es sich bei dem Strahlteiler 36 um einen Polarisationsstrahlteiler. Die derart aufgespaltenen Teilstrahlen werden nachher über einen weiteren Strahlteiler 40 wieder zu einem gemeinsamen Strahl überlagert, wobei die Intensitäten und Phasen der Teilstrahlen zuvor geeignet eingestellt werden. Zusätzlich ist in einem Teilstrahl ein Phasenelement 39 gestellt, das entweder als festes Phasenelement oder als variabel einstellbares Phasenelement ausgebildet werden kann. Das Phasenelement 39 hat z. B. einen phasenverändernden Bereich 44 sowie einen phasenneutralen Bereich 49, so daß eine donutförmige Leistungsverteilung im Strahl erzeugt wird. Nach Überlagerung der beiden Teilstrahlen nach dem Strahlteiler 40 erhält man Anregungsstrahlung A gemäß 10. Der Aufbau des Phasenelementes 39 ist exemplarisch in 9b gezeigt. Zur Einstellung der Leistungsanteile der beiden Teilstrahlen vor der Überlagerung sind in jeden Teilstrahl noch variable Abschwächer 37 bzw. 38 gestellt.To increase the resolution, the irradiation of the excitation radiation A takes place in the focal point 24 with a certain power distribution. To specify and adjust this is a suitable structure in the excitation module 21 intended. The construction of the 9a has a beam splitter 36 on, the 50% of the beam power of the light source 30 couples out. In the embodiment, the beam splitter is 36 around a polarization beam splitter. The sub-beams split up in this way are subsequently transferred via a further beam splitter 40 superimposed again into a common beam, wherein the intensities and phases of the partial beams are adjusted beforehand. In addition, in a partial beam is a phase element 39 placed, which can be formed either as a solid phase element or as a variably adjustable phase element. The phase element 39 has z. B. a phase-changing region 44 as well as a phase neutral range 49 so that a donut-shaped power distribution is generated in the beam. After superposition of the two partial beams after the beam splitter 40 one obtains excitation radiation A according to 10 , The structure of the phase element 39 is exemplary in 9b shown. To adjust the power components of the two partial beams before the superposition, variable attenuators are still present in each partial beam 37 respectively. 38 posed.

Im Ergebnis erhält man eine Verteilung der Leistung der Anregungsstrahlung A, wie sie in 10 als Schnittdarstellung entlang einer senkrecht zur optischen Achse verlaufende x-Achse gezeigt ist. Die Verteilung weist ein Minimum 45 auf, dessen Tiefe durch Einstellung der Abschwächer 38 bzw. 37, d.h. durch Änderung der relativen Leistung der beiden Teilstrahlen variabel einstellbar ist, z. B. durch das Steuergerät 35. Die Anpassung des Minimums 45 erlaubt es, die Intensität der ebenfalls in 10 eingezeichneten Fluoreszenzstrahlung F optimal einzustellen.The result is a distribution of the power of the excitation radiation A, as in 10 is shown as a sectional view along an axis perpendicular to the optical axis extending x-axis. The distribution has a minimum 45 on, its depth by adjusting the attenuator 38 respectively. 37 , that is variably adjustable by changing the relative power of the two partial beams, z. B. by the controller 35 , The adaptation of the minimum 45 allows the intensity of the also in 10 set fluorescence radiation F optimal.

Das hinsichtlich der Tiefe einstellbare Minimum 45 kann auch durch den Einsatz eines variabel einstellbaren Phasenelementes ohne Bildung von Teilstrahlen erzeugt werden. Für ein solches Phasenelement kommt eine Matrix aus Flüssigkristallen in Frage, bei der die Phase jedes einzelnen Pixels einstellbar ist. Natürlich sind noch andere Einrichtungen zur Erzeugung einer donatförmigen Strahlverteilung mit einstellbarem Minimum 45 möglich.The minimum adjustable in depth 45 can also be generated by the use of a variably adjustable phase element without formation of partial beams. For such a phase element is a matrix of liquid crystals in question, in which the phase of each pixel is adjustable. Of course, other means for generating a donatförmigen beam distribution with adjustable minimum 45 possible.

Für ein optionales Rückschalten der Proben-Bereiche B2 vom zweiten Zustand 6 in den ersten Zustand 5 kann eine Rücksetzstrahlungsquelle 41 vorgesehen werden, die über einen dritten Teiler 42 in den Anregungsstrahlengang des Anregungsmoduls 21 eingebunden ist. Diese Bauweise ist jedoch optional, weshalb die Darstellung der 9a auch eine gestrichelte Darstellung für diese Elemente zeigt. Die Rücksetzstrahlungsquelle 41 ist nur dann erforderlich, wenn der Farbstoff der Probe 24 nicht spontan wieder in den ersten Zustand zurückkehrt, sondern eines aktiven Rücksetzens durch optische Rücksetzstrahlung R bedarf. Rücksetzstrahlung kann jedoch auch anderweitig auf die Probe 24 aufgebracht werden, beispielsweise durch eine Einstrahlung schräg zur optischen Achse des Objektivs 25 mit Hilfe einer seitlich vom Laserscanningmikroskop angebrachten Rücksetzstrahlquelle.For an optional downshift of the sample areas B2 from the second state 6 in the first state 5 may be a reset radiation source 41 be provided, which has a third divider 42 in the excitation beam path of the excitation module 21 is involved. However, this design is optional, which is why the presentation of the 9a also shows a dashed representation of these elements. The reset radiation source 41 is only required if the dye of the sample 24 not spontaneously returns to the first state, but an active reset by optical reset radiation R requires. However, reset radiation can also be used elsewhere 24 be applied, for example, by an irradiation oblique to the optical axis of the lens 25 with the aid of a reset beam source mounted laterally by the laser scanning microscope.

Das Mikroskop der 9a kann die eingangs geschilderten Verfahrensformen ausführen. Die dritte Verfahrensform erfordert dabei die Verwendung des Pinholes 32 und der Pinholeoptik 31 im Detektormodul 23. Immer dann, wenn man keine konfokale Detektion benötigt, können die dafür nötigen Bauteile (31, 32) entfallen.The microscope of 9a can perform the initially described method forms. The third method requires the use of the pinhole 32 and Pinholeoptik 31 in the detector module 23 , Whenever confocal detection is not required, the necessary components ( 31 . 32 ) accounted for.

11a zeigt eine weitere Verbesserungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Vorgehens auf. Der Übergang der Probe im Teil-Bereich B2 aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand 6 kann unvollständig stattfinden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Fluoreszenzkennlinie 17 nach dem Maximalwert 18, d. h. für Leistungen der Anregungsstrahlung A oberhalb des Schwellwertes 19, nicht steil genug abfällt. Im Beispiel der 11a geht die Kennlinie 17 auch bei hohen Anregungsstrahlungsleistungen nicht auf Null zurück. Dies führt zu einer Restfluoreszenz 47 in den Proben-Bereichen B2, die im zweiten Zustand 6 sind, da der geminderte Anteil 46 nicht dem Maximalwert 18 entspricht. Würde man die Fluoreszenzstrahlung F dann mit dem Mikroskop gemäß 9a beispielsweise in Realisierung der dritten Verfahrensform vermessen, so würde sich das bildgebende Volumen B aus einem niedrig aufgelösten Sockel S und einer hochaufgelösten Verteilung V zusammensetzen. Dies ist in 11b schematisch dargestellt, die den Sockel S schraffiert und die hochaufgelöste Verteilung V schwarz zeigt. 11a shows a further possibility for improving the procedure according to the invention. The transition of the sample in the partial area B2 from the first state to the second state 6 can take place incomplete. This is the case, for example, when the fluorescence characteristic 17 after the maximum value 18 , ie for powers of the excitation radiation A above the threshold value 19 not drop steeply enough. In the example of 11a goes the characteristic 17 even at high excitation radiation powers not back to zero. This leads to a residual fluorescence 47 in the sample areas B2, in the second state 6 are, as the reduced share 46 not the maximum value 18 equivalent. If one then the fluorescence radiation F then with the microscope according to 9a For example, in the realization of the third method form, the imaging volume B would be composed of a low-resolution base S and a high-resolution distribution V. This is in 11b schematically shown hatching the base S and shows the high-resolution distribution V black.

Der gleiche Effekt kann auftreten, wenn in der Probe eine starke Diffusion des fluoreszierenden Materials, beispielsweise der Farbstoffmoleküle, herrscht. Auch dann ergibt sich eine Restfluoreszenz 47 in den Proben-Bereichen B2, jedoch nicht aufgrund einer vergleichsweise schwach abfallenden Kennlinie 17, sondern durch Diffusion des fluoreszierenden Materials.The same effect can occur if there is a strong diffusion of the fluorescent material, for example the dye molecules, in the sample. Even then, a residual fluorescence results 47 in the sample areas B2, but not due to a comparatively weak slope 17 but by diffusion of the fluorescent material.

Der Sockel S läßt sich durch geeignete Bildaufnahme unterdrücken. Eine dies realisierende zweite Ausführungsform eines Laserscanningmikroskops 20 ist exemplarisch in 12 dargestellt. Mit der Bauweise gemäß 9a übereinstimmende Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß auf ihre nochmalige Erläuterung verzichtet werden kann.The base S can be suppressed by suitable image recording. A second embodiment of a laser scanning microscope realizing this 20 is exemplary in 12 shown. With the construction according to 9a Matching components are provided with the same reference numerals, so that it can be dispensed with their repeated explanation.

Im Unterschied der Bauweise der 9a ist nun der Detektor 34 mit einem Lock-In-Verstärker 48 verbunden, wobei diese Verbindung in 12 lediglich exemplarisch über das Steuergerät 35 realisiert ist. Natürlich ist auch eine direkte Verbindung möglich. Auch kann der Lock-In-Verstärker 48 in das Steuergerät 35 integriert werden. Der Lock-In-Verstärker 48 ist mit einem Frequenzgenerator 49 verbunden, der das Minimum 45 in seiner Amplitude moduliert. Hierzu wird die Leistung einer der beiden Teilstrahlen im Anregungsmodul 21 geeignet moduliert, was z. B. durch eine Ansteuerung einer der beiden Abschwächer 37 oder 38 geschieht. In der Darstellung der 12 ist die Ansteuerleitung für den Abschwächer 38 gestrichelt dargestellt, um diese Option anzudeuten. Natürlich kann die Ansteuerung der Abschwächer auch durch das Steuergerät 35 erfolgen, das das Signal des Frequenzgenerators 49 entsprechend auswertet. Wie bereits erwähnt, können der Lock-In-Verstärker 48 und/oder der Frequenzgenerator 49 Bestandteile des Steuergerätes 35 sein.In contrast to the construction of the 9a is now the detector 34 with a lock-in amplifier 48 connected, this connection in 12 merely an example of the control unit 35 is realized. Of course, a direct connection is possible. Also, the lock-in amplifier 48 in the control unit 35 to get integrated. The lock-in amplifier 48 is with a frequency generator 49 connected, the minimum 45 modulated in its amplitude. For this purpose, the power of one of the two partial beams in the excitation module 21 suitably modulated what z. B. by controlling one of the two attenuators 37 or 38 happens. In the presentation of the 12 is the control line for the attenuator 38 dashed to indicate this option. Of course, the control of the attenuator by the control unit 35 take place, which is the signal of the frequency generator 49 evaluated accordingly. As mentioned earlier, the lock-in amplifier can 48 and / or the frequency generator 49 Components of the control unit 35 be.

Die vom Frequenzgenerator 49 zur Modulation des Minimums bereitgestellten Frequenz wird auch dem Lock-In-Verstärker 48 zugeführt. Durch die Modulation des Minimums 45 verändert sich das Signal aus den Proben-Bereichen im ersten Zustand 5, wohingegen Signale aus dem Sockel S konstant bleiben. Der Lock-In-Verstärker 48 separiert die modulierten Signale heraus und unterdrückt Signale aus dem Sockel S. Im Ergebnis erfolgt eine Trennung der Verteilung V vom Sockel S, und die hochaufgelöste Detektion ist auch bei einem unvollständigem Übergang in den zweiten Zustand 6 erreicht.The from the frequency generator 49 The frequency provided for modulating the minimum will also be the lock-in amplifier 48 fed. By the modulation of the minimum 45 the signal changes from the sample areas in the first state 5 while signals from pedestal S remain constant. The lock-in amplifier 48 separates out the modulated signals and rejects signals from the pedestal S. As a result, the distribution V is separated from the pedestal S, and the high-resolution detection is also at an incomplete transition to the second state 6 reached.

Verwertet man gezielt den Gleichanteil des Signals, erreicht man eine zusätzliche Bildinformation, die nicht hochaufgelöst ist. Diese Bildinformation kann sich z.B. auf andersartig fluoreszierende Proben-Bereiche/-Eigenschaften beziehen. Die hoch und niedrig aufgelösten können beliebig codiert (z.B. farbcodiert) überlagert dargestellt werden.recycled one directs the direct component of the signal, one reaches an additional one Image information that is not high resolution. This image information can e.g. on different fluorescent sample areas / properties Respectively. The high and low resolution may be superimposed arbitrarily encoded (e.g., color coded) being represented.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lock-In-Detektion können auch zwei Bilder aufgezeichnet werden. Ein erstes Bild wird mit Anregungsstrahlungsverteilung mit Minimum 45, das zweite ohne Minimum 45 aufgezeichnet. Zur Separierung der hochaufgelösten Verteilung V vom Sockel S werden dann nur noch die Bilder voneinander subtrahiert (erstes Bild minus zweites Bild). Das Ergebnisbild enthält nur noch die Informationen mit der hochaufgelösten Verteilung V. Weitere Möglichkeiten zur Unterdrückung eines niedrig aufgelösten Sockels können die Nutzung der unterschiedlichen optischen Eigenschaften des ersten Zustands 5 und des zweiten Zustands 6 sein, beispielsweise wenn sich die Lebensdauer der beiden Zustände unterscheiden. Auch kann man eine unterschiedliche Charakteristik des Emissionsspektrums verwenden, bzw. eine unterschiedliche Charakteristik des Absorptionsspektrums zwischen erstem Zustand 5 und zweiten Zustand 6.As an alternative or in addition to this lock-in detection, two images can also be recorded. A first picture is taken with excitation radiation distribution with minimum 45 , the second without minimum 45 recorded. In order to separate the high-resolution distribution V from the base S, only the images are then subtracted from each other (first image minus second image). The result image only contains the information with the high-resolution distribution V. Further possibilities for suppressing a low-resolution socket can be the use of the different optical properties of the first state 5 and the second state 6 be, for example, if the lifetime of the two states differ. Also, one can use a different characteristic of the emission spectrum, or a different characteristic of the absorption spectrum between the first state 5 and second state 6 ,

13 zeigt eine nochmalige Abwandlung des Laserscanningmikroskops 20 der 9a zur Realisierung einer der Verfahrensformen mit linienförmiger Beleuchtung. Auch hier sind mit der 9a übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß auf deren Beschreibung wiederum verzichtet werden kann. Weiter sind nur die Mittelstrahlen eingezeichnet. 13 shows a further modification of the laser scanning microscope 20 of the 9a for the realization of one of the method forms with linear illumination. Again, with the 9a matching elements with the same reference numerals, so that in turn their description can be dispensed with. Next only the center rays are drawn.

Die nun kohärente Lichtquelle 30 strahlt ihre Strahlung durch ein Gitter 50, das zwei 1. Beugungsordnungen, o+ und o-, sowie eine 0.-Beugungsordnung erzeugt. Dem Gitter ist eine Zylinderlinse 50a nachgeordnet, die hier ein Beispiel für ein anamorphotisches Element ist. Auf die Probe wird eine senkrecht zur optischen Achse liegende Linie fokussiert.The now coherent light source 30 radiates its radiation through a grid 50 , which produces two 1st diffraction orders, o + and o-, as well as a 0th diffraction order. The grid is a cylindrical lens 50a downstream, which is an example of an anamorphic element here. A line perpendicular to the optical axis is focused on the sample.

Die Beugungsordnungen fallen beim Fokussieren streifend zueinander ein und gelangen so in der Probe zur Interferenz. Durch den Talbot-Effekt entsteht ein sogenanntes Talbotgitter entlang der optischen Achse OA. Dies ist schematisch in der oberen Hälfte der 14 gezeigt. Die +1., die 0. sowie die –1. Ordnung fallen in der Probe 24 unter verschiedenen Winkeln ein und die Interferenzen erzeugen die dem Fachmann bekannte Talbotstruktur.The diffraction orders fall when focusing grazing to each other and thus arrive in the sample to interference. The Talbot effect creates a so-called Talbot grid along the optical axis OA. This is schematically in the upper half of the 14 shown. The +1, the 0 and the -1. Order fall in the sample 24 at different angles and the interferences produce the Talbot structure known to those skilled in the art.

Die Wirkung innerhalb der Probe zeigt sich in der unteren Hälfte 14, die einen Tiefenschnitt (x,z-Ebene) durch die Probe zeigt. An den Stellen hoher Intensität (schwarze Bereiche B2) gelangt die Probe in den zweiten Zustand 6, d. h. es wird eine Entvölkerung der angeregten Zustände durch Umschalten der Farbstoffmoleküle erreicht. In den Bereichen B1 geringer Intensität verbleibt die Probe im ersten Zustand 5 (schraffierte und weiße Bereiche).The effect within the sample is shown in the lower half 14 which shows a depth section (x, z-plane) through the sample. At high-intensity points (black areas B2), the sample enters the second state 6 That is, a depopulation of the excited states is achieved by switching the dye molecules. In areas B1 of low intensity, the sample remains in the first state 5 (hatched and white areas).

Die Detektion erfolgt mit einem Zeilendetektor 34, der in der Bauweise der 13 exemplarisch als mit dem Steuergerät 35 vereinigt dargestellt ist. Dem Zeilendetektor 34 ist wieder (optional) ein Blockfilter 33 vorgestellt. Weiter ist dem Zeilendetekor 34 eine (in 13 nicht dargestellte, da direkt auf den Zeilendetektor 34 aufgebrachte) entlang der x-Achse liegende Schlitzblende vorgeordnet, um die erforderliche konfokale Selektion einer Tiefenebene zu bewirken und dadurch nur die schraffierten Bereiche zu detektieren.The detection takes place with a line detector 34 who is in the construction of the 13 exemplary than with the control unit 35 is shown united. The line detector 34 is again (optional) a block filter 33 presented. Next is the line decode 34 a (in 13 not shown, because directly on the line detector 34 applied) disposed along the x-axis slit diaphragm to cause the required confocal selection of a depth plane and thereby detect only the hatched areas.

Der Scanner 28 ermöglicht die Bewegung der Anregungsstrahlungsverteilung über die Probe 24 senkrecht zur optischen Achse, also entlang der x- und y-Achse. Optional kann mit der Rücksetzstrahlungsquelle 41 beispielsweise eine homogene Line entlang der x-Achse in der Probe 24 erzeugt werden, die ein Umschalten der Farbstoffe aus dem zweiten Zustand 6 in den ersten Zustand 5 ermöglicht, wie dies 5 veranschaulicht. Diese Linie kann auch ein Beleuchtungsmuster aufweisen, daß passend zu den Proben-Bereichen B2 im zweiten Zustand 6 liegt, da nur diese Bereiche zurückgesetzt werden müssen.The scanner 28 allows movement of the excitation radiation distribution across the sample 24 perpendicular to the optical axis, ie along the x and y axes. Optionally, with the reset radiation source 41 for example, a homogeneous line along the x-axis in the sample 24 be generated, which is a switching of the dyes from the second state 6 in the first state 5 allows, like this 5 illustrated. This line may also have a lighting pattern matching that of the sample areas B2 in the second state 6 is because only these areas need to be reset.

Das Laserscanningmikroskop gemäß 13 realisiert also die Verfahrensform gemäß 8a. Die Tiefe der Minima 45 kann durch die Güte des Gitters bzw. die individuelle Abschwächung der einzelnen Ordnungen erfolgen.The laser scanning microscope according to 13 So realized the method form according to 8a , The depth of the minima 45 can be done by the quality of the grid or the individual attenuation of the individual orders.

15a zeigt eine Anordnung zur Realisierung der Verfahrensform gemäß 8b, wobei vom Laserscanningmikroskop 20 hier nur das Anregungsmodul 21 gezeigt ist, da das Mikroskopmodul 22 ansonsten den bereits geschilderten Aufbau hat. Aus der Lichtquelle 30 werden mittels eines ersten Strahlteilers 53 zwei Teilstrahlen erzeugt, hier senkrecht zur Zeichenebene beabstandet. Ein zweiter Strahlteiler 52 erzeugt insgesamt vier parallel laufende Teilstrahlen. 15b zeigt die Anordnung in einem um 90° Grad gedrehten Schnitt. Insgesamt liegen vier Teilstrahlen 54, 55 gleicher Intensität (gezeichnet sind die Mittelstrahlen) vor. In der Zeichnung nehmen jeweils zwei Teilstrahlen den gleichen Weg, so daß sie verdeckt sind. 15a shows an arrangement for implementing the method according to 8b , being by laser scanning microscope 20 here only the excitation module 21 shown is because the microscope module 22 otherwise has the structure already described. From the light source 30 be by means of a first beam splitter 53 generates two partial beams, spaced here perpendicular to the plane of the drawing. A second beam splitter 52 generates a total of four parallel partial beams. 15b shows the arrangement in a rotated by 90 ° degree section. Altogether there are four partial beams 54 . 55 same intensity (the center rays are drawn). In the drawing, two partial beams each take the same path, so that they are hidden.

Die Teilstrahlen werden durch Linsen in eine Pupille des Mikroskopmoduls 22 fokussiert, so daß sich innerhalb einer Berandung 56 der Pupille die in 16a dargestellte Punktverteilung ergibt. Die vier Teilstrahlen 55, 54 nehmen die Ecken eines Quadrates ein. In der Probe 24 gelangen die Teilstrahlen zur Interferenz, wodurch senkrecht zur optischen Achse ein Multispotmuster 58 gemäß 16b auf der Probe 24 entsteht. Die Tiefe der Nullstellen dieses Multispotmusters 58 kann beispielsweise durch die Änderung der Intensitäten der jeweils diagonal gegenüberliegenden Strahlen 54, 55 variiert werden. Hierzu sind geeignete einstellbare Abschwächer (nicht gezeigt) für die Teilstrahlen vorgesehen.The partial beams are transmitted through lenses into a pupil of the microscope module 22 focused so that within a boundary 56 the pupil the in 16a shown point distribution results. The four partial beams 55 . 54 take in the corners of a square. In the sample 24 the sub-beams reach the interference, whereby perpendicular to the optical axis a multi-spot pattern 58 according to 16b on the test 24 arises. The depth of the zeros of this multi-spot pattern 58 For example, by changing the intensities of the respective diagonally opposite rays 54 . 55 be varied. Suitable adjustable attenuators (not shown) for the partial beams are provided for this purpose.

An den Stellen hoher Intensität (helle Bereiche B2) im Multispotmuster 58 der 16b gelangt die Probe 24 in den zweiten Zustand 6. Fluoreszenzstrahlung F entsteht in den Bereichen B1 geringer Intensität (dunkle Bereiche). Die Fluoreszenzstrahlung F wird dann wie üblich am Hauptfarbteiler 29 abgeteilt. Der Detektor 54 ist ein auf das Spotmuster angepaßter Matrixdetektor, optional mit vorgeschalteter Pinholemaske. Die Detektorelemente sind auf die Bereiche B1 ausgerichtet. Der Scanner 28 ermöglicht wiederum die Verschiebung der Anregungsstrahlungsverteilung über die Probe 24 in x- und/oder y-Richtung. 17 zeigt im unteren Bild das Multispotmuster 58 und darüber das damit angeregte Fluoreszenzmuster 59.In the high intensity areas (bright areas B2) in the multi-spot pattern 58 of the 16b passes the sample 24 in the second state 6 , Fluorescence radiation F arises in the areas B1 of low intensity (dark areas). The fluorescence radiation F is then as usual at the main color splitter 29 separated. The detector 54 is a matched to the spot pattern matrix detector, optionally with upstream Pinholemaske. The detector elements are aligned with the areas B1. The scanner 28 in turn allows the displacement of the excitation radiation distribution across the sample 24 in the x and / or y direction. 17 shows in the picture below the multi-spot pattern 58 and above that the fluorescence pattern excited thereby 59 ,

Von der Rücksetzlichtquelle 41 kann ein weiterer Strahl 57 in die Pupille fokussiert werden, der damit eine homogene Fläche in der Probe 24 ausleuchtet. Dadurch erfolgt ein Rückschalten der Fluoreszenzmoleküle aus dem zweiten Zustand 6 in den ersten Zustand 5, wie bereits erläutert zwischen zwei Scanschritten und gegebenenfalls auch innerhalb eines Schanschrittes.From the reset light source 41 can another beam 57 be focused in the pupil, making it a homogeneous surface in the sample 24 illuminates. This results in a switching back of the fluorescence molecules from the second state 6 in the first state 5 , as already explained between two scan steps and possibly also within a Schanschrittes.

Der Rücksetzstrahl 47 kann aber auch ein Beleuchtungsmuster aufweisen, das den Bereichen B2 entspricht, da nur diese rückgesetzt werden müssen. Hierzu wird der Strahl 47 analog zu den Teilstrahlen 54, 55 ebenfalls in vier Teilstrahlen zerlegt und in die Pupille abgebildet, so daß sich innerhalb der Berandung 56 der Pupille beispielsweise die in 18 gezeigte Verteilung ergibt. Zusätzlich ist die optische Achse der Teilstrahlen 57 der Rücksetzstrahlung R gegenüber der optischen Achse der Anregungsstrahlung A derart verkippt, daß die in der Probe entstehenden Minima des Multispotmuster 58 der Anregungsstrahlung A mit den Maxima des Multispotrücksetzmusters zusammenfallen Die Ausführungsform gemäß 15a in der Variante von 18 ist ein exemplarisches Beispiel dafür, daß durch geeignete Strukturierung der Rücksetzstrahlung eine proben- bzw. farbstoffschonende Rücksetzung nur in den Bereichen B2 erfolgt.The reset beam 47 but can also have a lighting pattern that corresponds to the areas B2, since only these must be reset. For this purpose, the beam 47 analogous to the partial beams 54 . 55 also divided into four sub-rays and imaged in the pupil, so that within the boundary 56 the pupil, for example, the in 18 shown distribution results. In addition, the optical axis of the partial beams 57 the reset radiation R relative to the optical axis of the excitation radiation A tilted such that the resulting in the sample minima of the multi-spot pattern 58 the excitation radiation A coincide with the maxima of the multi-shot reset pattern. The embodiment according to FIG 15a in the variant of 18 is an exemplary example that by appropriate structuring of the reset radiation, a sample or dye-sparing reset takes place only in the areas B2.

Es kommt darauf an, daß die Probe durch geeignete Einstrahlung von Anregungsstrahlung A in Bereiche B1 im ersten Zustand und in Bereiche B2 im zweiten Zustand aufgeteilt wird. Die Überführung von Proben-Bereichen in den zweiten Zustand kann deshalb auch durch zur Auswahl einer Tiefenebene der Probe (vgl. 14) eingesetzt werden, so daß Proben-Bereiche B1 nicht zu einem Übersprechen benachbarter Detektorelemente/-regionen beitragen können.It is important that the sample is divided by appropriate irradiation of excitation radiation A in areas B1 in the first state and in areas B2 in the second state. The transfer of sample areas to the second state can therefore also be achieved by selecting a depth plane of the sample (cf. 14 ), so that sample areas B1 can not contribute to crosstalk of adjacent detector elements / regions.

Für das vorstehend in verschiedenen Varianten geschilderte Verfahren bzw. Mikroskop ist die Einstellung der Leistung der Anregungsstrahlung A abhängig von der Fluoreszenzcharakteristik der Probe unter besonderer Berücksichtigung der örtlichen Verteilung der Anregungsstrahlung A von Bedeutung. Insbesondere bestimmt die Tiefe eines oder mehrer Minima 45 und die Höhe der entsprechenden Maxima der Anregungsstrahlung der Verteilung die erreichbare Auflösungssteigerung. Ein Optimierung der Einstellung der örtlichen Leistungsverteilung der Anregungsstrahlung A kann auf zwei Wegen realisiert werden: Bei Kenntnis der Kennlinie 17, die dazu beispielsweise dem Steuergerät 35 entsprechend zur Verfügung gestellt ist/wird, wird für eine gegebene örtliche Anregungsverteilung der optimale Leistungspegel errechnet und entsprechend eingestellt, beispielsweise durch Ausgabe eines Sollwertes oder sogar direkte Ansteuerung des Anregungsmoduls 21.For the method or microscope described above in different variants, the adjustment of the power of the excitation radiation A is dependent on the fluorescence characteristic of the sample with special consideration of the local distribution of the excitation radiation A of importance. In particular, the depth of one or more minima determines 45 and the height of the corresponding maxima of the excitation radiation of the distribution the achievable resolution increase. An optimization of the adjustment of the local power distribution of the excitation radiation A can be realized in two ways: With knowledge of the characteristic curve 17 , for example, the control unit 35 is provided according to, is calculated for a given local excitation distribution of the optimum power level and adjusted accordingly, for example by outputting a setpoint or even direct control of the excitation module 21 ,

Alternativ oder zusätzlich kann an einem Testpräparat oder einer Referenzstelle der zu untersuchenden Probe die tatsächliche Auflösung ermittelt und der optimale Leistungspegel bei gebender Anregungsverteilung in einem interativen Prozeß ermittelt und dann zur Abbildung der Probe 24 verwendet werden.Alternatively or additionally, the actual resolution can be determined on a test preparation or a reference point of the sample to be examined, and the optimum power level for a given excitation distribution can be determined in an interactive process and then used to image the sample 24 be used.

Anstelle einer reinen Leistungsskalierung kann natürlich auch die Verteilung verändert werden, beispielsweise durch entsprechende Einstellung des Phasenelements 39.Instead of a pure power scaling, of course, the distribution can be changed, for example, by appropriate adjustment of the phase element 39 ,

Die Fluoreszenzcharakteristik der Probe 24, beispielsweise die Fluoreszenzcharakteristik eines Farbstoffs, kann durch Untersuchung an einem Testpräparat oder einer Referenzstelle der Probe bereits unter späteren Bildgewinnungsbedingungen ermittelt werden. Dazu wird die Leistung der detektierten Fluoreszenzstrahlung F als Funktion der Leistung der Anregungsstrahlung A an einen Punkt oder einem Gebiet der Probe ermittelt. Für eine besonders gute Einstellung ist es günstig, wenn die Fluoreszenzcharakteristik, d. h. die Kennlinie 17 nicht von der Konzentration des fluoreszierenden Materials, beispielsweise des Farbstoffs abhängt (im Gegensatz zur emittierten Leistung der Fluoreszenzstrahlung F). Das Steuergerät 35 des Scanningmikroskops 20 kann dazu aus der ermittelten Kurve 17 oder einer zugeführten bzw. in einem Speicher abgelegten Kurve 17 automatisch die optimale Leistung ermitteln und entsprechend einstellen.The fluorescence characteristic of the sample 24 For example, the fluorescence characteristic of a dye can be determined by examination on a test preparation or a reference site of the sample already under later image recovery conditions. For this purpose, the power of the detected fluorescence radiation F is determined as a function of the power of the excitation radiation A at a point or an area of the sample. For a particularly good setting, it is favorable if the fluorescence characteristic, ie the characteristic 17 does not depend on the concentration of the fluorescent material, for example the dye (in contrast to the emitted power of the fluorescence radiation F). The control unit 35 of the scanning microscope 20 can do this from the determined curve 17 or a supplied or stored in a memory curve 17 Automatically determine the optimal performance and adjust accordingly.

Die iterative Bestimmung ist immer dann vorteilhaft, wenn die Fluoreszenzeigenschaften stark probenabhängig sind und eine Referenzstelle an der Probe für die Ermittlung der Fluoreszenzcharakteristik vorhanden ist oder nicht gefunden werden kann. In diesem Fall kann man entweder an einem begrenzten Gebiet innerhalb oder außerhalb des interessierenden Probenfeldes oder anhand einer Bildgebung im gesamten abzubildenden Probenfeld eine Leistungsoptimierung vornehmen bzw. durch das Steuergerät 35 ausführen lassen. Anhand eines Gütekriteriums der Auflösung (z. B. der Kontrast in einer ausgewählten Stelle oder die Ausdehnung des im Bild übertragenen Frequenzbereichs im Fourierraum) wird die Anregungsleistung optimiert. Dabei ist es im allgemeinen ausreichend, die Leistung im Minimum der Anregungsverteilung bzw. eine räumlich breit verteilte Untergrundleistung anzupassen.The iterative determination is always advantageous if the fluorescence properties are strongly sample-dependent and a reference point on the sample for determining the fluorescence characteristic is present or can not be found. In this case, one can either optimize the performance at a limited area inside or outside the sample field of interest or by means of imaging in the entire sample field to be imaged or by the control unit 35 let execute. The excitation power is optimized on the basis of a quality criterion of the resolution (for example the contrast in a selected location or the extension of the frequency range transmitted in the image in the Fourier space). It is generally sufficient to adjust the power in the minimum of the excitation distribution or a spatially broad distributed underground performance.

Die Anregungsstrahlung A und die Rücksetzungsstrahlung R können aus einer einzigen Strahlungsquelle erzeugt werden. Die Strahlungsquelle kann entweder direkt umschaltbar oder mit einer nachgeordneten Selektionsanordnung versehen sein.The Excitation radiation A and the reset radiation R can be generated from a single radiation source. The radiation source can either directly switchable or with a downstream selection arrangement be provided.

Claims (30)

Auflösungsgesteigertes Lumineszenz-Mikroskopieverfahren, bei dem – eine Probe (P, 24) durch Einstrahlung von Anregungsstrahlung (A) zur Emission von bestimmter Lumineszenzstrahlung (F) angeregt wird und ein Bild der lumineszierenden Probe (P, 24) gewonnen wird, wobei – die lumineszierende Probe (P, 24) aus einem ersten Lumineszenz-Zustand (5), in dem die Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung (F) mit steigender Anregungsstrahlungsleistung bis zu einem Maximalwert (18), welcher einem Anregungsstrahlungsleistungs-Schwellwert (19) zugeordnet ist, steigt, in einen zweiten Lumineszenz-Zustand (6) überführbar ist, in dem die Probe (P, 24) gegenüber dem ersten Zustand (5) verminderte Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung (F) aufweist, wobei die Probe (P, 24) durch Einstrahlung von Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes (19) in den zweiten Zustand (6) bringbar ist, – die Probe (P, 24) in Teil-Bereichen (B1) in den ersten Zustand (5) und in angrenzenden Teil-Bereichen (B2) in den zweiten Zustand (6) versetzt wird, indem die Einstrahlung von Anregungsstrahlung (A) mit einer Anregungsstrahlungsverteilung erfolgt, die zumindest ein örtliches Leistungsmaximum über dem Schwellwert (19) und zumindest ein örtliches, lokales Leistungsminimum (45) unter dem Schwellwert aufweist, – das Bild der lumineszierenden Probe (P, 24) Proben-Bereiche (B1) im ersten Zustand (5) und Proben-Bereiche (B2) im zweiten Zustand (6) umfaßt, wobei zum Bild der lumineszierenden Probe (P, 24) überwiegend Proben-Bereiche (B1) im ersten Zustand (5) beitragen und dadurch das Bild eine gegenüber der Anregungsstrahlungsverteilung gesteigerte Ortsauflösung hat.Dissolution enhanced luminescence microscopy method in which - a sample (P, 24 ) is excited by the irradiation of excitation radiation (A) for the emission of specific luminescence radiation (F) and an image of the luminescent sample (P, 24 ), wherein - the luminescent sample (P, 24 ) from a first luminescence state ( 5 ), in which the excitability for the emission of the determined luminescence radiation (F) with increasing excitation radiation power up to a maximum value ( 18 ), which corresponds to an excitation radiation power threshold ( 19 ), rises to a second luminescence state ( 6 ), in which the sample (P, 24 ) compared to the first state ( 5 ) has reduced excitability for emission of the determined luminescence radiation (F), the sample (P, 24 ) by irradiation of excitation radiation power above the threshold value ( 19 ) in the second state ( 6 ), - the sample (P, 24 ) in sub-areas (B1) in the first state ( 5 ) and in adjacent sub-areas (B2) in the second state ( 6 ) is offset by the irradiation of excitation radiation (A) with an excitation radiation distribution which at least a local power maximum above the threshold ( 19 ) and at least one local local minimum ( 45 ) below the threshold value, - the image of the luminescent sample (P, 24 ) Sample areas (B1) in the first state ( 5 ) and sample areas (B2) in the second state ( 6 ), wherein the image of the luminescent sample (P, 24 ) predominantly sample areas (B1) in the first state ( 5 ) and thereby the image has a spatial resolution which is increased in relation to the excitation radiation distribution. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Probe (P, 24) verwendet wird, die nach Überführung in den zweiten Zustand (6) wieder in den ersten Zustand (5) zurückkehrt, entweder durch aktive Einwirkung oder spontan.Method according to Claim 1, in which a sample (P, 24 ), which after transfer to the second state ( 6 ) back to the first state ( 5 ), either through active intervention kung or spontaneously. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine Rücksetzstrahlung (R) eingestrahlt wird, die die Probe (P, 24) aus dem zweiten Zustand (6) in den ersten Zustand (5) zurücksetzt und die von der Anregungsstrahlung (A) verschiedene optische Eigenschaften hat.Method according to Claim 2, in which a reset radiation (R) is irradiated, which irradiates the sample (P, 24 ) from the second state ( 6 ) in the first state ( 5 ) and which has different optical properties from the excitation radiation (A). Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Bild durch Abscannen der Probe (P, 24) mit einem Spot-, Zeilen- oder Multispotmuster (58) gewonnen wird und insbesondere zwischen zwei Scanschritten Rücksetzstrahlung (R) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the image is obtained by scanning the sample (P, 24 ) with a spot, line or multi-spot pattern ( 58 ) is recovered and in particular between two scan steps reset radiation (R) is set. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Probe (P, 24) verwendet wird, die bei einer Anregungsstrahlungsleistung über dem Schwellwert (19) nicht luminesziert, Lumineszenzstrahlung mit anderen Eigenschaften als die bestimmte Lumineszenzstrahlung (F) abstrahlt und/oder geänderte, zu verminderter Lumineszenz führende Eigenschaften aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which a sample (P, 24 ) which is at an excitation radiation power above the threshold ( 19 ) does not luminesce, emits luminescence radiation having properties other than the particular luminescence radiation (F) and / or has altered properties leading to reduced luminescence. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Anregungsstrahlungsverteilung beugungsbegrenzt ist.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the excitation radiation distribution diffraction-limited. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine torusförmig verteilte Anregungsstrahlung (A) verwendet wird und vorzugsweise zusätzlich bei der Detektion der Lumineszenzstrahlung (F) außerhalb des Torus liegende Proben-Bereiche ausgeblendet werden.The method of claim 6, wherein a torus distributed Excitation radiation (A) is used, and preferably in addition the detection of the luminescence radiation (F) outside of the torus Sample areas are hidden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Anregungsstrahlungsverteilung (A) eine linienförmige oder flächige strukturierte Probenbeleuchtung, insbesondere gemäß eines Streifen- oder Kreuzgitters, aufweist sowie bei dem eine ortsaufgelöste Detektion zur Bildgewinnung verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the excitation radiation distribution (A) a linear or areal structured sample illumination, in particular according to a Strip or cross lattice, and in which a spatially resolved detection used for image acquisition. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine konfokale Detektion (D) von im ersten Zustand (5) befindlichen Proben-Bereichen (B1) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a confocal detection (D) of in the first state ( 5 ) carried out sample areas (B1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Tiefenauflösungssteigerung entlang der optischen Achse (OA) erfolgt, indem das Leistungsminimum (45) unter dem Schwellwert (19) und das Leistungsmaximum über dem Schwellwert (19) entlang der optischen Achse (OA) benachbart sind.Method according to one of claims 1 to 9, in which a depth resolution increase along the optical axis (OA) takes place by the power minimum ( 45 ) below the threshold ( 19 ) and the power maximum above the threshold ( 19 ) are adjacent along the optical axis (OA). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Tiefenauflösungssteigerung entlang der optischen Achse erfolgt, indem zuerst in einem die Fokusebene enthaltenden Tiefenbereich Anregungsstrahlung (A) mit einer Leistung über dem Schwellwert eingestrahlt wird, in die Fokusebene Rücksetzstrahlung (R) eingestrahlt wird und anschließend die Anregungsstrahlung (A) mit der Anregungsstrahlungsverteilung eingestrahlt wird, wobei das Leistungsminimum (45) im Fokusbereich liegt.Method according to one of Claims 1 to 9, in which a depth resolution increase takes place along the optical axis, by first excitation radiation (A) having a power above the threshold being irradiated in a depth region containing the focal plane, re-radiation (R) being radiated into the focal plane, and Subsequently, the excitation radiation (A) is irradiated with the excitation radiation distribution, wherein the power minimum ( 45 ) is in the focus area. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem entweder in Proben-Bereichen (B1), die den ersten Zustand (5), oder in Proben-Bereichen (B2), die den zweiten Zustand (6) aufweisen, die Anregungsstrahlungsleistung gemäß einer Referenzfrequenz moduliert wird, und diese Referenzfrequenz bei der Detektion der Lumineszenzstrahlung im Wege der Lock-In-Technik verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, in which either in sample areas (B1), the first state ( 5 ), or in sample areas (B2), the second state ( 6 ), the excitation radiation power is modulated according to a reference frequency, and this reference frequency is used in the detection of the luminescence radiation by way of the lock-in technique. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zusätzliche aus einem Gleichsignalanteil (S) ein niedrig aufgelöstes Bild gewonnen wird.The method of claim 12, wherein additional from a DC signal component (S), a low-resolution image is won. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine fluoreszierende Probe (P, 24) verwendet wird, insbesondere eine mit mindestens einem Fluorophor versehene Probe (P, 24).Method according to one of the preceding claims, in which a fluorescent sample (P, 24 ), in particular a sample provided with at least one fluorophore (P, 24 ). Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zusätzlich ein Bild mit Anregungsstrahlungsverteilung ohne Leistungsminimum (45) unter dem Schwellwert aufgenommen und zur Differenzbildung verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, in which additionally an image with excitation radiation distribution without power minimum ( 45 ) is taken below the threshold and used for subtraction. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Lumineszenzkennlinie (17), die emittierte Lumineszenzleistung als Funktion der Anregungsstrahlungsleistung angibt, ausgewertet, daraus der Schwellwert (19) ermittelt und/oder die Anregungsstrahlungsverteilung kennlinienabhängig gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a luminescence characteristic ( 17 ), which indicates the emitted luminescence power as a function of the excitation radiation power, evaluates the threshold value ( 19 ) and / or the excitation radiation distribution is selected as a function of the characteristic. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Anregungsstrahlungsverteilung iterativ unter Auswertung der Bildauflösung optimiert wird.Method according to one of the above claims, wherein the excitation radiation distribution iteratively under evaluation the image resolution is optimized. Mikroskop zur auflösungsgesteigerten Lumineszenz-Mikroskopie, das aufweist: – Mittel (21, 22) zur Anregung von Lumineszenz, die Anregungsstrahlung (A) auf die Probe (P, 24) einstrahlen und damit die Emission bestimmter Lumineszenzstrahlung (F) in der Probe (P, 24) anregen, – Mittel (22, 23) zur Gewinnung eines Bildes der lumineszierenden Probe (P, 24), – wobei die Mittel zur Anregung die Anregungsstrahlung (A) mit einer bestimmten Anregungsstrahlungsverteilung einstrahlen, die zumindest ein örtliches Leistungsmaximum aufweist, das über einem Schwellwert (19) liegt, und zumindest ein örtliches, lokales Leistungsminimum (45) aufweist, das unter dem Schwellwert (19) liegt, – wobei der Schwellwert (19) zwei Lumineszenz-Regionen (5, 6) der Probe (P, 24) trennt, eine erste, bei Anregungsstrahlungsleistungen unterhalb des Schwellwertes (19) vorliegende Zustands-Region (5), in der die Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung (F) mit steigender Anregungsstrahlungsleistung bis zu einem Maximalwert (18), welcher am Schwellwert (19) erreicht wird, steigt, und einer zweiten bei und/oder nach Anregungsstrahlungsleistungen oberhalb des Schwellwertes (19) vorliegende Zustands-Region (6), in der die Probe (P, 24) eine gegenüber der ersten Region (5) verminderte Anregbarkeit zur Emission der bestimmten Lumineszenzstrahlung (F) aufweist, und – wobei die Mittel zur Bildgewinnung Proben-Bereiche (B1) in der ersten Region (5), die mit Anregungsstrahlungsleistung unterhalb des Schwellwertes (19) bestrahlt wurden, und Proben-Bereiche (B2) in der zweiten Region (6), die mit Anregungsstrahlungsleistung oberhalb des Schwellwertes (19) bestrahlt wurden, erfassen, wobei zum Bild der Probe überwiegend Proben-Bereiche (B1) in der ersten Region (5) beitragen und dadurch das Bild eine gegenüber der Anregungsstrahlungsverteilung gesteigerte Ortsauflösung hat.Microscope for enhanced resolution luminescence microscopy, comprising: - means ( 21 . 22 ) for excitation of luminescence, the excitation radiation (A) on the sample (P, 24 ) and thus the emission of certain luminescence radiation (F) in the sample (P, 24 ), - means ( 22 . 23 ) for obtaining an image of the luminescent sample (P, 24 ), Wherein the means for excitation irradiate the excitation radiation (A) with a specific excitation radiation distribution which has at least one local power maximum which is above a threshold value ( 19 ), and at least one local local minimum ( 45 ), which is below the threshold ( 19 ), the threshold value ( 19 ) two luminescence regions ( 5 . 6 ) of the sample (P, 24 ), a first, at excitation radiation powers below the threshold ( 19 ) present state region ( 5 ), in which the excitability for the emission of be tuned luminescent radiation (F) with increasing excitation radiation power up to a maximum value ( 18 ), which at the threshold ( 19 ) is reached, and a second at and / or after excitation radiation powers above the threshold ( 19 ) present state region ( 6 ), in which the sample (P, 24 ) one opposite the first region ( 5 ) has reduced excitability for emission of the determined luminescence radiation (F), and - wherein the image acquisition means comprises sample regions (B1) in the first region ( 5 ) with excitation radiation power below the threshold value ( 19 ) and sample areas (B2) in the second region ( 6 ) with excitation radiation power above the threshold ( 19 ), wherein the image of the sample is predominantly sample regions (B1) in the first region (FIG. 5 ) and thereby the image has a spatial resolution which is increased in relation to the excitation radiation distribution. Mikroskop nach Anspruch 18, mit einer Anregungsstrahlungsquelle (30), welche die Anregungsstrahlung (A) abgibt, und einer der Anregungsstrahlungsquelle nachgeordneten Einrichtung (3640), welche einen Anregungsstrahl abgibt, der ein Strahlprofil mit dem Leistungsminimum (45) hat, das eine unter dem Schwellwert (19) liegende Anregungsstrahlungsleistung hat.Microscope according to Claim 18, having an excitation radiation source ( 30 ), which emits the excitation radiation (A), and one of the excitation radiation source downstream device ( 36 - 40 ) which emits an excitation beam having a beam profile with the power minimum ( 45 ), one below the threshold ( 19 ) has lying excitation radiation power. Mikroskop nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scannereinrichtung (28) die Probe (P, 24) mit Anregungsstrahlung (A) abrastert.Microscope according to Claim 18 or 19, characterized in that a scanner device ( 28 ) the sample (P, 24 ) with excitation radiation (A) scans. Mikroskop nach Anspruch 20, wobei die Anregungsstrahlungsverteilung mindestens ein beugungsbegrenztes Punktbild aufweist.Microscope according to claim 20, wherein the excitation radiation distribution has at least one diffraction-limited point image. Mikroskop nach Anspruch 21, wobei die Anregungsstrahlungsverteilung mindestens einen linienförmigen oder streifen- oder gitterförmigen Proben-Bereich mit Anregungsstrahlung (A) beleuchtet, wobei die Anregungsstrahlungsleistung in Teilen des Streifens bzw. Gitters über dem Schwellwert (19) und in Teilen des Streifen bzw. Gitters unter dem Schwellwert (19) liegt.A microscope according to claim 21, wherein the excitation radiation distribution illuminates at least one line-shaped or strip-like or grid-shaped sample area with excitation radiation (A), wherein the excitation radiation power in parts of the grid or grid exceeds the threshold value (A). 19 ) and in parts of the strip or grid below the threshold ( 19 ) lies. Mikroskop nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Anregungsstrahlungsverteilung das örtliche Leistungsminimum (45) und das örtliche Leistungsminimum entlang der optischen Achse (OA) benachbart sind.Microscope according to one of claims 18 to 22, wherein the excitation radiation distribution the local power minimum ( 45 ) and the local power minimum along the optical axis (OA) are adjacent. Mikroskop nach einem der Ansprüche 18 bis 23, gekennzeichnet durch Mittel (41, 42) zum Rücksetzen der Probe (24) aus der zweiten (6) in die erste Zustands-Region (5), die eine Strahlquelle (41), welche Rücksetzstrahlung (R) mit von der Anregungsstrahlung (A) verschiedenen optischen Eigenschaften aussendet, und eine Optik (42) zum Einkoppeln der Rücksetzstrahlung (R) aufweisen.Microscope according to one of claims 18 to 23, characterized by means ( 41 . 42 ) for resetting the sample ( 24 ) from the second ( 6 ) into the first state region ( 5 ), which is a beam source ( 41 ), which emits reset radiation (R) with optical properties different from the excitation radiation (A), and an optical system ( 42 ) for coupling the reset radiation (R). Mikroskop nach einem der Ansprüche 18 bis 24, gekennzeichnet durch einen Intensitätsmodulator (37, 38, 49, 35), der die Verteilung der Anregungsstrahlung (A) mit einer Referenzfrequenz moduliert, und einen in den Mitteln zur Bildgewinnung vorgesehenen oder damit verbundenen Lock-In-Verstärker (48), der die Referenzfrequenz auswertet und Hintergrundstrahlung (S) reduziert.Microscope according to one of Claims 18 to 24, characterized by an intensity modulator ( 37 . 38 . 49 . 35 ) which modulates the distribution of the excitation radiation (A) with a reference frequency, and a lock-in amplifier provided in or connected to the image acquisition means ( 48 ), which evaluates the reference frequency and reduces background radiation (S). Mikroskop nach Anspruch 25, mit einem Gleichsignalsausgang zur Gewinnung eines zusätzlichen niedrig aufgelösten Bildes.Microscope according to claim 25, having a DC signal output to gain an additional low resolution Image. Mikroskop nach einem der Ansprüche 18 bis 26 mit einem Steuergerät (35), das das Mikroskop zur Ausführung eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ansteuert.Microscope according to one of Claims 18 to 26, having a control device ( 35 ), which drives the microscope for carrying out one of the methods according to one of claims 1 to 17. Mikroskop nach einem der Ansprüche 18 bis 27, mit einem Steuergerät (35), das die Mittel zur Anregung und die Mittel zur Bildgewinnung ansteuert bzw. ausliest und die Anregungsstrahlungsverteilung zur Optimierung der Bildauflösung einstellt.Microscope according to one of Claims 18 to 27, having a control device ( 35 ) which activates or reads out the means for excitation and the means for image acquisition and adjusts the excitation radiation distribution to optimize the image resolution. Mikroskop nach Anspruch 28, bei dem das Steuergerät (35) eine Speicher- oder Dateneingabeeinrichtung aufweist, über die dem Steuergerät eine Lumineszenzkennlinie (17) verfügbar ist, wobei die Lumineszenzkennlinie (17) die emittierte Lumineszenzleistung als Funktion der Anregungsstrahlungsleistung wiedergibt und wobei das Steuergerät (35) aus der Lumineszenzkennlinie (17) den Schwellwert (19) ermittelt und/oder die Anregungsstrahlungsverteilung kennlinienabhängig einstellt.Microscope according to Claim 28, in which the control device ( 35 ) has a memory or data input device via which the control device has a luminescence characteristic ( 17 ), the luminescence characteristic ( 17 ) reflects the emitted luminescence power as a function of the excitation radiation power and wherein the control unit ( 35 ) from the luminescence characteristic ( 17 ) the threshold ( 19 ) and / or adjusts the excitation radiation distribution as a function of the characteristic. Mikroskop nach Anspruch 28, bei dem das Steuergerät (35) aus dem Bild der Probe (P, 24) die Auflösung ermittelt und die Anregungsstrahlungsverteilung iterativ zur Optimierung der Bildauflösung einstellt.Microscope according to Claim 28, in which the control device ( 35 ) from the image of the sample (P, 24 ) determines the resolution and adjusts the excitation radiation distribution iteratively to optimize the image resolution.
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Cited By (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010029163A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Degudent Gmbh Method and apparatus for detecting contour data and/or optical characteristics of a three-dimensional semitransparent object
DE102008054317A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh combining microscopy
DE102009031231A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Methods and arrangements for fluorescence microscopy
DE102009055216A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Carl Zeiss Microlmaging GmbH, 07745 luminescence
DE102010028138A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Determining the distribution of a substance by scanning with a measuring front
EP2382456A2 (en) * 2009-01-26 2011-11-02 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for providing wide-field superresolution microscopy
US8593619B2 (en) 2008-05-07 2013-11-26 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for tracking vessel motion during three-dimensional coronary artery microscopy
US8676013B2 (en) 2004-07-02 2014-03-18 The General Hospital Corporation Imaging system using and related techniques
US8760663B2 (en) 2005-09-29 2014-06-24 The General Hospital Corporation Method and apparatus for optical imaging via spectral encoding
US8922781B2 (en) 2004-11-29 2014-12-30 The General Hospital Corporation Arrangements, devices, endoscopes, catheters and methods for performing optical imaging by simultaneously illuminating and detecting multiple points on a sample
US8937724B2 (en) 2008-12-10 2015-01-20 The General Hospital Corporation Systems and methods for extending imaging depth range of optical coherence tomography through optical sub-sampling
DE102013114860B3 (en) * 2013-12-23 2015-05-28 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method and device for determining the locations of individual molecules of a substance in a sample
US9060689B2 (en) 2005-06-01 2015-06-23 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for performing phase-resolved optical frequency domain imaging
US9069130B2 (en) 2010-05-03 2015-06-30 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for generating optical radiation from biological gain media
US9178330B2 (en) 2009-02-04 2015-11-03 The General Hospital Corporation Apparatus and method for utilization of a high-speed optical wavelength tuning source
US9186067B2 (en) 2006-02-01 2015-11-17 The General Hospital Corporation Apparatus for applying a plurality of electro-magnetic radiations to a sample
US9226665B2 (en) 2003-01-24 2016-01-05 The General Hospital Corporation Speckle reduction in optical coherence tomography by path length encoded angular compounding
US9282931B2 (en) 2000-10-30 2016-03-15 The General Hospital Corporation Methods for tissue analysis
US9326682B2 (en) 2005-04-28 2016-05-03 The General Hospital Corporation Systems, processes and software arrangements for evaluating information associated with an anatomical structure by an optical coherence ranging technique
US9330092B2 (en) 2011-07-19 2016-05-03 The General Hospital Corporation Systems, methods, apparatus and computer-accessible-medium for providing polarization-mode dispersion compensation in optical coherence tomography
US9341783B2 (en) 2011-10-18 2016-05-17 The General Hospital Corporation Apparatus and methods for producing and/or providing recirculating optical delay(s)
US9364143B2 (en) 2006-05-10 2016-06-14 The General Hospital Corporation Process, arrangements and systems for providing frequency domain imaging of a sample
US9408539B2 (en) 2010-03-05 2016-08-09 The General Hospital Corporation Systems, methods and computer-accessible medium which provide microscopic images of at least one anatomical structure at a particular resolution
US9415550B2 (en) 2012-08-22 2016-08-16 The General Hospital Corporation System, method, and computer-accessible medium for fabrication miniature endoscope using soft lithography
US9441948B2 (en) 2005-08-09 2016-09-13 The General Hospital Corporation Apparatus, methods and storage medium for performing polarization-based quadrature demodulation in optical coherence tomography
US9510758B2 (en) 2010-10-27 2016-12-06 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for measuring blood pressure within at least one vessel
US9516997B2 (en) 2006-01-19 2016-12-13 The General Hospital Corporation Spectrally-encoded endoscopy techniques, apparatus and methods
US9557154B2 (en) 2010-05-25 2017-01-31 The General Hospital Corporation Systems, devices, methods, apparatus and computer-accessible media for providing optical imaging of structures and compositions
US9615748B2 (en) 2009-01-20 2017-04-11 The General Hospital Corporation Endoscopic biopsy apparatus, system and method
US9629528B2 (en) 2012-03-30 2017-04-25 The General Hospital Corporation Imaging system, method and distal attachment for multidirectional field of view endoscopy
US9646377B2 (en) 2006-01-19 2017-05-09 The General Hospital Corporation Methods and systems for optical imaging or epithelial luminal organs by beam scanning thereof
USRE46412E1 (en) 2006-02-24 2017-05-23 The General Hospital Corporation Methods and systems for performing angle-resolved Fourier-domain optical coherence tomography
US9733460B2 (en) 2014-01-08 2017-08-15 The General Hospital Corporation Method and apparatus for microscopic imaging
US9763623B2 (en) 2004-08-24 2017-09-19 The General Hospital Corporation Method and apparatus for imaging of vessel segments
US9784681B2 (en) 2013-05-13 2017-10-10 The General Hospital Corporation System and method for efficient detection of the phase and amplitude of a periodic modulation associated with self-interfering fluorescence
US9795301B2 (en) 2010-05-25 2017-10-24 The General Hospital Corporation Apparatus, systems, methods and computer-accessible medium for spectral analysis of optical coherence tomography images
US9968245B2 (en) 2006-10-19 2018-05-15 The General Hospital Corporation Apparatus and method for obtaining and providing imaging information associated with at least one portion of a sample, and effecting such portion(s)
US9968261B2 (en) 2013-01-28 2018-05-15 The General Hospital Corporation Apparatus and method for providing diffuse spectroscopy co-registered with optical frequency domain imaging
US10058250B2 (en) 2013-07-26 2018-08-28 The General Hospital Corporation System, apparatus and method for utilizing optical dispersion for fourier-domain optical coherence tomography
DE102017206203A1 (en) 2017-04-11 2018-10-11 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Optical arrangement for spectral selection, as well as device and microscope
US10117576B2 (en) 2013-07-19 2018-11-06 The General Hospital Corporation System, method and computer accessible medium for determining eye motion by imaging retina and providing feedback for acquisition of signals from the retina
US10228556B2 (en) 2014-04-04 2019-03-12 The General Hospital Corporation Apparatus and method for controlling propagation and/or transmission of electromagnetic radiation in flexible waveguide(s)
US10285568B2 (en) 2010-06-03 2019-05-14 The General Hospital Corporation Apparatus and method for devices for imaging structures in or at one or more luminal organs
US10426548B2 (en) 2006-02-01 2019-10-01 The General Hosppital Corporation Methods and systems for providing electromagnetic radiation to at least one portion of a sample using conformal laser therapy procedures
US10478072B2 (en) 2013-03-15 2019-11-19 The General Hospital Corporation Methods and system for characterizing an object
US10736494B2 (en) 2014-01-31 2020-08-11 The General Hospital Corporation System and method for facilitating manual and/or automatic volumetric imaging with real-time tension or force feedback using a tethered imaging device
US10835110B2 (en) 2008-07-14 2020-11-17 The General Hospital Corporation Apparatus and method for facilitating at least partial overlap of dispersed ration on at least one sample
US10893806B2 (en) 2013-01-29 2021-01-19 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for providing information regarding the aortic valve
US10912462B2 (en) 2014-07-25 2021-02-09 The General Hospital Corporation Apparatus, devices and methods for in vivo imaging and diagnosis
US11179028B2 (en) 2013-02-01 2021-11-23 The General Hospital Corporation Objective lens arrangement for confocal endomicroscopy
US11452433B2 (en) 2013-07-19 2022-09-27 The General Hospital Corporation Imaging apparatus and method which utilizes multidirectional field of view endoscopy
US11490826B2 (en) 2009-07-14 2022-11-08 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for measuring flow and pressure within a vessel
US11490797B2 (en) 2012-05-21 2022-11-08 The General Hospital Corporation Apparatus, device and method for capsule microscopy

Cited By (71)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9282931B2 (en) 2000-10-30 2016-03-15 The General Hospital Corporation Methods for tissue analysis
US9226665B2 (en) 2003-01-24 2016-01-05 The General Hospital Corporation Speckle reduction in optical coherence tomography by path length encoded angular compounding
US8676013B2 (en) 2004-07-02 2014-03-18 The General Hospital Corporation Imaging system using and related techniques
US9664615B2 (en) 2004-07-02 2017-05-30 The General Hospital Corporation Imaging system and related techniques
US9763623B2 (en) 2004-08-24 2017-09-19 The General Hospital Corporation Method and apparatus for imaging of vessel segments
US8922781B2 (en) 2004-11-29 2014-12-30 The General Hospital Corporation Arrangements, devices, endoscopes, catheters and methods for performing optical imaging by simultaneously illuminating and detecting multiple points on a sample
US9326682B2 (en) 2005-04-28 2016-05-03 The General Hospital Corporation Systems, processes and software arrangements for evaluating information associated with an anatomical structure by an optical coherence ranging technique
US9060689B2 (en) 2005-06-01 2015-06-23 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for performing phase-resolved optical frequency domain imaging
US9441948B2 (en) 2005-08-09 2016-09-13 The General Hospital Corporation Apparatus, methods and storage medium for performing polarization-based quadrature demodulation in optical coherence tomography
US8928889B2 (en) 2005-09-29 2015-01-06 The General Hospital Corporation Arrangements and methods for providing multimodality microscopic imaging of one or more biological structures
US8760663B2 (en) 2005-09-29 2014-06-24 The General Hospital Corporation Method and apparatus for optical imaging via spectral encoding
US9304121B2 (en) 2005-09-29 2016-04-05 The General Hospital Corporation Method and apparatus for optical imaging via spectral encoding
US9513276B2 (en) 2005-09-29 2016-12-06 The General Hospital Corporation Method and apparatus for optical imaging via spectral encoding
US9516997B2 (en) 2006-01-19 2016-12-13 The General Hospital Corporation Spectrally-encoded endoscopy techniques, apparatus and methods
US10987000B2 (en) 2006-01-19 2021-04-27 The General Hospital Corporation Methods and systems for optical imaging or epithelial luminal organs by beam scanning thereof
US9646377B2 (en) 2006-01-19 2017-05-09 The General Hospital Corporation Methods and systems for optical imaging or epithelial luminal organs by beam scanning thereof
US9186066B2 (en) 2006-02-01 2015-11-17 The General Hospital Corporation Apparatus for applying a plurality of electro-magnetic radiations to a sample
US10426548B2 (en) 2006-02-01 2019-10-01 The General Hosppital Corporation Methods and systems for providing electromagnetic radiation to at least one portion of a sample using conformal laser therapy procedures
US9186067B2 (en) 2006-02-01 2015-11-17 The General Hospital Corporation Apparatus for applying a plurality of electro-magnetic radiations to a sample
USRE46412E1 (en) 2006-02-24 2017-05-23 The General Hospital Corporation Methods and systems for performing angle-resolved Fourier-domain optical coherence tomography
US10413175B2 (en) 2006-05-10 2019-09-17 The General Hospital Corporation Process, arrangements and systems for providing frequency domain imaging of a sample
US9364143B2 (en) 2006-05-10 2016-06-14 The General Hospital Corporation Process, arrangements and systems for providing frequency domain imaging of a sample
US9968245B2 (en) 2006-10-19 2018-05-15 The General Hospital Corporation Apparatus and method for obtaining and providing imaging information associated with at least one portion of a sample, and effecting such portion(s)
US8593619B2 (en) 2008-05-07 2013-11-26 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for tracking vessel motion during three-dimensional coronary artery microscopy
US10835110B2 (en) 2008-07-14 2020-11-17 The General Hospital Corporation Apparatus and method for facilitating at least partial overlap of dispersed ration on at least one sample
DE102008044522A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 Degudent Gmbh Method and device for detecting contour data and / or optical properties of a three-dimensional semitransparent object
WO2010029163A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Degudent Gmbh Method and apparatus for detecting contour data and/or optical characteristics of a three-dimensional semitransparent object
US8704196B2 (en) 2008-11-03 2014-04-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Combination microscopy
DE102008054317A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh combining microscopy
US8937724B2 (en) 2008-12-10 2015-01-20 The General Hospital Corporation Systems and methods for extending imaging depth range of optical coherence tomography through optical sub-sampling
US9615748B2 (en) 2009-01-20 2017-04-11 The General Hospital Corporation Endoscopic biopsy apparatus, system and method
EP2382456A4 (en) * 2009-01-26 2012-07-25 Gen Hospital Corp System, method and computer-accessible medium for providing wide-field superresolution microscopy
EP2382456A2 (en) * 2009-01-26 2011-11-02 The General Hospital Corporation System, method and computer-accessible medium for providing wide-field superresolution microscopy
US9178330B2 (en) 2009-02-04 2015-11-03 The General Hospital Corporation Apparatus and method for utilization of a high-speed optical wavelength tuning source
DE102009031231A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Methods and arrangements for fluorescence microscopy
US11490826B2 (en) 2009-07-14 2022-11-08 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for measuring flow and pressure within a vessel
WO2011076458A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Luminescence microscopy
DE102009055216A1 (en) 2009-12-22 2011-06-30 Carl Zeiss Microlmaging GmbH, 07745 luminescence
US9408539B2 (en) 2010-03-05 2016-08-09 The General Hospital Corporation Systems, methods and computer-accessible medium which provide microscopic images of at least one anatomical structure at a particular resolution
US9642531B2 (en) 2010-03-05 2017-05-09 The General Hospital Corporation Systems, methods and computer-accessible medium which provide microscopic images of at least one anatomical structure at a particular resolution
US10463254B2 (en) 2010-03-05 2019-11-05 The General Hospital Corporation Light tunnel and lens which provide extended focal depth of at least one anatomical structure at a particular resolution
US9024279B2 (en) 2010-04-22 2015-05-05 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Determining the distribution of a substance by scanning with a measuring front
DE102010028138A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Determining the distribution of a substance by scanning with a measuring front
WO2011131591A1 (en) 2010-04-22 2011-10-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Determination of the distribution of a substance by scanning with a measuring front
US9951269B2 (en) 2010-05-03 2018-04-24 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for generating optical radiation from biological gain media
US9069130B2 (en) 2010-05-03 2015-06-30 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for generating optical radiation from biological gain media
US9557154B2 (en) 2010-05-25 2017-01-31 The General Hospital Corporation Systems, devices, methods, apparatus and computer-accessible media for providing optical imaging of structures and compositions
US10939825B2 (en) 2010-05-25 2021-03-09 The General Hospital Corporation Systems, devices, methods, apparatus and computer-accessible media for providing optical imaging of structures and compositions
US9795301B2 (en) 2010-05-25 2017-10-24 The General Hospital Corporation Apparatus, systems, methods and computer-accessible medium for spectral analysis of optical coherence tomography images
US10285568B2 (en) 2010-06-03 2019-05-14 The General Hospital Corporation Apparatus and method for devices for imaging structures in or at one or more luminal organs
US9510758B2 (en) 2010-10-27 2016-12-06 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for measuring blood pressure within at least one vessel
US9330092B2 (en) 2011-07-19 2016-05-03 The General Hospital Corporation Systems, methods, apparatus and computer-accessible-medium for providing polarization-mode dispersion compensation in optical coherence tomography
US9341783B2 (en) 2011-10-18 2016-05-17 The General Hospital Corporation Apparatus and methods for producing and/or providing recirculating optical delay(s)
US9629528B2 (en) 2012-03-30 2017-04-25 The General Hospital Corporation Imaging system, method and distal attachment for multidirectional field of view endoscopy
US11490797B2 (en) 2012-05-21 2022-11-08 The General Hospital Corporation Apparatus, device and method for capsule microscopy
US9415550B2 (en) 2012-08-22 2016-08-16 The General Hospital Corporation System, method, and computer-accessible medium for fabrication miniature endoscope using soft lithography
US9968261B2 (en) 2013-01-28 2018-05-15 The General Hospital Corporation Apparatus and method for providing diffuse spectroscopy co-registered with optical frequency domain imaging
US10893806B2 (en) 2013-01-29 2021-01-19 The General Hospital Corporation Apparatus, systems and methods for providing information regarding the aortic valve
US11179028B2 (en) 2013-02-01 2021-11-23 The General Hospital Corporation Objective lens arrangement for confocal endomicroscopy
US10478072B2 (en) 2013-03-15 2019-11-19 The General Hospital Corporation Methods and system for characterizing an object
US9784681B2 (en) 2013-05-13 2017-10-10 The General Hospital Corporation System and method for efficient detection of the phase and amplitude of a periodic modulation associated with self-interfering fluorescence
US10117576B2 (en) 2013-07-19 2018-11-06 The General Hospital Corporation System, method and computer accessible medium for determining eye motion by imaging retina and providing feedback for acquisition of signals from the retina
US11452433B2 (en) 2013-07-19 2022-09-27 The General Hospital Corporation Imaging apparatus and method which utilizes multidirectional field of view endoscopy
US10058250B2 (en) 2013-07-26 2018-08-28 The General Hospital Corporation System, apparatus and method for utilizing optical dispersion for fourier-domain optical coherence tomography
DE102013114860B3 (en) * 2013-12-23 2015-05-28 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method and device for determining the locations of individual molecules of a substance in a sample
US9719928B2 (en) 2013-12-23 2017-08-01 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. High-resolution fluorescence microscopy using a structured beam of excitation light
US9733460B2 (en) 2014-01-08 2017-08-15 The General Hospital Corporation Method and apparatus for microscopic imaging
US10736494B2 (en) 2014-01-31 2020-08-11 The General Hospital Corporation System and method for facilitating manual and/or automatic volumetric imaging with real-time tension or force feedback using a tethered imaging device
US10228556B2 (en) 2014-04-04 2019-03-12 The General Hospital Corporation Apparatus and method for controlling propagation and/or transmission of electromagnetic radiation in flexible waveguide(s)
US10912462B2 (en) 2014-07-25 2021-02-09 The General Hospital Corporation Apparatus, devices and methods for in vivo imaging and diagnosis
DE102017206203A1 (en) 2017-04-11 2018-10-11 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Optical arrangement for spectral selection, as well as device and microscope

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