DE102004052955B4

DE102004052955B4 - Optische Anordnung

Info

Publication number: DE102004052955B4
Application number: DE200410052955
Authority: DE
Inventors: Jürgen Riedmann; Volker Leimbach
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2024-10-30
Also published as: DE102004052955A1

Abstract

Optische Anordnung, insbesondere Scanmikroskop, mit einem Laser (1), vorzugsweise Kurzpulslaser, und einer in dem vom Laser (1) ausgehenden Strahlengang angeordneten Einrichtung (2) zur Korrektur von chromatischen Fehlern, wobei die Einrichtung (2) zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsestretcher (3) in ein Strahlaufweitungssystem (4) der optischen Anordnung integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere Scanmikroskop, mit einem Laser, vorzugsweise Kurzpulslaser, und einer in dem vom Laser ausgehenden Strahlengang angeordneten Einrichtung zur Korrektur von chromatischen Fehlern, wobei die Einrichtung zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher aufweist.
Optische Anordnungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt. Beispielsweise finden derartige optische Anordnungen ihre Anwendung im Rahmen von konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopen, die u. a. zur Multi-Photonen-Lasermikroskopie verwendet werden. Bei der letztgenannten Anwendung werden Kurzpulslaser eingesetzt, in deren Strahlengang Einrichtungen zur Korrektur von chromatischen Fehlern vorgebbarer Komponenten der optischen Anordnung eingesetzt werden. Dabei wird meistens jede einzelne Komponente oder jedes einzelne optische System separat farbkorrigiert. Dies bedeutet einen beträchtlichen Aufwand und führt zu einer erheblichen Baugröße und zu erheblichen Kosten bei der Herstellung eines derartigen Mikroskops.
Aus der DE 197 55 361 A1 ist eine optische Anordnung mit einem Kurzpulslaser 10 und einer in dem vom Laser ausgehenden Strahlengang angeordneten Einrichtung 20 zur Korrektur von chromatischen Fehlern bekannt, wobei die Einrichtung zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher 20 aufweist.
Des Weiteren ist aus der DE 196 22 359 A1 ebenfalls eine optische Anordnung mit einem Laser und einer in dem vom Laser ausgehenden Strahlengang angeordneten Einrichtung zur Korrektur von chromatischen Fehlern bekannt. Dabei weist die Einrichtung zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine Verringerung der Baugröße bei reduzierten Kosten mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine optische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die optische Anordnung derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Pulsestretcher in ein Strahlaufweitungssystem der optischen Anordnung integriert ist.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass die obige Aufgabe auf überraschend einfache Weise durch die Integration des Pulsestretchers in ein Strahlaufweitungssystem der optischen Anordnung gelöst wird. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Verringerung der Baugröße einer optischen Anordnung oder eines Scanmikroskops, bei dem die optische Anordnung verwendet wird, realisieren. Hierbei ist durch den Einsatz des Pulsestretchers in besonders raffinierter Weise ein Bauteil zur Korrektur von chromatischen Fehlern verwendet, das ursprünglich für einen völlig anderen Zweck vorgesehen ist, nämlich zur zeitlichen Streckung von Lichtpulsen.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung eine optische Anordnung realisiert, bei der eine Verringerung der Baugröße bei reduzierten Kosten mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.
Des Weiteren ist hierdurch das optische Design der gesamten Anordnung bei gleicher Leistung wie im nicht integrierten Fall vereinfacht und damit kostengünstiger.
Zur Gewährleistung eines besonders starken Korrektureffekts könnte der Pulsestretcher in einem nicht-kollimierten Abschnitt des Strahlengangs angeordnet sein. Bei seiner ursprünglichen Anwendung wird ein Pulsestretcher üblicherweise in einem kollimierten Strahl positioniert, damit er möglichst keinen Effekt auf die abbildende Optik ausübt. Insoweit entspricht die vorteilhafte Anordnung des Pulsestretchers in einen nicht-kollimierten Strahlengang dem Gegensatz der bisherigen Anwendungspraxis.
Ein Strahlaufweitungssystem oder ein Beam-Expander, vorzugsweise für die Multi-Photonen-Mikroskopie, könnte zwei Positivachromate unterschiedlicher Brennweite aufweisen. Im Bereich zwischen den beiden Positivachromaten liegt kein kollimierter Strahl vor. In diesem Fall könnte der Pulsestretcher zwischen den beiden Positivachromaten in konstruktiv besonders einfacher und wirksamer Weise angeordnet sein. Dabei wird die Farbkorrektur des Strahlaufweitungssystems oder des BeamExpanders deutlich verbessert und die Gesamtbaulänge des Systems aus Strahlaufweitungssystem oder Beam-Expander und Pulsestretcher wesentlich verringert. Die durch das Material des Pulsestretchers vorgegebene Dispersion hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Korrektur von chromatischen Fehlern oder Farbfehlern.
Die optische Anordnung könnte zwei gleiche Positivachromate aufweisen, wobei hierdurch die Kollimation des Strahls beispielsweise zur Korrektur des Lasers eingestellt werden könnte. Die zuvor genannten Vorteile sind auch in diesem Fall vorhanden.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung könnte der Pulsestretcher aus Glas aufgebaut sein. Hierbei ist eine Ausgestaltung als Glasstab besonders günstig, wobei hierbei ein Pulsestretcher-Prisma erzeugt werden könnte.
Im Konkreten könnte der in der optischen Anordnung verwendete Laser ein Kurzpulslaser sein, wobei hier ein spektral weit durchstimmbarer Laser, wie beispielsweise ein Titan-Saphir-Laser, verwendet werden könnte.
In besonders vorteilhafter Weise könnte die optische Anordnung in einem Multi-Photonen-Lasermikroskop eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der bei Multi-Photonen-Systemen benötigte Pulsestretcher zur Farbkorrektur von Optiken oder optischen Anordnungen, vorzugsweise im Zusammenhang mit Strahlaufweitungssystemen oder Beam-Expandern, genutzt. Durch einen Beam-Expander erhält man insbesondere bei der Verwendung in dem Strahlengang eines Kurzpulslasers im Allgemeinen in der Probe axiale Farbfehler. Mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung lassen sich derartige Farbfehler weitestgehend beseitigen.
Die Farbkorrektur von optischen Systemen im Multi-Photonen-Strahlengang kann vor allem bei Vorliegen einer Strahlaufweitung wesentlich vereinfacht werden, wenn der Pulsestretcher in das Strahlaufweitungssystem integriert wird. Hierdurch kann das optische Design des Systems bei gleicher Leistung vereinfacht und damit kostengünstiger werden.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 in einer schematischen Darstellung ein Scanmikroskop mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung,
2a in einer schematischen Darstellung ein Strahlaufweitungssystem herkömmlicher Art und
2b in einer schematischen Darstellung den Strahlengang in einem Strahlaufweitungssystem mit einem integrierten Pulsestretcher.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine optische Anordnung, die als Scanmikroskop ausgebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die optische Anordnung weist einen Laser 1 auf, der als Kurzpulslaser ausgebildet ist. In dem von dem Laser 1 ausgehenden Strahlengang ist eine Einrichtung 2 zur Korrektur von chromatischen Fehlern angeordnet. Im Hinblick auf eine Verringerung der Baugröße bei reduzierten Kosten weist die Einrichtung 2 zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher 3 auf.
Der Pulsestretcher 3 ist in ein Strahlaufweitungssystem 4 integriert.
Die optische Anordnung weist darüber hinaus einen weiteren Laser 5, eine Optik 6 und ein Pinhole 7 zur Führung des von dem Laser 5 ausgehenden Beleuchtungslichtstrahls auf einen Strahlteiler 8 auf. Von dem Strahlteiler 8 wird der Beleuchtungslichtstrahl über einen Scanspiegel 9 einer Scaneinrichtung 10 und über eine Optik 11 auf eine Probe 12 geleitet. Der von der Probe 12 reflektierte Lichtstrahl wird im Detektionsstrahlengang 13 durch ein Pinhole 14 zu einem Deteketor 15 geleitet.
Die 2a und 2b zeigen jeweils den Strahlengang in einem Strahlaufweitungssystem 4, das zwei Positivachromate 16 unterschiedlicher Brennweite aufweist. Im Anschluss an das Strahlaufweitungssystem 4 ist ein Objektiv 17 zur Abbildung des Lichts in Fokusebenen angeordnet. 2a zeigt eine herkömmliche Anordnung, wobei die zu unterschiedlichen Wellenlängen gehörenden Fokusebenen nach dem Strahlaufweitungssystem 4 deutlich voneinander differieren.
In 2b ist zwischen den Positivachromaten 16 ein Pulsestretcher 3 zur Korrektur von chromatischen Fehlern angeordnet. Im Ergebnis stimmen die zu unterschiedlichen Wellenlängen gehörenden Fokusebenen nach dem Strahlaufweitungssystem 4 im Wesentlichen besser überein als im in 2a gezeigten Fall, der keinen Pulsestretcher 3 aufweist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Optische Anordnung, insbesondere Scanmikroskop, mit einem Laser (1), vorzugsweise Kurzpulslaser, und einer in dem vom Laser (1) ausgehenden Strahlengang angeordneten Einrichtung (2) zur Korrektur von chromatischen Fehlern, wobei die Einrichtung (2) zur Korrektur von chromatischen Fehlern einen Pulsestretcher (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsestretcher (3) in ein Strahlaufweitungssystem (4) der optischen Anordnung integriert ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsestretcher (3) in einem nicht-kollimierten Abschnitt des Strahlengangs angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlaufweitungssystem (4) zwei Positivachromate (16) unterschiedlicher Brennweite aufweist und dass der Pulsestretcher (3) zwischen den beiden Positivachromaten (16) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleiche Positivachromate vorgesehen sind.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsestretcher (3) aus Glas, vorzugsweise als Glasstab, aufgebaut ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) ein Kurzpulslaser und vorzugsweise ein Titan-Saphir-Laser ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung in einem Multi-Photonen-Lasermikroskop eingesetzt ist.