DE102007027083A1

DE102007027083A1 - Mikroskopbeleuchtung

Info

Publication number: DE102007027083A1
Application number: DE200710027083
Authority: DE
Inventors: Mario Längle; Matthias Dr. Wald
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2008-12-18
Also published as: KR101486102B1; US9097911B2; WO2008151733A1; KR20100041758A; US20100195198A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikroskopbeleuchtung mit mindestens einer ein Lichtbündel (1) aussendenden Laserlichtquelle, mit strahlführenden optischen Elementen zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs mit ausgezeichneten Ebenen, wie Pupillen- und Feldebenen, und mit einer Homogenisierungsanordnung zur Ausbildung eines in Bezug auf die Intensität homogenisierten, auf eine zu beobachtende Probe zu richtenden Leuchtfeldes. Erfindungsgemäß ist die Mikroskopbeleuchtung der vorbeschriebenen Art ausgestattet mit einer Homogenisierungsanordnung, bei der in mehreren aufeinander folgenden Abschnitten (4, 5, 6) des Beleuchtungsstrahlengangs optische Elemente vorhanden sind, welche die Kohärenz des Laserlichtes reduzieren, die Intensität des Lichtbündels (1) in einer Pupillenebene (2) des Beleuchtungsstrahlengangs homogenisieren und weiterhin die Intensität des Lichtbündels (1) in einer Feldebene (3) des Beleuchtungsstrahlengangs homogenisieren, wobei der Homogenisierungsanordnung ein optisches System zur Abbildung des nun homogenisierten Lichtbündels (1) auf die Probe nachgeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikroskopbeleuchtung mit mindestens einer ein Lichtbündel aussendenden Laserlichtquelle, mit strahlführenden optischen Elementen zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs mit ausgezeichneten Ebenen, wie Pupillen- und Feldebenen, und mit einer Homogenisierungsanordnung zur Ausbildung eines in Bezug auf die Intensität homogenisierten, auf eine zu beobachtende Probe zu richtenden Leuchtfeldes.
Anordnungen zur Homogenisierung der Strahlungsintensität innerhalb des Querschnitts eines von einer Laserlichtquelle kommenden und zur Beleuchtung einer zu mikroskopierenden Probe vorgesehenen Lichtbündels sind an sich bekannt. Eine solche Probenbeleuchtung ist erforderlich, um qualitativ hochwertige, kontrastreiche Abbildungen von der Probe erhalten zu können.
Es ist bekannt, im Zusammenhang mit Homogenisierungsanordnungen Streuscheiben in den Beleuchtungsstrahlengang zu stellen, die zwar eine Veränderung der Intensitätsverteilung im Sinne einer Homogenisierung bewirken, nachteiligerweise allerdings erfolgt die Homogenisierung mit verhältnismäßig geringer Effizienz und zu großen Lichtleitwerten. Mit Streuscheiben lassen sich durch schräge Einfallswinkel hervorgerufene Einkoppelfehler nicht korrigieren.
Ebenfalls ist die Verwendung von diffraktiven optischen Elementen (DOE) zur Homogenisierung bekannt, wobei jedoch auch hier kleine Lichtwerte nur ungenügend erzielbar sind und Einkoppelfehler nicht vermieden oder korrigiert werden können.
Außerdem ergeben sich bei Verwendung von rotierenden diffraktiven optischen Elementen Probleme im Zusammenhang mit der überhöhten 0-ten Beugungsordnung des Lichtes, da diese nach Durchgang des Lichtbündels durch das diffraktive optische Element entweder auf der optischen Achse im Bereich der Nutzordnungen liegt, so dass eine Mittelung der Intensität auf der optischen Achse nicht ohne störenden Einfluß der 0-ten Ordnung möglich ist, oder sie liegt auf der optischen Achse, während die Nutzordnungen neben der optischen Achse liegen, was Effizienzverluste bei der Homogenisierung zur Folge hat, da sich nach Durchgang des Lichtbündels durch ein in Rotation versetztes diffraktives optisches Element die Intensitätsverteilung um die optische Achse bewegt.
Letzteres macht sich insbesondere im Hinblick auf die Beseitigung von Speckles als spezielle, durch Interferenzeffekte des kohärenten Laserlichts hervorgerufene Inhomogenität im Leuchtfeld nachteilig bemerkbar.
Weiterhin bekannt ist die Verwendung von Mikrolinsenarrays zur Homogenisierung der Strahlungsintensität im Querschnitt eines Beleuchtungsstrahlungsgangs. Nachteile bestehen hier darin, dass mit einem Mikrolinsenarray nur in einer der ausgezeichneten Ebenen, entweder der Feld- oder der Pupillenebene, eine homogen verteilte Strahlungsintensität, in der anderen aber eine parzellierte Strahlungsintensität entsteht.
Außerdem wirkt sich auch die Kohärenz des Laserlichts nachteilig auf die Qualität der Homogenisierung aus.
Im Stand der Technik werden Teleskope genutzt, um die Querschnittsform des Lichtbündels den Erfordernissen entsprechend anzupassen, jedoch wird dabei die Kohärenzlänge des Laserlichtes mit dem Vergrößerungsfaktor skaliert.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mikroskopbeleuchtung mit einer Homogenisierungsanordnung zu schaffen, die mit höherer Effizienz und Qualität als im Stand der Technik eine Verteilung der Lichtintensität unter Einbeziehung auch der 0-ten Beugungsordnung sowie einer weitestgehenden Mittelung der durch die Kohärenz des Laserlichtes bedingten Interferenzeffekte erzielt.
Die Aufgabe wird mit einer Mikroskopbeleuchtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die erfindungsgemäß ausgestattet ist mit einer Homogenisierungsanordnung, bei der in mehreren aufeinander folgenden Abschnitten des Beleuchtungsstrahlengangs optische Elemente vorhanden sind, welche die Kohärenz des Laserlichtes reduzieren, die Intensität des Lichtbündels in einer ersten ausgezeichneten Ebene des Beleuchtungsstrahlengangs homogenisieren und weiterhin die Intensität des Lichtbündels in einer zweiten ausgezeichneten Ebene des Beleuchtungsstrahlengangs homogenisieren, wobei der Homogenisierungsanordnung ein optisches System nachgeordnet ist zur Abbildung des nun homogenisierten Lichtbündels in die Probenebene.
Mit einer so ausgebildeten Mikroskopbeleuchtung wird stufenweise aus einem von einer Laserlichtquelle ausgehenden Lichtbündel ein Beleuchtungsstrahlengang geformt, der in Bezug auf die Form seines Querschnitts wie auch im Hinblick auf die Intensitätsverteilung innerhalb dieses Querschnitts die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfüllt und damit den Anforderungen moderner Mikroskopie gerecht wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Intensitätsverteilung sowohl über das Feld, also in der Feldebene, als auch über den Winkel, nämlich in der Pupillenebene, homogen ist.
In besonderen Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend beschrieben werden, ist in einem ersten Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs ein Prisma angeordnet. Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche des Prismas schließen einen Winkel α miteinander ein, der ein Verhältnis von Lichteintritts- und Lichtaustrittswinkel vorgibt, durch das bei einem mit einer rechteckigen Querschnittsform eintretenden Lichtbündel die kurze Seitenlänge des Querschnitts so aufgeweitet wird, dass das Lichtbündel mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt aus dem Prisma wieder austritt.
Zugleich wird aufgrund der Dispersion des Materials, aus dem das Prisma besteht, das Spektrum des Laserlichtes mit der Aufweitung der kurzen Seitenlänge des Lichtbündelquerschnitts aufgefächert und damit auch die Kohärenzlänge in dieser Querschnittsrichtung reduziert.
Denkbar ist es auch und liegt im Rahmen der Erfindung, wenn in diesem ersten Abschnitt anstelle des einen Prismas mehrere Prismen vorgesehen sind, um die vorstehend beschriebenen Effekte der Querschnittsänderung und der Kohärenzminderung zu erzielen.
Alternativ zur Verwendung von Prismen in diesem ersten Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs ist grundsätzlich auch die Verwendung eines oder mehrerer optischer Gitter denkbar. Allerdings ist es hierbei schwierig, dieselbe Effizienz bei der Strahlaufweitung und Kohärenzminderung zu erzielen.
In einem zweiten Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs weist die Homogenisierungsanordnung optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels in der ersten ausgezeichneten Ebene, zum Beispiel einer Pupillenebene, auf. Dazu ist mindestens ein mikrooptisch wirksames Element sowie eine diesem mikrooptisch wirksamen Element nachgeordnete Sammellinse vorgesehen, die das Fernfeld des mikrooptisch wirksamen Elementes in ihre bildseitige Brennebene abbildet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, die weiter unten anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird, sind in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs aufeinander folgend zwei Mikrolinsenarrays als mikrooptisch wirksame Elemente sowie die Sammellinse vorgesehen und in solchen Abständen zueinander positioniert, dass das zweite Mikrolinsenarray und die Sammellinse das erste Mikrolinsenarray in die erste ausgezeichnete Ebene, zum Beispiel in die Pupillenebene, abbilden.
Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass durch Beugung oder schräge Einfallswinkel hervorgerufene Inhomogenitäten korrigiert werden.
Des weiteren entsteht hierbei keine 0-te Beugungsordnung, und es werden bei entsprechend ausgebildeter Geometrie der Mikrolinsenarrays sehr kleine Lichtwerte erzielt. Da der Lichtleitwert eines Mikroskops sehr klein ist, ist es nicht sinnvoll einen großen Lichtleitwert anzubieten, da dieser in einer der ausgezeichneten Ebenen des Mikroskops beschnitten würde, was zum Verlust von Licht und zur Minderung der Effizienz führen würde.
Empfehlenswert ist es in diesem Zusammenhang, die Mikrolinsenarrays so auszubilden, dass die einzelnen Linsen einen Krümmungsradius R = 28 mm, einen Durchmesser (Pitch) von 300 μm und eine Brennweite von f = 50 mm haben.
Der Lichtleitwert entspricht dabei dem Produkt aus der lateralen Ausdehnung des beleuchteten Feldes und dem maximalen Winkel, unter dem dieses Feld beleuchtet wird.
Ein weiterer Vorteil des geringen Lichtleitwertes bei der Homogenisierung im zweiten Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs resultiert aus dem Vermeiden großer Winkel am Eingang zu einem erfindungsgemäß vorgesehenen dritten Abschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs, der optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels in einer zweiten ausgezeichneten Ebene des Beleuchtungsstrahlengangs umfasst, zum Beispiel in einer Feldebene.
Dabei wird das Eingangswinkelspektrum aus dem zweiten Abschnitt mit dem Beugungswinkelspektrum aus diesem dritten Abschnitt gefaltet. Kleine Eingangswinkel bewirken an dieser Stelle die Vermeidung eines verrundeten Intensitätsprofils in der zweiten ausgezeichneten Ebene.
Als optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels in der zweiten ausgezeichneten Ebene sind vorteilhaft ein diffraktives optisches Element (DOE) und eine diesem diffraktiven optischen Element nachgeordnete Sammellinse vorgesehen, wobei die Sammellinse das Fernfeld des DOE in ihre bildseitige Brennebene abbildet. Die Intensitätsverteilung in der bildseitigen Brennebene entspricht dabei der Intensitätsverteilung, wie sie im unendlich großen Abstand zum DOE entsteht.
Das diffraktive optische Element ist in der Nähe der ersten ausgezeichneten Ebene positioniert, in der die Intensität bereits durch die optischen Elemente im zweiten Abschnitt der Homogenisierungsanordnung vergleichmäßigt wurde. Als Nähe gilt in diesem Zusammenhang ein Abstand von der ersten ausgezeichneten Ebene im Bereich von ±1 Rayleighlänge.
Das diffraktive optische Element ist in Rotation um eine parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtete Drehachse versetzt, so dass aufgrund dieser Rotation nach Durchgang des Lichtbündels durch das diffraktive optische Element noch bestehende Inhomogenitäten weitestgehend aufgehoben sind.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn dem diffraktiven optischen Element eine ebenfalls in Rotation versetzte Keilplatte vorgeordnet ist. Dabei sollten die Rotationsrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit der Keilplatte der Rotationsrichtung und Rotationsgeschwindigkeit des diffraktiven optischen Elementes entsprechen.
Aufgrund der gemeinsamen Rotation des diffraktiven optischen Elements und der Keilplatte dreht sich das Lichtfeld um die optische Achse, wodurch die 0-te Beugungsordnung, die bei Durchgang des Lichtbündels durch das diffraktive optische Element entsteht, von den sich ebenfalls ausbildenden Nutzordnungen getrennt ist.
Mit dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikroskopbeleuchtung, bei der das diffraktive optische Element und die Keilplatte zusammenwirken, wird in besonders effektiver Weise eine Mittelung von Interferenzeffekten wie Speckles erzielt und ein Abfall der Strahlungsintensität zur Peripherie des Lichtbündelquerschnitts hin ausgeglichen.
Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich hierbei insofern, als die Nutzordnungen des diffraktiven optischen Elements auf der optischen Achse liegen, was einer Justage der optischen Achse durch Positionsänderung optischer Elemente, wie Linsen und Spiegel, im weiteren Strahlengang entgegenkommt.
Das diffraktive optische Element kann vorzugsweise als eine auf der Lichtaustrittsfläche strukturierte Quarzplatte ausgebildet sein. Die Verwendung eines computergenerierten Hologramms (CGH) als spezielle Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements ist denkbar und vom Erfindungsgedanken eingeschlossen.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung kann einer der ausgezeichneten Ebenen, d. h. der Pupillen- oder der Feldebene, ein um die optische Achse des Beleuchtungsstrahlengangs rotierendes Spiegelprisma vor- oder nachgeordnet sein. Dabei sollte das Spiegelprisma eine Hypotenusenfläche aufweisen, die parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtet ist, so dass sich mit der Drehung des Spiegelprismas die von ihm erzeugte Abbildung der Laserlichtquelle mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit dreht, was aufgrund der so erzeugten Rotationssymmetrie zu einer weitestgehenden Homogenisierung der Intensitätsverteilung im Querschnitt des Leuchtfeldes führt.
Empfehlenswert ist diesbezüglich die Anordnung eines rotierenden Dove-Prismas zwischen der Pupillenebene und der Sammellinse, die im dritten Abschnitt der Pupillenebene nachgeordnet ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Zur Erläuterung dient die 1.
In 1 ist ein von einer (zeichnerisch nicht dargestellten) Laserlichtquelle kommendes Lichtbündel 1 angedeutet, das zur Beleuchtung einer Probe bei deren Beobachtung mit einer mikroskopischen Einrichtung vorgesehen ist. Diesbezüglich sind optische Elemente vorgesehen, die das Lichtbündel 1 zu einem Beleuchtungsstrahlengang mit ausgezeichneten Ebenen formen, wie beispielsweise mit einer Pupillenebene 2 und einer Feldebene 3.
Optische Elemente zur Formung von Beleuchtungsstrahlengängen und zur Ausbildung ausgezeichneter Ebenen in Beleuchtungsstrahlengängen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so dass auf eine weitergehende Erläuterung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Demzufolge sind in 1 lediglich die mittels dieser optischen Elemente ausgebildete Pupillenebene 2 und Feldebene 3 angedeutet. Dabei ist in Verlaufsrichtung des Beleuchtungsstrahlengangs die Feldebene 3 der Pupillenebene 2 nachgeordnet. Der Feldebene 3 nachfolgend sind optische Elemente zur Abbildung des Lichtbündels auf die Probe bzw. zur Erzeugung eines Leuchtfeldes auf der Probe vorgesehen, die wiederum an sich aus dem Stand der Technik bekannt und hier zeichnerisch nicht dargestellt sind.
Voraussetzung für die Erzielung einer kontrastreichen Abbildung des beleuchteten Probenbereichs bzw. für die Erzielung einer hohen Abbildungsgüte ist ein Leuchtfeld, das mit weitestgehend homogenisierter Intensität auf die zu beobachtende Probe gerichtet ist.
Diesbezüglich umfasst die erfindungsgemäße Mikroskopbeleuchtung eine Homogenisierungsanordnung, die in drei aufeinander folgenden Abschnitten 4, 5 und 6 des zu einem Beleuchtungsstrahlengang geformten Lichtbündels 1 optische Elemente, welche

– die Kohärenz des Laserlichts reduzieren,
– die Intensität des Laserbündels in einer ersten ausgezeichneten Ebene homogenisieren, hier beispielsweise in der Pupillenebene 2, und
– die Intensität des Laserlichts in einer zweiten ausgezeichneten Ebene, hier beispielsweise in der Feldebene 3, homogenisieren.

Zunächst ist in Verlaufsrichtung des Lichtbündels 1 ein erster Abschnitt 4 vorgesehen, der ein Prisma 7 aufweist, dessen Lichteintrittsfläche 8 und Lichtaustrittsfläche 9 einen Winkel α miteinander einschließen. Es sei angenommen, dass das Lichtbündel 1 bei Eintritt in die Lichteintrittsfläche 8 einen rechteckigen Querschnitt hat, wobei die kleinere Seitenlänge a in der Zeichenebene der 1 liegen soll.
Davon ausgehend ist der Winkel α so bemessen, dass die ursprüngliche Seitenlänge a nach Austritt des Lichtbündels aus der Lichtaustrittsfläche 9 auf eine Seitenlänge b gestreckt ist, und es sei angenommen, dass die Seitenlänge b auch der Ausdehnung des Querschnitts senkrecht zur Zeichenebene entspricht, so dass das Lichtbündel 1 nun einen quadratischen Querschnitt hat. Erreicht wird dies in Abhängigkeit von der Brechzahl des Prismenmaterials beispielsweise bei einem Winkel α = 70°.
Beim Durchgang des Lichtbündels 1 durch das Prisma 7 wird außerdem in Abhängigkeit von der Dispersion des Materials, aus dem das Prisma besteht, die Kohärenz des Laserlichtes reduziert. Diese Kohärenzlängenreduzierung bewirkt eine inkohärente Überlagerung der Teilwellen der Subaperturen der Homogenisierung im Abschnitt 5, womit eine wichtige Voraussetzung erfüllt ist für die Homogenisierung der Strahlungsintensität in der ersten ausgezeichneten Ebene, das ist in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel die Pupillenebene 2.
In Abschnitt 5 sind zwei Mikrolinsenarrays 10 und 11 und eine den Mikrolinsenarrays 10 und 11 nachgeordnete Sammellinse 12 vorgesehen.
Mikrolinsenarrays 10 und 11 und Sammellinse 12 sind so zueinander positioniert, dass das zweite Mikrolinsenarray 11 und die Sammellinse 12 das erste Mikrolinsenarray 10 in die erste ausgezeichnete Ebene, hier die Pupillenebene 2, abbilden.
Indem die Sammellinse 12 das Fernfeld der beiden Mikrolinsenarrays 10, 11 in ihre bildseitige Brennebene abbildet, in diesem Fall in die Pupillenebene 2, wird eine Homogeni sierung der Strahlungsintensität des Lichtbündels 1 in der Pupillenebene 2 erzielt.
Dabei werden durch Beugung oder schräge Einfallswinkel hervorgerufene Inhomogenitäten korrigiert. Des Weiteren entsteht hierbei keine 0-te Beugungsordnung, und es werden sehr kleine Lichtwerte erzielt, wenn die einzelnen Linsen der Mikrolinsenarrays 10, 11 beispielsweise mit einem Krümmungsradius R = 28 mm, einem Pitch von 300 μm und einer Brennweite f = 50 mm ausgeführt sind.
Auf diese Weise lassen sich vorteilhaft große Winkel am Eingang zu dem nächsten Abschnitt 6 des Beleuchtungsstrahlengangs vermeiden. Im Abschnitt 6 sind optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels in einer zweiten ausgezeichneten Ebene vorhanden, das ist in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel die Feldebene 3.
Die Pupillenebene 2 bildet zugleich den Eingang zum Abschnitt 6 des Beleuchtungsstrahlengangs. Als optische Elemente zur Homogenisierung weist der Abschnitt 6 ein diffraktives optisches Element 13 sowie eine dem diffraktiven optischen Element 13 nachgeordnete Sammellinse 14 auf. Das diffraktive optische Element 13 wird in Rotation um eine Drehachse 15 versetzt, die parallel zur optischen Achse 16 des Lichtbündels 1 und damit des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtet ist.
Die Sammellinse 14 bildet das Fernfeld des mikrooptisch wirksamen Elementes in ihre bildseitige Brennebene ab, die der zweiten ausgezeichneten Ebene entspricht, im gewählten Beispiel der Feldebene 3. So wird eine weitestgehende Homogenisierung der Intensität in der Feldebene 3 erzielt.
Dabei wird das Eingangswinkelspektrum aus dem Abschnitt 5 mit dem Beugungswinkelspektrum aus dem Abschnitt 6 gefaltet und dadurch ein sonst nachteiligerweise verrundetes Intensitätsprofil in der zweiten ausgezeichneten Ebene, der Feldebene 3, vermieden.
Ein der Feldebene 3 nachfolgendes, zeichnerisch nicht dargestelltes Abbildungssystem bildet die homogenisierte Lichtverteilung als Leuchtfeld in die Probenebene und damit auf eine in dieser Ebene positionierte Probe ab.
Optional kann dem diffraktiven optischen Element 13 eine ebenfalls in Rotation um die optische Achse 16 des Beleuchtungsstrahlengangs versetzte Keilplatte vorgeordnet sein, wobei die Rotationsrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit der Keilplatte bevorzugt der Rotationsrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit des diffraktiven optischen Elementes 13 entsprechen.
Damit wird erreicht, dass sich die Nutzordnungen des am diffraktiven optischen Element 13 gebeugten Lichtes um die optische Achse 16 herum ausbilden, während die 0-te Beugungsordnung getrennte von den Nutzordnungen außerhalb der optischen Achse liegt.
Aufgrund dieser Trennung der 0-ten Ordnung von den Nutzordnungen wird gegenüber bekannten technischen Lösungen, bei denen ein diffraktives optisches Element zum Zweck der Homogenisierung verwendet wird, die 0-te Ordnung im genutzten Feld vermieden.
Optional kann weiterhin einer der ausgezeichneten Ebenen ein um die optische Achse des Beleuchtungsstrahlengangs rotierendes Spiegelprisma vor- oder nachgeordnet sein. Dabei ist das Spiegelprisma bevorzugt als Dove-Prisma ausgebildet und zwischen der Pupillenebene 2 und der Sammellinse 14 positioniert.
Das optische Umlenkelement 17 in 1 dient lediglich der Strahlführung, in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Strahlumlenkung, und hat in Bezug auf die Homogenisierung keine funktionelle Bedeutung.

1: Lichtbündel
2: Pupillenebene
3: Feldebene
4, 5, 6: Abschnitte
7: Prisma
8: Lichteintrittsfläche
9: Lichtaustrittsfläche
10, 11: Mikrolinsenarrays
12: Sammellinse
13: diffraktives optisches Element
14: Sammellinse
15: Drehachse
16: optische Achse
17: optisches Umlenkelement
a, b: Seitenlängen
α: Winkel

Claims

Mikroskopbeleuchtung mit – mindestens einer ein Lichtbündel (1) aussendenden Laserlichtquelle, mit – strahlführenden optischen Elementen zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs mit ausgezeichneten Ebenen, wie Pupillen- und Feldebenen, und mit – einer Homogenisierungsanordnung zur Ausbildung eines in Bezug auf die Intensität homogenisierten, auf eine zu beobachtende Probe zu richtenden Leuchtfeldes, dadurch gekennzeichnet, dass – die Homogenisierungsanordnung in aufeinander folgenden Abschnitten (4, 5, 6) des Beleuchtungsstrahlengangs optische Elemente umfasst, welche – die Kohärenz des Laserlichtes reduzieren, – die Intensität des Lichtbündels (1) in einer ersten ausgezeichneten Ebene homogenisieren, und – die Intensität des Lichtbündels (1) in einer zweiten ausgezeichneten Ebene homogenisieren, und dass – der Homogenisierungsanordnung optische Elemente zur Abbildung des homogenisierten Lichtbündels (1) in die Probenebene nachgeordnet sind.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 1, bei der die Homogenisierungsanordnung – in einem ersten Abschnitt (4) ein Prisma (7) aufweist, dessen Lichteintrittsfläche (8) und Lichtaustrittsfläche (9) einen Winkel α miteinander einschließen, wobei – das austretende Lichtbündel (1) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt hat, und bei dem – aufgrund der Dispersion des Prismenmaterials die Kohärenz des austretenden Laserlichtes reduziert ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Homogenisierungsanordnung in einem zweiten Abschnitt (5) optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels (1) in einer Pupillenebene (2) aufweist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 3, bei der zur Homogenisierung in der Pupillenebene (2) mindestens ein mikrooptisch wirksames Element sowie eine dem mikrooptisch wirksamen Element nachgeordnete Sammellinse (12) vorgesehen sind.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 4, mit zwei Mikrolinsenarrays (10, 11), von denen das zweite Mikrolinsenarray (11) zur Abbildung des ersten Mikrolinsenarrays (10) in die Pupillenebene (2) vorgesehen ist.
Mikroskopbeleuchtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Homogenisierungsanordnung in einem dritten Abschnitt (6) optische Elemente zur Homogenisierung der Intensität des Lichtbündels (1) in einer Feldebene (3) aufweist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 6, bei der im dritten Abschnitt (6) ein diffraktives optisches Element (13) und eine diesem nachgeordnete Sammellinse (14) vorgesehen sind, wobei – das diffraktive optische Element (13) in einer Pupillenebene (2) positioniert ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 7, bei der das diffraktive optische Element (13) in der Pupillenebene nach Anspruch 3 positioniert ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der das diffraktive optische Element (13) in Rotation um eine zur optischen Achse (16) des Beleuchtungsstrahlengangs parallele Drehachse (15) versetzt ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 9, bei welcher dem diffraktiven optischen Element (13) eine ebenfalls in Rotation versetzte Keilplatte vorgeordnet ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 10, bei welcher die Rotationsrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit der Keilplatte der Rotationsrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit des diffraktiven optischen Elementes (13) entsprechen.
Mikroskopbeleuchtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei der einer der ausgezeichneten Ebenen ein um die optische Achse (16) des Beleuchtungsstrahlengangs rotierendes Spiegelprisma vor- oder nachgeordnet ist, das eine Hypotenusenfläche aufweist, die parallel zur optischen Achse (16) des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtet ist.
Mikroskopbeleuchtung nach Anspruch 12, bei der zwischen der Pupillenebene (2) und der Sammellinse (14) ein rotierendes Dove-Prisma vorgesehen ist.