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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Kraft, die auf
ein in einer optischen Fallenanordnung gefangenes Objekt wirkt,
bei dem ein Laserstrahl mittels eines Fallenobjektivs fokussiert
wird und ein Objekt in diesem Fokus gefangen wird und bei dem weiterhin
am Objekt gestreutes Licht mit einem Detektor erfasst und aus dem
Detektorsignal eine auf das Objekt wirkende Kraft oder eine Auslenkung
des Objektes bestimmt wird.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine optische Falle, umfassend ein
Fallenobjektiv zur Fokussierung einer Laserstrahlung für das Einfangen
eines Objektes im Fokusbereich dieser Laserstrahlung sowie mit einem
Detektor zur Erfassung eines Detektorsignals, welches das von einem
Objekt durch ein Objektiv auf den Detektor gestreute Laserlicht
erzeugt, wobei anhand des Detektorsignals eine auf ein Objekt wirkende
Kraft bestimmbar ist.
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Eingangs
genannte Verfahren bzw. auch optische Fallen werden eingesetzt,
um Objekte zur Beobachtung oder Manipulation in einem starken Laserlichtfeld
einzufangen, hier insbesondere im Fokusbereich eines Laserstrahls,
wobei der Fokus durch ein entsprechendes geeignetes Objektiv, das
sogenannte Fallenobjektiv, erzeugt wird.
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Zur
Erfassung einer auf das Objekt wirkenden Kraft oder einer Auslenkung
des Objektes ist es dabei bekannt, das am Objekt gestreute Licht,
beispielsweise vorwärts
gestreutes oder auch rückwärts gestreutes
Licht, mit einem Detektor zu erfassen, wobei die Möglichkeit
besteht, aus diesem Detektorsignal die auf das Objekt wirkende Kraft
oder die Auslenkung dieses Objektes zu ermitteln. Dabei kann man
insbesondere für
die Kraftmessung einer optischen Falle eine Federkonstante K zuordnen,
so dass die Möglichkeit
besteht, aus einer lateralen Auslenkung des Objektes aufgrund der
bekannten Federkonstante auf die momentan wirkende Kraft zurückzuschließen.
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Für eine möglichst
genaue Bestimmung der Kraft, die auf das Objekt wirkt bzw. zur möglichst
genauen Bestimmung der Auslenkung mittels eines Detektors ist es
dabei wichtig, lediglich solches gestreutes Licht zu detektieren,
welches ursprünglich
tatsächlich
auf die Streuung am Objekt zurückzuführen ist.
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So
ist es hier beispielsweise als Problem bekannt, dass nicht nur das
an dem in der optischen Fall gefangene Objekt gestreute Licht zum
Detektor gelangen kann, sondern auch Licht, dass beispielsweise
an einer Probenkammer, beispielsweise einer Glas-/Wasser-Grenzschicht
einer solchen Kammer gestreut z. B. vorwärts gestreut oder auch zurückreflektiert
wird oder auch Licht, das an sonstigen optischen Aufbauten einer
optischen Falle bei der Durchführung
eines solchen Messverfahrens gestreut wird und entlang des Strahlengangs
der optischen Falle den Weg zum Detektor findet.
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Darüber hinaus
ist es schwierig, eventuell festgestelltes Streulicht, das nicht
auf eine Streuung am Objekt zurückzuführen ist,
ausreichend genug vom Nutzsignal des Detektors zu diskriminieren,
da beispielsweise auch die Intensität des z. B. an einer solchen
eingangs genannten Grenzschicht gestreuten Lichtes mit dem Abstand
veränderlich
ist und darüber
hinaus Interferenzen des am Objekt und an anderen optischen Aufbauten
gestreuten Lichtes auftreten können,
so dass sich kein proportionaler Zusammenhang bei den Signalen ermitteln
lässt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine optische
Falle bereitzustellen, mit welchen Fehler bei der Bestimmung von
Auslenkungen oder Kräften
bei in einer optischen Falle gefangenen Objekten ausgeschlossen
und somit die Messgenauigkeit deutlich verbessert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch
gelöst,
dass im Strahlengang der Fallenanordnung, insbesondere auf deren
optischen Achse ein Obstruktionsfilter angeordnet ist, mittels dem
im Strahlengang ein Bereich um die optische Achse ausgeblendet wird.
Bei einer optischen Falle der eingangs genannten Art wird demnach
diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass im Strahlengang der das Objekt beleuchtenden Laserstrahlung
und/oder im Strahlengang des gestreuten Lichtes vor dem Detektor
auf der optischen Achse ein Obstruktionsfilter angeordnet ist, welches
einen Bereich von vorgegebenem Durchmesser um die optische Achse
ausblendet.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es dabei im Wesentlichen die Feststellung, dass
unerwünschtes gestreutes
Licht, sei dies in Vorwärtsstreuung
oder auch Rückwärtsstreuung,
von optischen Aufbauten in der Falle, beispielsweise von Grenzflächen, am Detektor
ankommt, welches nahe der optischen Achse zurückgestreut wird. Dies liegt
daran, dass gerade dieses Licht in Vorwärtsstreuung nahe der optischen Achse
zum Detektor weiter propagiert oder dass bei einer Reflektion und
somit einer stattfindenden Rückwärtsstreuung
aufgrund der Reflektionsbedingungen gerade die senkrecht auf Grenzflächen treffenden Strahlen
im Wesentlichen exakt der optischen Achse einer Fallenanordnung
zurückreflektiert
werden und somit ebenso einen im Strahlengang und somit auf der
optischen Achse angeordneten Detektor erreichen.
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Licht
hingegen, welches an Grenzflächen unter
anderen Winkeln abweichend von 0 Grad oder um 0 Grad herum zurückreflektiert
wird oder aber in Vorwärtsstreuung
unter einem Winkel zur optischen Achse propagiert, findet hingegen
nicht den Weg zum auf der optischen Achse liegenden Detektor und verliert
sich somit im System, ohne als Fehlerquelle bei der Messung beizutragen.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren bzw.
die erfindungsgemäße optische
Falle wird die Problematik von Fehlsignalen aufgrund von gestreutem
Licht sowohl in Vorwärtsstreuung
als auch in Rückwärtsstreuung
dadurch eliminiert, dass erfindungsgemäß ein Obstruktionsfilter im
Strahlengang der Fallenanordnung auf deren optischer Achse angeordnet
wird, so dass durch dieses Obstruktionsfilter ein Bereich um die
optische Achse ausgeblendet wird und somit maßgeblich dasjenige Streulicht,
welches nicht am Objekt gestreut ist, jedoch vornehmlich entlang
der optischen Achse propagiert, ausreichend abgeblendet wird und
somit zu einem Detektorsignal nicht mehr beitragen kann.
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Zu
einem Nutzsignal am Detektor trägt
demnach bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. der Vorrichtung nur dasjenige Licht bei, welches außerhalb
der optischen Achse bzw. in einem Abstand zur optischen Achse das
System durchläuft,
wobei demnach im Wesentlichen nur solches Licht als Nutzsignal beitragend
am Detektor ankommt, welches in einem Abstand parallel zur optischen
Achse verläuft, nicht
jedoch dasjenige Licht, welches unter einem Winkel zur optischen
Achse im System auftritt und maßgeblich
auf ungewünschte
Streuung, beispielsweise an Grenzflächen oder anderen optischen
Aufbauten zurückzuführen ist.
So wird durch den Erfindungsgedanken der achsnahen Obstruktion bzw. Ausblendung
das Detektorsignal maßgeblich
auf das wesentliche Nutzsignal beschränkt.
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Es
kann dabei im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass mit dem
Obstruktionsfilter ein scheibenförmiger
Bereich eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren Durchmessers um die
optische Achse herum ausgeblendet wird, wobei bevorzugt der Mittelpunkt
der Scheibe auf der optischen Achse angeordnet wird.
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Um
Beugungen beispielsweise an Halteelementen für einen solchen Obstruktionsfilter
zu vermeiden, kann es dabei in einer besonders bevorzugten Ausführung vorgesehen
sein, dass die Ausblendung erfolgt durch ein Obstruktionsfilter,
welches mittels eines für
das Laserlicht transparenten Substrats realisiert ist, welches im
Wesentlichen scheibenförmig
mit kreisförmigem
Durchmesser zumindest teilweise lichtundurchlässig belegt, insbesondere bedampft
ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn scharfe Kanten, insbesondere
am äußeren Scheibenbereich eines
solchen Obstruktionsfilters, vermieden werden, um Kantenbeugung
auszuschließen,
wofür es
vorgesehen sein kann, dass die Transmission eines solchen Obstruktionsfilters
ab einem vorgegebenen bzw. vorgebbaren Durchmesser in radialer Richtung zunimmt,
insbesondere stetig.
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Dies
ist vorteilhaft ebenso durch die Verfahren der Bedampfung von transparenten
Substraten erreichbar, da bei solchen Bedampfungen erzielt werden
kann, dass die optische Dichte des Bedampfungsmaterials auf dem
transparenten Substrat radial abnimmt und somit die Transmission
zunimmt. So ergeben sich so keinerlei scharfe Kanten bei einem solchen
erfindungsgemäßen Obstruktionsfilter
und somit auch keine oder zumindest stark verringerte Beugungsartefakte.
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Verfahrensgemäß besteht
somit mit dieser oder auch anderer Ausführungen oben genannter Obstruktionsfilter
die Möglichkeit,
einen beleuchtenden Laserstrahl zu einem ringförmigen Intensitätsprofil
auszublenden. Beispielsweise wird dies erreicht, wenn der Querschnitt
eines Laserstrahls hinsichtlich seiner Größe größer gewählt wird als der Querschnitt
des Obstruktionsfilters bzw. dessen Durchmesser, so dass aus einem
bevorzugterweise in der Projektion senkrecht zur optischen Achse scheibenförmigen Laserstrahlprofil,
bevorzugterweise einem gaußförmigen Intensitätsprofil,
ein zentraler Bereich mit einem solchen Obstruktionsfilter ausgeblendet
werden kann und sich somit ein ringförmiges Intensitätsprofil
ausbildet.
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Neben
der eingangs genannten Ausführung eines
Obstruktionsfilters, gemäß der ein
zentraler scheibenförmiger
Bereich um die optische Achse ausgeblendet wird und dessen Transmission
in radialer Richtung, bevorzugt stetig zunimmt, kann es auch weiterhin
vorgesehen sein, dass ab einem bestimmten Durchmesser sodann in
weiterer radialer Richtung die Transmission wieder abnimmt. So bildet demnach
ein solcher erfindungsgemäßer Obstruktionsfilter
eine im Wesentlichen ringförmige
Transmissionsfunktion mit stetigem Übergang von maximaler Transmission
etwa mittig des Ringbereichs bis zu minimaler Transmission an den
inneren und äußeren Rändern des
Ringes. Selbstverständlich
können,
sofern Beugungsartefakte eine untergeordnete Rolle spielen, auch
scharfe Kantenübergänge zur
Erzielung einer ringförmigen
Transmission beim Obstruktionsfilter gewählt werden.
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Bei
einer Ausführung,
bei der bereits mit dem Obstruktionsfilter der beleuchtende Laserstrahl
zu einem ringförmigen
Intensitätsprofil
ausgeblendet wird, kann es demnach vorgesehen sein, dass der Obstruktionsfilter
im Strahlengang des einfallenden Laserstrahls beispielsweise noch
vor einem Fallenobjektiv angeordnet ist, also bereits die optische
Falle selbst mit einem ringförmigen
Intensitätsprofil
ausgebildet wird. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass durch die
Obstruktion des einfallenden Laserstrahls bereits die Intensität im Fokusbereich
der optischen Falle reduziert wird. Trotz des Obstruktionsfilter
kann jedoch auch zumindest in Z-Richtung die Stärke der Fall zunehmen.
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Um
dies zu vermeiden und zunächst
zumindest die optische Falle mit maximal möglicher Laserintensität betreiben
zu können,
kann es in einer anderen Alternative auch vorgesehen sein, dass
der Obstruktionsfilter in Ausbreitungsrichtung des gestreuten Lichtes
vor dem Detektor angeordnet wird. Dies kann sowohl in Vorwärtsstreuung
als auch in Rückwärtsstreuung
jeweils vor dem Detektor vorgesehen sein.
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So
besteht beispielsweise die Möglichkeit, bei
einer Detektion von vorwärts
gestreutem Licht einen Obstruktionsfilter der eingangs genannten
erfindungsgemäßen Art
zwischen einem Kondensorobjektiv und einem Detektor anzuordnen.
So wird bei dieser Anordnung zunächst
die optische Falle mit maximal möglicher
Intensität
des Laserstrahls betrieben und dass entlang des einfallenden Strahlengangs
auf der optischen Achse des Laserstrahls vorwärts gestreute Licht durch das
Kondensorobjektiv aufgefangen und auf einem Detektor abgebildet,
wobei sich sodann zwischen Kondensorobjektiv und Detektor ein eingangs
genannter Obstruktionsfilter befindet, um lediglich solches Licht
auf den Detektor einfallen zu lassen, welches in einem Abstand zur
optischen Achse vom gefangenen Objekt zum Detektor propagiert, nicht
jedoch achsnahe Strahlen, so dass wie eingangs erläutert, gerade
solches Licht effektiv ausgeblendet wird, welches nicht auf der
Streuung unmittelbar am Objekt beruht, sondern an eventuell umgebenden
Aufbauten.
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In
einer anderen alternativen Ausführungsform
kann es auch vorgesehen sein, dass zur Detektion von rückwärts gestreutem
Licht ein in einer ersten Richtung linear polarisierter Laserstrahl
einen polarisierenden Strahlteiler passiert, anschließend ein polarisationsdrehendes
Element und ein Fallenobjektiv durchläuft, wobei der Laserstrahl
durch das polarisationsdrehende Element zirkular polarisiert und durch
das Fallenobjektiv fokussiert wird und im Fokusbereich das Objekt
einfängt
und wobei weiterhin vom gefangenen Objekt durch dasselbe Fallenobjektiv,
welches nun als Kondensorobjektiv wirkt, zurückgestreutes Licht desselben
Laserstrahls das polarisationsdrehende Element in umgekehrter Richtung durchläuft, durch
dieses polarisationsdrehende Element in einer zweiten Richtung senkrecht
zur ersten Richtung linear polarisiert wird und den polarisierenden
Strahlenteiler passiert, wobei der polarisierende Strahlenteiler
den beleuchtenden Laserstrahl und das zurückgestreute Laserlicht trennt
und das zurückgestreute
Laserlicht mittels des Detektors erfasst wird. Bei dieser Anordnung
kann ein Obstruktionsfilter zwischen Strahlteiler und Fallenobjektiv
oder besonders bevorzugt zwischen Strahlteiler und Detektor angeordnet
werden. So hat gerade die zweite Alternative hier wieder den Vorteil,
zunächst
die optische Falle mit maximaler einfallender Laserlichtintensität betreiben
zu können.
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Hierbei
kann es vorgesehen sein, dass das in der ersten Richtung linear
polarisierte Laserlicht den polarisierenden Strahlteiler in Transmission durchläuft und
das zurückgestreute
Laserlicht von dem polarisierenden Strahlteiler reflektiert wird.
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Es
besteht hier darüber
hinaus bei der Anordnung zur Detektion in Rückstreuung auch die weitere
Möglichkeit,
im Strahlengang des beleuchtenden Laserstrahls nach dem polarisierenden
Strahlteiler ein den Laserstrahl aufweitendes optisches System anzuordnen,
welches auch in umgekehrter Richtung vom reflektierten Laserlicht
durchlaufen wird.
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Dies
hat zum einen den Vorteil, dass für die Wirkung in der optischen
Falle das Laserlicht auf einem gewünschten Durchmesser aufgeweitet
werden kann, der z. B. 20–50%
größer ist
als die rückwärtige Apertur
des verwendeten Fallenobjektivs.
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In
typischen Anwendungsfällen
muss dafür der
Laserstrahl beispielsweise auf etwa 10 Millimeter aufgeweitet werden.
Die Anordnung eines aufweitenden optischen Systems, wie beispielsweise
eines Linsenteleskops ist dabei in der eingangs genannten Anordnung
darüber
hinaus auch deshalb vorteilhaft, weil hier das aufweitende optische
System für
den einfallenden, die Falle bildenden Laserstrahl strahlaufweitend
ist unter Verringerung der Divergenz, wohingegen für das rückgestreute
Licht diese Teleskopanordnung strahlverkleinernd wirkt unter gleichzeitiger
Vergrößerung der
Auslenkungen, die das rückgestreute
Licht erfahren hat, so dass rückgestreutes
Licht, welches nicht auf die Streuung am Objekt zurückzuführen ist,
noch effektiver aufgrund seiner Propagation unter einem Winkel zur
optischen Achse aus dem System herausgeleitet wird und zumindest
nach einer solchen Obstruktion vor dem Detektor diesen nicht mehr
erreichen kann.
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Es
verstärkt
demnach ein solches aufweitendes optisches System, wie beispielsweise
eine Teleskopanordnung, die laterale Auslenkung des rückgestreuten
Lichtes um den Vergrößerungsfaktor
des aufweitenden Systems im einfallenden Laserstrahlengang, was
die Empfindlichkeit des Detektors auch gegenüber kleinsten Auslenkungen
des gefangenen Objektes und damit auch die Kraftauflösung erhöht.
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Die
laterale Auslenkung des rückgestreuten Lichtes
und insbesondere auch des ungewünschten rückgestreuten
Lichtes wird dabei im Wesentlichen um denselben Faktor vergrößert im
rückwärtigen Strahlengang.
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Bevorzugterweise
kann es hier vorgesehen sein, als Detektor einen Lineardetektor
einzusetzen, dessen Signal linear abhängt von einer Auslenkung des
reflektierten Laserlichtes, insbesondere gegenüber einer unabgelenkten Referenzposition,
die beispielsweise vor einer eigentlichen Messung aufgenommen werden
kann, beispielsweise bevor das Objekt in der optischen Falle positioniert
wird.
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Es
kann dabei verfahrensgemäß vorgesehen
sein, durch den Detektor die Gesamtintensität des zurückgestreuten Laserlichts zu
messen und aus dieser eine Kraft in oder entgegen der Richtung/Z-Richtung
des beleuchtenden Laserstrahls in der Falle zu bestimmen. Wirkt
beispielsweise eine Kraft in Z-Richtung, die das Objekt etwas nach
oben oder unten aus der Falle auslenkt, so führt dies zu einer Veränderung
der Intensität
des rückgestreuten Lichtes,
was ausgewertet werden kann, um auf die Kraft bzw. die Richtung
der wirkenden Kraft zu schließen.
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Ein
weiterer besonderer Vorteil der Anordnungen des polarisierenden
Strahlteilers zwischen den das Laserlicht erzeugenden Laser und
den Elementen zur Strahlaufweitung des einfallenden Laserstrahls
ist es, dass bei einer solchen Anordnung in bevorzugter Ausgestaltung
der Abstand des Detektors zum Objektiv oder Fokus gleich eingestellt
werden kann, wie der Abstand des Objektivs oder Fokus zu einem Drehpunkt
einer Pendelbewegung des beleuchtenden Laserstrahls. So ist es bekannt,
dass ein Laserstrahl, der durch einen Laser erzeugt wird, keine
exakte konstante Ausbreitungsrichtung aufweist, sondern eine Pendelbewegung
durchführt,
wobei diese Pendelbewegung um einen Drehpunkt herum erfolgt. Bei
dieser Bewegung spricht man auch von der sogenannten beam point-instability
des Lasers.
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Eine
solche Pendelbewegung kann demnach auch zu einer Fälschung
von Messergebnissen führen.
Es kann dabei durch die hier beschriebene Abstandssymmetrie erreicht
werden, dass der Drehpunkt der Pendelbewegung des rückgestreuten
Lichtes exakt auf dem Detektor zu liegen kommt, wodurch sich die
beam point instability des erzeugenden Lasers nicht mehr bemerkbar
macht und somit die Auflösung
und Qualität
der Kraftmessung entscheidend gesteigert werden kann, zusätzlich zu
der erfindungsgemäß verwendeten
Obstruktion.
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Gerade
auch die Anordnung einer optischen Falle der eingangs genannten
Art und die Messung von Auslenkung bzw. Kräften in Rückstreuung hat den Vorteil,
dass auch die Bewegung eines Fallenobjektivs nicht mehr zu einer
Nervjustierungsnotwendigkeit führt,
die ansonsten erforderlich wäre,
wenn bei einer Kraftmessung in Transmission nach dem Objekt ein
weiteres, für
die Messung vorgesehenes Kondensorobjektiv eingesetzt werden müsste, welches
stets konfokal mit dem anderen, dem Fallenobjektiv anzuordnen wäre. Die
Vereinigung von Fallenobjektiv und Kondensorobjektiv mittels eines
Objektives, welches sowohl bei der Beleuchtung des Objektes in der
Falle als auch zum Sammeln des rückgestreuten
Lichtes verwendet wird, hat demnach wesentliche Justagevorteile.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es
zeigen:
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1 eine
optische Falle mit dem verwendeten Messprinzip der Vorwärtsstreuung
und Einsatz eines Obstruktionsfilters
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2 eine
Anordnung einer optischen Falle mit dem Messprinzip der Rückstreuung
und Einsatz eines erfindungsgemäßen Obstruktionsfilters
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Die 1 zeigt
hier einen üblichen
Aufbau einer optischen Falle und die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einer solchen optischen Falle, bei der mittels eines hier nicht
gezeigten Lasers ein Laserstrahl 1 erzeugt wird, der hier
entlang des Strahlengangs der optischen Falle und somit auf der
optischen Achse dieser optischen Falle in Propagationsrichtung ein
Fallenobjektiv 2 durchläuft, durch
dieses Fallenobjektiv fokussiert wird und in der Ebene OF, in welcher
sich der Fokus des Laserstrahls befindet, eine optische Falle ausbildet,
in der ein Objekt im Fokus gefangen werden kann.
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Das
an dem hier nicht weiter gezeigten Objekt vorwärts gestreute Licht kann hier
durch das Kondensorobjektiv 3 eingefangen und auf dem Detektor 4 abgebildet
werden. Dabei kann eine Strahlumlenkung mit dem hier dargestellten
umlenkenden optischen Element 5 vorgenommen werden.
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Die 1 zeigt
hierbei die Anordnung eines Obstruktionsfilters 6 als erste
Möglichkeit,
im einfallenden Laserstrahl vor dem Fallenobjektiv 2 sowie auch
weiterhin die Möglichkeit,
einen solchen Obstruktionsfilter 6 nach dem Kondensorobjektiv
vor dem Detektor 4 einzusetzen. Dabei ist es im Wesentlichen vorgesehen,
die beiden Möglichkeiten
nicht gleichzeitig zu realisieren, sondern alternativ zueinander.
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Der
Einsatz eines Obstruktionsfilters 6 im einfallenden Laserstrahl 1 noch
vor dem Fallenobjektiv führt
dabei bereits zu einer ringförmigen
Intensitätsverteilung
des Laserstrahls, so dass dadurch die Intensität in der optischen Falle reduziert
wird. Die hat jedoch den Vorteil, dass aufgrund des Fehlens achsnaher
Lichtstrahlen bei der Beleuchtung auch kein achsnahes Streulicht
entstehen kann.
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Zur
Vermeidung einer Intensitätsreduktion
im Fokus ist es daher im Wesentlichen bevorzugt, einen Obstruktionsfilter 6 erst
nach dem Kondensorobjektiv 3 vor dem Detektor 4 so
anzuordnen, dass Streulicht, welches achsnah zur optischen Achse
propagiert, ausgeblendet wird, hingegen Licht, das in einem Abstand
zur optischen Achse propagiert, den Obstruktionsfilter passiert
und den Detektor erreicht.
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Die 2 zeigt
demgegenüber
eine alternative Anordnung einer optischen Falle, bei der das Messprinzip
der Rückstreuung
verwendet wird. Auch hier wird von einem nicht weiter gezeigten
Laser ein Laserstrahl 1 erzeugt, der in einer ersten Richtung
linear polarisiert ist, in dieser Darstellung in P-Polarisation,
so dass hier der Laserstrahl 1 den dargestellten polarisierend
wirkenden Strahlteilerwürfel 7 im Wesentlichen
ungehindert passiert und anschließend die Lambda-Viertel-Platte 8 durchläuft, die
derart einjustiert ist, dass hierdurch zirkular polarisiertes Licht erzeugt
wird, welches sodann entlang des weiteren Strahlenganges durch das
Fallenobjektiv 2 fokussiert wird und eine optische Falle
für ein
hier nicht weiter dargestelltes Objekt bildet.
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In
dieser Anordnung wird nun durch das Fallenobjektiv 2, welches
gleichzeitig als Kondensorobjektiv wirkt, vom Objekt zurückgestreutes
Licht gesammelt, wobei das zurückgestreute,
ebenso zirkular polarisierte Licht erneut die Lamba-Viertel-Platte, nunmehr aber
in der rückwärtigen Richtung,
durchläuft,
so dass effektiv eine Polarisationsdrehung zwischen dem ursprünglichen
beleuchtenden Laserlicht und dem rückgestreuten Laserlicht um
90 Grad stattfindet, nunmehr also das rückgestreute Licht in einer S-Polarisation
vorliegt und im Strahlteilerwürfel 7 aufgrund
der senkrechten Polarisation reflektiert wird, um so auf den Detektor 4 zu
treffen und dort detektiert zu werden.
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Hier
zeigt die 2 mehrere Möglichkeiten der Anordnung eines
Obstruktionsfilters 6, wobei es bevorzugt vorgesehen ist,
nur eine dieser Anordnungen, nicht jedoch alle Anordnungen oder
zwei Anordnungen gleichzeitig zu verwenden, obgleich dies gemäß der Erfindung
ebenso möglich
ist. So ist es hier bevorzugt vorgesehen, den Obstruktionsfilter 6 zwischen
Strahlteilerwürfel
und Detektor einzusetzen, um eine Ausblendung achsnaher Strahlen
zu bewirken und somit im Wesentlichen nur ein Nutzsignal am Detektor
zu erzeugen, welches auf gestreutes Licht am Objekt zurückzuführen ist.
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Der
Einsatz eines Obstruktionsfilters 6 im Laserstrahl 1 noch
vor dem Strahlteiler führt
wie auch eingangs zu der 1 beschrieben zu einem bereits ringförmigen Intensitätsprofil
des Laserstrahls zur Ausbildung der Falle. Eine gleiche Wirkung
hat die Anordnung des Obstruktionsfilters 6 zwischen Strahlteiler
und Lambda-Viertel-Platte,
wobei jedoch bei dieser Ausführung
auch nochmals das gestreute Licht den Obstruktionsfilter 6 passieren
muss, insoweit also die Anordnung eines Obstruktionsfilters zwischen
Strahlteiler 7 und Lambda-Viertel-Platte 8 zweifach
durchlaufen wird.
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Wesentlich
für die
erfindungsgemäße Durchführung des
Messverfahrens bzw. den Aufbau einer erfindungsgemäßen optischen
Falle, insbesondere so wie es in den 1 und 2 nicht
beschränkt beschrieben
wird ist es, dafür
Sorge zu tragen, dass achsnahe Strahlen von gestreutem Licht daran
gehindert werden, einen Detektor zu erreichen. Dies kann in einer
Ausführung
bereits dadurch erfolgen, dass bereits bei der Beleuchtung des Objektes
achsnahe Strahlen vermieden werden, somit schon gar keine achsnahen
gestreuten Strahlen entstehen können,
was jedoch gegebenenfalls mit dem Nachteil einer verringerten Intensität der optischen
Falle verbunden ist oder aber was dadurch erreicht wird, dass ausschließlich im
Strahlengang des gestreuten Lichtes ein eingangs näher beschriebener
Obstruktionsfilter mit achsnaher Ausblendung, insbesondere scheibenförmiger Ausblendung,
verwendet wird. Ein solcher Filter kann bevorzugt so eingesetzt
werden, dass er nur im reflektierten Strahlengang wirkt, beispielsweise
wenn er unmittelbar im Strahlengang vor dem Detektor zum Einsatz
kommt.
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Die
Sensitivität
einer optischen Falle hinsichtlich der Kraft oder Auslenkungsbestimmung kann
somit signifikant gesteigert werden, da im Wesentlichen das am Detektor
erzeugte Signal vergleichbar reines Nutzsignal darstellt und nicht
oder zumindest nur in unerheblichem Maße von gestreutem Licht erzeugt
wird, welches nicht auf eine Streuung am Objekt zurückzuführen ist,
sondern auf andere umgebende optische Komponenten oder Grenzschichten.