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Die Erfindung betrifft eine optische Filtervorrichtung, insbesondere für Mikroskope, mit einem polarisierenden Strahlteiler.
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Optische Filtervorrichtungen werden zur Entfernung eines spektralen Teilbereichs (der auch aus mehreren separaten Bändern bestehen kann) aus einem Lichtstrahl eingesetzt. Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff Licht jede mit optischen Mitteln manipulierbare elektromagnetische Strahlung, also insbesondere ultraviolette, sichtbare und infrarote Strahlung.
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Im Stand der Technik sind dichroitische Spiegel als optische Filtervorrichtungen bekannt. Diese können beispielsweise wie in
US 6,167,173 A in einem Fluoreszenzmikroskop als Hauptfarbteiler zur Kopplung des Beleuchtungsstrahlengangs mit dem Detektionsstrahlengang (auch als „Auffädeln“ des Beleuchtungsstrahls auf den Fluoreszenzstrahl bezeichnet) eingesetzt werden. Dabei sind unterschiedliche Geometrien möglich, die sich auf den Unterdrückungsfaktor auswirken. Allgemein gilt, dass dichroitische Spiegel unter senkrechter Inzidenz (0°) eine maximale Trennschärfe und Unterdrückung aufweisen. In diesem Fall ist aber keine Kopplung mehrerer Strahlen(gänge) möglich, so dass im Stand der Technik ein von 0° abweichender, aber möglichst kleiner Einfallswinkel gewählt wird. Ursprünglich wurde ein Einfallswinkel von 45° verwendet, so dass der Beleuchtungsstrahlengang und der Detektionsstrahlengang unter 90° zueinander angeordnet waren. Kleinere, aber von Null verschiedene Einfallswinkel gemäß
US 2008/0062511 A1 erlauben demgegenüber zwar eine stärkere Unterdrückung des zu entfernenden spektralen Teilbereichs in der Transmission. Insbesondere tritt unter diesen Bedingungen tritt jedoch eine Polarisationsaufspaltung des Transmissionsspektrums auf, welche sich auf die Unterdrückungseigenschaften nahe der Filterkanten nachteilig auswirkt.
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Als Hauptfarbteiler (Hauptstrahlteiler) werden in der Regel dichroitische Spiegel, die (mit hoher Trennschärfe, also spektral schmalem Sperrbereich) als Kerbfilter (engl. „notch filter“) ausgebildet sind, eingesetzt. Langpässe oder breite Bandpässe finden dagegen Einsatz als Emissionsfilter im (reinen) Detektionsstrahlengang. Für beide Fälle gilt, dass Transmission und Reflexion spektral festgelegt sind. Das ist insbesondere in Verbindung mit spektral einstellbar oder breitbandig emittierenden Lichtquellen, beispielsweise sogenannten Multilinien- oder Weißlichtlasern ein Nachteil.
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Besonders vorteilhaft sind deswegen optische Filtervorrichtungen, die hinsichtlich des zu entfernenden spektralen Teilbereichs variabel einstellbar sind. Sie können zur spektral flexiblen Beleuchtung und/oder zur flexiblen Trennung von Beleuchtungslicht und Probenlicht eingesetzt werden, indem der zu entfernende spektrale Teilbereich an das jeweils gewünschte Beleuchtungsband angepasst wird. In der Fluoreszenzmikroskopie enthält das von der Probe kommende Licht („Probenlicht“) einerseits Fluoreszenzlicht, andererseits reflektiertes und gestreutes Beleuchtungslicht (Anregungslicht). In spektral unterschiedlichen Anregungssituationen darf nur das jeweilige Anregungslicht gefiltert werden, um das Messergebnis nicht zu verfälschen. Das gilt insbesondere für den Einsatz einer geeigneten optischen Filtervorrichtung als Hauptfarbteiler.
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Eine optische Filtervorrichtung, die eine begrenzte Variabilität der Lichtquelle zulässt, ist beispielsweise in
DE 102005010581 A1 beschrieben. Hier sind mehrere Kerbfilter auf einer Halterung in einer Matrix angeordnet, welche in die richtigen Positionen geschoben wird. Eine Alternative ist die Anordnung verschiedener Filter auf einem Rad wie in der
DE 19702754 A1 , die eine größere Stabilität ermöglicht. Des weiteren wird in
US 2002/0097485 A1 eine Filtervorrichtung beschrieben, die einen Strahlteiler und einen reflektierenden Spiegel umfasst, wobei der Strahlteiler als dichroitischer Spiegel mit einer Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Filtereigenschaften ausgebildet ist. Das Verschieben des Strahlteilers quer zum Lichtstrahl ermöglicht so die Anpassung der Charakteristika des Hauptstrahlteilers an das Beleuchtungslicht. Aufgrund des Einfallswinkels von 45° ist die Unterdrückung des zu entfernenden spektralen Teilbereichs relativ gering.
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Im Stand der Technik sind weitere spektral flexible optische Filtervorrichtungen mit polarisierenden Strahlteilern beispielsweise aus
US 2008/0049221 A1 und aus
US 7,605,976 B1 bekannt. Die dort beschriebenen Vorrichtungen können in einem Mikroskop entweder unidirektional als spektral flexible Filter oder bidirektional als Hauptfarbteiler eingesetzt werden. Sie erfordern eine räumlich-spektrale Aufspaltung des zu manipulierenden Lichts an einem dispersiven Element sowie einen mikrostrukturierten, variabel einstellbaren Polarisationsmodulator, dessen Auflösung die spektrale Trennschärfe begrenzt. Zudem wird die Unterdrückungseffizienz dieser Vorrichtungen durch den mit dem einstellbaren Polarisationsmodulator erzeugbaren Polarisationskontrast begrenzt. Dieser liegt derzeit bei 1:1000, so dass eine Unterdrückung von besser als OD3 damit nicht erreichbar ist.
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In
EP 1520199 B1 werden Mikroskope mit schnell modulierbarer Fokalebene beschrieben. In
US 2011/0068260 A1 wird ein Laser-Scanning-Mikroskop mit zirkularer Polarisation beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Hauptfarbteiler einsetzbare optische Filtervorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass eine höhere spektrale Trennschärfe und eine stärkere Unterdrückung des zu entfernenden spektralen Teilbereichs ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine optische Filtervorrichtung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein (statischer, also konstant wirkender) achromatischer Polarisationsmanipulator und ein dichroitischen Spiegel vorgesehen, wobei der Polarisationsmanipulator optisch zwischen einem ersten Ein-/Ausgang des polarisierenden Strahlteilers und dem dichroitischen Spiegel angeordnet und derart ausgebildet (und ausgerichtet) ist, dass er eine Polarisationsrichtung von Licht, das a) den polarisierenden Strahlteiler an dem ersten Ein-/Ausgang verlässt und b) den Polarisationsmanipulator durchquert und c) von dem dichroitischen Spiegel reflektiert wird und d) den Polarisationsmanipulator (in entgegengesetzter Richtung) erneut durchquert, (effektiv) um 90° (gegenüber der Polarisationsrichtung vor der ersten Durchquerung) dreht. Der Polarisationsmanipulator kann insbesondere eine Verzögerungsplatte sein, beispielsweise eine λ/4-Platte.
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Diese als Hauptfarbteiler einsetzbare Filtervorrichtung ermöglicht eine (bidirektionale) spektrale Filterung mit höherer Unterdrückung und Trennschärfe als im Stand der Technik, da der dichroitische Spiegel so angeordnet werden kann, dass das vom polarisierenden Strahlteiler kommende Licht unter einem Einfallswinkel von 0° auf den dichroitischen Spiegel auftrifft. Dieser Vorteil kommt besonders in einem Mikroskop zum Tragen, in dem der Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle zur Emission mehrerer Emissionslinien oder eines spektralen Bereichs, der breiter als eine Emissionslinie ist, umfasst.
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Der polarisierende Strahlteiler trennt einfallendes Licht in zwei zueinander orthogonale Polarisationskomponenten, wovon er eine reflektiert und die andere transmittiert. Durch den ersten Ein-/Ausgang kann also die transmittierte Polarisationskomponente von am gegenüberliegenden, dritten Ein-/Ausgang eintretendem Licht und die reflektierte Polarisationskomponente von am verbleibenden vierten Ein-/Ausgang eintretendem Licht austreten. Das zu filternde Licht kann in den dritten oder den vierten Ein-/Ausgang eingeleitet werden. Der zu entfernende spektrale Teilbereich tritt dann, sofern enthalten, an dem jeweils anderen der beiden aus. Des verbleibende Licht tritt hinter dem dichroitischen Spiegel aus.
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In der Regel ist es zweckmäßig, beide Polarisationskomponenten zu verwenden. Zu diesem Zweck können auf entsprechende Weise ein weiterer Polarisationsmodulator und dahinter ein weiterer dichroitischer Spiegel am zweiten Ein-/Ausgang des polarisierenden Strahlteilers angeordnet sein oder die zweite Polarisationskomponente wird durch denselben Polarisationsmodulator und/oder denselben dichroitischen Spiegel geleitet wie die erste Polarisationskomponente. Lichtanteile mit Wellenlängen im zu entfernenden spektralen Teilbereich werden wie beschrieben in beiden Polarisationskomponenten („Polarisationszweigen“) reflektiert und am polarisierenden Strahlteiler vereinigt und treten wie oben beschrieben aus. Das verbleibende (nicht an dem beziehungsweise an den dichroitischen Spiegeln) reflektierte Licht kann beispielsweise in beiden Polarisationsästen separat detektiert oder durch Umlenkspiegel und/oder einen Strahlteiler hinter dem/den dichroitischen Spiegel/n räumlich zusammengeführt werden.
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Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Filtervorrichtung mindestens einen zweiten dichroitischen Spiegel, wobei der erste dichroitische Spiegel optisch zwischen dem zweiten dichroitischen Spiegel und dem Polarisationsmodulator angeordnet ist. Die spektralen Sperrbereiche der beiden (hintereinandergeschalteten) dichroitischen Spiegel wirken kumulativ, da Lichtanteile, deren Wellenlängen im zu entfernenden spektralen Teilbereich des zweiten dichroitischen Spiegels liegen, den ersten dichroitischen Spiegel durchqueren, aber am zweiten dichroitischen Spiegel reflektiert werden. So können zur selben Zeit mehrere spektrale Bereiche mit hoher Unterdrückung und Trennschärfe aus dem zu filternden Licht entfernt werden. Das ist insbesondere bei einer Multilinien- oder Weißlichtquelle vorteilhaft. Vorzugsweise werden drei oder mehr dichroitische Spiegel zwischen den Polarisationsmodulatoren hintereinandergeschaltet, die sich in ihrem Sperrbereich unterscheiden.
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Vorteilhafterweise können der/die dichroitische/n Spiegel als Kerbfilter und/oder Kantenfilter und/oder Bandfilter ausgebildet sein. Das ermöglicht die Entfernung mehrerer Anregungslinien aus dem Probenlicht mit hoher Unterdrückung und Trennschärfe. Insbesondere kann der (in Durchtrittsrichtung des zu filternden Lichts vor einer eventuellen Reflexion an einem der dichroitischen Spiegel) letzte dichroitische Spiegel als Bandpassfilter ausgebildet sein. Dadurch kann auf einen separaten Emissionsfilter im (reinen) Detektionsstrahlengang verzichtet werden.
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Bevorzugterweise umfasst die erfindungsgemäße Filtervorrichtung einen zweiten polarisierenden Strahlteiler und einen zweiten (statischen) achromatischen Polarisationsmodulator, wobei der/die dichroitischen Spiegel optisch zwischen dem ersten Polarisationsmodulator und dem zweiten Polarisationsmodulator angeordnet ist/sind und die Polarisationsmodulatoren optisch zwischen dem ersten Ein/Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers und einem ersten Ein/Ausgang des zweiten polarisierenden Strahlteilers angeordnet sind, so dass Licht, das a) an dem ersten Ein/Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers aus diesem austritt und b) beide Polarisationsmodulatoren durchquert, an einem ersten Ein-/Ausgang des zweiten polarisierenden Strahlteilers in diesen eintritt. Damit können beide Polarisationskomponenten des zu filternden Lichts behandelt werden, was eine maximale Übertragungseffizienz der Filtervorrichtung ermöglicht.
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Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem dritten Polarisationsmodulator und einem vierten Polarisationsmodulator sowie mindestens einem dritten dichroitischen Spiegel, der optisch zwischen dem dritten Polarisationsmodulator und dem vierten Polarisationsmodulator angeordnet ist, wobei diese Polarisationsmodulatoren und der dritte dichroitische Spiegel so angeordnet sind, dass Licht, das a) an einem zweiten Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteiler aus diesem austritt und b) den dritten Polarisationsmodulator durchquert und c) den dritten dichroitischen Spiegel durchquert und d) den vierten Polarisationsmodulator durchquert, an einem zweiten Ein-/Ausgang des zweiten polarisierenden Strahlteiler in diesen eintritt. In dieser Ausgestaltung wird die eine Polarisationskomponente des zu filternden Lichts wie oben beschrieben an dem ersten dichroitischen Spiegel und die andere Polarisationskomponente auf entsprechende Weise an dem dritten dichroitischen Spiegel gefiltert. Die Filtervorrichtung erreicht dadurch eine maximale Übertragungseffizienz.
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Dabei können der erste Polarisationsmanipulator und der dritte Polarisationsmanipulator identisch sein. Alternativ oder zusätzlich können der zweite Polarisationsmanipulator und der vierte Polarisationsmanipulator identisch sein. Alternativ oder zusätzlich können der erste dichroitische Spiegel und der dritte dichroitische Spiegel identisch sein. Derselbe Polarisationsmanipulator beziehungsweise Spiegel ist dann in beiden Zweigen (Polarisationskomponenten) der Vorrichtung anzuordnen. Dadurch wird die benötigte Anzahl von optischen Elementen reduziert.
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Die benötigte Anzahl von optischen Elementen kann auch reduziert werden, indem der erste polarisierende Strahlteiler und der zweite polarisierende Strahlteiler identisch sind und jeder Lichtstrahl, der durch den ersten Polarisationsmodulator und den zweiten Polarisationsmodulator getreten ist, gegenüber seinem unmittelbar vorangehenden Austritt aus dem polarisierenden Strahlteiler (parallel)versetzt in diesen eintritt. Eine Filtervorrichtung mit einem solchen Versatz ist beispielsweise in
US 7,605,976 B1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier in vollem Umfang einbezogen wird. Entsprechend kann es zweckmäßig sein, wenn der erste Polarisationsmanipulator und der zweite Polarisationsmanipulator identisch sind.
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Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, die einen Antrieb zum Verschieben eines dichroitischen Spiegels umfassen, insbesondere parallel zu seiner Oberfläche und/oder quer zu einer optischen Achse eines Polarisationsmodulators, insbesondere in zwei verschiedene, zueinander senkrechte Richtungen,. Dadurch können unterschiedliche Bereiche des dichroitischen Filters in die Strahlengänge gefahren werden, um die spektrale Filterung zu variieren. Vorteilhaft ist, wenn der betreffende dichroitische Spiegel in eine Stellung verschoben werden kann, in der Licht, das a) aus dem ersten Ein-/Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers austritt und b) durch den ersten Polarisationsmodulator tritt, an dem betreffenden dichroitischen Spiegel vorbeiläuft, bevor es auf einen anderen dichroitischen Spiegel oder den zweiten Polarisationsmodulator trifft. Dadurch kann beispielsweise jeweils einer (oder allgemein: eine echte Untermenge) von mehreren dichroitischen Spiegeln unwirksam gestellt werden, während die anderen wirksam bleiben. So kann durch selektive Reflexion beispielsweise jeweils eine einzelne Anregungslinie oder eine Gruppe von Anregungslinien entfernt werden.
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Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen, in denen der verschiebbare dichroitische Spiegel an verschiedenen Stellen unterschiedliche spektrale Filtereigenschaften aufweist, insbesondere mit einer längs der Spiegeloberfläche kontinuierlich variierenden spektralen Filtereigenschaft. Dadurch kann die Filterwirkung flexibel eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann der dichroitische Spiegel als variabler Kerbfilter, beispielsweise wie in
US 2002/0097485 A1 ,
JP H08-114756 A ,
US 2003/0169128 A1 ,
JP 2001-56439 A oder
WO 01/97321 A1 , ausgebildet sein. Insbesondere bei mehreren hintereinandergeschalteten dichroitischen Spiegeln, die jeweils an verschiedenen Stellen unterschiedliche spektrale Filtereigenschaften aufweisen, kann wird die Flexibilität der Filterung aufgrund der so geschaffenen Vielzahl von kombinatorischen Möglichkeiten vergrößert.
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Besonders vorteilhaft sind solche bereichsweise unterschiedlichen dichroitischen Spiegel, wenn sie entlang einer ersten Richtung bereichsweise unterschiedlich sind und entlang einer zweiten, zu der ersten Richtung orthogonalen Richtung bereichsweise unterschiedlich sind.
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Besonders vorteilhaft sind, wie oben beschrieben, Ausführungsformen, in denen der erste dichroitische Spiegel (vorzugsweise: alle) so angeordnet ist, dass Licht, das a) am ersten Ein-/Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers aus diesem austritt und b) den ersten Polarisationsmodulator durchquert, unter einem Einfallswinkel von 0° auf den ersten dichroitischen Spiegel auftrifft.
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Vorteilhaft kann auch ein Antrieb zum Verkippen eines dichroitischen Spiegels relativ zu dem ersten Polarisationsmanipulator sein. Durch Verkippen kann der zu entfernende spektrale Bereich variabel eingestellt werden.
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Die Erfindung umfasst auch ein Mikroskop mit mindestens einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung wie obenstehend beschrieben. Besonders vorteilhaft sind, wie oben schrieben, Ausführungsformen, in denen die Filtervorrichtung als Strahlteiler, insbesondere als Hauptstrahlteiler, angeordnet ist und bidirektional von Licht durchquert wird, insbesondere, indem sie an einem dritten Ein-/Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers mit einem Beleuchtungsstrahlengang, der eine Lichtquelle umfasst, an einem dritten Ein-/Ausgang des zweiten polarisierenden Strahlteilers mit einem Detektionsstrahlengang, der einen Detektor umfasst, und an einem dritten Ausgang des ersten polarisierenden Strahlteilers mit einem gemeinsamen Strahlengang, der ein Mikroskopobjektiv umfasst, verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann es, wie oben beschrieben, vorteilhaft sein, eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung als Emissionsfilter in einem (reinen) Detektionsstrahlengang anzuordnen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein konfokales Fluoreszenzmikroskop gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine im Mikroskop nach 1 einsetzbare Filtervorrichtung und
- 3 eine alternative Filtervorrichtung.
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In allen Zeichnungen tragen übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.
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1 zeigt ein beispielhaftes konfokales Rastermikroskop mit einem spektral breitbandigen Laser als Lichtquelle 1 im Beleuchtungsstrahlengang B. Das von dem Laser 1 erzeugte Licht wird beispielsweise mittels eines akustooptischen einstellbaren Filters 2 (AOTF), welcher über eine spektrale Filterfunktion von einigen Nanometern Bandbreite verfügt, in gewünschte erste Spektralbereiche vorselektiert, deren Intensität zudem über die Leistung der an den AOTF 2 angelegten akustischen Welle eingestellt wird. Das dadurch auf in den Beleuchtungsstrahlengang B gelangende Beleuchtungslicht X wird mittels eines (statischen) Kerbfilters als Hauptfarbteiler 3 auf den gemeinsamen Strahlengang C (auch als Fluoreszenzstrahlengang oder als Objektivstrahlengang bezeichnet) eingespiegelt. Die variabel einstellbare Ablenkeinheit 4 weist beispielsweise Galvanometerspiegel 4A/B auf und rastert (engl. „scans“) auf bekannte Weise die zu untersuchende Probe 8 mit einem fokussierten Lichtfleck, erzeugt durch die nachfolgende Linsenanordnung, bestehend aus einem sogenannten Scan-Objektiv 5, Tubuslinse 6 und Mikroskopobjektiv 7, ab.
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Von der Probe 8 emittiertes Fluoreszenzlicht F und an der Probe reflektiertes oder gestreutes Beleuchtungslicht X durchlaufen gemeinsam als Probenlicht das Mikroskop zunächst in umgekehrter Richtung, so dass hinter den („descannenden“) Ablenkspiegeln 4A/B ein ortsfester, kollimierter Strahlengang vorliegt. Beim dem Passieren des Hauptfarbteilers 3 wird eventuell enthaltenes Anregungslicht X aus dem Probenlichtstrahl weitgehend entfernt und zur Lichtquelle 1 abgelenkt. Fluoreszenzlicht hingegen durchquert den Hauptfarbteiler 3 und wird im Detektionsstrahlengang D durch ein 4f-Linsensystem 9 abgebildet, in dessen Strahltaille die konfokale Lochblende 10 positioniert ist. Im Detektionsstrahlengang eventuell verbliebene Reste von Beleuchtungslicht X werden im reinen Detektionsstrahlengang D über einen bei Bedarf durch Verkippen optimierbaren Kerbfilter als Emissionsfilter 11 vor dem Detektor 12 geblockt. Sobald jedoch am AOTF 2 eine andere als die mit den Kerbfiltern 3 und 11 übereinstimmende spektrale Filterung eingestellt wird, so dass eine andere spektrale Emissionslinie als Beleuchtungslicht X ausgegeben wird, funktioniert die Kopplung des Beleuchtungsstrahlenganges B mit dem Detektionsstrahlengang D zum gemeinsamen Strahlengang C nicht mehr, weil der Hauptfarbteiler 3 die geänderte Emissionslinie durch seinen ungenutzten Ein/Ausgang entlässt.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung 20 dargestellt, die beispielsweise in dem Mikroskop nach 1 als spektral flexibel einstellbarer Hauptfarbteiler 3 oder als spektral flexibel einstellbarer Emissionsfilter 11 eingesetzt werden kann. Sie ermöglicht insbesondere auch eine simultane Einkopplung mehrerer mittels des AOTF 2 beliebig ausgewählter Wellenlängenbereiche, insbesondere mehrere Emissionslinien, als Beleuchtungslicht X in den Fluoreszenzstrahlengang C.
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Die Filtervorrichtung 20 umfasst einen ersten polarisierenden Strahlteiler 21A, einen zweiten polarisierenden Strahlteiler 21 B, Umlenkspiegel 22A und 22B, eine achromatische λ/4-Platte als ersten Polarisationsmodulator 23A, eine achromatische λ/4-Platte als zweiten Polarisationsmodulator 23B und beispielhaft drei spektral unterschiedliche dichroitische Spiegel 24A, 24B und 24C als Kerbfilter mit kontinuierlich variierendem Verlauf der zentralen Wellenlänge der Kerbe längs der Spiegeloberfläche, beispielsweise durch eine über das Substrat veränderliche Dicke der alternierenden dielektrischen Schichten des Interferenzfilters. In alternativen Ausführungsformen kann der Verlauf diskrete Stufen aufweisen. Innerhalb der Zeichenebene ist in diesem Fall die spektrale Transmissionscharakteristik aller dichroitischen Spiegel 24A/B/C konstant. Die dichroitischen Spiegel 24A, 24B und 24C sind mit einem Antrieb 25 versehen, der eine voneinander unabhängige Verschiebung der dichroitischen Spiegel 24A, 24B und 24C und dadurch eine variable Einstellung der spektralen Lage der Filterkerbe jedes Spiegels 24A/B/C ermöglicht. Die Verschiebung kann quer zur optischen Achse in einer oder zwei Dimensionen erfolgen, beispielsweise in die Zeichenebene hinein und heraus und/oder in der Zeichenebene aufwärts und abwärts.
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Das Beleuchtungslicht X aus dem Beleuchtungsstrahlengang B (der nicht Teil der Vorrichtung 20 ist) wird durch den ersten polarisierenden Strahlteiler 22A in die Vorrichtung 20 geleitet, so dass eine Polarisationskomponente durch den ersten Ein-/Ausgang 22A.1 des ersten polarisierenden Strahlteilers 22A austritt, den ersten Polarisationsmodulator 23A durchquert, in dem ihr Polarisationszustand zu „linkszirkular polarisiert“ geändert wird, und anschließend zum ersten dichroitischen Spiegel 24A gelangt. Die andere Polarisationskomponente durchquert den ersten polarisierenden Strahlteiler 22A, wird am Umlenkspiegel 22B parallel zur ersten Polarisationskomponente abgelenkt, durchquert den zweiten Polarisationsmodulator 23B, in dem ihr Polarisationszustand zu „rechtszirkular polarisiert“ geändert wird, und gelangt anschließend zum ersten dichroitischen Spiegel 24B.
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Spektrale Anteile des Beleuchtungslichts X, deren Wellenlängen in der spektralen Kerbe des ersten dichroitischen Spiegels 24A liegen, werden dann an diesem reflektiert und durchqueren erneut den jeweiligen Polarisationsmodulator 23A/B, wo ihr Polarisationszustand zu „linear polarisiert“, jedoch um 90° gegenüber dem Ausgangszustand gedreht, geändert wird. Sie verlassen aufgrund der aus der bidirektionalen Durchquerung insgesamt resultierenden Drehung der Polarisationsrichtung um 90° den ersten polarisierenden Strahlteiler 22A an dessen dritten Ein-/Ausgang 22A.3. Lichtanteile, deren Wellenlängen außerhalb der spektralen Kerbe des ersten dichroitischen Spiegels 24A liegen, durchqueren den dichroitischen Spiegel 24A nahezu ungeschwächt. Entsprechende selektive Reflexionen an der jeweiligen spektralen Kerbe finden am zweiten und dritten dichroitischen Spiegel 24B und 24C statt. Beim Einsatz als Hauptfarbteiler 3 dringt also Licht mit Anregungswellenlängen soweit durch die Kerbfiltersequenz 24A-24B-24C, bis es auf ein Filter trifft, dessen spektrale Charakteristik auf die Anregungswellenlänge eingestellt ist. Der betreffende spektrale Anteil wird am betreffenden Filter zur Probe 8 reflektiert.
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Spektrale Anteile des Beleuchtungslichts X, die spektral außerhalb aller spektralen Kerben der dichroitischen Spiegel 24A/B/C liegen, werden nicht reflektiert, sondern durchqueren schließlich den zweiten Polarisationsmodulator 23B, in dem ihr Polarisationszustand zu „linear polarisiert“, jedoch um 90° gegenüber dem Ausgangszustand gedreht, geändert wird, und werden am zweiten polarisierenden Strahlteiler 22B mit dem (unreflektierten) Rest der anderen Polarisationskomponente vereinigt. Sie verlassen die Filtervorrichtung 20 in Richtung des vierten Ein-/Ausgangs 21B.4 des zweiten polarisierenden Strahlteilers 21 B, jedoch nicht in den Detektionsstrahlengang D.
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Das Probenlicht (X+F) aus dem gemeinsamen Objektivstrahlengang C wird durch den dritten Ein-/Ausgang 21A.3 des ersten polarisierenden Strahlteilers 21A in die Filtervorrichtung 20 eingeleitet. Von der Probe 8 zurückgestreutes Anregungslicht X erfährt die zuvor beschriebene Behandlung in umgekehrter Reihenfolge und wird demzufolge im Ergebnis vom ersten polarisierenden Strahlteiler 21A durch seinen vierten Ein-/Ausgang 21A.4 in Richtung der Anregungslichtquelle 1 abgelenkt. Fluoreszenzlicht F erfährt dagegen nach der Polarisationsaufspaltung am ersten polarisierenden Strahlteiler 21A und dem Durchgang durch die erste Viertelwellenplatte 23A an keinem der Kerbfilter 24A/B/C eine Reflexion, so dass der Polarisationszustand beider Fluoreszenzkomponenten durch die zweite Viertelwellenplatte 23B wieder zu „linear“ einschließlich einer insgesamten Drehung um 90° geändert wird. Dadurch werden beide Polarisationskomponenten am zweiten polarisierenden Strahlteiler 21B auf einen gemeinsamen Strahl vereinigt und treten aus dem dritten Ein-/Ausgang 21 B.3 des zweiten polarisierenden Strahlteilers 21B in den (nicht zur Vorrichtung 20 gehörenden) Detektionsstrahlengangs D mit dem Detektor 12 aus.
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Indem die schaltbare Sequenz von Kerbfiltern durch eine schaltbare Sequenz von Kantenfiltern oder Bandfiltern (Bandsperren) ersetzt wird, kann die Filtervorrichtung 20 beispielsweise als Emissionsfilter 11 eingesetzt werden.
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3 zeigt eine kompakte Ausführungsform mit versetzten Strahlengängen, beispielsweise durch Prismen als separate Reflektoren 26. Zudem sind in den Polarisationszweigen beispielhaft separate dichroitische Spiegel 24A/A', 24B/B' und 24C/C' sowie separate Polarisationsmodulatoren 23A+B und 23A'+B' angeordnet. Mittels des Antriebs 25 sind alle sechs dichroitischen Spiegel 24A/A`/B/B`/C/C` verschieb- und/oder verkippbar.
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Jede Ausführungsform kann besonders kompakt gestaltet werden, indem eine Gruppe aus einem polarisierenden Strahlteiler 21A oder 21B und dem nächstliegenden Umlenkspiegel 22/22A/22B, optional auch einschließlich des nächstliegenden Polarisationsmodulators 23A oder 23B, monolithisch ausgeführt sein, beispielsweise durch Verkitten dieser Bauteile.
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Die Erfindung kann in jeder Art von Mikroskopen, insbesondere Fluoreszenzmikroskopen, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz in konfokalen Rastermikroskopen, sowohl mit Einzelpunktabtastung als auch mit Multipunktabtastung oder linienförmiger Abtastung. Darüber hinaus kann die Erfindung in jeder Lichtquelle und jedem optischen Messgerät zur Farbfilterung eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Einstellbares Filter
- 3
- Hauptfarbteiler
- 4
- Ablenkeinheit (Galvanometerspiegel 4A/B)
- 5
- Scan-Objektiv
- 6
- Tubuslinse
- 7
- Mikroskopobjektiv
- 8
- Probe
- 9
- Linsensystem
- 10
- Lochblende
- 11
- Emissionsfilter
- 12
- Detektor
- 20
- Filtervorrichtung
- 21A
- Erster polarisierender Strahlteiler
- 21B
- Zweiter polarisierender Strahlteiler
- 22(A/B)
- Umlenkspiegel
- 23A
- Erster Polarisationsmodulator
- 23B
- Zweiter Polarisationsmodulator
- 24A
- Erster dichroitischer Spiegel
- 24B
- Zweiter dichroitischer Spiegel
- 24C
- Dritter dichroitischer Spiegel
- 25
- Antrieb
- 26(A/B)
- Reflektor
- X
- Beleuchtungslicht
- F
- Fluoreszenzlicht
- x⊙,
- x↔ Polarisationskomponenten des Beleuchtungslichts
- F⊙, F↔
- Polarisationskomponenten des Fluoreszenzlichts
- B
- Beleuchtungsstrahlengang
- D
- Detektionsstrahlengang
- C
- Gemeinsamer Strahlengang
