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Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Strahlteileranordnung.
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In modernen Mikroskopen, z. B. inversen Forschungsmikroskopen, werden für die unterschiedlichsten Experimente zusätzliche Lichtquellen zu Beleuchtungs-, Manipulations- und Messzwecken in den Abbildungsstrahlengang, vorzugsweise in den Unendlichstrahlengang zwischen Objektiv und Tubuslinse, eingekoppelt. Außerdem sind in solchen Mikroskopen in der Regel Mittel vorgesehen, die dazu dienen, bestimmte spektrale Anteile des von der Probe stammenden Abbildungslichtes auszukoppeln. Als Lichtquellen werden üblicherweise Laser verwendet, deren Laserlicht eine längere oder eine kürzere Wellenlänge als das eigentliche Detektionslicht aufweist. Die Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichtes erfolgt in der Regel in einer rechtwinkligen Anordnung, in der die optischen Achsen der Strahlengänge, in denen sich zum einen das ein- bzw. ausgekoppelte Licht und zum anderen das Detektionslicht ausbreiten, unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
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Ein Beispiel für ein entsprechend ausgebildetes Mikroskop ist in der
US 7 071 451 B2 beschrieben. Dieses Mikroskop enthält ein Autofokusmodul mit einer Laserlichtquelle, die einen ersten Lichtstrahl, im Folgenden als Reflexions-Teilstrahl bezeichnet, aussendet, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich des Wellenlängenspektrums liegt. Dieser Reflexions-Teilstrahl fällt auf einen Spiegel, der mit einer dichroitischen Spiegelfläche versehen ist. Diese ist so ausgebildet, dass sie den ersten Reflexions-Teilstrahl auf die zu untersuchende Probe reflektiert. Mit der Reflexion an der dichroitischen Spiegelfläche ändert der Reflexions-Teilstrahl seine Ausbreitungsrichtung um einen Ablenkwinkel von 90°. Das Autofokusmodul erfasst an Hand des an der Probe reflektierten Reflexion-Teilstrahls ein Signal, an Hand dessen die Abbildungsoptik des Mikroskops fokussiert wird. Hierzu wird der von der Probe kommende Reflexions-Teilstrahl wieder an der dichroitischen Spiegelfläche reflektiert, um ihn in das Autofokusmodul zu leiten.
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Während die bei diesem vorbekannten Mikroskop verwendete dichroitische Spiegelfläche also Infrarotlicht reflektiert, lässt sie Detektionslicht im sichtbaren Bereich durch. Somit ist neben dem Reflexions-Teilstrahl ein zweiter Lichtstrahl in Form des von der Probe ausgehenden Detektionslichts vorgesehen, der die dichroitische Spiegelfläche transmittiert. Dieser zweite Lichtstrahl wird im Folgenden als Transmissions-Teilstrahl bezeichnet. Die dichroitische Spiegelfläche führt somit die beiden Strahlengänge, in denen sich der Reflexions-Teilstrahl und der Transmissions-Teilstrahl ausbreiten, zusammen. Demzufolge weisen die beiden Strahlengänge einen gemeinsamen Strahlengangabschnitt auf, der zwischen der dichroitischen Spiegelfläche und der Probe liegt. Dabei ist die dichroitische Spiegelfläche so angeordnet, dass ihre Flächennormale unter einem Winkel von 45° gegenüber der optischen Achse dieses gemeinsamen Strahlengangabschnittes angeordnet ist.
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Diese im Stand der Technik vorgesehene Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche, im Folgenden auch einfach als 45°-Anordnung bezeichnet, ist einfach zu realisieren. Sie bringt jedoch auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. So beeinträchtigt die 45°-Anordnung die Polarisationsneutralität der dichroitischen Spiegelfläche, d. h. deren Eigenschaft, den Polarisationszustand der reflektierten und transmittierten Anteile des auf die Spiegelfläche fallenden Lichtes unverändert zu lassen. Diese Polarisationsneutralität ist nämlich umso schwieriger zu realisieren, je stärker die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche gegenüber der Lichteinfallsrichtung geneigt ist. Somit nimmt die negative Beeinflussung polarisationsoptischer Anwendungen mit größer werdendem Neigungswinkel zu. Als Beispiel für eine solche, durch die 45°-Anordnung negativ beeinflusste Anwendung ist die Differenzialdifferenzkontrast- oder kurz DIC-Methode zu nennen, bei der Unterschiede in der optischen Weglänge im betrachteten Objekt in Bildhelligkeitsunterschiede umgewandelt und dadurch transparente Phasenobjekte sichtbar gemacht werden.
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Zudem ist es bei einer 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche schwierig, eine scharfe Trennung der beiden Spektralbereiche zu realisieren, in denen die Spiegelfläche reflektiert bzw. transmittiert. So beruht die gewünschte Reflexions-/Transmissionswirkung einer dichroitischen Spiegelfläche üblicherweise auf einer planmäßig eingestellten Interferenz der Lichtwellen, die durch eine entsprechende Schichtstruktur erzeugt wird, die z. B. auf eine transparente, planparallele Platte aufgebracht ist. Je größer der Winkel zwischen der Flächennormalen dieser Schichtstruktur und der Lichteinfallsrichtung ist, desto schwieriger ist es, mit Hilfe der Schichtstruktur eine scharfe Trennung der Spektralbereiche zu erzielen. Diesem Problem wird im Stand der Technik häufig dadurch entgegengewirkt, dass zusätzliche optische Bauelemente vorgesehen werden, um den Reflexionsbereich und den Transmissionsbereich scharf voneinander zu trennen. In der
US 7 071 451 B2 ist hierzu beispielsweise ein zusätzlicher Infrarot-Sperrfilter vorgesehen, der der dichroitischen Spiegelfläche im Strahlengang des transmittierten Detektionslichtes nachgeordnet ist.
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Schließlich wirkt sich die herkömmlicherweise genutzte 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche auch dann nachteilig aus, wenn diese zur Erhöhung der Anwendungsflexibilität des Mikroskops so ausgebildet sein soll, dass sie je nach Anwendung in den Mikroskopstrahlengang eingebracht oder aus diesem entfernt werden kann. In diesem Fall tritt bei einer 45°-Anordnung zwischen den beiden Betriebszuständen, in denen die dichroitische Spiegelfläche im Strahlengang des Mikroskops angeordnet ist oder nicht, ein vergleichsweise großer Versatz der optischen Achse des Strahlenganges auf, der die Qualität der optischen Abbildung beeinträchtigen kann oder durch weitere Bauelemente ausgeglichen werden muss.
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Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die
DE 42 31 267 B4 verwiesen, in der eine als „Smith-Teiler” bekannte Spiegelanordnung beschrieben ist. Diese Spiegelanordnung besteht aus zwei Spiegeln, von denen einer aus einer Teilerfläche gebildet ist, die nicht unter 45°, sondern unter 22,5° gegenüber der optischen Achse angeordnet ist. Jedoch ist diese Teilerfläche als Neutralteiler mit wellenlängenunabhängiger Reflexions- bzw. Transmissionswirkung ausgeführt. Sie ist deshalb nicht geeignet, verschiedene spektrale Anteile voneinander zu trennen.
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Aus der
US 2003/0 011 772 A1 ist ein Fluoreszenzmikroskop bekannt, das eine Strahlteileranordnung sowie zwei optische Filter aufweist, von denen eines in dem Beleuchtungsstrahlengang und das andere in dem Detektionsstrahlengang angeordnet ist. Die Strahlteileranordnung weist einen Reflexionsgrad auf, der in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1200 nm nahezu konstant ist. In einer speziellen Ausführungsform ist die Strahlteileranordnung aus zwei planparallelen Platten gebildet, die jeweils in einem Winkel von 22,5° zum Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop eingangs beschriebener Art so weiterzubilden, dass mit verringertem technischem Aufwand eine präzise Trennung der Spektralbereiche unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile möglich ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein solches Mikroskop umfasst eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen, die einzeln oder gemeinsam einen Beleuchtungsstrahlengang mit Licht in mehreren Wellenlängenbereichen erzeugen, eine dichroitische Strahlteileranordnung mit einer dichroitischen Spiegelfläche, die zwischen einer Objektivoptik und einer Tubuslinse in einem mehrere Wellenlängenbereiche umfassenden Strahlengangabschnitt angeordnet ist und die durch Reflexion einen Reflexions-Teilstrahl in Richtung eines Reflexionsstrahlenganges erzeugt und durch Transmission einen Transmissions-Teilstrahl in Richtung eines Transmissionsstrahlenganges erzeugt, dessen transmittierter Wellenlängenbereich von dem reflektierten Wellenlängenbereich des Reflexions-Teilstrahls verschieden ist, wobei die Strahlteileranordnung die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls gegenüber dem Beleuchtungsstrahlengang um einen vorbestimmten Ablenkwinkel ändert. Erfindungsgemäß ist die dichroitische Spiegelfläche unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° im Strahlengangabschnitt angeordnet. Die Strahlteileranordnung weist mindestens einen weiteren, in dem Reflexionsstrahlengang angeordneten Spiegel auf. Die Ausbreitungsrichtung des Reflexions-Teilstrahls ist durch die Summe aller Reflexionen an der dichroitischen Spiegelfläche und dem mindestens einen weiteren Spiegel um den vorbestimmten Ablenkwinkel geändert.
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Erfindungsgemäß weist das Mikroskop also eine dichroitische Strahlteileranordnung mit einer dichroitischen Spiegelfläche auf, die einen sich längs eines Reflexionsstrahlengangs ausbreitenden Reflexions-Teilstrahl reflektiert und einen sich längs eines Transmissionsstrahlengangs ausbreitenden Transmissions-Teilstrahl, dessen Wellenlänge von der Wellenlänge des Reflexions-Teilstrahls verschieden ist, transmittiert. Ferner weist das Mikroskop mindestens einen weiteren Spiegel auf, der in dem Reflexionsstrahlengang außerhalb des gemeinsamen Strahlengangabschnitts, den der Reflexionsstrahlengang und der Transmissionsstrahlengang aufweisen, angeordnet ist. Dieser weitere Spiegel bildet mit der dichroitischen Spiegelfläche eine reflektierende Anordnung, die den Reflexions-Teilstrahl in aufeinanderfolgenden Reflexionen so umlenkt, dass der gewünschte Ablenkwinkel erzielt wird. Unter Ablenkwinkel ist dabei der Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des in die Strahlteileranordnung eintretenden Lichtstrahls und der Ausbreitungsrichtung des die Strahlteileranordnung verlassenden Lichtstrahls gemeint.
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Durch das Vorsehen eines weiteren Spiegels ist es möglich, die dichroitische Spiegelfläche so auszurichten, dass ihre Flächennormale gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts unter einem Winkel von 22,5 ± 7,5° geneigt ist, Die Erfindung ermöglicht es also, in Abkehr von der herkömmlichen 45°-Anordnung die dichroitische Spiegelfläche unter einen kleineren Winkel als 45° gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts auszurichten. Je kleiner dieser Winkel ist, desto einfacher lässt sich die gewünschte scharfe Trennung der Spektralbereiche mit einer Schichtstruktur, wie sie üblicherweise zur Realisierung einer dichroitischen Spiegelfläche verwendet wird, erzielen. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung die scharfe Trennung der Spektralbereiche, ohne hierzu weitere optische Bauelemente wie z. B. einen Infrarot-Sperrfilter vorsehen zu müssen. Diese scharfe Trennung ist insbesondere für Fluoreszenzanwendungen an lebenden Zellen notwendig, wo höchstempfindliche Kameras eingesetzt werden. Restlicht aus anderen Spektralbereichen würde hier als sehr störende Untergrundstrukturen wahrnehmen werden.
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Indem die Erfindung vorsieht, die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche unter einem kleineren Winkel als üblich gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts auszurichten, ist es auch möglich, die gewünschte Polarisationsneutralität der dichroitischen Spiegelfläche zu gewährleisten. Damit ist das erfindungsgemäße Mikroskop besonders gewinnbringend in sämtlichen polarisationsoptischen Anwendungen, z. B. in dem DIC-Verfahren, verwendbar.
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Die erfindungsgemäße Ausrichtung der dichroitischen Spiegelfläche bewirkt ferner, dass die Ausdehnung der Spiegelfläche längs der optischen Achse des Strahlengangs kleiner ist, als dies bei der herkömmlichen 45°-Anordnung der Fall ist. Damit erfordert die dichroitische Spiegelfläche längs der optischen Achse einen geringeren Bauraum als in der 45°-Anordnung. Dies begünstigt einen besonders kompakten Mikroskopaufbau, was sich insbesondere bei der Dimensionierung des abstandssensiblen Bereichs zwischen der Objektivoptik und der Tubuslinse, in dem sich die dichroitische Strahlteileranordnung üblicherweise befindet, vorteilhaft auswirkt.
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Soll die dichroitische Spiegelfläche so ausgebildet sein, dass sie zur Erhöhung der Anwendungsflexibilität in den Strahlengang einbringbar und aus diesem entfernbar ist, so wird durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Spiegelfläche der Versatz der optischen Achse des Strahlengangs verringert, der zwischen den beiden Betriebszuständen auftritt, in denen die Spiegelfläche in dem Strahlengang angeordnet bzw. aus diesem entfernt ist. Außerdem wirkt sich auch hier der geringere Bauraum längs der optischen Achse günstig aus.
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In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Flächennormale der dichroitischen Spiegelfläche gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnittes im Vergleich zu der üblicherweise verwendeten 45°-Anordnung nur halb so stark geneigt. Eine solche Anordnung unter 22,5° hat sich insbesondere im Hinblick auf die gewünschte scharfe Trennung der Spektralbereiche als auch im Hinblick auf die gewünschte Polarisationsneutralität als günstig erwiesen.
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Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Lösung nicht genau auf die vorstehend genannte 22,5°-Anordnung beschränkt ist. Demnach kann der Winkel, unter dem die dichroitische Spiegelfläche gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Strahlengangabschnitts angeordnet ist, in einem Toleranzbereich von ±7,5° variiert werden. Damit ist immer noch sichergestellt, dass er kleiner als der üblicherweise vorgesehene Winkel von 45° ist. Somit werden die beabsichtigten technischen Wirkungen, nämlich ein reduzierter Strahlversatz, eine scharfe Trennung der Spektralbereiche und/oder eine weitgehende Polarisationsneutralität erzielt.
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Vorzugsweise ist genau ein weiterer Spiegel vorgesehen. Die erfindungsgemäße Strahlteileranordnung besteht in diesem Fall nur aus zwei Spiegelflächen, wodurch der optische Aufbau einfach gehalten werden kann.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Mikroskop eine Stellvorrichtung zum Entfernen und Einbringen der dichroitischen Spiegelfläche aus dem bzw. in den Strahlengangabschnitt auf. Dadurch wird die Anwendungsflexibilität des Mikroskops erhöht.
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Während die dichroitische Spiegelfläche in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gleichsam als schaltbare Teilerfläche ausgebildet ist, d. h. je nach Anwendung in den Strahlengangabschnitt eingebracht und aus diesem entfernt werden kann, ist es vorteilhaft, den weiteren Spiegel fest in dem Mikroskop anzubringen, z. B. in dessen Stativ. Dies ist möglich, da sich der weitere Spiegel außerhalb des gemeinsamen Strahlengangabschnitts befindet. In einem Betriebszustand, in dem die dichroitische Spiegelfläche aus dem Strahlengangabschnitt entfernt ist, ist somit auch der weitere Spiegel funktionslos.
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Es ist ein Autofokusmodul mit einer Autofokus-Lichtquelle vorgesehen, die Autofokus-Licht auf die Strahlteileranordnung aussendet. Diese Ausführung kann beispielsweise in der Weise realisiert sein, dass die dichroitische Spiegelfläche, die ansonsten aus dem Strahlengangabschnitt entfernt ist, zur Inbetriebnahme des Autofokusmoduls in den Strahlengangabschnitt eingebracht wird. Die Autofokus-Lichtquelle des Autofokusmoduls sendet dabei vorzugsweise den Reflexions-Teilstrahl in Form von Licht aus, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die dichroitische Spiegelfläche in einem Unendlichstrahlengang angeordnet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die dichroitische Spiegelfläche als schaltbares Element ausgeführt sein soll, d. h. je nach Anwendung in den Strahlengangabschnitt eingebracht oder aus diesem entfernt wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung mit Komponenten eines Mikroskops, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
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2 eine schematische Darstellung der in dem Mikroskop nach 1 vorgesehenen dichroitischen Strahlteileranordnung;
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3 eine schematische Darstellung eines Mikroskops als Vergleichsbeispiel;
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4 eine schematische Darstellung der in dem Mikroskop nach 3 verwendeten dichroitischen Strahlteileranordnung;
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5 einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission der in dem Mikroskop nach 1 verwendeten dichroitischen Spiegelfläche zeigt;
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6a einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission einer im Stand der Technik verwendeten dichroitischen Spiegelfläche als Vergleichsbeispiel zeigt;
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6b einen Graphen, der die wellenlängenabhängige Transmission eines im Stand der Technik verwendeten Infrarot-Sperrfilters zeigt; und
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7 einen Graphen, der die Winkelabhängigkeit der Polarisationsneutralität am Beispiel der Reflexion an einer Glasplatte veranschaulicht.
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1 zeigt ein Mikroskop 10, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Dabei sind in 1 nur Komponenten des Mikroskops 10 dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
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Das Mikroskop 10 nach 1 umfasst eine Objektivoptik 12, die aus mehreren Linsengruppen 14, 16, 18 und 20 gebildet ist. Die Objektivoptik 12 dient dazu, eine Probe 22 über eine Tubuslinse 24 in eine Zwischenbildebene 26 abzubilden.
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Das Mikroskop 10 umfasst ferner ein Autofokusmodul 28, das die Funktion hat, die Objektivoptik 12 in an sich bekannter Weise auf die Probe 22 zu fokussieren. Das Autofokusmodul 28 hat eine Laserlichtquelle 30, die einen Reflexions-Teilstrahl 32 aussendet, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt. Der von der Laserlichtquelle 30 ausgesendete Reflexions-Teilstrahl 32 tritt durch ein Sperrfilter 34, der diejenigen Spektralanteile des Reflexions-Teilstrahls 32 ausfiltert, die im sichtbaren Wellenlängenspektrum liegen. Der Reflexions-Teilstrahl 32 tritt dann durch eine Kollektorlinse 31 und eine Feldlinse 36 und wird an einem Spiegelelement 38 in ein optisches Übertragungssystem 40 reflektiert, das aus mehreren Linsengruppen 42, 44, 46 und 48 sowie einer Blende 50 gebildet ist.
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Nach Durchtritt durch das optische Übertragungssystem 40 fällt der Reflexions-Teilstrahl 32 auf eine dichroitische Strahlteileranordnung 52, die aus einer dichroitischen Spiegelfläche 54 und einem Spiegel 56 gebildet ist. Die dichroitische Strahlteileranordnung 52 ist in 2 nochmals genauer dargestellt. Wie in 2 gezeigt, ist die dichroitische Spiegelfläche 54 als Schichtstruktur auf einer transparenten, planparallelen Trägerplatte 58 aufgebracht. Der totalreflektierende Spiegel 56 ist auf einer weiteren planparallelen Trägerplatte 60 vorgesehen.
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Der Reflexions-Teilstrahl 32 wird zunächst an dem Spiegel 56 und anschließend an der dichroitischen ersten Spiegelfläche 54 reflektiert. Während der Spiegel 56 totalreflektierend ausgebildet ist, ist die dichroitische Spiegelfläche 54 beispielsweise in Form einer Schichtstruktur so ausgeführt, dass sie den Reflexions-Teilstrahl 32, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt, reflektiert, während sie Licht, dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt, transmittiert.
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Nach Reflexion an der dichroitischen Spiegelfläche 54 gelangt der Reflexions-Teilstrahl 32 in die Objektivoptik 12 und wird von dieser auf die Probe 22 fokussiert. Der an der Probe 22 reflektierte Teil des Reflexions-Teilstrahls 32 gelangt über die Objektivoptik 12 zurück zu der dichroitischen Spiegelfläche 54, die den Reflexions-Teilstrahl 32 auf die zweite Spiegelfläche 56 umlenkt. Diese reflektiert den Reflexions-Teilstrahl 32 zurück in das Übertragungssystem 40. Der Reflexions-Teilstrahl 32 wird dann an dem Spiegelelement 38 mittels Pupillenteilung reflektiert und durch einen Filter 62 auf den Detektor 64 abgebildet. Der Filter 62 und der Detektor 64 sind Teil des Autofokusmoduls 28. Letzteres wertet ein Signal, das der Reflexions-Teilstrahl 32 auf dem Detektor 64 erzeugt, aus und steuert über dieses Signal eine Fokussiereinrichtung, um die Objektivoptik 12 auf die Probe 22 scharf zu stellen. Die für diese Ansteuerung vorgesehenen Komponenten sind in 1 weggelassen.
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Der Reflexions-Teilstrahl 32 breitet sich in dem Mikroskop 10 längs eines Reflexionsstrahlengangs aus, der in 1 allgemein mit 66 bezeichnet ist. Demgegenüber breitet sich das von der Probe 22 kommende Detektionslicht, das über die Objektivoptik 12 und die Tubuslinse 24 auf die Zwischenbildebene 26 geleitet wird, in Form eines Transmissions-Teilstrahls 68 längs eines in 1 mit 70 bezeichneten Transmissionsstrahlengangs aus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll die Wellenlänge dieses Transmissions-Teilstrahls im sichtbaren Wellenlängenspektrum liegen. Demgemäß ist die dichroitische Spiegelfläche 54 so ausgebildet, dass sie Licht, dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt, transmittiert.
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Der Reflexionsstrahlengang 66 und der Transmissionsstrahlengang 70 weisen zwischen der dichroitischen Spiegelfläche 54 und der Probe 22 einen in 1 mit 72 bezeichneten gemeinsamen Strahlengangabschnitt mit einer optischen Achse O auf. Wie in 2 gezeigt, steht die optische Achse O dieses gemeinsamen Strahlengangabschnitts 72 so auf der dichroitischen Fläche 54, dass sie mit deren Flächennormalen N1 einen Winkel β von 22,5° aufweist. Entsprechend schließt die in 2 mit N2 bezeichnete Flächennormale der zweiten Spiegelfläche 56 mit der Einfallsrichtung des auf sie fallenden Reflexions-Teilstrahls 32 ebenfalls einen Winkel von 22,5° auf, der in 2 mit γ bezeichnet ist. Da an den Spiegelflächen 54 und 56 jeweils der Lichteinfallswinkel gleich dem Lichtausfallswinkel ist, reflektiert die dichroitische Strahlteileranordnung 52 den in sie eintretenden Reflexions-Teilstrahl 32 insgesamt um einen Ablenkungswinkel α = 90° gegenüber einem Beleuchtungsstrahlengang, der in 2 von unten auf den Spiegel 56 gerichtet ist.
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Da die von der dichroitischen Spiegelfläche 54 bewirkte Reflexion des Reflexions-Teilstrahls 32 in die Objektivoptik 12 nur während des Betriebs des Autofokusmoduls 28 benötigt wird, ist die Trägerplatte 58, auf der sich die dichroitische Spiegelfläche 54 befindet, aus dem Reflexionsstrahlengang 66 entfernbar. Hierzu ist eine in 1 rein schematisch dargestellte Stellvorrichtung 74 vorgesehen. Ist die Trägerplatte 58 aus dem Reflexionsstrahlengang entfernt, so wird der Reflexions-Teilstrahl 32 nicht in die Objektivoptik 12 eingekoppelt. Demgegenüber ist die Trägerplatte 60, auf der sich die zweite Spiegelfläche 56 befindet, fest in dem Mikroskop 10 angebracht.
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In den 3 und 4 ist ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel dargestellt, wie es üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird. Dabei sind in den 3 und 4 Komponenten, die mit den Komponenten des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Vergleichsbeispiel nach den 3 und 4 im Wesentlichen durch die dichroitische Strahlteileranordnung 52. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert, ist es in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch das Vorsehen des Spiegels 56 möglich, die dichroitische Spiegelfläche 54 so in dem Reflexionsstrahlengang 66 anzuordnen, dass ihre Flächennormale N1 (nur) den Winkel β = 22,5° mit der optischen Achse O des gemeinsamen Strahlengangabschnittes 72 einschließt. Demgegenüber ist in dem Vergleichsbeispiel lediglich eine einzige Spiegelfläche, nämlich die mit 54' bezeichnete dichroitische Spiegelfläche vorgesehen. Um den Ablenkwinkel α = 90° zu realisieren, ist diese dichroitische Spiegelfläche 54' in dem Reflexionsstrahlengang 66 so angeordnet, dass ihre Flächennormal N'1 einen Winkel β' = 45° mit der optischen Ache O des gemeinsamen Strahlengangabschnittes 72 einschließt. Dies entspricht der eingangs erläuterten, im Stand der Technik üblichen 45°-Anordnung.
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Wie ein Vergleich der 2 und 4 zeigt, hat die in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel angewandte 22,5°-Anordnung den Vorteil eines geringeren Strahlversatzes x, der zwischen den beiden Betriebszuständen auftritt, in denen die Trägerplatte 58 bzw. 58' in dem Reflexionsstrahlengang 66 angeordnet bzw. aus diesem entfernt ist. Um die Größe dieses jeweiligen Strahlversatzes zu veranschaulichen, sei rein beispielhaft angenommen, dass die jeweilige Trägerplatte 58 bzw. 58' eine aus BK7 bestehende Platte der Dicke 2 mm ist. In diesem Beispiel verringert sich der Strahlversatz von 0,67 mm in der 45°-Anordnung auf 0,28 mm in der erfindungsgemäßen 22,5°-Anordnung.
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Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung veranschaulichen die 5, 6a und 6b. So zeigt 5 ein Beispiel für die wellenlängenabhängige Transmission der dichroitischen Spiegelfläche 54 in der erfindungsgemäßen 22,5°-Anordnung, die dem entsprechenden Graphen nach 6a gegenüberzustellen ist, der die Transmission der dichroitischen Spiegelfläche 54' in der üblichen 45°-Anordnung zeigt (vgl. 4). Wie aus dem Vergleich der 5 und 6a deutlich wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung eine deutlich schärfere Trennung der betrachteten Spektralbereiche, in diesem Ausführungsbeispiel des sichtbaren Bereichs und des Infrarotbereichs. Demzufolge ist in der üblichen 45°-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54' häufig ein Infrarot-Sperrfilter nachgeordnet, dessen wellenlängenabhängige Transmission in 6b dargestellt ist. Ein solches Filter ist in dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mehr erforderlich.
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Schließlich ist in 7 veranschaulicht, wie sich die Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54 in dem Reflexionsstrahlengang 66 auf die Polarisationsneutralität auswirkt. Hierzu sind in 7 die Reflexionsgrade RS und RP für die Reflexion von senkrecht bzw. parallel polarisiertem Licht an einer Glasplatte dargestellt, die eine Brechzahl von 1,5 aufweist. Wie der Graph nach 7 zeigt, weichen die beiden Reflexionsgrade RS und RP umso stärker voneinander ab, je größer der Ablenkwinkel α wird. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße 22,5-Anordnung der dichroitischen Spiegelfläche 54 im Hinblick auf die Polarisationsneutralität deutlich besser als die herkömmliche 45°-Anordnung.
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Wie schon weiter oben erwähnt, ist die erfindungsgemäße Lösung nicht auf die in dem konkret beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehene 22,5°-Anordnung beschränkt ist. Der Winkel, unter dem die Flächennormale N1 der dichroitischen Spiegelfläche 54 gegenüber der optischen Achse O des gemeinsamen Strahlengangabschnitts 72 angeordnet ist, kann auch in einem Bereich von ±7,5° ein anderer sein, sofern er hinreichend klein ist, um die angestrebten technischen Wirkungen, nämlich einen reduzierten Strahlversatz, eine scharfe Trennung der Spektralbereiche und/oder weitgehende Polarisationsneutralität, zu erzielen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mikroskop
- 12
- Objektivoptik
- 14, 16, 18, 20
- Linsengruppen
- 22
- Probe
- 24
- Tubuslinse
- 26
- Zwischenbildebene
- 28
- Autofokusmodul
- 30
- Laserlichtquelle
- 31
- Kollektorlinse
- 32
- Reflexions-Teilstrahl
- 34
- Sperrfilter
- 36
- Feldlinse
- 38
- Spiegelelement
- 40
- optisches Übertragungssystem
- 42, 44, 46, 48
- Linsengruppen
- 50
- Blende
- 52
- dichroitische Strahlteileranordnung
- 54
- dichroitische erste Spiegelfläche
- 56
- zweite Spiegelfläche
- 58, 60
- Trägerplatten
- 62
- Filter
- 64
- Detektor
- 66
- Reflexionsstrahlengang
- 68
- Transmissions-Teilstrahl
- 70
- Transmissionsstrahlengang
- 72
- gemeinsamer Strahlengangabschnitt
- 74
- Stellvorrichtung
- N1, N2
- Flächennormale
- α, β, γ
- Winkel
- x
- Strahlversatz
- O
- optische Achse
