DE102016116620B3

DE102016116620B3 - Strahlführungseinheit und System aus Strahlführungseinheiten sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102016116620B3
Application number: DE102016116620.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Fritz Jikeli; Dagmar Wachten
Original assignee: Stiftung Caesar Center of Advanced European Studies and Research
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-09-07

Abstract

Strahlführungseinheit, insbesondere zum Einsatz in mikroskopischen Vorrichtungen, umfassend eine äußere Linsenanordnung, die eine Eingangs- und eine Ausgangslinse in Strahlrichtung eines Ursprungstrahls aufweist, wobei der Ursprungsstrahl von einer Probe kommend durch die Eingangslinse der äußeren Linsenanordnung läuft, eine erste Strahlteilungseinheit, die den Ursprungsstrahl in zumindest zwei Teilstrahlen aufteilt, wobei die Weglängen der Teilstrahlen zwischen der Eingangs- und der Ausgangslinse verschieden lang sind, ein in Strahlrichtung hinter der ersten Strahlteilungseinheit und vor der Ausgangslinse angeordneter innerer Linsensatz, wobei jeder Teilstrahl eine ihm zugeordnete Linse des inneren Linsensatzes durchläuft und die Teilstrahlen die in Strahlrichtung hinter dem inneren Linsensatz angeordnete Ausgangslinse der äußeren Linsenanordnung durchlaufen, wobei die Brennweite zumindest einer der Linsen verstellbar ist, und wobei eine Verstellung der Brennweite zu einer Verlagerung von Fokusebenen der beleuchteten Probe führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlführungseinheit, insbesondere zum Einsatz in mikroskopischen Vorrichtungen für Holographie- und Multifokalaufnahmen, umfassend eine äußere Linsenanordnung, die eine Eingangs- und eine Ausgangslinse in Strahlrichtung eines Ursprungsstrahls aufweist, wobei der Ursprungsstrahl im Strahlengang des Mikroskops von einer Probe kommend durch die Eingangslinse der äußeren Linsenanordnung läuft. Zudem umfasst die Strahlführungseinheit eine erste Strahlteilungseinheit, die den Ursprungsstrahl in zumindest zwei Teilstrahlen aufteilt, wobei die optischen Weglängen der Teilstrahlen zwischen der Eingangslinse und der Ausgangslinse verschieden lang ausgebildet sind. Ferner umfasst die Strahlführungseinheit einen in Strahlrichtung hinter der ersten Strahlteilungseinheit und vor der Ausgangslinse angeordneten inneren Linsensatz, wobei jeder Teilstrahl eine ihm zugeordnete Linse des inneren Linsensatzes durchläuft und die Teilstrahlen danach die in Strahlrichtung hinter dem Linsensatz angeordnete Ausgangslinse der äußeren Linsenanordnung durchlaufen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System aus mehreren Strahlführungseinheiten, wobei die äußere Linsenanordnung eine gemeinsame Eingangslinse der Strahlführungseinheiten für den Ursprungsstrahl und mehrere Ausgangslinsen für die in den Strahlführungseinheiten erzeugten Teilstrahlen aufweist, wobei zumindest eine zweite Strahlteilungseinheit in Strahlrichtung hinter der gemeinsamen Eingangslinse angeordnet ist und den Ursprungsstrahl in initiale Teilstrahlen aufteilt. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Strahlführungseinheit bzw. des Systems aus mehreren Strahlführungseinheiten zur Verlagerung von Fokusebenen für dreidimensionale Bildaufnahmen eines Mikroskops.
Um dreidimensionale Bildinformationen über eine biologische Probe oder andere nicht-biologische Proben zu gewinnen, werden in der Mikroskopie unter anderem Holographieaufnahmen und/oder Multifokalaufnahmen verwendet. In der Praxis werden holographische Aufnahmetechniken verwendet bei denen die Probe in einem Mikroskop durchleuchtet wird. Durch die Verwendung einer kohärenten Lichtquelle zur Durchleuchtung entstehen so genannte Interferenzbeugungsmuster aus denen die dreidimensional Informationen der Probe rekonstruierbar sind. Bevorzugt wird hierbei Weißlicht, Licht mit einer definierten Wellenlänge oder Licht mit mehreren definierten Wellenlängen verwendet. Der Ursprungsstrahl durchläuft die Probe, wodurch der Ursprungsstrahl in einen dreidimensionalen Informationsstrahl umgewandelt wird. Dieser dreidimensionale Informationsstrahl wird in einem Bildaufnahme-System in einer einzigen Fokusebene, insbesondere auf einem CCD-Chip einer Kamera, aufgezeichnet.
Bei denen im Stand der Technik bekannten holographischen Aufnahmeverfahren bzw. holographischen Aufnahmevorrichtungen ist es nachteilig nur schwer möglich die dreidimensionale Informationen eines schwach-streuenden Objekts innerhalb der Probe zu rekonstruieren, wenn sich dieses schwach-streuende Objekt räumlich nahe an einem stark-streuenden Objekt innerhalb der Probe befindet, da das Signal des schwach-streuenden Objekts von dem Signal des stark-streuenden Objekts quasi überlagert wird.
Bei den in der Praxis bekannten Multifokalaufnahmen werden zeitgleich mehrere Fokusebenen der beleuchteten Probe in einem Bildaufnahme-System, insbesondere auf CCD-Chips von Kameras, aufgezeichnet. Hierfür wird der Ursprungsstrahl, der von der beleuchteten Probe mittels Reflexion ausgeht in zumindest zwei räumlich voneinander getrennte Teilstrahlen aufgeteilt, sodass die Teilstrahlen auf verschiedene Bereiche des CCD-Chips oder auf jeweils einem separaten CCD-Chip aufgezeichnet werden können.
Eine gleichzeitige Aufnahme mehrerer Fokusebenen wird dadurch erreicht, dass die Teilstrahlen entlang optischer Pfade mit verschiedenen Wellenlängen geführt werden, was gemäß der Linsengleichung 1/b + 1/g = 1/f zu einer räumlichen Verschiebung der Fokusebenen führt, wobei b = Bildweite, g = Gegenstandsweite und f = Brennweite der Linse ist. Wird die Bildweite einer der Teilstrahlen verändert, so folgt eine Veränderung der Gegenstandsweite, also de facto eine Bildaufnahme einer anderen Fokusebene der Probe als bei Teilstrahlen mit einer anderen Bildweite.
DE 10 2010 049 751 A1 zeigt einen optischen Strahlteiler zum Einsatz im Strahlengang eines Lichtmikroskops, wobei ein Ursprungsstrahl in ein monolithisches Grundmodul eintritt und beim Austritt in zwei räumlich getrennte parallele Teilstrahlen aufgeteilt ist, wobei die Teilstrahlen innerhalb des Grundmoduls verschiedene optische Weglänge zurücklegen, sodass zeitgleich zumindest zwei Fokusebenen der Probe auf dem CCD-Chip der Kamera detektierbar sind. Nachteilig ist keine Möglichkeit offenbart, einen Abstand der Fokusebenen flexibel zu verändern.
Die WO 2009/146016 A1 zeigt ein Verfahren zur simultanen Aufnahme zweier Fokusebenen, bei dem über einen Strahlteiler der Ursprungsstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Beide Teilstrahlen fallen auf einen CCD-Chip. Ein Teilstrahl wird im Strahlteiler umgelenkt und von einem Spiegel auf den CCD-Chip reflektiert. Die Teilstrahlen werden somit über verschiedene Länge auf den CCD-Chip gelenkt. Durch die unterschiedliche optische Weglänge könne zwei Fokusebenen nebeneinander mit dem CCD-Chip aufgenommen werden. Für eine vollständige Aufnahme eines 3D-Datensatzes müssen jedoch mehr als zwei Fokusebenen aufgenommen werden, was mit dem dargestellten Verfahren nachteilig nicht möglich ist.
Ferner ist der dargestellte optische Aufbau nur auf das in der WO 2009/146016 A1 dargestellte Mikroskopsystem abgestimmt und kann nicht als einfache Erweiterung auf verschiedene Standardmikroskope angebracht werden, um diese mit 3D-Funktionalitäten zu erweitern. Nachteilig ist kein System bekannt, welches einen einfachen Wechsel zwischen Holographieaufnahmen und Multifokalaufnahmen ermöglicht. Beide Aufnahmeverfahren ergänzen sich auf vorteilhafte Weise und können dadurch Forschern Einblicke in die Strukturen biologischer Proben gewähren, die unter Verwendung nur eines der Aufnahmeverfahren nicht möglich sind.
Die US 2014/0252200 A1 zeigt ein System mit einem Mikroskop, mit dem eine dreidimensionale Probe in unterschiedlichen Schichten aufgenommen werden kann.
Die DE 10 2006 018 302 A1 offenbart ein Laser-Scanning-Mikroskop mit einer Einheit, die ein Laserstrahlenbündel in einen vorbestimmten Bereich einer zu untersuchenden Probe fokussiert.
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, eine Strahlführungseinheit anzugeben, die auf einfache Weise an Standardmikroskope anschließbar ist und die Möglichkeit bietet auf einfache und schnelle Art Fokusebenen im Strahlengang zu verschieben, wodurch ein einfacher Wechsel von Holographieaufnahmen und Multifokalaufnahmen ermöglicht wird. Zugleich ist es eine Aufgabe, ein System von Strahlführungseinheiten anzugeben, das einen Einsatzbereich der Strahlführungseinheiten zusätzlich erweitert. Ferner ist es eine Aufgabe, eine Verwendung der Strahlführungseinheit bzw. des Systems von Strahlführungseinheiten anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Ansprüche 1, 9 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den jeweiligen Unteransprüchen genannt. Der Kerngedanke der Erfindung basiert darauf, dass die Brennweite zumindest einer der Linsen verstellbar ist, und dass eine Verstellung der Brennweite zu einer Verlagerung von Fokusebenen der beleuchteten Probe führt. Ist die äußere Linsenanordnung mit der inneren Linsenanordnung derart abgestimmt, dass die Teilstrahlen in Strahlrichtung nach dem Austreten aus der Ausgangslinse in eine gemeinsame Fokusebene, die senkrecht zur Strahlrichtung angeordnet ist, scharf fokussiert werden, so sind in dieser Anordnung Holographieaufnahmen möglich. Wird nun die Brennweite einer der Linsen verstellt folgt, gemäß der Linsengleichung, da die Teilstrahlen unterschiedliche optische Weglängen aufweisen, dass die Fokalebenen der Teilstrahlen innerhalb der Probe zueinander verschoben werden. In diesem Zustand sind nun Multifokalaufnahmen möglich. Durch die verstellbare Brennweite zumindest einer der Linsen ist ein einfacher Wechsel zwischen Holographieaufnahmen und Multifokalaufnahmen bereitgestellt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Linse der äußeren Linsenanordnung als elektrische Linsen ausgebildet, wobei die Brennweite der elektrischen Linse durch elektrische Signale veränderbar ist. Elektrische Linsen, deren Brennweite mittels elektrischer Signale verstellbar ist, sind kommerziell erwerbbar und bieten die Möglichkeit, die Brennweite einer Linse schnell und effizient zu ändern ohne eine erste Linse mit fester Brennweite durch eine andere Linse mit fester Brennweite auszutauschen zu müssen. Die Eigenschaften der elektrischen Linse können durch Testmessungen kalibriert werden, sodass im Prinzip zwischen beliebig vielen Brennweiten bei Bedarf gewählt werden kann. Zweckmäßigerweise wird die Eingangslinse der hinteren Linsenanordnung als elektrische Linse ausgebildet.
Die Aufgabe der Eingangslinse der äußeren Linsenanordnung ist es nämlich zum einen das Licht der Probe einzufangen und zum anderen dieses eingefangene Licht ins Unendliche zu fokussieren und in parallele Strahlenbündel umzuwandeln. Parallele Strahlenbündel können vorteilhaft durch den Strahlengang des Mikroskops geführt werden. Dies bedeutet, dass bei einer Verstellung der Brennweite der Eingangslinse der äußeren Linsenanordnung quasi nur die Fokusebene in der Probe verschoben wird und der Ursprungsstrahl, welcher von der Probe in die Eingangslinse einläuft, weiterhin quasi ins Unendliche fokussiert wird. Hieraus folgt, dass die Teilstrahlen mit sehr ähnlichen optischen Eigenschaften auf die Ausgangslinse treffen, unabhängig von einer veränderten Brennweite der Eingangslinse. Im Ergebnis werden die Teilstrahlen auch bei einer veränderten Brennweite der Eingangslinse scharf auf den CCD-Chip der Kamera fokussiert, wohingegen die Teilstrahlen zeitgleich verschiedene Fokusebenen innerhalb der Probe abgreifen.
Zweckmäßigerweise ist zumindest eine Linse des inneren Linsensatzes als elektrische Linsen ausgebildet, wobei die Brennweite der elektrischen Linse durch elektrische Signale veränderbar ist. Ist eine der Linsen des inneren Linsensatz als elektrische Linsen ausgebildet, ist hierdurch eine Möglichkeit bereitgestellt, eine Brennweitenveränderung noch auszugestalten und bei den Ausfall anderer elektrischer Linsen zu kompensieren.
Vorzugsweise ist eine Wellenlängenfilteranordnung in die erste Strahlteilungseinheit einbringbar, wobei jeder Teilstrahl einen ihm zugeordneten Wellenlängenfilter der Wellenlängenfilteranordnung durchläuft. Hierdurch ist eine Möglichkeit bereitgestellt, für jeden Teilstrahl unerwünschte Wellenlängen bzw. unerwünschte Wellenlängenbänder herauszufiltern.
Bevorzugt weist die erste Strahlteilungseinheit ein Wellenlängenteilungsmodul und ein Intensitätsteilungsmodul auf, wobei das Wellenlängenteilungsmodul den Ursprungsstrahl in Teilstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge aufteilt und das Intensitätsteilungsmodul den Ursprungsstrahl in Teilstrahlen mit geringerer Intensität als den Ursprungsstrahl aufteilt, wobei wahlweise entweder das Wellenlängenteilungsmodul oder das Intensitätsteilungsmodul in den Strahlengang des Ursprungsstrahls verlagerbar ist. Sowohl für die Holographieaufnahmen als auch für die Multifokalaufnahmen werden wahlweise Teilstrahlen verwendet, die nach Wellenlängenbereichen und/oder bzgl. Intensitäten aufgeteilt sind. Indem wahlweise das Wellenlängenteilungsmodul oder das Intensitätsteilungsmodul in den Strahlengang des Ursprungsstrahls verlagerbar ist, ist eine einfach Möglichkeit geschaffen, zwischen beiden Alternativen gewählt werden, ohne dass Umbauten des Mikroskops dafür notwendig sind. Vorteilhaft können über ein Steuerungsmodul Signale an eine mechanische Einheit gesendet werden, die die erste Strahlteilungseinheit im Strahlengang verfährt, sodass entweder das Intensitätsteilungsmodul oder das Wellenlängenteilungsmodul in den Strahlengang verlagert wird.
In einer bevorzugten Ausführung weist das Intensitätsteilungsmodul einen 50/50 Strahlteiler und einen ersten Ablenkspiegel auf. Hierbei stellt der 50/50 Strahlteiler sicher, dass zwei Teilstrahlen mit gleicher Intensität erzeugt werden, wobei der 50/50 Strahlteiler einen ersten in ihm erzeugten Teilstrahl entlang der ursprünglichen Strahlrichtung des Ursprungsstrahls passieren lässt, wobei ein zweiter im 50/50 Strahlteiler erzeugter Teilstrahl vorteilhaft um 90° zur ursprünglichen Strahlrichtung auf den ersten Ablenkspiegel abgelenkt wird, wobei der erste Ablenkspiegel den zweiten Teilstrahl wiederum um 90° ablenkt, sodass dieser nach der Reflexion durch den Spiegel parallel zu dem ersten Teilstrahl verläuft. Der zweite Teilstrahl legt hierbei einen längeren optischen Weg zurück, was eine notwendige Voraussetzung zum Erzeugen der verschiedenen Fokusebenen durch ein Abändern der Brennweite einer der Linsen ist.
Zweckmäßigerweise weist das Wellenlängenteilungsmodul einen dichroitischen Spiegel und einen zweiten Ablenkspiegel auf. Der dichroitischen Spiegel teilt den Ursprungsstrahl in einen ersten Teilstrahl und einen zweiten Teilstrahl mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen auf, wobei der erste Teilstrahl den dichroitischen Spiegel in Strahlrichtung des Ursprungsstrahls verlässt und der zweite Teilstrahl in einem 90° Winkel zum Ursprungsstrahl auf den zweiten Ablenkspiegel gelenkt wird, wobei der zweite Ablenkspiegel den zweiten Teilstrahl wiederum um 90° reflektiert, sodass der zweite Teilstrahl parallel zum ersten Teilstrahl verläuft. Durch die Ablenkungen des zweiten Teilstrahls durchläuft dieser einen längeren optischen Weg als der erste Teilstrahl.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Strahlführungseinheit eine erste Anschlussschnittstelle zum Anschluss an einen Bildausgang eines Mikroskops auf, wobei die Strahlführungseinheit eine zweite Anschlussschnittstelle für eine Kamera aufweist. Vorteilhaft ist die erste Anschlussschnittstelle so ausgestaltet, dass sie an den Bildausgang eines Standardmikroskops anbringbar ist. Auf diese Art und Weise wird aus einem gewöhnlichen Mikroskop, welches 2D-Aufnahmen erzeugt, ein Mikroskop, dass 3D-Aufnahmen von der Probe generieren kann und diese über die zweite Anschlussschnittstelle mittels Kamera aufzeichnet und für eine spätere Datenanalyse bereitstellt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System aus mehreren Strahlführungseinheiten geschaffen, wobei die äußere Linsenanordnung eine gemeinsame Eingangslinse für den Ursprungsstrahl und mehrere Ausgangslinsen für die erzeugten Teilstrahlen aufweist, wobei zumindest eine zweite Strahlteilungseinheit in Strahlrichtung hinter der gemeinsamen Eingangslinse angeordnet ist und den Ursprungsstrahl in initiale Teilstrahlen aufteilt, wobei die Brennweite von zumindest einer der Linsen verstellbar ist. Auf vorteilhafte Weise schafft das System aus mehreren Strahlführungseinheiten die Möglichkeit eine Anzahl an aufzeichenbaren Bildkanälen zu erhöhen, indem die Anzahl der Teilstrahlen zumindest verdoppelt wird. Wahlweise werden mehr Bildkanäle für die Holographieaufnahmen oder die Multifokalaufnahmen, wobei auch kombinierte Multifokal- und Holographieaufnahmen möglich sind. In diesem Fall teilen sich die beiden Aufnahmemethoden die Bildkanäle untereinander auf.
Zweckmäßigerweise umfasst die zweite Strahlteilungseinheit des Systems einen weiteren dichroitischen Spiegel und einen weiteren 50/50 Strahlteiler, wodurch eine Möglichkeit geschaffen ist, den Ursprungsstrahl in zwei initiale Teilstrahl mit verschiedenen Wellenlängen oder in zwei initiale Teilstrahlen mit geringerer Intensität, aber mit der gleichen Wellenlängencharakteristik aufzuteilen.
Bevorzugt ist die zweite Strahlteilungseinheit des Systems im Strahlengang verlagerbar, sodass wahlweise der weitere dichroitische Spiegel oder der weitere 50/50 Strahlteiler in den Strahlengang verlagerbar ist, wobei bevorzugt die zweite Strahlteilungseinheit bei Bedarf komplett aus dem Strahlengang verlagerbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung der Strahlführungseinheit oder des Systems aus mehreren Strahlführungseinheiten zur Verlagerung von Fokusebenen angegeben, insbesondere für dreidimensionale Bildaufnahmen eines Mikroskops, wobei die Brennweite von zumindest einer der Linsen verändert wird.
Bevorzugt wird bei der Verwendung durch die Veränderung der Brennweite ein Wechsel zwischen Multifokalaufnahmen und Holographieaufnahmen ermöglicht. Dies spart Zeit, das Mikroskop nicht mehr aufwändig umgebaut werden muss, wenn von einer Multifokalaufnahme zu einer Holographieaufnahme gewechselt werden soll. Ein solcher Umbau birgt auch die Gefahr, dass das Mikroskop jedes Mal neu kalibriert werden muss, da durch den Umbau sensitive Optiken leicht verstellt werden können.
Zweckmäßiger Weise werden für die Holographieaufnahmen die Fokusebenen der Teilstrahlen auf eine gemeinsame Ebene verlagert. Diese gemeinsame Fokuseben ist senkrecht zu den Teilstrahlen angeordnet und ermöglicht eine scharfe Bildaufzeichnung, wenn bspw. der CCD-Chip der Kamera in diese Fokusebene gesetzt wird.
Bevorzugt wird ein Abstand der Fokusebenen innerhalb der Probe, zwischen denen die dreidimensionale Information der Probe gewonnen wird, bei multifokale Aufnahmen verändert. Dies gewährleistet, dass die Probe mit einer frei wählbaren Tiefenauflösung abtastbar ist.
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1: zeigt eine erfindungsgemäße Strahlführungseinheit in einem ersten Zustand.
2: zeigt eine vergrößerte Darstellung einer ersten Strahlteilungseinheit aus 1.
3: zeigt die Strahlführungseinheit aus 1 in einem zweiten Zustand.
4a: zeigt eine erste Tiefenaufnahme einer Probe aus 1.
4b: zeigt eine zweite Tiefenaufnahme der Probe aus 1.
4c: zeigt eine dritte Tiefenaufnahme der Probe aus 1.
5: zeigt ein erfindungsgemäßes System aus einer Mehrzahl von Strahlführungseinheiten aus 1.
6: zeigt eine vergrößerte Darstellung einer zweiten Strahlteilungseinheit aus 5.
7: zeigt die Strahlführungseinheit aus 1 bzw. das System aus einer Mehrzahl von Strahlführungseinheiten aus 5 bei der Verwendung von mikroskopischen Aufnahmen.
1 zeigt einen Ursprungsstrahl 12, der von einer Probe 14 in Strahlrichtung 12a in eine Strahlführungseinheit 10 eintritt. Die Strahlführungseinheit 10 umfasst eine erste Strahlteilungseinheit 22 und eine äußere Linsenanordnung 18, wobei die äußere Linsenanordnung 18 eine Eingangslinse 18a und eine Ausgangslinse 18b aufweist. Der Ursprungsstrahl 12 verläuft in Strahlrichtung 12a zunächst durch die Eingangslinse 18a und tritt danach in die Strahlteilungseinheit 22 ein, wobei in der ersten Strahlteilungseinheit 22 aus dem Ursprungsstrahl 12 Teilstrahlen 26 mit jeweils geringerer Intensität als der Ursprungsstrahl 12 erzeugt werden. Bevorzugt ist die Summe der Intensität der Teilstrahlen 26 gleich der Intensität des Ursprungsstrahls 12. Vermittels des Strahlteilungsmoduls 22 ist die Anzahl der erzeugten Teilstrahlen 26 variabel ausgestaltbar, sodass zwei, drei, vier, fünf, sechs oder noch mehr Teilstrahlen 26 erzeugbar sind.
Vorliegend werden durch die Strahlteilungseinheit 22 aus dem Ursprungsstrahl 18 zwei Teilstrahlen 26a, b erzeugt. Innerhalb der Strahlteilungseinheit 22 verlaufen die Teilstrahlen 26a, b unterschiedlich lange optische Pfade und werden hierdurch räumlich voneinander getrennt. Die Teilstrahlen 26a, b durchlaufen nach dem Austritt aus der ersten Strahlteilungseinheit 22 in Strahlrichtung 12a die Ausgangslinse 18b. Die Ausgangslinse 18b fokussiert den Teilstrahl 26a auf den Brennpunkt 30a und den Teilstrahl 26b auf den Brennpunkt 30b. In 1 sind die Brennpunkte 30a, b unterschiedlich weit von der Ausgangslinse 18b entfernt und weisen daher einen Versatz 34 in Strahlrichtung 12a auf. Bevorzugt ist die Eingangslinse 18a so angeordnet, dass der Ursprungsstrahl 12 mittig durch ihre optische Achse verläuft und ferner bevorzugt ist die Ausgangslinse 18b so angeordnet, dass die Teilstrahlen 26a, b symmetrisch um ihre optische Achse verlaufen. Die Eingangslinse 18a und die Ausgangslinse 18b sind jeweils als elektrische Linsen ausgebildet. Elektrische Linsen sind Stand der Technik und bieten den Vorteil, dass ihre Brennweite mittels elektrischer Signale veränderbar ist. Die elektrischen Signale werden vorliegend durch das Steuermodul 19 generiert und an die elektrisch verstellbaren Linsen 18a, b gesendet.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der ersten Strahlteilungseinheit 22 aus 1. Die erste Strahlteilungseinheit 22 weist ein Intensitätsteilungsmodul 38 und ein Wellenlängenteilungsmodul 42 auf. Wahlweise ist das Intensitätsteilungsmodul 38 oder das Wellenlängenteilungsmodul 42 in den Strahlengang des Ursprungsstrahls 12, bevorzugt über einen mechanischen Schlitten, verlagerbar. Zweckmäßigerweise können zudem sowohl das Wellenteilungsmodul 42 als auch das Intensitätsteilungsmodul 38 komplett aus dem Strahlengang ausgebracht werden. Das Intensitätsteilungsmodul 38 weist einen 50/50 Strahlteiler 39 und einen ersten Ablenkspiegel 40 auf, die beide in einem Winkel von 45° zur Strahlrichtung 12a des Ursprungsstrahls 12 angeordnet sind. Bezüglich der Strahlrichtung 12a des Ursprungsstrahls 12 ist der erste Ablenkspiegel 40 um 90° transversal versetzt zum Strahlteiler 39 angeordnet. Das Wellenlängenteilungsmodul 42 weist einen dichroitischen Spiegel 43 und einen zweiten Ablenkspiegel 44 auf, die ebenfalls beide in einem Winkel von 45° zum Ursprungsstrahl 12 angeordnet sind. Bezüglich der Strahlrichtung 12a des Ursprungsstrahls 12 ist der zweite Ablenkspiegel 44 um 90° transversal versetzt zum dichroitischen Spiegel 43 angeordnet.
Im Strahlengang, wahlweise hinter dem Wellenlängenteilungsmodul 42 und/oder hinter dem Intensitätsteilungsmodul 38, befindet sich eine Wellenlängenfilteranordnung 46, wobei bevorzugt jeweils einer der Teilstrahlen 26a, b durch einen eigenen Wellenlängenfilter verläuft. Zudem weist die erste Strahlteilungseinheit 22 einen inneren Linsensatz 48 auf, welcher in Strahlrichtung 12a nach Wellenlängenfilteranordnung 46 angeordnet ist, wobei der erste Teilstrahl 26a die erste innere Linse 48a und der zweite Teilstrahl 26b die zweite innere Linse 48b durchquert. Alternativ kann der innere Linsensatz 48 auch in Strahlrichtung 12a hinter und außerhalb der ersten Strahlteilungseinheit 22 im Strahlengang der Teilstrahlen 26 angeordnet sein.
Die Strahlführungseinheit 10 funktioniert nun wie folgt:
Beim Durchqueren der Eingangslinse 18a wird der Ursprungsstrahl 12 ins Unendliche fokussiert, sodass er auf optisch vorteilhafte Weise durch die nachfolgenden optischen Elemente verlaufen kann. Ist, wie in 2 gezeigt, das Intensitätsteilungsmodul 38 in den Strahlengang des Ursprungsstrahls 12 verlagert, trifft der Ursprungsstrahl 12 zunächst auf den 50/50 Strahlteiler 39, der die Teilstrahlen 26a, b erzeugt. Aufgrund der 45° Orientierung des Strahlteilers 39 wird der Teilstrahl 26a um 90° auf den ersten Ablenkspiegel 40 abgelenkt. Vom ersten Ablenkspiegel 40 wird der Teilstrahl 26a wiederum um 45° abgelenkt, sodass er schlussendlich parallel zum Ursprungsstrahl 12 und zum Teilstrahl 26b verläuft. Da der Teilstrahl 26b durch eine Transmission des Ursprungsstrahls 12 in dem Strahlteiler 39 erzeugt wird, weist der Teilstrahl 26b dieselbe Richtung wie der Ursprungsstrahl 12 auf.
Das Intensitätsteilungsmodul 38 bewirkt also eine räumliche Trennung der Teilstrahlen 26a, b, welche als ein paralleler Versatz der Teilstrahlen 26a, b ausgebildet ist. Zudem bewirkt die räumliche Trennung, dass der Teilstrahl 26a durch die Umlenkungen mittels des 50/50 Strahlteilers 39 und des Ablenkspiegels 40 einen längeren optischen Weg zurücklegt. Dieser längere optische Weg entspricht im Wesentlichen dem räumlichen Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Strahlteilers 39 und dem Schwerpunkt des ersten Ablenkspiegels 40.
Der Unterschied zwischen dem Intensitätsteilungsmodul 38 und dem Wellenlängenteilungsmodul 42 besteht im Grunde in der Verwendung des dichroitischen Spiegels 43 anstatt des 50/50 Strahlteiler 39. Der zweite Ablenkspiegel 44 des Wellenlängenteilungsmoduls 42 ist zweckmäßigerweise baugleich mit dem ersten Ablenkspiegel 40. Der dichroitische Spiegel 43 erzeugt die Teilstrahlen 26a, b dadurch, dass ein bestimmter Wellenlängenbereich reflektiert wird und ein anderer Wellenlängenbereich transmittiert wird. Die Intensität der Teilstrahlen 26a, b hängt also davon ab, in welcher Intensität die jeweiligen Wellenlängenbereiche im Ursprungsstrahl 12 vorhanden sind. Ist das Wellenlängenteilungsmodul 42 anstatt des Intensitätsteilungsmoduls 38 im Strahlengang des Ursprungsstrahls 12 angeordnet, funktioniert die räumliche Trennung und Ablenkung und der hierdurch verlängerte optische Weg des Teilstrahls 26b analog wie bei der Verwendung des Intensitätsmoduls 38.
Nachdem die Teilstrahlen 26a, b wahlweise das Intensitätsteilungsmodul 38 oder das Wellenlängenteilungsmodul 42 durchlaufen haben, können mittels der Wellenlängenfilteranordnung 46 bevorzugte Wellenlängenbereiche der Teilstrahlen 26a, b herausgefiltert werden bevor der erste Teilstrahl 26a die erste Linse 48a und der zweite Teilstrahl 26b die zweite Linse 48b des inneren Linsensatzes 48 durchquert. Die Brennpunkte 30a, b berechnen sich unter Berücksichtigung der Linseneffekte im jeweiligen Strahlengang. Hierdurch folgt, dass der Brennpunkt 30a des ersten Teilstrahls 26a durch die Eingangslinse 18a, die Ausgangslinse 18b und die erste innere Linse 48a festgelegt ist. Analog ist der Brennpunkt 30b des zweiten Teilstrahls 26b durch die Eingangslinse 18a, die Ausgangslinse 18b und die zweite innere Linse 48b festgelegt.
3 zeigt eine Kamera 50, die zur Bildaufnahme der Teilstrahlen 26a, b der Strahlführungseinheit 10 verwendet wird. Hierbei ist es für eine scharfe Bildaufnahme von Bedeutung, dass der Versatz 34 der Teilstrahlen 26a, b möglichst klein ausfällt, sodass die Bildinformationen scharf in der Ebene eines CCD-Chips 51 der Kamera 50 aufgenommen werden können. Hierzu müssen die äußere Linsenanordnung 18 und der innere Linsensatz 48 entsprechend gewählt werden:
Wenn beide Teilstrahlen 26a, b vor dem jeweiligen Durchqueren der Ausgangslinse 18b auf die gleiche Art und Weise durch vorgestellte optische Linsensysteme transformiert wurden, also im Sinne der geometrischen Optik bis auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche und/oder Intensitätsunterschiede gleich sind, werden die Teilstrahlen 26a, b durch die Ausgangslinse 18b auf die gleiche Ebene fokussiert, da ihre Brennpunkte gleich weit von der Ausgangslinse 18b entfernt sind und weisen daher keinen oder nur einen minimalen Versatz 34 auf. Daher genügt es bei der entsprechenden Auswahl/Berechnung der Linsen nur die beiden inneren Linsen 48a, b und die Eingangslinse 18a zu betrachten und die Kombinationen entsprechend zu wählen.
Die Brennweite des ersten Teilstrahls 26a berechnet sich nach f_26a = f_18a·f_48a/(f_18a + f_48a – d_26a), wobei f_18a die Brennweite der Eingangslinse 18a, f_48a die Brennweite der ersten inneren Linse 48a und d_26a die Wegstrecke des Strahlengangs zwischen der ersten inneren Linse 48a und der Eingangslinse 18a ist.
Die Brennweite des zweiten Teilstrahls 26b berechnet sich nach f_26b = f_18a·f_48b/(f_18a + f_48b – d_26b), wobei f_18a die Brennweite der Eingangslinse 18a, f_48b die Brennweite der zweiten inneren Linse 48b und d_26b die Wegstrecke des Strahlengangs zwischen der zweiten inneren Linse 48b und der Eingangslinse 18a ist.
Dadurch, dass der erste Teilstrahl 26a entweder durch den 50/50 Strahlteiler 39 oder den dichroitischen Spiegel 43 eine Ablenkung um 90° erfährt, ist die Wegstrecke des ersten Teilstrahls 26a länger als die des Teilstrahls 26b. Im Wesentlichen entspricht der Unterschied der beiden Wegstrecken dem Abstand zwischen dem Strahlteiler 39 und dem ersten Ablenkspiegel 40 bzw. dem Abstand des dichroitischen Spiegels 43 und des zweiten Ablenkspiegels 44.
Für eine Berechnung werden, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, beispielhaft folgende Werte verwendet: d_26a = 50 mm, d_26b = 40 mm und als Brennweite für die elektrisch verstellbare Eingangslinse 18a f_18a = 100 mm. Setzt man die Brennweiten f_26a = f_26b gleich, so folgt, dass beide Linsensysteme die gleiche Brennweite aufweisen, wenn die erste innere Linse 48a die 1,25-fache Brennweite der zweiten inneren Linse 48b aufweist (z. B. f_48b = 800 mm und f_48a = 1000 mm). Bei dieser Wahl werden die Teilstrahlen 26a, b, trotz ihrer unterschiedlichen Weglängen, auf eine gemeinsame Ebene, bevorzugt den CCD-Chip 51 der Kamera 50, fokussiert. Bei dieser Einstellung kann die Strahlführungseinheit 10 beispielsweise für Holographieaufnahmen verwendet werden. Bevorzugt wird hierbei das Wellenlängenteilungsmodul 42 in den Strahlengang verlagert.
Wird die Brennweite f_18a der elektrisch einstellbaren Eingangslinse 18a verändert (f_18a ≠ 100 mm), dann unterscheiden sich die Brennweiten der Linsenkombinationen f_26a und f_26b (f_26a ≠ f_26b) voneinander, sodass auf unterschiedliche Fokusebenen 52 innerhalb der Probe 14 zeitgleich fokussiert wird, wodurch eine 3D-Bildgebung der Probe 14 ermöglicht wird.
4a zeigt den Fall, dass die Brennweite der elektrisch einstellbaren Eingangslinse 18a f_18a = 100 mm ist. Hierbei wird auf eine einzige Fokusebene 52 innerhalb der Probe 14 bezüglich der z-Achsenrichtung fokussiert. 4b zeigt den Fall, dass die Brennweite der elektrisch einstellbaren Eingangslinse 18a f_18a ≠ 100 mm ist, wodurch zwei in z-Achsenrichtung verschobene Fokusebenen 52a, b ausgebildet werden. Jeweils eine der Fokusebenen 52a, b wird durch den ihr zugeordneten Teilstrahl 26a, b auf den CCD-Chip 51 der Kamera 50 abgebildet. Je größer die Abweichung der elektrisch einstellbaren Eingangslinse 18a von f_18a = 100 mm ausgebildet ist, desto größer ist der Abstand der Fokusebenen 52a, b zueinander in z-Achsenrichtung ausgeprägt, dies ist in 4c verdeutlicht.
Es versteht sich, dass die verwendeten Werte nur beispielhafter Natur sind, sodass für die Strahlführungseinheit 10 beliebige andere Werte verwendet werden können, die den vorgestellten und erläuterten Gesetzmäßigkeiten und Bedingungen genügen. Durch die erfindungsgemäße Strahlführungseinheit 10 ist es möglich sowohl verschiedene Fokusebenen 52 aufzunehmen als auch verschiedenen Wellenlängen auf der gleichen Fokusebene, indem die Brennweite von zumindest einer Linse variabel veränderbar ist.
5 zeigt ein System 11, welches vier Strahlführungseinheiten 10a, b, c, d aufweist. Der Ursprungsstrahl 12 läuft von der Probe 14 durch die von den Strahlführungseinheiten 10a, b, c, d gemeinsam genutzte Eingangslinse 18a. In Strahlrichtung 12a hinter der Eingangslinse 18a trifft der Ursprungsstrahl 12 auf eine im Strahlengang angeordnete zweite Strahlteilungseinheit 56. 6 zeigt, dass die zweite Strahlteilungseinheit 56 einen ersten Abschnitt mit einem weiteren 50/50 Strahlteiler 57, einen zweiten Abschnitt weiteren dichroitischen Spiegel 58 und einen dritten Abschnitt aufweist, wobei der dritte Abschnitt lediglich aus dem Material besteht, dass in dem ersten und in dem zweiten Abschnitt den weiteren Strahlteiler 57 bzw. den weiteren dichroitischen Spiegel 58 umgibt. Der weitere 50/50 Strahlteiler 57 und der weitere dichroitischen Spiegel 58 sind jeweils in 45° relativ zu Strahlrichtung 12a angeordnet.
Die zweite Strahlteilungseinheit 56 ist beweglich angeordnet, sodass wahlweise jeder der drei Abschnitte in den Strahlengang verlagert werden kann. Der Ursprungsstrahl 12 wird bei Verwendung des weiteren Strahlteilers 57 in zwei initiale intensitätshalbierte Teilstrahlen 26 und bei Verwendung des weiteren dichroitischen Spiegel 58 in zwei wellenlängengetrennte initiale Teilstrahlen 26 aufgeteilt, die aus der zweiten Strahlteilungseinheit 56 in einem Winkel von 90° zueinander austreten. Beide Teilstrahlen 26 laufen im weiteren Strahlengang in jeweils eine weitere zweite Strahlteilungseinheit 56. Alle drei der zweiten Strahlteilungseinheiten 56 sind mechanisch verlagerbar, sodass jeder der drei Abschnitte 57, 58, 59 auswählbar ist. Die drei zweiten Strahlteilungseinheiten 56 teilen den Ursprungsstrahl 12 in vier Teilstrahlen 26. Diese vier Teilstrahlen 26 laufen jeweils in eine Strahlführungseinheit 10, wodurch die Anzahl der Teilstrahlen 26 schlussendlich auf acht Teilstrahlen 26 verdoppelt wird. Jeder Strahlführungseinheit 10 ist eine Kamera 50a, b, c, d zugeordnet, in welcher die Teilstrahlen 26 auf einen CCD-Chip 51 treffen. In der vorstehend beschriebenen Weise kann nun erfindungsgemäß mittels einer Fokus-Verlagerung entlang der Strahlrichtung einfach zwischen einer Aufnahme von acht verschiedenen Wellenlängen und einer Aufnahme von acht Fokusebenen umgeschaltet werden.
7 zeigt die Verwendung der Strahlführungseinheit 10 bzw. eines Systems aus Strahlführungseinheiten 11 bei der Verwendung von mikroskopischen Aufnahmen mittels eines Mikroskops 64. Das Mikroskop 64 weist vorliegend zwei Anschlussöffnungen für Beleuchtungsmodule 60, 62 auf. An der ersten Anschlussöffnung ist ein LED-Beleuchtungsmodul 60 angeschlossen, das Weißlicht und/oder LED-Licht mit verschiedenen Wellenlängen in einen Strahlengang 68 aussendet und dadurch die Probe 14 beleuchtet. Das reflektierte Licht der Probe 14 läuft im weiteren Strahlengang in die Strahlführungseinheit 10 bzw. in das System von Strahlführungseinheiten 11. Die Strahlführungseinheit 10 bzw. das System von Strahlführungseinheiten 11 ist in eine Anschlussvorrichtung 70 aufgenommen, welche an einen Strahlengangausgang des Mikroskops 64 angeschlossen ist. Die Anschlussvorrichtung 70 gewährt hierbei unter anderem einen Schutz von Lichtstrahlen, welche nicht aus dem Strahlenausgang des Mikroskops kommen und dient als Haltevorrichtung. An der zweiten Anschlussöffnung des Mikroskops 64 ist ein LED-Kohärenz-Modul 62 angeschlossen, das kohärentes Weißlicht und/oder kohärentes LED-Licht mit verschiedenen Wellenlängen in einen Strahlengang 68 aussendet und die Probe 14 durchleuchtet. Anschließend durchläuft das Licht des LED-Kohärenz-Moduls 62 ebenfalls den Strahlenausgang des Mikroskops 64 und gelangt hierdurch in die Strahlführungseinheit 10 bzw. in das System von Strahlführungseinheiten 11.
Für rein holographische Aufnahmen wird das Mikroskop 64 mit dem LED-Kohärenz-Modul 62 beleuchtet, wobei die elektrischen Linsen 18a, b mittels des Steuermoduls 19 so eingestellt werden, dass die Linsensysteme 18, 48 der jeweiligen Strahlführungseinheit 10 eine identische Brennweite für die Teilstrahlen 26a, b ergeben, weil die Probe 14 für die rein holographischen Aufnahmen durchleuchtet wird und keine unterschiedlichen Fokusebenen 52 aufgenommen werden. Hierfür werden sowohl die weiteren dichroitischen Spiegel 58 der zweiten Strahlteilungseinheiten 56 als auch die Wellenlängenteilungsmodule 42 der Strahlführungseinheiten 10a, b, c, d in den Strahlengang verlagert.
Es folgt, dass die Probe 14 zeitgleich von kohärenten Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge durchleuchtet werden kann. Dies ist vorteilhaft, wenn mittels Holographie ein schwach-streuendes Objekt in der Nähe eines stark-streuenden Objekts rekonstruiert werden soll. In einem solchen Fall sind die durch die Holographie entstehenden Interferenzmuster des schwach-streuenden Objekts durch die Interferenzmuster des stark-streuenden Objekts quasi überschattet. Multi-Wellenlängen-Holographie bietet allerdings eine Möglichkeit, dieses Hindernis zu umgehen, indem Eigenschaften der chromatischen Aberration ausgenutzt werden: Bei der Durchleuchtung der Probe 14 sind die Im-Fokus-Teile der Probe 14 unabhängig von der Wellenlänge in derselben Position innerhalb eines jeden numerisch rekonstruierten virtuellen Stapels, wohingegen die Interferenzstörmuster von verschiedenen Wellenlängen in dem virtuellen z-Stapel leicht verschoben sind. Durch Multiplikation der rekonstruierten virtuellen z-Stapel jeder Wellenlänge kann die z-Position direkt berechnet werden, weil die Intensität der Im-Fokus-Teile erhöht ist, wohingegen die Intensität der Interferenzmuster außerhalb des Fokus vermindert ist.
Für reine Multifokalaufnahmen von Fokusebenen 52 der Probe 14 werden sowohl die weiteren Strahlteiler 57 der zweiten Strahlteilungseinheiten 56 als auch die Intensitätsteilungsmodule 38 der Strahlführungseinheiten 10a, b, c, d in den Strahlengang verlagert, wobei zur Beleuchtung das LED-Beleuchtungsmodul 60 und/oder das LED-Kohärenz-Modul 62 verwendet wird. Je nach Zweckmäßigkeit wird mit Weißlicht oder mit Licht verschiedener Wellenlängen beleuchtet. Die elektrischen Linsen 18a, b werden mittels des Steuermoduls 19 so eingestellt, dass die Linsensysteme 18, 48 der jeweiligen Strahlführungseinheit 10 unterschiedliche identische Brennweite für die Teilstrahlen 26a, b ergeben. Es findet also eine Fokus-Verlagerung statt, die die zeitgleiche Aufnahme von bis zu acht unterschiedlichen Fokusebenen 52 der Probe 14 bei Verwendung des Systems aus Strahlführungseinheiten 11 ermöglicht.
Bei der Verwendung des Systems von Strahlführungseinheiten 11 ergeben die insgesamt acht Teilstrahlen acht verschiedene Bildkanäle, die eine gleichzeitige Holographie- und Multifokalaufnahme ermöglichen. Wird in drei der vier Strahlführungseinheiten 10a, b, c bspw. das Intensitätsteilungsmodul 38 in den Strahlengang verlagert und wird zugleich in der verbleibenden Strahlführungseinheit 10d das Wellenlängenteilungsmodul 42 in den Strahlengang verlagert, so folgt eine Holographieaufnahme mit zwei verschiedenen Wellenlängen und eine multifokale Aufnahme mit sechs verschieden tiefen Fokusebenen 52 in z-Richtung innerhalb der Probe 14. Diese acht verschiedenen Bildkanäle können selbstverständlich weitere mögliche Kombinationen von Holographie- und Multifokalaufnahmen aufweisen und sind nicht auf das vorliegende Beispiel begrenzt.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Strahlführungseinheit 10 liegt bei Messungen bei denen von dem Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) gebrauch gemacht wird. Im Rahmen des Förster-Resonanzenergietransfers wird die Energie eines angeregten Farbstoffs, auf einen zweiten Farbstoff übertragen. Die Energie wird dabei strahlungsfrei und somit nicht über eine Abgabe und Aufnahme von Lichtteilchen ausgetauscht. Wird eine Zelle beispielsweise mit 405 nm angeregt und zeitgleich oder versetzt nacheinander mit den Wellenlängen von 460 nm und 530 nm ausgelesen, so führen die beiden unterschiedlichen Auslesewellenlängenbereiche zu chromatischen Aberrationen im Strahlengang des Mikroskops und dadurch zu systematischen Fehlern in der Messung. Diese chromatischen Aberrationen können durch die erfindungsgemäße Strahlführungseinheit 10 ausgeglichen werden.

Claims

Strahlführungseinheit zum Einsatz in mikroskopischen Vorrichtungen, umfassend eine äußere Linsenanordnung (18), die eine Eingangs (18a)- und eine Ausgangslinse (18b) in Strahlrichtung (12a) eines Ursprungstrahls (12) aufweist, wobei der Ursprungsstrahl (12) von einer Probe (14) kommend durch die Eingangslinse (18a) der äußeren Linsenanordnung (18) läuft, eine erste Strahlteilungseinheit (22), die den Ursprungsstrahl (12) in zumindest zwei Teilstrahlen (26a, b) aufteilt, wobei die Weglängen der Teilstrahlen (26a, b) zwischen der Eingangs (18a)- und der Ausgangslinse (18b) verschieden lang sind, ein in Strahlrichtung (12a) hinter der ersten Strahlteilungseinheit (22) und vor der Ausgangslinse (18b) angeordneter innerer Linsensatz (48a, b), wobei jeder Teilstrahl (26a, b) eine ihm zugeordnete Linse des inneren Linsensatzes (48a, b) durchläuft und die Teilstrahlen (26a, b) die in Strahlrichtung (12a) hinter dem inneren Linsensatz (48a, b) angeordnete Ausgangslinse (18b) der äußeren Linsenanordnung (18) durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite zumindest einer der Linsen (18a, b; 48a, b) verstellbar ist, und dass eine Verstellung der Brennweite zu einer Verlagerung von Fokusebenen (30, 52) der beleuchteten Probe führt.
Strahlführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Linse der äußeren Linsenanordnung (18) als elektrische Linse ausgebildet ist, und dass die Brennweite der elektrischen Linse durch elektrische Signale veränderbar ist.
Strahlführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Linse des inneren Linsensatzes (48a, b) als elektrische Linse ausgebildet ist, und dass die Brennweite der elektrischen Linse durch elektrische Signale veränderbar ist.
Strahlführungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenlängenfilteranordnung (46) in die erste Strahlteilungseinheit (22) einbringbar ist, und dass jeder Teilstrahl (26a, b) einen ihm zugeordneten Wellenlängenfilter durchläuft.
Strahlführungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlteilungseinheit (22) ein Wellenlängenteilungsmodul (42) und ein Intensitätsteilungsmodul (38) aufweist, dass das Wellenlängenteilungsmodul (42) den Ursprungsstrahl (12) in Teilstrahlen (26a, b) mit unterschiedlicher Wellenlänge aufteilt, dass das Intensitätsteilungsmodul (38) den Ursprungsstrahl (12) in Teilstrahlen (26a, b) mit geringerer Intensität aufteilt, und dass wahlweise entweder das Wellenlängenteilungsmodul (42) oder das Intensitätsteilungsmodul (38) in den Strahlengang des Ursprungsstrahls (12) verlagerbar ist.
Strahlführungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätsteilungsmodul (38) einen 50/50 Strahlteiler (39) und einen ersten Ablenkspiegel (40) aufweist.
Strahlführungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenlängenteilungsmodul (42) einen dichroitischen Spiegel (43) und einen zweiten Ablenkspiegel (44) aufweist.
Strahlführungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinheit (10) eine erste Anschlussschnittstelle zum Anschluss an einen Bildausgang eines Mikroskops aufweist, und dass die Strahlführungseinheit eine zweite Anschlussschnittstelle für eine Kamera aufweist.
System aus mehreren Strahlführungseinheiten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußere Linsenanordnung (18) eine gemeinsame Eingangslinse (18a) für den Ursprungstrahl und mehrere Ausgangslinsen (18b) für die Teilstrahlen (26a, b) aufweist, zumindest eine zweite Strahlteilungseinheit (56) in Strahlrichtung (12a) hinter der gemeinsame Eingangslinse (18a) angeordnet ist und den Ursprungsstrahl (12) in initiale Teilstrahlen (26) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite von zumindest einer der Linsen (18; 48) verstellbar ist.
System aus mehreren Strahlführungseinheiten (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlteilungseinheit (56) einen weiteren dichroitischen Spiegel (58) und einen weiteren 50/50 Strahlteiler (57) umfasst.
System aus mehreren Strahlführungseinheiten (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlteilungseinheit (56) in dem Strahlengang (68) verlagerbar ist.
Verwendung einer Strahlführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Systems (11) aus mehreren Strahlführungseinheiten (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, für dreidimensionale Bildaufnahmen eines Mikrokops (64), zur Verlagerung von Fokusebenen (30, 52), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite von zumindest einer der Linsen (18a, b; 48a, b) verändert wird.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Veränderung der Brennweite ein Wechsel zwischen Multifokalaufnahmen und einer Aufnahme einer fokalen Ebene in unterschiedlichen Spektralbereichen ermöglicht wird.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Holographieaufnahmen die Fokusebenen der Teilstrahlen (26a, b) auf eine gemeinsame Ebene (30) verlagert werden.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand von Fokusebenen (52) innerhalb der Probe (14), zwischen denen die dreidimensionalen Informationen der Probe (14) gewonnen werden, bei Multifokalaufnahmen verändert wird.