DE10201870B4 - Anordnung und Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung in einem Miskroskop - Google Patents

Abstract

Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles mit einem Durchmesser (d), der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator (13), in dem eine räumlich begrenzte akustische Welle (32) mit einer Breite (s) erzeugbar ist, dass ein erster Strahlabsorber (21) vorgesehen ist, der höhere Beugungsordnungen des aus dem akusto-optischen Modulator (13) austretenden Lichtstrahls ausblendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator (13) kollimiert durchläuft, wobei der Durchmesser (d) des Lichtstrahles beim Auftreffen auf den Modualtor (13) größer ist als die Breite (s) der akustischen Welle (32), und dass zwischen dem akusto-optischen Modulator (13) und dem ersten Strahlabsorber (21) ein zweiter Strahlabsorber (35) angeordnet ist, der diejenigen Anteile des Lichtstrahles (12) ausblendet, die größer als die Breite (s) der akustischen Welle (32) sind und dadurch an der akustischen Welle (32) vorbeilaufen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles, der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator, in dem eine räumlich begrenzte akustische Welle erzeugbar ist.
• Weiterhin betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit einer Lichtquelle, die einen einen Strahlengang festlegenden Lichtstrahl zur Beleuchtung einer Probe emittiert und mit einem akusto-optischen Modulator zur variablen Änderung der Lichtleistung des Lichtstrahles, der in dem Strahlengang angeordnet ist und in dem eine akustische Welle erzeugbar ist.
• Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem Mikroskop, das einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator.
• Bei der Untersuchung von Proben mit Hilfe von Mikroskopen und insbesondere bei der Untersuchung von Proben mit Hilfe der konfokalen Scan-Mikroskopie ist es, ebenso wie bei vielen anderen optischen Anordnungen, erforderlich, die von einer Strahlungsquelle ausgehenden Lichtbündel im Hinblick auf ihre Lichtleistung abzuschwächen. Besonders wünschenswert ist es dabei, den Abschwächungsgrad variabel zu gestalten und den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend anzupassen.
• Einrichtungen zur Abschwächung der von einer Lichtquelle ausgehenden Strahlung sind beispielsweise aus der Multi-Photonen-Mikroskopie (MP-Mikroskopie) bekannt. Dabei wird ein zu untersuchendes Objekt von einem Lichtstrahl abgetastet und die jeweils lokal angeregte Fluoreszenzstrahlung untersucht. Zur variablen Abschwächung des von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahls kann dabei ein elektro-optischer Modulator (EOM) eingesetzt werden. Hierzu wird ein doppelbrechender Kristall verwendet, dessen doppelbrechende Eigenschaften von einer an den Kristall angelegten Hochspannung abhängt. Dieser elektrooptische Effekt kann je nach Einstellung der Hochspannung zur Variation der Lichtleistung verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, die Polarisationsrichtung der sich im Kristall ausbreitenden Lichtstrahlung in Abhängigkeit von der Stärke der Hochspannung zu verändern, um die Variation der Lichtleistung mit einem nachgeschalteten Analysator einzustellen. Derartige Bauteile haben beim Einsatz in Mikroskopen jedoch den Nachteil, dass sie geometrisch nur relativ groß zu verwirklichen sind und zum Betrieb eine Hochspannung benötigen.
• Weiterhin ist in der konfokalen Scan-Mikroskopie beispielsweise aus der US 6,038,067 A bekannt, den Strahl begrenzende Blenden einzusetzen, die auf einer rotierenden Scheibe angeordnet sind. Darüber hinaus wird in diesem Dokument vorgeschlagen, galvanometrisch getriebene Spiegel und akusto-optische Strahl-Steuereinheiten oder ein Mikrolinsenarray zu verwenden. Bei einem akusto-optischen Modulator (AOM) wird an ein Medium, das für einen einfallenden Lichtstrahl transparent ist, eine hochfrequente Schwingung angelegt. Als Medium kann beim Einsatz einer Laserstrahlung im sichtbaren oder UV-Bereich z. B. Quarzglas im nahen infrarotbereich z. B. Te0₂ verwendet werden. Die angelegte hochfrequente Schwingung erzeugt in dem Medium ein Gitter, an dem die einfallende Lichtstrahlung gebeugt wird, wodurch eine Modulation der Lichtleistung des einfallenden Laserlichtes erreicht werden kann, die sich über den Einfallswinkel des Lichtes und die Frequenz der angelegten Schwingung beeinflussen lässt. Zwar sind insbesondere die akusto-optischen Strahl-Steuereinheiten sehr flexibel, jedoch kann mit diesen eine ausreichende Strahlabschwächung nur dann erreicht werden, wenn für die Zwecke der Mikroskopie die Strahlungen der ersten Beugungsordnung weiter verwendet werden. Die Verwendung der ersten Beugungsordnung hat allerdings den Nachteil, dass der Ort der ersten Beugungsordnung stark von der verwendeten Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes abhängt. Bei Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen muss daher das Mikroskop neu justiert werden. Üblicherweise wird jedoch gerade die Möglichkeit, mit verschiedenen Wellenlängen zu arbeiten, beim Einsatz der Mikroskope besonders bevorzugt benutzt. Damit ist es allerdings immer erforderlich, das Mikroskop neu zu justieren, wenn die Wellenlänge der Ausgangsstrahlung geändert wird. Außerdem werden in der Scan-Mikroskopie üblicherweise sehr kurze Laserpulse eingesetzt, die in der ersten Beugungsordnung eine starke spektrale Verbreiterung erfahren, was das Ergebnis der Spektralanalyse des Objektes negativ beeinflusst.
• Wie in der US 6,052,216 A beschrieben, wurde daher bereits vorgeschlagen, die Intensität eines Laserstrahls dadurch zu modulieren, dass eine Kaskade von AOMs verwendet wird. Der Einsatz einer Kaskade, d. h. also einer Aneinanderreihung unmittelbar hintereinander angeordneter AOMs, ermöglicht die Verwendung des Strahles der jeweils nullten Ordnung, da mit dieser Technik der Strahl nullter Ordnung ausreichend stark moduliert werden kann, um die in der Mikroskopie erforderlichen Intensitätsunterschiede erreichen zu können. Dies ist auch der US 5,105,304 A zu entnehmen, in der vorgeschlagen wird, eine Anzahl von AOMs in Serie anzuordnen, um die Intensität des gebeugten Strahls nullter Ordnung variabel steuern zu können. Diese Anordnung ist für die Zwecke der Mikroskopie mit dem Nachteil behaftet, dass einerseits ein großer Bauraum erforderlich ist, um die Kaskade anzuordnen und andererseits jedes Element der Kaskade als nachteiliger Kostenfaktor in den Preis des Mikroskops einfließt.
• Die U.S. Patentschrift 5,081,349 A offenbart ein Scanning Mikroskop. Dabei wird der von einem Laser abgestrahlte Lichtstrahl in zwei Strahlen aufgespaltet. Jeder Lichtstrahl durchläuft einen AOM und wird dadurch in der Intensität angepasst.
• Aus der amerikanischen Patentschrift 5,574,537 A ist eine Anordnung zum Kontrollieren einer Lichtmenge mit einem akusto-optischen Modulator offenbart, wobei die Lichtleistung eines Lichtstrahls zunächst mit einem Grobeinsteller und anschließend mit dem akusto-optischen Modulator als Feineinsteller regulierbar ist. Der akusto-optischen Modulator erzeugt durch Beugung an einer laufenden Welle Lichtstrahlen verschiedner Ordnungen, von denen der Lichtstrahl nullter Ordnung zur weiteren Verwendung ausgewählt wird. Die Anordnung hat den Nachteil, dass sowohl ein Grobeinsteller als auch ein Feineinsteller gesteuert werden müssen. Darüber hinaus erfordern die hintereinander angeordneten Einsteller viel Bauraum.
• Im Huang, P. C. et. al.: „Performance of 4 × 4 optical crossbar switch utilising acousto-optic deflector”, Electronic Letters Vol. 25, No. 4, S. 252–253, 1989 wird bechrieben, dass durch die Steuerung der akustischen Intensität in akusto-optischen Zellen Lichtstrahlen in gewünschter Weise abgelenkt werden können.
• In der US 5,081,349 A wird ein Strahlteiler in einem Scanning Mikroskop beschrieben, der den Laserstrahl in zwei Laserstrahlen teilt. Ein akusto-optischer Modulator ist vorgesehen, der die Intensität zumindest eines der beiden Laserstrahlen moduliert, so daß sich bei der erneuten Zusammenführung der beiden Laserstrahlen ein Interferenzmuster ergibt, mit dem dann die Probe abgescannt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles anzugeben, die bei ausreichender Dynamik kostengünstig herstellbar ist und wenig Bauraum beansprucht.
• Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator kollimiert durchläuft, wobei der Durchmesser des Lichtstrahles beim Auftreffen auf den Modulator größer ist als die Breite der akustischen Welle, und dass zwischen dem akusto-optischen Modulator und dem ersten Strahlabsorber ein zweiter Strahlabsorber angeordnet ist, der diejenigen Anteile des Lichtstrahles ausblendet, die größer als die Breite der akustischen Welle sind und dadurch an der akustischen Welle vorbeilaufen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop mit variabel einstellbarer Beleuchtungslichtleistung anzugeben, das eine hohe Dynamik in der Leistungseinstellung aufweist und das zum einen günstig herstellbar ist und zum anderen eine einfache Justage auch bei Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator kollimiert durchläuft, wobei der Durchmesser des Lichtstrahles beim Auftreffen auf den Modualtor größer ist als die Breite der akustischen Welle, und dass zwischen dem akusto-optischen Modulator und dem ersten Strahlabsorber ein zweiter Strahlabsorber angeordnet ist, der diejenigen Anteile des Lichtstrahles ausblendet, die größer als die Breite der akustischen Welle sind und dadurch an der akustischen Welle vorbeilaufen.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem Mikroskop anzugeben, das eine effiziente, flexible und einfach regelbare Lichtleistungsvariierung bei hoher Dynamik ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
• • Erzeugen einer räumlich begrenzten akustischen Welle mit einer Breite, die kleiner ist als der Durchmesser des Lichtstrahls,
• • Lenken des kollimierten Lichtstrahles auf den akusto-optischen Modulator,
• • Ausblenden höherer Beugungsordnungen des aus dem akusto-optischen Modulator austretenden Lichtstrahls mit einem erster Strahlabsorber, und
• • Ausblenden diejenigen Anteile des Lichtstrahles, die größer als die Breite der akustischen Welle sind und dadurch an der akustischen Welle vorbeilaufen, mit einem zweiten Strahlabsorber, der zwischen dem akusto-optischen Modulator und dem ersten Strahlabsorber angeordnet ist.
• Die Erfindung hat den Vorteil, dass zur Beeinflussung der Lichtleistung nur ein einziger akusto-optischer Modulator erforderlich ist.
• Durch den kollimierten Einfall des Lichtstrahles auf den Modulator und damit auf die Schallwelle wird die Wechselwirkungseffizienz zwischen dem Licht und der akustischen Welle sehr stark erhöht. Es ist in der Fachwelt allgemein üblich, zu modulierende Lichtstrahlen auf akustooptische Modulatoren zu fokussieren. In den Angaben der Hersteller sind meist sogar ausführliche Angaben bezüglich der Stärke der Fokussierung gemacht. Ganz unüblicher Weise wird der Lichtstrahl erfindungsgemäß nicht in den AOM-Kristall fokussiert. Hierdurch ist der Strahldurchmesser zwar breiter als das Schallfeld, so dass der überstehende Teil des Lichtstrahls immer den Modulator passiert, was mit Hilfe eines Spalts bzw. Eine Spaltblende auf einfache Weise zuverlässig korrigierbar ist. Insgesamt ist die Dynamik erhöht, wohingegen der Verlust mit ca. 3% vernachlässigbar gering ist. Darüber hinaus hat dies den Vorteil, dass auf eine fokussierende Optik verzichtet werden kann.
• Erfindungsgemäß wird also in einem Mikroskop ein akusto-optischer Modulator vorgesehen, um die von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung, insbesondere die von einem Laser ausgehende Lichtstrahlung modulieren zu können. Wie üblich wird dabei in dem akusto-optischen Modulator ein Gitter dadurch erzeugt, dass eine durch einen Kristall laufende Schallwelle bevorzugt als stehende Welle aufgebaut wird. An diesem Gitter wird die einfallende Laserstrahlung gebeugt. Mit dieser Beugung ist es möglich, die Intensität der eingestrahlten Lichtleistung zu modulieren. Dabei hängt die Intensität des in die erste oder höhere Ordnungen gebeugte Lichtstrahles von der Amplitude des an den Kristall angelegten Schallfeldes bzw. der an den Kristall angelegten Hochfrequenz-Welle ab. Mit Hilfe einer gezielten Veränderung des Schallfeldes bzw. der Hochfrequenz-Welle ist es damit möglich, die Intensität der einfallenden Lichtstrahlung zu modulieren, was sich auch auf die nullte Beugungsordnung auswirkt. Für die Benutzung in Mikroskopen, insbesondere in Rastermikroskopen, hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass ein einziger akusto-optischer Modulator auch bei Verwendung der nullten Beugungsordnung eine für die Zwecke der Mikroskopie ausreichende Modulation der Intensität zulässt. Für die Anwendung des akusto-optischen Modulators in einem Mikroskop ist es daher also erforderlich, dass dieser einzig verwendete akusto-optische Modulator, der bereits für die Variation der Laserlichtstrahlung genügt, so in dem Mikroskop angeordnet wird, dass die austretende und im Mikroskop weiter verwendete Strahlung dem gebeugten Strahl nullter Beugungsordnung entspricht. Dieser Strahl wird dann den weiteren Komponenten des Mikroskops unmittelbar zugeführt. Bei der Auswahl geeigneter Modulatoren ist dabei darauf zu achten, dass solche akusto-optische Modulatoren verwendet werden, mit denen es möglich ist, die maximale Transmission in der nullten Beugungsordnung von etwa 95% der einfallenden Intensitätsstrahlung soweit zu vermindern, dass eine Auslöschung der Lichtstrahlung erreicht wird, die zum Ausblenden des Beleuchtungslasers beim Zeilenrücklauf während des Bildrasterns ausreichend ist. Im Wesentlichen reicht hierbei eine Resttransmission durch den akusto-optischen Modulator von weniger als 2%, was auch bereits mit einem einzigen geeigneten akusto-optischen Modulator erreicht werden kann.
• Wie bereits erwähnt, kann die Intensität der durch den akusto-optischen Modulator transmittierten Lichtmenge in der nullten Beugungsordnung durch die Amplitude des angelegten Schallfeldes bzw. der angelegten Hochfrequenz-Strahlung variiert werden. Der Ablenkwinkel für die erste Beugungsordnung ist allerdings von der Frequenz des Schallfeldes bzw. der angelegten Hochfrequenz abhängig. Sofern nun lediglich die nullte Beugungsordnung im Mikroskop weiterverwendet werden soll, ist es erforderlich, die erste sowie höhere Beugungsordnungen auszublenden. Dies kann einfach dadurch geschehen, dass strahlbegrenzende Einrichtungen, wie etwa eine Lochblende oder ein Spalt, verwendet wird. Der Lochdurchmesser der Blende wird hierzu so gewählt wird, dass jedenfalls die erste Beugungsordnung der Wellenlänge mit dem kleinsten Ablenkwinkel noch ausgeblendet wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, dass damit eine gezielte Variation der Laserlichtleistung mittels eines einzigen akusto-optischen Modulators unter Ausnutzung der nullten Beugungsordnung möglich wird. Die Verwendung der nullten Beugungsordnung bringt es mit sich, dass die Strahlrichtung bis auf einen Parallelversatz für alle verwendeten Wellenlängen unverändert bleibt, so dass eine äußerst leichte Justage des Mikroskops möglich ist. Darüber hinaus kann der einzige akusto-optische Modulator, der für die variable Modulation der Intensität der eingestrahlten Lichtstrahlung verwendet werden kann, als kleines Bauteil ausgeführt werden, wobei auch auf eine Hochspannung zum Betrieb des Bauteiles verzichtet werden kann.
• Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile, bei deren Darstellung zugunsten der Anschaulichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde.
• Es zeigen im Einzelnen:
• 1 den prinzipiellen Aufbau eines Scan-Mikroskops,
• 2 die prinzipielle Anordnung eines erfindungsgemäßen Modulators,
• 3 eine Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise eines akusto-optischen Modulators gemäß der Erfindung.
• 4 eine weitere Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise einer Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles.
• 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Scan-Mikroskops 100. Dieser Aufbau besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelle 10 die einen Lichtstrahl 12 erzeugt. Lichtstrahl 12 fällt auf eine Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung, die einen einzigen akusto-optischen Modulator 13 und einen weiteren Strahlabsorber 21 aufweist. Aus diesem Modulator 13 tritt ein Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 aus, der dann im Mikroskop 100 als Beleuchtungsstrahlung 23 für die Untersuchung der Probe 20 verwendet wird. Der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 und Lichtstrahlen höherer Beugungsordnungen werden vom Strahlabsorber 21 ausgeblendet. Die Beleuchtungsstrahlung 23 gelangt durch eine Beleuchtungsblende 14 auf einen Hauptstrahlteiler 16. Vom Hauptstrahlteiler 16 gelangt das modulierte Licht der Lichtquelle 10 auf einen Scanner 18. Der Scanner 18 ist derart ausgestaltet, dass damit eine zu untersuchende Probe 20 auf eine gewünschte Weise durch die Beleuchtungsstrahlung 23 abgetastet werden kann. Die Beleuchtungsstrahlung 23 wird über ein Objektiv 22 auf die zu untersuchenden Probe 20 gerichtet. In gleicher Weise wird ein von der Probe 20 zurückgesendeter Detektionslichtstrahl 24 durch das Objektiv 22 auf den Scanner 18 gerichtet. Vom Scanner 18 ausgehend tritt der Detektionslichtstrahl 24 durch den Hauptstrahlteiler 16. Vor einem im nach dem Hauptstrahlteiler 16 im Detektionslichtstrahl 24 angeordneten Detektor 11 ist eine Detektionsblende 15 vorgesehen. Der Detektionslichtstrahl ist in der Abbildung gestrichelt dargestellt.
• In 2 ist in einer vergrößerten Prinzipdarstellung der erfindungsgemäß eingesetzte Modulator 13 im Strahlengang gezeigt. Der Modulator 13 ist als akusto-optischer Modulator ausgeführt, der einer Lichtquelle 10, insbesondere einer Laserlichtquelle, nachgeordnet ist. Von der Lichtquelle 10 geht ein Lichtstrahl 12 aus, der auf den akusto-optischen Modulator 13 einfällt. Der auf den akusto-optischen Modulator 13 einfallende Lichtstrahl 12 wird dort gebeugt. Durch diese Beugung gelangt aus dem akusto-optischen Modulator ein Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 sowie ein Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19. Mit Hilfe eines Strahlabsorbers 21 wird nun diejenige Strahlung, die im Weiteren im Mikroskop nicht verwendet werden soll, ausgeblendet. Da erfindungsgemäß lediglich die nullte Beugungsordnung im Mikroskop weiterverwendet werden soll, wird lediglich der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 durch den weiteren Strahlabsorber 21 durchgelassen, während die übrige Strahlung, insbesondere der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 an dem weiteren Strahlabsorber 21 ausgeblendet wird. Der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 wird im Weiteren im Mikroskop zur Probenuntersuchung verwendet, wobei die übrigen Komponenten des Mikroskops schematisch durch das Bauteil 26 dargestellt sind. Der weiteren Strahlabsorber 21, der als strahlbegrenzendes Mittel wirkt, ist dabei so gewählt, dass lediglich der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 durch ihre Öffnung gelangen kann wohin gegen der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 sowie Lichtstrahlen höherer Beugungsordnungen für alle eingesetzten Wellenlängen des Lichtstrahls 12 abgefangen werden. Bei der Ausgestaltung des weiteren Strahlabsorbers 21 kann selbstverständlich auf alle üblichen Blendenformen insbesondere auf kreissymmetrische Blenden oder Spalte zurückgegriffen werden.
• In 3 ist im Detail die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung mit einem einzigen akusto-optischen Modulators 13 dargestellt. Der akusto-optische Modulator 13 weist dabei als akusto-optisches Medium 28 einen für die Laserstrahlung transparenten Kristall auf. Bei Verwendung einer UV-Strahlung als Lichtstrahl 12 ist dieser Kristall als UV-transparenter Kristall ausgeführt. Für den nahen Infrarot-Wellenlängenbereich von etwa 700 bis 1100 nm kann der Kristall beispielsweise als TeO₂-Kristall ausgeführt werden. Bei der Auswahl des akusto-optischen Kristalles ist jedenfalls darauf zu achten, dass eine möglichst hohe maximale Transmission der Laserleistung in der nullten Beugungsordnung erreicht werden kann. Bei einem TeO₂-Kristall beispielsweise liegt diese maximale Transmissionsleistung zwischen 700 und 1100 nm bei etwa 95% der Intensität des einfallenden Lichtstrahls 12. An den akusto-optischen Modulator wird mit Hilfe eines HF-Signal-Generators 30 ein Hochfrequenzsignal angelegt, das von einem Wandler 31 auf das akusto-optische Medium 28 übertragen wird, so dass im Inneren des Kristalles ein Schallfeld erzeugt wird, das für den einfallenden Lichtstrahl 12 als Gitter 32 wirkt. An diesem Gitter wird der einfallende Lichtstrahl 12 gebeugt, wobei als Beugungsergebnis in 3 der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 sowie der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 gezeigt sind. Bei der Auswahl eines geeigneten akusto-optischen Modulator-Kristalls ist im Übrigen auch darauf zu achten, dass die maximal erzielbare Auslöschung in der nullten Beugungsordnung möglichst hoch ist. Mit dem verwendeten TeO₂-Kristall ist es möglich, eine Auslöschung von 70:1 zu erreichen, was einer Resttransmission von etwa 1,4% der Intensität des einfallenden Lichtstrahls 12 entspricht. Diese Resttransmission ist ausreichend, um in dem ausgehenden Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 eine derartige Ausblendung der Beleuchtungsstrahlung 23 im Mikroskop zu bewerkstelligen, dass die Leistung der Beleuchtungsstrahlung 23 während eines Bildscans so weit abgeschwächt werden kann, dass während eines Zeilenrücklaufs ein Ausbleichen oder ungewolltes Erwärmen der Probe vermieden wird.
• Da die Ablenkung in die nullte Beugungsordnung wellenlängenunabhängig ist und die Strahlrichtung des einfallenden Lichtstrahles 12 für den Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 bis auf einen Parallelversatz unverändert bleibt, kann eine äußerst leichte Justage erfolgen.
• Die Verwendung des Lichtstrahles nullter Beugungsordnung 17 im Mikroskop wirkt sich außerdem deshalb besonders vorteilhaft aus, weil sie wellenlängenunabhängig ist und damit gerade für Laserimpulse kurzer Dauer nicht zu einer unerwünschten räumlichen Verbreiterung führt.
• Wie bereits erwähnt, ist bei der Auswahl eines geeigneten akusto-optischen Kristalls 28 darauf zu achten, dass eine möglichst hohe Transmission der Laserleistung in der nullten Beugungsordnung sowie eine möglichst hohe Auslöschung beim Betreiben des akusto-optischen Modulators 13 erreicht werden kann. Im Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 nm kann hierzu beispielsweise der TeO₂-Kristall verwendet werden, der einen Brechungsindex von etwa 2,2 aufweist und mit einer Laserleistung von bis zu 5 W/mm² betrieben werden kann, ohne das thermische Effekte die Wirkungsweise negativ beeinflussen würden.
• Der verwendete Modulatorkristall lässt sich auch über einige seiner Eigenschaften, die in der ersten Beugungsordnung definiert sind, charakterisieren. In der ersten Beugungsordnung weist der verwendete Kristall einen Extinktionskoeffizienten von 2000/1 auf. Die akusto-optische Effizienz, die als Verhältnis der Intensität des Lichtstrahls erster Beugungsordnung 19 und der Intensität des Lichtstrahles nullter Beugungsordnung 17 ohne Hochfrequenzfeld definiert ist, liegt bei 80%. Zur Ermittlung dieser Werte wird die Verwendung eines Lichtstrahls 12 mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einer angelegten HF-Leistung von 2 W vorausgesetzt.
• 4 zeigt eine weitere Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise einer Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles. Der einfallende kollimierte Lichtstrahl 12 weist einen Durchmesser d auf und eine Projektion 33 auf den Modulator 13 auf. Der Durchmesser d ist größer als die Breite s des akustischen Gitters 32. Der Zentralbereich des Lichtstrahls 12, die auf das Gitter 32 treffen, werden in eine 0. Ordnung und in höhere Ordnungen gebeugt. Die Anteile 34 des Lichtstrahles, die nicht auf das Gitter 32 treffen durchlaufen den Modulator 13 ungestört und treffen auf den Strahlabsorber 35, der als Schlitzblende ausgeführt ist. Die höheren werden an dem weiteren Strahlabsorber 21, der als Spaltblende ausgeführt ist, absorbiert.
• Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

10

Lichtquelle

11

Detektor

12

Lichtstrahl

13

Modulator

14

Beleuchtungsblende

15

Detektionsblende

16

Hauptstrahlteiler

17

Lichtstrahl nullter Beugungsordnung

18

Scanner

19

Lichtstrahl erster Beugungsordnung

20

Probe

21

Strahlabsorber

22

Objektiv

23

Beleuchtungsstrahlung

24

Detektionslichtstrahl

26

Restkomponenten des Mikroskops

28

akusto-optisches Medium

30

HF-Signal-Generator

31

Wandler

32

Gitter

33

Projektion

34

Anteile

35

Strahlabsorber

100

Mikroskop

Claims (18)

1. Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles mit einem Durchmesser (d), der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator (13), in dem eine räumlich begrenzte akustische Welle (32) mit einer Breite (s) erzeugbar ist, dass ein erster Strahlabsorber (21) vorgesehen ist, der höhere Beugungsordnungen des aus dem akusto-optischen Modulator (13) austretenden Lichtstrahls ausblendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator (13) kollimiert durchläuft, wobei der Durchmesser (d) des Lichtstrahles beim Auftreffen auf den Modualtor (13) größer ist als die Breite (s) der akustischen Welle (32), und dass zwischen dem akusto-optischen Modulator (13) und dem ersten Strahlabsorber (21) ein zweiter Strahlabsorber (35) angeordnet ist, der diejenigen Anteile des Lichtstrahles (12) ausblendet, die größer als die Breite (s) der akustischen Welle (32) sind und dadurch an der akustischen Welle (32) vorbeilaufen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der akusto-optische Modulator (13) als einziges die Lichtleistung variabel beeinflussendes Element vorgesehen ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlabsorber (21) und/oder der zweite Strahlabsorber (35) als Lochblende ausgeführt ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlabsorber (21) und/oder der zweite Strahlabsorber (35) als spaltförmiger Absorber ausgeführt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Extinktionskoeffizient des akusto-optischen Modulators in der ersten Beugungsordnung wenigstens 2000/1 beträgt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der akusto-optische Modulator (13) aus Te0₂ besteht.
7. Mikroskop mit einem festgelegten Strahlengang und mit einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl (12) mit einem Durchmesser (d) emittiert und dessen Lichtleistung variabel veränderbar ist und mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator (13), in dem eine räumlich begrenzte akustische Welle (32) mit einer Breite (s) erzeugbar ist, wobei ein erster Strahlabsorber (21) vorgesehen ist, der höhere Beugungsordnungen des aus dem akusto-optischen Modulator (13) austretenden Lichtstrahls ausblendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator (13) kollimiert durchläuft, wobei der Durchmesser (d) des Lichtstrahles beim Auftreffen auf den Modulator (13) größer ist als die Breite (s) der akustischen Welle (32), und dass zwischen dem akusto-optischen Modulator (13) und dem ersten Strahlabsorber (21) ein zweiter Strahlabsorber (35) angeordnet ist, der diejenigen Anteile des Lichtstrahles (12) ausblendet, die größer als die Breite (s) der akustischen Welle (32) sind und dadurch an der akustischen Welle (32) vorbeilaufen.
8. Mikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem akusto-optischen Modulator (13) austretender Lichtstrahl nullter Beugungsordnung (17) die weiteren Komponenten des Mikroskops durchläuft.
9. Mikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der akusto-optische Modulator (13) als einziges die Lichtleistung variabel beeinflussendes Element vorgesehen ist.
10. Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlabsorber (21) und/oder der zweite Strahlabsorber (35) als Lochblende ausgeführt ist.
11. Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlabsorber (21) und/oder der zweite Strahlabsorber (35) als spaltförmiger Absorber ausgeführt ist.
12. Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Extinktionskoeffizient des akusto-optischen Modulators (13) in der ersten Beugungsordnung wenigstens 2000/1 beträgt.
13. Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der akusto-optische Modulator (13) aus Te0₂ besteht.
14. Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop ein Scanmikroskop ist.
15. Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem Mikroskop mit festgelegtem Strahlengang und mit einem in dem Strahlengang angeordneten akustooptischen Modulator (13), gekennzeichnet, durch folgende Schritte: • Erzeugen einer räumlich begrenzten akustischen Welle (32) mit einer Breite (s), die kleiner ist als der Durchmesser (d) des Lichtstrahls, • Lenken des kollimierten Lichtstrahles auf den akusto-optischen Modulator (13), • Ausblenden höherer Beugungsordnungen des aus dem akusto-optischen Modulator (13) austretenden Lichtstrahls mit einem erster Strahlabsorber (21); und • Ausblenden diejenigen Anteile des Lichtstrahles (12), die größer als die Breite (s) der akustischen Welle (32) sind und dadurch an der akustischen Welle (32) vorbeilaufen, mit einem zweiten Strahlabsorber (35) der zwischen dem akustooptischen Modulator (13) und dem ersten Strahlabsorber (21) angeordnet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den akusto-optischen Modulator einfallende Lichtstrahl in einen Lichtstrahl nullter Beugungsordnung (17), einen Lichtstrahl erster Beugungsordnung (19) und Lichtstrahlen höherer Ordnung gebeugt wird, und dass der gebeugte Lichtstrahl nullter Beugungsordnung (17) ohne weitere variable Schwächung den weiteren Komponenten des Mikroskops zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als akusto-optischer Modulator (13) ein Modulator verwendet wird, der in der ersten Beugungsordnung einen Extinktionskoeffizienten aufweist, der wenigstens 2000/1 beträgt.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als akusto-optischer Modulator (13) ein Modulator verwendet wird, der als akusto-optisches Medium (28) Te0₂ aufweist.

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