DE102019217479A1

DE102019217479A1 - Optisches System für ein bildgebendes Verfahren sowie Verwendung des optischen Systems

Info

Publication number: DE102019217479A1
Application number: DE102019217479.5A
Authority: DE
Inventors: Meiko Boley
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein bildgebendes Verfahren, aufweisend eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten einer Probe mit Licht und eine Kamera zum Empfangen des von der beleuchteten Probe rückgestrahlten Lichts, wobei ein optischer Zirkulator zwischen der Beleuchtungseinheit und der Probe und/oder zwischen der Kamera und der Probe angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem optischen System und dessen Verwendung nach Gattung des unabhängigen Anspruchs
Stand der Technik
Bei einer externen Beleuchtung einer Probe ist das Beobachtungsfeld typischerweise an die Ausrichtung der Beleuchtungsquelle gebunden. Insbesondere, wenn sich das Beobachtungsfeld einer Kamera relativ zur externen Beleuchtung verschiebt, kommt es zu Unregelmäßigkeiten in der Beleuchtung der Probe. Durch eine koaxiale Anordnung des Strahlengangs der Beleuchtung und des Strahlengangs der Bildaufnahme kann eine gleichbleibende Beleuchtung der Probe erreicht werden. Jedoch wird hierbei ein Großteil des verwendeten Lichts zur Beleuchtung der Probe durch die hierfür notwendigen optischen Elemente ungenutzt verworfen, wodurch die Effizienz eines solchen koaxialen Beleuchtungssystems sinkt.
Aus der DE 10 2015 217 173 A1 ist ein Kalibriersystem für eine optische Inspektionsanlage offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein optisches System für ein bildgebendes Verfahren vorgestellt. Das optische System weist eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten einer Probe mit Licht und eine Kamera zum Empfangen des von der beleuchteten Probe zurückgestrahlten Lichts auf. Weiterhin weist das optische System einen optischen Zirkulator auf, welcher zwischen der Beleuchtungseinheit und der Probe und/oder zwischen der Kamera und der Probe angeordnet ist.
Das hierbei verwendete Licht kann monochromatisch sein. Unter einem optischen Zirkulator kann hierbei ein nicht-reziprokes optisches System bzw. Element verstanden werden, welches Änderungen in den Eigenschaften von Licht, welches in einer Richtung durch den optischen Zirkulator propagiert, nicht wieder aufhebt bzw. rückgängig macht, wenn das Licht anschließend in der umgekehrten Richtung durch den optischen Zirkulator propagiert.
Vorteile der Erfindung
Das optische System hat den Vorteil, dass durch den optischen Zirkulator das eingestrahlte Licht besonders effizient genutzt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinheit eingerichtet ist, das Licht zum Beleuchten der Probe in den optischen Zirkular einzukoppeln, wobei der optische Zirkulator eingerichtet ist, das eingekoppelte Licht auf die Probe zu lenken und das von der Probe reflektierte bzw. rückgestreute Licht in Richtung der Kamera auszukoppeln. Hierdurch kann die Probe besonders effizient beleuchtet werden. Mit anderen Worten wird hierdurch das auf die Probe eingestrahlte Licht besonders verlustarm von der Probe zur Kamera geführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinheit einen Laser umfasst. Die als Beleuchtungslaser ausgestaltete Beleuchtungseinheit kann aufgrund der Eigenschaften des Laserlichts die Probe besonders gut fokussiert beleuchten. Ferner lässt sich das von dem Beleuchtungslaser emittierte Laserlicht in besonders einfacher Weise in den optischen Zirkulator einkoppeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der optische Zirkulator einen ersten Port, einen zweiten Port und einen dritten Port auf. Hierbei ist der erste Port zu der Beleuchtungseinheit ausgerichtet, der zweite Port zu der Probe ausgerichtet und der dritte Port zu der Kamera ausgerichtet. Unter einem Port kann hierbei ein, insbesondere optischer, Eingang bzw. Ausgang verstanden werden, in welchen Licht in das Innere des optischen Zirkulators gelangt bzw. aus dem optischen Zirkulator auskoppelbar ist.
Durch den ersten Port, den zweiten Port und/oder den dritten Port kann Licht in einfacher Weise in den optischen Zirkulator eingekoppelt werden und/oder aus dem optischen Zirkulator ausgekoppelt werden. Hierbei kann beispielsweise der erste Port und der dritte Port auf einer ersten Seite des optischen Zirkulators und der zweite Port auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des optischen Zirkulators angeordnet sein. Durch diese Konfiguration kann das optische System besonders platzsparend ausgestaltet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der dritte Port eingerichtet ist, das Licht, welches wenigstens zwei Teilstrahlen umfasst, an wenigstens zwei unterschiedlichen, insbesondere lateral zueinander versetzten, Orten aus dem optischen Zirkulator auszukoppeln. Mit anderen Worten weist der dritte Port einen ersten Teilport und einen zweiten Teilport auf, durch welchen jeweils ein separater Teilstrahl, insbesondere lateral zueinander versetzt, aus dem optischen Zirkulator ausgekoppelt werden kann. Hierdurch wird ein Freiheitsgrad der Konfiguration des optischen Systems in vorteilhafter Weise erhöht.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der erste Port eingerichtet ist, das Licht zwischen den zwei unterschiedlichen Orten in den optischen Zirkulator einzukoppeln. Mit anderen Worten kann das in den optischen Zirkulator einzukoppelnde Licht auf der ersten Seite des optischen Zirkulators lateral sowohl zu dem ersten Teilport als auch zu dem zweiten Teilport versetzt in den optischen Zirkulator eingekoppelt werden. Hierdurch wird eine besonders günstige Konfiguration des optischen Systems geschaffen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der optische Zirkulator ein optisches Element aufweist, welches auf der ersten Seite des optischen Zirkulators, insbesondere angrenzend an den dritten Port, angeordnet ist und eingerichtet ist, die wenigstens zwei Teilstrahlen koaxial zu überlagern. Hierdurch können die beiden Teilstrahlen besonders effizient und platzsparend zur Kamera geführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das optische Element einen Spiegel und einen halbdurchlässigen Spiegel aufweist. Der Spiegel kann hierbei eingerichtet sein, einen der wenigstens zwei Teilstrahlen umzulenken. Der halbdurchlässige Spiegel kann eingerichtet sein, den anderen, nicht durch den Spiegel umgelenkten Teilstrahl der wenigstens zwei Teilstrahlen umzulenken. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass beide Teilstrahlen derart umgelenkt werden, dass sie sich nach Durchlaufen des halbdurchlässigen Spiegels bzw. nach Umlenken an dem halbdurchlässigen Spiegel koaxial überlagern. Hierdurch kann eine koaxiale Überlagerung der beiden Teilstrahlen nach Durchlaufen des optischen Zirkulators in besonders einfacher Weise erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der halbdurchlässige Spiegel als ein Strahlteilerwürfel ausgestaltet. Hierdurch können beide Teilstrahlen besonders einfach koaxial überlagert werden. Insbesondere kann der Strahlteilerwürfel als ein Polarisationswürfel ausgestaltet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch den Polarisationswürfel zwei Teilstrahlen, welche senkrecht zueinander polarisiert sind, nach Durchlaufen bzw. Umlenken des/am Polarisationswürfel/s koaxial überlagert werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der optische Zirkulator ein erstes doppelbrechendes Element aufweist, das eingerichtet ist, das einfallende Licht in einen ersten Teilstrahl und einen zu dem ersten Teilstrahl senkrecht polarisierten, zweiten Teilstrahl aufzuspalten und/oder einen dritten Teilstrahl und einen zu dem dritten Teilstrahl senkrecht polarisierten, vierten Teilstrahl getrennt weiterzuführen. Weiterhin ist vorgesehen, dass der optische Zirkulator ein zweites doppelbrechendes Element aufweist, das eingerichtet ist, den ersten Teilstrahl und den zweiten Teilstrahl zusammenzuführen und/oder das einfallende Licht in den dritten Teilstrahl und den zu dem dritten Teilstrahl senkrecht polarisierten, vierten Teilstrahl aufzuspalten. Unter dem einfallenden Licht, welches in den dritten Teilstrahl und den vierten Teilstrahl aufgespalten wird, ist das von der Probe zurückreflektierte bzw. rückgestreute Licht zu verstehen. Das erste doppelbrechende Element und das zweite doppelbrechende Element sind hierbei in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten Port und dem zweite Port angeordnet. Mit anderen Worten folgt dem ersten Port das erste doppelbrechende Element, welchem wiederum das zweite doppelbrechende Element folgt, welches seinerseits an den zweiten Port angrenzt. Durch diese Konfiguration kann das Licht besonders effizient auf die Probe eingestrahlt bzw. geführt werden und von der Probe ebenfalls in effizienter Weise in Richtung Kamera reflektiert bzw. rückgestreut werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der optische Zirkulator ein weiteres optisches Element aufweist, das eingerichtet ist, eine Polarisationsrichtung des ersten Teilstrahls, eine Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls, eine Polarisationsrichtung des dritten Teilstrahls und/oder eine Polarisationsrichtung des vierten Teilstrahls zu drehen. Hierbei ist das optische Element zwischen dem ersten doppelbrechenden Element und dem zweiten doppelbrechenden Element angeordnet. Unter einem Drehen der Polarisationsrichtung der jeweiligen Teilstrahlen kann bevorzugt eine relative Drehung der Polarisationsrichtung der Teilstrahlen zueinander verstanden werden. Insbesondere kann darunter verstanden werden, dass die Polarisationsrichtung eines der Teilstrahlen sich bei Durchlaufen des optischen Zirkulators in einer bestimmten Richtung, insbesondere um 90°, dreht.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das weitere optische Element einen Faraday-Rotator aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das weitere optische Element eine Phasenverzögerungsplatte, insbesondere ein λ/2-Plättchen, aufweist. Unter einem Faraday-Rotator kann ein Polarisationsrotator verstanden werden, welcher abhängig von einem äußeren Magnetfeld, einer Länge, die das Licht durch den Faraday-Rotator zurücklegen muss und einer Materialkonstanten die Polarisationsrichtung des Lichts bzw. des Teilstrahls um einen bestimmten Winkel dreht. Mit anderen Worten dreht der Faraday-Rotator das Licht in einem globalen Koordinatensystem immer in die gleiche Richtung weiter. Durchläuft Licht den Faraday-Rotator, so wird seine Polarisationsrichtung beispielsweise um +45° gedreht. Wird dieses Licht an einem Spiegel reflektiert und durchläuft es den Faraday-Rotator erneut, so wird die vorherige Drehung der Polarisationsrichtung nicht wieder aufgehoben, sondern um weitere +45° gedreht, sodass die Polarisationsrichtung nach dem erneuten Durchlaufen des Faraday-Rotators nunmehr +90° beträgt.
Unter einer Phasenverzögerungsplatte bzw. einer Verzögerungsplatte (auch λ/n Plättchen genannt) kann ein optisches Bauelement verstanden werden, welches die Polarisation und die Phase von Licht, welches durch die Verzögerungsplatte tritt, ändern kann. Unter einem λ/2-Plättchen kann eine Verzögerungsplatte verstanden werden, die Licht, welches parallel zu einer Bauteil-spezifischen Achse polarisiert ist, um eine halbe Wellenlänge gegenüber dazu senkrecht polarisiertem Licht drehen kann. Abhängig von der Dicke der Phasenverzögerungsplatte bzw. des A/2-Plättchens kann die Polarisationsrichtung eines die Phasenverzögerungsplatte bzw. das λ/2-Plättchens passierenden Teilstrahls um einen bestimmten Winkel gedreht werden. Durchläuft Licht das λ/2-Plättchen, so wird seine Polarisationsrichtung beispielsweise um +45° gedreht. Wird dieses Licht an einem Spiegel reflektiert und durchläuft es das λ/2-Plättchen erneut, so wird die vorherige Drehung der Polarisationsrichtung - im Gegensatz zum Faraday-Rotator - gerade wieder aufgehoben, sodass die Polarisationsrichtung nach dem erneuten Durchlaufen des λ/2-Plättchens wieder 0° beträgt.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines optischen Systems gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem bildgebenden Verfahren. Hierbei kann das bildgebende Verfahren in einem Laser-Scanner, insbesondere in einem Laser-Großfeld-Scanner, einem Laser-Schweißverfahren oder einem Mikroskopieverfahren ablaufen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
Es zeigen:

1 Eine schematische Darstellung eines optischen Systems für ein bildgebendes Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel; sowie
2 Eine schematische Darstellung eines optischen Zirkulators für das optische System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird mit der vorliegenden Erfindung ein optisches System für ein bildgebendes Verfahren beschrieben, welches das von einer Beleuchtungseinheit auf eine zu beleuchtende bzw. untersuchende Probe ausgesandte Licht in besonders effizienter Weise bzw. sehr verlustarm zu einer Kamera führt.
In 1 ist ein optisches System 1 schematisch dargestellt. Das optische System 1 weist eine Beleuchtungseinheit 2, eine Kamera 4 sowie einen optischen Zirkulator 20 auf. Die Beleuchtungseinheit 2 kann beispielsweise als Beleuchtungslaser ausgestaltet sein. Die Beleuchtungseinheit 2 strahlt willkürlich polarisiertes Licht 40 über einen ersten Port 21 in den optischen Zirkulator 20 ein. Hierbei kann das willkürlich polarisierte Licht 40 über ein Strahlformungselement 5, beispielsweise einer Linse, geleitet werden um das unpolarisierte Licht 40 leichter über den ersten Port 21 in den optischen Zirkulator 20 einzukoppeln. Das willkürlich polarisierte Licht 40 wird innerhalb des optischen Zirkulators 20 wie nachfolgend in 2 beschrieben, optisch manipuliert und (angedeutet durch einen kleinen gekrümmten Pfeil 25) in Richtung eines zweiten Ports 22 geführt, wo das nunmehr in zwei zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen polarisierte Licht 41, 42 auf eine zu untersuchende Probe 3 gelenkt wird. Hierbei können weitere optische Elemente zur Strahlformung und/oder Ablenkung des polarisierten Lichts 41, 42 vor der Probe 3 angeordnet sein.
Je nach Beschaffenheit der Probe wird ein bestimmter Teil des auf die Probe 3 auftreffenden Lichts 41, 42 als reflektiertes bzw. rückgestreutes Licht 43, 44 über den zweiten Port 22 in den optischen Zirkulator 20 eingekoppelt. Das reflektierte Licht 43, 44 durchläuft den optischen Zirkulator nun im umgekehrter Richtung (angedeutet durch den größeren gekrümmten Pfeil 26), wird in dem optischen Zirkulator 20 wiederum optisch manipuliert und tritt in einem dritten Port 23 aus dem optischen Zirkulator 20 aus. Das austretende Licht 43, 44 kann nunmehr durch ein optisches Element 50, welches vor oder nach dem Port 23 angeordnet sein kann (hier nicht dargestellt), koaxial überlagert werden. Das austretende Licht 43, 44 und/oder das koaxial überlagerte Licht 45 wird über die Kamera 4 empfangen. Hierbei kann das austretende Licht 43, 44 und/oder das koaxial überlagerte Licht 45 durch ein weiteres Strahlformungselement 6 geeignet geformt werden, um dessen Empfang durch die Kamera 4 zu begünstigen.
In 2 ist der optische Zirkulator 20 aus 1 schematisch dargestellt. Der optische Zirkulator 20 umfasst ein erstes, als doppelbrechender Kristall 30a ausgebildetes doppelbrechendes Element 30, sowie ein zweites, ebenfalls als doppelbrechender Kristall 31a ausgebildetes doppelbrechendes Element 31. Zwischen dem ersten doppelbrechenden Element 30 und dem zweiten doppelbrechenden Element 31 kann ein weiteres optisches Element 32 eingefügt sein. Das weitere optische Element 32 kann seinerseits einen Faraday-Rotator 33 und eine Phasenverzögerungsplatte 34 umfassen. Der Faraday-Rotator 33 ist an das erste doppelbrechende Element 30 angrenzend angeordnet. Die Phasenverzögerungsplatte 34 ist ihrerseits angrenzend an den Faraday-Rotator 33 angeordnet und grenzt auf einer dem Faraday-Rotator 33 gegenüberliegenden Seite an das zweite doppelbrechende Element 31.
Über den ersten Port 21, welcher an einer ersten Seite 28 des optischen Zirkulators 20 angeordnet ist, wird das willkürlich polarisiere Licht 40 von der Beleuchtungseinheit 2 in den optischen Zirkulator 20 eingekoppelt. Indem der erste doppelbrechende Kristall 30a bzw. dessen schräge Schnittrichtung geeignet in dem optischen Zirkulator 20 angeordnet ist, wird das willkürlich polarisierte Licht 40 bei senkrechter Einstrahlung in zwei Teilstrahlen aufgespalten. Der erste Teilstrahl 41, auch Ordentlicher Strahl genannt, weist hierbei eine erste, durch den ersten Doppelpfeil 51 angedeutete Polarisationsrichtung auf. Der zweite Teilstrahl 42, auch Außerordentlicher Strahl genannt, weist eine zu der ersten Polarisationsrichtung senkrechte, durch den zweiten Doppelpfeil 52 angedeutete Polarisationsrichtung auf. Weiterhin wird der zweite Teilstrahl 42 durch den doppelbrechenden Kristall 30a gebrochen.
Der erste Teilstrahl 41 durchläuft nach dem doppelbrechenden Kristall 30a den Faraday-Rotator 33, durch welchen die Polarisationsrichtung 51 um +45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung gedreht wird. Nach Durchlaufen des Faraday-Rotators 33 durchläuft der erste Teilstrahl 41 die Phasenverzögerungsplatte 34, durch welche die Polarisationsrichtung 51 um weitere +45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung gedreht wird. Da nun die Polarisationsrichtung 51 des ersten Teilstrahls um insgesamt +90° gegenüber der Polarisationsrichtung des ersten Teilstrahls bei Eintritt in den ersten doppelbrechenden Kristall 30a gedreht ist, erfährt der erste Teilstrahl 41 bei Eintritt in den zweiten doppelbrechenden Kristall 31a eine Brechung, wodurch er in Richtung des zweiten Ports 22 abgelenkt wird.
Der durch den ersten doppelbrechenden Kristall 30a gebrochenen, und damit abgelenkten zweiten Teilstrahl 42 weist eine durch den zweiten Doppelpfeil 52 angedeutete Polarisationsrichtung auf, welche zu der Polarisationsrichtung 51 des ersten Teilstrahls 41 senkrecht ausgerichtet ist. Nach Durchlaufen des zweiten Teilstrahls 42 durch den ersten doppelbrechenden Kristall 30a trifft der zweite Teilstrahl 42 ebenfalls auf den Faraday-Rotator 33, welcher die Polarisationsrichtung 52 des zweiten Teilstrahls 42 um +45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. Nach Durchlaufen des Faraday-Rotators 33 trifft der zweite Teilstrahl 42 auf die Phasenverzögerungsplatte 34, welche ihrerseits die Polarisationsrichtung 52 um weitere +45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. Nach Durchlaufen der Phasenverzögerungsplatte 34 trifft der zweite Teilstrahl 42 auf den zweiten doppelbrechenden Kristall 31a, durch welchen er aufgrund seiner nunmehr um +90° zu der Eingangspolarisation gedrehten Polarisationsrichtung 52 ungebrochen bzw. unabgelenkt hindurchläuft.
Die Dicke des zweiten doppelbrechenden Kristalls 31a ist derart gewählt, dass der erste Teilstrahl 41 und der zweite Teilstrahl 42 am zweiten Port 22 wieder zusammentreffen und dort gemeinsam ausgekoppelt und auf die nicht dargestellte Probe 3 gelenkt werden.
Die Reflexe bzw. die von der Probe 3 rückgestreuten Teilstrahlen sind nunmehr gestrichelt dargestellt und als dritter Teilstrahl 43 und vierter Teilstrahl 44 bezeichnet. Aus Gründen der Übersicht sind der dritte Teilstrahl 43 und der vierte Teilstrahl 44 jeweils zueinander und zu den ersten Teilstrahlen 41 und dem zweiten Teilstrahl 42 lateral versetzt gezeichnet, obschon der Strahlengang im Wesentlichen dem des ersten Teilstrahls 41 und des zweiten Teilstrahls 42 entspricht.
Der dritte Teilstrahl 43 wird am zweiten Port 22 mit der gleichen Polarisationsrichtung (angedeutet durch den dritten Doppelpfeil 53) wie der des ersten Teilstrahls 41 in das zweite doppelbrechende Element 31 bzw. den zweiten doppelbrechenden Kristall 31a eingekoppelt. Bedingt durch seine Polarisationsrichtung 53 erfährt der dritte Teilstrahl 43 eine Brechung und damit eine Umlenkung seiner Richtung. Nach Durchlaufen des zweiten doppelbrechenden Kristalls 31a trifft der dritte Teilstrahl 43 nunmehr auf die Phasenverzögerungsplatte 34, welche die Polarisationsrichtung 53 um -45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. Nach Durchlaufen der Phasenverzögerungsplatte 34 trifft der dritte Teilstrahl 43 auf den Faraday-Rotator 33, der seinerseits die Polarisationsrichtung 53 wieder um +45° ° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. An den Faraday-Rotator 33 anschließend trifft der dritte Teilstrahl 43 auf den ersten doppelbrechenden Kristall 30a, welcher den dritten Teilstrahl 43 bedingt durch seine Polarisationsrichtung 53 bricht und damit in seiner Richtung ändert. Der dritte Teilstrahl 43 wird nunmehr am dritten Port 23 aus dem optischen Zirkulator 20 ausgekoppelt.
Der vierte Teilstrahl 44 trifft mit der gleichen Polarisationsrichtung 54 wie der des zweiten Teilstrahls 42, als dieser aus dem zweiten doppelbrechenden Kristall 31b ausgetreten ist, auf den zweiten doppelbrechenden Kristall 31a auf und durchläuft diesen ungeändert und ungebrochen. Der vierte Teilstrahl 44 trifft nachfolgend auf die Phasenverzögerungsplatte 34, welche die Polarisationsrichtung 54 des vierten Teilstrahls 44 um -45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. Nachfolgend an die Phasenverzögerungsplatte 34 trifft der vierte Teilstrahl 44 auf den Faraday-Rotator 33, der seinerseits die Polarisationsrichtung 54 wiederum um +45° gegenüber der vorherigen Polarisationsrichtung dreht. Der vierte Teilstrahl 44 trifft nun auf das erste doppelbrechende Element 30 bzw. den ersten doppelbrechenden Kristall 30a, durch welches/n der vierte Teilstrahl 44, bedingt durch seine Polarisationsrichtung 54, ungebrochen hindurchtritt. Der vierte Teilstrahl 44 tritt am dritten Port 23 aus dem optischen Zirkulator 20 aus.
Die beiden Teilstrahlen, nämlich der dritte Teilstrahl 43 und der vierte Teilstrahl 44 treten an dem dritten Port 23 an unterschiedlichen Orten aus. Der dritte Teilstrahl 43 tritt an dem zweiten Ort 23b und der vierte Teilstrahl 44 tritt aus dem ersten Ort 23a aus dem optischen Zirkulator aus. Der dritte Teilstrahl 43 und der vierte Teilstrahl 44 sind bedingt durch die Aufspaltung im optischen Zirkulator 20 nunmehr parallel zueinander und parallel zu dem ursprünglich von der Beleuchtungseinheit 2 stammenden willkürlich polarisierten Licht 40 versetzt.
Um den dritten Teilstrahl 43 und den vierten Teilstrahl 44 geeignet koaxial zu überlagern, kann ein optisches Element 50 verwendet werden. Das optische Element 50 kann seinerseits einen Spiegel 51 aufweisen, durch welchen der dritte Teilstrahl 43 um 90° umgelenkt wird. Das optische Element 50 kann weiterhin einen halbdurchlässigen Spiegel oder einen Strahlteilerwürfel 52 aufweisen, durch welchen der vierte Teilstrahl 44 in die gleiche Richtung umgelenkt wird wie der dritte Teilstrahl 43, wobei der dritte Teilstrahl 43 durch den halbdurchlässigen Spiegel bzw. den Strahlteilerwürfel 52 hindurchtreten kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Strahlteilerwürfel 52 als Polarisationswürfel 52a ausgestaltet ist. Dies hat den Vorteil, dass der dritte Teilstrahl 43 mit seiner Polarisationsrichtung 53 ungeändert und im wesentlichen verlustfrei durch den Polarisationswürfel 52a hindurchtreten kann und der vierte Teilstrahl mit seiner zu der Polarisationsrichtung 53 des dritten Teilstrahls 43 senkrechten Polarisationsrichtung 54 um 90° im wesentlichen verlustfrei umgelenkt wird, sodass der dritte Teilstrahl 43 und der vierte Teilstrahl 44 nach Durchlaufen des Polarisationswürfels 52a koaxial überlagert sind und nunmehr als vereinigter Strahl 45 vorliegen, welcher in Richtung der Kamera 4 geführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015217173 A1 [0002]

Claims

Optisches System (1) für ein bildgebenden Verfahren, aufweisend eine Beleuchtungseinheit (2) zum Beleuchten einer Probe (3) mit Licht (40, 41, 42) und eine Kamera (4) zum Empfangen des von der beleuchteten Probe (3) rückgestrahlten Lichts (34, 44, 45), gekennzeichnet durch einen optischen Zirkulator (20), welcher zwischen der Beleuchtungseinheit (2) und der Probe (3) und/oder zwischen der Kamera (4) und der Probe (3) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (2) eingerichtet ist, das Licht (40) zum Beleuchten der Probe (3) in den optischen Zirkulator (20) einzukoppeln, wobei der optische Zirkulator (20) eingerichtet ist, das eingekoppelte Licht (40, 41, 42) auf die Probe (3) zu lenken und das von der Probe (3) reflektierte Licht (43, 44) in Richtung der Kamera (4) auszukoppeln.
Optisches System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (2) einen Laser umfasst.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator (20) einen ersten Port (21), welcher zu der Beleuchtungseinheit (2) ausgerichtet ist, einen zweiten Port (22), welcher zu der Probe (3) ausgerichtet ist und einen dritten Port (23), welcher zu der Kamera (4) ausgerichtet ist, aufweist, durch welche Licht (40) in den optischen Zirkulator (20) einkoppelbar ist und/oder durch welche Licht (43, 44) aus dem optischen Zirkulator (20) auskoppelbar ist, wobei der erste Port (21) und der dritte Port (23) auf einer ersten Seite (28) des optischen Zirkulators (20) und der zweite Port (22) auf einer der ersten Seite (28) gegenüberliegenden, zweiten Seite (29) des optischen Zirkulators (20) angeordnet sind.
Optisches System (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator (20) ein optisches Element (50) aufweist, welches auf der ersten Seite (28) des optischen Zirkulators (20) vor oder nach dem dritten Port (23) angeordnet ist und eingerichtet ist, wenigstens zwei Teilstrahlen (43, 44) koaxial zu überlagern.
Optisches System (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (50) einen Spiegel (51) und einen halbdurchlässigen Spiegel (52) aufweist, wobei der Spiegel (51) eingerichtet ist, einen Teilstrahl (43) der wenigstens zwei Teilstrahlen (43, 44) umzulenken und der halbdurchlässige Spiegel (52) eingerichtet ist, den anderen, nicht durch den Spiegel (51) umgelenkten Teilstrahl (44) der wenigstens zwei Teilstrahlen (43, 44) umzulenken.
Optisches System (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der halbdurchlässige Spiegel (52) als ein Strahlteilerwürfel, insbesondere als ein Polarisationswürfel (52a), ausgestaltet ist.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator (20) ein erstes doppelbrechendes Element (30) aufweist, das eingerichtet ist, das einfallende Licht (40) in einen ersten Teilstrahl (41) und einen zu dem ersten Teilstrahl (41) senkrecht polarisierten, zweiten Teilstrahl (42) aufzuspalten und/oder einen dritten Teilstrahl (43) und einen zu dem dritten Teilstrahl (43) senkrecht polarisierten, vierten Teilstrahl (44) getrennt weiterzuführen, und ein zweites doppelbrechendes Element (31) aufweist, das eingerichtet ist, den ersten Teilstrahl (41) und den zweiten Teilstrahl (42) zusammenzuführen und/oder das einfallende Licht (41, 42) in den dritten Teilstrahl (43) und den zu dem dritten Teilstrahl (43) senkrecht polarisierten, vierten Teilstrahl (44) aufzuspalten, wobei das erste doppelbrechende Element (30) und das zweite doppelbrechende Element (31) in dieser Reihenfolge zwischen dem ersten Port (21) und dem zweiten Port (22) angeordnet sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Zirkulator (20) ein weiteres optisches Element (32) aufweist, das eingerichtet ist, eine Polarisationsrichtung (51) des ersten Teilstrahls (41), eine Polarisationsrichtung (52) des zweiten Teilstrahls (42), eine Polarisationsrichtung (53) des dritten Teilstrahls (43) und/oder eine Polarisationsrichtung (54) des vierten Teilstrahls (44) zu drehen, wobei das weitere optische Element (32) zwischen dem ersten doppelbrechenden Element (30) und dem zweiten doppelbrechenden Element (31) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere optische Element (32) einen Faraday-Rotator (33) und/oder eine Phasenverzögerungsplatte (34) aufweist.
Verwendung eines optischen Systems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem bildgebenden Verfahren.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das bildgebende Verfahren in einem Laser-Scanner, insbesondere einem Laser-Großfeldscanner, einem Laserschweißverfahren oder einem Mikroskopieverfahren abläuft.