DE10329406B4 - Transmissions-Filtereinrichtung - Google Patents

Abstract

Transmissions-Filtereinrichtung für ein Mikroskop mit sich entlang eines Beleuchtungsstrahls in ursprünglicher Richtung ausbreitenden Beleuchtungslicht (3) mit einem optischen Schmalbandfilter (6), der mindestens eine unerwünschte Durchlassstelle bei Wellenlängen außerhalb eines gewünschten Durchlassbereiches aufweist, zu deren Auskopplung aus dem Beleuchtungslicht (3) dem Schmalbandfilter (6) ein Beugungsgitter (7) nachgestellt ist, dessen maximale Beugungseffizienz bei der Schwerpunktwellenlänge des gewünschten Durchlassbereiches liegt, wobei das auf den Schmalbandfilter (6) und das Beugungsgitter (7) gerichtete Beleuchtungslicht (3) an dem Beugungsgitter (7) derart gebeugt wird, dass das gebeugte Beleuchtungslicht (3) lediglich die gewünschte Schwerpunktwellenlänge und erneut eine Ausbreitung entlang der ursprünglichen Richtung des Beleuchtungsstrahls aufweist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Transmissions-Filtereinrichtung für einen Beleuchtungsstrahlengang mit einem optischen Schmalbandfilter.
• Die Filtereinrichtung ermöglicht die hocheffiziente Auskopplung eines schmalen Spektralbereiches aus dem Spektrum einer breitbandigen Lichtquelle.
• Im UV-Bereich verwendet man nichtverkittete Objektive, weil die Strahlungsbelastung nach einer gewissen Zeit zur Zerstörung des Kittes führen würde. Da besonders bei diesen Objektiven eine Achromatisierung über einen größeren Spektralbereich nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist, ist zu empfehlen, mit einem sehr eng begrenzten Spektralbereich zu arbeiten, der mit Hilfe von Transmissions- oder Reflexions-Filtersystemen aus dem optischen Spektrum einer breitbandigen Lichtquelle ausgekoppelt wird.
• Mit der DE 199 11 671 A1 wird eine Schmalbandmodul-Prüfvorrichtung zum Prüfen der Schmalband effizienz, der Wellenlängenselektionseigenschaften und weiterer Schmalband-Betriegseigenschaften eines Schmalbandmoduls vorgestellt.
• Die üblicherweise benutzten schmalbandigen Interferenzfilter besitzen zur Blockierung der gesamten unerwünschten Spektralbereiche einen Schichtenaufbau in Form von mehreren Lang- und Kurzpassfiltern. Die Aufsummierung der unterschiedlichen Filterschichten hat den Nachteil, dass die Filtertransmission und somit die zur Verfügung stehende nutzbare Lichtintensität gegenüber der ursprünglichen Lichtintensität erheblich abfällt ( DE 197 35 832 A1 ).
• Deutlich effektiver hingegen arbeiten Reflexionssysteme, wie z. B. in der DE 101 19 992 A1 vorgeschlagen, die aus mehreren, zueinander geneigt angeordneten Reflexionsfiltern bestehen, doch wird hier nicht die hohe Schmalbandigkeit wie mit den Transmissionsfiltern erreicht.
• Auch eine, in der DE 199 31 954 A1 angegebene Verringerung der Halbwertsbreite auf 20% ist noch nicht zufriedenstellend. Die in diesem Dokument beschriebene Beleuchtungseinrichtung weist ein Reflexions-Filtersystem bestehend aus vier Reflexionsfiltern auf, an denen der Beleuchtungsstrahl jeweils mit vorgegebenen gleichen Reflexionswinkeln reflektiert wird.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Bandbreite bei der spektralen Filterung zur Vereinfachung des Objektivdesigns weiter zu verringern und trotzdem eine hohe Transmission zu gewährleisten.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Transmissions-Filtereinrichtung für ein Mikroskop mit sich entlang eines Beleuchtungsstrahls in ursprünglicher Richtung ausbreitenden Beleuchtungslicht mit einem optischen Schmalbandfilter, der mindestens eine unerwünschte Durchlassstelle bei Wellenlängen außerhalb eines gewünschten Durchlassbereiches aufweist, zu deren Auskopplung aus dem Beleuchtungslicht dem Schmalbandfilter ein Beugungsgitter nachgestellt ist, dessen maximale Beugungseffizienz bei der Schwerpunktwellenlänge des gewünschten Durchlassbereiches liegt, wobei das auf den Schmalbandfilter und das Beugungsgitter gerichtete Beleuchtungslicht an dem Beugungsgitter derart gebeugt wird, dass das gebeugte Beleuchtungslicht lediglich die gewünschte Schwerpunktwellenlänge und erneut eine Ausbreitung entlang der ursprünglichen Richtung des Beleuchtungsstrahls aufweist.
• Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass man den als Interferenzfilter ausgebildeten Schmalbandfilter ausschließlich für den gewünschten Durchlassbereich optimiert, wodurch bei weiter entfernten Spektralbereichen Durchlassstellen auftreten, so dass dort keine bzw. eine schlechte Wellenlängenblockierung erzielt wird. Durch das dem Schmalbandfilter nachgestellte Beugungsgitter werden die Wellenlängen dieser Spektralbereiche aus dem optischen Kanal herausgebeugt und gelangen somit nicht in das vorgesehene optische Projektionssystem.
• Hierzu eignet sich besonders ein planes Beugungsgitter mit einer entsprechend ausgelegten Linienzahl, dessen maximale Beugungseffizienz bei der Schwerpunktwellenlänge des gewünschten Durchlassbereiches liegt, wobei die Schwerpunktwellenlänge nach der Beugung eine Ausbreitung entlang der optischen Achse aufweist.
• Mit der erfindungsgemäßen Transmissions-Filtereinrichtung kann im Unterschied zu herkömmlichen Interferenzfiltern, bei denen die Transmission höchstens 30% beträgt und dieser Wert gegenüber dem Spektrenrand noch deutlich abfällt, mindestens eine Verdopplung erreicht werden. Für den Interferenzfilter und das Beugungsgitter betragen die erzielten Einzeltransmissionen über 80%, so dass sich eine Gesamttransmission für beide Bauelemente zusammen von mehr als 64% ergibt.
• Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für einen Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops geeignet, bei dem die Transmissions-Filtereinrichtung zwischen dem Kollektor und dem nachfolgenden Beleuchtungssystem des Mikroskops als einschiebbares Bauelement angeordnet wird, wobei die Filterwirkung erst nach erfolgtem Einschub aktiviert ist. Die dadurch erreichbare hohe Flexibilität des Einsatzes des Mikroskops wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, wenn ein in den Beleuchtungsstrahlengang einschaltbares optisches Umlenkelement zur Strahlachsenumlenkung über den Schmalbandfilter und das nachgestellte Beugungsgitter vorgesehen ist, wobei das Wirksamwerden der Filterung mit einer Einschaltung des Umlenkelementes in den Beleuchtungsstrahlengang verbunden ist.
• Es ist von Vorteil, wenn umlenkende Flächen des optischen Umlenkelementes eine Kaltlichtspiegelbeschichtung zur Auskopplung von Wärmestrahlung aufweisen. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass das optische Umlenkelement als Umlenkprisma ausgebildet ist, aus dem heraus die Wärmestrahlung einer Kühleinrichtung zugeführt ist.
• Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Die Figur zeigt einen Beleuchtungsstrahlengang für ein Mikroskop, in den eine Transmissions-Filtereinrichtung eingeschaltet ist.
• Von einer breitbandigen Lichtquelle 1, der ein Kollektor 2 nachgeordnet ist, geht ein Beleuchtungsstrahlengang 3 aus, der durch eine erste umlenkende Fläche 4 eines Umlenkprismas 5 um 90 grd abgelenkt, auf einen als Interferenzfilter 6 ausgebildeten Schmalbandfilter und auf ein nachgestelltes Beugungsgitter 7 gerichtet ist. Eine zweite umlenkende Fläche 8 des Umlenkprismas 5 nimmt das vom Beugungsgitter 7 gebeugte Licht auf und richtet es wieder in die ursprüngliche Richtung.
• Das Umlenkprisma 5 ist in einer Richtung senkrecht zu dem Beleuchtungsstrahlengang 3 verstellbar, wodurch es im Bedarfsfall als Einschubeinheit in den Beleuchtungsstrahlengang 3 hineingebracht und wieder herausgenommen werden kann.
• Mit der Erfindung kann auch Wärmestrahlung wirkungsvoll eliminiert werden. Zu diesem Zweck ist die erste umlenkende Fläche 4 mit einer Kaltlichtspiegelbeschichtung versehen, die bereits eine Wellenlängenselektierung vornimmt, indem langwelliges Licht, welches Wärmebelastung erzeugt, in das Prisma gebrochen wird. Von der zweiten Prismenkathete, der umlenkenden Fläche 8, reflektiert, verlässt die Wärmestrahlung das Umlenkprisma 5 über deren Hypotenusenfläche 9, die mit einer Kühleinrichtung 10 in Verbindung steht.
• Das an der ersten umlenkenden Fläche 4 reflektierte übrige Licht gelangt in den Interferenzfilter 6. Während der Spektralbereich von 246–250 nm mit 85%iger Transmission durchgelassen wird, ist die Durchlasseffizienz für weiter entfernte Wellenlängen an unerwünschten Durchlassstellen deutlich niedriger. Eine erste Durchbruchsstelle liegt bei ca. 290 nm.
• Das dem Interferenzfilter 6 nachgestellte plane Beugungsgitter 7 ist als äquidistantes Liniengitter mit einer Gitterfrequenz von 1000 L/mm ausgebildet und ist winkelmäßig derart zum Strahlengang aufgestellt, dass die gewünschte Schwerpunktwellenlänge von 248 nm genau entlang der optischen Achse des Strahlenganges weiterläuft und alle weiter entfernten Wellenlängen bei den unerwünschten Durchlassstellen an den hier nicht dargestellten optischen Fassungen bzw. den im Strahlengang angebrachten, hier ebenfalls nicht dargestellten Blenden des optischen Projektionssystems blockiert werden.
• Zwei in den gewinkelten Abschnitten des Beleuchtungsstrahlenganges angeordnete Korrekturlinsen 11 und 12 dienen der Anpassung der Bild- und Pupillenlagen des Optiksystems zur Wahrung des Köhlerschen Prinzips. Durch diese Maßnahme werden gleiche Abbildungsverhältnisse mit und ohne Einschub des Umlenkprismas 5 gewährleistet, indem die durch die Filtereinrichtung hervorgerufene Streckung des Strahlenganges korrigiert wird. Auch unterschiedliche Lampentypen können auf diese Weise berücksichtigt werden.

Claims (7)

1. Transmissions-Filtereinrichtung für ein Mikroskop mit sich entlang eines Beleuchtungsstrahls in ursprünglicher Richtung ausbreitenden Beleuchtungslicht (3) mit einem optischen Schmalbandfilter (6), der mindestens eine unerwünschte Durchlassstelle bei Wellenlängen außerhalb eines gewünschten Durchlassbereiches aufweist, zu deren Auskopplung aus dem Beleuchtungslicht (3) dem Schmalbandfilter (6) ein Beugungsgitter (7) nachgestellt ist, dessen maximale Beugungseffizienz bei der Schwerpunktwellenlänge des gewünschten Durchlassbereiches liegt, wobei das auf den Schmalbandfilter (6) und das Beugungsgitter (7) gerichtete Beleuchtungslicht (3) an dem Beugungsgitter (7) derart gebeugt wird, dass das gebeugte Beleuchtungslicht (3) lediglich die gewünschte Schwerpunktwellenlänge und erneut eine Ausbreitung entlang der ursprünglichen Richtung des Beleuchtungsstrahls aufweist.
2. Transmissions-Filtereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Beugungsgitter (7) als Plangitter ausgebildet ist.
3. Transmissions-Filtereinrichtung nach Anspruch 1, wobei ein in den Beleuchtungsstrahlengang einschaltbares optisches Umlenkelement zur Strahlachsenumlenkung über den Schmalbandfilter (6) und das nachgestellte Beugungsgitter (7) vorgesehen ist, wobei das Wirksamwerden der Filterung mit einer Einschaltung des Umlenkelementes in den Beleuchtungsstrahlengang verbunden ist.
4. Transmissions-Filtereinrichtung nach Anspruch 3, wobei umlenkende Flächen (4, 8) des optischen Umlenkelementes eine Kaltlichtspiegelbeschichtung zur Auskopplung von Wärmestrahlung aufweisen.
5. Transmissions-Filtereinrichtung nach Anspruch 4, wobei das optische Umlenkelement als Umlenkprisma (5) ausgebildet ist, aus dem heraus die Wärmestrahlung einer Kühleinrichtung (10) zugeführt ist.
6. Transmissions-Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei innerhalb des Beleuchtungsstrahlenganges Korrekturlinsen (11, 12) angeordnet sind.
7. Beleuchtungseinrichtung mit einer Transmissions-Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verwendung in einem Mikroskop.