DE10330402A1 - Optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten, insbesondere in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop - Google Patents

Optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten, insbesondere in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop Download PDF

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Abstract

Bei einer optischen Anordnung zum Beleuchten von Objekten (1), insbesondere in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop (2), mit einem Beleuchtungsstrahlengang (3) einer Laserlichtquelle (4), einem Detektionsstrahlengang (5) eines Detektors (6) und einem den Beleuchtungsstrahlengang (3) in zwei Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) aufteilenden und den Detektionsstrahlengang (5) vereinigenden Bauteil (9), ist zur Verbesserung der lateralen Auflösung ein optisches Element (22) zur räumlichen und/oder zeitlichen Sortierung der Wellenlängenanteile der Laserlichtquelle (4) innerhalb des Strahlquerschnitts eines Beleuchtungsteilstrahlengangs (7, 8) vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten, insbesondere in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop, mit einem Beleuchtungsstrahlengang einer Laserlichtquelle, einem Detektionsstrahlengang eines Detektors und einem den Beleuchtungsstrahlengang in zwei Beleuchtungsteilstrahlengänge aufteilenden und den Detektionsstrahlengang vereinigenden Bauteil.
  • Vorrichtungen der gattungsbildenden Art sind in der Praxis bekannt und werden beispielsweise in der EP 0 491 289 oder der US 5 671 085 verwendet. Aus beiden Druckschriften sind Mikroskopanordnungen bekannt, bei denen ein Objekt mit zwei zueinander entgegengesetzt angeordneten Mikroskopobjektiven beleuchtet bzw. detektiert wird. Zur Beleuchtung wird der Beleuchtungsstrahlengang in zwei Teilstrahlengänge aufgespalten, so dass das Objekt von zueinander entgegengesetzt verlaufenden Lichtstrahlen gleichzeitig beleuchtet werden kann, wobei das Licht der beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge im Objektbereich interferiert. Das vom Objekt kommende Licht – beispielsweise Fluoreszenz-, Reflexions- oder Transmissionslicht -, das von den Mikroskopobjektiven aufgesammelt wird, durchläuft die Beleuchtungsteilstrahlengänge in entgegengesetzter Richtung. An dem das Beleuchtungslicht aufteilenden Bauteil wird das vom Objekt kommende Licht vereinigt und dem Detektor zugeführt.
  • Gegenüber der herkömmlichen konfokalen (Raster)-Mikroskopie wird durch die doppelkonfokale Interferenzmikroskopie (sog. 4Pi-Mikroskopie) eine axiale Auflösungssteigerung erzielt, indem das Beleuchtungslicht aus gegenüberliegenden Objektiven auf die Probe fokussiert und dort zur Interferenz gebracht wird. Ein Bild eines mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop aufgenommenen Objekts weist dabei hauptsächlich einen Beitrag auf, der von dem Hauptmaximum des Beleuchtungsmusters resultiert. Darüber hinaus sind dem Bild jedoch Anteile überlagert, die aus der Beleuchtung des Objekts mit den Nebenmaxima des Beleuchtungsmusters resultieren. Diese störenden Nebenmaxima können entweder nachträglich beispielsweise durch Rekonstruktionsmethoden der inversen Filterung weitestgehend ausgeschaltet werden, oder aber durch den Einsatz von Laserimpulsen wirksam unterdrückt werden, da sich in diesem Fall der 2-Photonen-Effekt in der Probe im Wesentlichen im Fokus abspielt. Eine laterale Auflösungssteigerung ist auf diese Weise bislang allerdings nicht möglich.
  • In der STED (stimulated emission depletion)-Mikroskopie wird eine laterale Auflösungssteigerung durch die teilweise räumliche Überlagerung eines Anregungs- und eines Stimulationslichtstrahls erzielt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zwei verschiedene Laserquellen benötigt werden. Zudem müssen die Laserpulsbreiten für die Anwendung sogar speziell angepasst werden.
  • In den bisherigen Versuchen einer Kombination von STED- und 4Pi-Mikroskopie wurde gegenüber anderen Verfahren eine extrem hohe axiale Auflösungssteigerung erreicht. Die laterale Auflösung ist bislang allerdings nicht besser als in der konfokalen Mikroskopie.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine laterale Auflösungssteigerung erreicht ist.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung der gattungsbildenden Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist eine solche optische Anordnung gekennzeichnet durch ein optisches Element zur räumlichen und/oder zeitlichen Sortierung der Wellenlängenanteile der Laserlichtquelle innerhalb des Strahlquerschnitts eines Beleuchtungsteilstrahlengangs.
  • Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass sich Interferenzen im lateralen Seitenbereich des Strahldurchmessers störend bemerkbar machen und zur Verbesserung der lateralen Auflösung wirksam unterbunden werden müssen. Darüber hinaus ist erkannt worden, dass die störenden Interferenzen im Seitenbereich des Strahldurchmessers durch den Einsatz eines optischen Elements verhindert werden können, welches auf zumindest einen der beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge wirkt. Das optische Element dient dabei zur räumlichen und/oder zeitlichen Sortierung der in dem Beleuchtungsteilstrahlengang enthaltenen Wellenlängenanteile innerhalb des Strahlquerschnitts. Wenn die beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge nach einer derartigen Manipulation zur Überlagerung gebracht werden, so können nur noch in denjenigen Bereichen des Strahlquerschnitts (konstruktive) Interferenzen zustande kommen, in denen sich in beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen gleiche Wellenlängenanteile befinden. Je mehr gleiche Wellenlängenanteile in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen räumlich und/oder zeitlich voneinander separiert werden, desto effektiver können störende Interferenzen vermieden werden.
  • In vorteilhafter Weise könnte es sich bei der Laserlichtquelle um einen gepulsten Laser handeln. Bei der Verwendung von Laserimpulsen setzt sich in der 4Pi-Mikroskopie das Beleuchtungslicht aus einer Vielzahl von Wellenlängen zusammen. Bei einem Laserimpuls mit einer zeitlichen Breite von 100 fs – wie sie typischerweise bei einem Titan-Saphir-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 800 nm realisierbar sind – ist das Spektrum ca. 10 nm breit. Das gesamte Spektrum ist dabei zunächst gleichmäßig über den Strahlquerschnitt verteilt. Genauso ist das Spektrum im Allgemeinen zeitlich gleichmäßig über die Pulslaufzeit verteilt. Mittels des in dem Beleuchtungsteilstrahlengang angeordneten optischen Elements könnte nun – separat für jeden einzelnen Laserpuls – eine zeitliche Sortierung der einzelnen Wellenlängenanteile innerhalb des Laserpulses erzeugt werden.
  • In einer konkreten Ausführungsform könnten sich in dem über das eine Mikroskopobjektiv eingestrahlten Laserpuls der langwellige, rote Anteil des Spektrums beispielsweise auf der linken Seite des Strahlquerschnitts und der kurzwellige, blaue Anteil des Spektrums auf der rechten Seite des Strahlquerschnitts befinden. In dem zweiten, über das andere Mikroskopobjektiv eingestrahlten Laserpuls könnte die Verteilung des Spektrums genau spiegelverkehrt sein. In diesem Fall könnten die Seitenränder der beiden zur Überlappung gebrachten Beleuchtungsteilstrahlengänge nicht (konstruktiv) miteinander interferieren. Die Möglichkeit der Interferenz ist dann nur in einem mittleren Bereich des Strahlquerschnitts gegeben, weil nur dort dieselben Wellenlängen aufeinander treffen. Mit einer solchen Anordnung ließe sich eine laterale Auflösungssteigerung in einer Richtung – x- oder y-Richtung – erzielen.
  • Als besonders günstig erweist es sich, eine kreissymmetrische Verteilung der Wellenlängenanteile um den Strahlmittelpunkt einzustellen. Beispielsweise könnte bei dem ersten Beleuchtungsteilstrahlengang im Wesentlichen der Blauanteil nach außen verlagert werden, während sich der Rotanteil im Wesentlichen im Zentrum des Strahlquerschnitts befindet. Bei dem zweiten Beleuchtungsteilstrahlengang könnte die Verteilung genau umgekehrt gewählt werden, d.h. die Rotanteile im äußeren Bereich und die Blauanteile im mittleren Bereich des Strahlquerschnitts. Bei einer solchen Anordnung können die Ränder ebenfalls nicht mehr miteinander interferieren, und man erhält eine laterale Auflösungssteigerung in zwei Richtungen, nämlich gleichzeitig in x- und in y-Richtung.
  • Bei dem optischen Element zur Erzeugung eines räumlichen Chirps, d.h. einer räumlichen Sortierung der Wellenlängenanteile, könnte es sich im Konkreten um einen einfachen Glaskeil oder um ein gekipptes Glassubstrat handeln. Damit die optische Weglänge der beiden – Interferometerarme bildenden – Beleuchtungsteilstrahlengänge gleich bleibt, könnte in vorteilhafter Weise in jedem der beiden Teilstrahlengänge einer von zwei identischen Glaskeilen angeordnet sein. Durch eine entgegengesetzte Orientierung der beiden Glaskeile ließe sich die oben beschriebene gewünschte Wellenlängenverteilung erzielen, bei der bei der Überlappung der beiden Teilstrahlengänge in der gemeinsamen Objektebene in den Randbereichen des Strahlquerschnitts nur unterschiedliche Wellenlängen aufeinander treffen.
  • In ähnlicher Weise könnte zur Erzeugung des räumlichen Chirps ein Prisma oder ein Strahlteilerwürfel verwendet werden. Es ist zudem möglich, in den Teilstrahlengängen mehrere optische Elemente hintereinander anzuordnen, um auf diese Weise Einfluss auf die Stärke der Aufteilung der Wellenlängenanteile zu nehmen.
  • In einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen, in einem Teilstrahlengang ein Paar von Glaskeilen zu verwenden, welche in geringem Abstand entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Bei dieser Art der Anordnung ist vorteilhaft, dass die optische Achse des Teilstrahlengangs durch Einbringen des optischen Elementes nicht verändert wird.
  • Zur Erzeugung eines kreisförmigen räumlichen Chirps, bei dem gleiche Wellenlängen konzentrisch um den Strahlmittelpunkt verteilt sind, könnte man eine Axikon-Linse verwenden. In dem einen Teilstrahlengang könnte ein Axikon mit einer Spitze in der Mitte verwendet werden, während in dem anderen Teilstrahlengang ein Axikon mit einer Delle in der Mitte eingesetzt wird. In diesem Fall müsste mit Hilfe zusätzlicher Mittel dafür Sorge getragen werden, dass die optischen Weglängen in den beiden Interferometerarmen gleich sind. Diese Mittel sind aber – ebenso wie die Strahlformung mittels einer angepassten Optik – aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
  • In ähnlicher Weise ist die Erzeugung eines räumlichen Chirps mit Prismen- und/oder Gitterpaaren denkbar, wobei der Chirp dann sogar individuell einstellbar wäre.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es in der Praxis wahrscheinlich ist, dass die Beleuchtungsstrahlen in den 4Pi-Systemen bereits räumliche und/oder zeitliche Chirps aufweisen. Diese sind aber, da die Interferometerarme symmetrisch aufgebaut sind, ebenfalls symmetrisch. Bei einem räumlichen Chirp trifft dann rot auf rot und blau auf blau und Interferenz kann stattfinden.
  • Indem den Laserimpulsen zusätzlich oder alternativ zu dem räumlichen Chirp ein zeitlicher Chirp aufgeprägt wird, ist zudem eine axiale Auflösungssteigerung denkbar. Zeitliche Chirps können grundsätzlich dadurch erzielt werden, dass der Laserpuls ein dispersives Medium durchläuft, beispielsweise einen Glasblock, ein Stück Glasfaser, etc. Dabei kann es je nach speziellen Gegebenheiten günstig sein, beiden Pulsen einen zeitlichen Chirp aufzuprägen, es kann jedoch auch schon die Erzeugung eines zeitlichen Chirps in nur einem der beiden Teilstrahlen ausreichen, um störende Interferenzen wirksam zu unterdrücken.
  • Im Konkreten ist es denkbar, dass in dem einen Pulszug der rote Anteil jeweils voraus läuft (down-Chirp oder negativer Chirp), während in dem anderen Pulszug der blaue Anteil voraus läuft (up-Chirp oder positiver Chirp). Wenn die Pulse sodann aufeinander zulaufen und in der Objektebene zur Überlappung gebracht werden, interferieren die Pulse nur dann miteinander, wenn die Pulse sich räumlich genau überlagern (plus einer gewissen Unschärfe). Beim Weiterlaufen der Pulse gegeneinander geht die Interferenzbedingung verloren.
  • Eine andere Möglichkeit, die prinzipiell einfacher zu realisieren ist, könnte darin bestehen, beiden Laserimpulsen den gleichen Chirp aufzuprägen. Wenn sich die beiden Pulse räumlich genau treffen, würde dann nur der Mittelteil miteinander interferieren können, die Seitenflanken nicht. Die Flanken interferieren allerdings jeweils beim aufeinander Zulaufen und beim sich Entfernen der beiden Pulse. Denkbar ist auch, dass nur einem Pulszug ein beliebiger Chirp aufgeprägt wird, wodurch die störenden Seitenmaxima weiter unterdrückt werden könnten. Des Weiteren könnte von Vorteil sein, in beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen unterschiedlich starke – zeitliche und/oder räumliche – Chirps zu verwenden.
  • Im Hinblick auf eine besonders komfortable Ausgestaltung könnte als optisches Element ein schaltbarer Lichtmanipulator, insbesondere eine LCD-Anordnung (Liquid-Crystal-Device), vorgesehen sein. Die Verwendung von LCD-Anordnungen ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine flexible und variable Ausgestaltung des optischen Elements. Bei der Verwendung einer farbigen LCD-Anordnung kann zudem in besonders vorteilhafter Weise Licht einzelner Wellenlängen bzw. einzelner Wellenlängenbereiche selektiv beeinflußt werden.
  • Bei der Anwendung der beschriebenen Anordnung in der STED-4Pi-Mikroskopie kann neben der hohen axialen Auflösung durch einen manipulierten STED-Strahl in 4-Pi-Anordnung mit destruktiver Interferenz im Fokus und Verwaschen der Seitenmaxima eine laterale Auflösungssteigerung derart erzielt werden, dass die Anregungsstrahlen ebenfalls in 4-Pi-Anordnung mit einem spiegelverkehrten räumlichen Chirp konstruktiv im Fokus zur Interferenz gebracht werden.
  • Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung eines doppelkonfokalen Rastermikroskops,
  • 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Beleuchten von Objekten,
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Beleuchten von Objekten und
  • 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Beleuchten von Objekten.
  • 1 zeigt eine optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten 1 in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop 2. Die optische Anordnung umfasst einen Beleuchtungsstrahlengang 3 einer Laserlichtquelle 4, einen Detektionsstrahlengang 5 eines Detektors 6 und ein den Beleuchtungsstrahlengang 3 in zwei Beleuchtungsteilstrahlengänge 7, 8 aufspaltendes und den Detektionsstrahlengang 5 vereinigendes Bauteil 9.
  • Das zur Beleuchtung des Objekts 1 dienende Beleuchtungslicht 10 der Lichtquelle 4 wird über eine Linse 11 auf die Anregungslochblende 12 abgebildet. Das die Anregungslochblende 12 passierende Licht wird von dem dichroitischen Strahlteiler 13 in Richtung einer Strahlablenkvorrichtung 14 reflektiert. Die Strahlablenkvorrichtung 14 scannt den Beleuchtungslichtstrahl 10 in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander stehenden Richtungen. Der von der Strahlablenkvorrichtung 14 reflektierte und gescannte Lichtstrahl trifft auf das Bauteil 9, wo es in zwei Teilstrahlen 15, 16 aufgeteilt wird. Das die beiden Teilstrahlen durchlaufende Beleuchtungslicht wird an den Spiegeln 17, 18 reflektiert und über die Mikroskopobjektive 19, 20 von beiden Seiten aus in den gleichen Objektpunkt des Objekts 1 fokussiert. Das Ablenken des Beleuchtungslichtstrahls 10 von der Strahlablenkvorrichtung 14 bewirkt eine Ortsänderung der Beleuchtungsfokusse der beiden Mikroskopobjektive 19, 20, so dass das Objekt 1 zweidimensional in der Fokalebene beleuchtet werden kann.
  • Das von dem lediglich schematisch gezeichneten Objekt 1 ausgehende Detektionslicht – beispielsweise Fluoreszenz-, Reflexions- oder Transmissionslicht – wird von den beiden Mikroskopobjektiven 19, 20 aufgesammelt und durchläuft die Beleuchtungsstrahlengänge 7, 8 in umgekehrter Richtung. Das vom Mikroskopobjektiv 19 (20) aufgesammelte Detektionslicht wird vom Spiegel 17 (18) in Richtung des den Detektionsstrahlengang 5 vereinigenden Bauteils 9 reflektiert. Das Detektionslicht wird beim Passieren des Bauteils 9 vereinigt und über die Strahlablenkvorrichtung 14, den dichroitischen Strahlteiler 13 in Richtung der Detektionslochblende 21 geleitet. Lediglich wenn Detektionslicht aus dem Beleuchtungsfokus der beiden Mikroskopobjektive 19, 20 stammt, kann dieses Detektionslicht die Detektions lochblende 21 passieren, da die Detektionslochblende 21 gemäß dem konfokalen Prinzip in einer zum Beleuchtungsfokus der beiden Mikroskopobjektive 19, 20 optisch korrespondierenden Ebene angeordnet ist. In gleicher Weise ist die Anregungslochblende 12 in einer optisch korrespondierenden Ebene zu dem gemeinsamen Beleuchtungsfokus der beiden Mikroskopobjektive 19, 20 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß sind in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen 7, 8 jeweils beispielhaft optische Elemente 22 zur räumlichen und/oder zeitlichen Sortierung der Wellenlängenanteile der Laserlichtquelle 4 eingezeichnet. So ist in dem Beleuchtungsteilstrahlengang 7 ein Paar von Glaskeilen 23 angeordnet, mit denen ein räumlicher Chirp erzeugt wird. Aufgrund der Dispersionseigenschaft des optischen Glasmaterials wird der blaue Wellenlängenanteil stärker gebrochen als der rote Wellenlängenanteil, so dass sich nach Passieren der beiden Glaskeile 23 das blaue Licht vorzugsweise im unteren Bereich des Teilstrahls 15 und das rote Licht vorzugsweise im oberen Bereich des Teilstrahls 15 befindet. Durch die Anordnung eines – in der 1 nicht dargestellten – baugleichen Paares von Glaskeilen in dem anderen Teilstrahl 16 wird dort – bei umgekehrter Ausrichtung der Glaskeile – eine spiegelverkehrte Verteilung der Wellenlängenanteile erzeugt. Folglich könnten nur noch im Zentrum des Strahlquerschnitts Interferenzen auftreten, da nur dort gleiche Wellenlängenanteile aufeinander treffen. In den Seitenrändern des Strahlquerschnitts sind Interferenzen aufgrund der dort aufeinander treffenden unterschiedlichen Wellenlängen nicht mehr möglich. Eine laterale Auflösungssteigerung in einer Richtung ist die Folge.
  • In 1 ist in dem Beleuchtungsteilstrahlengang 8 ein Glasblock 24 eingezeichnet, welcher mit seinen beiden Stirnseiten orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung des Teilstrahls 16 ausgerichtet ist und zur Erzeugung eines zeitlichen Chirps dient.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Beleuchten von Objekten 1. Dabei ist in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen 7, 8 jeweils ein Glasblock 24 angeordnet, mit denen ein räumlicher Chirp in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen 7, 8 erzeugt wird. Durch die Ausrichtung der Glasblöcke 24 entsprechend der Darstellung in 2 wird in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen 7, 8 eine spiegelverkehrte Verteilung der Wellenlängenanteile erzeugt. So befindet sich in dem unteren Teilstrahl 15 der langwellige Rotanteil – dargestellt durch die dunklen markierten Bereich – auf der linken Seite des Strahlquerschnitts, während sich der kurzwellige Blauanteil – dargestellt durch den hell markierten Bereich – auf der rechten Seite des Strahlquerschnitts befindet. Die Wellenlängenverteilung im oberen Teilstrahl 16 ist genau umgekehrt, d.h. der rote Anteil befindet sich auf der rechten und der blaue Anteil auf der linken Seite des Strahlquerschnitts. Die beiden auf diese Weise manipulierten Beleuchtungsteilstrahlen 15, 16 werden sodann jeweils über eine Linse 25 auf das Objekt 1 fokussiert. In der Objektebene kann es folglich nur in der Mitte des Strahlquerschnitts zu Interferenzen kommen, da nur dort Pulse mit gleicher Wellenlänge aufeinander treffen.
  • 3 zeigt eine ähnliche Anordnung zum Beleuchten von Objekten 1 wie 2, mit dem einzigen Unterschied, dass als optische Elemente zur Erzeugung eines räumlichen Chirps anstelle der Glasblöcke 24 aus 2 Prismen 26 vorgesehen sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile wie in 2. Die Verwendung von Prismen 26 hat den Vorteil, dass der räumliche Chirp durch Verschieben der Prismen 26 in der durch die Doppelpfeile 28 angedeuteten Richtung veränderbar ist. Durch Verschieben der Prismen 26 kann folglich eine gezielte Einstellung des Chirps im Sinne einer Justierung durchgeführt werden.
  • 4 zeigt schließlich eine Anordnung zum Beleuchten von Objekten 1, bei der in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen 7, 8 jeweils eine Axikon- Linse 27 angeordnet ist, mit denen ein kreissymmetrischer räumlicher Chirp erzeugt wird, bei dem gleiche Wellenlängen konzentrisch um den Strahlmittelpunkt verteilt sind. Bei der kreissymmetrischen Verteilung der Wellenlängenanteile um den Strahlmittelpunkt ist im unteren Beleuchtungsteilstrahl 15 im Wesentlichen der Blauanteil – wiederum dargestellt durch den hell markierten Bereich – nach außen verlagert, während sich der Rotanteil – dargestellt durch den dunkel markierten Bereich – im Wesentlichen im Zentrum des Strahlquerschnitts befindet. Bei dem oberen Beleuchtungsteilstrahl 16 ist die Verteilung genau umgekehrt, d.h. die Rotanteile befinden sich im äußeren Bereich und die Blauanteile im mittleren Bereich des Strahlquerschnitts. Zur Erzeugung des kreisförmigen räumlichen Chirps wird in dem unteren Teilstrahlengang 7 ein Axikon 27 mit einer Spitze in der Mitte eingesetzt, während in dem oberen Teilstrahlengang 8 ein Axikon 27 mit einer Delle in der Mitte angeordnet ist. Bei dieser Anordnung können die Ränder der beiden Teilstrahlen 15, 16 nicht mehr miteinander interferieren, und man erhält eine laterale Auflösungssteigerung in zwei Richtungen.
  • Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims (18)

  1. Optische Anordnung zum Beleuchten von Objekten (1), insbesondere in Verbindung mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop (2), mit einem Beleuchtungsstrahlengang (3) einer Laserlichtquelle (4), einem Detektionsstrahlengang (5) eines Detektors (6) und einem den Beleuchtungsstrahlengang (3) in zwei Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) aufteilenden und den Detektionsstrahlengang (5) vereinigenden Bauteil (9), gekennzeichnet durch ein optisches Element (22) zur räumlichen und/oder zeitlichen Sortierung der Wellenlängenanteile der Laserlichtquelle (4) innerhalb des Strahlquerschnitts eines Beleuchtungsteilstrahlengangs (7, 8).
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Laserlichtquelle (4) um einen gepulsten Laser handelt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (22) eine seitliche Aufteilung der Wellenlängenanteile innerhalb des Strahlquerschnitts eines Beleuchtungsteilstrahlengangs (7, 8) erzeugt.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem der Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) die Blauanteile auf der einen Seite des Strahlquerschnitts und die Rotanteile auf der anderen Seite des Strahlquerschnitts befinden.
  5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Wellenlängenanteile in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen (7, 8) spiegelverkehrt zueinander ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (22) eine kreissymmetrische Aufteilung der Wellenlängenanteile innerhalb des Strahlquerschnitts eines Beleuchtungsteilstrahlengangs (7, 8) erzeugt.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem der Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) die Blauanteile in der Mitte des Strahlquerschnitts und die Rotanteile am äußeren Rand des Strahlquerschnitts befinden.
  8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängenanteile in den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen (7, 8) über den Strahlquerschnitt in radialer Richtung entgegengesetzt zueinander verteilt sind.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (22) zur Erzeugung des räumlichen Chirps um einen Glaskeil (23), ein gekipptes Glassubstrat, ein Prisma (26) oder einen Strahlteilerwürfel handelt.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) einer von zwei identischen Glaskeilen (23) in entgegengesetzter Orientierung angeordnet ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axikon (27) zur Erzeugung eines kreissymmetrischen räumlichen Chirps vorgesehen ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einen Beleuchtungsteilstrahlengang (7, 8) ein Axikon (27) mit einer Spitze in der Mitte und in dem anderen Beleuchtungsteilstrahlengang (8, 7) ein Axikon (27) mit einer Delle in der Mitte angeordnet ist.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Ausgleich der unterschiedlichen optischen Weglängen der beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) vorgesehen sind.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Prismen- und/oder Gitterpaare zur Erzeugung eines räumlichen Chirps vorgesehen sind.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Chirps in jedem der beiden Beleuchtungsteilstrahlengänge (7, 8) individuell einstellbar sind.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (22) zur Erzeugung des zeitlichen Chirps um einen Glasblock (24), ein Stück Glasfaser oder ein ähnliches dispersives Medium handelt.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Beleuchtungsteilstrahlengängen (7, 8) unterschiedlich starke räumliche und/oder zeitliche Chirps aufgeprägt sind.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (22) zur Erzeugung des räumlichen und/oder zeitlichen Chirps um schaltbare Lichtmanipulatoren, insbesondere um LCD's, handelt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102006062823B4 (de) * 2006-03-01 2010-11-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Verfahren und Mikroskop zur räumlich hochauflösenden Untersuchung von Proben

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DE102006062823B4 (de) * 2006-03-01 2010-11-25 Leica Microsystems Cms Gmbh Verfahren und Mikroskop zur räumlich hochauflösenden Untersuchung von Proben

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