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Die Erfindung betrifft eine Strahlablenkeinrichtung für ein Scanmikroskop, mit mindestens zwei Strahlkippeinheiten, die einen Lichtstrahl um eine Achse ablenken, die nicht mit der Achse des einfallenden Lichts zusammenfällt.
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Ungeachtet der grundsätzlichen Verwendungsmöglichkeiten einer gattungsbildenden Vorrichtung ist es in der Scanmikroskopie erforderlich, den zur Beleuchtung dienenden Lichtstrahl, beispielsweise von einer Laserlichtquelle kommend, zur Abtastung einer Probe in verschiedene Richtungen abzulenken. So sind aus der Praxis Strahlablenkeinrichtungen bekannt, die dazu zwei drehbare bzw. schwenkbare Ablenkspiegel aufweisen. Aus der
DE 40 26 130 C2 ist eine Strahlablenkeinrichtung bekannt, die einen zusätzlichen Ablenkspiegel umfasst, der im Strahlengang vor dem ersten Ablenkspiegel auf einer Drehachse angeordnet ist, die parallel zur Drehachse des eigentlich ersten Ablenkspiegels verläuft. Der zusätzliche Ablenkspiegel sowie der erste Ablenkspiegel lassen sich jeweils aus ihrer Ruheposition um Drehwinkel α, β auslenken, die aus einem Winkel δ für die Ablenkung des Lichtstrahls auf einen zweiten Ablenkspiegel sowie aus den Abständen D, E der Ablenkspiegel zueinander durch die Beziehung
bestimmt sind.
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Dadurch lässt sich erreichen, dass der Lichtstrahl vom zweiten Ablenkspiegel auf einen vorgegebenen Zielpunkt auf der Oberfläche eines zu beleuchtenden oder beispielsweise auch zu beschriftenden Gegenstands abgelenkt wird, ohne dass Verzerrungen auftreten.
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Bei einer Stahlablenkeinrichtung, wie sie aus der
DE 40 26 130 C2 bekannt ist, d.h. bei einem sogenannten x2y-Scanner, wird zwar der Scanstrahl in beiden Scanachsen um einen identischen Punkt abgelenkt. Die Position dieses Punktes ist jedoch ausschließlich durch die Position des x-Kippspiegels festgelegt. Eine Anpassung auf unterschiedliche Pupillenlagen ist ohne bewegliche Optik dort nicht möglich. Die Vorkehrung einer beweglichen bzw. bewegten Optik ist konstruktiv aufwendig und daher teuer.
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Aus der
US 4 725 709 A ist eine Vorrichtung zur Laserablation bekannt. Diese umfasst zwei hintereinander angeordnete Strahlkippeinheiten mit jeweils zwei Spiegeln, welche einen Lichtstrahl jeweils in x- und in y-Richtung ablenken.
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DE 21 10 921 A betrifft eine Strahlablenkeinrichtung umfassend eine Strahlkippeinheit, die aus zwei Spiegeln besteht, die über ein gemeinsames Gestänge ausgelenkt werden.
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Die
DE 202 07 817 U1 zeigt ein Scanmikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung, bei welcher drei Spiegel ortsfest zueinander in einem drehbar gelagerten Gehäuse angeordnet sind und einem weiteren drehbar angeordneten Spiegel.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Strahlablenkeinrichtung mit einfachen Mitteln derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein Betrieb ohne gravierende Ausleuchtungsprobleme bei einfachster Bauweise möglich ist.
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Die voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Strahlkippeinheiten sind derart ausgelegt, dass sich die abgelenkten Lichtstrahlen nach der Strahlablenkeinrichtung in einem als Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung bezeichneten Punkt schneiden.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine homogene Feldausleuchtung und Felddetektion, insbesondere auch bei unterschiedlichen Objektiven, dann möglich ist, wenn sich die in den Strahlkippeinheiten ab- bzw. umgelenkten Lichtstrahlen hinter den Strahlkippeinheiten in einem gemeinsamen Punkt schneiden, nämlich in der Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung. Dies ist möglich ohne die Vorkehrung einer Verschiebbarkeit optischer Elemente, d.h. ohne die Vorkehrung weiterer beweglicher Teile, nämlich durch die bloße Vorkehrung der beiden Strahlkippeinheiten, deren Kippelemente, so beispielsweise Kippspiegel, positioniert sind und deren Kippwinkel als freie Parameter vorgebbar sind.
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Die beiden Strahlkippeinheiten umfassen zwei um parallele Drehachsen drehende Kippspiegel, so dass insgesamt vier Kippspiegel - zwei Kippspiegel für die x-Ablenkung und zwei Kippspiegel für die y-Ablenkung - vorgesehen sind. Die Kippspiegel beider Strahlkippeinheiten sind derart positioniert und insbesondere derart zueinander beabstandet und die Kippwinkel sind durch die Kippbewegungen der Kippspiegel derart vorgegeben oder einstellbar, dass sich die Lichtstrahlen nach und somit außerhalb der Strahlablenkeinrichtung in der Austrittspupille schneiden.
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Im Konkreten könnte die Austrittspupille durch Veränderung der Positionierung der Kippspiegel und/oder durch Veränderung der Kippwinkel entlang der optischen Achse variabel positionierbar sein. Die Position der Kippspiegel beider Strahlkippeinheiten ist in weiter vorteilhafter Weise derart vorgegeben, dass sich die Lichtstrahlen beider Strahlkippeinheiten in einem gemeinsamen Punkt, nämlich in der Austrittspupille, schneiden, und dass die Austrittspupille durch Veränderung der Kippwinkel der einzelnen Kippspiegel entlang der optischen Achse variabel positionierbar ist.
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Aufgrund der voranstehend genannten Merkmale wird eine konkrete Anordnung der Kippspiegel vorausgesetzt. Durch Ansteuerung der Kippspiegel ist es dann möglich, dass der Lichtstrahl stets um die Austrittspupille dreht bzw. schwenkt.
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In weiter vorteilhafter Weise entspricht die Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung der Eintrittspupille einer nachgeschalteten Optik, insbesondere eines nachgeschalteten Objektivs. Folglich wird der Lichtstrahl um die Eintrittspupille des gerade verwendeten Objektivs gedreht bzw. gescannt. Dies wird in erfindungsgemäßer Weise durch geeignete Ansteuerung der einzelnen Strahlkippeinheiten an das jeweilige Objektiv erreicht, ohne dass beispielsweise eine Zoom-Optik oder eine mechanische Beweglichkeit anderer optischer Bauteile erforderlich ist. Letztendlich lässt sich zur Anpassung an unterschiedliche Lagen der Eintrittspupillen unterschiedlicher Objektive die Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung, die mit der jeweiligen Eintrittspupille zusammenfällt, einstellen.
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Die hier beanspruchte Strahlablenkeinrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den enormen Vorteil, dass der Lichtstrahl in beiden Achsen - x-Achse und y-Achse - um einen gemeinsamen Punkt außerhalb der beiden Strahlkippeinheiten umgelenkt wird. Bei geeigneter Ansteuerung der Strahlkippeinheiten ist die Position dieses Punkts, d.h. die Position der Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung, variabel, lässt sich nämlich entsprechend einer jeweils erforderlichen Anpassung an Eintrittspupillen einer nachgeschalteten Optik positionieren. Somit ist eine optimale Ausleuchtung unterschiedlicher Objektive möglich.
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Die Vorkehrung der Austrittspupille außerhalb bzw. abseits der Strahlablenkeinrichtung sorgt für hinreichend viel Platz zwischen dem zur Bewegung der Kippspiegel erforderlichen Galvosystem und der Scanoptik. Weitere bewegliche Teile sind nicht erforderlich, da die Anpassung der erforderlichen Position der Austrittspupille ausschließlich über Einstellung der Steuerungsparameter der Strahlkippeinheiten erfolgt.
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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 eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige
- Fig. in einer schematischen Ansicht den grundsätzlichen Aufbau sowie die grundsätzliche Funktion der erfindungsgemäßen Strahlablenkeinrichtung.
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Die einzige Fig. lässt erkennen, dass das von der Lichtquelle 1 kommende Licht 2 zunächst in x-Richtung durch die x-Ablenkeinheit 3 abgelenkt wird. Die x-Ablenkeinheit 3 umfasst zwei Kippspiegel 4, 5, die beide zur Ablenkung des Lichtstrahls 6 in x-Richtung dienen. Vom Kippspiegel 5 aus gelangt der Lichtstrahl 6 zur y-Ablenkeinheit 7, die ebenfalls zwei Kippspiegel 8, 9 zur Ablenkung in y-Richtung umfasst. Die Kippspiegel 4, 5 und 8, 9 werden über entsprechende Galvanometer angetrieben, die in der Fig. der Einfachheit halber nicht gezeigt sind.
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In der einzigen Fig. sind mögliche Positionen 10 der Austrittspupille der Strahlablenkeinrichtung angedeutet, die die Variabilität der Austrittspupille symbolisieren. Die Position 10 der Austrittspupille entspricht exakt der Position der Eintrittspupille der folgenden Optik, beispielsweise eines im Strahlengang folgenden Objektivs. Eine optimale Anpassung der Position der Austrittspupille auf die vorgegebene Position der Eintrittspupille einer nachgeschalteten Optik ist somit möglich.
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Gegenüber herkömmlichen Strahlablenkeinrichtungen besteht hier der Vorteil, dass der Lichtstrahl in beiden Achsen - x-Achse und y-Achse - um einen Ort außerhalb der Strahlablenkeinrichtung umgelenkt wird, wobei die Position dieses Orts, d.h. die Austrittspupille, variabel ist. Eine optimale Ausleuchtung unterschiedlicher Objektive ist möglich, wobei zwischen dem Galvosystem und der Scanoptik mehr Raum als bislang verbleibt. Bewegliche Teile sind weitestgehend vermieden, wobei dennoch eine Anpassung der Austrittspupille an die Position der jeweiligen Eintrittspupille eines nachgeschalteten Bauteils möglich ist, nämlich über Einstellung der Steuerungsparameter der Kippspiegel bzw. des die Kippspiegel bewegenden Galvos.
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Zur Funktionsweise der beanspruchten Strahlablenkeinrichtung sei in Ergänzung zu den voranstehenden Ausführungen noch Folgendes gesagt:
- Das von der Lichtquelle 1 kommende Licht 2 wird bei dem in der Fig. gewählten Ausführungsbeispiel durch den ersten Kippspiegel 4 in x-Richtung von der optischen Achse abgelenkt und gelangt zu dem zweiten Kippspiegel 5. Dieser zweite Kippspiegel 5 lenkt das Licht 6 ein weiteres Mal in der x-Richtung ab. Dabei wird der Kippspiegel 5 in Abhängigkeit des Kippspiegels 4 derart angesteuert, dass bei Abwesenheit weiterer Komponenten das Licht 6 stets durch einen gemeinsamen Punkt, nämlich durch die Austrittspupille der x-Ablenkeinheit 3, auf der optischen Achse geleitet wird.
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Dem zweiten Kippspiegel 5 ist die y-Ablenkeinheit 7 zum Ablenken in y-Richtung nachgeordnet. Diese umfasst die beiden Kippspiegel 8, 9, wobei der Kippspiegel 8 den Strahl in y-Richtung von der optischen Achse ablenkt und der Kippspiegel 9 den Strahl ebenfalls in y-Richtung derart ablenkt, dass er für alle Ablenkwinkel die optische Achse in einem gemeinsamen Punkt schneidet, nämlich in der Austrittspupille der y-Ablenkeinheit 7. Da der Strahlverlauf in x-Richtung von der y-Ablenkung nicht beeinflusst wird, schneiden sich in der y-Richtung nach wie vor alle Lichtstrahlen in der Austrittspupille der x-Ablenkeinheit 3 auf der optischen Achse.
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Die Abstände auf der optischen Achse zwischen der Austrittspupille der x-Ablenkeinheit 3 und der Austrittspupille der y-Ablenkeinheit 7 sowie die Abstände zwischen den jeweiligen Kippspiegeln 4, 5 und 8, 9 hängen von den mechanisch definierten Abständen zwischen den Kippspiegeln 4, 5 und 8, 9 sowie von den einzelnen Ablenkwinkeln an den Kippspiegeln 4 5 und 8, 9 ab. Diese Parameter lassen sich so wählen, dass die Austrittspupillen der x-Ablenkeinheit 3 und der y-Ablenkeinheit 7 zusammenfallen. Ist dies durch konkrete Positionierung der Kippspiegel 4, 5 und 8, 9 eingerichtet, schneiden sich alle Strahlen hinter der jeweiligen Ablenkeinheit 3, 7 in einem gemeinsamen Punkt, nämlich in der Position 10 der Austrittspupille, die auch gleichzeitig den Austrittspupillen der x-Ablenkeinheit 3 und der y-Ablenkeinheit 7 entspricht. Diese Position 10 der Austrittspupille ist zunächst unabhängig von den Ablenkwinkeln in x- oder y-Richtung.
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Nach Festlegen der mechanischen Dimensionen bzw. der Positionierung und Beabstandungen der Kippspiegel 4, 5 und 8, 9 verbleiben als variable Parameter die Ablenkwinkel der Kippspiegel 4, 5 und 8, 9, nämlich als quasi freie Parameter. Durch Variation dieser freien Parameter lässt sich nun die Lage der Position 10 der Austrittspupille auf der optischen Achse frei wählen, und zwar unter Beibehaltung der Bedingung, dass alle Strahlen sowohl in der x- als auch in der y-Richtung durch die Position 10 der Austrittspupille verlaufen. Mit anderen Worten ist hier eine Strahlablenkeinrichtung geschaffen, bei der sich eine variable Austrittspupille definieren lässt, die nicht mit irgendwelchen mechanischen Bauelementen der Strahlablenkeinrichtung zusammenfällt. Des Weiteren fallen die Austrittspupillen in x- und y-Richtung zusammen und bilden gemeinsam die Position 10 der Austrittspupille der gesamten Strahlablenkeinrichtung, nämlich außerhalb der Einrichtung selbst. Die Strahlen werden dabei um einen gemeinsamen Punkt abgelenkt, der auf der optischen Achse nach der Strahlablenkeinrichtung liegt. Die Position 10 der gemeinsamen Austrittspupille auf der optischen Achse lässt sich durch Vorgabe von Ansteuerparametern der Kippspiegel frei wählen, so dass eine Anpassung der Austrittspupille auf die Eintrittspupille nachfolgender Bausteine, so beispielsweise nachfolgender Objektive, mit einfachen Mitteln möglich ist.
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Die Anpassung an unterschiedliche Lagen von Eintrittspupillen bei unterschiedlichen Mikroskopobjektiven ist problemlos möglich. Gleiches gilt für die Verwendung einer entsprechenden Einrichtung für unterschiedliche Wellenlängenbereiche, in denen jeweils eine deutlich andere Pupillenlage vorliegt, so beispielsweise bei Beleuchtungen im UV-Bereich, im IR-Bereich, etc..
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Schließlich sei angemerkt, dass das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel der beispielhaften Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
