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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 198
53 669 A1 ist eine Ultrakurzpulsquelle mit steuerbarer
Mehrfachwellenlängenausgabe
offenbart, die insbesondere in einem Multiphotonenmikroskop Anwendung
findet. Das System weist einen Ultrakurzimpulslaser zur Erzeugung
ultrakurzer optischer Impulse einer festen Wellenlänge und
zumindest einen Wellenlängenumwandlungskanal
auf.
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Die
Patentschrift
US 6,097,870 offenbart eine
Anordnung zur Generierung eines Breitbandspektrums im sichtbaren
und infraroten Spektralbereich. Die Anordnung basiert auf einer
mikrostrukturierten Faser, in die das Licht eines Pumplasers eingekoppelt
wird. Das Pumplicht wird in der mikrostrukturierten Faser durch
nichtlineare Effekte verbreitert. Als mikrostrukturierte Faser findet
auch sog. Photonic-Band-Gap-Material oder "photonic crystal fibres", „holey
fibers" oder „microstructured
fibers" Verwendung.
Es sind auch Ausgestaltungen als sog. „Hollow fiber" bekannt.
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Eine
weitere Anordnung zur Generierung eines Breitbandspektrums ist in
der Veröffentlichung von
Birks et al.: „Supercontinuum
generation in tapered fibers",
Opt.Lett. Vol. 25, p.1415 (2000), offenbart. In der Anordnung wird
eine herkömmliche
Lichtleitfaser mit einem Faserkern, die zumindest entlang eines
Teilstücks
eine Verjüngung
aufweist verwendet. Lichtleitfasern dieser Art sind als sog. „tapered
fibers" bekannt.
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Aus
der PCT-Anmeldung mit der Publikationsnummer WO 00/04613 ist ein
optischer Verstärker
bekannt, dessen Verstärkung
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
einstellbar ist. Ferner ist in der genannten Publikation eine auf
diesem Prinzip beruhende Faserlichtquelle offenbart.
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Bogenlampen
sind als breitbandige Lichtquellen bekannt und werden in vielen Bereichen
verwendet. Exemplarisch sei hier die US-Patentschrift 3,720,822 "XENON PHOTOGRAPHY
LIGHT" genannt,
die eine Xenon-Bogenlampe zur Beleuchtung in der Photografie offenbart.
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Insbesondere
in der Mikroskopie, der Endoskopie, der Flußzytometrie, der Chromatographie
und in der Lithographie sind zur Beleuchtung der Objekte universelle
Beleuchtungseinrichtungen mit hoher Leuchtdichte wichtig. In der
Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl abgerastert.
Hierzu werden oft Laser als Lichtquelle eingesetzt. Aus der
EP 0 495 930 : „Konfokales
Mikroskopsystem für Mehrfarbenfluoreszenz" ist beispielsweise
ein Anordnung mit einem einzelnen mehrere Laserlinien emittierenden
Laser bekannt. Derzeit werden hierfür meist Mischgaslaser, insbesondere
ArKr-Laser, eingesetzt.
Als Probe werden beispielsweise mit Fluoreszenzfarbstoffen präparierte,
biologische Gewebe oder Schnitte untersucht. Im Bereich der Materialuntersuchung
wird oft das von der Probe reflektierte Beleuchtungslicht detektiert.
Auch Festkörperlaser
und Farbstofflaser, sowie Faserlaser und Optisch-Parametrische-Oszillatoren
(OPO), denen ein Pumplaser vorgeordnet ist, werden häufig verwendet.
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Mikrospotarrays
oder sog. Microplates werden in der Gen-, Medizin- und Biodiagnostik
zur Untersuchung großer
Anzahlen von spezifisch markierten Spots, die vorzugsweise gitterförmig aufgebracht sind,
verwendet. Ein sowohl in der Anregungs-, als auch in der Detektionswellenlänge einstellbarer
Microplate-Reader ist in der europäischen Patentanmeldung
EP 0 841 557 A2 offenbart.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungsvorrichtungen haben
mehrere Nachteile. Die bekannten breitbandigen Beleuchtungsvorrichtungen
weisen meist eine im Vergleich zu laserbasierenden Beleuchtungseinrichtungen
geringe Leuchtdichte auf, während
diese dem Benutzer nur diskrete Wellenlängenlinien zur Verfügung stellen, deren
spektrale Lage und Breite, wenn überhaupt, nur
in geringem Maße
einstellbar ist. Durch diese Begrenzung des Arbeitsspektrums sind
die bekannten Beleuchtungseinrichtungen nicht flexibel einsetzbar. Laserbasierende
Beleuchtungseinrichtungen und Beleuchtungsverfahren haben darüber hinaus den Nachteil,
dass durch die hohe Kohärenz
des Laserlichtes störende
Interferenzerscheinungen, wie beispielsweise Beugungsringe und Newtonringe,
auftreten. Oft werden zur Reduzierung dieser Interferenzeffekte
zusätzliche
optische Elemente eingesetzt, die die Lichtleistung durch Eigenabsorption
und Streuung reduzieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beleuchtung
eines Objektes anzugeben, die universell einsetzbar und flexibel
ist, darüber
hinaus ein breites Wellenlängenspektrum
bei gleichzeitig hoher Leuchtdichte zur Verfügung stellt und außerdem möglichst
Interferenzerscheinungen vermeidet.
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Die
objektive Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung einen Laser umfasst,
der einen Lichtstrahl emittiert, der auf ein mikrostrukturiertes
optisches Element gerichtet ist, das das Licht des Lasers spektral
verbreitert, und dass dem mikrostrukturierten optischen Element
eine Optik nachgeordnet ist, die das spektral verbreiterte Licht
zu einem Beleuchtungslichtstrahl formt.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass sie universell einsetzbar, leicht
zu handhaben und flexibel ist, und darüber hinaus eine Beleuchtung
mit Licht aus einem breiten Wellenlängenbereich bietet. Das Licht
weist außerdem
eine sehr geringe Kohärenz auf,
wodurch störende
Interferenzerscheinungen vermieden sind.
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Durch
die Verwendung von mikrostrukturierten Fasern, wie es in der bereits
erwähnten
US-Patentschrift 6,097,870 oder in der Veröffentlichung von Birks et al.
beschrieben ist, wird ein breites kontinuierliches Wellenlängenspektrum
zugänglich.
Anordnungen der offenbarten Art sind jedoch insbesondere auf Grund
der Komplexität
der einzelnen optischen Komponenten und deren Justierung zueinander
umständlich
zu handhaben, unflexibel und störungsanfällig.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausgestaltungsvariante in der dem mikrostrukturierten
optischen Element eine Optik nachgeordnet ist, die das spektral
verbreiterte Licht zu einem Strahl formt. Diese Optik befindet sich
vorzugsweise innerhalb eines Gehäuses,
das die gesamte Vorrichtung beherbergt, unmittelbar vor oder in
einer Lichtaustrittsöffnung.
Bei der Optik handelt es sich vorzugsweise um eine Variooptik mit
der verschiedene divergente, kollimierte oder konvergente Strahlformen
erzeugbar sind.
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Als
Laser sind alle gängigen
Lasertypen verwendbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Laser
ein Kurzpulslaser, beispielsweise ein modenverkoppelter Festkörperlaser,
der Lichtpulse einer Dauer von 100 fs bis 10 ps emittiert. Die Wellenlänge des
Lasers ist vorzugsweise der „Nulldispersionswellenlänge" der Faser angepasst
sein, oder ungekehrt. Scheinbar kann man die Nulldispersionswellenlänge über einen
bestimmten Wellenlängenbereich „schieben", was beim Ziehen
der Faser berücksichtigt
werden muss.
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Besonders
bevorzugt ist eine Aufführungsform
der Beleuchtungseinrichtung, die eine Vorrichtung zur Variierung
der Leistung des spektral verbreiterten Lichtes beinhaltet. Ganz
besonders vorteilhaft ist es hierbei, die Beleuchtungseinrichtung
derart auszugestalten, dass die Leistung des spektral verbreiterten
Lichtes bezüglich
mindestens einer auswählbaren
Wellenlänge
oder mindestens eines auswählbaren
Wellenlängenbereichs
variierbar oder vollständig
ausblendbar ist.
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Vorzugsweise
ist eine Vorrichtung zur Variierung der Leistung des spektral verbreiterten
Lichtes vorgesehen. Dies sind beispielsweise akustooptische oder
elektrooptische Elemente, wie akustooptische, einstellbare Filter
(acusto optical tunable filter, AOTF). Ebenso sind dielektrische
Filter oder Farbfilter verwendbar, die vorzugsweise kaskadiert angeordnet
sind. Eine besondere Flexibilität
wird dadurch erreicht, dass die Filter in Revolvern oder in Schiebefassungen
angebracht sind, die ein leichtes Einbringen in den Strahlengang
des spektral verbreiterten Lichtes ermöglichen.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, die ein Auswählen mindestens
eines Wellenlängenbereichs
aus dem spektral verbreiterten Licht erlaubt, wobei das Licht des
ausgewählten
Wellenlängenbereichs
auf das Objekt gerichtet wird. Dies kann beispielsweise mit einer
Vorrichtung realisiert sein, die das spektral verbreiterte Licht
räumlich spektral
aufzuspaltet, um mit einer geeigneten variablen Blenden- oder Filteranordnung
spektrale Anteile zu unterdrücken
oder ganz auszublenden und anschließend die verbliebenen Spektralanteile
wieder zu einem Strahl zu vereinigen. Zur räumlich spektralen Aufspaltung
ist beispielsweise ein Prisma oder ein Gitter verwendbar.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
die direkt ein Bedienelement zur Einstellung der Lichtleistung und
der spektralen Zusammensetzung des spektral verbreiterten Lichtes
aufweist. Dies kann ein Bedienpult oder ein PC sein. Die Einstelldaten
werden vorzugsweise in Form von elektrischen Signalen an die Vorrichtung
zur Beleuchtung bzw. an die Vorrichtung zur Variierung der Leistung
des spektral verbreiterten Lichtes übertragen. Besonders anschaulich
ist die Einstellung über
Schieber (Slider), die auf einem Display eines PCs angezeigt sind
und beispielsweise mit einer Computermaus bedient werden.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass die Divergenz des in das mikrostrukturierte optische Element
eingestrahlten Lichtes erheblichen Einfluss auf die spektrale Verteilung
des spektral verbreiterten Lichtes hat. In einer besonders bevorzugten
und flexiblen Ausgestaltung beinhaltet die Vorrichtung zur Beleuchtung
eine Fokussieroptik, die den Lichtstrahl des Lasers auf das mikrostrukturierte
optische Element fokussiert. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der
Fokussieroptik als Variooptik, beispielsweise als Zoomoptik.
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Da
die spektrale Verteilung des spektral verbreiterten Lichtes von
der Polarisation und der Wellenlänge
des in das mikrostrukturierte optische Element eingestrahlten Lichtes
abhängt,
sind in einer besonderen Ausgestaltungsform Vorrichtungen zur Einstellung
und Beeinflussung dieser Parameter vorgesehen. Bei Lasern, die linear
polarisiertes Licht emittieren, wird eine drehbar gelagerte λ/2-Platte
zur Drehung der Polariationsebne verwendet. Etwas Aufwendiger, jedoch
auch flexibler, ist die Verwendung einer Pockelszelle, die die Einstellung
auch jeder beliebigen elliptischen Polarisation erlaubt, oder eines Faradayrotators.
Zur Einstellung der Wellenlänge
ist vorzugsweise im Laser eine Doppelbrechende Platte oder ein kippbares
Etalon vorgesehen.
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In
einer besonderen Ausgestaltung ist eine Vorrichtung vorgesehen,
die eine Analyse des in der Wellenlänge verbreiterten Lichtes insbesondere
hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung und der Lichtleistung
ermöglicht.
Die Analysevorrichtung ist derart angeordnet, dass ein Teil des
spektral verbreiterten Lichtes beispielsweise mit Hilfe eines Strahlteilers
abgespalten und der Analysevorrichtung zugeführt wird. Die Analysevorrichtung
ist vorzugsweise ein Spektrometer. Sie enthält beispielsweise ein Prisma
oder ein Gitter zur räumlich
spektralen Aufspaltung und ein CCD-Element oder einen Mehrkanalphotomultiplier
als Detektor. In einer anderen Variante beinhaltet die Analsysevorrichtung
einen Multibanddetektor. Auch Halbleiterspektrometer sind verwendbar.
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Zur
Feststellung der Leistung des spektral verbreiterten Lichtes sind
die Detektoren derart ausgestaltet, dass ein zur Lichtleistung proportionales elektrisches
Signal erzeugt wird, das von einer Elektronik oder einem Computer
auswertbar ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform, die eine Anzeige
für die
Leistung des spektral verbreiterten Lichtes und/oder für die spektrale
Zusammensetzung des spektral verbreiterten Lichtes beinhaltet. Die
Anzeige ist vorzugsweise direkt an dem Gehäuse oder dem Bedienpult angebracht.
In einer anderen Ausführungsform
dient das Display eines PCs zur Anzeige der Leistung bzw. der spektralen
Zusammensetzung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen drehbar angeordneten Polarisationsfilter, eine λ/2-Platte
oder eine Pockelszelle oder einen Faradayrotator.
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In
einer sehr bevorzugten Ausführungsform ist
der Laser ein Pulslaser, der vorzugsweise Lichtpulse einer Pulsenergie,
die größer als
1 nJ ist, emittiert. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in Bezug
auf diese Ausgestaltung den zusätzlichen Schritt
des Einstellens der Pulsbreite des spektral verbreiterten Lichts.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Verfahren den weiteren Schritt
des Einstellens des Chirps des spektral verbreiterten Lichts ermöglicht.
Durch diese zusätzlichen
Schritte sind die Pulseigenschaften des auf das Objekt gerichteten Lichtes
individuell auf das jeweilige Objekt anpassbar. Unter Chirp ist
die zeitliche Abfolge des Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen innerhalb
eines Pulses zu verstehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst hierzu
vorzugsweise eine Prismen oder Gitteranordnung, die in ganz bevorzugter
Ausgestaltung mit einem LCD-Streifengitter kombiniert ist. Anordnungen
zur Variierung der Pulsdauer und des Chirps sind einem Fachmann
hinlänglich
bekannt.
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Die
Vorrichtung zur Beleuchtung ist ganz besonders für die Beleuchtung eines mikroskopischen Objekts,
insbesondere in einem Mikroskop, einem Videomikroskop, einem Scanmikroskop
oder konfokalen Scanmikroskop, einsetzbar. Von ganz besonderem Vorteil
ist es, dass die Wellenlänge
des auf das Objekt gerichteten Lichtes bei Fluoreszenzanwendungen
oder Anwendungen die auf dem Förstertransfer
beruhen, genau der Anregungswellenlänge der im Objekt vorhandenen
Fluorochrome angepasst wird.
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Auch
in der Endoskopie, der Flußzytometrie und
in der Lithographie ist das Verfahren und die Vorrichtung zur Beleuchtung
ganz besonders vorteilhaft einsetzbar.
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Das
mikrostrukturierte optische Element ist in einer bevorzugten Ausgestaltung
des Scanmikroskops aus einer Vielzahl von mikrooptischen Strukturelementen
aufgebaut, die zumindest zwei unterschiedliche optische Dichten
aufweisen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei
der das optische Element einen ersten Bereich und einen zweiten
Bereich beinhaltet, wobei der erste Bereich eine homogene Struktur
aufweist und in dem zweiten Bereich eine mikroskopische Struktur
aus mikrooptischen Strukturelementen gebildet ist. Von Vorteil ist es
außerdem,
wenn der erste Bereich den zweiten Bereich umschließt. Die
mikrooptischen Strukturelemente sind vorzugsweise Kanülen, Stege,
Waben, Röhren
oder Hohlräume.
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Das
mikrostrukturierte optische Element besteht in einer anderen Ausgestaltung
aus nebeneinander angeordnetem Glas- oder Kunststoffmaterial und
Hohlräumen.
Besonders zu bevorzugen ist die Ausführungsvariante, bei der das
mikrostrukturierte optische Element aus Photonic-Band-Gap-Material besteht
und als Lichtleitfaser ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist zwischen
dem Laser und der Lichtleitfaser eine optische Diode vorgesehen,
die Rückreflexionen
des Lichtstrahles die von, den Enden der Lichtleitfaser herrühren, unterdrückt.
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Eine
ganz besonders bevorzugte und einfach zu realisierende Ausführungsvariante
beinhaltet als mikrostrukturiertes optisches Element eine herkömmliche
Lichtleitfaser mit einem Faserkerndurchmesser von ca. 9 μm, die zumindest
entlang eines Teilstücks
eine Verjüngung
aufweist. Lichtleitfasern dieser Art sind als sog. „tapered
fibers" bekannt.
Vorzugsweise ist die Lichtleitfaser insgesamt 1 m lang und weist
eine Verjüngung
auf einer Länge
von 30 mm bis 90 mm auf. Der Durchmesser der Lichtleitfaser beträgt in einer
bevorzugten Ausgestaltung im Bereich der Verjüngung ca. 2 μm. Der Faserkerndurchmesser
liegt entsprechend im Nanometerbereich.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 einen
Ablaufplan,
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2 eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
mit einem Leistungsmesser und einer Anzeige,
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3 die
exemplarisch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem konfokalen
Scanmikroskop,
-
4 eine
Ausführung
des mikrostrukturierten optischen Elements und
-
5 eine
weitere Ausführung
des mikrostrukturierten optischen Elements.
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1 zeigt
einen Ablaufplan. In einem ersten Schritt erfolgt das Einstrahlen 1 des
Lichtes eines Lasers in ein mikrostrukturiertes optisches Element, das
das Licht spektral verbreitert. Hierbei wird das Licht beispielsweise
mit Hilfe von Spiegeln zu dem mikrostrukturierten optischen Element
geleitet und vorzugsweise mit einer Variooptik auf das mikrostrukturierte
optische Element fokussiert. In einem zweiten Schritt erfolgt das
Formen 3 des von dem mikrostrukturierten optischen Element
ausgehenden Lichts zu einem Beleuchtungslichtstrahl vorzugsweise
mit Hilfe von kollimierenden Optiken, die als Linsensysteme ausgestaltet
sind. In einem weiteren Schritt erfolgt Richten 5 des Beleuchtungslichtstrahles
auf das Objekt.
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2 zeigt
eine Vorrichtung zur Beleuchtung 7 die einen Laser 9 beinhaltet,
der als modengekoppelter Ti:Saphir-Laser 11 ausgeführt ist
und der einen Lichtstrahl 13, der gestrichelt gezeichnet
ist, mit der Eigenschaft eines optischen Pulszugs emittiert. Die
Dauer der Lichtimpulse beträgt
ca. 100 fs bei einer Repetitionsrate von ca. 80 MHz. Der Lichtstrahl 13 wird
mit der Fokussieroptik 15, die als Zoomoptik 17 ausgestaltet
und entlang der Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles verschiebbar
angeordnet ist, auf ein mikrostrukturiertes optisches Element 19 fokussiert.
Das mikrostrukturierte optische Element 19 besteht aus
einer, eine Verjüngung 21 aufweisenden
Lichtleitfaser 23. In dem mikrostrukturierten optischen
Element wird das Licht des Lasers spektral verbreitert. Alle Komponenten
befinden sich in einen Gehäuse 25 mit
einer Lichtaustrittsöffnung 27,
durch die der Beleuchtungslichtstrahl 29, als divergent
verlaufender Strahl, das Gehäuse 25 verlässt. Das
Spektrum des spektral verbreiterten Lichts 31 reicht von
etwa 300 nm bis 1600 nm, wobei die Lichtleistung über das
gesamte Spektrum weitgehend konstant ist. Das aus der Lichtleitfaser 23 austretende,
spektral verbreiterte Licht 31, wird mit Hilfe der Optik 33 zu
dem kollimierten Beleuchtungslichtstrahl 29 geformt. Mit
dem Strahlteiler 35 wird ein Teillichtstrahl 37 des
Beleuchtungslichtstrahls 29 abgespalten und auf eine Analysevorrichtung 39 gelenkt.
Diese beinhaltet ein Prisma 41, das den Teillichtstrahl 37 räumlich spektral
zu einem in der Auffächerungsebene
divergent verlaufenden Lichtbündel 43 auffächert, und
eine Photodiodenzeile 45 zur Detektion des Lichtes. Die
Photodiodenzeile 45 erzeugt zur Leistung des Lichtes des
jeweiligen Spektralbereichs proportionale elektrische Signale, die
einer Verarbeitungseinheit 47 zugeführt werden. Diese ist mit einem
PC 49 verbunden, auf dessen Monitor 51 die spektrale
Zusammensetzung in Form eines Graphen 53 innerhalb eines
Koordinatensystems mit zwei Achsen 55, 57 angezeigt
wird. An der Achse 55 ist die Wellenlänge aufgetragen und an der Achse 57 die
Leistung des Lichtes. Durch Anklicken des Graphen 53 mittels
einer Computermaus 59 bei gleichzeitigem Verschieben der
Computermaus 59 wird ein gestrichelter Graph 61 erzeugt,
der entsprechend der Bewegung der Computermaus 59 verformbar
ist. Im Augenblick eines erneuten Klickens mit der Computermaus 59 wird über den
Computer 49 eine Vorrichtung zur Variierung der Leistung 63 derart
angesteuert, dass sich die mit dem gestrichelten Graphen 61 vorgewählte spektrale
Zusammensetzung ergibt. Die Vorrichtung zur Variierung der Leistung 63 des
spektral verbreiterten Lichtes 31 ist als AOTF 65 (acousto
optical tunable filter) ausgeführt
und derart ausgestaltet, das Wellenlängen unabhängig voneinander beeinflusst
werden, und so die spektrale Zusammensetzung des spektral verbreiterten
Lichts 31 einstellbar ist. Außerdem ist eine Steuerung der
Ausgangsleistung des Lasers 9 über den Computer vorgesehen.
Der Benutzer nimmt Einstellungen mit Hilfe der Computermaus 59 vor.
Auf dem Monitor 51 ist ein Slider 67 dargestellt,
der zur Einstellung der Gesamtleistung des spektral verbreiterten
Lichtes 31 dient.
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3 stellt
exemplarisch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem konfokalen
Scanmikroskop 69 dar. Der von der Vorrichtung zur Beleuchtung 7 kommende
Beleuchtungslichtstrahl 29 wird von einem Strahlteiler 71 zum
Scanmodul 73 reflektiert, das einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 75 beinhaltet,
der den Lichtstrahl 29 durch die Mikroskopoptik 77 hindurch über bzw. durch
das Objekt 79 führt.
Der Beleuchtungslichtstrahl 29 wird bei nicht transparenten
Objekten 79 über
die Objektoberfläche
geführt.
Bei biologischen Objekten 79 oder transparenten Objekten 79 kann der
Beleuchtungslichtstrahl 29 auch durch das Objekt 79 geführt werden.
Dies bedeutet, dass verschiedene Fokusebenen des Objekts 79 nacheinander
mit dem Beleuchtungslichtstrahl 29 beleuchtet und somit abgetastet
werden. Die nachträgliche
Zusammensetzung ergibt dann ein dreidimensionales Bild des Objekts 79.
Der von der Vorrichtung zur Beleuchtung 7 kommende Lichtstrahl 29 ist
in der Abbildung als durchgezogene Linie dargestellt. Das vom Objekt 79 ausgehende
Licht 81 gelangt durch die Mikroskopoptik 77 und über das
Scanmodul 73 zum Strahlteiler 71, passiert diesen
und trifft auf Detektor 83, der als Photomultiplier ausgeführt ist.
Das vom Objekt 79 ausgehende Licht 81 ist als
gestrichelte Linie dargestellt. Im Detektor 83 werden elektrische,
zur Leistung des vom Objekt 79 ausgehenden Lichtes 81 proportionale
Detektionssignale erzeugt und weiterverarbeitet. Das bei einem konfokalen
Scanmikroskop üblicherweise
vorgesehene Beleuchtungspinhole 85 und das Detektionspinhole 87 sind
der Vollständigkeit
halber schematisch eingezeichnet. Weggelassen sind wegen der besseren
Anschaulichkeit hingegen einige optische Elemente zur Führung und
Formung der Lichtstrahlen. Diese sind einem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann
hinlänglich
bekannt.
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4 zeigt
eine Ausführung
des mikrostrukturierten optischen Elements 19. Dieses besteht
aus Photonic-Band-Gap-Material, das eine besondere wabenförmige Mikrostruktur 89 aufweist.
Die gezeigte Wabenstruktur ist für
die Generierung von breitbandigem Licht besonders geeignet. Der
Durchmesser der Glasinnenkanüle 91 beträgt ca. 1,9 μm. Die innere
Kanüle 91 ist
von Glasstegen 93 umgeben. Die Glasstege 93 formen
wabenförmige
Hohlräume 95.
Diese mikrooptischen Strukturelemente bilden gemeinsam einen zweiten
Bereich 97, der von einem ersten Bereich 99, der
als Glasmantel ausgeführt
ist, umgeben ist.
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5 zeigt
schematisch eine Ausführung des
mikrostrukturierten optischen Elements 19. In dieser Ausführung besteht
das mikrostrukturierte optische Element 19 aus einer herkömmlichen
Lichtleitfaser 101 mit einem Außendurchmesser von 125 μm und einem
Faserkern 103, der einen Durchmesser von 6 μm aufweist.
Im bereich einer 300 mm langen Verjüngung 105 ist der
Aussendruchmesser der Lichtleitfaser 101 auf 1,8 μm reduziert.
In diesem Bereich beträgt
der Durchmesser des Faserkerns 103 nur noch Bruchteile
von Mikrometern.
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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.
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- 1
- Einstrahlen
- 3
- Formen
- 5
- Richten
- 7
- Vorrichtung
zur Beleuchtung
- 9
- Laser
- 11
- Ti:Saphir-Laser
- 13
- Lichtstrahl
- 15
- Fokussieroptik
- 17
- Zoomoptik
- 19
- mikrostrukturiertes
optisches Element
- 21
- Verjüngung
- 23
- Lichtleitfaser
- 25
- Gehäuse
- 27
- Lichtaustrittsöffnung
- 29
- Beleuchtungslichtstrahl
- 31
- spektral
verbreitertes Licht
- 33
- Optik
- 35
- Strahlteiler
- 37
- Teillichtstrahl
- 39
- Analysevorrichtung
- 41
- Prisma
- 43
- Lichtbündel
- 45
- Photodiodenzeile
- 47
- Verarbeitungseinheit
- 49
- PC
- 51
- Monitor
- 53
- Graph
- 55
- Achse
- 57
- Achse
- 59
- Computermaus
- 61
- gestrichelter
Graph
- 63
- Vorrichtung
zur Variierung der Leistung
- 65
- AOTF
- 67
- Slider
- 69
- konfokales
Scanmikroskop
- 71
- Strahlteiler
- 73
- Scanmodul
- 75
- Scanspiegel
- 77
- Mikroskopoptik
- 79
- Objekt
- 81
- ausgehendes
Licht
- 83
- Detektor
- 85
- Beleuchtungspinhole
- 87
- Detektionspinhole
- 89
- Mikrostruktur
- 91
- Glasinnenkanüle
- 93
- Glasstege
- 95
- Hohlräume
- 97
- zweiter
Bereich
- 99
- erster
Bereich
- 101
- Lichtleitfaser
- 103
- Faserkern
- 105
- Verjüngung