DE202015105046U1

DE202015105046U1 - Device for separately modulating the wavefronts of two components of a light beam

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Publication number: DE202015105046U1
Application number: DE202015105046.1U
Authority: DE
Original assignee: Abberior Instruments GmbH
Current assignee: Abberior Instruments GmbH
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: DE102014113716A1; DE102014113716B4

Abstract

Vorrichtung (1) zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen (9, 10) polarisierten Komponenten (21, 22) eines in Richtung einer optischen Achse (7) einfallenden kollimierten Lichtstrahls (8), – wobei ein erstes polarisationsselektives optisches Element (13) auf der optischen Achse (7) angeordnet ist, das selektiv die Wellenfronten der ersten Komponente (21) moduliert, und – wobei hinter dem ersten optischen Element (13) ein zweites polarisationsselektives optisches Element (14) auf der optischen Achse (7) angeordnet ist, das selektiv die Wellenfronten der zweiten Komponente (22) moduliert, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (13), das zweite optische Element (14) und alle gegebenenfalls dazwischen auf der optischen Achse (7) angeordneten optischen Elemente die beiden Komponenten (21, 22) des Lichtstrahls (8) als parallele Strahlenbündel erhalten.Device (1) for separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions (9, 10) components (21, 22) of an optical axis (7) incident collimated light beam (8), - wherein a first polarization selective optical Element (13) is arranged on the optical axis (7) which selectively modulates the wavefronts of the first component (21), and - behind the first optical element (13) a second polarization-selective optical element (14) on the optical axis ( 7) selectively modulating the wavefronts of the second component (22), characterized in that the first optical element (13), the second optical element (14) and any optical elements disposed therebetween, if any, on the optical axis (7) the two components (21, 22) of the light beam (8) obtained as parallel beam.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtung polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Lichtstrahls. The invention relates to a device for separately modulating the wavefronts of two components polarized in mutually orthogonal transverse polarization direction of a collimated light beam incident in the direction of an optical axis.

Bei dem kollimierten Lichtstrahl, der auch als paralleles Strahlenbündel bezeichnet werden kann, kann es sich insbesondere um einen Laserstrahl handeln. The collimated light beam, which may also be referred to as a parallel beam, may in particular be a laser beam.

Verwendet werden kann die Vorrichtung z. B. in einem Rasterfluoreszenzlichtmikroskop, um Fluoreszenzverhinderungslicht, mit dem die räumliche Auflösung verbessert wird, vor dem gemeinsamen Fokussieren zusammen mit Anregungslicht durch ein Objektiv so vorzubereiten oder zu formen, dass sich um den Brennpunkt des Objektivs, an dem das Anregungslicht seine maximale Intensität und die Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts eine Nullstelle aufweist, Maxima der Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts ausbilden, die seine Nullstelle in allen drei Raumrichtungen begrenzen. Dies ist Voraussetzung dafür, dass mit dem Fluoreszenzverhinderungslicht die räumliche Auflösung des Rasterfluoreszenzlichtmikroskops in allen drei Raumrichtungen vergrößert wird, weil mit dem Anregungslicht angeregtes Fluoreszenzlicht nur noch aus dem Bereich der Nullstelle des Fluoreszenzverhinderungslichts kommen kann. Konkret kann es sich bei dem Rasterfluoreszenzlichtmikroskop um ein sogenanntes STED-Mikroskop oder ein anderes RESOLFT-Mikroskop handeln. Can be used, the device z. In a scanning fluorescent light microscope, to prepare or form fluorescence-preventing light with which spatial resolution is improved, prior to co-focusing together with excitation light through an objective such that the focus of the objective at which the excitation light is at its maximum intensity and Intensity distribution of the fluorescence-preventing light has a zero, maxima form the intensity distribution of the fluorescence-preventing light, which limit its zero point in all three spatial directions. This is a prerequisite for the fact that the fluorescence-preventing light increases the spatial resolution of the scanning fluorescence microscope in all three spatial directions, since fluorescent light excited by the excitation light can only come from the region of the zero of the fluorescence-inhibiting light. Concretely, the scanning fluorescent microscope can be a so-called STED microscope or another RESOLFT microscope.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Eine Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Laserstrahls, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist, ist aus Lenz, Martin O. et al. "3-D stimulated emission depletion microscopy with programmable aberration correction", J. Biophotonics 7, No. 1–2, 29–36 (2014) , bekannt. Hier wird in einem STED-Mikroskop Fluoreszenzverhinderungslicht als kollimierter Lichtstrahl mit zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten zunächst auf einen ersten Teilbereich eines Spatial Light Modulators gerichtet, um die Wellenfronten der ersten Komponente des Lichtstrahls so zu modulieren, dass sich um den Brennpunkt eines nachgeschalteten Objektivs eine Donut-förmige Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts ergibt. Dabei wird der Spatial Light Modulator in einer außerachsigen holographischen Konfiguration verwendet, und das von dem Spatial Light Modulator nur reflektierte Fluoreszenzverhinderungslicht wird von dem gebeugten Strahl erster Ordnung getrennt. Der Lichtstrahl aus der ersten Komponente mit den modulierten Phasenfronten und der zweiten Komponente mit den noch nicht modulierten Phasenfronten wird dann mit einem Spiegel auf einen zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators zurückreflektiert. Dabei ist zwischen dem Spatial Light Modulator und dem Spiegel eine λ/4-Platte angeordnet, die die Polarisationsrichtungen beider Komponenten bei ihrem zweimaligen Durchlauf um 90° dreht, so dass jetzt die zweite Komponente des Lichtstrahls die erste Polarisationsrichtung des Spatial Light Modulators aufweist, für die er aktiv ist. Weiterhin ist zwischen dem Spatial Light Modulator und dem Spiegel eine Optik angeordnet, die über den Spiegel hinweg den ersten Bereich des Spatial Light Modulators auf den zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators abbildet. Auf diese Weise wird eine Ablenkung der von dem ersten Teilbereich des Spatial Light Modulators bezüglich ihrer Wellenfronten modulierten ersten Komponente von der zweiten Komponente ausgeglichen, so dass sich beide Komponenten des Lichtstrahls in dem zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators vollständig überdecken. Auf diese Weise wird mit der Optik auch ein seitlicher Versatz zwischen den beiden Komponenten des Lichtstrahls verhindert, nachdem von dem zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators die zweite Komponente beim Modulieren ihrer Wellenfronten gegenüber der ersten Komponente ausgelenkt wurde. Von dem zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators werden die Wellenfronten der zweiten Komponente des Lichtstrahls konkret so moduliert, dass sich in der z-Richtung der optische Achse des nachgeschalteten Objektivs vor und hinter dessen Brennpunkt Intensitätsmaxima des Fluoreszenzverhinderungslichts ausbilden, die zusammen mit der Donut-förmigen Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts der ersten Komponente die Nullstelle des Fluoreszenzverhinderungslichts am Brennpunkt des Objektivs allseitig eingrenzen. Der Vorrichtung, mit der die Wellenfronten der beiden Komponenten des Lichtstrahls aus dem Fluoreszenzverhinderungslicht getrennt moduliert werden, ist eine Lichtleiterfaser vorgeschaltet, die die eine Komponente des Fluoreszenzverhinderungslichts mit der einen Polarisationsrichtung gegenüber der anderen Komponente mit der anderen Polarisationsrichtung um mehr als die Kohärenzlänge des Fluoreszenzverhinderungslichts verzögert, so dass die beiden Komponenten des Fluoreszenzverhinderungslichts bei ihrer Fokussierung durch das Objektiv nicht miteinander wechselwirken, auch wenn Sie vorher beide zirkular polarisiert werden. An apparatus for separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions components of an incident in the direction of an optical axis collimated laser beam, having the features of the preamble of independent claim 1, is made of Lenz, Martin O. et al. "3-D stimulated emission depletion microscopy with programmable aberration correction", J. Biophotonics 7, no. 1-2, 29-36 (2014) , known. Here, in a STED microscope, fluorescence prevention light as a collimated light beam with two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions components is first directed to a first portion of a Spatial Light modulator to modulate the wavefronts of the first component of the light beam so that around the focal point of a downstream Objectively gives a donut-shaped intensity distribution of the fluorescence-preventing light. Here, the Spatial Light Modulator is used in an off-axis holographic configuration, and the fluorescence-preventing light only reflected by the Spatial Light Modulator is separated from the first-order diffracted beam. The light beam from the first component with the modulated phase fronts and the second component with the not yet modulated phase fronts is then reflected back to a second portion of the spatial light modulator with a mirror. In this case, a λ / 4 plate is arranged between the Spatial Light modulator and the mirror, which rotates the polarization directions of both components in their two-pass through 90 °, so that now has the second component of the light beam, the first polarization direction of the Spatial Light modulator for he is active. Furthermore, an optic is arranged between the spatial light modulator and the mirror, which images the first region of the spatial light modulator over the mirror onto the second subregion of the spatial light modulator. In this way, a deflection of the first component modulated by the first subarea of the spatial light modulator with respect to its wavefronts is compensated by the second component, so that both components of the light beam completely cover each other in the second subarea of the spatial light modulator. In this way, a lateral offset between the two components of the light beam is prevented with the optics, after the second component of the second portion of the Spatial Light modulator was deflected when modulating its wavefronts relative to the first component. The wavefronts of the second component of the light beam are concretely modulated by the second subregion of the spatial light modulator in such a way that intensity maxima of the fluorescence prevention light form in the z direction of the optical axis of the downstream objective in front of and behind its focal point, which together with the donut-shaped one Intensity distribution of the fluorescence-preventing light of the first component, the zero point of the fluorescence-preventing light at the focal point of the lens on all sides. The device with which the wavefronts of the two components of the light beam are modulated separately from the fluorescence-preventing light is preceded by an optical fiber which delays the one component of the anti-fluorescence light having one polarization direction from the other component with the other polarization direction by more than the coherence length of the fluorescence-inhibiting light so that the two components of the anti-fluorescence light do not interact with each other when they are focused through the lens, even though they are both circularly polarized beforehand.

Die von Lenz et al. beschriebene Vorrichtung ist in ein vorhandenes Rasterfluoreszenzlichtmikroskop nicht ohne weiteres integrierbar, da sie deutlich größere Abmessungen als die Brennweite der dem Spatial Light Modulator zugeordneten Optik von typischerweise 20 cm aufweist. Darüber hinaus wird der Spiegel, der den Lichtstrahl zwischen den beiden Bereichen des Spatial Light Modulators reflektiert, von dem durch die Optik fokussierten Lichtstrahl nur in einem Punkt getroffen. Dies führt bei Fluoreszenzverhinderungslicht hoher Leistung zu sehr hohen Lichtintensitäten, die den Spiegel schädigen können; zudem ist die Funktion der bekannten Vorrichtung sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen des Spiegels in dem Auftreffpunkt des fokussierten Lichtstrahls. The of Lenz et al. described device is not readily integrable in an existing scanning fluorescent light microscope, since it has significantly larger dimensions than the focal length of the Spatial Light modulator associated optics of typically 20 cm. In addition, the mirror, which reflects the light beam between the two areas of the spatial light modulator, is only hit by the light beam focused by the optics at one point. This leads to very high light intensities in fluorescent light of high power, which can damage the mirror; In addition, the function of the known device is very sensitive to contamination of the mirror in the point of impact of the focused light beam.

Die DE 10 2007 025 688 A1 offenbart einen optischen Aufbau mit einem Objektiv zum Projizieren von zwei optisch unterschiedlichen Lichtkomponenten in einem Projektionsraum und mit einem optischen Bauteil, das hindurchtretende Wellenfronten der einen Lichtkomponente so deformiert, dass sich die Intensitätsverteilung der einen Lichtkomponente in dem Projektionsraum durch Interferenz mit sich selbst von der Intensitätsverteilung der anderen Lichtkomponente in dem Projektionsraum unterscheidet. Dabei treten die Wellenfronten der anderen Lichtkomponente ebenso wie die Wellenfronten der einen Lichtkomponente durch das optische Bauteil hindurch, das aber die optischen Wellenfronten der anderen Lichtkomponente nicht deformiert oder zumindest für die andere Lichtkomponente phasenkorrigiert oder phasenkorrigierbar ist. Die beiden Lichtkomponenten können sich in ihrer Polarisation unterscheiden, wobei das optische Bauteil dann doppelbrechende optische Eigenschaften aufweist. Konkret kann das optische Bauteil ein Spatial Light Modulator sein, mit dem die Form von Wellenfronten einer axial polarisierten Lichtkomponente in weiten Grenzen gestaltet werden kann, während er die Wellenfronten von Licht anderer Polarisierung unverändert lässt. The DE 10 2007 025 688 A1 discloses an optical assembly having an objective for projecting two optically different light components in a projection space and having an optical component that deforms passing wavefronts of a light component such that the intensity distribution of the one light component in the projection space interferes with itself from the intensity distribution the other light component in the projection space differs. In this case, the wavefronts of the other light component as well as the wavefronts of the one light component pass through the optical component, but which does not deform the optical wavefronts of the other light component or is at least phase-corrected or phase-corrected for the other light component. The two light components can differ in their polarization, the optical component then having birefringent optical properties. Concretely, the optical component may be a Spatial Light Modulator, with which the shape of wavefronts of an axially polarized light component can be made within wide limits while leaving the wavefronts of light of other polarization unchanged.

Aus der WO 2010/133678 A1 ist ein Fluoreszenzlichtrastermikroskop mit einer doppelbrechenden chromatischen Vorrichtung zur Strahlformung bekannt. Das Mikroskop weist eine Lichtquelle für Anregungslicht und Fluoreszenzverhinderungslicht auf, wobei das Anregungslicht und das Fluoreszenzverhinderungslicht als Komponenten eines kollimierten Lichtstrahls vorliegen, sich aber in der Wellenlänge unterscheiden. Die doppelbrechende chromatische Vorrichtung moduliert die Polarisationsverteilung über den Querschnitt des Lichtstrahls unterschiedlich für das Anregungslicht und für das Fluoreszenzverhinderungslicht, so dass das Anregungslicht am Brennpunkt eines nachgeschalteten Objektivs ein Intensitätsmaximum und das Fluoreszenzverhinderungslicht am Brennpunkt des Objektiv eine Nullstelle aufweist, die von Intensitätsmaxima des Fluoreszenzverhinderungslicht umgeben ist. From the WO 2010/133678 A1 For example, a fluorescent light scanning microscope with a birefringent chromatic beam shaping device is known. The microscope has a light source for excitation light and fluorescence prevention light, the excitation light and the fluorescence prevention light being components of a collimated light beam but differing in wavelength. The birefringent chromatic device modulates the polarization distribution across the cross section of the light beam differently for the excitation light and for the fluorescence prevention light so that the excitation light at the focal point of a downstream objective has an intensity maximum and the fluorescence inhibition light at the focal point of the objective has a null surrounded by intensity peaks of the fluorescence inhibition light ,

Aus Muro, Mikio und Takatani, Yoshiaki "Optical rotatory-dispersion-type spatial light modulator and characteristics of the modulated light", Applied Optics, Vol. 44, No. 19, 3992–3999 , ist es bekannt, einen chromatischen optischen Polarisationsrotator einem in Transmission betriebenen Spatial Light Modulator vorzuschalten. Von dem Polarisationsrotator wird selektiv eine Komponente eines zwei Komponenten unterschiedlicher Wellenlängen aufweisenden linear polarisierten Lichtstrahls so verdreht, dass sie die erste Polarisationsrichtung aufweist, für die der Spatial Light Modulator aktiv ist. So kann in einem STED-Mikroskop selektiv das Fluoreszenzverhinderungslicht bezüglich seiner Wellenfronten moduliert werden, um am Brennpunkt eines Objektivs eine Nullstelle auszubilden, die von beispielsweise einer ringförmigen Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts umgeben ist, während das Anregungslicht ohne Modulation seiner Phasenfronten durch den Spatial Light Modulator hindurchtritt und deshalb von dem Objektiv so fokussiert wird, dass es in dessen Brennpunkt sein Intensitätsmaximum aufweist. Diese bekannte Vorrichtung ist nur zum Ausbilden einer Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts geeignet, die die Nullstelle der Intensitätsverteilung des Fluoreszenzverhinderungslichts in zwei Raumrichtungen eingrenzt, nicht jedoch auch in der dritten Raumrichtung. Out Muro, Mikio and Takatani, Yoshiaki "Optical rotatory-dispersion-type spatial light modulator and modulated light modulators", Applied Optics, Vol. 19, 3992-3999 It is known to preconnect a chromatic optical polarization rotator to a transmissive spatial light modulator. A component of a linearly polarized light beam having two components of different wavelengths is selectively rotated by the polarization rotator such that it has the first polarization direction for which the spatial light modulator is active. Thus, in an STED microscope, the fluorescence-preventing light can be selectively modulated with respect to its wavefronts to form a null at the focal point of an objective surrounded by, for example, an annular intensity distribution of the fluorescence-inhibiting light while the excitation light passes through the spatial light modulator without modulating its phase fronts is therefore focused by the lens so that it has its intensity maximum in its focal point. This known device is only suitable for forming an intensity distribution of the fluorescence-preventing light that limits the zero point of the intensity distribution of the fluorescence-preventing light in two spatial directions, but not in the third spatial direction.

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Lichtstrahls aufzuzeigen, die so kompakt ausführbar ist, dass sie in vorhandene Rasterfluoreszenzlichtmikroskope integriert werden kann, um in diesen mit hoher Funktionssicherheit eine Intensitätsverteilung von Fluoreszenzverhinderungslicht auszubilden, die eine Nullstelle am Brennpunkt eines Objektivs des Rasterfluoreszenzlichtmikroskops in allen drei Raumrichtungen mit Maxima des Fluoreszenzverhinderungslichts begrenzt. The invention has for its object to provide a device for separately modulating the wavefronts of two in mutually orthogonal transverse polarization polarized components of an incident in the direction of an optical axis collimated light beam, which is so compact executable that it can be integrated into existing scanning fluorescence microscopes to form in these with high reliability an intensity distribution of fluorescence-preventing light, which limits a zero point at the focal point of a lens of the scanning fluorescent microscope in all three spatial directions with maxima of the fluorescence-preventing light.

LÖSUNG SOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 12 sind auf bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet. Die Patentansprüche 13 bis 15 betreffen ein Rasterfluoreszenzlichtmikroskop mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. The object of the invention is achieved by a device having the features of independent claim 1. The dependent claims 2 to 12 are directed to preferred embodiments of the device according to the invention. The claims 13 to 15 relate to a scanning fluorescent light microscope with a device according to the invention.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Lichtstrahls, bei der ein erstes polarisationsselektives optisches Element auf der optischen Achse angeordnet ist, das selektiv die Wellenfronten der ersten Komponente moduliert, und bei der hinter dem ersten optischen Element ein zweites polarisationsselektives optisches Element auf der optischen Achse angeordnet ist, das selektiv die Wellenfronten der zweiten Komponente moduliert, erhalten das erste optische Element, das zweite optische Element und alle ggf. dazwischen auf der optischen Achse angeordneten optischen Elemente die beiden Komponenten des Lichtstrahls als parallele Strahlenbündel. Anders gesagt wird keine Komponente des Lichtstrahls zwischen den beiden polarisationsselektiven optischen Elementen fokussiert. In a device according to the invention for separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions components of an incident optical axis collimated light beam in which a first polarization-selective optical element is disposed on the optical axis, which selectively modulates the wavefronts of the first component and in which a second polarization-selective optical element on the optical axis is arranged behind the first optical element and selectively modulates the wavefronts of the second component, the first optical element, the second optical element and all, if appropriate, arranged on the optical axis optical elements, the two components of the light beam as parallel beam. In other words, no component of the light beam is focused between the two polarization-selective optical elements.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hingenommen, dass die polarisationsselektiven optischen Elemente, wenn sie selektiv die Wellenfronten einer der beiden Komponenten des Lichtstrahls modulieren, die Richtung dieser Komponente gegenüber der anderen Komponente verändern können. Insbesondere wird auf jedwede abbildende Optik zwischen den beiden polarisationsselektiven optischen Elementen verzichtet. Dies ermöglicht es, die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt, d. h. mit geringem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten polarisationsselektiven optischen Element und entsprechend geringen Gesamtabmessungen auszuführen. Umgekehrt resultiert aus einem geringen Abstand der beiden polarisationsselektiven optischen Elemente, dass sich aufgrund einer Ablenkung der ersten Komponente gegenüber der zweiten Komponente durch das erste optische Element bis zu dem zweiten optischen Element kein großer lateraler Abstand zwischen den beiden Komponenten des Lichtstrahls ausbilden kann. Wenn dann das zweite optische Element die von ihm bezüglich ihrer Wellenfronten modulierte zweite Komponente gegenüber der ersten Komponente auslenkt und die beiden Auslenkungsrichtungen der beiden optischen Elemente in dieselbe Querrichtung zu der optischen Achse ausgerichtet werden, wozu zwischen den beiden optischen Elementen eine Phasenplatte auf der optischen Achse anzuordnen ist, die die Polarisationsrichtungen beider Komponenten um 90° dreht, resultiert hinter dem zweiten polarisationsselektiven optischen Element ein lateraler Versatz zwischen den beiden Komponenten des Lichtstrahls. Aufgrund der geringen optischen Weglänge zwischen den beiden optischen Elementen bleibt dieser Versatz bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung klein. In the device according to the invention it is accepted that the polarization-selective optical elements, if they selectively modulate the wavefronts of one of the two components of the light beam, can change the direction of this component with respect to the other component. In particular, any imaging optics between the two polarization-selective optical elements are dispensed with. This makes it possible, the device of the invention is very compact, d. H. with a small distance between the first and the second polarization-selective optical element and correspondingly small overall dimensions. Conversely, resulting from a small distance between the two polarization-selective optical elements that due to a deflection of the first component relative to the second component through the first optical element to the second optical element no large lateral distance between the two components of the light beam can form. Then, when the second optical element deflects the second component modulated by it with respect to its wavefronts with respect to the first component, and the two deflection directions of the two optical elements are aligned in the same transverse direction to the optical axis, to which end a phase plate on the optical axis between the two optical elements is to be arranged, which rotates the polarization directions of both components by 90 °, results behind the second polarization-selective optical element, a lateral offset between the two components of the light beam. Due to the small optical path length between the two optical elements, this offset remains small in the device according to the invention.

Zudem kann dieser Versatz zwischen den beiden Komponenten des Lichtstrahls durch Anpassung mindestens eines Modulationsmusters, das das erste oder zweite optische Element den Wellenfronten der modulierten Komponente aufprägt, gegenüber der optischen Achse kompensiert werden. Das heißt, bei dem oder den Modulationsmuster(n) wird berücksichtigt, dass zumindest eine der beiden Komponenten des Lichtstrahls lateral gegenüber der optischen Achse versetzt ist. Das Modulationsmuster wird entsprechend modifiziert, um mit der jeweiligen Komponente dennoch z. B. die gewünschten Maxima einer Intensitätsverteilung von Fluoreszenzverhinderungslicht um einen Brennpunkt eines nachgeschalteten Objektivs auszubilden. Die Anpassung des mindestens einen Modulationsmusters kann besonders leicht durchgeführt werden, wenn als polarisationsselektives optisches Element ein Spatial Light Modulator verwendet wird. In diesem Fall erfordert die Anpassung nur eine Modifizierte Ansteuerung des Spatial Light Modulators. In addition, this offset between the two components of the light beam can be compensated by adapting at least one modulation pattern, which impresses the first or second optical element to the wavefronts of the modulated component, with respect to the optical axis. That is to say, it is taken into account in the modulation pattern (s) that at least one of the two components of the light beam is laterally offset with respect to the optical axis. The modulation pattern is modified accordingly to still with the respective component z. B. form the desired maxima of an intensity distribution of fluorescence-preventing light to a focal point of a downstream objective. The adaptation of the at least one modulation pattern can be carried out particularly easily if a Spatial Light Modulator is used as the polarization-selective optical element. In this case, the adaptation requires only a modified control of the Spatial Light Modulator.

In einer konkreten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das erste optische Element und das zweite optische Element Teilbereiche eines einzigen Spatial Light Modulators, der den Lichtstrahl in beiden Teilbereichen in Rückwärtsrichtung beugt. Bei dem Spatial Light Modulator wird nicht der nullter Ordnung reflektierte Lichtstrahl, sondern werden die in erster oder höherer Ordnung rückwärts gebeugten Komponenten des Lichtstahls genutzt, wobei die Auslenkung der bezüglich ihrer Phasenfronten modulierten Komponente gegenüber der von dem jeweiligen Bereich des Spatial Light Modulators bezüglich ihrer Phasenfronten nicht modulierten Komponente des Lichtstrahls mit der Ordnung der Beugung zunimmt. Durch den besonders kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung können aber auch gezielt Beugungen höherer Ordnung durch den Spatial Light Modulator genutzt werden. Um den Lichtstrahl nach seiner ersten Beugung an dem Spatial Light Modulator auf ihn zurückzuwerfen, können zwischen den beiden Teilbereichen des Spatial Light Modulators zwei Spiegel hintereinander auf der optischen Achse angeordnet sein. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung treffen alle Komponenten des Lichtstrahls als parallele Strahlenbündel von gewissem Querschnitt und entsprechend mit begrenzter Lichtintensität auf diese Spiegel auf. Um die Polarisationsrichtung der beiden Komponenten des Lichtstrahls zwischen den beiden Teilbereichen des Spatial Light Modulators zu drehen, so dass jeweils einer der beiden Teilbereiche auf eine der beiden Komponenten des Lichtstrahls einwirkt, kann zwischen den beiden Spiegeln eine λ/2-Phasenplatte für die beiden Komponenten des Lichtstrahls angeordnet sein. In a specific embodiment of the device according to the invention, the first optical element and the second optical element are subareas of a single spatial light modulator, which diffracts the light beam in both partial areas in the reverse direction. The Spatial Light Modulator does not use the zeroth-order reflected light beam, but uses the first-order or higher-order backward components of the light beam, with the deflection of the phase fronts modulated component from that of the respective Spatial Light Modulator with respect to their phase fronts Unmodulated component of the light beam increases with the order of diffraction. Due to the particularly compact construction of the device according to the invention, however, it is also possible to use diffraction of a higher order by the Spatial Light Modulator. To reflect the light beam after its first diffraction on the Spatial Light modulator on him, two mirrors can be arranged one behind the other on the optical axis between the two sections of the spatial light modulator. In the device according to the invention, all components of the light beam strike the mirrors as parallel beam bundles of a certain cross-section and correspondingly with limited light intensity. In order to rotate the direction of polarization of the two components of the light beam between the two subregions of the spatial light modulator so that one of the two subregions acts on one of the two components of the light beam, a λ / 2 phase plate for the two components can be provided between the two mirrors be arranged of the light beam.

In einer besonders kompakten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen den beiden Teilbereichen des Spatial Light Modulators ein Spiegel auf der optischen Achse angeordnet, auf dem wiederum eine λ/4-Phasenplatte für die beiden Komponenten des Lichtstrahls angeordnet ist. Diese λ/4-Phasenplatte wird von den beiden Komponenten des Lichtstrahls einmal auf dem Weg zu dem Spiegel und dann auf dem Rückweg von dem Spiegel passiert, so dass sie die Polarisationsrichtungen beider Komponenten des Lichtstrahls insgesamt um jeweils 90° dreht. In a particularly compact embodiment of the device according to the invention is between the two sections of the Spatial Light Modulator arranged a mirror on the optical axis, on which in turn a λ / 4-phase plate for the two components of the light beam is arranged. This λ / 4-phase plate is passed by the two components of the light beam once on the way to the mirror and then on the way back from the mirror so that it rotates the polarization directions of both components of the light beam in total by 90 °.

Der Spiegel kann durch eine reflektierende Beschichtung in einem Teilbereich eines transparenten Substrats ausgebildet sein, in dem die λ/4-Phasenplatte, auf dem Substrat angeordnet ist. Vor dem ersten Teilbereich und/oder nach dem zweiten Teilbereich des Spatial Light Modulators kann sich die optische Achse durch nicht beschichtete Bereiche des transparenten Substrats hindurch erstreckt. Das Substrat kann sehr dicht vor dem Spatial light Modulator angeordnet und dennoch definiert gelagert werden. Der sich dadurch ergebende kleine seitliche Abstand zwischen den beiden polarisationsselektiven optischen Elementen ist durch Ihre Ausbildung als Teilbereiche eines einzigen Spatial Light Modulators, anders als wenn zwei getrennte Spatial Light Modulatoren verwendet würden, völlig unproblematisch. The mirror may be formed by a reflective coating in a portion of a transparent substrate in which the λ / 4-phase plate is disposed on the substrate. Before the first subregion and / or after the second subregion of the spatial light modulator, the optical axis can extend through uncoated regions of the transparent substrate. The substrate can be arranged very close to the Spatial light modulator and still be stored defined. The resulting small lateral separation between the two polarization-selective optical elements is unproblematic because of their design as partitions of a single spatial light modulator than would be the case if two separate spatial light modulators were used.

Wenn die Phasenplatte, die bei den beiden geschilderten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem einen Spatial Light Modulator zwischen dessen beiden Teilbereichen angeordnet ist, soweit chromatisch ist, dass sie für eine weitere Komponente des Lichtstrahls, die dieselbe transversale Polarisationsrichtung wie die zweite Komponente, aber eine andere Wellenlänge als die beiden Komponenten des Lichtstrahls aufweist, nicht wirksam ist, kann bei einem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgebauten Rasterfluoreszenzlichtmikroskop das Anregungslicht zusammen mit dem Fluoreszenzverhinderungslicht über der Spatial Light Modulator geführt werden, und die Wellenfronten des Anregungslichts bleiben dennoch unmoduliert. If the phase plate, which is arranged in the two described embodiments of the device according to the invention with a Spatial Light modulator between the two partial areas, as far as chromatic, that for another component of the light beam, the same transverse polarization direction as the second component, but a In the case of a scanning fluorescent microscope constructed with the device according to the invention, the excitation light can be guided together with the fluorescence-preventing light via the spatial light modulator, and the wavefronts of the excitation light nevertheless remain unmodulated.

Konkret kann die optische Weglänge von dem ersten optischen Element längs der optischen Achse bis zu dem zweiten optischen Element bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf nicht mehr als 15 cm, vorzugsweise nicht mehr als 2 cm beschränkt werden. Concretely, the optical path length from the first optical element along the optical axis to the second optical element in the apparatus of the present invention can be restricted to not more than 15 cm, preferably not more than 2 cm.

Eine besonders geringe optische Weglänge ergibt sich, wenn das erste optische Element und das zweite optische Element direkt hintereinander angeordnete transmissive optische Elemente sind. Wenn diese beiden optischen Elemente starr miteinander verbunden sind, ergibt sich eine feste Ortsbeziehung der beiden von ihnen den Wellenfronten der beiden Komponenten des Lichtstrahls aufgeprägten Modulationsmuster. A particularly small optical path length results when the first optical element and the second optical element are directly behind one another arranged transmissive optical elements. If these two optical elements are rigidly connected to each other, a fixed positional relationship of the two of them the wave fronts of the two components of the light beam impressed modulation pattern results.

Zwischen dem ersten und dem zweiten transmissiven optischen Element kann zusätzlich eine chromatische Phasenplatte auf der optischen Achse angeordnet sein. Wenn diese Phasenplatte entweder für eine weitere Komponente des Lichtstrahls, die dieselbe transversale Polarisationsrichtung wie die zweite Komponente, aber eine andere Wellenlänge aufweist, wirksam und für die erste und die zweite Komponente des Lichtstrahls nicht wirksam ist oder aber für die erste Komponente und die zweite Komponente des Lichtstrahls wirksam und für eine weitere Komponente des Lichtstrahls, die dieselbe transversale Polarisationsrichtung wie die zweite Komponente, aber eine andere Wellenlänge aufweist, nicht wirksam ist, kann die weitere Komponente des Lichtstrahls durch die Vorrichtung hindurchtreten, ohne dass ihre Wellenfronten von der Vorrichtung moduliert werden, weil sie in beiden Fällen beim Auftreffen auf beide polarisationsselektiven optischen Elemente die Polarisationsrichtung aufweist, die zu keiner Modulation der Wellenfronten durch das jeweilige optische Element führt. In addition, a chromatic phase plate may be arranged on the optical axis between the first and the second transmissive optical element. If this phase plate is effective for either another component of the light beam having the same transverse direction of polarization as the second component but a different wavelength and is not effective for the first and second components of the light beam or for the first component and the second component effective for the light beam and not effective for another component of the light beam having the same transverse polarization direction as the second component but a different wavelength, the further component of the light beam may pass through the device without its wavefronts modulated by the device because in both cases it has the polarization direction when it strikes both polarization-selective optical elements, which does not lead to any modulation of the wavefronts by the respective optical element.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können z. B. von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtstrahls abhängige Korrekturen der Wellenfronten vorgenommen werden, um Phasenfehler zu kompensieren, d. h. um exakt ebene Wellenfronten einzustellen. Auch dies fällt unter das erfindungsgemäße getrennte Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Lichtstrahls. With the device according to the invention z. B. be performed by the polarization direction of the incident light beam dependent corrections of the wavefronts to compensate for phase errors, d. H. to set exactly level wavefronts. This also falls under the invention separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions components of an incident light in the direction of an optical axis collimated light beam.

Ein erfindungsgemäßes Rasterfluoreszenzlichtmikroskop weist neben einer Anregungslichtquelle für Anregungslicht, einer Fluoreszenzverhinderungslichtquelle für Fluoreszenzverhinderungslicht, einem gemeinsamen Objektiv zum Fokussieren des Anregungslichts und des Fluoreszenzverhinderungslichts sowie den weiteren üblichen Bestandteilen eines Rasterfluoreszenzlichtmikroskops, wie beispielsweise einem Detektor für das aus einer zu untersuchenden Probe emittierte Fluoreszenzlicht, eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Strahlengang des Fluoreszenzverhinderungslichts auf. Dabei umfasst das Fluoreszenzverhinderungslichts die erste und die zweite Komponente des Lichtstrahls, deren Wellenfronten von der Vorrichtung separat moduliert werden. An inventive scanning fluorescent light microscope has an excitation light source for excitation light, a fluorescence prevention light source for fluorescence prevention light, a common objective for focusing the excitation light and the fluorescence prevention light, and the other conventional components of a scanning fluorescent microscope such as a detector for fluorescence emitted from a sample to be examined in the beam path of the fluorescence-preventing light. In this case, the fluorescence-preventing light comprises the first and the second component of the light beam whose wavefronts are separately modulated by the device.

Im Falle der chromatischen Phasenplatte zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann bei dem erfindungsgemäßen Rasterfluoreszenzlichtmikroskop die Vorrichtung auch im Strahlengang des Anregungslichts angeordnet sein. In diesem Fall entspricht das Anregungslicht der weiteren Komponente des Lichtstrahls, die sich von der ersten und der zweiten Komponente in der Wellenlänge unterscheidet und die Polarisationsrichtung der zweiten Komponente aufweist. In the case of the chromatic phase plate between the first and the second optical element of the device according to the invention, the device can also be arranged in the beam path of the excitation light in the scanning fluorescence microscope according to the invention. In this case, the excitation light corresponds to the other component of the light beam extending from the first and the second second component in the wavelength and has the polarization direction of the second component.

Vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in dem erfindungsgemäßen Rasterfluoreszenzlichtmikroskop eine doppelbrechende Einrichtung im Strahlengang des Fluoreszenzverhinderungslichts angeordnet sein, die die eine gegenüber der anderen Komponente des Lichtstrahls über eine Kohärenzlänge des Fluoreszenzverhinderungslichts hinaus verzögert. Dadurch sind die beiden Komponenten des Fluoreszenzverhinderungslichts nicht mehr kohärent, d. h. interferenzfähig. Sie können daher ohne Wechselwirkungen im Bereich um einen Brennpunkt eines Objektivs miteinander überlagert werden, auch wenn ihre Polarisationsrichtungen vorher beide auf eine zirkulare Polarisationsrichtung geändert wurden. In front of the device according to the invention, a birefringent device can be arranged in the beam path of the fluorescence-preventing light in the scanning fluorescence light microscope according to the invention, which delays the one beyond the other component of the light beam over a coherence length of the fluorescence-preventing light addition. As a result, the two components of the fluorescence-preventing light are no longer coherent, i. H. capable of interference. Therefore, they can be superimposed with each other without interactions in the area around a focal point of a lens, even if their polarization directions have both previously been changed to a circular polarization direction.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden kollimierten Lichtstrahls in schematischer Darstellung. 1 shows a first embodiment of an apparatus for separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization directions components of an incident optical axis collimated light beam in a schematic representation.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung in schematischer Darstellung. 2 shows a second embodiment of the device in a schematic representation.

3 zeigt ein Detail der Vorrichtung gemäß 1 oder 2. 3 shows a detail of the device according to 1 or 2 ,

4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, und 4 schematically shows a further embodiment of the device, and

5 zeigt stark schematisch ein Rasterfluoreszenzlichtmikroskop mit einer Vorrichtung zum getrennten Modulieren der Wellenfronten von zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen polarisierten Komponenten eines in Richtung einer optischen Achse einfallenden und hier insgesamt drei Komponenten aufweisenden kollimierten Lichtstrahls. 5 shows very schematically a scanning fluorescent light microscope with a device for separately modulating the wavefronts of two polarized in mutually orthogonal transverse polarization polarized components of an incident in the direction of an optical axis and here having a total of three components collimated light beam.

FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist einen Spatial Light Modulator 2 und ein dem Spatial Light Modulator 2 gegenüber liegendes Glassubstrat 3 auf. Auf einem Teilbereich des Glassubstrats 3 ist eine λ/4-Platte 4 angeordnet. Die dem Glassubstrat 3 zugeordnete Seite der λ/4-Platte 4 ist mit einer reflektierenden Beschichtung 5 versehen, um einen Spiegel 6 auszubilden. Alternativ könnte auch das Glassubstrat 3 in seinem von der λ/4-Platte 4 abgedeckten Teilbereich mit der reflektierenden Beschichtung versehen sein, um den Spiegel 6 auszubilden. Die Vorrichtung 1 wirkt wie folgt auf einen längs einer optischen Achse 7 einfallenden Lichtstrahl 8 mit zwei in zueinander orthogonalen transversalen Polarisationsrichtungen 9 und 10, die in 1 durch Symbole wiedergegeben sind, polarisierten Komponenten. Der Lichtstrahl tritt zunächst neben dem Spiegel 6 durch das Glassubstrat 3 hindurch. Hierbei erfährt der gesamte Lichtstrahl 8 einen kleinen seitlichen Versatz, der in 1 nicht dargestellt ist. Dann trifft der Lichtstrahl 8 in einen ersten Teilbereich 11 des Spatial Light Modulators 2. Der Spatial Light Modulator 2 ist so ausgerichtet, dass die Polarisationsrichtung 9 der einen Komponente des Lichtstrahls 8 seiner ersten oder aktiven Richtung entspricht, während die Polarisationsrichtung 10 der zweiten Komponente des Lichtstrahls 8 der zweiten oder inaktiven Richtung des Spatial Light Modulators 2 entspricht. Der von dem Teilbereich 11 des Spatial Light Modulators 2 zurückgeworfene Lichtstrahl 8 weist daher eine von der Ansteuerung des Spatial Light Modulators 2 in dem Teilbereich 11 abhängige Modulation der Wellenfronten der einen Komponente des Lichtstrahls 8 mit der Polarisationsrichtung 9 auf. Die andere Komponente des Lichtstrahls 8 mit der Polarisationsrichtung 10 erfährt hingegen keine Modulation ihrer Wellenfronten durch den ersten Teilbereich 11 des Spatial Light Modulators 2. Der Lichtstrahl 8 wird anschließend durch den Spiegel 6 auf einen zweiten Teilbereich 12 des Spatial Light Modulators 2 reflektiert. Dabei tritt der Lichtstrahl 8 zweimal durch die λ/4-Platte 4 hindurch, so dass die Polarisationsrichtungen beider Komponenten des Lichtstrahls 8 um 90° gedreht werden. Damit weist jetzt die Komponente des Lichtstrahls 8, deren Wellenfronten durch den Teilbereich 11 des Spatial Light Modulators 2 moduliert wurden, die Polarisationsrichtung 10 auf, während die Komponente mit den nicht modulierten Wellenfronten die Polarisationsrichtung 9 aufweist. In der Konsequenz moduliert jetzt der Teilbereich 12 je nach Ansteuerung des Spatial Light Modulators 2 die Wellenfronten der zweiten Komponente des Lichtstrahls 8, weil deren Polarisationsrichtung 9 mit der ersten Polarisationsrichtung des Spatial Light Modulators 2 zusammenfällt. Beide Teilbereiche des wieder durch das Glassubstrat 3 in einem Bereich außerhalb des Spiegels 6 hindurchtretenden Lichtstrahls 8 weisen daher separat modulierte Wellenfronten auf, und zwar die Komponente mit der Polarisationsrichtung 10 die durch den Teilbereich 11, und die Komponente mit der Polarisationsrichtung, die durch den Teilbereich 12 des Spatial Light Modulators 2 modulierten Wellenfronten. Der Aufbau der Vorrichtung 1 kann sehr kompakt gehalten werden. Der Abstand zwischen dem Spatial Light Modulator 2 und dem Glassubstrat 3 kann kürzer als 1 cm sein. Bei diesem kurzen Abstand erweist es sich als vorteilhaft, dass die beiden optischen Elemente, die separat die Wellenfronten einer Komponente des Lichtstrahls 8 modulieren, die Teilbereiche 11 und 12 eines einzigen Spatial Light Modulator 2 sind und nicht separate optische Elemente oder gar separate Spatial Light Modulatoren, die nebeneinander angeordnet werden. Bei dem geringen Abstand zwischen dem Spiegel 6 und dem Spatial Light Modulator 2 erweist sich auch die Ausbildung des Spiegels 6 an der Oberfläche des Glassubstrats 3 als vorteilhaft, um den Spiegel 6 mit der davor angeordneten λ/4-Platte 4 lokal vor dem Spatial Light Modulator 2 anzuordnen und dennoch definiert zu lagern. In the 1 shown device 1 has a Spatial Light Modulator 2 and the Spatial Light Modulator 2 opposite glass substrate 3 on. On a portion of the glass substrate 3 is a λ / 4 plate 4 arranged. The glass substrate 3 associated side of the λ / 4 plate 4 is with a reflective coating 5 provided a mirror 6 train. Alternatively, the glass substrate could also be used 3 in his from the λ / 4 plate 4 covered portion with the reflective coating be provided to the mirror 6 train. The device 1 acts on one along an optical axis as follows 7 incident light beam 8th with two mutually orthogonal transverse polarization directions 9 and 10 , in the 1 represented by symbols, polarized components. The light beam initially occurs next to the mirror 6 through the glass substrate 3 therethrough. Here, the entire light beam experiences 8th a small lateral offset that in 1 not shown. Then the light beam hits 8th into a first subarea 11 of the Spatial Light Modulator 2 , The Spatial Light Modulator 2 is oriented so that the polarization direction 9 the one component of the light beam 8th its first or active direction corresponds, while the polarization direction 10 the second component of the light beam 8th the second or inactive direction of the Spatial Light Modulator 2 equivalent. The one of the subarea 11 of the Spatial Light Modulator 2 reflected light beam 8th Therefore, one of the control of Spatial Light modulator 2 in the subarea 11 dependent modulation of the wavefronts of a component of the light beam 8th with the polarization direction 9 on. The other component of the light beam 8th with the polarization direction 10 On the other hand, there is no modulation of their wavefronts through the first subrange 11 of the Spatial Light Modulator 2 , The light beam 8th is then through the mirror 6 to a second subarea 12 of the Spatial Light Modulator 2 reflected. The light beam occurs 8th twice through the λ / 4 plate 4 through, so that the polarization directions of both components of the light beam 8th rotated by 90 °. This now indicates the component of the light beam 8th whose wavefronts go through the subarea 11 of the Spatial Light Modulator 2 were modulated, the polarization direction 10 while the component with the non-modulated wave fronts the polarization direction 9 having. As a consequence, the subarea now modulates 12 depending on the control of the Spatial Light Modulator 2 the wavefronts of the second component of the light beam 8th because of their polarization direction 9 with the first polarization direction of the Spatial Light Modulator 2 coincides. Both parts of the back through the glass substrate 3 in an area outside the mirror 6 passing light beam 8th Therefore, have separately modulated wavefronts, namely the component with the polarization direction 10 through the subarea 11 , and the component with the direction of polarization passing through the subarea 12 of the Spatial Light Modulator 2 modulated wavefronts. The construction of the device 1 can be kept very compact. The distance between the Spatial Light Modulator 2 and the glass substrate 3 can be shorter than 1 cm. At this short distance, it proves to be advantageous that the two optical elements that separate the wavefronts of a component of the light beam 8th modulate the subregions 11 and 12 a single Spatial Light Modulator 2 are and not separate optical elements or even separate Spatial Light modulators, which are arranged side by side. At the small distance between the mirror 6 and the Spatial Light Modulator 2 also proves the training of the mirror 6 on the surface of the glass substrate 3 as beneficial to the mirror 6 with the λ / 4 plate arranged in front of it 4 Locally in front of the Spatial Light Modulator 2 to arrange and yet defined to store.

Die in 2 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 1 umfasst ebenfalls einen Spatial Light Modulator 2 mit zwei Teilbereichen 11 und 12, die als optische Elemente 13 und 14 zum Modulieren jeweils einer Komponente des längs der optischen Achse 7 einfallenden Lichtstrahls 8 vorgesehen sind. Dabei wird hier der von dem ersten Teilbereich 11 zurückgeworfene Lichtstrahl 8 von zwei Spiegeln 15 und 16 auf den Teilbereich 12 geworfen, d. h. zurück auf den Spatial Light Modulator 2. Die Spiegel 15 und 16 können insbesondere als D-Spiegel ausgebildet sein, damit sie mit dem einfallenden und dem aus der Vorrichtung 1 wieder austretenden Lichtstrahl 8 nicht kollidieren. Zwischen den Spiegeln 15 und 16 tritt der Lichtstrahl 8 durch eine λ/2-Platte 17 hindurch, die die Polarisationsrichtungen 9 und 10 der beiden Komponenten des Lichtstrahls 8 um 90° verdreht und damit gegenüber der ersten Polarisationsrichtung des Spatial Light Modulator 2 vertauscht. So wirkt der zweite Teilbereich 12 wieder auf die Wellenfronten der Komponente des Lichtstrahls 8 ein, die von dem ersten Teilbereich 11 unmoduliert belassen wurden und umgekehrt. Auch der aus der Vorrichtung 1 gemäß 2 wieder austretende Lichtstrahl 8 weist daher bei seiner Komponente mit der Polarisationsrichtung 10 die in dem Teilbereich 11 aufgeprägte Modulation der Wellenfronten und bei seiner Komponente mit der Polarisationsrichtung 9 die in dem Teilbereich 12 aufgeprägte Modulation der Wellenfronten auf. In the 2 shown embodiment of the device 1 also includes a spatial light modulator 2 with two sections 11 and 12 as optical elements 13 and 14 for modulating a respective component of the along the optical axis 7 incident light beam 8th are provided. Here is the one of the first part 11 reflected light beam 8th from two mirrors 15 and 16 on the subarea 12 thrown, ie back to the Spatial Light Modulator 2 , The mirror 15 and 16 In particular, they can be designed as D-mirrors, so that they can with the incident and from the device 1 again emerging light beam 8th do not collide. Between the mirrors 15 and 16 occurs the light beam 8th through a λ / 2 plate 17 passing through the polarization directions 9 and 10 the two components of the light beam 8th rotated by 90 ° and thus with respect to the first polarization direction of the Spatial Light Modulator 2 reversed. This is how the second section works 12 again on the wavefronts of the component of the light beam 8th one from the first section 11 were left unmodulated and vice versa. Also from the device 1 according to 2 again emerging light beam 8th Therefore, in its component with the polarization direction 10 in the subarea 11 imprinted modulation of wavefronts and at its component with the polarization direction 9 in the subarea 12 imprinted modulation of the wavefronts.

Bei den Vorrichtungen 1 gemäß 1 und 2 kann die λ/4-Platte 4 gemäß 1 bzw. die die λ/2-Platte 17 gemäß 2 chromatisch ausgebildet sein, so dass sie für eine dritte Komponente des jeweiligen Lichtstrahls 8, die anfangs die Polarisationsrichtung 10, aber eine andere Wellenlänge als die erste und die zweite Komponente aufweist, keine Drehung der Polarisationsrichtung 10 bewirkt. Dann werden die Wellenfronten dieser dritten Komponente des Lichtstrahls 8 weder in dem ersten Teilbereich 11 noch in dem zweiten Teilbereich 12 moduliert. In the devices 1 according to 1 and 2 can be the λ / 4 plate 4 according to 1 or the λ / 2 plate 17 according to 2 be formed chromatically, so that they are for a third component of the respective light beam 8th , the beginning of the polarization direction 10 but having a different wavelength than the first and second components, no rotation of the polarization direction 10 causes. Then the wavefronts of this third component of the light beam become 8th neither in the first subarea 11 still in the second section 12 modulated.

3 illustriert ein Detail von 1 oder 2. Von dem Teilbereich 11 wird der einfallende Lichtstrahl 8 in mehreren Richtungen zurückgeworfen. Konkret erfolgt eine Beugung des Lichtstrahls 8 durch den Spatial Light Modulator 2. Der von dem Spatial Light Modulator 2 als Strahl 18 nullter Ordnung zurückgeworfene Lichtstrahl wird mit einer Blende 19 ausgeblendet, weil er die gewünschte Modulation der Wellenfronten auch bei der Komponente des Lichtstrahls 8 mit der ersten Polarisationsrichtung 9 des Spatial Light Modulators 2 nicht aufweist. Genutzt wird der gebeugte Strahl 20 erster Ordnung. Bei diesem gebeugten Strahl 20 weisen jedoch die erste Komponente 21 mit der Polarisationsrichtung 9, die der ersten Polarisationsrichtung des Spatial Light Modulator 2 entspricht, und die zweite Komponente 22 mit der Polarisationsrichtung 10, deren Wellenfronten der Spatial Light Modulator 2 in dem Teilbereich 11 nicht moduliert, leicht unterschiedliche Richtungen auf, oder anders gesagt ist die erste Komponente 21 gegenüber der zweiten Komponente 22 leicht abgelenkt. Wenn der Strahl 20 mit den Komponenten 21 und 22 nach Drehen deren Polarisationsrichtungen um 90° auf den zweiten Teilbereich 12 des Spatial Light Modulators 2 trifft, wird die zweite Komponente 22 in gleicher Weise gegenüber der ersten Komponente 21 abgelenkt. Es verbleibt jedoch ein seitlicher Versatz zwischen den parallelen Strahlenbündeln der Komponenten 21 und 22. Dieser seitliche Versatz kann dazu führen, dass die den beiden Komponenten aufgeprägten Modulationen ihrer Wellenfronten nach dem Durchlaufen eines beide Komponenten fokussierenden Objektivs nicht dazu führen, dass beide Komponenten in gewünschte räumliche Lichtintensitätsverteilungen um den Brennpunkt des Objektivs resultieren, weil zumindest der Schwerpunkt einer der beiden Komponenten nicht genau auf der optischen Achse des Objektivs liegt. Es stellt sich jedoch heraus, dass der seitliche Versatz zwischen den beiden Komponenten bzw. zu der optischen Achse des Objektivs durch Modifikation der Modulierungsmuster kompensiert werden kann, die den beiden Komponenten in den Teilbereichen 11 und 12 des Spatial Light Modulators 2 aufgeprägt werden. Wenn beispielsweise ein Modulierungsmuster für eine Donut-förmigen Intensitätsverteilung normalerweise einer sogenannten Phasenuhr um die optische Achse entspricht, kann das Zentrum der Phasenuhr verschoben und/oder der Anstieg der Phasenverschiebung über den Umfang des Zentrums modifiziert werden, um eine symmetrische Donut-förmige Intensitätsverteilung um den Brennpunkt des Objektivs zu erreichen. 3 illustrates a detail of 1 or 2 , From the subarea 11 becomes the incident light beam 8th thrown back in several directions. Specifically, a diffraction of the light beam takes place 8th through the Spatial Light Modulator 2 , The one of the Spatial Light Modulator 2 as a ray 18 zeroth order thrown back light beam with a shutter 19 hidden because he wanted the desired modulation of the wavefronts even at the component of the light beam 8th with the first polarization direction 9 of the Spatial Light Modulator 2 does not have. The diffracted beam is used 20 first order. In this diffracted beam 20 however, have the first component 21 with the polarization direction 9 , the the first polarization direction of the Spatial Light Modulator 2 corresponds, and the second component 22 with the polarization direction 10 whose wavefronts are the Spatial Light Modulator 2 in the subarea 11 not modulated, slightly different directions on, or in other words, the first component 21 towards the second component 22 slightly distracted. If the beam 20 with the components 21 and 22 after rotating their polarization directions by 90 ° to the second portion 12 of the Spatial Light Modulator 2 meets, becomes the second component 22 in the same way with respect to the first component 21 distracted. However, there remains a lateral offset between the parallel beams of the components 21 and 22 , This lateral offset can lead to the fact that the modulations of their wavefronts imprinted on the two components do not lead to desired spatial light intensity distributions around the focal point of the objective, since at least the center of gravity of one of the two components not exactly on the optical axis of the lens. It turns out, however, that the lateral offset between the two components or to the optical axis of the objective can be compensated by modifying the modulation patterns that correspond to the two components in the subregions 11 and 12 of the Spatial Light Modulator 2 be imprinted. For example, if a modulation pattern for a donut-shaped intensity distribution normally corresponds to a so-called phase clock around the optical axis, the center of the phase clock can be shifted and / or the slope of the phase shift can be modified around the circumference of the center to produce a symmetrical donut-shaped intensity distribution around the optical axis To reach the focal point of the lens.

Die in 1 skizzierte Vorrichtung 1 weist zwei unter Zwischenordnung einer chromatischen λ/2-Platte 23 in einer festen Richtung hintereinander angeordnete optische Elemente 13 und 14 auf. Das heißt, die optische Achse 7, auf der der Lichtstrahl 8 einfällt, weist hier keinen Knick aufgrund einer Reflektion oder Beugung auf. Der Lichtstrahl 8 umfasst hier drei Komponenten: die erste Komponente mit der Polarisationsrichtung 9, die zweite Komponente mit der Polarisationsrichtung 10 und die bereits zuvor als möglich angesprochene weitere Komponente mit der Polarisationsrichtung 10', die gleich der zweiten Polarisationsrichtung 10 ist, wobei aber die weitere Komponente eine andere Wellenlänge als die erste Komponente und die zweite Komponente des Lichtstrahls 8 aufweist. Von dem ersten optischen Element 13, das aus einem doppelbrechenden Material besteht, wird selektiv der Komponente des Lichtstrahls 8 mit der Polarisationsrichtung 9 ein Phasenmuster aufgeprägt, d. h. die Wellenfronten dieser Komponente werden selektiv moduliert. Dabei ist die Form der Modulation durch das optische Element 13 fest vorgegeben. Nach dem ersten optischen Element 13 weist also die Komponente mit der Polarisationsrichtung 9 bereits die für diese gewünschte Modulation ihrer Wellenfronten auf. Die chromatische λ/2-Platte 23 dreht jetzt selektiv die Polarisationsrichtung 10' der weiteren Komponente um 90° in die Polarisationsrichtung 9', während die Polarisationsrichtung 9 und 10 der ersten und der zweiten Komponente unverändert bleiben. Dies hat zur Folge, dass das zweite optische Element 14, wenn es die Wellenfronten der zweiten Komponente des Lichtstrahls 8 mit der hier gleich gebliebenen Polarisationsrichtung 10 moduliert, ebenfalls nicht auf die weitere Komponente mit der gedrehten Polarisationsrichtung 9' einwirkt. Bei dem aus der Vorrichtung 1 austretenden Lichtstrahl 8 weist also die erste Komponente mit der Polarisationsrichtung 9 die von dem ersten optischen Element 13 modulierten Wellenfronten auf, die zweite Komponente mit der Polarisationsrichtung 10 die von dem zweiten optischen Element 14 modulierten Wellenfronten und die weitere Komponente mit der gedrehten Polarisationsrichtung 9' unmodulierte Wellenfronten. In the 1 sketched device 1 indicates two with interposition of a chromatic λ / 2 plate 23 in a fixed direction successively arranged optical elements 13 and 14 on. That is, the optical axis 7 on which the light beam 8th is incident, here has no kink due to reflection or diffraction. The light beam 8th here comprises three components: the first component with the polarization direction 9 , the second component with the polarization direction 10 and the previously discussed as possible further component with the polarization direction 10 ' equal to the second polarization direction 10 is, but wherein the further component has a different wavelength than the first component and the second component of the light beam 8th having. From the first optical element 13 which is made of a birefringent material selectively becomes the component of the light beam 8th with the polarization direction 9 imprinted a phase pattern, ie the wavefronts of this component are selectively modulated. The shape of the modulation by the optical element is 13 fixed. After the first optical element 13 thus has the component with the polarization direction 9 already have the desired modulation for their wavefronts. The chromatic λ / 2 plate 23 now selectively turns the polarization direction 10 ' the other component by 90 ° in the polarization direction 9 ' while the polarization direction 9 and 10 the first and second components remain unchanged. This has the consequence that the second optical element 14 if it is the wavefronts of the second component of the light beam 8th with the same direction of polarization 10 also modulated, not on the other component with the rotated polarization direction 9 ' acts. In the case of the device 1 emerging light beam 8th thus has the first component with the polarization direction 9 that of the first optical element 13 modulated wavefronts, the second component with the polarization direction 10 that of the second optical element 14 modulated wavefronts and the other component with the rotated polarization direction 9 ' unmodulated wavefronts.

Die chromatische λ/2-Platte 23 könnte bei der Vorrichtung 1 auch durch eine chromatische λ/2-Platte 17 gemäß 2 ausgetauscht werden, die selektiv die Polarisationsrichtungen 9 und 10 der ersten und der zweiten Komponente des Lichtstrahls 8 um 90° verdreht, aber die Polarisationsrichtung der dritten Komponente nicht dreht. Dann müsste zum Ausgleich das zweite optische Element 14 um 90° um die optische Achse 7 verdreht werden, damit es selektiv auf die Wellenfronten der zweiten Komponente einwirkt. Im Ergebnis würden die drei Komponenten des aus der Vorrichtung 1 austretenden Lichtstrahls 8 dieselben Modulationen ihrer Wellenfronten aufweisen, aber bei um 90° verdrehten Polarisationsrichtungen verglichen mit der Darstellung in 4. The chromatic λ / 2 plate 23 could be at the device 1 also by a chromatic λ / 2 plate 17 according to 2 be exchanged, which selectively the polarization directions 9 and 10 the first and the second component of the light beam 8th rotated by 90 °, but the polarization direction of the third component does not rotate. Then the second optical element would have to compensate 14 90 ° around the optical axis 7 be twisted so that it acts selectively on the wavefronts of the second component. As a result, the three components of the device 1 emerging light beam 8th have the same modulations of their wavefronts, but with polarization directions rotated by 90 ° compared to the representation in FIG 4 ,

In 4 sind die optischen Elemente 13 und 14 sowie die λ/2-Platte 23 nur deshalb als separate Teile dargestellt, um dazwischen die Polarisationsrichtungen einzeichnen zu können. Eine praktische Ausführung der Vorrichtung 1 gemäß 4 weist die optischen Elemente 13 und 14 sowie die dazwischen angeordnete λ/2-Platte 23 vorzugsweise in starrer, d. h. unverrückbarer Anordnung auf. Wenn die Vorrichtung 1 gemäß 4 für einen Lichtstrahl 8 mit nur der ersten und der zweiten Komponente vorgesehen wird, besteht keine Notwendigkeit für die λ/2-Platte 23. Entsprechend können dann die optischen Elemente 13 und 14 direkt aufeinander folgen und direkt miteinander verbunden sein. In 4 are the optical elements 13 and 14 and the λ / 2 plate 23 only shown as separate parts to draw in between the polarization directions can. A practical embodiment of the device 1 according to 4 has the optical elements 13 and 14 and the interposed λ / 2 plate 23 preferably in a rigid, ie immovable arrangement. When the device 1 according to 4 for a ray of light 8th is provided with only the first and the second component, there is no need for the λ / 2 plate 23 , Accordingly, then the optical elements 13 and 14 follow each other directly and be directly connected.

Alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 für einen Lichtstrahl 8 mit drei Komponenten können bei dem in 5 skizzierten Rasterfluoreszenzlichtmikroskop 24 zum Einsatz kommen. Das Rasterfluoreszenzlichtmikroskop 24 weist eine erste Lichtquelle 25 für Anregungslicht 26 und eine zweite Lichtquelle 38 für Fluoreszenzverhinderungslicht 27 auf. Beide Lichtquellen 25 und 38 sind gepulste Lichtquellen. Das Anregungslicht 26 und das Fluoreszenzverhinderungslicht 27 werden gemeinsam in eine doppelbrechende Lichtleiterphase 28 eingekoppelt. Die Lichtleiterphase 28 verzögert eine Komponente des Fluoreszenzverhinderungslichts 27 mit einer transversalen Polarisationsrichtung gegenüber der anderen Komponente des Fluoreszenzverhinderungslichts mit der anderen transversalen Polarisationsrichtung um mehr als die Kohärenzlänge des Fluoreszenzverhinderungslichts 27. Das Anregungslicht 26 weist nur eine transversale Polarisationsrichtung auf. Es bildet die weitere Komponente des Lichtstrahls 8 gemäß 4, während die beiden unterschiedlich polarisierten Komponenten des Fluoreszenzverhinderungslichts 27 die erste und die zweite Komponente des Lichtstrahls 8 gemäß 4 ausbilden. Mit der Vorrichtung 1 werden die Wellenfronten der beiden Komponenten des Fluoreszenzverhinderungslichts 27 so moduliert, dass die aus ihnen resultierenden Maxima der Lichtintensitätsverteilungen des Fluoreszenzverhinderungslichts 27 eine Nullstelle am Brennpunkt eines nachgeschalteten Objektivs 29 einmal in xy-Richtung quer zu der optischen Achse und einmal in z-Richtung der optischen Achse begrenzen. Das Anregungslicht 26 weist hingegen an dem Brennpunkt des Objektivs 29 sein Intensitätsmaximum auf. Fluoreszenzlicht 30 von einer Probe 31 stammt so nur aus einem räumlich eng begrenzten Bereich um den Brennpunkt des Objektivs 29, in dem angeregt und nicht durch das Fluoreszenzverhinderungslicht 27 unterdrückt wird. Mit dem Brennpunkt des Objektivs 29 wird die Probe 31 in allen in 5 durch Symbole 32 bis 34 angedeuteten drei Raumrichtungen abgerastert, wozu ein verfahrbarer Probenhalter 35 und/oder eine (hier nicht dargestellte) Ablenkvorrichtung für den Lichtstrahl 8 vorgesehen sein kann. Das Fluoreszenzlicht 30 wird für jeden Punkt des Brennpunkts des Objektivs 29 in der Probe 31 mit einem Detektor 36 erfasst, zu dem hin das Fluoreszenzlicht 30 von der optischen Achse 7 weg mit einem Auskoppelspiegel 37 ausgekoppelt wird. All embodiments of the device described here 1 for a ray of light 8th with three components can be at the in 5 outlined Scanning fluorescence light microscope 24 be used. The scanning fluorescence light microscope 24 has a first light source 25 for excitation light 26 and a second light source 38 for fluorescence prevention light 27 on. Both light sources 25 and 38 are pulsed light sources. The excitation light 26 and the fluorescence-preventing light 27 together in a birefringent optical fiber phase 28 coupled. The light guide phase 28 delays a component of the fluorescence-preventing light 27 with a transverse polarization direction to the other component of the fluorescence-preventing light with the other transverse polarization direction longer than the coherence length of the fluorescence-preventing light 27 , The excitation light 26 has only one transverse direction of polarization. It forms the further component of the light beam 8th according to 4 while the two differently polarized components of the fluorescence-preventing light 27 the first and second components of the light beam 8th according to 4 form. With the device 1 become the wavefronts of the two components of the fluorescence-preventing light 27 so modulated that the resulting maxima of the light intensity distributions of the fluorescence-preventing light 27 a zero at the focal point of a downstream lens 29 once in the xy direction transverse to the optical axis and once in the z direction of the optical axis limit. The excitation light 26 points, however, at the focal point of the lens 29 its intensity maximum. fluorescent light 30 from a sample 31 thus comes only from a spatially narrow range around the focal point of the lens 29 in which excited and not by the fluorescence-preventing light 27 is suppressed. With the focal point of the lens 29 will be the sample 31 in all in 5 through symbols 32 to 34 indicated three spatial directions scanned, including a movable sample holder 35 and / or a (not shown here) deflection device for the light beam 8th can be provided. The fluorescent light 30 becomes for every point of the focal point of the lens 29 in the sample 31 with a detector 36 detected, in addition to the fluorescent light 30 from the optical axis 7 away with a Auskoppelspiegel 37 is decoupled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Vorrichtung contraption
2 2: Spatial Light Modulator Spatial Light Modulator
3 3: Glassubstrat glass substrate
4 4: λ/4-Platte λ / 4 plate
5 5: Beschichtung coating
6 6: Spiegel mirror
7 7: optische Achse optical axis
8 8th: Lichtstahl light steel
9 9: Polarisationsrichtung polarization direction
10 10: Polarisationsrichtung polarization direction
11 11: Teilbereich subregion
12 12: Teilbereich subregion
13 13: optisches Element optical element
14 14: optisches Element optical element
15 15: Spiegel mirror
16 16: Spiegel mirror
17 17: λ/2-Platte λ / 2 plate
18 18: Strahl nullter Ordnung Zero-order beam
19 19: Blende cover
20 20: Strahl erster Ordnung First order beam
21 21: Komponente component
22 22: Komponente component
23 23: chromatische λ/2-Platte chromatic λ / 2 plate
24 24: Rasterfluoreszenzlichtmikroskop Scanning fluorescence light microscope
25 25: Anregungslichtquelle Excitation light source
26 26: Anregungslicht excitation light
27 27: Fluoreszenzverhinderungslicht Fluorescent light prevention
28 28: Lichtleiterphase Optical fiber phase
29 29: Objektiv lens
30 30: Fluoreszenzlicht fluorescent light
31 31: Probe sample
32 32: Raumrichtung spatial direction
33 33: Raumrichtung spatial direction
34 34: Raumrichtung spatial direction
35 35: Probenhalter sample holder
36 36: Detektor detector
37 37: Auskoppelspiegel output mirror
38 38: Fluoreszenzverhinderungslichtquelle Fluorescence preventing light source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007025688 A1 [0006]
WO 2010/133678 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Lenz, Martin O. et al. "3-D stimulated emission depletion microscopy with programmable aberration correction", J. Biophotonics 7, no. 1-2, 29-36 (2014) [0004]
Lenz et al. [0005]
Muro, Mikio and Takatani, Yoshiaki "Optical rotatory-dispersion-type spatial light modulator and modulated light modulators", Applied Optics, Vol. 19, 3992-3999 [0008]

Claims

Contraption ( 1 ) for separately modulating the wavefronts of two mutually orthogonal transverse polarization directions ( 9 . 10 ) polarized components ( 21 . 22 ) one in the direction of an optical axis ( 7 ) incident collimated light beam ( 8th ), - wherein a first polarization-selective optical element ( 13 ) on the optical axis ( 7 ) which selectively separates the wavefronts of the first component ( 21 ), and - wherein behind the first optical element ( 13 ) a second polarization-selective optical element ( 14 ) on the optical axis ( 7 ) which selectively separates the wavefronts of the second component ( 22 ), characterized in that the first optical element ( 13 ), the second optical element ( 14 ) and any intervening on the optical axis ( 7 ) arranged the two components ( 21 . 22 ) of the light beam ( 8th ) as parallel beams.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, wherein the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) each modulated component ( 21 . 22 ) with respect to the non-modulated component ( 21 . 22 ) of the light beam ( 8th ) in a deflection direction, characterized in that the two deflection directions in the same transverse direction to the optical axis ( 7 ), wherein between the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) a phase plate ( 4 . 17 ) on the optical axis ( 7 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 2, characterized in that one behind the second optical element ( 14 ) adjusting lateral offset between the two components ( 21 . 22 ) of the light beam ( 8th ) by modifying at least one modulation pattern comprising the first optical element ( 13 ) or the second optical element ( 14 ) of the component modulated by them ( 21 . 22 ) imposes, is compensated.

Contraption ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) Subareas ( 11 . 12 ) of a single Spatial Light Modulator ( 2 ), the light beam ( 8th ) in both subareas ( 11 . 12 ) in the backward direction.

Contraption ( 1 ) according to claim 4, characterized in that between the two subregions ( 11 . 12 ) of the Spatial Light Modulator ( 2 ) two mirrors ( 15 . 16 ) in succession on the optical axis ( 7 ) and in the first subregion ( 11 ) from the Spatial Light Modulator ( 2 ) diffracted light beam ( 8th ) to the second subarea ( 12 ) of the Spatial Light Modulator ( 2 ), whereby between the two mirrors ( 15 . 16 ) a λ / 2 phase plate ( 17 ) for the two components ( 21 . 22 ) of the light beam ( 8th ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 4, characterized in that between the two subregions ( 11 . 12 ) of the Spatial Light Modulator ( 2 ) a mirror ( 6 ) on the optical axis ( 7 ) is arranged, on which a λ / 4 phase plate ( 4 ) for the two components of the light beam ( 8th ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the mirror ( 6 ) by a reflective coating ( 5 ) on a transparent substrate ( 3 ) is formed, wherein the optical axis ( 7 ) before the first subarea ( 11 ) and / or after the second subregion ( 12 ) of the Spatial Light Modulator ( 2 ) through uncoated regions of the transparent substrate ( 3 ) extends therethrough.

Contraption ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the phase plate ( 4 . 17 ) is chromatic and for another component of the light beam ( 8th ), the same transverse polarization direction as the second component ( 22 ) but has a different wavelength is not effective.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) are rigidly connected.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an optical path length of the first optical element ( 13 ) along the optical axis ( 7 ) to the second optical element ( 14 ) is not longer than 15 cm, optionally not longer than 2 cm.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or claim 9 or 10 as far back referring to one of claims 1 to 3, characterized in that the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) are fixedly connected transmissive optical elements.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the first optical element ( 13 ) and the second optical element ( 14 ) a chromatic phase plate ( 4 . 17 . 23 ) is arranged on the optical axis, wherein the phase plate: - either for a further component of the light beam ( 8th ), the same transverse polarization direction as the second component ( 12 ) but has a different wavelength, effective and for the first component ( 21 ) and the second component ( 22 ) of the light beam ( 8th ) is not effective - or for the first component ( 21 ) and the second component ( 22 ) of the light beam ( 8th ) and for another component of the light beam ( 8th ), the same transverse polarization direction as the second component ( 22 ) but has a different wavelength is not effective.

Rasterfluoreszenzlichtmikroskop ( 24 ) with an excitation light source ( 25 ) for excitation light ( 26 ), a fluorescence-preventing light source ( 38 ) for fluorescence prevention light ( 27 ), a common lens ( 29 ) for focusing the excitation light ( 26 ) and the fluorescence-preventing light ( 27 ) and a device ( 1 ) according to one of the preceding claims in the beam path of the fluorescence-preventing light ( 27 ), wherein the fluorescence-preventing light ( 27 ) the first and second components ( 21 . 22 ) of the light beam.

Rasterfluoreszenzlichtmikroskop ( 24 ) according to claim 13, as far as related to 12 , characterized in that the device ( 1 ) also in the beam path of the excitation light ( 26 ), wherein the excitation light ( 26 ) the further component of the light beam ( 8th ).

Rasterfluoreszenzlichtmikroskop ( 24 ) according to claim 13 or 14, characterized in that in front of the device ( 1 ) a birefringent device in the beam path of the fluorescence-preventing light ( 27 ) arranged one above the other component ( 21 . 22 ) of the light beam ( 8th ) over a coherence length of the fluorescence-preventing light ( 27 ) delayed.