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Justierinrichtung für laseroptische Geräte bzw. Komponenten nach Patent
... (Patentanmeldung P 25 05 774.3) In dan Hauptpatent ist u.a. eine Einrichtung
zum Justieren eines Wasserstrahls auf die optische Achse eines Mikroskopobjektivs
beschrieben und beansprucht, welche aus einem im Strahlengang angeordneten Spiegel
mit einem bezüglich im optischen Achse zentrierten, das Licht beugenden strichmuster,
z.B. einem Strichkreuz, besteht. Trifft der Waserstrahl auf einen der Striche der
Figur, so wird er nicht nur reflektiert, sondern auch gebeugt, und man kann z.B.
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auf einem im Strahlengang vor dem Spiegel angeordneten Blendenschirm
eine entsprechende, bezüglich dieses Striches symmetrische Beugungsfigur beobachten.
Trifft der Strahl auf
Den Kreuzungspunkt der Striche, so entsteht
eine entsprechende zentralsymmetrische Beugungsfigur, die die korrekte mittige Einstellung
des Laserstrhls anzeigt.
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Diese besonders einfache und rasche Möglichkeit, den Laserstrahl
zu justieren und die Justierung jederzeit überprüfen zu können, ist mit besonderen
Vorteil, wenn auch nicht ausschließlich, anwendbar bei laseroptischen Einrichtungen
für mikroskopische, insbesondere mikrobiologische Untersuschungen, bei denen der
durch das mikroskopobjektiv auf ein Brünsret fokussierte Laserstrahl als Werkzeug
zum Zerstören, Verdampfen, Ionisieren od.dgl. von lokalisierten, mikroskopischen
Bereichen, z.B. innerhalb von Zellen, dient, wie aus Di-PS 2 141 D67 bekannt. Eine
äußerst exakte gegenseitige Justierung des Laserstrhls und der optischen Komponenten
ist hierbei Veraussetzung für eine exakte Begrenzung und Lokalisierung der zu beeinflussenden
Mikrobereiche. Das Justierungsproblem wird dabei zusätzlich dadurch erschwert, daß
der Strahl des verwendeten Arbeitslasers selbst nicht zu @@@@ zwecke beobachtet
werden kann, insbesondere weil er in der Regel im UV-Bereich liegt und/oder im Impulsbetrieb
arbeitet. Man verwendet in solchem Fall einen zweiten, im sichtbaren Bereich kontinuierlich
arbeitenden Hilfslaser, dessen Strahl dem des Leistungslasers kollinear überlagert
wird und dessen Verlauf für Justierzwecke sichtbar macht (wie in der älteren Anmeldung
P 25 58 053.4 beschrieben).
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Gemäß der Erfindung soll die im Heuptpatent angegebene Justiereinrichtung
in ihrer Anwendbarkeit und Vielseitigkeit verbessert und zu einem universell auch
bei laseroptischen Geräten anderer Art enwendleren Justierhilfe ausgestaltet werden.
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Gemäß der Erfindung besteht der Spiegel aus einer zur optischen Achse
exakt senkrecht gehalterten lichtdurchlässigen Platte, auf deren dem Laserstricht
zugewendeten seite ein nur die Striche des S-trichmusters bildender, die übrigen
Bereiche freilassender-refleltierender Belag aufgebracht ist.
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Man erzielt da-iit den vorteil, daß einersei-ts das Strichmuster
außennt exakt hergestellt werden kann, nämlich durch Aufdampfen der Reflexionsschicht
mit Hilfe des in der Halbleitertechnung bekannten Fotoätzverfahrens, d.h. mit einer
durch Belichnen einer Fotolackschicht und WEgätzen der belichteten Bereiche gebildeten
Maske. Andererseite kann der Laserstrahl soweit er nischt vom Strichmuster reflektiert
und gebeugt wird, durch die Platte hindurchtreten @@ auch jenseits der Platte noch
für Justier- oder @@@ Zwecke beobachtet werden. Hierfür ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Rückselte der Platte mattiert ist, so daß der Auftreffpunkt des Laserstrahls
beobachtet und eine Grobjustierung vorgenommen werden kann.
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Die Platte i:t vorzugsweise in einer Halterung br'fe-
stigt,
die z.B. mittels eines genormten Schraubgewindes oder andere Mittels an CLie zu
justierende optische Komponente, also z.B. die Objektivrevolverhalterung eines Mikroskops,
angesetzt werden kann. In der Halterung kann die Platte te drehbar und in beliebiger
Drehstellung feststellbar sein. Damit kann man die Strichfigur parallel zu den Achsen
ausrichten, in denen z.B, mittels optischer Ablenkeinrichtungen die Lage des Laserstrahls
verändert werden kann.
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Man erhält auf diese Weise ein universell verwendbares Hilfmittel
zur Justierung von Laserstrahlen auf die optische Achse beliebiger optischer Komponenten.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt auseinandergezogen die verschiedenen, miteinander verschraubbaren
Bestandteile des Einsatz- oder Vorsatzteils gemäß der Erfindung, und zwar in vergrößertem
Maßstab.
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lig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Justierplatte.
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Fig. 3 zeigt beispielhaft die Art der im Beobachtungsfeld erscheinenden
Beugungsfigur.
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Fig. 4 zeigt schematisch eine komplette laseroptische Einrichtung,
in der die erfindungsgemäße Justiereinrichtung an Mehreren Stellen angewendet werden
kann.
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Die in Fig. 1 dargestellte Halterung 1 ist mit ihrem Außengewinde
2 anstelle eines Objektivs in die (nicht dargestellte Objektivfassung, insbesondere
die Herzlverhalterung, einer üblichen Forschungsmikroskops einschraubber.
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Eine Drenfassung 3 ist z.B. mit ihrem Außengewinde 4 in das Innengeringe
5 der Halterung 1 einschraubbar und kann in jeder beliebigen Drehstellung mittels
einer Madenschraube @ festgelegt werden. Ein rundes, exakt plan geschliffenen Glasplätten
7 wird in einen schulterförmigen Sitz 8 der Drehhalterung 3 eingesetzt (wobei der
Umfang des Glasplättchens 7 und des Sitzen 8 einen konischen @absitz bilden Können)
und durch einen Konterring 9 gesichert, dessen Außeugewinde 10 das Innengewinde
11 der Drehhalterung 3 einschraubbar ist. Auf diese Weise ist daas Glasplättchen
7 exakt zur optischen. Achse des Mikroskops, genauer gesagt zur optischen Achse
der Mikroskopobjektive, zentriert und stehl zu ihr senkrecht.
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Das Glasplättchen 7 trägt an der Oberseite einen reflektierenden
Belag 12 in Form von zwei dünner, sich in der optischer Achse rechtwinklig kreuzenach
Strichen. Die bleibe der Striche liegt in der Gleichstromung in 1 @@@.
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lenlänge des Laserlichts, so daß sie beim Reflektl>en des Laserlichts
eine Beugung nach Art eines Beugungspaltes hervorrufen. Vorzugsweise ist der reflektierende
Belag 12 schmalbandig nur für die Wellenlänge des verwendeten sichtbaren Laserlichts
reflektierend. Im Diadurverfahren oder z.B.
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auch durch Vakuumaufdampfung durch eine entsprechende, nach der Fotoätztechnik
hergestellte Maske können derartige, schmalbandig reflektierende Beläge auch in
Form sehr schmaler Striche aufgebracht werden,unter entsprechendem Wegätzen bzw.
Stehenlassen von mittels einer Schablone belichteten Bereichen einer Fotolackschicht.
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Die zusammengesetzten Teile gemäß Fig. 1 werden anstelle eines Objektivs
in die Objektivfassung eines Mikroskops eingeschraubt. In das Mikroskop wird der-zu
justierende kontinuierliche Hilfslaserstrahl eingekoppelt, der auf jeden Fall im
sichtbaren Wellenlängenbereich liegen muß, dem aber zusätzlich ein weiterer, z.B.
Impuls- oder unsichtbarer Laserstrahl als der eigentliche Arbeitslaserstrahl überlagert
sein kann. Der Laserstrahl bzw. die beiden überlagerten Laserstrahlen gemeinsam
müssen durch geeignete Einstellmittel verstellbar, d.h. verschiebbar und/oder verkippbar
sein, um sie justieren zu können. Dies kann im einfachsten Fall durch entsprechendes
Verschieben und/oder Verkippten der Laser selbst erfolgen, für praktische Anwendung
wird
man sich aber eines sogenannten Strahlausrichters bedienen,
der gegeneinander verdrehbare Spiegel oder Prismen enthält, die es gestatten, den
Laserstrahl innerhalb eines kleinen Einstellbereiches sowohl in zwei zur Strahlachse
senkrechten Richtungen (x- und y-Richtung) parallel zu verschieben als auch in zwei
zueinander senkrechten Ebenen (xz-Ebene und yz-Ebene) zu verkippen.
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In Fig. 4 sind die drei Hauptteile oder Baugruppen einer kompletten
Einrichtung zum Laserbeschuß von mikroskopischen Präparaten mit strichpunktierten
Rechtecken umrandet, nämlich die Lasereinheit 20, eine Zwischenoptik 40 und eine
Mikroskopeinheit 50.
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In der Lasereinheit 20 befinden sich ein W-Leistungslaser 21 mit
vorgeschalteter Irisblende 22 zum Verändern des
Durchmessers des
Laserstrahls 23 und damit der Kaustik des Laserstrahl-Brennflecks im Präparat, und
weiter ein Hilfs-Laser 24, der ein kontinuierliches Lichtbündel 25 im sichtbaren
Bereich aussendet. Beide aus den Lasern parallelgerichtet austretenden Lichtbündel
laufen durch eine Filterwechselautomatik 26, 26' mit z.B. Graufiltern zum Verändern
der Helligkeit und werden durch einen teildurchlässigen Spiegel 27 vereinigt, nachdem
das Lichtbündel 25 einen Strahlsausrichter 28 (beam aligner) durchlaufen hat, mit
dem es in zwei zueinander senkrechten Richtungen (x, y) parallebrerschoben und in
den entsprechenden Ebenen auch verkippt (, Q ) werden kann, um die Kollinearität,
d.h. Lage und Richtungsgleichheit mit dem Lichtbündel 23 herzustellen, was durch
eine vorzugsweise fluoreszierende Mattscheibe 29 mit Lupe 30 hinter dem Teilerspiegel
27 an einem ersten Punkt überprüft werden kann. Strahlausrichter 28 sind im Prinzip
bekannt und haben mittels der angedeuteten Einstellknöpfe verdrehbare Spiegel.
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Vorzugsweise wird ein Strahlausrichter mit gleichzeitiger 90°-Umlenkung
verwendet, wie in dem Hauptpatent beschrieben.
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Drehknöpfe sollen die Einstellmöglichkeiten der Strahlausrichter 28,
33 andeuten, wobei aber jeder Strahlausrichter insgesamt vier einstellbare Freiheitsgrade
x, y, ,Lo hat.
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In dem einen und/oder anderen Lichtbündel 23, 25 ist eine Einrichtung
31, 31' mit Wechsellinsen oder einer Optik mit veränderbarer Brennweite (Zoom) angeordnet,
um dem jeweiligen Strahl eine vom anderen Strahl verschiedene gering-
fügige
Divergenz oder Konvergenz zu geben, zwecks Einstellung eines gewünschten Abstandes
zwischen den beiden Laserbrennpunkten, wie in der älteren Anmeldung P 25 58 053.4
beschrieben. Der durch den Teilerspiegel 27 vereinigte Laser strahl 32 kann durch
einen weiteren Strahleusrichter 33 wie derum in x, y, g und # verschoben bzw. gekippt
werden. Ein Teil des Leistungs-Laserstrahls kann aus dem Strahlausrichter 33 in
einen Monitor 34 gelangen, der die Energiekonstanz des Leistungslasers überwacht,
so daß deren Schwankungen '.opensiert oder bei der Auswertung berücksichtigt werden
können.
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In der Zwischenoptik 40 befinden sich eine Zwischenlinse 41 und eine
Blende 42. Letztere besteht aus einer für beide Laserwellenlängen durchlässigen
Platte, die an ihrer dem Laser zugewandten Seite einen selektiv nur S-r die Wellenlänge
des Leistungslasers undurchlässigen Blendenbelag 43 mit sehr kleiner Mittelöffnung
trägt. Die andere Seite der Platte 42 ist mattiert, jedoch unter Freilassung des
zentralen Bereiches, damit der Leistungslaserstrahl nicht an der Mattierung gestreut
wird. An einer gemeinsamen, z.B. rohrförmigen Halterung 44 ist einerseits die Linse
41 mittels eines Einsteckrohrs 45 in Achsrichtung (z-Richtung) verschiebbar und
andererseits die Blende 42 in der zur optischen Achse senkrechten Ebene (x- und
y-Richtung) verschiebbar befestigt. Damit kann die Blende 42 in den von der Linse
41 erzeugten Zwischenfokus des Leistungslaserstrahls eingestellt werden. Die gemeinsame
Halterung 44 ist ihrerseits
an einer Führung 46 in Achsrichtung
(z-ichtung) hin und her verschiebbar, um den von der Linse 41 erzeugten Zwischenfckus
in de Zwischenbildebene des Mikroskopobjektivs zu bringen.
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Die Führung 46 ist wiederum justierbar, nämlich in zwei zur Achse
rechtwinkligen Richtungen (x- und y-Richtung) parallel verschiebbar und ferner in
zwei zueinander senkrechten, durch die Achse verlaufenden Ebenen verkippbar (#,#
) In der Mikroskopeinheit 50 wird der eintretende, überlagerte Laserstrahl 32 mittels
eines selektiv verspiegelten Teilerspiegels 51 in das Mikroskopobjektiv 52 eingekoppelt
und durch dieses auf das Präparat 53 fokussiert, um dort an gewünschter Stelle die
beabsichtigte Wirkung auszulösen. Das Präparat 53 befindet sich auf einen in x-,
y- und z-Richtung verschietbaren Präparattisch und kann mittels Lampe 54, Köhlersche
Beleuchtungsoptik 55 bzw. Kondensor 56 in Durchlicht, Dunkelfeld oder Phasenkontrast
beleuchtet werden. Ferner ist eine Lampe 57, eine Köhlersche Beleuchtungsoptik 58
und ein Teilerspiegel 59 für Auflichtbeleuchtung vorgesehen. Die Beobachtung des
Präparats 53 und der in ihm ausgelösten Wirkung erfolgt über den Teilerspiegel 60
im Mikroskop-Binokular 61, und ferner ist eine Kamera 62 für fotografische Aufnahmen
und/oder für Darstellung auf einem Fernsehschirm vorgesehen.
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Vor dem Teilerspiegel 60 befindet sich ein selektives Sperrfilter
63 für z.B. UV-Licht des Lasers 21 und eine Tubuslinse 64 zur Anpassung des Zwischenbildes
vom Objektiv 52 an die Bildebene des Binokulars 61 bzw. der Kamera 62. Die Tei-
lerspiegel
27 und 51 sind vorzugsweise als Doppelprismenspiegel oder als dünne Folien (pellicle)
ausgebildet, um seitliche Versetzungen zu vermeiden und dabei gleichzeitig die optische
Güte von dicken Spiegeln erreichen zu können.
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Die Zwischenoptik 40 ist vorzugsweise als Ganzes aus dem Strahlengang
schwenkbar, und der Teilerspiegel um 900 schwenkbar, um den Laserstrahl auf eine
entfernte Wand zu projizieren zur Überprüfung der Kollinearität der Laserstrahlen
an einem zweiten Punkt entfernt von der Mattscheibe 29.
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Die erfindungsgemäße Justiereinrichtung mit der Platte 7 mit Beugungsfigur
gemäß Fig. 1 bis 3 kann nun an verschiedenen Stellen der Anordnung gemäß Fig. 4
zur Justierung der optischen Komponenten bzw. des Laserstrahls verwendet werden.
In der Mikroskopeinheit 50 kann die Platte 7' an der Revolverhalterung des Mikroskops
angebracht und an die Stelle des Objektivs 52 geschwenkt werden und dann als Hilfe
für die Einjustierung des Laserstrahls 32 mittels des Strahlausrich-, ters 33 dienen.
In der Zwischenoptik 40 kann die Platte 7" vor der Zwischenlinse 41 in die Halterung
44 eingesetzt werden, um die gesamte Zwischenoptik mittig zum Laserstrahl 35 auszurichten.
In der Lasereinheit 20 kann eine entsprechende Platte 7m an die Wechsellinsen- oder
Zoomeinrichtung 31, 31' oder auch die Wechselfilter 26 angesetzt werden, um deren
mittige Justierung zum Laserstrahl 23, 25 vornehmen zu können.
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Die von den Platten 7ss 7", 7In erzeugten Beugungsmter können auf
einem jeweils im Strahlengang vor der Platte angeordneten Lochblendenschirm aufgefangen
und beobachtet werden,
wobei dieser Schirm vorzugsweise möglichst
weit entfernt von der jeweiligen Beugungsplatte und selbstverständlich an einer
der Beobachtung zugänglichen Stelle angeordnet sein sollte. Vorzugsweise ist der
Schirm bei 35, 35' unmittelbar vor dem Hilfslaser 24 oder dem Leistungslaser 21
angeordnet. Die von der Platte 7' am Objektivhalter e=sugte Beugungsfigur kann auch
im Okular 61 beobachtet werden, falls der Teiler spiegel 51 für die Wellenlänge
des Hilfslaserstrahls teildurchlässig ist.
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Das Erscheinen der vollständigen Beugungsfigur auf dem Schirm 35,
35' zeigt, wie bereits erwähnt, das mittige Auftreffen des Laserstrahls auf der
Jeweiligen Strichmusterplatte 7', 7", 7"' an. Liegt die Beugungsfigur auf dem Schirm
35, 35' exzentrisch zur Mittelachse, so bedeutet dies, daß der Laserstrahl nicht
senkrecht auf die Platte auftrifft.
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Durch Nachjustieren am Strahlausrichter 33 in x, y, ? und CJ kann
außer dem mittigen auch das senkrechte Auftreffen einjustiert werden, so daß der
Laserstrahl dann kollinear zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs 52 verläuft.
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L e e r s e i t e