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Technischer Anwendungsbereich
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Es
handelt sich um eine konfokale optische Vorrichtung, die ein Mittel
zur Veränderung
des Strahlenteilerspiegels umfasst, der das zum beobachteten Objekt
gelenkte Beleuchtungsstrahlenbündel
von dem vom beobachteten Objekt kommenden abzutastenden Strahlenbündel trennt.
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Frühere Technik
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Die 1 zeigt
einen Teil einer konfokalen optischen Vorrichtung früherer Bauart.
Ein von einem Laser 308 kommendes Lichtstrahlenbündel wird durch
Linsen 300 und 301 aufgeweitet und kollimiert. Das
etwa parallele Beleuchtungsstrahlenbündel FE, das die Linse 301 durchlaufen
hat, wird anschließend durch
den teilweise reflektierenden Spiegel 302 reflektiert und
dann zur Linse 304 zurückgelenkt,
die das Objektiv des Mikroskops oder eine Zwischenlinse sein kann.
Die Linse 304 fokussiert das von einem Punkt des Rasters 300 kommende
Beleuchtungsstrahlenbündel
in einem beleuchteten Punkt 309 der Bildebene 307,
die eine Zwischenbildebene oder direkt ein beobachtetes Objekt sein
kann. Das von dem beleuchteten Punkt zurück kommende abzutastende Strahlenbündel FD
durchläuft
erneut in entgegen gesetzter Richtung die Linse 304 und
durchläuft
den teildurchlässigen
Spiegel 302. Es durchläuft
die Linse 305 und gelangt zu einem mikroskopischen Loch 306,
das als Filter fungiert und in einer Brennebene der Linse 305 angeordnet
wird. In der Abbildung befindet sich der teildurchlässige Spiegel 302 in
einem afokalen Bereich, das heißt,
das Beleuchtungsstrahlenbündel
und das abzutastende Strahlenbündel
sind in diesem Bereich etwa parallel. In der Konfokalmikroskopie
wird jedoch der teildurchlässige
Spiegel nicht notwendigerweise in einem afokalen Bereich angeordnet.
Beispielsweise kann er auch in unmittelbarer Nähe des mikroskopischen Lochs
angeordnet werden. Der teildurchlässige Spiegel 302 kann
typischerweise ein dichroitischer Spiegel sein, der – im Falle
eines Fluoreszenzmikroskops – die
Anregungs- und Emissionswellenlängen
trennt, oder ein wellenlängenneutraler
Strahlenteiler zur Beobachtung des von einem zu beobachtenden Objekt
reflektierten Lichts.
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Damit
das System funktioniert, muss der beleuchtete Punkt 309 mit
dem mikroskopischen Loch 306 konjugiert sein. Die Positionierungsgenauigkeit des
Spiegels 302 reicht jedoch nicht aus, um eine solche Konjugation
zuverlässig
wieder gewährleisten zu
können,
wenn der Spiegel durch einen anderen ersetzt wird, oder entfernt
und dann wieder eingesetzt wird. In der Tat verändert jede Ungenauigkeit bei
der Positionierung des Spiegels die Richtung des durch den Spiegel
reflektierten Beleuchtungsstrahlenbündels, und verschiebt folglich
den Beleuchtungspunkt, der dann nicht mehr mit dem mikroskopischen
Loch konjugiert ist. Wenn es sich um einen dichroitischen Spiegel
handelt, ist der Austausch des Spiegels 302 beispielsweise
notwendig, um die Anregungswellenlänge zu verändern. Es kann auch mehrere
unterschiedliche Beleuchtungslinien geben, die in den afokalen Bereich
gelangen und jeweils durch einen teildurchlässigen Spiegel mit dem abzutastenden
Strahlenbündel überlagert
werden. In diesem Fall muss jeder Spiegel herausnehmbar sein, sodass man
eine Beleuchtungslinie verwenden kann, ohne durch den zu einer anderen
Beleuchtungslinie gehörenden
Spiegel behindert zu werden.
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Aus
Gründen
der Vereinfachung wurde in der 1 die Scanvorrichtung
nicht dargestellt, die beispielsweise ein Galvanometerspiegelpaar
oder eine Vorrichtung zur Verschiebung des Prüfkörpers sein kann. Die 1 lässt sich
an den Fall einer Mehrpunktbeleuchtung anpassen, indem die Linse 300 durch
ein Raster von Mikrolinsen ersetzt wird, und indem das mikroskopische
Loch 306 durch ein Raster mit mikroskopischen Löchern ersetzt
wird.
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Das
bei einem Wechsel des dichroitischen Spiegels auftretende Problem
des Verlusts der Konjugation zwischen dem Fokussierungspunkt des
Beleuchtungsstrahlenbündels
im Objekt, der mit dem virtu-ellen Fokussierungspunkt des Beleuchtungslasers
konjugiert ist, und dem mikroskopischen Loch zur Filterung, wird üblicherweise
auf verschiedenen Wegen gelöst:
- a) indem das Bild, das sich in der Ebene 306 bildet,
erheblich vergrößert wird,
sodass sich das mikroskopische Loch durch ein Loch mit größeren Abmessungen
ersetzen lässt,
und indem der dichroitische Spiegel in der Nähe dieses Lochs und nicht im
afokalen Bereich angeordnet wird. Diese Lösung verlängert die Lichtwege beträchtlich
und ist nicht auf den Fall eines Rasters mit mikroskopischen Löchern (Mehrpunktbeleuchtung) übertragbar.
In letzterem Fall impliziert nämlich
die Vergrößerung des
Bildes die Vergrößerung des gesamten
Rasters mit mikroskopischen Löchern, was
zu Abmessungen des Rasters führt,
die mit den normalen Abmessungen einer konfokalen Vorrichtung unvereinbar
sind.
- b) indem ein System zur Nachjustierung der Position des mikroskopischen
Lochs vorgesehen wird.
- c) indem die vorgenannten Lösungen
kombiniert werden, um zu umfängliche
oder zu häufige Nachjustierungen
zu vermeiden, ohne den Lichtweg übermäßig zu verlängern.
- d) indem man das Beleuchtungsstrahlenbündel das mikroskopische Loch
durchlaufen lässt,
und indem man den dichroitischen Spiegel vor dem mikroskopischen
Loch auf dem Weg des Beleuchtungsstrahlenbündels, also hinter dem mikroskopischen
Loch auf dem Weg des vom Objekt zurück kommenden Strahlenbündels anordnet.
Diese Lösung
vereinfacht zwar das System, ermöglicht
aber keine Regulierung der Größe des mikroskopischen
Lochs ohne gleichzeitige Auswirkungen auf das Beleuchtungsstrahlenbündel, und
ermöglicht
auch keine Korrektur der chromatischen Aberrationsdifferenzen zwischen
dem Beleuchtungsstrahlenbündel
und dem vorn beobachteten Objekt zurück kommenden abzutastenden
Strahlenbündel.
Sie schlägt
sich also in einer Verringerung der Qualität der gewonnenen Bilder nieder. Diese
Lösung
ist diejenige, welche am häufigsten in
den Mehrpunktsystemen zum Einsatz kommt, wenn ein problemloser Austausch
eines Strahlenteilerspiegels gewünscht
wird. Beispielsweise wird diese Lösung in den Systemen benutzt,
die in der 3 des US-Patents 5,162,941,
in der 3 des US-Patents
6,028,306, in der 18 des Patentantrags
PCT/FR01/02890 und in der 1a des Patents DE 198 24 460 A1 dargestellt
sind. Mit all diesen Systemen lässt
sich trotz der Fehler bei der Positionierung des dichroitischen
Spiegels ein wirklichkeitsgetreues Bild des beobachteten Objekts
gewinnen.
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Im
US-Patentantrag 2002/0097484 wird eine im Einpunktmodus arbeitende
konfokale optische Vorrichtung beschrieben, in der die meisten der
oben erwähnten
Probleme nicht auftreten. Insbesondere erfordert sie im Gegensatz
zur Lösung
(b) keine Justierungen. Außerdem
passiert das Beleuchtungsstrahlenbündel im Gegensatz zur Lösung (d)
nicht das mikroskopisches Loch, wodurch es möglich wird, das mikroskopische
Loch unabhängig
vom Beleuchtungsstrahlenbündel
zu regulieren und die chromatische Aberrationsdifferenzen zwischen
dem Beleuchtungsstrahlenbündel
und dem abzutastenden Strahlenbündel
zu korrigieren. Im Gegensatz zur Lösung (a) erfordert sie keine übermäßig langen
Lichtwege.
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Beschreibung der Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist es, die oben erwähnten und mit den Lösungen (a)
(b) und (d) im Zusammenhang stehenden technischen Schwierigkeiten
zu beseitigen, jedoch in einer Konfiguration unter Verwendung einer
Mehrpunktbeleuchtung. Ausgehend von dem US-Dokument 2002/0097484 geht es also darum,
zu einer Mehrpunktkonfiguration zu gelangen, die zudem dieselben
günstigen
Eigenschaften aufweist wie das in dem US-Dokument 2002/0097484 beschriebene System.
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Jedoch
eignet sich das in dem US-Patentantrag 2002/0097484 beschriebene
Prinzip nicht für
ein Mehrpunktsystem. Wenn das in dem Patentantrag US 2002/0097484
beschriebene System unverändert
mit einer Mehrpunktbeleuchtung benutzt wird, schlägt sich
nämlich
ein Positionierungsfehler bei der Rotation des in der 1 dieses
Patents ersichtlichen Strahlenteilerblocks 14 um eine vertikale
Achse im Sinne der Abbildung in einer Rotation des Rasters der ausgeleuchteten
Punkte nieder, weiche die Abtastung und die Rekonstruktion des Bildes
verfälscht, und
somit eine wirklichkeitsgetreue Abbildung des beobachteten Objekts
verhindert. Es ist also notwendig, eine andere Lösung zu finden als die direkte
Anpassung des in dem US-Patentantrag
2002/0097484 beschriebenen Systems an eine Mehrpunktbeleuchtung.
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Aus
diesem Grund besteht die Erfindung aus einer konfokalen optischen
Vorrichtung zur Ausleuchtung mindestens eines beleuchteten Punkts (309)
mit Hilfe eines Beleuchtungsstrahlenbündels, das von einer Lichtquelle
(300) kommt und auf den beleuchteten Punkt fokussiert ist,
und zur Fokussierung eines von dem beleuchteten Punkt kommenden abzutastenden
Strahlenbündels
auf ein zu dem beleuchteten Punkt gehöriges mikroskopisches Loch (306),
welche umfasst:
- – einen Strahlenteilerspiegel
(321), welcher von einem ersten Strahlenbündel (FD)
durchlaufen wird und ein zweites Strahlenbündel (FE) reflektiert, wobei
das erste oder das zweite der beiden Strahlenbündel durch das Beleuchtungsstrahlenbündel (FE)
gebildet wird, und das jeweils andere der beiden Strahlenbündel durch
das abzutastende Strahlenbündel
(FD) gebildet wird,
- – einen
Umlenkspiegel, der etwa parallel zum Strahlenteilerspiegel angeordnet
und mit dem Strahlenteilerspiegel fest verbunden ist, wobei die gesamte,
aus dem Umlenkspiegel und dem Strahlenteilerspiegel bestehende Baugruppe
austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass:
- – sie
so eingestellt ist, dass eine Vielzahl von ausgeleuchteten Punkten
mit Hilfe einer Vielzahl von Beleuchtungsstrahlenbündeln ausgeleuchtet wird,
und dass die von der Vielzahl der ausgeleuchteten Punkte kommenden
abzutastenden Strahlenbündel
auf eine Vielzahl mikroskopischer Löcher fokussiert werden.
- – der
Umlenkspiegel so angeordnet ist, dass er das zweite Strahlenbündel reflektiert.
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Beispielsweise
kann der Strahlenteilerspiegel ein dichroitischer Spiegel sein,
und der Umlenkspiegel kann ein ausschließlich reflektierender Spiegel
sein. Der Strahlenteilerspiegel kann auch ein teildurchlässiger Spiegel
sein.
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Wenn
der Strahlenteilerspiegel unabhängig vom
Umlenkspiegel angeordnet wäre,
so würde
sich ein Positionierungsfehler des Strahlenteilerspiegels auf die
Richtung des zweiten Lichtstrahlenbündels auswirken, das dann nicht
als reproduzierbar betrachtet werden könnte, wenn der Strahlenteilerspiegel
aus dem Lichtweg heraus- und dann wieder hinein geschoben wird.
Der Umstand, dass die beiden Spiegel fest miteinander verbunden
sind, hat zur Folge, dass die Richtung des zweiten Strahlenbündels beim
Austritt aus dem Strahlenteilerblock nicht durch die Positionierungsfehler
des gesamten Strahlenteilerblocks beeinflusst wird. Denn nach der
Reflexion an zwei zueinander parallelen Spiegeln nimmt ein Lichtstrahlenbündel wieder
exakt seine ursprüngliche Richtung
an, und zwar unabhängig
von dem Winkel zwischen dem Strahlenbündel und den Spiegeln. Diese
Eigenschaft unterscheidet die Erfindung von dem in dem US-Patentantrag
Nummer 2002/0097484 beschriebenen System. Denn in dem US-Dokument
2002/0097484 reflektiert der Umlenkspiegel nicht das zweite Strahlenbündel: er
reflektiert das erste Strahlenbündel,
das heißt,
der Umlenkspiegel und der Strahlenteilerspiegel reflektieren nicht dasselbe
Strahlenbündel.
In dem US-Dokument 2002/0097484 werden das zweite Lichtstrahlenbündel und
das erste Lichtstrahlenbündel
jeweils nur ein einziges Mal reflektiert, und ihre Richtung wird
folglich, wie in der 2B des US-Dokuments 2002/0097484
ersichtlich ist, von den Positionierungsfehlern des Strahlenteilerblocks
beeinflusst.
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Es
bestätigt
sich auch, dass sich ein translatorischer Positionierungsfehler
des Strahlenteilerblocks gemäß der Erfindung
nicht auf die Lichtstrahlenbündel
auswirkt, denn weder deren Position noch deren Richtung werden beim
Eintritt in oder beim Austritt aus dem Strahlenteilerblock beeinflusst.
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Jedoch
genügt
das Vorhandensein eines fest mit dem Strahlenteilerspiegel verbundenen
und parallel zum Strahlenteilerspiegel angeordneten Umlenkspiegels
nicht, um jegliche Empfindlichkeit des Systems gegenüber den
Positionierungsfehlern des so gebildeten Strahlenteilerblocks auszuräumen. Ein Positionierungsfehler
in der Rotation des Strahlenteilerblocks schlägt sich nämlich in einer entsprechenden
Translationsbewegung des zweiten Lichtstrahlenbündels nieder, wenngleich die
Richtung dieses Strahlenbündels unverändert bleibt.
Diese Translation kann sich in einem Verlust der optischen Konjugation
zwischen dem beleuchteten Punkt und dem mikroskopischen Loch niederschlagen.
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Problem gelöst,
indem der genannte Strahlenteiler- und der genannte Umlenkspiegel
(also der Strahlenteilerblock) in einem afokalen Bereich angeordnet
werden, in dem das Beleuchtungsstrahlenbündel und das abzutastende Strahlenbündel etwa
parallel sind.
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Dadurch,
dass der Strahlenteilerblock in einem afokalen Bereich angeordnet
wird, entspricht eine Richtung des Strahlenbündels am Strahlenteilerblock
einem Punkt in einer Ebene, wo die Strahlenbündel fokussiert werden, und
die Position eines solchen beleuchteten Punkts (und folglich die
Konjugation zwischen dem Fokussierungspunkt des Beleuchtungsstrahlenbündels und
dem mikroskopischen Loch) wird dann nicht von den Positionierungsfehlern des
Strahlenteilerblocks beeinflusst, und zwar weder in der Rotation
noch in der Translation.
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Da
die Position der ausgeleuchteten Punkte nicht von den Positionierungsfehlern
des Strahlenteilerblocks beeinflusst wird, ist das System unbeeinflusst
von der Rotation des Rasters von ausgeleuchteten Punkten, das in
dem US-Patentantrag Nummer 2002/0097484 die Abtastung und die Rekonstruktion des
Bildes verfälscht.
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Der
Strahlenteilerspiegel kann beispielsweise ein dichroitischer Spiegel
oder ein wellenlängenneutraler
teildurchlässiger
Spiegel sein. Der Umlenkspiegel ist vorzugsweise ein total reflektierender Spiegel.
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Um
den Strahlenteilerblock austauschen zu können, umfasst die Vorrichtung
gemäß der Erfindung
vorzugsweise eine Vielzahl von Strahlenteilerblöcken, die jeweils aus einem
Strahlenteilerspiegel und einem entsprechenden Umlenkspiegel bestehen,
und ein Mittel, um alternativ den einen oder den anderen der Strahlenteilerblöcke im Lichtweg
anzuordnen. Dieses Mittel kann beispielsweise ein gleitender Schieber
oder ein sich um seine Achse drehendes Rad sein.
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Wenn
der Strahlenteiler- und der Umlenkspiegel nicht exakt parallel sind,
kann sich die Richtung des zweiten Strahlenbündels beim Austritt aus dem
Strahlenteilerblock gegenüber
seiner Richtung beim Eintritt in den Strahlenteilerblock geringfügig ändern. Um
mehrere Strahlenteilerblöcke
ohne den Verlust der Konjugation zwischen dem beleuchteten Punkt
und dem mikroskopischen Loch austauschen zu können, müssen sämtliche austauschbaren Blöcke die
gleiche Richtungsänderung
der Strahlenbündel
erzeugen, und zwar mit einer sehr hohen Genauigkeit. Dies ist mit
Strahlenteilerblöcken,
die sich aus mehreren Teilen zusammensetzen, schwer zu realisieren.
In einer bevorzugten Version der Erfindung werden der Strahlenteilerspiegel
und der Umlenkspiegel auf zwei gegenüberliegenden Flächen einer Planparallelplatte
platziert. Diese Platte ist so angeordnet, dass:
- – das zweite
Strahlenbündel
auf seinem Lichtweg nacheinander ein erstes Mal die Planparallelplatte durchläuft, an
einem ersten Spiegel reflektiert wird, ein zweites Mal die Planparallelplatte
durchläuft,
an einem zweiten Spiegel reflektiert wird, und ein drittes Mal die
Planparallelplatte durchläuft,
wobei der erste oder der zweite der beiden Spiegel der Umlenkspiegel
ist, und der jeweils andere der beiden Spiegel der Strahlenteilerspiegel ist,
- – das
erste Strahlenbündel
auf seinem Lichtweg die Planparallelplatte und den Strahlenteilerspiegel
durch-läuft.
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Der
Strahlenteilerspiegel und der Umlenkspiegel werden beispielsweise
durch das Aufbringen dünner
Schichten auf die Planparallelplatte realisiert. Die Platte muss
hinreichend dick sein, um die wirksame Teilung der Lichtstrahlenbündel zu
ermöglichen. Unter
diesen Bedingungen genügt
eine gute Parallelität
der Flächen
der Platten, die mehrere Strahlenteilerblöcke bilden, um zu gewährleisten,
dass diese Blöcke
untereinander austauschbar sind. Dies lässt sich in einer optischen
Werkstatt problemlos bewerkstelligen. Wenn die Platten, die untereinander
austauschbare Strahlenteilerblöcke
bilden, keine exakt parallelen Flächen aufweisen, muss der Winkel
zwischen diesen Flächen
für sämtliche
untereinander austauschbaren Strahlenteilerblöcke gleich sein.
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Die
Planparallelplatte, welche die Teilung der Lichtstrahlenbündel ermöglicht,
ist ebenso integraler Bestandteil der Erfindung wie die konfokale
Vorrichtung in ihrer Gesamtheit. Die Erfindung besteht also auch
aus einem für
eine konfokale optische Vorrichtung bestimmten Strahlenteilerblock,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus einer Planparallelplatte besteht,
wobei
- – eine
erste Fläche
der genannten Platte einen ersten Bereich enthält, in dem ein dichroitischer oder
teilweise reflektierender Spiegel durch Aufbringen mindestens einer
dünnen
Schicht realisiert ist, welche dazu bestimmt ist, von einem ersten
Lichtstrahlenbündel
durchlaufen zu werden und ein zweites Lichtstrahlenbündel zu
reflektieren,
- – die
erste Fläche
der genannten Platte einen zweiten, nicht reflektierenden Bereich
enthält, welcher
dazu bestimmt ist, von dem zweiten Lichtstrahlenbündel durchlaufen
zu werden,
- – eine
zweite Fläche
der genannten Platte, welche der ersten Fläche gegenüber liegt, einen dritten Bereich
enthält,
in dem ein Umlenkspiegel durch Aufbringen mindestens einer dünnen Schicht
realisiert ist, welche dazu bestimmt ist, das zweite Lichtstrahlenbündel zu
reflektieren.
- – die
zweite Fläche
der genannten Platte auch einen vierten, nicht reflektierenden Bereich
enthält, welcher
dazu bestimmt ist, von dem ersten und dem zweiten Lichtstrahlenbündel durchlaufen
zu werden.
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Tatsächlich ermöglicht ein
solcher Strahlenteilerblock, ein erstes Lichtstrahlenbündel von
einem zweiten Lichtstrahlenbündel
zu trennen, ohne die Richtung dieser Strahlenbündel zu verändern. Er ist in erster Linie
für den
Einsatz in einem Konfokalmikroskop bestimmt, kann jedoch auch in
anderen Vorrichtungen genutzt werden, die den reproduzierbaren Austausch
eines Strahlenteilerblocks erfordern, der die Richtung der Lichtstrahlenbündel nicht
verändert.
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Kurzbeschreibung der Abbildungen
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Die 1 zeigt
eine konfokale optische Vorrichtung früherer Bauart. Die 2 zeigt
das optische Prinzip der konfokalen optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die 3 zeigt in Perspektivdarstellung einen Strahlenteilerblock
gemäß der Erfindung.
Die 4 zeigt denselben Strahlenteilerblock als Schnittdarstellung.
Die 5 zeigt mehrere Strahlenteilerblöcke, die
innerhalb eines gleitenden Schiebers zur Veränderung der Spiegel gemeinsam
angeordnet sind. Die 6 zeigt einen anderen Typ des
Strahlenteilerblocks als Schnittdarstellung. Die 7 zeigt
einen gleitenden Schieber, der mehrere Strahlenteilerblöcke des
in 6 dargestellten Typs vereint. Die 8 zeigt
einen bevorzugten Typ des Strahlenteilerblocks. Die 9 zeigt die
gemeinsame Anordnung mehrerer Strahlenteilerblöcke des in der 8 dargestellten
Typs in einem gleitenden Schieber. Die 10 zeigt
eine im Einpunktmodus arbeitende konfokale Vorrichtung gemäß der Erfindung,
in welcher der in 8 dargestellte Strahlenteilerblock
verwendet wird. Die 11 zeigt eine im Mehrpunktmodus
arbeitende konfokale Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher
der in 8 dargestellte Strahlenteilerblock verwendet wird.
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Ausführungsmodi
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In
der 2 ist das optische Prinzip der Vorrichtung gemäß der Erfindung
dargestellt. Das System ist identisch mit demjenigen in der 1;
jedoch wurde der Strahlenteilerspiegel 302 durch den aus
dem Strahlenteilerspiegel 321 und dem Umlenkspiegel 320 bestehenden
Strahlenteilerblock ersetzt und im afokalen Bereich angeordnet.
Es wurde nur ein einziges Beleuchtungsstrahlenbündel dargestellt, obwohl das
System dafür
gedacht ist, im Mehrpunktmodus zu arbeiten.
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Die 3 und 4 zeigen
einen besonderen Ausführungsmodus
des Strahlenteilerblocks. Dieser enthält ein Glasbauteil 403 mit
einer Fläche 401,
auf welcher der Strahlenteilerspiegel realisiert ist, und einer
Fläche 400,
auf welcher der Umlenkspiegel realisiert ist. Ein zweites Glasbauteil 402 muss
so angefügt
werden, dass es den Weg desjenigen Teils des Strahlenbündels, der
den Strahlenteilerspiegel durchläuft,
nicht beeinträchtigt.
Die Lichtwege des Beleuchtungsstrahlenbündels FE und des Abtaststrahlenbündels FD
wurden mit punktierten Linien dargestellt. Wie in 5 ersichtlich
ist, können mehrere
unabhängige
Strahlenteilerblöcke 410, 411, 412 gemeinsam
in einem gleitenden Schieber 414 angeordnet werden, wodurch
sie sich nacheinander in den Lichtweg bringen lassen.
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Eventuell
kann der gleitende Schieber außer dem
Block 413 nur einen einzigen Strahlenteilerblock 412 enthalten,
und in diesem Fall dient er lediglich dazu, den Strahlenteilerblock
zu positionieren oder zu entfernen. Generell ist es wünschenswert,
eine sehr hohe Genauigkeit in der Parallelität zwischen den Flächen 400 und 401 und
in der Parallelität
zwischen den Flächen 404 und 406 zu
haben, um zu verhindern, dass zwei verschiedene Strahlenteilerblöcke das
Strahlenbündel
in unterschiedliche Richtungen lenken. Falls jedoch nur ein Strahlenteilerblock 413 zum
Einsatz kommt, ist diese Genauigkeit weniger von Bedeutung, denn
sie wirkt sich kaum auf die Reproduzierbarkeit der Konjugationseigenschaften
aus, wenn derselbe Block in Position gebracht, entfernt und wieder
in Position gebracht wird. Die Flächen 404, 406, 405 müssen auch
zueinander exakt parallel sein.
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Die 6 zeigt
einen anderen Typ des Strahlenteilerblocks gemäß der Erfindung. Dieser enthält einen
Träger 500,
der mit Löchern
versehen ist, um das Lichtstrahlenbündel passieren zu lassen, auf
dessen Weg ein Strahlenteilerspiegel 501 und ein Umlenkspiegel 502 angeordnet
sind. Das Beleuchtungsstrahlenbündel
durchläuft
das Loch 503, wird von dem Umlenkspiegel 502 reflektiert,
von dem Strahlenteilerspiegel 501 reflektiert, und verlässt die Vorrichtung
durch das Loch 504. Die Spiegel 501 und 502 sind
durch eine auf Glasplatten aufgebrachte reflektierende Schicht realisiert.
Sie werden durch federnde Stahlelemente, beispielsweise 505 und 506, die
einen Druck auf die Peripherie der Spiegel ausüben, auf den Flächen des
Trägers 500 gehalten.
Sie können
auch mit einer dünnen
Schicht Klebstoff befestigt sein. Wenn der Träger 500 selbst aus
Glas besteht, ist auch eine "molekulare
Klebeverbindung" möglich. In
einem einzigen gleitenden Schieber können mehrere Strahlenteilerblöcke gemeinsam
angeordnet werden. Damit sich in diesem Fall diese Blöcke problemlos
untereinander austauschen lassen, muss die Parallelität zwischen
den Flächen,
auf denen der Umlenkspiegel 502 beziehungsweise der Strahlenteilerspiegel 501 angeordnet
sind, mit höchster
Genauigkeit gewährleistet
werden. Diese unumgängliche
Anforderung lässt
sich abmindern, indem mehrere Träger
des in 6 ersichtlichen Typs in einem Stück realisiert
werden. Die 7 zeigt beispielsweise einen
Mehrfachträger 520,
der teildurchlässige
erste Spiegel 511 bis 514, die dem Spiegel 501 der 6 entsprechen,
ein Loch 510, und Löcher 521 bis 525,
die dem Loch 503 der 6 entsprechen,
enthält.
Eine gute Ebenheit der Flächen
des auf diese Weise realisierten Mehrfachträgers genügt in der Tat, um eine gute
Reproduzierbarkeit der Richtung des Strahlenbündels zu gewährleisten,
und zwar selbst dann, wenn mehrere teildurchlässige Spiegel nacheinander
verwendet werden, und wenn ein geringer Parallelitätsfehler
zwischen den Flächen
der beiden Spiegel 501 und 502 bestehen bleibt.
Die Positionierung der Strahlenteiler- und Umlenkspiegel auf ihren
Auflageflächen
mit der erforderlichen Genauigkeit bleibt dennoch eine anspruchsvolle
Aufgabe.
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Die
gleitenden Schieber können
motorisiert werden. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Strahlenteilerblöcke auf
einem Rad zu montieren, dass sich um eine Achse dreht, wodurch sich
die Reibung gegenüber
einem Gleitschiebersystem verringern und die Motorisierung erleichtern
lässt.
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Die 8 zeigt
einen bevorzugten Ausführungsmodus
des Strahlenteilerblocks, mit dem sich ohne übermäßige technische Schwierigkeiten
ein unabhängiger
und leicht austauschbarer Strahlenteilerblock realisieren lässt. Es
ist tatsächlich
schwierig, die zuvor beschriebenen Ausführungsmodi mit der Genauigkeit
umzusetzen, die notwendig ist, um die Austauschbarkeit der verschiedenen
Strahlenteilerblöcke
zu gewährleisten,
ohne die von Punkt zu Punkt definierten Konjugationsbeziehungen
zwischen den verschiedenen Bildebenen der Vorrichtung dieser Erfindung
zu beeinträchtigen.
Der in 8 dargestellte Strahlenteilerblock löst dieses Problem.
Er besteht aus einer hinreichend dicken Planparallelplatte 600,
auf welcher der Strahlenteilerspiegel 602 durch Aufbringen
einer dünnen
Schicht realisiert wird (z.B. Mehrfachbeschichtung im Falle eines
dichroitischen Spiegels), und auch der Umlenkspiegel 603 durch
Aufbringen einer dünnen
Schicht (typischerweise eine Metallschicht oder eine Mehrfachbeschichtung)
realisiert wird. Das Beleuchtungsstrahlenbündel FE dringt in einem Bereich 604 in
die Planparallelplatte ein, der reflexmindernd behandelt sein kann,
durchläuft
sie, und gelangt zum Umlenkspiegel 603, an dem es reflektiert
wird. Es durchläuft erneut
die Planparallelplatte und wird durch den Strahlenteilerspiegel 602 reflektiert.
Es durchläuft
ein letztes Mal die Planparallelplatte und verlässt diese dann im Bereich 601,
der reflexmindernd behandelt sein kann. Das abzutastende Strahlenbündel FD dringt
im Bereich 601 in die Platte ein, durchläuft sie, gelangt
zum Spiegel 602, und durchläuft ihn. Wie in 9 ersichtlich
ist, können
mehrere Strahlenteilerblöcke 701, 702, 703, 704 des
in 8 dargestellten Typs gemeinsam in einem gleitenden
Schieber 700 angeordnet werden, was den Wechsel von einem Block
zum anderen ermöglicht.
Die Planparallelplatte kann typischerweise aus Glas bestehen, und
die Herstellung zweier exakt paralleler Flächen einer Glasplatte bringt
keine technologischen Schwierigkeiten mit sich. Die Abmessungen
der Planparallelplatte hängen
vom Durchmesser der Strahlenbündel
ab und können
typischerweise 15mm (Stärke
bzw. Abstand zwischen den Flächen,
die den Strahlenteilerspiegel 602 und den Spiegel 603 tragen) × 15mm (Breite) × 45 mm
(Länge)
betragen. Mit dieser Lösung
lassen sich also zu einem akzeptablen Preis leicht untereinander
austauschbare Strahlenteilerblöcke
realisieren, die beispielsweise zur Montage auf Rädern oder
gleitenden Schiebern bestimmt sind.
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Diese
Vorrichtung führt
zu einem seitlichen Versatz der Lichtstrahlenbündel, der sich durch einen entsprechenden
Versatz der in 2 ersichtlichen Linsen kompensieren
lässt.
In Abwandlung der 2 zeigt die 10 exemplarisch
den Fall der Verwendung der in 8 beschriebenen
Planparallelplatte 600. Die Nummerierungen der 2 wurden
beibehalten und um die in 8 verwendeten Nummern 602 und 603 ergänzt, die
dem Spiegel 321 bzw. 320 in der 2 entsprechen.
Die 11 zeigt einen bevorzugten Ausführungsmodus
der Erfindung unter Verwendung des in 8 beschriebenen
Strahlenteilerblocks. Ein kollimiertes Laserstrahlenbündel 800 wird
durch das Mikrolinsenraster 801 in eine Vielzahl von Beleuchtungsstrahlenbündeln FE
aufgetrennt. In der Abbildung ist eines dieser Strahlenbündel durch
ausgezogene Linien und ein anderes durch gestrichelte Linien dargestellt.
Die Beleuchtungsstrahlenbündel
durchlaufen anschließend die
Linse 802, hinter der jedes Beleuchtungsstrahlenbündel etwa
parallel ist. Sie werden von dem Spiegel 803 reflektiert.
Die Beleuchtungsstrahlenbündel
gelangen dann zum Strahlenteilerblock, der aus der Planparallelplatte 600 besteht.
Sie treten in die Platte ein, werden von den Spiegeln 603 und 602 reflektiert, und
treten dann wieder aus der Platte aus. Sie durchlaufen das Objektiv 804 und
werden in beleuchteten Punkten des Objekts 807 fokussiert.
Die von den ausgeleuchteten Punkten kommenden abzutastenden Strahlenbündel FD
durchlaufen anschließend das
Objektiv 804, durchlaufen die Planparallelplatte 600 und
den Spiegel 602, durchlaufen die Linse 805 und
werden auf die Löcher
des Rasters mit mikroskopischen Löchern 800 fokussiert.
Nicht dargestellt ist die Scanvorrichtung, die typischerweise ein
zwischen der Planparallelplatte und dem Objektiv 804 angeordneter
Galvanometerspiegel sein kann.
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In
den Abbildungen wird der Strahlenteilerspiegel stets von dem abzutastenden
Strahlenbündel durchlaufen.
Es ist jedoch ebenso möglich,
dass das abzutastende Strahlenbündel
reflektiert wird und das Beleuchtungsstrahlenbündel den Strahlenteilerspiegel
durchläuft,
was jedoch am Wesen der Erfindung nichts ändert.
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Industrielle Anwendungen
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Die
beschriebene Vorrichtung ermöglicht den
raschen und zuverlässigen
Austausch des dichroitischen Spiegels in Konfokalmikroskopen, insbesondere
denjenigen, die im Mehrpunktmodus arbeiten. Dieser Austausch wird
beispielsweise bei der Beobachtung von Zellen benötigt, die
mit mehreren fluoreszierenden Markern gekennzeichnet sind, um nacheinander
Bilder zu erhalten, die jeweils einem der Marker entsprechen.