WO2016116424A2 - Optische anordnung für ein laser-scanner-system - Google Patents

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WO2016116424A2
WO2016116424A2 PCT/EP2016/050975 EP2016050975W WO2016116424A2 WO 2016116424 A2 WO2016116424 A2 WO 2016116424A2 EP 2016050975 W EP2016050975 W EP 2016050975W WO 2016116424 A2 WO2016116424 A2 WO 2016116424A2
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WO
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lens group
lens
optical arrangement
optical
focal length
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PCT/EP2016/050975
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English (en)
French (fr)
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WO2016116424A3 (de
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Thomas Nobis
Lars-Christian Wittig
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Carl Zeiss Ag
Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036—Scanning details, e.g. scanning stages
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives

Definitions

  • a laser scanning microscope is essentially a light microscope in which a focused laser beam shears a sample. This scanning can be done, for example, by the laser beam is deflected horizontally and / or vertically by a scanner mirror before it is focused by an optical assembly to an excitation point on or in the sample. By such irradiation with a laser beam, for example, fluorescence can be excited in the sample, which is then detected.
  • LSM laser scanning microscopes
  • laser scanning microscopes are implemented as an attachment or supplement to an existing microscope system, which may include a tripod.
  • Such systems use, for example, a corrected intermediate image of a wide field microscope as an optical interface.
  • the above-mentioned scanner mirror is in such arrangements in one to a
  • Tubus lens arrangement and an additional scanning lens used to image the exit pupil of the microscope objective on the scanner mirror or other scanner device.
  • Fig. 1 a structure of such an optical arrangement is shown schematically.
  • Denoted at 10 is a location at which a laser beam is focused on a sample.
  • 1 1 denotes a microscope objective, for example a high-aperture microscope objective, and 12 denotes an exit pupil of the microscope objective 11.
  • 13 denotes a so-called tube lens, 14 an intermediate image and 15 a scanning lens.
  • the tube lens 13 can be
  • the microscope objective 1 1 may be, for example, a ten times magnifying lens, and a diameter of the exit pupil 12 may be of the order of 10 mm.
  • Field of view of the intermediate image 14 may be, for example, about 20.
  • a focal length of the tube lens 13 may be on the order of 165 mm, and a focal length of the scanning lens 15 may be on the order of 50 mm.
  • each of these elements may comprise one or more lenses or other optical elements such as diffractive elements and / or mirrors.
  • Microscope lens 1 1 is used, the following apply to many arrangements
  • Boundary conditions i) The distance between the exit pupil 12 and the tube lens 13 is generally slightly smaller than the focal length of the tube lens, so that an upper bundle boundary of the light beam runs at least approximately parallel to the axis and the
  • the intermediate image 14 is of the tube lens 13 corresponding to the focal length of
  • a distance between the intermediate image 14 and the scan objective 15 is approximately the focal length of the scan objective, since the laser beam used for the imaging typically emerges collimated from a preceding optic. However, this constraint is not mandatory.
  • the distance of the scan lens 15 to the location of the scanner mirror 16 is also approximately the focal length of the scan lens, since the pupil position in the intermediate image 14 is almost telecentric.
  • the focal length of the scanning lens 5 is determined by the size of a scanner mirror used. In particular, the focal length ratio between
  • Tubus lens 13 and scan lens 15 the magnification for the image of the Scanner mirror on the exit pupil 12 of the microscope objective 1 1.
  • a small scanner mirror or other scanner device with a large tilt angle range is preferred, which shortens the focal length of the scan lens 15.
  • the focal length of the tube lens 13 is predetermined by the stand in applications in which the laser scanner system is implemented as an attachment or supplement to an existing microscope stand, and is typically between 140 mm and 200 mm. minimal
  • Mirror sizes of the scanner mirror are typically between 2 mm and 4 mm. This implies that the overall length of the system between the exit pupil 12 and the scanner mirror is relatively large, typically between 300 mm and 500 mm.
  • a Delano diagram in a Delano diagram, in a vv diagram for each refractive surface (e.g., the idealized lenses 11, 13, 15 in Fig. 1) the marginal ray height y of the light beam is plotted by the optical assembly above the principal ray height y.
  • Fig. 2 shows a Delano diagram for the optical arrangement of Fig. 1.
  • the elements 12 to 15 of Fig. 1 are also designated in Fig. 2 with 12 to 15.
  • the graph will rotate clockwise.
  • Directional changes are caused by refractive elements. Start and end points (exit pupil 12 and scanner mirror 16) are as described above
  • a line 20 in Fig. 2 corresponds to the beam path from the exit pupil (AP) 12 to the tube lens (TL) 13
  • a line 21 corresponds to the beam path from the tube lens 13 to the intermediate image (ZWB) 14
  • a line 22 corresponds to the beam path of the intermediate image 14 to the scanning optics (SO) 15 (since the intermediate image is not a refractive element, the line 22 is a continuation of the line 21)
  • a line 23 corresponds to the beam path from the scanning optics 15 to the scanner mirror 16.
  • the overall length of the system is directly proportional to the area of the resulting curve, the areas attributable to the individual beams corresponding by connection of the points corresponding to the respective elements with the coordinate origin. This is indicated by lines 24 and 25 in Fig. 2.
  • the length from the exit pupil 12 to the tube lens 13 is 100 mm
  • from the tube lens 13 to the intermediate image 14 is 165 mm
  • from the intermediate image 14 to the scan objective 15 is 50 mm
  • from the scanning optics 15 to the scanner mirror 16 55 mm are only an example.
  • an optical arrangement for a laser scanner system comprising a first lens group having a positive focal length, a second lens group having a positive focal length for receiving light from a scanner device and one between the first lens group and the first lens group second lens group arranged third lens group with a negative focal length.
  • lens group generally refers to an arrangement of one or more associated lenses. Conversely, in the present description, the term “lens” is sometimes simply used for the sake of simplicity.
  • such lenses may also be implemented by a group of multiple individual lenses.
  • these lens groups in addition to or as an alternative to conventional lenses, may also include other imaging elements, such as mirrors or diffractive elements.
  • the optical arrangement may be arranged, an intermediate image between the second
  • Lens arrangement and the third lens arrangement are.
  • the optical assembly may further comprise a microscope objective, wherein the first
  • Lens group is arranged between the microscope objective and the third lens group.
  • the optical arrangement may be arranged such that the scanner device is arranged in a conjugate plane to an exit pupil of the microscope objective.
  • the microscope objective may have an exit pupil of 3 mm to 20 mm, preferably e.g. between 8 mm and 12 mm, e.g. about 10 mm.
  • a focal length of the first lens group may be between 25 and 200 mm, e.g. between 25 and 100 mm, lie.
  • a focal length of the second lens group may be between 5 and 50 mm, e.g. between 5 and 20 mm.
  • a focal length of the third lens group may be between -15 mm and -200 mm, e.g. between -15 mm and -100 mm, lie.
  • the first lens group may be a tube lens.
  • the second lens group may be a scanning lens.
  • an optical assembly for a laser scanner system comprising: a microscope objective, a first lens group having a focal length less than 70 mm, a second lens group having a focal length less than 20 mm, the first lens group being between the microscope objective and the second lens group is arranged, wherein the second lens group is adapted to receive light from a scanner device, wherein the scanner optics lies in a conjugate plane to an exit pupil of the microscope objective.
  • An overall length of the optical arrangement may be less than 150 mm.
  • the optical arrangement may further comprise a beam splitter element for providing a first beam path and a second beam path, wherein the first beam path comprises a beam path between a position of an object and a position of the scanner device, and wherein the second beam path comprises a beam path between the position of the object and a camera device.
  • the optical arrangement may be formed according to the first aspect.
  • the beam splitter element may be provided between the first lens group and the third lens group, since there is sufficient space for the beam splitter element as a rule.
  • the optical arrangement may further comprise a correction element for at least partially correcting aberrations by the beam splitter element.
  • the first beam path can be angled by the beam splitter element and the second
  • Beam path can be straight through the beam splitter element (100). This is preferred when for a laser scanning a higher image quality than for a recording with the
  • the first beam path can be angled straight through the beam splitter element and the second beam path can be angled through the beam splitter element. This is preferred if a higher imaging quality is required for recording with the camera device than for laser scanning.
  • a laser scanner system comprising: a laser light source, scanner means, and an optical assembly provided between the scanner means and a position of a sample, as described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical arrangement according to the prior art
  • 2 shows a Delano diagram of the optical arrangement of FIG. 1
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical arrangement according to the prior art
  • 2 shows a Delano diagram of the optical arrangement of FIG. 1
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical arrangement according to the prior art
  • 2 shows a Delano diagram of the optical arrangement of FIG. 1
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an optical arrangement according to the prior art
  • FIG. 3 is a block diagram of a laser scanner system according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an optical arrangement for a laser scanner system according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a Delano diagram of the optical arrangement of FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an optical arrangement for a laser scanner system according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 7 is a Delano diagram for the optical arrangement of FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of an optical arrangement for a laser scanner system according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of an optical arrangement for a laser scanner system according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an optical arrangement according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 11 shows a schematic representation of an optical arrangement according to a further exemplary embodiment.
  • Fig. 3 shows a laser scanner system according to an embodiment.
  • the laser scanner system of FIG. 3 comprises a laser light source 30 for generating a laser beam 36.
  • the laser beam 36 is directed via an optional first optical arrangement 31 to a scanner mirror 32, which is movable as indicated by an arrow 33 .
  • the first optical Arrangement 31 can be omitted, for example, in cases in which the laser light source 30 already generates a laser beam 36 whose properties, for example with respect to collimation, satisfy the requirements of the laser scanner system.
  • the laser beam thus deflected by the scanner mirror 32 is then focused by a second optical arrangement 34 onto a sample 35.
  • the first optical arrangement 31 and the second optical arrangement 34 can each have in particular one or more groups of lenses and / or other optical elements.
  • the second optical arrangement 34 has a shortened structural length compared with conventional arrangements. Specific embodiments of such optical
  • a desired area of the sample 35 can be scanned with the laser beam.
  • the laser scanner system of FIG. 3 may additionally include elements (not shown) for detecting light from the sample, such as a camera or other means for detecting fluorescent light in response to exposure to the light
  • Laser beam 36 Such detection devices may be implemented as in conventional laser scanner systems.
  • Embodiment is shown in Fig. 4.
  • 40 denotes a position of an object to be illuminated with the laser beam (for example, the sample 35 of Fig. 3).
  • 41 denotes a microscope objective, 42 an exit pupil of the microscope objective 41, 43 a first one
  • the microscope objective 41 may be, for example, ten times
  • a diameter of the exit pupil 42 may be greater than 8 mm, for example of the order of 10 mm.
  • similar optical components as in FIG. 1 are used in FIG.
  • the focal lengths of the tube lens 43 and the scan lens 45 are opposite to the conventional ones Arrangement of Fig. 1 is reduced, whereby the overall length can also be reduced. This is possible in particular with stand-alone solutions.
  • the focal length of the tube lens 43 is less than 70 mm, e.g. about 55 mm, for example between 45 and 65 mm, and the focal length of the scanning objective 45 is less than 20 mm, e.g. about 16.5 mm, for example between 15 and 20 mm.
  • An overall length may thus be on the order of 1 1 mm, for example, compared to, for example, approximately 370 mm in the case of FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a corresponding Delano diagram for the optical arrangement of FIG. 4.
  • a line 50 represents the light beam from the exit pupil 42 to the tube lens 43
  • a line 51 corresponds to the light beam from the tube lens 43 to the tube
  • a line 52 (in extension of line 51) corresponds to the light beam from the intermediate image 44 to the scan lens 45, and a line 53 corresponds to the light beam from the scan lens 45 to the position of the scanner mirror 46, 54 and 55 are guides for dividing the total area. Accordingly, in an exemplary
  • Extension of the lens 41 is often not possible to arrange the tube lens 43 closer to the lens 41. Also, the distance between the scanning lens 45 and scanner mirror 46 is difficult to further reduce, otherwise the angle of incidence of the light beam incident on the scanner mirror becomes too large, which can lead to a field distortion. This may be the case in particular for angles of incidence greater than 20 °.
  • a negative lens i. a lens or lens group with negative focal length, arranged between the tube lens and the scan lens.
  • FIG. 6 A corresponding embodiment is shown schematically in FIG.
  • 60 denotes a position of an object to be examined
  • 61 denotes a
  • a microscope objective for example a ten-fold objective
  • 62 denotes an exit pupil of the objective 61 (for example with a diameter greater than 8 mm, for example of the order of 10 mm)
  • 63 denotes a tube lens (first lens group).
  • the tube lens 63 may have a focal length between 25 and 65 mm, for example, about 32 mm.
  • 64 is a negative lens (third lens group), which may, for example, have a focal length between -15 and -75 mm, for example approximately -19 mm.
  • 65 denotes an intermediate image
  • 66 a scanning lens (second lens group) which, for example in the case of FIG. 6, may have a focal length between 5 and 15 mm, for example approximately 12 mm.
  • 67 indicates a position of the scanner mirror.
  • FIG. 7 shows a corresponding Delano diagram for the exemplary embodiment of FIG. 6 with the exemplary focal lengths given above.
  • lines from the diagrams of FIGS. 2 and 5 are indicated.
  • a line 70 corresponds to the light beam from the exit pupil 62 to the tube lens 63
  • a line 71 corresponds to the light beam from the tube lens 63 to the negative lens 64
  • a line 72 corresponds to the light beam of the
  • auxiliary lines are again provided to illustrate the individual lengths or areas.
  • a distance from the exit pupil 62 to the tube lens 63 is about 20 mm
  • a distance from the tube lens 63 to the negative lens 64 is about 28 mm
  • a distance from the negative lens 64 to the intermediate image 65 is about 5 mm
  • a distance of the intermediate image 65 to the scanning lens 66 about 1 1, 5 mm
  • a distance from the scanning lens 66 to the scanner 77 about 19.5 mm.
  • the overall length of 1 1 1 mm to 84 mm implemented. Note that in real implementations, in part, a thickness of the lenses or lens groups used can increase the length.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of an optical arrangement, which as
  • FIG. 8 denotes a
  • 81 denotes a tube lens, which in the example of FIG. 8 is composed of three individual lenses and, in the illustrated example, has a focal length of 61 mm.
  • 82 denotes a negative lens which, in the case of FIG. 8, is implemented as a lens group having two single lenses.
  • a focal length of the negative lens 82 may be, for example, -75 mm.
  • 83 denotes an intermediate image
  • 84 denotes a scanning lens, which in the example of Fig. 8 is also implemented as a lens group having a plurality of lenses.
  • a scanner mirror is referred to, which may for example have a diameter of the order of 2 mm. Via the scanner mirror 85, an incident laser beam is directed to a sample via the discussed optical elements in order to scan them.
  • the transmission length between the exit pupil 80 and the scanner mirror 85 1 is 12 mm.
  • the diameter of the beam on the scanner mirror is 2 mm.
  • Image aberrations were selected in the embodiment of Fig. 8, the tube lens 81 and the negative lens 82 with a moderate and not the absolute minimum possible focal length.
  • the intermediate image (eg, 83 in FIG. 8) is approximately centered between the scan lens 84 and the negative lens 82, for example, within a range of ⁇ 10% or within a range of ⁇ 5% about the center ( ⁇ 10%).
  • the division of the distance between the negative lens and the scan lens by the intermediate image is in a range between 60:40 and 40:60).
  • focusing may be effected by changing a collimating state of the incident beam (eg, 86) in the sample become. This shifts the intermediate image, for which it is helpful to choose the distance between the intermediate image and the adjacent lenses 82 and 84 not too small.
  • FIG. 9 Another embodiment of an optical arrangement according to the invention is shown in FIG.
  • 90 designates an exit pupil of a microscope objective, 91 a tube lens, which in turn is implemented as a group of plural lenses, 92 a
  • Negative lens which is also implemented as a group of multiple individual lenses
  • 93 an intermediate image and 94 a scan lens, which is also implemented as a group of multiple individual lenses.
  • Indicated at 95 is a position of a scanner mirror or other scanner device.
  • the tube lens 91 and the scanning objective 94 have more lenses. This illustrates that there are a variety of different implementation options. In which
  • a focal length of the tube lens is about 39 mm
  • a focal length of the negative lens 92 is about -36 mm
  • a focal length of the scanning lens is about 9 mm.
  • the total transmission length between the exit pupil 90 and the position of the scanner mirror 95 in this embodiment is only 89 mm.
  • FIGS. 10 and 11 represent modifications of the exemplary embodiment of FIG. 6, and elements which already occur in the exemplary embodiment of FIG. 6 bear the same reference numerals and will not be explained again in detail. Even if the provision of a camera for wide-field recordings is illustrated by means of a modification of the exemplary embodiment of FIG. 6, corresponding modifications are also explained for the others discussed above
  • a beam splitter element 100 for example a partially transparent mirror, is provided between the tube lens 63 and the negative lens 64, which light from the object to be examined at the position 60 to a Camera device 102 steers. With this camera device under 2 are then
  • Wide field shots for example, overview shots
  • the type of wide-field images is not particularly limited and may vary depending on the provided lighting (not shown). For example, bright field images, dark field images, phase contrast images and / or fluorescence images can be created depending on the illumination. It should be noted that in conventional
  • Beam splitter element 100 between the tube lens 63 and the negative lens 64 is arranged.
  • the beam splitter element 100 is inclined relative to the optical axis of the system.
  • the angle of inclination may be approximately 45 ° as shown in FIG. 10, but other angles are possible.
  • the continuous beams that is to say the beams from the scanner mirror 67 to the position 60 of the object, are also influenced by the finite ceiling of the beam splitter element 100.
  • a correction element 101 is provided which essentially corresponds to the beam splitter element 100 and is likewise inclined, but in a different plane. In the cross-sectional view of Fig. 10, the correction element 101 would then protrude inclined from the plane or in the
  • Beam splitter element 100 a beam splitter cube can be used as a beam splitter element.
  • the correction element 101 can be dispensed with.
  • image sensors such as those commonly used in smart phones can be used to implement the
  • FIG. 1 a modification of the embodiment of Fig. 10 is provided, wherein like elements bear the same reference numerals. While in the embodiment 10, the beam path between object position 60 and scanner mirror 67 passes straight through the components 100, 101 and the beam path is deflected to the camera device at 2, it is in the case of Fig. 1 1 just reversed, so here the beam path to the camera device 102 passes straight through and the beam path is deflected by the scanner mirror 67.
  • Correction element 101 degrades the image quality. Therefore, it is advantageous to use the angled beam path for the beam path for which the better imaging quality is desired. So if the better picture quality is desired for the wide field recording by means of the camera device under 2, that is

Abstract

Es wird eine optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System bereitgestellt, welches eine vergleichsweise kurze Baulänge aufweist. Hierzu kann beispielsweise zwischen einer ersten Linsengruppe (62) und einer zweiten Linsengruppe (66) eine dritte Linsengruppe (64) mit negativer Brennweite bereitgestellt werden.

Description

Beschreibung Optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System
Ein Laser-Scanning-Mikroskop ist im Wesentlichen ein Lichtmikroskop, bei dem ein fokussierter Laserstrahl eine Probe abrasiert. Diese Abrasterung kann beispielsweise vorgenommen werden, indem der Laserstrahl durch einen Scanner-Spiegel waagrecht und/oder senkrecht abgelenkt wird, bevor er durch eine Optikanordnung auf einen Anregungspunkt auf oder in der Probe fokussiert wird. Durch eine derartige Bestrahlung mit einem Laserstrahl kann dann beispielsweise Fluoreszenz in der Probe angeregt werden, welche dann detektiert wird.
Derartige Laser-Scanning-Mikroskope (LSM) sind in der Mikroskopie weit verbreitet und haben sich als Instrument zur Erzeugung hochaufgelöster optischer Schnitte etabliert.
Häufig werden Laser-Scanning-Mikroskope als Aufsatz oder Ergänzung für ein bestehendes Mikroskopsystem, welches ein Stativ umfassen kann, implementiert. Derartige Systeme nutzen beispielsweise ein korrigiertes Zwischenbild eines Weitfeldmikroskops als optische Schnittstelle. Der oben erwähnte Scanner-Spiegel wird bei derartigen Anordnungen in einer zu einer
Austrittspupille eines verwendeten Mikroskopobjektivs konjugierten Ebene angeordnet.
Bei Mikroskopobjektiven hoher Apertur liegt dabei diese Austrittspupille im Inneren des
Objektivs. Daher wird bei derartigen Anwendungen eine sogenannte Tubuslinse oder
Tubuslinsenanordnung und ein zusätzliches Scan-Objektiv zur Abbildung der Austrittspupille des Mikroskopobjektivs auf den Scanner-Spiegel oder andere Scanner-Einrichtung verwendet.
In Fig. 1 ist schematisch ein Aufbau einer derartigen optischen Anordnung gezeigt.
Mit 10 ist dabei ein Ort bezeichnet, an dem ein Laserstrahl auf eine Probe fokussiert wird. 1 1 bezeichnet ein Mikroskopobjektiv, beispielsweise ein hochaperturiges Mikroskopobjektiv, und 12 bezeichnet eine Austrittspupille des Mikroskopobjektivs 11 . 13 bezeichnet eine sogenannte Tubuslinse, 14 ein Zwischenbild und 15 ein Scan-Objektiv. Die Tubuslinse 13 kann
insbesondere in einem Tubus des Mikroskops angeordnet sein. Mit 16 ist ein Ort des Scanner- Spiegels bezeichnet, welcher in einer konjugierten Ebene zu der Austrittspupille 12 liegt. Das Mikroskopobjektiv 1 1 kann beispielsweise ein zehnfach vergrößerndes Objektiv sein, und ein Durchmesser der Austrittspupille 12 kann in der Größenordnung 10 mm sein. Eine
Sehfeldzahl des Zwischenbilds 14 kann beispielsweise ungefähr 20 betragen. Eine Brennweite der Tubuslinse 13 kann beispielsweise in der Größenordnung von 165 mm liegen, und eine Brennweite des Scan-Objektivs 15 kann in der Größenordnung von 50 mm liegen.
Während das Mikroskopobjektiv 1 , die Tubuslinse 13 und das Scan-Objektiv 15 in Fig. 1 jeweils als ein einzelner Strich dargestellt sind, kann jedes dieser Elemente ein oder mehrere Linsen oder auch andere optische Elemente wie diffraktive Elemente und/oder Spiegel umfassen.
Für einen derartigen Aufbau, wie er als Aufsatz für ein bestehendes Mikroskop mit dem
Mikroskopobjektiv 1 1 verwendbar ist, gelten bei vielen Anordnungen folgende
Randbedingungen: i) Der Abstand zwischen der Austrittspupiile 12 und der Tubuslinse 13 ist in der Regel etwas kleiner als die Brennweite der Tubuslinse, damit eine obere Bündelbegrenzung des Lichtstrahlbündels zumindest näherungsweise achsparallel verläuft und den
Innendurchmesser eines Tubus des Mikroskops minimiert. ii) Das Zwischenbild 14 ist von der Tubuslinse 13 entsprechend der Brennweite der
Tubuslinse 13 beabstandet, da Mikroskopobjektive wie das Mikroskopobjektiv 1 1 in der Regel für eine Abbildung nach unendlich korrigiert sind. iii) Ein Abstand zwischen dem Zwischenbild 14 und dem Scan-Objektiv 15 beträgt ungefähr die Brennweite des Scan-Objektivs, da der für die Abbildung genutzte Laserstrahl in der Regel kollimiert aus einer vorangehenden Optik austritt. Diese Randbedingung ist jedoch nicht zwingend. iv) Der Abstand des Scan-Objektivs 15 zum Ort des Scanner-Spiegels 16 beträgt ebenfalls ungefähr die Brennweite des Scan-Objektivs, da die Pupillenlage im Zwischenbild 14 nahezu telezentrisch ist. die Brennweite des Scan-Objektivs 5 wird durch die Größe eines verwendeten Scanner- Spiegels vorgegeben. Insbesondere bildet das Brennweitenverhältnis zwischen
Tubuslinse 13 und Scan-Objektiv 15 den Abbildungsmaßstab für die Abbildung des Scanner-Spiegels auf die Austrittspupille 12 des Mikroskopobjektivs 1 1. Für einen kompakten Aufbau ist ein kleiner Scanner-Spiegel oder andere Scanner-Einrichtung mit großem Kippwinkelbereich bevorzugt, was die Brennweite des Scan-Objektivs 15 verkürzt.
Die Brennweite der Tubuslinse 13 ist bei Anwendungen, bei welchen das Laser-Scanner- System als Aufsatz oder Ergänzung für ein bestehendes Mikroskopstativ implementiert ist, vom Stativ vorgegeben und liegt typischerweise zwischen 140 mm und 200 mm. Minimale
Spiegelgrößen des Scanner-Spiegels liegen typischerweise zwischen 2 mm und 4 mm. Dies bedingt, dass die gesamte Baulänge des Systems zwischen der Austrittspupille 12 und dem Scanner-Spiegel relativ groß ist, typischerweise zwischen 300 mm und 500 mm.
Dies ist in Fig. 2 durch ein sogenanntes Delano-Diagramm nochmals verdeutlicht. In einem Delano-Diagramm sind in einem vv -Diagramm für jede brechende Fläche (z.B. die idealisiert dargestellten Linsen 1 1 , 13, 15 in Fig. 1 ) die Randstrahlhöhe y des Lichtstrahlbündels durch die optische Anordnung über der Hauptstrahlhöhe y aufgetragen. Fig. 2 zeigt ein Delano- Diagramm für die optische Anordnung der Fig. 1. Die Elemente 12 bis 15 der Fig. 1 sind dabei in Fig. 2 ebenfalls mit 12 bis 15 bezeichnet. Das Diagramm wird im Uhrzeigersinn umlaufen. Richtungsänderungen werden durch brechende Elemente verursacht. Start- und Endpunkt (Austrittspupille 12 und Scanner-Spiegel 16) sind durch die oben beschriebenen
Randbedingungen festgelegt.
Eine Linie 20 in Fig. 2 entspricht dem Strahlengang von der Austrittspupille (AP) 12 zu der Tubuslinse (TL) 13, eine Linie 21 entspricht dem Strahlengang von der Tubuslinse 13 zu dem Zwischenbild (ZWB) 14, eine Linie 22 entspricht dem Strahlengang von dem Zwischenbild 14 zu der Scan-Optik (SO) 15 (da das Zwischenbild kein brechendes Element ist, ist die Linie 22 eine Fortsetzung der Linie 21 ), und eine Linie 23 entspricht dem Strahlengang von der Scan-Optik 15 zu dem Scanner-Spiegel 16. Die Baulänge des Systems ist direkt proportional zur Fläche der sich ergebenden Kurve, wobei die auf die einzelnen Strahlen entfallenden Flächen durch Verbindung der den jeweiligen Elementen entsprechenden Punkte mit dem Koordinatenursprung entspricht. Dies ist durch Linien 24 und 25 in Fig. 2 angedeutet. Bei dem dargestellten Beispiel ist somit die Länge von der Austrittspupille 12 zu der Tubuslinse 13 100 mm, von der Tubuslinse 13 zum Zwischenbild 14 165 mm, vom Zwischenbild 14 zu dem Scan-Objektiv 15 50 mm und von der Scan-Optik 15 zu dem Scanner-Spiegel 16 55 mm. Diese Zahlenwerte sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen.
Neben den oben beschriebenen Laser-Scanner-Systemen, welche als Aufsatz zu einem bestehenden Stativ, beispielsweise einem Weitfeldmikroskop, implementiert sind, sind jedoch auch Laser-Scanner-Mikroskope möglich, welche als Stand-Alone-Geräte unabhängig von bestehenden Stativen implementiert sind. Für derartige Laser-Scanner-Mikroskope wäre es wünschenswert, kürzere Baulängen als oben beschrieben für eine optische Anordnung zu erreichen, um kompaktere Geräte realisieren zu können.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optische Anordnungen für Laser- Scanner-Systeme mit verkürzter Baulänge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 9. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele sowie ein Laser-Scanner-System mit einer derartigen optischen Anordnung.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System bereitgestellt, umfassend eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brennweite zum Empfangen von Licht von einer Scanner- Einrichtung und eine zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnete dritte Linsengruppe mit einer negativen Brennweite.
Der Begriff„Linsengruppe" bezeichnet dabei im Rahmen dieser Anmeldung allgemein eine Anordnung von einer oder mehreren zusammengehörigen Linsen. Umgekehrt wird bei der vorliegenden Beschreibung manchmal zur Vereinfachung einfach der Begriff„Linse"
(beispielsweise Tubuslinse, Negativlinse) verwendet, wobei derartige Linsen auch durch eine Gruppe mehrerer Einzellinsen implementiert sein können. Bei manchen Ausführungsbeispielen können diese Linsengruppen zusätzlich oder alternativ zu herkömmlichen Linsen auch andere abbildende Elemente umfassen, wie beispielsweise Spiegel oder diffraktive Elemente.
Durch die Einfügung einer Linsengruppe mit negativer Brennweite kann dabei eine weitere Verkürzung der Baulänge erreicht werden. Zudem kann bei manchen Ausführungsbeispielen ausgenutzt werden, dass bei Stand-Alone-Systemen manche der eingangs diskutierten Randbedingungen wegfallen, wodurch eine Verkürzung der Baulänge erreicht werden kann. Die optische Anordnung kann eingerichtet sein, ein Zwischenbild zwischen der zweiten
Linsengruppe und der dritten Linsengruppe zu erzeugen.
Dabei kann das Zwischenbild näherungsweise in der Mitte zwischen der zweiten
Linsenanordnung und der dritten Linsenanordnung liegen.
Die optische Anordnung kann weiter ein Mikroskopobjektiv umfassen, wobei die erste
Linsengruppe zwischen dem Mikroskopobjektiv und der dritten Linsengruppe angeordnet ist. Die optische Anordnung kann derart eingerichtet sein, dass die Scanner-Einrichtung in einer konjugierten Ebene zu einer Austrittspupille des Mikroskopobjektivs angeordnet ist.
Das Mikroskopobjektiv kann eine Austrittspupille von 3 mm bis 20 mm, bevorzugt z.B. zwischen 8 mm und 12 mm, z.B. ungefähr 10 mm, aufweisen.
Eine Brennweite der ersten Linsengruppe kann zwischen 25 und 200 mm, z.B. zwischen 25 und 100 mm, liegen. Eine Brennweite der zweiten Linsengruppe kann zwischen 5 und 50 mm, z.B. zwischen 5 und 20 mm, liegen. Eine Brennweite der dritten Linsengruppe kann zwischen -15 mm und -200 mm, z.B. zwischen -15 mm und -100 mm, liegen.
Die erste Linsengruppe kann eine Tubuslinse sein. Die zweite Linsengruppe kann ein Scan- Objektiv sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System bereitgestellt, umfassend: ein Mikroskopobjektiv, eine erste Linsengruppe mit einer Brennweite kleiner 70 mm, eine zweite Linsengruppe mit einer Brennweite kleiner 20 mm, wobei die erste Linsengruppe zwischen dem Mikroskopobjektiv und der zweiten Linsengruppe angeordnet ist, wobei die zweite Linsengruppe eingerichtet ist, Licht von einer Scanner-Einrichtung zu empfangen, wobei die Scanner-Optik in einer konjugierten Ebene zu einer Austrittspupilie des Mikroskopobjektivs liegt.
Eine Baulänge der optischen Anordnung kann kleiner als 150 mm sein.
Bei dem ersten oder zweiten Aspekt kann die optische Anordnung weiter ein Strahlteilerelement zum Bereitstellen eines ersten Strahlengangs und eines zweiten Strahlengangs umfassen, wobei der erste Strahlengang einen Strahlengang zwischen einer Position eines Objekts und einer Position der Scanner-Einrichtung umfasst, und wobei der zweite Strahlengang einen Strahlengang zwischen der Position des Objekts und einer Kameraeinrichtung umfasst. Hierdurch kann eine Laserscanneruntersuchung mit einer Weitfeldaufnahme durch die
Kameraeinrichtung kombiniert werden. Da mit den optischen Anordnungen gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt kleine Zwischenbilder erzeugbar sind, kann ein kleiner und somit kostengünstiger Bildsensor in der Kameraeinrichtung verwendet werden. Die optische Anordnung kann dabei gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sein. Dann kann das Strahlteilerelement zwischen der ersten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe bereitgestellt sein, da dort im Regelfall genügend Platz für das Strahlteilerelement ist.
Die optische Anordnung kann weiter ein Korrekturelement zum zumindest teilweisen Korrigieren von Abbildungsfehlern durch das Strahlteilerelement umfassen.
Der erste Strahlengang kann durch das Strahlteilerelement abgewinkelt und der zweite
Strahlengang kann durch das Strahlteilerelement (100) gerade sein. Dies ist bevorzugt, wenn für ein Laserscannen eine höhere Abbildungsqualität als für eine Aufnahme mit der
Kameraeinrichtung erforderlich ist.
Alternativ kann der erste Strahlengang durch das Strahlteilerelement gerade und der zweite Strahlengang durch das Strahlteilerelement abgewinkelt sein. Dies ist bevorzugt, wenn für eine Aufnahme mit der Kameraeinrichtung eine höhere Abbildungsqualität als für ein Laserscannen erforderlich ist.
Zudem wird ein Laser-Scanner-System bereitgestellt, umfassend: eine Laserlichtquelle, eine Scanner-Einrichtung und eine zwischen der Scanner-Einrichtung und einer Position einer Probe bereitgestellte optische Anordnung wie oben beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 ein Delano-Diagramm der optischen Anordnung der Fig. 1 ,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Laser-Scanner-Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein Laser-Scanner-System gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 ein Delano-Diagramm der optischen Anordnung der Fig. 4,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein Laser-Scanner-System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein Delano-Diagramm für die optische Anordnung der Fig. 6,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein Laser-Scanner-System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung für ein Laser-Scanner-System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und Fig. 1 1 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Dies gilt insbesondere auch für Zahlenwerte, welche zur
Veranschaulichung bestimmter Implementierungen und Ausführungsbeispiele gegeben werden.
Fig. 3 zeigt ein Laser-Scanner-System gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Laser-Scanner- System der Fig. 3 umfasst eine Laserlichtque!le 30 zum Erzeugen eines Laserstrahls 36. Der Laserstrahl 36 wird über eine optionale erste optische Anordnung 31 zu einem Scanner-Spiegel 32 gelenkt, welcher wie durch einen Pfeil 33 angedeutet beweglich ist. Die erste optische Anordnung 31 kann beispielsweise in Fällen weggelassen werden, in welchen die Laserlichtquelle 30 bereits einen Laserstrahl 36 erzeugt, dessen Eigenschaften beispielsweise hinsichtlich der Kollimierung den Ansprüchen des Laser-Scanner-Systems genügen. Der so durch den Scanner-Spiegel 32 abgelenkte Laserstrahl wird dann durch eine zweite optische Anordnung 34 auf eine Probe 35 fokussiert. Die erste optische Anordnung 31 und die zweite optische Anordnung 34 können jeweils insbesondere eine oder mehrere Gruppe von Linsen und/oder andere optische Elemente aufweisen. Bei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist insbesondere die zweite optische Anordnung 34 eine verkürzte Baulänge verglichen mit herkömmlichen Anordnungen auf. Konkrete Ausführungsbeispiele derartiger optischer
Anordnungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 9 näher erläutert.
Durch Bewegen des Scanner-Spiegels 32, beispielsweise durch Verkippen in zwei
Raumrichtungen, kann dann ein gewünschter Bereich der Probe 35 mit dem Laserstrahl abgerastert werden.
Das Laser-Scanner-System der Fig. 3 kann zusätzlich (nicht dargestellt) noch Elemente zum Detektieren von Licht von der Probe aufweisen, beispielsweise eine Kamera oder andere Einrichtung zur Detektion von Fluoreszenzlicht in Antwort auf die Bestrahlung mit dem
Laserstrahl 36. Derartige Detektionseinrichtungen können wie bei herkömmlichen Laser- Scanner-Systemen implementiert sein.
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 9 verschiedene
Implementierungsmöglichkeiten für eine optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System, beispielsweise die zweite optische Anordnung 34 der Fig. 3, diskutiert. Ein erstes
Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt.
Bei der optischen Anordnung der Fig. 4 ist mit 40 eine Position eines mit dem Laserstrahl zu beleuchtenden Objekts (beispielsweise die Probe 35 der Fig. 3) bezeichnet. 41 bezeichnet ein Mikroskopobjektiv, 42 eine Austrittspupille des Mikroskopobjektivs 41 , 43 eine erste
Linsengruppe in Form einer Tubuslinse, 44 ein Zwischenbild, 45 eine zweite Linsengruppe in Form eines Scan-Objektivs und 46 eine Position eines Scanner-Spiegels oder einer anderen Scanner-Einrichtung. Das Mikroskopobjektiv 41 kann beispielsweise eine zehnfache
Vergrößerung bieten. Ein Durchmesser der Austrittspupille 42 kann größer 8 mm sein, beispielsweise in der Größenordnung von 10 mm liegen. Grundsätzlich sind in Fig. 4 ähnliche optische Komponenten wie in der Fig. 1 verwendet. Allerdings sind die Brennweiten insbesondere der Tubuslinse 43 und des Scan-Objektivs 45 gegenüber der herkömmlichen Anordnung der Fig. 1 verringert, wodurch die Baulänge gleichfalls verringert werden kann. Dies ist insbesondere bei Stand-Alone-Lösungen möglich.
So beträgt beispielsweise die Brennweite der Tubuslinse 43 weniger als 70 mm, z.B. ungefähr 55 mm, beispielsweise zwischen 45 und 65 mm, und die Brennweite des Scan-Objektivs 45 ist weniger als 20 mm, z.B. ungefähr 16,5 mm, beispielsweise zwischen 15 und 20 mm. Eine gesamte Baulänge kann somit in der Größenordnung von 1 1 1 mm verglichen mit beispielsweise ungefähr 370 mm im Falle der Fig. 1 sein. In Fig. 5 ist ein entsprechendes Delano-Diagramm für die optische Anordnung der Fig. 4 dargestellt. Eine Linie 50 repräsentiert den Lichtstrahl von der Austrittspupille 42 zu der Tubuslinse 43, eine Linie 51 entspricht dem Lichtstrahl von der Tubuslinse 43 zu dem
Zwischenbild 44, eine Linie 52 (in Verlängerung der Linie 51 ) entspricht dem Lichtstrahl von dem Zwischenbild 44 zu dem Scan-Objektiv 45, und eine Linie 53 entspricht dem Lichtstrahl von dem Scan-Objektiv 45 zu der Position des Scanner-Spiegels 46. 54 und 55 sind Hilfslinien zum Unterteilen der Gesamtfläche. Dementsprechend ist bei einer beispielhaften
Implementierung der Abstand zwischen der Austrittspupille 42 und der Tubuslinse 43 ungefähr 20 mm, der Abstand zwischen Tubuslinse 43 und dem Zwischenbild 44 ungefähr 65 mm, der Abstand zwischen dem Zwischenbild 44 und dem Scan-Objektiv 45 ungefähr 16,5 mm und der Abstand zwischen dem Scan-Objektiv 45 und dem Scanner-Spiegel 46 ungefähr 19,5 mm. Zum Vergleich sind in Fig. 5 zudem die Linien 20, 21 und 22 und 23 der Fig. 2 sowie die Punkte 13, 14 und 15 nochmals dargestellt, um so die Verringerung der umlaufenden Fläche entsprechend einer Verkürzung der Baulänge zu veranschaulichen. Für manche Anwendungen und Implementierungen ist eine noch weitere Verkürzung der
Baulänge wünschenswert. Für die optische Anordnung der Fig. 4 würden sich jedoch aus einer weiteren Verkürzung der Baulänge ohne weitere optische Elemente gegebenenfalls Nachteile ergeben. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der Tubuslinse 43 und der Austrittspupille 42 häufig nicht weiter verkürzt werden als dargestellt (beispielsweise etwa 20 mm), da sich die Austrittspupille bei typischen Objektiven, insbesondere Objektiven, welche eine große
Austrittspupille aufweisen, im Inneren der Objektive befindet. Somit ist es wegen der
Ausdehnung des Objektivs 41 häufig nicht möglich, die Tubuslinse 43 näher am Objektiv 41 anzuordnen. Auch der Abstand zwischen Scan-Objektiv 45 und Scanner-Spiegel 46 ist schwer weiter zu verringern, da andernfalls der Einfallswinkel des am Scanner-Spiegel einfallenden Lichtstrahls zu groß wird, was zu einer Bildfeldverzeichnung führen kann. Dies kann insbesondere für Einfallswinkel größer als 20° der Fall sein.
Zur weiteren Verkürzung der Baulänge wird daher bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Negativlinse, d.h. eine Linse oder Linsengruppe mit negativer Brennweite, zwischen Tubuslinse und Scan-Objektiv angeordnet.
Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 6 bezeichnet 60 eine Position eines zu untersuchenden Objekts, 61 bezeichnet ein
Mikroskopobjektiv, beispielsweise ein Zehnfachobjektiv, 62 bezeichnet eine Austrittspupille des Objektivs 61 (beispielsweise mit einem Durchmesser größer 8 mm, z.B. in der Größenordnung von 10 mm), und 63 bezeichnet eine Tubuslinse (erste Linsengruppe). Die Tubuslinse 63 kann beispielsweise in diesem Fall eine Brennweite zwischen 25 und 65 mm, beispielsweise ungefähr 32 mm, aufweisen. Mit 64 ist eine Negativlinse (dritte Linsengruppe) bezeichnet, welche beispielsweise eine Brennweite zwischen -15 und -75 mm, beispielsweise ungefähr -19 mm, aufweisen kann. 65 bezeichnet ein Zwischenbild, und 66 ein Scan-Objektiv (zweite Linsengruppe), welches beispielsweise im Falle der Fig. 6 eine Brennweite zwischen 5 und 15 mm, beispielsweise ungefähr 12 mm, aufweisen kann. Mit 67 ist eine Position des Scanner- Spiegels bezeichnet.
In Fig. 7 ist ein entsprechendes Delano-Diagramm für das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 mit den oben genannten Beispielbrennweiten angegeben. Zum Vergleich sind auch Linien aus den Diagrammen der Fig. 2 und 5 angegeben. Eine Linie 70 entspricht dem Lichtstrahl von der Austrittspupille 62 zu der Tubuslinse 63, eine Linie 71 entspricht dem Lichtstrahl von der Tubuslinse 63 zu der Negativlinse 64, eine Linie 72 entspricht dem Lichtstrahl von der
Negativlinse 64 zu dem Zwischenbild 65, eine Linie 73 (Fortsetzung der Linie 72) entspricht dem Lichtstrahl von dem Zwischenbild 65 zu dem Scan-Objektiv 66, und eine Linie 74 entspricht dem Lichtstrahl von Scan-Objektiv 66 zu dem Scanner-Spiegel oder anderer Scan- Einrichtung 67. Mit 75 bis 77 sind wiederum Hilfslinien zur Veranschaulichung der einzelnen Baulängen- bzw. Flächenanteile gegeben. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt ein Abstand von der Austrittspupille 62 zu der Tubuslinse 63 etwa 20 mm, ein Abstand von der Tubuslinse 63 zu der Negativlinse 64 beträgt etwa 28 mm, ein Abstand von der Negativlinse 64 zum Zwischenbild 65 etwa 5 mm, ein Abstand von dem Zwischenbild 65 zu dem Scan-Objektiv 66 etwa 1 1 ,5 mm und ein Abstand von dem Scan-Objektiv 66 zu dem Scanner 77 etwa 19,5 mm. Verglichen mit dem Beispiel der Fig. 5 wird somit die Baulänge von 1 1 1 mm auf 84 mm implementiert. Zu beachten ist, dass in realen Implementierungen teilweise eine Dicke der verwendeten Linsen oder Linsengruppen die Länge vergrößern kann.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung, welche als
Implementierungsbeispiel der Fig. 6 angesehen werden kann. In Fig. 8 bezeichnet 80 eine
Austrittspupille eines Mikroskopobjektivs. 81 bezeichnet eine Tubuslinse, welche im Beispiel der Fig. 8 aus drei Einzellinsen zusammengesetzt ist und in dem dargestellten Beispiel eine Brennweite von 61 mm aufweist. 82 bezeichnet eine Negativlinse, welche im Fall der Fig. 8 als Linsengruppe mit zwei Einzellinsen implementiert ist. Eine Brennweite der Negativlinse 82 kann beispielsweise -75 mm betragen. 83 bezeichnet ein Zwischenbild und 84 bezeichnet ein Scan- Objektiv, welches in dem Beispiel der Fig. 8 ebenso als Linsengruppe mit mehreren Linsen implementiert ist. Mit 85 ist ein Scanner-Spiegel bezeichnet, welcher beispielsweise einen Durchmesser der Größenordnung 2 mm aufweisen kann. Über den Scanner-Spiegel 85 wird ein einfallender Laserstrahl über die diskutierten Optikelemente zu einer Probe hingelenkt, um diese abzurastern.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 beträgt mit den oben angegebenen Zahlenwerten die Übertragungslänge zwischen der Austrittspupille 80 und dem Scanner-Spiegel 85 1 12 mm. Der Durchmesser des Strahls am Scanner-Spiegel beträgt 2 mm. Zur Verringerung von
Abbildungsfehlern wurden bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 die Tubuslinse 81 und die Negativlinse 82 mit moderater und nicht mit betragsmäßig minimal möglicher Brennweite gewählt.
Um den Laserstrahl 86 am Scan-Objektiv 84 vorbei zum Scanner-Spiegel 85 führen zu können, ist es dabei hilfreich, wenn der Abstand zwischen Scan-Objektiv 84 und Scanner-Spiegel 85 ausreichend groß ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen liegt das Zwischenbild (beispielsweise 83 in Fig. 8) näherungsweise mittig zwischen dem Scan-Objektiv 84 und der Negativlinse 82, beispielsweise in einem Bereich von ± 10% oder in einem Bereich von ± 5% um die Mitte (± 10% bedeutet in diesem Fall, dass die Aufteilung des Abstands zwischen Negativlinse und Scan-Objektiv durch das Zwischenbild in einem Bereich zwischen 60:40 und 40:60 liegt). Somit kann bei manchen Ausführungsbeispielen ein schädlicher Einfluss von Verschmutzungen und dergleichen auf Linsenflächen verringert werden. Zudem kann dies den Betrieb in einem defokussierten
Zustand ermöglichen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann durch Änderung einer Kollimationszustands des einfallenden Strahls (beispielsweise 86) in der Probe fokussiert werden. Dies verschiebt das Zwischenbild, wofür es hilfreich ist, den Abstand zwischen dem Zwischenbild und den angrenzenden Linsen 82 bzw. 84 nicht zu klein zu wählen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt. In Fig. 9 bezeichnet 90 eine Austrittspupille eines Mikroskopobjektivs, 91 eine Tubuslinse, welche wiederum als Gruppe mehrerer Linsen implementiert ist, 92 eine
Negativlinse, welche ebenfalls als Gruppe mehrerer Einzellinsen implementiert ist, 93 ein Zwischenbild und 94 ein Scan-Objektiv, welches auch als Gruppe mehrerer Einzellinsen implementiert ist. Mit 95 ist eine Position eines Scanner-Spiegels oder anderen Scanner- Einrichtung bezeichnet. Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 weisen nun beispielsweise die Tubuslinse 91 und das Scan-Objektiv 94 mehr Linsen auf. Dies verdeutlicht, dass es hier eine Vielzahl verschiedener Implementierungsmöglichkeiten gibt. Bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 9 beträgt eine Brennweite der Tubuslinse ungefähr 39 mm, eine Brennweite der Negativlinse 92 ungefähr -36 mm und eine Brennweite des Scan-Objektivs ungefähr 9 mm. Die gesamte Übertragungslänge zwischen der Austrittspupille 90 und der Position des Scanner-Spiegels 95 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel nur 89 mm.
Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich, ist eine Vielzahl von Variationen beispielsweise hinsichtlich Brennweiten der einzelnen Linsengruppen möglich. Die dargestellten Beispiele sind daher lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen.
In den obigen Ausführungsbeispielen wurden optische Anordnungen für Laserscannersysteme und entsprechende Laserscannersysteme erläutert. Derartige Laserscanner Systeme können mit Weitfeldaufnahmen, d.h. im Wesentlichen herkömmlichen optischen Mikroskopaufnahmen, mittels einer Kamera kombiniert werden. Entsprechende Ausführungsbeispiele werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 1 1 näher erläutert. Die Figuren 10 und 1 1 stellen dabei Abwandlungen des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 dar, und Elemente, welche bereits in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 auftreten, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals detailliert erläutert. Auch wenn das Bereitstellen einer Kamera für Weitfeldaufnahmen anhand einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 dargestellt wird, sind entsprechende Abwandlungen auch für die anderen oben erläuterten
Ausführungsbeispiele möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist zwischen der Tubuslinse 63 und der Negativlinse 64 ein Strahlteilerelement 100, beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel, bereitgestellt, welches Licht von dem zu untersuchenden Objekt bei der Position 60 zu einer Kameraeinrichtung 102 lenkt. Mit dieser Kameraeinrichtung unter 2 sind dann
Weitfeldaufnahmen (beispielsweise Übersichtsaufnahmen) des Objekts bei der Position 60 möglich. Die Art der Weitfeldaufnahmen ist dabei nicht besonders eingeschränkt und kann je nach bereitgestellter Beleuchtung (nicht dargestellt) variieren. So können zum Beispiel je nach Beleuchtung Hellfeldaufnahmen, Dunkelfeldaufnahmen, Phasenkontrastaufnahmen und/oder Fluoreszenzaufnahmen erstellt werden. Zu bemerken ist, dass bei herkömmlichen
Auskopplungen ein Strahlteilerelement zwischen dem Mikroskopobjektiv 61 und der Tubuslinse 63 angeordnet wäre. Da durch die erfindungsgemäße Anordnung die Tubuslinse 63 sehr nah an das Mikroskopobjektiv 61 rücken kann, ist eine derartige Anordnung bei
Ausführungsbeispielen häufig nicht praktikabel. Daher ist wie in Fig. 10 dargestellt das
Strahlteilerelement 100 zwischen der Tubuslinse 63 und der Negativlinse 64 angeordnet.
Wie in der Querschnittsansicht der Fig. 10 zu sehen ist, ist das Strahlteilerelement 100 relativ zu der optischen Achse des Systems geneigt. Der Neigungswinkel kann dabei wie in Fig. 10 dargestellt ungefähr 45° betragen, es sind jedoch auch andere Winkel möglich. Durch die endliche Decke des Strahlteilerelements 100 werden dabei auch die durchgehenden Strahlen, das heißt die Strahlen vom Scannerspiegel 67 zu der Position 60 des Objektes hin, beeinflusst. Um derartige Einflüsse zumindest teilweise zu kompensieren, ist ein Korrekturelement 101 bereitgestellt, welches im Wesentlichen dem Strahlteilerelement 100 entspricht und ebenfalls geneigt ist, jedoch in einer anderen Ebene. Bei der Querschnittsansicht der Fig. 10 würde das Korrekturelement 101 dann geneigt aus der Zeichenebene herausragen bzw. in die
Zeichenebene hineinragen. Die Bereitstellung derartiger Korrekturelemente ist für sich genommen bekannt und wird daher nicht näher erläutert. Bei einem anderen
Ausführungsbeispiel kann statt des dargestellten in Wesentlichen plattenförmigen
Strahlteilerelements 100 ein Strahlteilerwürfel als Strahlteilerelement verwendet werden. In diesem Fall kann auf das Korrekturelement 101 verzichtet werden.
Wie bereits erläutert wird durch die optische Anordnung der Fig. 6 wie auch bei anderen Ausführungsbeispielen ein vergleichsweise kleines Zwischenbild erzeugt. Dies ermöglicht es, in der Kameraeinrichtung 102 einen entsprechend kleinen Bildsensor zu verwenden, was die
Kosten verglichen mit großen Bildsensoren verringert. Beispielsweise können Bildsensoren, wie sie serienmäßig in Smartphones verwendet werden, zur Implementierung der
Kameraeinrichtung 102 bereitgestellt werden. In Fig. 1 1 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 10 bereitgestellt, wobei gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen. Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 der Strahlengang zwischen Objektposition 60 und Scanner Spiegel 67 gerade durch die Komponenten 100, 101 hindurch geht und der Strahlengang zu der Kameraeinrichtung unter 2 abgelenkt ist, ist es im Fall der Fig. 1 1 gerade umgekehrt, sodass hier der Strahlengang zu der Kameraeinrichtung 102 gerade hindurch geht und der Strahlengang vom Scannerspiegel 67 abgelenkt ist.
Im Allgemeinen wird durch den Durchgang durch das Strahlteilerelement 100 und das
Korrekturelement 101 die Abbildungsqualität verschlechtert. Daher ist es vorteilhaft, für denjenigen Strahlengang, für den die bessere Abbildungsqualität gewünscht wird, den abgewinkelten Strahlengang zu verwenden. Wenn also für die Weitfeldaufnahme mittels der Kameraeinrichtung unter 2 die bessere Abbildungsqualität gewünscht wird, ist das
Ausführungsbeispiel der Fig. 10 bevorzugt, während, wenn für das Laser Scannen die bessere Abbildungsqualität gewünscht wird, das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 bevorzugt ist.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 10 und 1 1 geben lediglich ein Beispiel für eine
Erweiterung des Laserscannersystems bzw. der optischen Anordnung der Figuren 1 -9, und das Laserscannersystem bzw. die optische Anordnung der Figuren 1 -9 kann auch mit anderen optischen Vorrichtungen kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
Optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System, umfassend:
eine erste Linsengruppe (63; 81 ; 91 ) mit einer positiven Brennweite,
eine zweite Linsengruppe (66; 84; 94) mit einer positiven Brennweite zum Empfangen von
Licht von einer Scanner-Einrichtung (32; 85) und
eine zwischen der ersten Linsengruppe (63; 81 ; 91 ) und der zweiten Linsengruppe (66; 84; 94) angeordnete dritte Linsengruppe (64; 82; 92) mit einer negativen Brennweite.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 , wobei die optische Anordnung eingerichtet ist, ein Zwischenbild (65; 83; 93) zwischen der zweiten Linsengruppe (66; 84; 94) und der dritten Linsengruppe (64; 82; 92) zu erzeugen.
Optische Anordnung nach Anspruch 2, wobei das Zwischenbild (65; 83; 93)
näherungsweise in der Mitte zwischen der zweiten Linsenanordnung (66; 84; 94) und der dritten Linsenanordnung (64; 82; 92) liegt.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 -3, weiter umfassend ein
Mikroskopobjektiv (61 ), wobei die erste Linsengruppe (63; 81 ; 91 ) zwischen dem
Mikroskopobjektiv (61 ) und der dritten Linsengruppe (64; 82; 92) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die optische Anordnung derart eingerichtet ist, dass die Scanner-Einrichtung (82; 85) in einer konjugierten Ebene zu einer Austrittspupille (62; 80; 90) des Mikroskopobjektivs angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Mikroskopobjektiv eine
Austrittspupille (62; 80; 90) zwischen 3 mm und 20 mm aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Brennweite der ersten Linsengruppe (63; 81 ; 91 ) zwischen 25 und 200 mm liegt und/oder eine Brennweite der zweiten Linsengruppe (66; 84; 94) zwischen 5 und 50 mm liegt und/oder eine
Brennweite der dritten Linsengruppe (64; 82; 92) zwischen -15 mm und -200 mm liegt.
8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Linsengruppe (63; 81 ; 91 ) eine Tubuslinse ist und/oder die zweite Linsengruppe (66; 84; 94) ein Scan- Objektiv ist. 9. Optische Anordnung für ein Laser-Scanner-System, umfassend:
ein Mikroskopobjektiv,
eine erste Linsengruppe mit einer Brennweite kleiner 70 mm,
eine zweite Linsengruppe (45) mit einer Brennweite kleiner 20 mm,
wobei die erste Linsengruppe (43) zwischen dem Mikroskopobjektiv (41 ) und der zweiten Linsengruppe (45) angeordnet ist, wobei die zweite Linsengruppe (45) eingerichtet ist,
Licht von einer Scanner-Einrichtung (46) zu empfangen, wobei die Scanner-Optik (46) in einer konjugierten Ebene zu einer Austrittspupille (42) des Mikroskopobjektivs (41 ) liegt.
10. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Baulänge der
optischen Anordnung kleiner als 150 mm ist.
1 1. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend ein
Strahlteilerelement (100) zum Bereitstellen eines ersten Strahlengangs und eines zweiten Strahlengangs, wobei der erste Strahlengang einen Strahlengang zwischen einer Position (60) eines Objekts und einer Position der Scanner-Einrichtung (67) umfasst, und wobei der zweite Strahlengang einen Strahlengang zwischen der Position (60) des Objekts und einer Kameraeinrichtung (102) umfasst.
12. Optische Anordnung nach Anspruch 1 1 , wobei die optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 -8 ausgebildet ist, und wobei das Strahlteilerelement (100) zwischen der ersten Linsengruppe (63) und der dritten Linsengruppe (64) bereitgestellt ist.
13. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die optische
Anordnung weiter ein Korrekturelement (101 ) zum zumindest teiiweisen Korrigieren von Abbildungsfehlern durch das Strahlteilerelement (100) umfasst.
14. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 11-13, wobei der erste Strahlengang durch das Strahlteilerelement (100) abgewinkelt ist und der zweite Strahlengang durch das Strahlteilerelement (100) gerade ist. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 1 -13, wobei der erste Strahiengang durch das Strahlteilerelement (100) gerade ist und der zweite Strahlengang durch das Strahlteilerelement (100) abgewinkelt ist.
Laser-Scanner-System, umfassend:
eine Laserlichtquelle (30),
eine Scanner-Einrichtung (32) und
eine zwischen der Scanner-Einrichtung (32) und einer Position einer Probe (35) bereitgestellte optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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