WO2018109226A2 - Segmentierte optik für ein beleuchtungsmodul zur winkelaufgelösten beleuchtung - Google Patents

Segmentierte optik für ein beleuchtungsmodul zur winkelaufgelösten beleuchtung Download PDF

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Uwe Wolf
Gerhard Krampert
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Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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    • G02B5/045—Prism arrays

Definitions

  • Illumination module for an optical device For example, that can
  • Lighting module for angle-selective lighting from different
  • the illumination module comprises a multiplicity of optical elements which are each set up to transform at least one corresponding beam path.
  • a result image can be determined, which is e.g. has a phase contrast.
  • Focus plane of an optical device to determine. This allows autofocus applications to be enabled.
  • a corresponding illumination module for the angle-resolved illumination which uses a common optics for the plurality of beam paths, can be particularly complex. This applies, for example, to an implementation based on a Köhler illumination system. Especially when using large angles between the different beam paths, a common optical system can be expensive. If no optics is used at all, this can lead to an uncontrolled alignment of the sample space; In addition, the light efficiency in the range of
  • an illumination module for an optical device comprises
  • the light source unit is configured to selectively emit light along a plurality of optical paths.
  • the lighting module also includes a plurality of optical elements, which may be arranged laterally offset, for example. Each optical element of the plurality of optical elements is arranged to have at least one corresponding one
  • Focusing or collimation includes.
  • the transformation of the beam paths involves influencing the spatial distribution and / or the angular distribution of a respective beam path.
  • the transformation of the beam paths could also be a modification of the lateral
  • Intensity distribution or phase distribution of a respective beam path include.
  • the transformation of the beam paths can be made coherent: several beam paths could be interconnected in order to generate an interference pattern.
  • the light source unit may include at least one carrier and a plurality of light sources.
  • Examples of a carrier include a printed circuit board or a wafer substrate, such as silicon or other semiconductor material.
  • the different light sources of the plurality of light sources can be controlled separately. This may mean that individual light sources from the plurality of light sources can be switched on or off individually or, in general, their performance can be adapted individually.
  • the light sources are mounted on at least one carrier.
  • the light sources can be arranged on the surface of the at least one carrier.
  • the light sources may be e.g. be arranged in depressions or bores of a surface of the at least one carrier.
  • the lighting module could be used to illuminate a sample object in transmitted light geometry. In some examples, however, use in reflected-light geometry would also be possible. In various examples described herein, it is possible that the
  • Illumination module is set up for a bright field imaging of the microscope. This can mean that beam paths are also emitted close to the main axis of the microscope and / or with a small angle relative to the main axis of the light source unit. This means that in corresponding implementations light sources
  • illumination modules in particular distinguish from ring lighting modules having a hole in its center, so that of a
  • Sample object directly reflected light through a detector aperture - which is aligned with the hole - can pass through.
  • the spatial density of light sources in the corresponding region of the at least one carrier would thus be possible for the spatial density of light sources in the corresponding region of the at least one carrier to be a function of the lateral position - d. H. perpendicular to the main axis - not or not very much varied.
  • the spatial density is typically described by the number of light sources per area.
  • the spatial density can correlate with a distance between
  • the spatial density may be, for example, in 1-D or 2-D be defined, ie along a line or within a possibly curved surface.
  • the spatial density of the light sources varies widely within a perimeter of ring illumination modules.
  • the spatial density is zero in the area of the hole.
  • the spatial density of the light sources within the circumference of that region of the at least one carrier in which substantially all the light sources are arranged not to vary more than 50%, optionally not more than 30%, more optionally no more than 10%.
  • no less than 90% of all light sources of the lighting module it would be possible for no less than 90% of all light sources of the lighting module to be present, optionally not less than 95%, further optionally 100%.
  • the area could be defined as the area where the light sources are located.
  • the area along the surface may be defined.
  • one or more optical elements could be arranged axially offset per beam path.
  • such multiple lenses or different types of optical elements could be sequentially combined.
  • the specific application of the lighting module with respect to an optical device is not limited.
  • the illumination module described herein could be used in an optical microscope or a laser scanning microscope.
  • the illumination module described herein could be used in conjunction with fluorescence imaging. It would be possible, for example, for the illumination module to be arranged in reflected-light geometry or transmitted-light geometry with respect to the sample object.
  • the illumination module could be arranged for the angle-resolved illumination of a sample object arranged on a sample holder of the optical device.
  • the different beam paths can be assigned to different illumination directions with respect to the sample object. This means that a first beam path may correspond to a first illumination direction and a second beam path may correspond to a second illumination direction, wherein the first illumination direction is different from the second illumination direction.
  • the optical paths could cover an angular range with respect to a major optical axis of the optical device that is not less than 45 °, optionally not less than 75 °, further optionally not less than 85 °. Such can also be particularly weird
  • Lighting directions with respect to the main optical axis can be achieved. Such a scenario is also referred to as angle-resolved illumination.
  • the illumination module is set up to emit the light optionally along the plurality of beam paths.
  • channels corresponding to the individual beam paths of the plurality of beam paths can be selectively controlled.
  • individual beam paths can be activated time-sequentially.
  • the light source unit can comprise a multiplicity of light sources which can be controlled separately.
  • a control unit can send individual control signals to the different light sources, so that they either emit light or emit no light.
  • Examples of such light sources include: light-emitting diodes; laser diodes; organic
  • Multi-quadrant LEDs such as four-quadrant LEDs
  • VCSEL Vertical-cavity surface-emitting laser
  • Fiber-coupled lights for example laser diodes, which feed the light into a fiber via a fiber coupler.
  • a common luminaire could optically interface with one or more fibers of a plurality of fibers via a switchable fiber coupler be coupled. These fibers may then be led away from the fiber coupler as a fan-out bundle, such that the fiber ends are disposed at discrete lateral positions defined, for example, by a corresponding support of the light source unit. In this way, the end faces of the fibers can act as discrete light sources. In this way, a particularly densely packed arrangement of different light sources can be achieved. In addition, a particularly efficient light can be used to generate the light.
  • 3-chip light-emitting diodes as light sources.
  • a plurality of light-emitting diodes for example, a number of three
  • Light-emitting diodes to be integrated together on a substrate.
  • the light-emitting diodes integrated together on a substrate it would be possible for the light-emitting diodes integrated together on a substrate to have light
  • Lighting directions also different colors can be used to illuminate the sample. This can be done, for example, with respect to sample objects
  • Sensitivity for certain wavelengths have advantages.
  • Such techniques may not or only partially be possible with conventional white light emitting diodes, for example based on phosphorus. Due to the spatial separation of the different color channels, however, correspondingly spatially offset illumination directions or distributions of the light field in the sample space are typically also obtained. In the event that this offset is desired, this offset of the respective beam paths can be reduced by the use of chromatic aberrations in combination with a suitable orientation of the corresponding lamp - for example, a suitable rotation.
  • the different light emitting diodes which have different wavelengths, are also assigned different optical elements. In such an example, it would be possible that the different light emitting diodes with different wavelengths.
  • Wavelength-associated optical elements also have different beam-forming properties. In this way it can be achieved that the various optical elements are particularly well matched to the spectral characteristics of different light sources.
  • the light source unit may include a laser scanner configured to selectively and, for example, depending on the scan angle or lateral scan position, emit light along a corresponding optical path of the plurality of optical paths. This can mean, for example, that the
  • the laser scanner monitors which scan angle or scan position is implemented and then activates or deactivates the light depending on the scan angle or scan position.
  • the laser scanner could be operated resonantly or statically.
  • the light source unit could also be implemented by one or more mechanically displaceable light sources.
  • a moving stage or an X-Y positioning system can be used.
  • Mechanically displaceable light sources could, for example, be implemented in particular in connection with the above-mentioned fiber-coupled luminaires. The fiber ends could be shifted, which is possible due to the elasticity of the fibers.
  • the light source unit could also be implemented as a large-area illuminated diaphragm surface with a displaceable position of the diaphragm aperture. It should be noted, however, that much of the light is due to the
  • the light source unit could be implemented by one or more groups of a laser light source with a laser scanner and optionally a lens for widening the different beam paths. It would alternatively or additionally also be possible for the light source unit to be implemented by a group or a plurality of groups of a laser light source, a laser scanner and a transparent substrate with a phosphor film.
  • the light source unit could comprise one or more lenses, wherein the one or more lenses are arranged to expand the beam paths, ie to increase the diameter of the beam paths.
  • the diffuser could for example be implemented by a Plexiglas disk with a certain surface roughness.
  • the light source unit could also be a transparent substrate
  • phosphor film For example, a blue LED with phosphor film may be used; the phosphor film may have luminescence over a wide spectral range.
  • the phosphor film can be excited spatially resolved to emit light - for example, by a laser scanner - and so different
  • a large-area substrate could be provided with a phosphor film. This could then be illuminated, for example, with a blue light-emitting diode in order to stimulate such luminescence.
  • the beam path could be transformed: in this case, the blue light-emitting diode can generate a beam path, which is subsequently transformed and then illuminates the phosphor film, for example with a cross-shaped or rectangular illumination pattern.
  • the phosphor can not only be used as a film, but distributed over a volume, for example. This can e.g. be the case with phosphor plates.
  • the plurality of optical elements may define a segmented optic.
  • Different segments of the segmented optics can be assigned to different beam paths. It may be possible for each segment of the segmented optics to be assigned one or more beam paths. It would also be possible for each segment of the segmented optics to be associated with at least one corresponding beam path.
  • the optical elements of the plurality of optical elements each be configured to transform no more than ten optical paths from the plurality of optical paths, optionally not more than four, more optionally no more than a single optical path.
  • the optical elements of the plurality of optical elements are each configured to transform no more than 10% of the optical paths from the plurality of optical paths, optionally not more than 4%, more optionally not more than 1%.
  • Different types of transformation of the beam paths are conceivable.
  • a beam path could be transformed so that it also has a certain divergence even after transformation, ie an expansion of the cross section of the beam path for longer distances to the light source. This may be desirable in particular for sample objects that are themselves larger than the optical elements.
  • the various optical elements can have a positive refractive power, so that the divergence is reduced by the transformation.
  • the focal plane can be arranged in front of or behind the sample object.
  • a collection optics can be used.
  • a collimation - for example with a lens with positive refractive power, in which the light source is in the focal plane - may be desirable if the illuminated sample area corresponds to the aperture of the respective optical element.
  • the plurality of optical elements could implement a free-form array including, for example, a prism surface and a free-form surface.
  • a diffractive element by the plurality of optical elements.
  • the optical elements could be formed as lenses.
  • a segmented diffractive element with a variety of diffractive subfunctions could be used. in the
  • segmented optics In connection with light sources implemented by fiber end faces of a fiber-coupled luminaire, it would e.g. possible that the lenses are implemented as gradient index (GRIN) lenses or ball lenses. On this deflecting prisms could be placed directly.
  • GRIN gradient index
  • Another example of segmented optics includes separate prism and lens arrays.
  • Yet another example of segmented optics includes a holographic element with sub-holograms.
  • Sub-holograms could be generated, for example, by multiple exposure and in particular by separate exposure operations.
  • an appropriate polymer can be concatenated and / or rearranged during an exposure process so that a local change in the refractive index takes place.
  • each individual optical element can be dimensioned comparatively small. This may be particularly true as compared to full-surface optics, where a single optical element implements the transformation of the plurality of optical paths.
  • Beam shaping is subjected.
  • the beam shaping can be complex by means of a single full-surface optics. It may also be possible for the full-surface optics to be comparatively complicated and, for example, with a plurality of beams of light in a sequential manner
  • the single optical element can be tailored to the associated beam path (s). This in turn can be implemented a system which takes up a small space and a large
  • a system can be implemented that can be produced with little complexity and cost.
  • a particularly large lateral extent can be achieved with the same thickness of the system, whereby, for example, a comparatively large number of beam paths can be transformed.
  • optical elements it would be possible for different optical elements to have different beam shaping properties.
  • such optical elements associated with optical paths located farther from the optical main axis of the optical device could provide stronger or weaker focusing than those optical elements associated with optical paths closer to the major optical axis of the optical beam Device are arranged.
  • a variation of the distance to the virtual image between different optical elements of the plurality of optical elements can take place;
  • a compensation of the different distance to the sample object for different optical elements or light sources of the light source unit can be done. It may therefore be possible that
  • different optical elements implement different geometric shapes for one or more optically effective refractive surfaces.
  • the multiplicity of optical elements can therefore generally bring about beam shaping of the different beam paths. Focusing and collimation are included Examples of this beam shaping.
  • the plurality of optical elements it would also be possible for the plurality of optical elements to effect a deflection at least for some beam paths. In other words, it may be possible that at least some optical elements of the plurality of optical elements are each arranged to deflect the corresponding at least one beam path.
  • the deflection angle for beam paths that are farther away from the main optical axis of the optical device could be greater than for beam paths that are closer to the main optical axis.
  • the redirecting of the light can take place in such a way that all
  • Beam paths of the plurality of beam paths are directed to a sample area of the optical device.
  • an illumination of the sample area can be ensured in the context of the angle-resolved illumination.
  • the transformation or beam shaping-that is, for example, the focusing or collimation-and the deflection by the plurality of optical elements can be achieved that the lighting module is implemented in a particularly space-saving.
  • a complicated positioning of light sources of the light source unit can be avoided, because the deflection does not have to be done by the orientation of the light sources.
  • At least some optical elements could form a deflection unit such as a prism or a mirror.
  • the plurality of optical elements could form a prism array with multiple prisms, wherein
  • the plurality of optical elements prefferably form a lens array having a plurality of lenses, with different lenses being different
  • the lens array could also be referred to as a microlens array. This may be the case since, unlike full-surface optics, individual lenses have only a comparatively limited number of beam paths that are different
  • Lighting directions can be associated form.
  • the plurality of optical elements is formed as an integral part, that is monolithically integrated.
  • the one-piece part it would be possible for the one-piece part to be manufactured by 3-D printing or by an injection molding process. It would also be possible for the one-piece part to be produced by means of manufacturing processes for a diffractive optic or by means of holographic production processes.
  • groups of optical elements of the plurality of optical elements it would also be possible for groups of optical elements of the plurality of optical elements to be grouped together and to form a respective one-piece part. This means that more than a single integral part can be present. For example, it would be possible to implement more than a single array, eg, a number of 2-5 arrays. In this case, in various examples, a multiplicity of arrays can also be formed by the multiplicity of optical elements. This means that in various examples it may be possible to distribute the overall optical effect of the segmented optics over several arrays.
  • the plurality of optical elements could also be implemented by a plurality of parts, wherein the different parts are interconnected, for example, via a frame structure.
  • the various optical elements could be implemented by relatively small-sized parts, which can simplify the production.
  • a segmented optic comprising the plurality of optical elements does not preclude optional full surface optics being used.
  • the solid area optics could collectively affect the plurality of beam paths. This means that the solid surface optics can have a lateral extent that is large enough to be traversed by all beam paths of the plurality of beam paths.
  • the lighting module could further include a solid lens disposed in the plurality of optical paths in front of or behind the plurality of optical elements.
  • a solid lens include, for example, a refractive lens and a diffractive lens.
  • a full-area lens may also implement segmented optics.
  • An example would be the use of a Fresnel lens with multiple ring zones as a full face lens. there different ring zones can be assigned to different beam paths from the plurality of beam paths.
  • a Fresnel lens may in particular implement the deflection functionality.
  • the different ring zones may, for example, have a different thickness and / or define steps (zigzag pattern).
  • the surface of the at least one carrier could be planar.
  • the light sources could be arranged to emit light along the plurality of optical paths oriented parallel to each other.
  • the surface of the at least one carrier is curved.
  • different light sources may be arranged at a certain angle to each other.
  • the light sources are arranged to emit light in each case along the plurality of beam paths which are not oriented parallel to one another.
  • the surface of the at least one carrier it would be possible for the surface of the at least one carrier to be directed toward a main axis of the optical axis
  • the redirecting functionality may be implemented at least in part by the curvature of the surface of the at least one carrier. Then, it may be dispensable, at least in some examples, that the multiplicity of optical elements also provide a deflection functionality.
  • the carrier has a surface with a curvature
  • the different light sources may all be arranged at equal angles with respect to the surface of the carrier - e.g. with respect to the local surface normal - and yet non-parallel beam paths can be emitted from the plurality of light sources.
  • the light sources it would also be possible for the light sources to be arranged on the surface of the at least one carrier at different angles. In such an example, non-parallel beam paths can be achieved by varying the orientation of the light sources with respect to the surface of the at least one carrier.
  • brackets could be provided, depending on the light source
  • the carrier is implemented as a base plate with oblique holes, wherein in the holes each fibers are inserted as optical waveguides or light emitting diodes are inserted. Then the different ones
  • Holes for example, have different angles with a surface normal to the carrier.
  • Another example would be the provision of a baseplate as a carrier, the baseplate having inclined abutment surfaces for substrates on which solid state light emitting diodes are implemented.
  • Such solutions can be a particularly small
  • Allow dimension of the light source unit it would be possible for all the light sources to be arranged on a single carrier. However, it would also be possible in further examples that instead of a single carrier several, for example, relatively small-sized carrier can be used. It would be possible, for example, that the different carriers are not oriented parallel to each other, but tilted against each other. This means that different carriers can have different orientations to each other. In such an example, the redirecting functionality may be implemented, at least in part, by the tilting of the surfaces of the multiple carriers. Then, it may be dispensable, at least in some instances, that the plurality of optical elements.
  • Elements also provides a deflection functionality.
  • the light sources of the plurality of light sources disposed on the surfaces of different carriers may be associated with optical elements of the plurality of optical elements associated with different one-piece parts.
  • the plurality of optical elements may be formed as an integral part.
  • the one-piece part or pieces may then define optical arrays, respectively.
  • the use of the plurality of carriers also to define a plurality of small arrays of light sources which are oriented differently from one another.
  • each array of light sources may have an associated one-piece part with corresponding optical elements. This may allow a comparatively simple implementation of the plurality of optical elements. In other examples, however, it would also be possible for all arrays of light sources
  • the lighting module could have a plurality of diaphragms.
  • the diaphragms could be assigned to different beam paths.
  • the multiplicity of diaphragms it would be possible for the multiplicity of diaphragms to be arranged in the beam paths in front of or behind the multiplicity of optical elements.
  • the plurality of diaphragms it would be possible for the plurality of diaphragms to be disposed adjacent to light sources of the light source unit.
  • the light sources can emit the light along divergent optical paths, so that due to the large number of diaphragms, a crosstalk between
  • At least some of the plurality of optical elements to be respectively eccentric with respect to a central ray of the
  • corresponding at least one beam path are arranged.
  • a particularly good adaptation to the respective beam path can take place and the efficiency can be increased.
  • the light conductance in the area of the sample object can be increased.
  • the different light sources of the light source unit could form a lattice structure.
  • the individual optical elements have a shape that matches the shape of the unit cell of the
  • Grid structure is adapted. For example, it might be possible for the optical elements to form a hexagonal grid; then it would be possible for the optical elements to implement hexagonal lenses or prisms. Other channel shapes include, for example: square, orthogonal, or rectangular. It can also be implemented different rotational positions of a corresponding grid.
  • the lattice structure of the plurality of optical elements prefferably be adapted to a lattice structure that is different from the plurality of lattice structures
  • Light sources of the light source unit is formed.
  • the light sources of the light source unit could form a lattice structure with a certain unit cell; this unit location could then also be implemented by the lattice structure formed by the plurality of optical elements. It can thus be achieved that, per light source, a particularly large light output is picked up and shaped by the respective optical element from the multiplicity of optical elements.
  • the aperture of the optical elements is namely adapted to the structure of the individual light sources. As a result, the light conductance in the region of the sample object can be increased.
  • the lighting module may also include a condenser optic.
  • the multiplicity of optical elements can be arranged between the light source unit and the condenser optics. In this way, a particularly homogeneous illumination from the different directions of illumination can be made possible.
  • the microscope includes the lighting module according to another example.
  • the microscope could be an optical microscope or a laser scanning microscope.
  • the microscope could enable fluorescence imaging.
  • the microscope may further comprise a detector.
  • the microscope may also include a sample holder.
  • the illumination module and the detector may be arranged on the same side of the sample holder, so that a reflected-light geometry is implemented.
  • the illumination module and the detector could be disposed on different sides of the sample holder, i. H. the sample holder is arranged between the illumination module and the detector. In this way, a transmitted-light geometry can be implemented. In this case, light passes through the at least partially transparent sample object, which is arranged on the sample holder, and then falls onto the detector.
  • geometric arrangement of at least some beam paths of the plurality of beam paths, along which light is emitted by the light source unit, is set up for the bright field imaging of the microscope. This means that the light of the corresponding beam paths directly, d. H. without scattering, can pass from the light source unit to the detector, and is not rejected by a detector diaphragm.
  • the provision of beam paths, which are emitted close to and at a low angle to the main axis of the microscope by the light source unit contribute.
  • light sources may help to locate near the center of a surface of the support of the lighting module, as is typically not the case for ring lighting modules - which have a central hole.
  • Beam paths may additionally or alternatively be configured for bright field imaging of the microscope also for dark field imaging of the microscope. This means that corresponding light only by appropriate scattering from the light source unit to
  • Detector can be without being rejected by the detector aperture.
  • the provision of beam paths, which are emitted further away from the main axis of the microscope by the light source unit, can contribute to this.
  • Lighting module are arranged. Then the central light sources or the associated beam paths can be used for bright field imaging; and the decentralized light sources or the associated beam paths can be used for dark field imaging.
  • a method of operating an illumination module for an optical device includes driving a light source unit of the illumination module to selectively emit light along a plurality of optical paths, respectively.
  • the method also includes transforming the plurality of optical paths by means of a multiplicity of, for example, laterally offset optical elements of the optical system
  • Each of the plurality of optical elements is configured to transform at least one corresponding one of the plurality of optical paths.
  • effects can be achieved that are comparable to the effects that can be achieved for a lighting module according to another example.
  • a method of operating a microscope includes driving a light source unit of a lighting module of the microscope to selectively emit light along a plurality of beam paths, respectively.
  • the method of operating the lighting module according to the example currently discussed could be performed by the lighting module according to another example.
  • the method also includes transforming the plurality of optical paths by means of a plurality of laterally offset optical elements of the lighting module. Each optical element is in each case configured to transform at least one corresponding beam path of the plurality of beam paths.
  • the method also includes driving a detector of the Microscope for performing an imaging by means of the light, which is emitted along the at least one beam path of the plurality of beam paths.
  • the light source unit for a bright field imaging of the detector can be controlled. That is, one or more suitable light sources of the light source unit can be activated, so that light is emitted along such beam paths, which are arranged in the bright field of a detector aperture of the detector.
  • the light source unit can also be activated for a bright field imaging of the detector. That is, one or more suitable
  • Beam path is emitted, which are arranged in the dark field of a detector aperture of the detector.
  • FIG. 1 schematically illustrates an illumination module for an optical device according to various examples.
  • FIG. 2 is a flowchart of an example method.
  • FIG. 3 schematically illustrates a light source unit of the lighting module according to various examples, wherein the light source unit has a plurality of light sources arranged on a support.
  • FIG. 4 is an exemplary sectional view of the light source unit according to the example of FIG. 3, wherein the carrier is planar.
  • FIG. 5 is an exemplary sectional view of the light source unit according to the example of FIG. 3, wherein the carrier is curved.
  • FIG. 6 is an exemplary sectional view of the light source unit according to the example of FIG. 3, wherein the light sources are arranged tilted relative to a surface of the carrier.
  • FIG. 7 is an exemplary side view of a light source unit, wherein FIGS
  • Light source unit has a plurality of mutually tilted carrier with respective light sources.
  • FIG. Figure 8 is an exemplary side view of a light source unit having associated segmented optics formed integrally, the light source unit having a plurality of mutually tilted carriers with respective light sources.
  • FIG. 9 is an exemplary side view of a light source unit having a plurality
  • Light source unit has a plurality of mutually tilted carrier with respective light sources, wherein different carriers are assigned to different segmented optics.
  • FIG. 10 is an exemplary side view of a light source unit and an integrally formed segmented optic, the optic forming a lens array and a prism array.
  • FIG. 1 1 is a perspective view of the segmented optic according to the example of FIG. 10th
  • FIG. 12 schematically illustrates a light source unit of the lighting module according to various examples, wherein the light source unit has a plurality of light sources arranged on a support.
  • FIG. 13 schematically illustrates a light source unit of the lighting module according to various examples, wherein the light source unit has a plurality of light sources arranged on a support.
  • FIG. 14 schematically illustrates the shaping of light by a single optical element of the segmented optic according to various examples, wherein FIG. 14 illustrates focusing with positive focal length and residual divergence.
  • FIG. 15 schematically illustrates the shaping of light by a single optical element of the segmented optic according to various examples, wherein FIG. 15 represents the collimation.
  • FIG. 16 schematically illustrates the shaping of light by a single optical element of the segmented optic according to various examples, wherein FIG. 16 illustrates focusing with positive focal length and convergence.
  • FIG. Figure 17 is an exemplary side view of a light source unit and an integrally formed segmented optic, the optic forming a lens array.
  • FIG. 18 schematically illustrates the association between light sources of a light source unit and segmented optic elements according to various examples, in the example of FIG. 19 the optical elements centric with respect to a
  • Central beam of a corresponding beam path of the light sources are arranged.
  • FIG. 19 schematically illustrates the association between light sources of a light source unit and segmented optical elements according to various examples, in the example of FIG. 19 the optical elements azentrisch with respect to a
  • Central beam of a corresponding beam path of the light sources are arranged.
  • FIG. 20 schematically illustrates the association between light sources of a light source unit and segmented optic elements according to various examples.
  • FIG. 21 schematically illustrates the association between light sources of a light source unit and segmented optic elements according to various examples, wherein in the example of FIG. 21 three light sources are associated with an optical element.
  • FIG. Fig. 22 schematically illustrates a plurality of apertures disposed adjacent to light sources of a light source unit.
  • Connection or coupling may be implemented by wire or wireless.
  • Functional units can be implemented as hardware, software or a combination of hardware and software.
  • the illumination module can have a segmented optical system with a plurality of segments, wherein different segments can effect a different shaping of beam paths of light.
  • different segments may transform the light differently.
  • different segments can deflect the light differently.
  • the angle-resolved lighting can be used, for example, in connection with the
  • Positioning of the sample object with respect to a focal plane can be used.
  • the angle-resolved illumination could be used to generate a phase contrast image of the sample object.
  • angle-resolved illumination is used in conjunction with the position determination of the sample object, it may be possible to determine the distance between the imaging location of the sample object in two images associated with different illumination directions. Thus, a focus of the sample object can be made possible.
  • a corresponding optical device could have such a computing unit, so that images captured by the optical device can be digitally processed and / or evaluated digitally by the arithmetic unit. Therefore, the techniques described herein are also sometimes referred to as digitally enhanced imaging.
  • angle-resolved illumination When used to generate a phase contrast image of the sample object, it may be possible to combine two images of the sample object associated with different illumination directions.
  • the different illumination directions can be implemented by using different optical paths of light. This means that it may be possible to selectively emit or not emit the light for different beam paths to turn on or off individual lighting directions. For this purpose, for example, separately switchable light sources of a corresponding
  • Light source unit can be used. These light sources can be implemented by one or more lights. It could also be a laser scanner are used, wherein light is emitted either along the corresponding beam path or not sent out; then only a single light or a small number of
  • FIG. 1 illustrates aspects relating to an optical device 90.
  • the optical device 90 could be a microscope or a laser scanning microscope.
  • the optical device could have a lens optic (not shown).
  • the optical device could have an eyepiece (not shown).
  • the optical device 90 has a detector 82 and an associated detector aperture 81.
  • the optical device could e.g. have a camera as a detector 82.
  • the optical device could comprise a source of illumination in addition to a light source
  • the optical device 90 comprises a sample stage or a sample holder 95, on which a sample object 91 is arranged.
  • the sample object 91 may be arranged near or in the focal plane of the optical device 90.
  • the main optical axis 93 of the optical device 90 is also shown (dashed-dotted line in FIG. 1).
  • the optical device 90 also includes a lighting module 101.
  • Illumination module 101 serves to illuminate the sample object 91 selectively from different illumination directions.
  • the different illumination directions are the different
  • Illumination directions implemented by different beam paths 1 12 of light (in FIG. 1, the beam paths 1 12 are shown with the dotted lines).
  • the beam paths 1 12 of the light are generated by a light source unit 102.
  • the light source unit 102 could include a laser scanner that selectively emits light along one or more of the beam paths 12.
  • the light source unit 102 includes a plurality of discrete ones
  • Light sources 1 1 Each of the light sources 1 1 1 of the plurality of light sources 1 1 1 can be individually switched on and off by a control unit (not shown in FIG.
  • a corresponding control unit could be implemented by a processor, a
  • Microprocessor a field programmable array (FPGA) or a
  • ASIC Application Specific Processor
  • the beam paths 1 12 are formed by an optical system 103 of the illumination module 101.
  • the optics 103 is achieved that the beam paths 1 12 are directed to the sample object 91 and this is illuminated.
  • the optic 103 may be implemented as a segmented optic 103. This means that the optics 103 has individual segments, wherein
  • the beam paths 1 12 can each be set up for large-area illumination of the sample object 91 or of the sample holder 95. This can mean that different beam paths 1 12 illuminate at least one common overlap area on the sample holder 95; and non-complementary areas.
  • the sample holder 95 on which the sample object 91 is disposed is disposed between the illumination module 101 and the detector 82 - that is, in FIG
  • the optical system 90 is set up for transmitted-light imaging.
  • the optical system 90 could also be configured for incident-light imaging when the detector 82 and the illumination module 101 are disposed on the same side of the sample holder 95, i. in incident light geometry.
  • a beam splitter could be used to direct reflected light towards the detector 82. Then it can be avoided that the lighting module 101 must be configured as a ring lighting module, because the detector 82 does not have to be arranged in the central hole of the ring lighting module.
  • Sample object 91 directly on the detector 82 i. they are arranged in the bright field of the detector aperture 81.
  • the arrangement of the beam paths 1 12 is in the example of FIG. 1 so both set up for bright field imaging, as well as dark field imaging. This is achieved in that also light sources 1 1 1 are arranged close to the main axis 93. Details will be discussed later in connection with FIG. 3 described.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method according to various examples.
  • the light source unit 102 is driven.
  • the light source unit 102 could be controlled by the control unit.
  • the light source unit 102 is driven to selectively emit light along a plurality of beam paths 1 12, eg, time-sequentially or time-overlapping.
  • corresponding control data could be sent to the light source unit 102, which indicate for each beam path from the plurality of beam paths 12, whether light should be emitted along the corresponding beam path 1 12 or not.
  • By individually switching beam paths 12 it can be achieved that certain illumination directions for illuminating the sample object 91 are implemented.
  • the choice of illumination direction may vary depending on
  • a subset of all beam paths 1 12 could be activated; wherein the subset may include only a single beam path 1 12.
  • step 5002 transforming, i. for example the
  • a plurality of optical elements are used, for example, the segmented optics 103 implement.
  • step 5003 the detector 82 is also activated. Depending on the activated beam path or activated beam paths from step 5001, bright-field imaging and / or dark-field imaging then takes place.
  • FIG. 3 illustrates aspects relating to the light source unit 102.
  • the light source unit 102 has a carrier 121.
  • the carrier 121 could be implemented by a printed circuit board or a semiconductor substrate.
  • On the carrier 121 a plurality of light sources 1 1 1 are arranged.
  • the light sources 1 1 1 are arranged in a lattice structure.
  • Light sources 1 1 1 has a square unit cell, in other examples, other unit cells are possible. Examples of unit cells include, for example, hexagonal unit cells, rectangular unit cells, unit octagonal cells, etc. It is also generally unnecessary for the light sources 11 1 to be arranged in a lattice structure. For example, the light sources 1 1 1 could also be arranged on the carrier 121 in a circular or random manner.
  • the light sources 1 1 1 could be implemented, for example, by fiber ends of fibers. One or more fiber-coupled lights could then be used to feed light into the fibers. Alternatively, the light sources 1 1 1 could also be implemented directly by mounted on the support 121 lights, for example by Light emitting diodes, etc. The light sources 1 1 1 could also be provided integrated with the substrate, for example in the case of VCSELs.
  • the light source unit 102 includes a number of 4 x 4 light sources 1 1 1.
  • the light source unit 102 it would also be possible for the light source unit 102 to have a larger or smaller number of light sources.
  • the distance 1 1 1 A between adjacent light sources could be in the range of 5 mm to 50 mm.
  • the side length 121A of the area of the light source unit 102 occupied by light sources 11 1 could be in the range of 50 mm to 200 mm.
  • illumination directions can be implemented that fill a solid angle that is sufficiently large for typical applications of angle-resolved illumination.
  • FIG. 3 a scenario in which the lateral spatial density of the light sources 11 1 within a circumference 122 of a region within which all the light sources 121 are arranged (in FIG. 3, this periphery 122 is indicated by the broken line) is not shown:
  • FIG Distance between nearest adjacent light sources is constant because of the square unit cell. In other words, this means that no hole is provided in the carrier 121 within which light sources 11 would be missing. In particular, no central hole is present, but it is also light sources 1 1 1 near the main axis 93 of the
  • variations in the spatial density of the light sources would also be possible within a perimeter of a region in which substantially all the light sources 1 1 1 are arranged.
  • a region may e.g. be defined by the fact that not less than 90% of all light sources 1 1 1 are arranged within the scope of the area.
  • the spatial density within the scope of the range could not vary more than 50%, optionally not more than 20%, further optionally not more than 5%.
  • flexible adjustment of different illumination directions can be ensured without significant gaps, which may be desirable, for example, in the context of certain applications of angle-resolved illumination - such as autofocus techniques or phase contrast techniques.
  • different, closely spaced directions of illumination can be implemented: the can be helpful if the position of the image of the sample object varies depending on
  • at least some light sources 11 1 are present within an image of the detector aperture in the plane of the light sources 11 (this illustration of the detector aperture 81 by an objective optic is shown in FIG dotted line shown). If some light sources 1 1 1 lie within the image of the detector aperture and other light sources 1 1 1 lie outside the image of the detector aperture, the geometric arrangement of the corresponding beam paths is set up for both the bright field imaging of the microscope, as well the dark field imaging of the microscope set up - depending on which corresponding beam path 1 12 is activated. In some examples, it would be possible to have only light sources 1 1 1 for bright field imaging; and no light sources 1 1 1 for the dark field imaging.
  • FIG. 4 illustrates aspects relating to the light source unit 102.
  • FIG. 4 is one
  • FIG. 5 illustrates aspects relating to the light source unit 102.
  • FIG. 5 is one
  • FIG. 5 basically corresponds to the example of FIG. 4.
  • the surface 121 B of the carrier 121 is curved.
  • the various light sources 1 1 1 are all similarly oriented with respect to the surface 121 B, for example along a surface normal (the surface normal changing its orientation due to the curvature as a function of the position on the surface 121 B).
  • FIG. 6 illustrates aspects relating to the light source unit 102.
  • FIG. 6 is an exemplary sectional view taken along the line XX 'of FIG. 3.
  • the example of FIG. 6 basically corresponds to the example of FIG. 5.
  • the surface 121 B of the carrier 121 is planar and not curved.
  • the different light sources 1 1 1 are differently oriented with respect to the surface 121 B.
  • the light sources 1 1 1 are arranged on the surface 121 B at different angles. This can be achieved for example by tilted holes, in which the different light sources 1 1 1 are used. It can also be achieved by such techniques that the different beam paths 1 12 are already oriented in the direction of the sample object 91. This can be an additional deflection of the
  • Beam paths 1 12 be dispensable by the segmented optics or at least require only smaller deflection.
  • FIG. 7 illustrates aspects relating to the light source unit 102.
  • FIG. 7 is one
  • the light source unit 102 according to the example of FIG. 7 also includes a plurality of light sources 1 1 1. However, the light sources 1 1 1 are arranged in groups on different carriers 121-123. Each of the carriers 121-123 has a planar surface 121 B-123B; the
  • FIG. Figure 8 illustrates aspects relating to the relative placement of the light source unit 102 to the segmented optic 103 (in the example of Figure 8, the individual segments of the segmented optic 103 are not shown for simplicity).
  • the segmented optic 103 is formed as an integral part 131.
  • surfaces of the one-piece part may have a structure, thereby forming a plurality of optical elements, each
  • the one-piece part 131 is in the example of FIG. 8 associated with the various beam paths 1 12, which belong to light sources 1 1 1, which are arranged on different supports 121 -123. This means that the one-piece part 131
  • FIG. 9 illustrates aspects related to the relative placement of the light source unit 102 to segmented optics 103.
  • the example of FIG. 9 basically corresponds to the
  • the segmented optic 103 in the example of FIG. 9 several one-piece parts 131-133.
  • surfaces of the integral parts 131 - 133 could have a structure such that a plurality of optical elements are respectively defined per one-piece part 131 - 133 (not shown in FIG. 9). The different optical elements can then be assigned to different beam paths 1 12.
  • the light sources 1 1 1 arranged on the surfaces 121A-121C of different carriers 121 -123 are associated with optical elements which
  • the individual integral parts 131 -133 can be made smaller and better adapted to the respective requirements of the different beam paths 12.
  • small holes 199 are present between the carriers 121 - 123, in which no light sources 1 1 1 are arranged.
  • these holes are particularly small in the various examples described herein: for example, the lateral spatial density of the light sources 1 1 1 can vary by not more than 50%, within the perimeter 122.
  • the distance between the light sources 1 1 1 can vary by not more than 50%, within the perimeter 122.
  • FIG. 10 illustrates aspects related to the shaping of beam paths 1 12.
  • FIG. 10 further illustrates aspects related to the segmented optics 103.
  • the segmented optic 103 is formed as an integral part 131.
  • the one-piece part 131 could be made of glass or plastic.
  • An exemplary material would be Luxexcel Opticlear (TM), polycarbonate, PMMA, etc.
  • the segmented optic 103 implements a plurality of optical elements 201-203 (in Figure 10, not all optical elements are referenced for simplicity).
  • the optical elements 201 - 203 are laterally offset from each other, ie perpendicular to the main optical axis 93 and also to the central rays of the beam paths 1 12 near the light sources 1 1 1.
  • FIG. 10 illustrates aspects related to the shaping of beam paths 1 12.
  • FIG. 10 further illustrates aspects related to the segmented optics 103.
  • the segmented optic 103 is formed as an integral part 131.
  • the one-piece part 131 could be
  • each optical element 201 -203 is assigned to a specific beam path 1 12 or to a specific light source 1 1 1.
  • the optical element 201 -203 transforms the corresponding beam path 1 12, so that the divergence is reduced, but basically preserved.
  • the optical element 201 - 203 could also implement a collimation of the corresponding beam path 1 12 or achieve a convergent beam path.
  • the specimen object 91 is suitably illuminated even if it has a typical lateral extent (vertical direction in FIG. 10) in the range of 1-10 mm.
  • a particularly high light conductance in the region of the sample object 91 can be achieved.
  • the patterned optic 103 is further configured to redirect the beam paths 12.
  • the optical elements 201 - 203 are arranged to deflect the corresponding beam path 1 12.
  • the beam paths 1 12 are respectively deflected in the direction of the main optical axis 93 and in the direction of the sample object 91.
  • the surfaces 221, 222 of the integral part 131 implement a multi-lens array of lenses. Different lenses of this lens array are in turn assigned to different beam paths 1 12.
  • the surfaces 221 implement a prism array with multiple prisms. Different prisms of the prism array are in turn different beam paths 1 12 assigned.
  • the lens array implements beamforming; the prism array implements the redirection.
  • FIG. 1 1 is a perspective view of the integral part 131 of the segmented optic 103 according to the example of FIG. 10.
  • the surface 221 is illustrated that implements a prism array.
  • the different optical elements 201-203 each implement a different beam shaping and a different deflection of the corresponding beam path 112. For example, for those optical elements 201-203 located farther apart from the main optical axis 93 (top and bottom in FIG. 10), focusing is done with a larger one
  • Focal length i. there might be a greater divergence; As a result, the larger distance to the sample object 91 is compensated.
  • optical elements 201-203 spaced farther from the main optical axis three 90 (top and bottom in FIG. 10) there is a deflection with a larger deflection angle; As a result, the larger distance to the main optical axis 93 is compensated. This is expressed by a variation of the surface geometry of the surfaces 221, 222 of the optical elements 201-203.
  • the various optical elements 201-203 are arranged in a grid structure with a square unit cell.
  • this lattice structure can correlate with the lattice structure of the light sources 1 1 1 of FIG. 1
  • Light source unit 102 These can in the example of FIG. 1 1 may also be arranged with a square unit cell. This ensures that as much light as possible falls into the respective aperture of the corresponding optical element 201-203.
  • FIG. 12 is a rotated square unit cell for the grid of the light sources 1 1 1.
  • FIG. 12 is a rotated square unit cell for the grid of the light sources 1 1 1.
  • Examples include: a hexagonal unit cell; an octagonal unit cell; a rectangular unit cell; and a square unit cell.
  • FIG. 13 an example in which the light sources 1 1 1 are arranged annularly.
  • a segmented optic 103 implemented as a Fresnel lens.
  • FIG. 14 illustrates aspects related to the beam shaping of the beam path 1 12 by an optical element 201.
  • FIG. 14 the focusing of the beam path 1 12 with a positive focal length; a residual divergence persists even after transformation. As a result, it can be achieved that a region of the sample object 91
  • Such a large-area illumination of the sample object can also be achieved in other variants of beam shaping, depending on which characteristic of the beam path 1 12 originating from the light sources 1 1 1.
  • FIG. FIG. 15 illustrates aspects related to the beam shaping of the beam path 1 12 by an optical element 201.
  • FIG. As a result, it can be achieved that a region of the sample object 91 which is as large as the aperture of the optical element 201 is illuminated. In this case, if necessary, the projection in the plane perpendicular to the beam path when illuminated from an oblique direction should be considered.
  • FIG. FIG. 16 illustrates aspects related to the beam forming of the beam path 1 12 through an optical element 201.
  • the focusing of the beam path 1 12 with a positive focal length This can be achieved that an area of
  • Sample object 91 is illuminated, which is smaller than the aperture of the optical element 201.
  • the different variants of the beam shaping can be adapted to the requirements of the corresponding optical device 90.
  • FIG. 17 illustrates aspects related to the shaping of optical paths 1 12.
  • FIG. 17 further illustrates aspects related to the segmented optic 103.
  • the segmented optic 103 includes a lens array formed by the surface 221 of the one-piece member 131.
  • the segmented optic 103 comprises a Fresnel lens, which is formed as a full-surface lens, that is, a plurality of Beam paths 1 12 forms.
  • the Fresnel lens comprises ring zones, wherein different ring zones are assigned to different beam paths 1 12 (in FIG. 17 the ring zones are not shown).
  • the segmented optic generally also may include optical components spaced along the major optical axis 93.
  • a Fresnel lens as a solid lens with other optical elements.
  • a plurality of light sources of the light source unit it would be possible for a plurality of light sources of the light source unit to be arranged on a support; Furthermore, a plurality of optical elements may be coupled to the carrier.
  • an optical element coupled to the carrier such as a divergence reducing lens, could be provided per light source unit. At a certain distance to then the Fresnel lens can be arranged.
  • FIG. FIG. 18 illustrates aspects relating the assignment of optical paths 1 12 to optical elements 201, 202.
  • each optical element 201, 202 a single beam path 1 12.
  • FIG. 18 further illustrates that central axes 201 D, 202 D of the optical elements 201, 202 run parallel to the central rays of the corresponding beam path 1 12 and are aligned therewith (in FIG. 18, the central rays of the beam paths 12 are shown by the dotted lines). , This means that the optical elements 201, 202 are arranged centrally with respect to the central ray of the corresponding beam path 12.
  • segmented optic is not integrally formed.
  • the various optical elements 201, 202 could be fixed by a frame relative to each other.
  • FIG. 19 illustrates aspects relating to the assignment of optical paths 1 12 to optical elements 201, 202.
  • the example of FIG. 19 basically the example of FIG. 18.
  • the optical elements 201, 202 are each arranged acentrically with respect to the central beam of the corresponding beam path 112 (the same can also be seen from FIG. 10, where the centricity increases for greater distances from the axis 93).
  • a particularly high Optical conductivity can be achieved.
  • FIG. 19 illustrates aspects relating to the assignment of optical paths 1 12 to optical elements 201, 202.
  • the example of FIG. 19 basically the example of FIG. 18.
  • the optical elements 201, 202 are each arranged acentrically with respect to the central beam of the corresponding beam path 112 (the same can also be seen from FIG. 10, where the centricity increases for greater distances from the axis 93).
  • FIG. 20 illustrates aspects relating to the assignment of optical paths 1 12 to optical elements 201, 202.
  • the example of FIG. 20 basically the example of FIG. 18.
  • the optical elements 201, 202 are integrally formed.
  • the implementation of FIG. 20 also with the implementation of FIG. 19 combined.
  • FIG. 21 illustrates aspects relating to the assignment of optical paths 1 12 to optical elements 201, 202.
  • the example of FIG. 21 basically the example of FIG. 18.
  • three beam paths 1 12 are assigned to a single optical element 201, 202.
  • the light sources 1 1 1 associated with a common optical element 201, 202 could be integrated on a common semiconductor substrate.
  • the light sources 1 1 1 associated with a common optical element 201, 202 could emit light of different colors, such as red, green, and blue.
  • the light sources 1 1 1 could form a lamp as a 3-chip LED.
  • FIG. FIG. 22 illustrates aspects relating to a diaphragm unit 300.
  • the diaphragm unit 300 implements a plurality of diaphragms, wherein different diaphragms are assigned to different beam paths 112.
  • the diaphragm unit 300 is disposed adjacent to the light source unit 102 and the light sources 11 1, respectively. Thereby, the divergent propagation of the light close to the light sources 1 1 1 can be suppressed and crosstalk between different optical paths 1 12 can be avoided.
  • the aperture unit 300 could also be located behind the segmented optics 103.

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Abstract

Ein Beleuchtungsmodul (101) für eine optische Vorrichtung umfasst eine Lichtquelleneinheit (102), die eingerichtet ist, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen (112) auszusenden. Das Beleuchtungsmodul (101) umfasst auch eine Vielzahl von lateral versetzt angeordneten optischen Elementen (201-203), wobei jedes optische Element (201-203) aus der Vielzahl von optischen Elementen (201-203) eingerichtet ist, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang (112) aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren.

Description

Beschreibung Segmentierte Optik für ein Beleuchtungsmodul zur winkelaufgelösten Beleuchtung
TECHNISCHES GEBIET Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen im Allgemeinen ein
Beleuchtungsmodul für eine optische Vorrichtung. Beispielsweise kann das
Beleuchtungsmodul zur winkelselektiven Beleuchtung aus unterschiedlichen
Beleuchtungsrichtungen eingerichtet sein. Das Beleuchtungsmodul umfasst gemäß verschiedener Beispiele insbesondere eine Vielzahl von optischen Elementen, die jeweils eingerichtet sind, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang zu transformieren.
HINTERGRUND
Aus DE 10 2014 1 12 242 A1 sind Techniken bekannt, um eine Probe aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten (winkelselektive Beleuchtung oder strukturierte Beleuchtung oder winkelaufgelöste Beleuchtung). Durch Kombination der für die
unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen erhaltenen Bilder, kann ein Ergebnisbild bestimmt werden, welches z.B. einen Phasenkontrast aufweist. Mittels der winkelselektiven
Beleuchtung kann also durch digitale Nachbearbeitung Phasenkontrastbildgebung möglich sein.
Aus der DE 10 2014 109 687 A1 sind auch Techniken betreffend die winkelaufgelöste Beleuchtung bekannt. Dort sind Techniken beschrieben, um basierend auf der
winkelaufgelösten Beleuchtung die Position eines Probenobjekts in Bezug auf eine
Fokusebene einer optischen Vorrichtung zu bestimmen. Dadurch können Autofokus- Anwendungen ermöglicht werden.
Um eine winkelaufgelöste Beleuchtung zu implementieren, kann es erforderlich sein, Licht wahlweise entlang unterschiedlicher Strahlengänge aus einer Vielzahl von Strahlengängen auszusenden. Dabei können die unterschiedlichen Strahlengänge mit den verschiedenen Beleuchtungsrichtungen korrespondieren. Ein entsprechendes Beleuchtungsmodul für die winkelaufgelöste Beleuchtung, welches eine gemeinsame Optik für die Vielzahl von Strahlengängen verwendet, kann besonders aufwendig sein. Dies trifft beispielsweise auf eine Implementierung auf Grundlage eines Köhler'schen Beleuchtungssystems zu. Insbesondere bei der Verwendung großer Winkel zwischen den unterschiedlichen Strahlengängen, kann eine gemeinsame Optik aufwendig sein. Wird überhaupt keine Optik verwendet, kann dies zu einer unkontrollierten Ausrichtung des Probenraums führen; darüber hinaus kann die Lichteffizienz im Bereich des
Probenobjekts limitiert sein. KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Beleuchtungsmodule zur winkelaufgelösten Beleuchtung. Insbesondere besteht ein Bedarf für Beleuchtungsmodule, welche zumindest einige der oben genannten Nachteile oder Einschränkungen lindern oder beheben.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
In einem Beispiel umfasst ein Beleuchtungsmodul für eine optische Vorrichtung,
insbesondere ein Mikroskop, eine Lichtquelleneinheit. Die Lichtquelleneinheit ist eingerichtet, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen auszusenden. Das Beleuchtungsmodul umfasst auch eine Vielzahl optischen Elementen, die beispielsweise lateral versetzt angeordnet sein können. Jedes optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen ist jeweils eingerichtet, um mindestens einen entsprechenden
Strahlengang aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren.
Beispielsweise wäre es möglich, dass die Transformation der Strahlengänge eine
Fokussierung oder Kollimation umfasst. Im Allgemeinen kann es möglich sein, dass die Transformation der Strahlengänge eine Beeinflussung der Ortsverteilung und/oder der Winkelverteilung eines jeweiligen Strahlengangs beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich könnte die Transformation der Strahlengänge auch eine Modifikation der lateralen
Intensitätsverteilung oder Phasenverteilung eines jeweiligen Strahlengangs beinhalten.
Beispielsweise kann die Transformation der Strahlengänge kohärent erfolgen: es könnten mehrere Strahlengänge zusammengeschaltet werden, um ein Interferenzmuster zu erzeugen. Die Lichtquelleneinheit kann mindestens einen Träger und eine Vielzahl von Lichtquellen umfassen. Beispiele für einen Träger umfassen eine Leiterplatte oder ein Wafer-Substrat, wie z.B. Silizium oder ein anderes Halbleitermaterial. Dabei können die verschiedenen Lichtquellen aus der Vielzahl von Lichtquellen separat ansteuerbare sein. Dies kann bedeuten, dass einzelne Lichtquellen aus der Vielzahl von Lichtquellen individuell angeschaltet oder ausgeschaltet werden können bzw. im Allgemeinen deren Leistung individuell angepasst werden kann.
Die Lichtquellen sind am mindestens einen Träger angebracht. Beispielsweise können die Lichtquellen auf der Oberfläche des mindestens einen Trägers angeordnet sein. In weiteren Beispielen wäre es auch möglich, dass die Lichtquellen in den mindestens einen Träger eingebettet sind, z.B. wenn dieser transparent ausgebildet ist. Die Lichtquellen können z.B. in Vertiefungen oder Bohrungen einer Oberfläche des mindestens einen Trägers angeordnet sein.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen könnte das Beleuchtungsmodul zur Beleuchtung eines Probenobjekts in Durchlicht-Geometrie dienen. In manchen Beispielen wäre aber auch eine Verwendung in Auflicht-Geometrie möglich. In verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es möglich, dass das
Beleuchtungsmodul für eine Hellfeld-Bildgebung des Mikroskops eingerichtet ist. Dies kann bedeuten, dass Strahlengänge auch nahe bei der Hauptachse des Mikroskops und/oder mit einem geringen Winkel gegenüber der Hauptachse von der Lichtquelleneinheit ausgesendet werden. Dies bedeutet, dass in entsprechenden Implementierungen Lichtquellen
typischerweise nahe oder auf der Hauptachse angeordnet sind. Dies kann die
entsprechenden Beleuchtungsmodule insbesondere unterscheiden von Ring- Beleuchtungsmodulen, die in ihrem Zentrum ein Loch aufweisen, sodass von einem
Probenobjekt direkt reflektiertes Licht durch eine Detektorapertur - die am Loch ausgerichtet ist - hindurch treten kann.
In diesem Zusammenhang wäre es also möglich, dass die Ortsraumdichte von Lichtquellen im entsprechenden Bereich des mindestens einen Trägers als Funktion der lateralen Position - d. h. senkrecht zur Hauptachse - nicht oder nicht besonders stark variiert. Die Ortsraumdichte wird typischerweise beschrieben durch die Anzahl von Lichtquellen pro Fläche. Die Ortsraumdichte kann korrelieren mit einem Abstand zwischen
nächstbenachbarten Lichtquellen. Die Ortsraumdichte kann beispielsweise in 1 -D oder 2-D definiert sein, d.h. entlang einer Linie oder innerhalb einer möglicherweise gekrümmten Fläche.
Da innerhalb eines Lochs von Ring-Beleuchtungsmodulen keine Lichtquellen vorhanden sind, variiert die Ortsraumdichte der Lichtquellen innerhalb eines Umfangs von Ring- Beleuchtungsmodulen stark. Die Ortsraumdichte ist im Bereich des Lochs gleich null.
Insbesondere wäre es möglich, dass die Ortsraumdichte der Lichtquellen innerhalb des Umfangs desjenigen Bereichs des mindestens einen Trägers, in dem im Wesentlichen alle Lichtquellen angeordnet sind, nicht um mehr als 50 % variiert, optional um nicht mehr als 30 %, weiter optional um nicht mehr als 10 %. Beispielsweise wäre es möglich, dass innerhalb dieses Bereichs nicht weniger als 90 % aller Lichtquellen des Beleuchtungsmoduls liegen, optional nicht weniger als 95 %, weiter optional 100 %. Eine solche Ausbildung des
Beleuchtungsmoduls ohne Loch hat den Vorteil, dass Hellfeld-Bildgebung durch das
Mikroskop mit nahe oder auf der Hauptachse angeordneten Strahlengängen, die direkt - d.h. ohne Streuung am Probenobjekt - durch die Detektor-Apertur hindurch treten können, ermöglicht wird.
Z.B. könnte der Bereich als Fläche definiert sein, in der die Lichtquellen liegen. Wenn die Lichtquellen beispielsweise auf der Oberfläche des mindestens einen Trägers angebracht sind, dann kann der Bereich entlang der Oberfläche definiert sein.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wäre es grundsätzlich möglich, dass pro Strahlengang ein oder mehrere optische Elemente axial versetzt angeordnet sind. In anderen Worten ist es nicht erforderlich, dass lediglich ein einzelnes optisches Element aus der Vielzahl von optischen Elementen pro Strahlengang vorhanden ist. Zum Beispiel könnten derart mehrere Linsen oder unterschiedliche Typen von optischen Elementen sequentiell kombiniert werden.
Die spezifische Anwendung des Beleuchtungsmoduls in Bezug auf eine optische Vorrichtung ist nicht limitiert. Beispielsweise könnten das hierin beschriebene Beleuchtungsmodul in einem optischen Mikroskop oder einem Laser-Scanning-Mikroskop eingesetzt werden.
Beispielsweise könnten das hierin beschriebene Beleuchtungsmodul im Zusammenhang mit der Fluoreszenz-Bildgebung eingesetzt werden. Dabei wäre es zum Beispiel möglich, dass das Beleuchtungsmodul in Auflicht-Geometrie oder Durchlicht-Geometrie in Bezug auf das Probenobjekt angeordnet ist. Beispielsweise könnte das Beleuchtungsmodul für die winkelaufgelöste Beleuchtung eines Probenobjekts, das auf einem Probenhalters der optischen Vorrichtung angeordnet ist, eingerichtet sein. Die unterschiedlichen Strahlengänge können dabei unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen in Bezug auf das Probenobjekt zugeordnet sein. Dies bedeutet, dass ein erster Strahlengang einer ersten Beleuchtungsrichtung entsprechen kann und ein zweiter Strahlengang einer zweiten Beleuchtungsrichtung entsprechen kann, wobei die erste Beleuchtungsrichtung von der zweiten Beleuchtungsrichtung verschieden ist. Zum Beispiel könnten die Strahlengänge einen Winkelbereich in Bezug auf eine optische Hauptachse der optischen Vorrichtung abdecken, der nicht kleiner als 45° ist, optional nicht kleiner als 75° ist, weiter optional nicht kleiner als 85° ist. Derart können auch besonders schräge
Beleuchtungsrichtungen in Bezug auf die optische Hauptachse erreicht werden. Ein solches Szenario wird auch als winkelaufgelöste Beleuchtung bezeichnet.
Um die winkelaufgelöste Beleuchtung zu implementieren, ist das Beleuchtungsmodul eingerichtet, um das Licht jeweils wahlweise entlang der Vielzahl von Strahlengängen auszusenden. Dies bedeutet, dass Kanäle, die den einzelnen Strahlengängen aus der Vielzahl von Strahlengängen entsprechen, selektiv angesteuert werden können. In anderen Worten kann es möglich sein, Licht entlang eines ersten Strahlengangs aus der Vielzahl von Strahlengängen auszusenden und kein Licht entlang eines zweiten Strahlengangs aus der Vielzahl von Strahlengängen auszusenden. Beispielsweise können einzelne Strahlengänge zeitsequentiell aktiviert werden.
Um eine solche selektive Adressierung unterschiedlicher Strahlengänge zu erreichen, können unterschiedliche Techniken verwendet werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Lichtquelleneinheit eine Vielzahl von Lichtquellen umfasst, die separat angesteuert werden können. Dies bedeutet, dass eine Steuereinheit individuelle Steuersignale an die unterschiedlichen Lichtquellen senden kann, sodass diese entweder Licht aussenden oder aber kein Licht aussenden. Beispiele für solche Lichtquellen beinhalten: Leuchtdioden; Laserdioden; organische
Leuchtdioden; Festkörper-Leuchtdioden; Leuchtdioden-Arrays, zum Beispiel mit
unterschiedlichen Farbkanälen, die auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind;
Mehrquadranten-Leuchtdioden, wie zum Beispiel Vier-Quadranten-Leuchtdioden;
Oberflächenemitter (engl, vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL); fasergekoppelte Leuchten, zum Beispiel Laserdioden, die über einen Faserkoppler das Licht in eine Faser einspeisen. Beispielsweise könnte eine gemeinsame Leuchte über einen schaltbaren Faser- Koppler wahlweise mit einer oder mehreren Fasern aus einer Vielzahl von Fasern optisch gekoppelt werden. Diese Fasern können dann von dem Faserkoppler als aufgefächertes Bündel weggeführt werden, sodass die Faserenden an diskreten lateralen Positionen - zum Beispiel durch einen entsprechenden Träger der Lichtquelleneinheit definiert - angeordnet sind. Derart können die Endflächen der Fasern als diskrete Lichtquellen wirken. Derart kann eine besonders dicht gepackte Anordnung von verschiedenen Lichtquellen erreicht werden. Außerdem kann eine besonders effiziente Leuchte verwendet werden, um das Licht zu erzeugen.
Beispielsweise wäre es möglich, dass als Lichtquellen 3-Chip Leuchtdioden verwendet werden. Dabei können mehrere Leuchtdioden, zum Beispiel eine Anzahl von drei
Leuchtdioden, gemeinsam auf einem Substrat integriert sein. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die gemeinsam auf einem Substrat integrierten Leuchtdioden Licht mit
unterschiedlichen Farben aussenden, beispielsweise den Kanälen rot, grün und blau entsprechend. Derart kann erreicht werden, dass zusätzlich zu unterschiedlichen
Beleuchtungsrichtungen auch unterschiedliche Farben zur Beleuchtung der Probe verwendet werden können. Dies kann zum Beispiel in Bezug auf Probenobjekte mit einer
Empfindlichkeit für bestimmte Wellenlängen Vorteile aufweisen. Außerdem kann es derart möglich sein, die winkelaufgelöste Beleuchtung zeitparallel mit einer herkömmlichen
Beleuchtung durchzuführen, in dem unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden.
Solche Techniken können mit herkömmlichen Weißlicht-Leuchtdioden, zum Beispiel basierend auf Phosphor, nicht oder nur eingeschränkt möglich sein. Durch die räumliche Trennung der verschiedenen Farbkanäle werden aber typischerweise auch entsprechend räumlich versetzte Beleuchtungsrichtungen bzw. Verteilungen des Lichtfelds im Probenraum erhalten. Für den Fall, dass dieser Versatz gewünscht ist, kann dieser Versatz der entsprechenden Strahlengänge kann durch die Ausnutzung von Farbfehlern in Kombination mit einer geeigneten Ausrichtung der entsprechenden Leuchte - zum Beispiel einer geeigneten Rotation - reduziert werden.
Alternativ zu mehreren auf einem gemeinsamen Substrat integrierten Leuchtdioden können auch auf unterschiedlichen Substraten befindliche, getrennte Leuchtdioden mit
unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden. Dabei wäre es insbesondere möglich, dass den unterschiedlichen Leuchtdioden, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, auch unterschiedliche optische Elemente zugeordnet sind. In einem solchen Beispiel wäre es möglich, dass die den unterschiedlichen Leuchtdioden mit unterschiedlichen
Wellenlängen zugeordneten optische Elemente auch unterschiedliche Strahlformungs- Eigenschaften aufweisen. Derart kann nämlich erreicht werden, dass die verschiedenen optischen Elemente besonders gut auf die spektralen Eigenschaften der unterschiedlichen Lichtquellen abgestimmt sind.
In anderen Beispielen wäre es möglich, dass die Lichtquelleneinheit einen Laserscanner umfasst, der eingerichtet ist, um wahlweise und - beispielsweise je nach Scanwinkel oder lateraler Scanposition - Licht entlang eines entsprechenden Strahlengangs aus der Vielzahl von Strahlengängen abzustrahlen. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der
Laserscanner überwacht, welcher Scanwinkel bzw. welche Scanposition implementiert wird und dann, je nach Scanwinkel bzw. Scanposition, die Leuchte aktiviert oder abschaltet. Der Laserscanner könnte resonant oder statisch betrieben werden. Beispielsweise könnte die Lichtquelleneinheit auch durch eine oder mehrere mechanisch verschiebbare Lichtquellen implementiert werden. Dazu kann zum Beispiel eine bewegliche Bühne oder ein X-Y- Positioniersystem verwendet werden. Mechanisch verschiebbare Lichtquellen könnte zum Beispiel insbesondere im Zusammenhang mit den oben genannten fasergekoppelten Leuchten implementiert werden. Dabei könnten die Faserenden verschoben werden, was aufgrund der Elastizität der Fasern möglich ist.
In einem weiteren Beispiel könnte die Lichtquelleneinheit auch als eine großflächig ausgeleuchtete Blendenfläche mit verschiebbare Position der Blendenöffnung implementiert werden. Dabei wäre aber zu berücksichtigen, dass ein Großteil des Lichts durch die
Bestrahlung der Blendenfläche verloren geht, sodass die Effizienz herabgesetzt sein kann.
In manchen Beispielen wäre es auch möglich, dass die verschiedenen oben genannten Beispiele für die Implementierung der Lichtquelleneinheit miteinander kombiniert werden. Beispielsweise könnte die Lichtquelleneinheit implementiert werden durch eine oder mehrere Gruppen aus einer Laserlichtquelle mit einem Laserscanner und gegebenenfalls einer Streuscheibe zur Aufweitung der verschiedenen Strahlengänge. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass die Lichtquelleneinheit implementiert wird durch eine Gruppe oder mehrere Gruppen aus einer Laserlichtquelle, einem Laserscanner und einem transparenten Substrat mit Leuchtstofffilm.
Im Allgemeinen könnte die Lichtquelleneinheit eine oder mehrere Streuscheiben umfassen, wobei die eine oder die mehreren Streuscheiben eingerichtet sind, um die Strahlengänge aufzuweiten, d.h. den Durchmesser der Strahlengänge zu vergrößern. Die Streuscheibe könnte beispielsweise durch eine Plexiglasscheibe mit einer gewissen Oberflächenrauigkeit implementiert werden. Im Allgemeinen könnte die Lichtquelleneinheit auch ein transparentes Substrat mit
Leuchtstofffilm umfassen. Beispielsweise kann eine blaue Leuchtdiode mit Leuchtstofffilm verwendet werden; der Leuchtstofffilm kann Lumineszenz über einen großen Spektralbereich aufweisen. Der Leuchtstofffilm kann ortsaufgelöst zum Aussenden von Licht angeregt werden - beispielsweise durch einen Laser-Scanner - und derart unterschiedliche
Lichtquellen definieren.
Beispielsweise könnte ein großflächiges Substrat mit einem Leuchtstofffilm versehen werden. Dieser könnte dann beispielsweise mit einer blauen Leuchtdiode beleuchtet werden, um derart Lumineszenz anzuregen. Beispielsweise könnte der Strahlengang transformiert werden: dabei kann die blaue Leuchtdiode einen Strahlengang erzeugen, der anschließend transformiert wird und dann den Leuchtstofffilm beleuchtet, beispielsweise mit einem kreuzförmigen oder rechteckigen Beleuchtungsmuster. Im Ergebnis kann eine über einen großen Spektralbereich abstrahlende Lichtquelle mit einer bestimmten lateralen
Intensitätsverteilung erhalten werden.
Dabei kann im Allgemeinen der Leuchtstoff nicht nur als Film verwendet werden, sondern beispielsweise über ein Volumen verteilt sein. Dies kann z.B. bei Leuchtstoffplatten der Fall sein.
Die Vielzahl von optischen Elementen kann eine segmentierte Optik definieren.
Unterschiedliche Segmente der segmentierten Optik können dabei unterschiedlichen Strahlengängen zugeordnet sein. Es kann möglich sein, dass jedem Segment der segmentierten Optik ein oder mehrere Strahlengänge zugeordnet sind. Es wäre auch möglich, dass jedes Segment der segmentierten Optik mindestens einem entsprechenden Strahlengang zugeordnet ist.
Beispielsweise wäre es möglich, dass die optischen Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen jeweils eingerichtet sind, um nicht mehr als zehn Strahlengänge aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren, optional nicht mehr als vier, weiter optional nicht mehr als einen einzelnen Strahlengang.
Beispielsweise wäre es möglich, dass die optischen Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen jeweils eingerichtet sind, um nicht mehr als 10 % der Strahlengänge aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren, optional nicht mehr als 4 %, weiter optional nicht mehr als 1 %. Es sind unterschiedliche Arten der Transformation der Strahlengänge denkbar. Beispielsweise könnte ein Strahlengang so transformiert werden, dass dieser auch nach Transformation eine gewisse Divergenz aufweist, also eine Aufweitung des Querschnitts des Strahlengangs für größere Entfernungen zur Lichtquelle. Dies kann insbesondere für Probenobjekte erstrebenswert sein, die selbst größer sind, als die optischen Elemente. Dabei können die verschiedenen optischen Elemente eine positive Brechkraft aufweisen, sodass die Divergenz durch die Transformation reduziert wird.
Dagegen könnte für Fälle, in denen der beleuchtete Probenbereich kleiner als die Apertur des einzelnen optischen Elements ist, eine Fokussierung mit positiver Brennweite zu einem konvergenten Bündel erstrebenswert sein. Die Fokusebene kann dabei vor oder hinter dem Probenobjekt angeordnet sein. Typischerweise kann eine Sammeloptik verwendet werden. Eine Kollimation - beispielsweise mit einer Optik mit positiver Brechkraft, bei welcher sich die Lichtquelle in der Brennebene befindet - kann erstrebenswert sein, wenn der beleuchtete Probenbereich der Apertur des jeweiligen optischen Elements entspricht.
Es sind unterschiedliche Implementierungen für die segmentierte Optik bzw. die Vielzahl von optischen Elementen denkbar. Beispielsweise könnte die Vielzahl von optischen Elementen ein Freiformarray implementieren, welches zum Beispiel eine Prismenfläche und eine Freiformfläche umfasst. Ein weiteres Beispiel wäre die Implementierung eines diffraktiven Elements durch die Vielzahl von optischen Elementen. Beispielsweise könnten die optischen Elemente als Linsen ausgebildet sein. Zum Beispiel könnte ein segmentiertes diffraktives Element mit einer Vielzahl von diffraktiven Subfunktionen verwendet werden. Im
Zusammenhang mit Lichtquellen, die durch Faserendflächen einer fasergekoppelten Leuchte implementiert sind, wäre es z.B. möglich, dass die Linsen als Gradientenindex-Linsen (GRIN-Linsen) oder Kugellinsen implementiert sind. Auf diese könnten direkt Umlenk- Prismen aufgesetzt werden. Ein weiteres Beispiel für die segmentierte Optik umfasst separate Prismen- und Linsenarrays. Noch ein weiteres Beispiel für die segmentierte Optik umfasst ein holografisches Element mit Subhologrammen. Die verschiedenen
Subhologramme könnten z.B. durch Mehrfachbelichtung und insbesondere durch separate Belichtungsvorgänge erzeugt werden. Dazu kann z.B. bei einem Belichtungsvorgang ein geeignetes Polymer verkettet und/oder umgeordnet werden, sodass eine lokale Änderung des Brechungsindex stattfindet. Es wäre beispielsweise möglich, dass sich verschiedene Subhologramme lateral überlappen und derart einen besonders großen Anteil des von Lichtquelle bereitgestellten Strahlengangs auf das Probenobjekt zu lenken. Durch die Verwendung der Vielzahl von optischen Elementen kann erreicht werden, dass jedes einzelne optische Element vergleichsweise klein dimensioniert sein kann. Dies kann insbesondere zutreffen im Vergleich mit einer Vollflächen-Optik, bei der ein einzelnes optisches Element die Transformation der Vielzahl von Strahlengängen implementiert.
Typischerweise kann es nämlich bei der winkelaufgelösten Beleuchtung erforderlich sein, dass eine vergleichsweise große Anzahl von Strahlengängen einer entsprechenden
Strahlformung unterzogen wird. Außerdem kann es bei der winkelaufgelösten Beleuchtung erforderlich sein, dass die Vielzahl von Strahlengängen einen vergleichsweise großen Raumwinkel abdeckt. Deshalb kann die Strahlformung mittels einer einzelnen Vollflächen- Optik aufwendig sein. Es kann auch möglich sein, dass die Vollflächen-Optik vergleichsweise aufwendig und zum Beispiel mit mehreren, von den Strahlengängen sequenziell
durchlaufenen Linsen, implementiert wird. In einem solchen Beispiel kann es möglich sein, dass der erreichbare Lichtleitwert begrenzt ist. Durch die Verwendung der Vielzahl von optischen Elementen, die jeweils einem oder mehreren Strahlengängen zugeordnet sind, kann jedoch das einzelne optische Element maßgeschneidert in Bezug auf den oder die assoziierten Strahlengänge implementiert werden. Dadurch kann wiederum ein System implementiert werden, welches einen geringen Bauraum einnimmt und einen großen
Lichtleitwert transportieren kann. Gleichzeitig kann ein System implementiert werden, dass wenig komplex und kostengünstig hergestellt werden kann. Eine besonders große laterale Ausdehnung kann bei gleicher Dicke des Systems erreicht werden, wodurch beispielsweise eine vergleichsweise große Anzahl von Strahlengängen transformiert werden kann.
Beispielsweise wäre es möglich, dass unterschiedliche optische Elemente unterschiedliche Strahlformungs-Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel könnten solche optische Elemente, die Strahlengängen zugeordnet sind, die weiter entfernt von der optischen Hauptachse der optischen Vorrichtung angeordnet sind, eine stärkere oder schwächere Fokussierung bewirken, als solche optischen Elemente, die Strahlengängen zugeordnet sind, die näher bei der optischen Hauptachse der optischen Vorrichtung angeordnet sind. In anderen Worten kann also eine Variation des Abstands zum virtuellen Bild zwischen verschiedenen optischen Elementen der Vielzahl von optischen Elementen erfolgen; damit kann ein Ausgleich des unterschiedlichen Abstands zum Probenobjekt für unterschiedliche optische Elemente bzw. Lichtquellen der Lichtquelleneinheit erfolgen. Es kann deshalb möglich sein, dass
unterschiedliche optische Elemente unterschiedliche geometrische Formen für eine oder mehrere optisch wirksame Brechflächen implementieren.
Die Vielzahl von optischen Elementen kann also im Allgemeinen eine Strahlformung der verschiedenen Strahlengänge bewirken. Die Fokussierung und Kollimation sind dabei Beispiele für diese Strahlformung. Optional wäre es auch möglich, dass die Vielzahl von optischen Elementen zumindest für manche Strahlengänge eine Umlenkung bewirkt. In anderen Worten kann es möglich sein, dass zumindest einige optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen jeweils eingerichtet sind, um den entsprechenden mindestens einen Strahlengang umzulenken.
Durch das Implementieren des Umlenkens zumindest einiger der Strahlengänge, können unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen implementiert werden. Beispielsweise könnte der Umlenkwinkel für Strahlengängen, die weiter beabstandet zu der optischen Hauptachse der optischen Vorrichtung sind, größer sein, als für Strahlengänge, die näher bei der optischen Hauptachse liegen. Das Umlenken des Lichts kann dabei derart erfolgen, dass alle
Strahlengänge der Vielzahl von Strahlengängen auf einen Probenbereich der optischen Vorrichtung gelenkt werden. Damit kann eine Ausleuchtung des Probenbereichs im Rahmen der winkelaufgelösten Beleuchtung gewährleistet werden.
Durch das gemeinsame Implementieren der Transformation bzw. Strahlformung - das heißt beispielsweise der Fokussierung oder Kollimation - und dem Umlenken durch die Vielzahl von optischen Elementen kann erreicht werden, dass das Beleuchtungsmodul besonders platzsparend implementiert wird. Außerdem kann eine komplizierte Positionierung von Lichtquellen der Lichtquelleneinheit vermieden werden, weil das Umlenken nicht durch die Orientierung der Lichtquellen erfolgen muss.
Beispielsweise könnten zumindest einige optische Elemente eine Umlenkeinheit wie zum Beispiel ein Prisma oder einen Spiegel ausbilden. Zum Beispiel könnte die Vielzahl von optischen Elementen ein Prismenarray mit mehreren Prismen ausbilden, wobei
unterschiedliche Prismen unterschiedlichen Strahlengängen zugeordnet sind.
Beispielsweise wäre es möglich, dass die Vielzahl von optischen Elementen ein Linsenarray mit mehreren Linsen ausbildet, wobei unterschiedliche Linsen unterschiedlichen
Strahlengängen zugeordnet sind.
Zum Beispiel könnte das Linsenarray auch als Mikrolinsen-Array bezeichnet werden. Dies kann der Fall sein, da im Gegensatz zu einer Vollflächen-Optik einzelne Linsen lediglich eine vergleichsweise begrenzte Anzahl von Strahlengängen, die mit unterschiedlichen
Beleuchtungsrichtungen assoziiert sein können, formen. In manchen Beispielen kann es möglich sein, dass die Vielzahl von optischen Elementen als einstückiges Teil ausgebildet ist, d.h. monolithisch integriert sind. Beispielsweise wäre es möglich, dass das einstückige Teil mittels 3-D-Druck oder einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Es wäre auch möglich, dass das einstückige Teil mittels Fertigungsverfahren für eine diffraktive Optik oder mittels holografischen Fertigungsverfahren hergestellt wird. In manchen Beispielen wäre es auch möglich, dass jeweils Gruppen von optischen Elementen aus der Vielzahl von optischen Elementen zusammengefasst werden und ein jeweiliges einstückiges Teil ausbilden. Dies bedeutet, dass mehr als ein einzelnes einstückiges Teil vorhanden sein kann. Derart wäre es zum Beispiel möglich, dass mehr als ein einzelnes Array implementiert wird, z.B. eine Anzahl von 2-5 Arrays. Dabei kann in verschiedenen Beispielen auch eine Vielzahl von Arrays durch die Vielzahl von optischen Elementen ausgebildet werden. Dies bedeutet, dass es in verschiedenen Beispielen möglich sein kann, die optische Gesamtwirkung der segmentierten Optik auf mehrere Arrays zu verteilen.
Dadurch kann erreicht werden, dass Abbildungsfehler und/oder die Anspannung des optischen Systems reduziert werden. Außerdem kann es möglich werden, größere
Umlenkwinkel zu implementieren.
In anderen Beispielen könnte die Vielzahl von optischen Elementen aber auch durch eine Vielzahl von Teilen implementiert werden, wobei die verschiedenen Teile zum Beispiel über eine Rahmenstruktur miteinander verbunden sind. Derart könnten die verschiedenen optischen Elemente durch vergleichsweise klein dimensionierte Teile implementiert werden, was die Herstellung vereinfachen kann.
Das Implementieren einer segmentierten Optik umfassend die Vielzahl von optischen Elementen schließt nicht aus, dass optional weiterhin eine Vollflächen-Optik verwendet wird. Zum Beispiel könnte die Vollflächen-Optik die Vielzahl von Strahlengängen gemeinsam beeinflussen. Dies bedeutet, dass die Vollflächen-Optik eine laterale Ausdehnung aufweisen kann, die groß genug ist, um von allen Strahlengängen der Vielzahl von Strahlengänge durchlaufen zu werden.
Beispielsweise könnte das Beleuchtungsmodul weiterhin eine Vollflächen-Linse umfassen, die in der Vielzahl von Strahlengängen vor oder hinter der Vielzahl von optischen Elementen angeordnet ist. Beispiele für eine solche Vollflächen-Linse umfassen zum Beispiel eine refraktive Linse und eine diffraktive Linse.
Auch eine Vollflächen-Linse kann eine segmentierte Optik implementieren. Ein Beispiel wäre die Verwendung einer Fresnellinse mit mehreren Ringzonen als Vollflächen-Linse. Dabei können unterschiedliche Ringzonen unterschiedlichen Strahlengängen aus der Vielzahl von Strahlengängen zugeordnet sein. Eine Fresnellinse kann insbesondere die Umlenk- Funktionalität implementieren. Die unterschiedlichen Ringzonen können beispielsweise eine unterschiedliche Dicke aufweisen und/oder Stufen definieren (zickzack-Muster).
Die Oberfläche des mindestens einen Trägers könnte zum Beispiel planar sein. Zum Beispiel könnten in einem solchen Fall die Lichtquellen eingerichtet sein, um jeweils Licht entlang der Vielzahl von Strahlengängen auszusenden, die parallel zueinander orientiert sind. Es wäre aber auch möglich, dass die Oberfläche des mindestens einen Trägers gekrümmt ist. In einem solchen Fall können auch unterschiedliche Lichtquellen unter einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sein. Dann kann erreicht werden, dass die Lichtquellen eingerichtet sind, um jeweils Licht entlang der Vielzahl von Strahlengängen auszusenden, die nicht parallel zueinander orientiert sind. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Oberfläche des mindestens einen Trägers hin zu einer Hauptachse der optischen
Vorrichtung gekrümmt ist. In einem solchen Beispiel kann die Umlenk-Funktionalität zumindest teilweise durch die Krümmung der Oberfläche des mindestens einen Trägers implementiert werden. Dann kann es zumindest in manchen Beispielen entbehrlich sein, dass die Vielzahl von optischen Elementen auch eine Umlenk-Funktionalität bereitstellt. Wenn der Träger eine Oberfläche mit einer Krümmung aufweist, können die verschiedenen Lichtquellen alle unter gleichen Winkeln in Bezug auf die Oberfläche des Trägers angeordnet sein - z.B. in Bezug auf die lokale Oberflächennormale - und dennoch können nicht parallele Strahlengänge von der Vielzahl von Lichtquellen ausgesendet werden. Optional oder zusätzlich wäre es auch möglich, dass die Lichtquellen auf der Oberfläche des mindestens einen Trägers unter unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind. In einem solchen Beispiel können nicht-parallele Strahlengänge durch Variation der Orientierung der Lichtquellen in Bezug auf die Oberfläche des mindestens einen Trägers erzielt werden.
Beispielsweise könnten Halterungen vorgesehen sein, die je nach Lichtquelle
unterschiedliche Orientierungen der Lichtquelle in Bezug auf den Träger implementieren. Beispielsweise wäre es möglich, dass der Träger als Grundplatte mit schrägen Bohrungen implementiert wird, wobei in die Bohrungen jeweils Fasern als Lichtwellenleiter eingefügt werden oder Leuchtdioden eingesteckt werden. Dann können die unterschiedlichen
Bohrungen zum Beispiel unterschiedliche Winkel mit einer Flächennormalen des Trägers aufweisen. Ein weiteres Beispiel wäre das Vorsehen einer Grundplatte als Träger, wobei die Grundplatte schräge Anlageflächen für Substrate aufweist, auf denen Festkörper- Leuchtdioden implementiert sind. Solche Lösungen können eine besonders kleine
Abmessung der Lichtquelleneinheit ermöglichen. In manchen Beispielen wäre es möglich, dass alle Lichtquellen auf einem einzelnen Träger angeordnet sind. Es wäre aber in weiteren Beispielen auch möglich, dass anstelle eines einzelnen Trägers mehrere, zum Beispiel vergleichsweise klein dimensionierte Träger verwendet werden. Es wäre zum Beispiel möglich, dass die verschiedenen Träger nicht parallel zueinander orientiert sind, sondern gegeneinander verkippt sind. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Träger zueinander unterschiedliche Orientierungen aufweisen können. In einem solchen Beispiel kann die Umlenk-Funktionalität zumindest teilweise durch die Verkippung der Oberflächen der mehreren Träger implementiert werden. Dann kann es zumindest in manchen Beispielen entbehrlich sein, dass die Vielzahl von optischen
Elementen auch eine Umlenk-Funktionalität bereitstellt.
Beispielsweise wäre es möglich, dass die auf den Oberflächen unterschiedlicher Träger angeordneten Lichtquellen aus der Vielzahl von Lichtquellen mit optischen Elementen aus der Vielzahl von optischen Elementen assoziiert sind, die unterschiedlichen einstückigen Teilen zugeordnet sind. Wie obenstehend bereits erläutert wurde, kann es nämlich möglich sein, dass zumindest einige der Vielzahl von optischen Elementen als einstückiges Teil ausgebildet sind. Das einstückige Teil oder die mehreren einstückigen Teile können dann jeweils optische Arrays definieren. In diesem Zusammenhang wäre es also möglich, dass durch die Verwendung der mehreren Träger auch mehrere kleine Arrays von Lichtquellen definiert werden, die unterschiedlich zueinander orientiert sind. Dann kann es möglich sein, dass für jedes Array von Lichtquellen ein jeweils zugeordnetes einstückiges Teil mit entsprechenden optischen Elementen vorgesehen ist. Dies kann eine vergleichsweise einfache Implementierung der Vielzahl von optischen Elementen ermöglichen. In anderen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass für alle Arrays von Lichtquellen ein
gemeinsames einstückiges Teil aus optischen Elementen verwendet wird. Mit einem solchen Ansatz können besonders große Winkel für unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen realisiert werden. Beispielsweise könnte das Beleuchtungsmodul eine Vielzahl von Blenden aufweisen. Die Blenden könnten dabei unterschiedlichen Strahlengängen zugeordnet sein. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Vielzahl von Blenden in den Strahlengängen vor oder hinter der Vielzahl von optischen Elementen angeordnet ist. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Vielzahl von Blenden angrenzend an Lichtquellen der Lichtquelleneinheit angeordnet ist. Zum Beispiel können nämlich die Lichtquellen das Licht entlang divergenter Strahlengänge aussenden, so dass durch die Vielzahl von Blenden ein Übersprechen zwischen
unterschiedlichen Strahlengängen vermieden werden kann. Dadurch kann wiederum beispielsweise vermieden werden, dass Falschlicht außerhalb des für die Probe vorgesehenen Beleuchtungsbereichs geführt wird.
Beispielsweise wäre es möglich, dass zumindest einige optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen jeweils azentrisch gegenüber einem Zentralstrahl des
entsprechenden mindestens einen Strahlengangs angeordnet sind. Dies bedeutet, dass ein lateraler Versatz zwischen den Öffnungen verschiedener, unterschiedliche optische Elemente implementierenden Linsen in Bezug auf die jeweilige Lichtquelle vorhanden sein kann. Dadurch kann eine besonders gute Anpassung an den jeweiligen Strahlengangs erfolgen und die Effizienz gesteigert werden. Der Lichtleitwert im Bereich des Probenobjekts kann erhöht werden.
Beispielsweise könnten die unterschiedlichen Lichtquellen der Lichtquelleneinheit eine Gitterstruktur ausbilden. Dazu kann es beispielsweise möglich sein, dass die einzelnen optischen Elemente eine Form aufweisen, die an die Form der Einheitszelle der
Gitterstruktur angepasst ist. Zum Beispiel könnte es möglich sein, dass die optischen Elemente ein hexagonales Gitter ausbilden; dann wäre es möglich, dass die optischen Elemente hexagonale Linsen oder Prismen implementieren. Andere Kanalformen umfassen beispielsweise: quadratisch, orthogonal oder rechteckig. Es können auch unterschiedliche Drehlagen eines entsprechenden Gitters umgesetzt werden.
Insbesondere wäre es beispielsweise möglich, dass die Gitterstruktur der Vielzahl von optischen Elemente angepasst ist an eine Gitterstruktur, die von der Vielzahl von
Lichtquellen der Lichtquelleneinheit ausgebildet wird. Beispielsweise könnten nämlich die Lichtquellen der Lichtquelleneinheit eine Gitterstruktur mit einer bestimmten Einheitszelle ausbilden; diese Einheitsstelle könnte dann auch von der von der Vielzahl von optischen Elementen ausgebildeten Gitterstruktur implementiert werden. Derart kann erreicht werden, dass pro Lichtquelle eine besonders große Lichtleistung durch das jeweilige optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen aufgesammelt und geformt wird. Die Apertur der optischen Elemente ist dabei nämlich angepasst an die Struktur der einzelnen Lichtquellen. Dadurch kann der Lichtleitwert im Bereich des Probenobjekts vergrößert werden.
In manchen Beispielen kann das Beleuchtungsmodul auch eine Kondensoroptik aufweisen. Dabei kann die Vielzahl von optischen Elementen zwischen der Lichtquelleneinheit und der Kondensoroptik angeordnet sein. Derart kann eine besonders homogene Beleuchtung aus den unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen ermöglicht werden. In einem Beispiel umfasst das Mikroskop das Beleuchtungsmodul nach einem weiteren Beispiel. Zum Beispiel könnte das Mikroskop ein optisches Mikroskop oder ein Laser- Scanning-Mikroskop sein. Zum Beispiel könnte das Mikroskop die Fluoreszenz-Bildgebung ermöglichen.
Das Mikroskop kann ferner einen Detektor umfassen. Das Mikroskop kann auch einen Probenhalter umfassen. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Beleuchtungsmodul und der Detektor auf derselben Seite des Probenhalters angeordnet sind, sodass eine Auflicht-Geometrie implementiert wird. Dabei wird Licht von einem Probenobjekt, das auf dem Probenhalter angeordnet ist, reflektiert und fällt dann auf den Detektor. Dazu könnte z.B. ein Strahlteiler vorgesehen sein, der das vom Beleuchtungsmodul kommende Licht einspiegelt.
In anderen Beispielen wäre es auch möglich, dass das Beleuchtungsmodul und der Detektor auf unterschiedlichen Seiten des Probenhalters angeordnet ist, d. h. dass der Probenhalter zwischen dem Beleuchtungsmodul und dem Detektor angeordnet ist. Derart kann eine Durchlicht-Geometrie implementiert werden. Dabei tritt Licht durch das zumindest teilweise transparente Probenobjekt, das auf dem Probenhalter angeordnet ist, hindurch und fällt dann auf den Detektor.
In den verschiedenen hierin beschriebenen Szenarien ist es möglich, dass eine
geometrische Anordnung zumindest einiger Strahlengänge der Vielzahl von Strahlengängen, entlang derer durch die Lichtquelleneinheit Licht ausgesendet wird, für die Hellfeld- Bildgebung des Mikroskops eingerichtet ist. Dies bedeutet, dass Licht der entsprechenden Strahlengänge direkt, d. h. ohne Streuung, von der Lichtquelleneinheit zum Detektor gelangen kann, und nicht durch eine Detektor-Blende abgewiesen wird. Dazu kann insbesondere das Vorsehen von Strahlengängen, die nahe bei und mit geringem Winkel zur Hauptachse des Mikroskops durch die Lichtquelleneinheit ausgesendet werden, beitragen. Insbesondere kann dazu beitragen, dass Lichtquellen nahe zum Zentrum einer Oberfläche des Trägers des Beleuchtungsmoduls angeordnet sind, wie es für Ring-Beleuchtungsmodule - die ein zentrales Loch aufweisen - typischerweise nicht der Fall ist. Die geometrische Anordnung zumindest einiger Strahlengänge der Vielzahl von
Strahlengängen kann zusätzlich oder alternativ zur Hellfeld-Bildgebung des Mikroskops auch zur Dunkelfeld-Bildgebung des Mikroskops eingerichtet sein. Dies bedeutet, dass entsprechendes Licht nur durch geeignete Streuung von der Lichtquelleneinheit zum
Detektor gelangen kann, ohne von der Detektor-Blende abgewiesen zu werden. Dazu kann insbesondere das Vorsehen von Strahlengängen, die weiter entfernt zur Hauptachse des Mikroskops durch die Lichtquelleneinheit ausgesendet werden, beitragen.
Beispielsweise sind Szenarien denkbar, bei denen sowohl Lichtquellen nahe beim Zentrum der Oberfläche des Trägers des Beleuchtungsmoduls angeordnet sind, als auch Lichtquellen vorgesehen sind, die weiter entfernt zum Zentrum der Oberfläche des Trägers des
Beleuchtungsmoduls angeordnet sind. Dann können die zentralen Lichtquellen bzw. die assoziierten Strahlengänge zur Hellfeld-Bildgebung verwendet werden; und die dezentralen Lichtquellen bzw. die assoziierten Strahlengänge können zur Dunkelfeld-Bildgebung verwendet werden.
In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls für eine optische Vorrichtung das Ansteuern einer Lichtquelleneinheit des Beleuchtungsmoduls, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen auszusenden. Das Verfahren umfasst auch das Transformieren der Vielzahl von Strahlengängen mittels einer Vielzahl von beispielsweise lateral versetzt angeordneten optischen Elementen des
Beleuchtungsmoduls. Jedes optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen ist jeweils eingerichtet, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren.
Für ein solches Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungsmoduls können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für ein Beleuchtungsmodul gemäß einem weiteren Beispiel erzielt werden können.
In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Mikroskops das Ansteuern einer Lichtquelleneinheit eines Beleuchtungsmoduls des Mikroskops, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen auszusenden.
Beispielsweise könnte das Verfahren zum Betreiben des Beleuchtungsmoduls gemäß dem gegenwärtig diskutierten Beispiel von dem Beleuchtungsmodul gemäß einem weiteren Beispiel ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst auch das Transformieren der Vielzahl von Strahlengängen mittels eines Vielzahl von lateral versetzt angeordneten optischen Elementen des Beleuchtungsmoduls. Jedes optische Element ist jeweils eingerichtet, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang aus der Vielzahl von Strahlengängen zu transformieren. Das Verfahren umfasst außerdem das Ansteuern eines Detektors des Mikroskops zum Durchführen einer Bildgebung mittels des Lichts, welches entlang des zumindest einen Strahlengangs der Vielzahl von Strahlengängen ausgesendet wird. Dabei kann die Lichtquelleneinheit für eine Hellfeld-Bildgebung des Detektors angesteuert werden. Das heißt, es können ein oder mehrere geeignete Lichtquellen der Lichtquelleneinheit aktiviert werden, sodass Licht entlang solcher Strahlengänge ausgesendet wird, die im Hellfeld einer Detektorapertur des Detektors angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquelleneinheit auch für eine Hellfeld-Bildgebung des Detektors angesteuert werden. Das heißt, es können ein oder mehrere geeignete
Lichtquellen der Lichtquelleneinheit aktiviert werden, sodass Licht entlang solcher
Strahlengänge ausgesendet wird, die im Dunkelfeld einer Detektorapertur des Detektors angeordnet sind. Für ein solches Verfahren zum Betreiben eines Mikroskops können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für ein Mikroskop gemäß einem weiteren Beispiel erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
FIG. 1 illustriert schematisch ein Beleuchtungsmodul für eine optische Vorrichtung gemäß verschiedener Beispiele.
FIG. 2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
FIG. 3 illustriert schematisch eine Lichtquelleneinheit des Beleuchtungsmoduls gemäß verschiedener Beispiele, wobei die Lichtquelleneinheit eine Vielzahl von auf einem Träger angeordneten Lichtquellen aufweist. FIG. 4 ist eine beispielhafte Schnittansicht der Lichtquelleneinheit gemäß dem Beispiel der FIG. 3, wobei der Träger planar ausgebildet ist. FIG. 5 ist eine beispielhafte Schnittansicht der Lichtquelleneinheit gemäß dem Beispiel der FIG. 3, wobei der Träger gekrümmt ausgebildet ist.
FIG. 6 ist eine beispielhafte Schnittansicht der Lichtquelleneinheit gemäß dem Beispiel der FIG. 3, wobei die Lichtquellen verkippt gegenüber einer Oberfläche des Trägers angeordnet sind.
FIG. 7 ist eine beispielhafte Seitenansicht einer Lichtquelleneinheit, wobei die
Lichtquelleneinheit mehrere gegeneinander verkippte Träger mit jeweiligen Lichtquellen aufweist.
FIG. 8 ist eine beispielhafte Seitenansicht einer Lichtquelleneinheit mit einer zugeordneten, einstückig ausgebildeten segmentierten Optik, wobei die Lichtquelleneinheit mehrere gegeneinander verkippte Träger mit jeweiligen Lichtquellen aufweist.
FIG. 9 ist eine beispielhafte Seitenansicht eine Lichtquelleneinheit mit mehreren
zugeordneten, jeweils einstückig ausgebildeten segmentierten Optiken, wobei die
Lichtquelleneinheit mehrere gegeneinander verkippte Träger mit jeweiligen Lichtquellen aufweist, wobei unterschiedliche Träger unterschiedlichen segmentierten Optiken zugeordnet sind.
FIG. 10 ist eine beispielhafte Seitenansicht einer Lichtquelleneinheit und einer einstückig ausgebildeten segmentierten Optik, wobei die Optik ein Linsenarray und ein Prismenarray ausbildet.
FIG. 1 1 ist eine perspektivische Ansicht der segmentierten Optik gemäß dem Beispiel der FIG. 10.
FIG. 12 illustriert schematisch eine Lichtquelleneinheit des Beleuchtungsmoduls gemäß verschiedener Beispiele, wobei die Lichtquelleneinheit eine Vielzahl von auf einem Träger angeordneten Lichtquellen aufweist.
FIG. 13 illustriert schematisch eine Lichtquelleneinheit des Beleuchtungsmoduls gemäß verschiedener Beispiele, wobei die Lichtquelleneinheit eine Vielzahl von auf einem Träger angeordneten Lichtquellen aufweist. FIG. 14 illustriert schematisch die Formung von Licht durch ein einzelnes optisches Element der segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei FIG. 14 die Fokussierung mit positiver Brennweite und Rest-Divergenz darstellt. FIG. 15 illustriert schematisch die Formung von Licht durch ein einzelnes optisches Element der segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei FIG. 15 die Kollimation darstellt.
FIG. 16 illustriert schematisch die Formung von Licht durch ein einzelnes optisches Element der segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei FIG. 16 die Fokussierung mit positiver Brennweite und Konvergenz darstellt.
FIG. 17 ist eine beispielhafte Seitenansicht einer Lichtquelleneinheit und einer einstückig ausgebildeten segmentierten Optik, wobei die Optik ein Linsenarray ausbildet.
FIG. 18 illustriert schematisch die Zuordnung zwischen Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit und optischen Elementen einer segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei in dem Beispiel der FIG. 19 die optischen Elemente zentrisch in Bezug auf einen
Zentralstrahl eines entsprechenden Strahlengangs der Lichtquellen angeordnet sind.
FIG. 19 illustriert schematisch die Zuordnung zwischen Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit und optischen Elementen einer segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei in dem Beispiel der FIG. 19 die optischen Elemente azentrisch in Bezug auf einen
Zentralstrahl eines entsprechenden Strahlengangs der Lichtquellen angeordnet sind.
FIG. 20 illustriert schematisch die Zuordnung zwischen Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit und optischen Elementen einer segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele.
FIG. 21 illustriert schematisch die Zuordnung zwischen Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit und optischen Elementen einer segmentierten Optik gemäß verschiedener Beispiele, wobei in dem Beispiel der FIG. 21 drei Lichtquellen einem optischen Element zugeordnet sind.
FIG. 22 illustriert schematisch eine Vielzahl von Blenden, die angrenzend an Lichtquellen einer Lichtquelleneinheit angeordnet sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische
Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine
Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein.
Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken in Bezug auf ein Beleuchtungsmodul beschrieben, welches für die winkelaufgelöste Beleuchtung eines Probenobjekts eingesetzt werden kann. Dabei kann das Beleuchtungsmodul eine segmentierte Optik mit mehreren Segmenten aufweisen, wobei unterschiedliche Segmente eine unterschiedliche Formung von Strahlengängen von Licht bewirken können. Beispielsweise können unterschiedliche Segmente das Licht unterschiedlich transformieren. Beispielsweise können unterschiedliche Segmente das Licht unterschiedlich umlenken.
Die winkelaufgelöste Beleuchtung kann zum Beispiel im Zusammenhang mit der
Positionsbestimmung des Probenobjekts in Bezug auf eine Fokusebene verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich könnte die winkelaufgelöste Beleuchtung zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds des Probenobjekts verwendet werden.
Wenn die winkelaufgelöste Beleuchtung im Zusammenhang mit der Positionsbestimmung des Probenobjekts verwendet wird, kann es möglich sein, den Abstand zwischen dem Abbildungsort des Probenobjekts in zwei Bildern zu bestimmen, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen assoziiert sind. Damit kann eine Fokussierung des Probenobjekts ermöglicht werden. Um solche Techniken zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds oder der
Positionsbestimmung des Probenobjekts durchzuführen, wäre es zum Beispiel möglich, eine entsprechend eingerichtete Recheneinheit zu verwenden. Insbesondere könnte eine entsprechende optische Vorrichtung eine solche Recheneinheit aufweisen, sodass durch die optische Vorrichtung aufgenommene Bilder digital durch die Recheneinheit nachbearbeitet und/oder ausgewertet werden können. Deshalb werden die hierin beschriebenen Techniken auch manchmal als digital erweiterte Bildgebung bezeichnet.
Wenn die winkelaufgelöste Beleuchtung zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds des Probenobjekts verwendet wird, kann es möglich sein, dass zwei Bilder des Probenobjekts kombiniert werden, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen assoziiert sind.
Dadurch wird ein Ergebnisbild erhalten, das den Phasenkontrast aufweist. Auch diese Funktionalität kann durch die Recheneinheit implementiert werden. Es können auch
Autofokus-Anwendungen ermöglicht werden.
Die unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen können dabei durch das Verwenden von unterschiedlichen Strahlengängen von Licht implementiert werden. Dies bedeutet, dass es möglich sein kann, das Licht für unterschiedliche Strahlengänge wahlweise auszusenden oder nicht auszusenden, um einzelne Beleuchtungsrichtungen an- oder auszuschalten. Dazu können zum Beispiel separat schaltbare Lichtquellen einer entsprechenden
Lichtquelleneinheit verwendet werden. Diese Lichtquellen können durch eine oder mehrere Leuchten implementiert werden. Es könnte auch ein Laserscanner verwendet werden, wobei Licht wahlweise entlang des entsprechenden Strahlengangs ausgesendet wird oder nicht ausgesendet wird; dann ist nur eine einzelne Leuchte oder eine geringe Anzahl von
Leuchten notwendig.
FIG. 1 illustriert Aspekte in Bezug auf eine optische Vorrichtung 90. Beispielsweise könnte die optische Vorrichtung 90 ein Mikroskop oder ein Laser-Scanning-Mikroskop sein. Die optische Vorrichtung könnte eine Objektiv-Optik aufweisen (nicht dargestellt). Die optische Vorrichtung könnte ein Okular aufweisen (nicht dargestellt).
Die optische Vorrichtung 90 weist einen Detektor 82 und eine zugehörige Detektor-Apertur 81 auf. Die optische Vorrichtung könnte z.B. eine Kamera als Detektor 82 aufweisen. Die optische Vorrichtung könnte eine Beleuchtungsquelle aufweisen, zusätzlich zu einem
Beleuchtungsmodul 102. Die optische Vorrichtung 90 umfasst eine Probenbühne oder einen Probenhalter 95, auf dem ein Probenobjekt 91 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Probenobjekt 91 nahe bei oder in der Fokusebene der optischen Vorrichtung 90 angeordnet sein. In FIG. 1 ist ferner die optische Hauptachse 93 der optischen Vorrichtung 90 dargestellt (gestrichelt-gepunktete Linie in FIG. 1 ).
Die optische Vorrichtung 90 umfasst auch ein Beleuchtungsmodul 101. Das
Beleuchtungsmodul 101 dient dazu, das Probenobjekt 91 wahlweise aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten. Dabei werden die unterschiedlichen
Beleuchtungsrichtungen durch unterschiedliche Strahlengänge 1 12 von Licht implementiert (in FIG. 1 sind die Strahlengänge 1 12 mit den gepunkteten Linien dargestellt).
Die Strahlengänge 1 12 des Lichts werden von einer Lichtquelleneinheit 102 erzeugt.
Beispielsweise könnte die Lichtquelleneinheit 102 einen Laserscanner umfassen, der Licht wahlweise entlang einem oder mehrerer der Strahlengänge 1 12 aussendet. In dem Beispiel der FIG. 1 umfasst die Lichtquelleneinheit 102 jedoch eine Vielzahl von diskreten
Lichtquellen 1 1 1 . Jede der Lichtquellen 1 1 1 aus der Vielzahl von Lichtquellen 1 1 1 kann von einer Steuereinheit (in FIG. 1 nicht dargestellt) individuell an- und ausgeschaltet werden.
Dadurch kann zwischen unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen ausgewählt werden. Beispielsweise könnte eine entsprechende Steuereinheit durch einen Prozessor, einen
Mikroprozessor, ein Feld programmierbares Array (FPGA) oder einen
applikationsspezifischen Prozessor (ASIC) implementiert werden.
Die Strahlengänge 1 12 werden durch eine Optik 103 des Beleuchtungsmoduls 101 geformt. Mittels der Optik 103 wird erreicht, dass die Strahlengänge 1 12 auf das Probenobjekt 91 gelenkt werden und dieses damit ausgeleuchtet wird. In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann die Optik 103 als segmentierte Optik 103 implementiert werden. Dies bedeutet, dass die Optik 103 einzelne Segmente aufweist, wobei
unterschiedliche Segmente unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet sind. Pro Segment kann ein einzelner Strahlengang 1 12 geformt werden; es wäre aber auch möglich, pro Segment mehr als einen Strahlengang 1 12 zu formen. Damit ist es möglich, die einzelnen Segmente besonders gut auf die jeweiligen Erfordernisse des entsprechenden Strahlengangs oder der entsprechenden Strahlengänge 1 12 abzustimmen. Insbesondere im Vergleich zu einer Vollflächen-Optik ohne Segmente kann derart eine genaue und wenig komplexe Strahlformung der Strahlengänge 1 12 erreicht werden. Im Allgemeinen können die Strahlengänge 1 12 jeweils zur großflächigen Beleuchtung des Probenobjekts 91 bzw. des Probenhalters 95 eingerichtet sein. Dies kann bedeuten, dass unterschiedliche Strahlengänge 1 12 zumindest einen gemeinsamen Überlappbereich auf dem Probenhalter 95beleuchten; und nicht komplementäre Bereiche.
Im Beispiel der FIG. 1 ist der Probenhalter 95, auf dem das Probenobjekt 91 angeordnet ist, zwischen dem Beleuchtungsmodul 101 und dem Detektor 82 angeordnet - d.h., in
Durchlicht-Geometrie. Dies bedeutet, dass das optische System 90 für die Durchlicht- Bildgebung eingerichtet ist. In anderen Beispielen könnte das optische System 90 auch für die Auflicht-Bildgebung eingerichtet sein, wenn der Detektor 82 und das Beleuchtungsmodul 101 auf derselben Seite des Probenhalters 95 angeordnet sind, d.h. in Auflicht-Geometrie. Zum Beispiel könnte dazu ein Strahlteiler verwendet werden, der reflektiertes Licht hin zum Detektor 82 lenkt. Dann kann es vermieden werden, dass das Beleuchtungsmodul 101 als Ring-Beleuchtungsmodul ausgestaltet sein muss, weil der Detektor 82 nicht im zentralen Loch des Ring-Beleuchtungsmoduls angeordnet werden muss.
Im Beispiel der FIG. 1 ist ferner ersichtlich, dass einige der Strahlengänge 1 12 ohne
Streuung am Probenobjekt 91 nicht auf den Detektor 82 gelangen, sondern vielmehr durch die Detektorapertur 81 blockiert werden, d.h. im Dunkelfeld der Detektorapertur 81 angeordnet sind. Andere Strahlengänge 1 12 gelangen jedoch auch ohne Streuung am
Probenobjekt 91 direkt auf den Detektor 82, d.h. sie sind im Hellfeld der Detektorapertur 81 angeordnet. Die Anordnung der Strahlengänge 1 12 ist im Beispiel der FIG. 1 also sowohl zur Hellfeld-Bildgebung eingerichtet, als auch zur Dunkelfeld-Bildgebung. Dies wird dadurch erreicht, dass auch Lichtquellen 1 1 1 nahe an der Hauptachse 93 angeordnet sind. Details werden später im Zusammenhang mit FIG. 3 beschrieben.
FIG. 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Beispiele. Zunächst wird in Schritt 5001 die Lichtquelleneinheit 102 angesteuert. Beispielsweise könnte die Lichtquelleneinheit 102 von der Steuereinheit angesteuert werden. Die Lichtquelleneinheit 102 wird angesteuert, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen 1 12 auszusenden, z.B. zeitsequentiell oder zeitüberlappend. Beispielsweise könnten entsprechende Steuerdaten an die Lichtquelleneinheit 102 gesendet werden, die für jeden Strahlengang aus der Vielzahl von Strahlengängen 1 12 indizieren, ob entlang des entsprechenden Strahlengangs 1 12 Licht ausgesendet werden soll oder nicht. Dies bedeutet, dass einzelne Strahlengänge individuell geschaltet werden können. Durch das individuelle Schalten von Strahlengängen 1 12 kann erreicht werden, dass bestimmte Beleuchtungsrichtungen für das Beleuchten des Probenobjekts 91 implementiert werden. Zum Beispiel kann die Wahl der Beleuchtungsrichtung in Abhängigkeit der
Anwendung, die auf der winkelaufgelösten Beleuchtung basiert, getroffen werden. Zum Beispiel könnten für Anwendungen, die die Positionsbestimmung des Probenobjekts 91 betreffen, andere Beleuchtungsrichtungen/Strahlengänge ausgewählt werden, als für Anwendungen, die das Erzeugen eines Phasenkontrastbilds betreffen.
Beispielsweise könnte eine Teilmenge aller Strahlengänge 1 12 aktiviert werden; wobei die Teilmenge auch nur einen einzelnen Strahlengang 1 12 umfassen kann.
Anschließend erfolgt in Schritt 5002 das Transformieren, d.h. beispielsweise das
Fokussieren oder Kollimieren der Vielzahl von Strahlengängen 1 12. Dazu wird eine Vielzahl von optischen Elementen verwendet, die beispielsweise die segmentierte Optik 103 implementieren.
Im optionalen Schritt 5003 wird auch der Detektor 82 angesteuert. Es erfolgt dann - je nach aktiviertem Strahlengang oder aktivierten Strahlengängen aus Schritt 5001 - eine Hellfeld- Bildgebung und/oder eine Dunkelfeld-Bildgebung.
FIG. 3 illustriert Aspekte in Bezug auf die Lichtquelleneinheit 102. Die Lichtquelleneinheit 102 weist einen Träger 121 auf. Beispielsweise könnte der Träger 121 durch eine Leiterplatte oder ein Halbleiter-Substrat implementiert sein. Auf dem Träger 121 sind mehrere Lichtquellen 1 1 1 angeordnet. In dem Beispiel der FIG. 3 sind die Lichtquellen 1 1 1 in einer Gitterstruktur angeordnet. Die Gitterstruktur der
Lichtquellen 1 1 1 weist eine quadratische Einheitszelle auf, wobei in anderen Beispielen auch andere Einheitszellen möglich werden. Beispiele für Einheitszellen umfassen zum Beispiel hexagonale Einheitszellen, rechteckige Einheitszellen, oktogonale Einheitszellen, etc. Es ist im Allgemeinen auch nicht notwendig, dass die Lichtquellen 1 1 1 in einer Gitterstruktur angeordnet sind. Zum Beispiel könnten die Lichtquellen 1 1 1 auch kreisförmig oder zufällig auf dem Träger 121 angeordnet sein.
Die Lichtquellen 1 1 1 könnten zum Beispiel durch Faserenden von Fasern implementiert werden. Dann könnte eine oder mehrere fasergekoppelte Leuchten verwendet werden, um Licht in die Fasern einzuspeisen. Alternativ könnten die Lichtquellen 1 1 1 auch direkt durch auf dem Träger 121 montierte Leuchten implementiert werden, beispielsweise durch Leuchtdioden, etc. Die Lichtquellen 1 1 1 könnten auch integriert mit dem Substrat bereitgestellt werden, z.B. im Fall von VCSELs.
Im Beispiel der FIG. 3 umfasst die Lichtquelleneinheit 102 eine Anzahl von 4 x 4 Lichtquellen 1 1 1 . 1m Allgemeinen wäre es aber auch möglich, dass die Lichtquelleneinheit 102 eine größere oder kleinere Anzahl von Lichtquellen aufweist. Beispielsweise könnte der Abstand 1 1 1 A zwischen benachbarten Lichtquellen im Bereich von 5 mm bis 50 mm liegen.
Beispielsweise könnte die Seitenlänge 121A des Bereichs der Lichtquelleneinheit 102, der von Lichtquellen 1 1 1 besetzt ist, im Bereich von 50 mm bis 200 mm liegen. Mit derart dimensionierten Lichtquelleneinheiten 102 können Beleuchtungsrichtungen implementiert werden, die einen für typische Anwendungen der winkelaufgelösten Beleuchtung genügend groß dimensionierten Raumwinkel befüllen.
In FIG. 3 ist ein Szenario dargestellt, in welchem die laterale Ortsraumdichte der Lichtquellen 1 1 1 innerhalb eines Umfangs 122 eines Bereichs, innerhalb dessen alle Lichtquellen 121 angeordnet sind (in FIG. 3 ist dieser Umfang 122 mit der gestrichelten Linie gekennzeichnet), nicht variiert: der Abstand zwischen nächstbenachbarten Lichtquellen ist wegen der quadratischen Einheitszelle konstant. Dies bedeutet in anderen Worten, dass kein Loch im Träger 121 vorgesehen ist, innerhalb dessen Lichtquellen 1 1 1 fehlen würden. Insbesondere ist kein zentrales Loch vorhanden, sondern es sind vielmehr auch Lichtquellen 1 1 1 nahe der Hauptachse 93 des
entsprechenden optischen Systems (in dem Beispiel der FIG. 3 koinzident mit einem geometrischen Zentrum des Umfangs 122) angeordnet.
Im Allgemeinen wären auch Variationen der Ortsraumdichte der Lichtquellen innerhalb eines Umfangs eines Bereichs, in dem im Wesentlichen alle Lichtquellen 1 1 1 angeordnet sind, möglich. Ein solcher Bereich kann z.B. dadurch definiert sein, dass nicht weniger als 90 % aller Lichtquellen 1 1 1 innerhalb des Umfangs des Bereichs angeordnet sind.
Beispielsweise könnte die Ortsraumdichte innerhalb des Umfangs des Bereichs um nicht mehr als 50 % variieren, optional um nicht mehr als 20 %, weiter optional um nicht mehr als 5 %. Derart kann eine flexible Einstellung von unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen ohne signifikante Lücken sichergestellt werden, was beispielsweise im Zusammenhang mit bestimmten Anwendungen der winkelaufgelösten Beleuchtung - etwa Autofokus-Techniken oder Phasenkontrast-Techniken - erstrebenswert sein kann. Beispielsweise können verschiedene, nah beieinander liegende Beleuchtungsrichtungen implementiert werden: das kann hilfreich sein, wenn sich die Position der Abbildung des Probenobjekts je nach
Beleuchtungsrichtung verschiebt, um derart die Variation der Position der Abbildung zu begrenzen. Außerdem kann dadurch erreicht werden, dass zumindest einige Lichtquellen 1 1 1 innerhalb einer Abbildung der Detektor-Apertur in die Ebene der Lichtquellen 1 1 1 vorhanden sind (diese Abbildung der Detektor-Apertur 81 durch eine Objektiv-Optik ist in FIG. 3 mit der gepunkteten Linie dargestellt). Wenn einige Lichtquellen 1 1 1 innerhalb der Abbildung der Detektor-Apertur liegen und andere Lichtquellen 1 1 1 außerhalb der Abbildung der Detektor- Apertur liegen, so ist die geometrische Anordnung der entsprechenden Strahlengänge sowohl für die Hellfeld-Bildgebung des Mikroskops eingerichtet, als auch für die Dunkelfeld- Bildgebung des Mikroskops eingerichtet - je nachdem, welcher entsprechende Strahlengang 1 12 aktiviert wird. In manchen Beispielen wäre es möglich, dass nur Lichtquellen 1 1 1 für die Hellfeld-Bildgebung vorhanden sind; und keine Lichtquellen 1 1 1 für die Dunkelfeld- Bildgebung.
FIG. 4 illustriert Aspekte in Bezug auf die Lichtquelleneinheit 102. FIG. 4 ist eine
beispielhafte Schnittansicht entlang der Linie X-X' aus FIG. 3. In dem Beispiel der FIG. 4 sind die Lichtquellen 1 1 1 auf einer Oberfläche 121 B des Trägers 121 angeordnet. Die Oberfläche 121 B des Trägers 121 ist planar, das heißt nicht gekrümmt. Weil auch die Lichtquellen 1 1 1 alle gleichartig in Bezug auf die Oberfläche 121 B orientiert sind, sind die Strahlengänge 1 12 des von den Lichtquellen 1 1 1 ausgesendeten Lichts auch alle parallel zueinander und zur optischen Hauptachse 93 orientiert. FIG. 5 illustriert Aspekte in Bezug auf die Lichtquelleneinheit 102. FIG. 5 ist eine
beispielhafte Schnittansicht entlang der Linie X-X Strich aus FIG. 3. Das Beispiel der FIG. 5 entspricht dabei grundsätzlich dem Beispiel aus FIG. 4. Jedoch ist in dem Beispiel der FIG. 5 die Oberfläche 121 B des Trägers 121 gekrümmt. Die verschiedenen Lichtquellen 1 1 1 sind jedoch alle gleichartig in Bezug auf die Oberfläche 121 B orientiert, zum Beispiel entlang einer Flächennormalen (wobei die Flächennormale aufgrund der Krümmung als Funktion der Position auf der Oberfläche 121 B ihre Orientierung verändert). Die Krümmung der
Oberfläche 121 B des Trägers 121 ist zur optischen Hauptachse 93 hin orientiert. Durch solche Techniken kann erreicht werden, dass die verschiedenen Strahlengänge 1 12 bereits in Richtung des Probenobjekts 91 orientiert sind. Dadurch kann eine zusätzliche Umlenkung der Strahlengänge 1 12 durch die segmentierte Optik entbehrlich sein oder zumindest lediglich geringere Umlenkwinkel benötigen. FIG. 6 illustriert Aspekte in Bezug auf die Lichtquelleneinheit 102. FIG. 6 ist eine beispielhafte Schnittansicht entlang der Linie X-X' aus FIG. 3. Das Beispiel der FIG. 6 entspricht dabei grundsätzlich dem Beispiel aus FIG. 5. Jedoch ist in dem Beispiel der FIG. 6 die Oberfläche 121 B des Trägers 121 planar und nicht gekrümmt. Jedoch sind die verschiedenen Lichtquellen 1 1 1 unterschiedlich in Bezug auf die Oberfläche 121 B orientiert. Insbesondere sind die Lichtquellen 1 1 1 auf der Oberfläche 121 B unter unterschiedlichen Winkeln angeordnet. Dies kann zum Beispiel durch verkippte Bohrungen erreicht werden, in welche die verschiedenen Lichtquellen 1 1 1 eingesetzt werden. Auch durch solche Techniken kann erreicht werden, dass die verschiedenen Strahlengänge 1 12 bereits in Richtung des Probenobjekts 91 orientiert sind. Dadurch kann eine zusätzliche Umlenkung der
Strahlengänge 1 12 durch die segmentierte Optik entbehrlich sein oder zumindest lediglich geringere Umlenkwinkel benötigen.
FIG. 7 illustriert Aspekte in Bezug auf die Lichtquelleneinheit 102. FIG. 7 ist eine
beispielhafte Seitenansicht einer Lichtquelleneinheit 102. Die Lichtquelleneinheit 102 gemäß dem Beispiel der FIG. 7 umfasst auch eine Vielzahl von Lichtquellen 1 1 1 . Dabei sind die Lichtquellen 1 1 1 jedoch gruppenweise auf unterschiedlichen Trägern 121 -123 angeordnet. Jeder der Träger 121 -123 weist dabei eine planare Oberfläche 121 B-123B auf; die
Oberflächen 121 B-123B sind aber unter verschiedenen Winkeln angeordnet. Auch durch solche Techniken kann erreicht werden, dass die verschiedenen Strahlengänge 1 12 bereits in Richtung des Probenobjekts 91 orientiert sind. Dadurch kann eine zusätzliche Umlenkung der Strahlengänge 1 12 durch die segmentierte Optik entbehrlich sein oder zumindest lediglich geringere Umlenkwinkel benötigen. Die Techniken, die voranstehend in Bezug auf die FIGs. 5 und 6 und 7 illustriert wurden, können in unterschiedlichen Beispielen auch miteinander kombiniert werden. Derart können besonders große Winkel zwischen den verschiedenen Strahlengängen 1 12 erreicht werden.
FIG. 8 illustriert Aspekte in Bezug auf die relative Anordnung der Lichtquelleneinheit 102 zur segmentierten Optik 103 (in dem Beispiel der FIG. 8 sind die einzelnen Segmente der segmentierten Optik 103 aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt).
In dem Beispiel der FIG. 8 ist die segmentierte Optik 103 als einstückiges Teil 131 ausgebildet. Beispielsweise könnten Oberflächen des einstückigen Teils eine Struktur aufweisen, sodass dadurch eine Vielzahl von optischen Elementen, die jeweils
unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet sind, definiert werden (in FIG. 8 nicht gezeigt). Das einstückige Teil 131 ist in dem Beispiel der FIG. 8 mit den verschiedenen Strahlengängen 1 12 assoziiert, die zu Lichtquellen 1 1 1 gehören, die auf unterschiedlichen Trägern 121 -123 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass das einstückige Teil 131
vergleichsweise groß dimensioniert ist, insbesondere größer als die verschiedenen Träger 121 -123.
FIG. 9 illustriert Aspekte in Bezug auf die relative Anordnung der Lichtquelleneinheit 102 zu segmentierten Optik 103. Das Beispiel der FIG. 9 entspricht dabei grundsätzlich dem
Beispiel der FIG. 8. Jedoch umfasst die segmentierte Optik 103 in dem Beispiel der FIG. 9 mehrere einstückige Teile 131 -133. Beispielsweise könnten Oberflächen der einstückigen Teile 131 -133 eine Struktur aufweisen, sodass dadurch jeweils eine Vielzahl von optischen Elementen pro einstückigen Teil 131 -133 definiert werden (in FIG. 9 nicht dargestellt). Die unterschiedlichen optischen Elemente können dann unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet sein.
In dem Beispiel der FIG. 9 sind die auf den Oberflächen 121A-121 C unterschiedlicher Träger 121 -123 angeordneten Lichtquellen 1 1 1 mit optischen Elementen assoziiert, die
unterschiedlichen einstückigen Teilen 131 -133 zugeordnet sind. Dadurch können die einzelnen einstückigen Teile 131 -133 kleiner dimensioniert werden und besser an die jeweiligen Erfordernisse der unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 angepasst werden.
In FIGs. 7 - 9 sind zwischen den Trägern 121 -123 jeweils kleine Löcher 199 vorhanden, in denen keine Lichtquellen 1 1 1 angeordnet sind. Diese Löcher sind in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen aber besonders klein dimensioniert: beispielsweise kann die laterale Ortsraumdichte der Lichtquellen 1 1 1 um nicht mehr als 50 % variieren, innerhalb des Umfangs 122. Beispielsweise ist in den FIG. 7 - 9 der Abstand zwischen
nächstbenachbarten Lichtquellen 1 1 1 auf unterschiedlichen Trägern 121 -123 im Bereich der Löcher 199 in etwa doppelt so groß wie außerhalb des Bereichs der Löcher 199. Auch im Fall der FIGs. 7 - 9 werden die Löcher 199 nicht dazu verwendet, um Licht zum Detektor 81 zu lenken.
FIG. 10 illustriert Aspekte in Bezug auf die Formung von Strahlengängen 1 12. FIG. 10 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf die segmentierte Optik 103. In dem Beispiel der FIG. 10 ist die segmentierte Optik 103 als einstückiges Teil 131 ausgebildet. Beispielweise könnte das einstückige Teil 131 aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein. Ein beispielhaftes Material wäre Luxexcel Opticlear (TM), Polycarbonat, PMMA, etc. Die segmentierte Optik 103 implementiert eine Vielzahl von optischen Elementen 201 -203 (in FIG. 10 sind aus Gründen der Einfachheit nicht alle optischen Elemente mit Bezugszeichen versehen). Die optischen Elemente 201 -203 sind lateral zueinander versetzt, d.h. senkrecht zur optischen Hauptachse 93 und auch zu den Zentralstrahlen der Strahlengänge 1 12 nahe bei den Lichtquellen 1 1 1. In dem Beispiel der FIG. 10 ist jedes optische Element 201 -203 einem bestimmten Strahlengangs 1 12 bzw. einer bestimmten Lichtquelle 1 1 1 zugeordnet. Das optische Element 201 -203 transformiert den entsprechenden Strahlengangs 1 12, sodass die Divergenz herabgesetzt wird, jedoch grundsätzlich erhalten bleibt. In anderen Beispielen könnte das optische Element 201 -203 auch eine Kollimation des entsprechenden Strahlengangs 1 12 implementieren bzw. einen konvergenten Strahlengang erreichen.
Durch diese Strahlformung kann erreicht werden, dass das Probenobjekt 91 geeignet ausgeleuchtet wird, auch wenn dieses typische laterale Ausdehnungen (vertikale Richtung in FIG. 10) im Bereich von 1-10 mm aufweist. Insbesondere kann ein besonders großer Lichtleitwert im Bereich des Probenobjekts 91 erreicht werden.
Indem für unterschiedliche Strahlengänge 1 12 unterschiedliche optische Elemente 201 -203 verwendet werden, kann das Verwenden einer besonders komplizierten, teuren und aufwendig herzustellenden Vollflächen-Optik vermieden werden. In dem Beispiel der FIG. 10 ist die strukturierte Optik 103 weiterhin eingerichtet, um die Strahlengänge 1 12 umzulenken. Insbesondere sind also zumindest einige der optischen Elemente 201 -203 eingerichtet, um den entsprechenden Strahlengangs 1 12 umzulenken. Dabei werden die Strahlengänge 1 12 jeweils in Richtung der optischen Hauptachse 93 bzw. in Richtung des Probenobjekts 91 umgelenkt.
Diese Funktionalität der Strahlformung und Umlenkung wird durch die geeignete Form der Oberflächen 221 , 222 des einstückigen Teils 131 erreicht. Beispielsweise implementieren die Oberflächen 222 ein Linsenarray mit mehreren Linsen. Unterschiedliche Linsen dieses Linsenarray sind dabei wiederum unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet. Die Oberflächen 221 implementieren ein Prismenarray mit mehreren Prismen. Unterschiedliche Prismen des Prismenarrays sind dabei wiederum unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet. Das Linsenarray implementiert die Strahlformung; das Prismenarray implementiert die Umlenkung.
FIG. 1 1 ist eine Perspektivansicht des einstückigen Teils 131 der segmentierten Optik 103 gemäß dem Beispiel der FIG. 10. In FIG. 1 1 ist die Oberfläche 221 dargestellt, die ein Prismenarray implementiert.
Aus den FIGs. 10 und 1 1 ist ersichtlich, dass die unterschiedlichen optischen Elemente 201 - 203 jeweils eine unterschiedliche Strahlformung und eine unterschiedliche Umlenkung des entsprechenden Strahlengangs 1 12 implementieren. Beispielsweise erfolgt für solche optischen Elemente 201 -203, die weiter beabstandet von der optischen Hauptachse 93 angeordnet sind (oben und unten in FIG. 10), eine Fokussierung mit einer größeren
Brennweite, d.h. es könnte eine stärkere Divergenz vorliegen; dadurch wird der größere Abstand zum Probenobjekt 91 kompensiert. Außerdem erfolgt für solche optischen Elemente 201 -203, die weiter beabstandet von der optischen Hauptachse drei 90 angeordnet sind (oben und unten in FIG. 10), eine Umlenkung mit einem größeren Umlenkwinkel; dadurch wird der größere Abstand zur optischen Hauptachse 93 kompensiert. Dies drückt sich durch eine Variation der Oberflächengeometrie der Oberflächen 221 , 222 der optischen Elemente 201 -203 aus.
Aus FIG. 1 1 ist ersichtlich, dass die verschiedenen optischen Elemente 201 -203 in einer Gitterstruktur mit einer quadratischen Einheitszelle angeordnet sind. Zum Beispiel kann diese Gitterstruktur korrelieren mit der Gitterstruktur der Lichtquellen 1 1 1 der
Lichtquelleneinheit 102. Diese können in dem Beispiel der FIG. 1 1 auch mit einer quadratischen Einheitszelle angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, dass möglichst viel Licht in die jeweilige Apertur des entsprechenden optischen Elements 201 -203 fällt.
Es werden auch andere Formen der Einheitszelle möglich. Beispielsweise illustriert FIG. 12 eine gedrehte quadratische Einheitszelle für das Gitter der Lichtquellen 1 1 1 . Andere
Beispiele umfassen: eine hexagonale Einheitszelle; eine oktogonale Einheitszelle; eine rechteckige Einheitszelle; und eine quadratische Einheitszelle.
In anderen Beispielen kann es entbehrlich sein, dass die Lichtquellen 1 1 1 in einer
Gitterstruktur angeordnet sind. So illustriert FIG. 13 ein Beispiel, in welchem die Lichtquellen 1 1 1 ringförmig angeordnet sind. Ein solches Beispiel könnte zum Beispiel mit einer segmentierten Optik 103 kombiniert werden, die als Fresnellinse implementiert ist. FIG. 14 illustriert Aspekte in Bezug auf die Strahlformung des Strahlengangs 1 12 durch ein optisches Element 201. Insbesondere illustriert FIG. 14 die Fokussierung des Strahlengangs 1 12 mit einer positiven Brennweite; eine Rest-Divergenz bleibt auch nach Transformation bestehen. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Bereich des Probenobjekts 91
ausgeleuchtet wird, der größer als die Apertur des optischen Elements 201 ist.
Insbesondere in einem solchen Szenario kann es möglich sein, dass ein Überlappbereich des Probenobjekts von den verschiedenen Strahlengängen 1 12 beleuchtet werden kann. Dadurch kann eine großflächige Beleuchtung des Probenobjekts ermöglicht werden, was insbesondere im Zusammenhang mit der Phasenkontrast-Bildgebung oder Autofokus-
Anwendungen im Zusammenhang mit der winkelaufgelösten Beleuchtung hilfreich sein kann. Eine solche großflächige Beleuchtung des Probenobjekts kann auch in anderen Varianten der Strahlformung erzielt werden, je nachdem welche Charakteristik der von den Lichtquellen 1 1 1 ausgehende Strahlengang 1 12 aufweist.
FIG. 15 illustriert Aspekte in Bezug auf die Strahlformung des Strahlengangs 1 12 durch ein optisches Element 201. Insbesondere illustriert FIG. 15 die Kollimation des Strahlengangs 1 12. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Bereich des Probenobjekts 91 ausgeleuchtet wird, der so groß wie die Apertur des optischen Elements 201 ist. Dabei wäre ggf. die Projektion in die Ebene senkrecht zum Strahlengang bei Beleuchtung aus einer schrägen Richtung zu berücksichtigen.
FIG. 16 illustriert Aspekte in Bezug auf die Strahlformung des Strahlengangs 1 12 durch ein optisches Element 201. Insbesondere illustriert FIG. 16 die Fokussierung des Strahlengangs 1 12 mit einer positiven Brennweite. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Bereich des
Probenobjekts 91 ausgeleuchtet wird, der kleiner als die Apertur des optischen Elements 201 ist.
Durch geeignete Ausbildung der Vielzahl von optischen Elementen 201 -203 können die unterschiedlichen Varianten der Strahlformung an die Erfordernisse der entsprechenden optischen Vorrichtung 90 angepasst werden.
FIG. 17 illustriert Aspekte in Bezug auf die Formung von Strahlengängen 1 12. FIG. 17 illustriert weiterhin Aspekte in Bezug auf die segmentierte Optik 103. In dem Beispiel der FIG. 17 umfasst die segmentierte Optik 103 ein Linsenarray, dass durch die Oberfläche 221 des einstückigen Teils 131 ausgebildet wird. Außerdem umfasst die segmentierte Optik 103 eine Fresnellinse, die als Vollflächen-Linse ausgebildet ist, d.h. eine Vielzahl von Strahlengängen 1 12 formt. Die Fresnellinse umfasst Ringzonen, wobei unterschiedliche Ringzonen unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet sind (in FIG. 17 sind die Ringzonen nicht dargestellt). Aus FIG. 17 ist ersichtlich, dass die segmentierte Optik im Allgemeinen auch optische Komponenten aufweisen kann, die längs der optischen Hauptachse 93 beabstandet angeordnet sind.
Beispielsweise wäre es in manchen Beispielen möglich, eine Fresnellinse als Vollflächen- Linse mit weiteren optischen Elementen zu kombinieren. Beispielsweise wäre es möglich, dass eine Vielzahl von Lichtquellen der Lichtquelleneinheit auf einem Träger angeordnet ist; weiterhin können mehrere optische Elemente mit dem Träger gekoppelt sein. Zum Beispiel könnte pro Lichtquelleneinheit ein mit dem Träger gekoppeltes optisches Element, wie beispielsweise eine Sammellinse zur Reduktion der Divergenz, vorgesehen sein. In einem gewissen Abstand dazu kann dann die Fresnellinse angeordnet sein.
FIG. 18 illustriert Aspekte in Bezug auf die Zuordnung von Strahlengängen 1 12 zu optischen Elementen 201 , 202. In dem Beispiel der FIG. 18 ist jedem optischen Element 201 , 202 ein einzelner Strahlengang 1 12 zugeordnet.
FIG. 18 illustriert ferner, dass Zentralachsen 201 D, 202D der optischen Elemente 201 , 202 parallel zu den Zentralstrahlen des entsprechenden Strahlengangs 1 12 verlaufen und an diesen ausgerichtet sind (in FIG. 18 sind jeweils die Zentralstrahlen der Strahlengänge 1 12 mit den gepunkteten Linien dargestellt). Dies bedeutet, dass die optischen Elemente 201 , 202 zentrisch gegenüber dem Zentralstrahl des entsprechenden Strahlengangs 1 12 angeordnet sind.
In dem Beispiel der FIG. 18 ist die segmentierte Optik ferner nicht einstückig ausgebildet. Zum Beispiel könnten die verschiedenen optischen Elemente 201 , 202 durch einen Rahmen relativ zueinander fixiert werden.
FIG. 19 illustriert Aspekte in Bezug auf die Zuordnung von Strahlengängen 1 12 zu optischen Elementen 201 , 202. Dabei entspricht das Beispiel der FIG. 19 grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 18. In dem Beispiel der FIG. 19 sind die optischen Elemente 201 , 202 jedoch jeweils azentrisch gegenüber dem Zentralstrahl des entsprechenden Strahlengangs 1 12 angeordnet (entsprechendes ist auch aus FIG. 10 ersichtlich, wo die Azentrizität für größere Abstände zur Achse 93 zunimmt). Durch solche Techniken kann ein besonders hoher Lichtleitwert erreicht werden. Beispielsweise könnte (auch bezugnehmend auf das Beispiel der FIG. 10) bei einer geeigneten Ausbildung der verschiedenen Oberflächen 221 , 222 der optischen Elemente 201 -203 derart eine Verschiebung der jeweiligen Zentralachse in 201 D, 202D zwischen Vorderseite 221 und Rückseite 222 erreicht werden. Dadurch kann die Strahlumlenkung aufgrund des durch die Vorderseite 201 20 ausgebildeten Prismas 221 berücksichtigt werden. Es geht dann weniger Licht verloren.
FIG. 20 illustriert Aspekte in Bezug auf die Zuordnung von Strahlengängen 1 12 zu optischen Elementen 201 , 202. Dabei entspricht das Beispiel der FIG. 20 grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 18. In dem Beispiel der FIG. 20 sind die optischen Elemente 201 , 202 jedoch einstückig ausgebildet. Zum Beispiel könnte die Implementierung der FIG. 20 auch mit der Implementierung der FIG. 19 kombiniert werden.
FIG. 21 illustriert Aspekte in Bezug auf die Zuordnung von Strahlengängen 1 12 zu optischen Elementen 201 , 202. Dabei entspricht das Beispiel der FIG. 21 grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 18. In dem Beispiel der FIG. 21 sind jedoch jeweils drei Strahlengänge 1 12 einem einzelnen optischen Element 201 , 202 zugeordnet. Beispielsweise könnten die mit einem gemeinsamen optischen Element 201 , 202 assoziierten Lichtquellen 1 1 1 auf einem gemeinsamen Halbleiter-Substrat integriert sein. Beispielsweise könnten die mit einem gemeinsamen optischen Element 201 , 202 assoziierten Lichtquellen 1 1 1 Licht mit unterschiedlichen Farben, beispielsweise Rot, Grün und Blau, aussenden. Die Lichtquellen 1 1 1 könnten eine Leuchte als 3-Chip Leuchtdiode ausbilden.
FIG. 22 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Blendeneinheit 300. Die Blendeneinheit 300 implementiert eine Vielzahl von Blenden, wobei unterschiedliche Blenden unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 zugeordnet sind. In dem Beispiel der FIG. 22 ist die Blendeneinheit 300 angrenzend an die Lichtquelleneinheit 102 bzw. die Lichtquellen 1 1 1 angeordnet. Dadurch kann die divergente Ausbreitung des Lichts nahe bei den Lichtquellen 1 1 1 unterdrückt werden und ein Übersprechen zwischen unterschiedlichen Strahlengängen 1 12 vermieden werden. In anderen Beispielen könnte die Blendeneinheit 300 zum Beispiel auch hinter der segmentierten Optik 103 angeordnet sein.
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche 1 . Beleuchtungsmodul (101 ) für ein Mikroskop (90), das umfasst:
- eine Lichtquelleneinheit (102), die eingerichtet ist, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen (1 12) auszusenden, und
- eine Vielzahl von lateral versetzt angeordneten optischen Elementen (201 -203), wobei jedes optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) jeweils eingerichtet ist, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang (1 12) aus der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) zu transformieren,
wobei die Lichtquelleneinheit (102) mindestens einen Träger (121 -123) und eine am mindestens einen Träger (121 -123) angebrachte Vielzahl von separat ansteuerbaren
Lichtquellen (1 1 1 ) umfasst,
wobei die Lichtquellen (1 1 1 ) der Vielzahl von Lichtquellen (1 1 1 ) jeweils eingerichtet sind, um wahlweise Licht entlang eines entsprechenden Strahlengangs (1 12) aus der
Vielzahl von Strahlengängen (1 12) auszusenden,
wobei eine Ortsraumdichte der Lichtquellen (1 1 1 ) innerhalb eines Umfangs (122) eines Bereichs des mindestens einen Trägers (121 -123), in dem nicht weniger als 90 % aller Lichtquellen liegen, um nicht mehr als 50 % variiert.
2. Beleuchtungsmodul (101 ) nach Anspruch 1 ,
wobei zumindest einige optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) jeweils eingerichtet sind, um den entsprechenden mindestens einen Strahlengang (1 12) umzulenken.
3. Beleuchtungsmodul (101 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) ein Prismenarray mit mehreren Prismen ausbildet, wobei unterschiedliche Prismen des Prismenarrays
unterschiedlichen Strahlengängen (1 12) zugeordnet sind.
4. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) ein Linsenarray mit mehreren Linsen ausbildet, wobei unterschiedliche Linsen des Linsenarrays unterschiedlichen
Strahlengängen (1 12) zugeordnet sind.
5. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst:
- eine Vollflächen-Linse, die in der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) vor oder hinter der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) angeordnet ist.
6. Beleuchtungsmodul (101 ) nach Anspruch 5,
wobei die Vollflächen-Linse eine Fresnellinse mit mehreren Ringzonen umfasst, wobei unterschiedliche Ringzonen unterschiedlichen Strahlengängen (1 12) aus der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) zugeordnet sind.
7. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquellen (1 1 1 ) auf der Oberfläche (121 B, 122B, 123B) des mindestens einen Trägers (121 -123) angeordnet sind,
wobei die Oberfläche (121 B, 122B, 123B) des mindestens einen Trägers (121 -123) gekrümmt ist.
8. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquellen (1 1 1 ) auf der Oberfläche (121 B, 122B, 123B) des mindestens einen Trägers (121 -123) unter unterschiedlichen Winkel angeordnet sind.
9. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquelleneinheit (102) mehrere Träger (121 -123) umfasst,
wobei die Lichtquellen (1 1 1 ) auf Oberflächen der Träger (121 -123) angeordnet sind, wobei die Oberflächen verschiedener Träger (121-123) gegeneinander verkippt sind.
10. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei zumindest einige optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) als einstückiges Teil (131 -133) ausgebildet sind.
1 1 . Beleuchtungsmodul (101 ) nach Anspruch 9 und 10,
wobei die auf den Oberflächen unterschiedlicher Träger (121 -123) angeordneten Lichtquellen (1 1 1 ) mit optischen Elementen (201 -203) assoziiert sind, die unterschiedlichen einstückigen Teilen (131 -133) zugeordnet sind.
12. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst: - eine Vielzahl von Blenden, die unterschiedlichen Strahlengängen (1 12) zugeordnet sind.
13. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei zumindest einige optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen
(201 -203) jeweils azentrisch gegenüber einem Zentralstrahl des entsprechenden mindestens einen Strahlengangs (1 12) angeordnet sind.
14. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Vielzahl von Lichtquellen (1 1 1 ) eine Gitterstruktur ausbildet,
wobei die Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) eine Gitterstruktur ausbildet, welche der von der Vielzahl von Lichtquellen (1 1 1 ) ausgebildeten Gitterstruktur entspricht.
15. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquelleneinheit (102) eine Vielzahl von fasergekoppelten Leuchten als
Lichtquellen (1 1 1 ) umfasst.
16. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei zumindest einige optische Elemente der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) zumindest einige Strahlengänge der Vielzahl von Strahlengänge (1 12) mit Rest- Divergenz fokussieren.
17. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei unterschiedliche optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) eine unterschiedliche Strahlformung des entsprechenden mindestens einen Strahlengänge bewirken.
18. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei unterschiedliche optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) eine Fokussierung mit unterschiedlicher Brennweite bewirken.
19. Beleuchtungsmodul (101 ) nach Anspruch 18,
wobei solche optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen, die einen größeren Abstand zu einer Hauptachse (93) des Mikroskops (90) aufweisen, eine Fokussierung mit größerer oder kleinerer Brennweite bewirken, als solche optische Elemente aus der Vielzahl von optischen Elementen, die einen kleineren Abstand zur optischen Hauptachse aufweisen.
20. Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen der Lichtquelleneinheit durch eine Vier-Quadranten- Leuchtdiodeneinheit implementiert sind.
21 . Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, das weiterhin umfasst:
- eine Kondensoroptik,
wobei die Vielzahl von optischen Elementen zwischen der Lichtquelleneinheit und der Kondensoroptik angeordnet ist.
22. Mikroskop (90), umfassend das Beleuchtungsmodul (101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
23. Mikroskop (90) nach Anspruch 22,
wobei eine geometrische Anordnung zumindest eines Strahlengangs der Vielzahl von Strahlengänge (1 12) für eine Hellfeld-Bildgebung des Mikroskops (90) eingerichtet ist.
24. Mikroskop (90), das umfasst:
- ein Beleuchtungsmodul (101 ), das umfasst:
- eine Lichtquelleneinheit (102), die eingerichtet ist, um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen (1 12) auszusenden, und
- eine Vielzahl von lateral versetzt angeordneten optischen Elementen (201 - 203), wobei jedes optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) jeweils eingerichtet ist, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang (1 12) aus der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) zu transformieren,
wobei eine geometrische Anordnung zumindest eines Strahlengangs der Vielzahl von Strahlengänge (1 12) für eine Hellfeld-Bildgebung des Mikroskops (90) eingerichtet ist.
25. Mikroskop (90) nach einem der Ansprüche 22 - 24,
wobei eine geometrische Anordnung zumindest eines weiteren Strahlengangs der Vielzahl von Strahlengänge (1 12) für eine Dunkelfeld-Bildgebung des Mikroskops (90) eingerichtet ist.
26. Mikroskop (90) nach einem der Ansprüche 22 - 25, das weiterhin umfasst:
- einen Detektor (82), und
- einen Probenhalter (95),
wobei das Beleuchtungsmodul und der Detektor in Durchlicht-Geometrie in Bezug auf den Probenhalter (95) angeordnet sind.
27. Mikroskop (90) nach einem der Ansprüche 22 - 26, das weiterhin umfasst:
- einen Detektor (82), und
- einen Probenhalter (95),
wobei die Strahlengänge der Vielzahl von Strahlengänge (1 12) angeordnet sind, um einen gemeinsamen Überlappbereich auf dem Probenhalter (95) zu beleuchten.
28. Verfahren zum Betreiben eines Mikroskops (90), das umfasst:
- Ansteuern einer Lichtquelleneinheit (102) eines Beleuchtungsmoduls (101 ) des Mikroskops (90), um jeweils wahlweise Licht entlang einer Vielzahl von Strahlengängen (1 12) auszusenden,
- Transformieren der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) mittels einer Vielzahl von lateral versetzt angeordneten optischen Elementen (201 -203) des Beleuchtungsmoduls (101 ), wobei jedes optische Element aus der Vielzahl von optischen Elementen (201 -203) jeweils eingerichtet ist, um mindestens einen entsprechenden Strahlengang (1 12) aus der Vielzahl von Strahlengängen (1 12) zu transformieren, und
- Ansteuern eines Detektors (82) des Mikroskops zum Durchführen einer Bildgebung mittels des Lichts das entlang zumindest eines Strahlengangs der Vielzahl von
Strahlengänge ausgesendet wird,
wobei die Lichtquelleneinheit (102) für eine Hellfeld-Bildgebung des Detektors (82) angesteuert wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28,
wobei die Lichtquelleneinheit (102) auch für eine Dunkelfeld-Bildgebung des
Detektors (82) angesteuert wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29,
wobei das Verfahren von einem Mikroskop (90) nach einem der Ansprüche 22-27 ausgeführt wird.
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