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Dokumentenidentifikation DE102004058833A1 08.06.2006
Titel Optische Anordnung für ein Mikroskop und ein Mikroskop
Anmelder Leica Microsystems CMS GmbH, 35578 Wetzlar, DE
Erfinder Riedmann, Jürgen, 67376 Harthausen, DE
Vertreter Ullrich & Naumann, 69115 Heidelberg
DE-Anmeldedatum 06.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004058833
Offenlegungstag 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Eine optische Anordnung für ein Mikroskop, insbesondere für ein Scanmikroskop, mit einem in einem divergenten und/oder konvergenten Strahlengang zugeordneten Strahlteiler (1) zur Trennung eines von einer Beleuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungslichts (2) von einem von einer zu untersuchenden Probe ausgehenden Detektionslicht (3) ist im Hinblick auf eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern auch bei der Verwendung von dicken Strahlteilern (1) derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Strahlteiler (1) keilförmig und - zur Reflexion im Wesentlichen an einer Glas-Luft-Grenzfläche (4) - als Strahlteilerplatte ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein Mikroskop mit einer derartigen optischen Anordnung angegeben.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für ein Mikroskop, insbesondere für ein Scanmikroskop, mit einem in einem divergenten und/oder konvergenten Strahlengang angeordneten Strahlteiler zur Trennung eines von einer Beleuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungslichts von einem von einer zu untersuchenden Probe ausgehenden Detektionslicht. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Mikroskop, insbesondere Scanmikroskop, mit einer derartigen optischen Anordnung.

Optische Anordnungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt. Beispielsweise werden in konfokalen Laser-Scanmikroskopen Strahlteiler eingesetzt, um das als Fluoreszenzlicht vorliegende Detektionslicht, das die Information über die Probe trägt, vom als Anregungslicht vorliegenden Beleuchtungslicht zu trennen, mit dem Farbstoffe in der Probe angeregt werden. Positioniert man diesen Strahlteiler im di-/konvergenten Strahlengang hat man den Vorteil eines einfachen optischen Systems und nur geringer Störeinflüsse durch am Strahlteiler auftretende Interferenzen. Nachteilig gegenüber dem Einsatz des Strahlteilers im kollimierten Strahl sind die im di-/konvergenten Strahl entstehenden Abbildungsfehler. Die bei einer Positionierung des Strahlteilers im di-/konvergenten Strahl eingeführten Abbildungsfehler sind etwa proportional zur Dicke des Strahlteilers.

Bei einer jüngeren Entwicklung der Fertigungstechnologie von Strahlteilern erreicht man durch die kontrollierte Aufbringung von deutlich mehr – bis zu einigen hundert – Einzelschichten eine deutlich verbesserte Leistung dieser Strahlteiler hinsichtlich Transmission, Reflexion und Kantensteilheit. Diese insgesamt dicken Schichten führen jedoch auch zu höheren Materialspannungen im beschichteten Material. Dies hat gegenüber konventioneller Beschichtungstechnologie erhöhte Deformationen zur Folge, welchen man mit dickeren Substraten begegnet.

Soll ein solcher, neuartiger und verbesserter Strahlteiler mit seiner erforderlichen Dicke von etwa 4 mm im di-/konvergenten Strahl eines konfokalen Laser-Scanmikroskops eingesetzt werden, müssen die durch die große Dicke eingeführten starken Abbildungsfehler korrigiert werden. Dies war bei geeignetem optischem Design des Gesamtsystems bei Einsatz konventioneller Strahlteiler mit einer vergleichsweise geringen Dicke von beispielsweise 0,75 mm bisher nicht erforderlich.

Bei herkömmlichen optischen Anordnungen ist es üblich, planparallele Strahlteiler einzusetzen und diese planparallelen Strahlteiler gegebenenfalls mit anderen planparallelen Glaselementen zu kombinieren.

Beispielsweise wird ein eingeführter Farbquerfehler durch Einsatz einer zweiten planparallelen Glasplatte korrigiert, die gegenüber dem Strahlteiler um 180° gekippt ist. Jedoch wird in diesem Fall durch die Korrektur des Farbfehlers der Astigmatismus des Systems weiter vergrößert.

Bei einer weiteren beispielhaften herkömmlichen Anordnung erfolgt die Korrektur des eingeführten Astigmatismus durch eine weitere planparallele Glasplatte, die meridional um 90° gegenüber dem Strahlteiler gedreht ist. Durch eine derartige Korrektur des Astigmatismus wird jedoch der Farbfehler der optischen Anordnung weiter vergrößert.

Des Weiteren ist es bekannt, Strahlteiler zur Vermeidung von störenden Interferenzmustern beim Einsatz im kollimierten Strahl nicht als planparallele Platte auszuführen, sondern als Platte mit leichtem Keilwinkel. Dies ist jedoch ausschließlich für den Einsatz des Strahlteilers im kollimierten Strahl beschrieben. Beim Einsatz des Strahlteilers im di-/konvergenten Strahl ist diese Maßnahme nicht erforderlich, da die auftretenden Interferenzen hier alleine durch die Divergenz des Lichts ein Muster erzeugen, das die Funktion des konfokalen Laser-Scanmikroskops nicht beeinträchtigt. Durch den Keilwinkel – Prismeneffekt – werden bei dieser herkömmlichen Maßnahme Farbfehler eingeführt, zu deren Korrektur ein weiteres, identisches Keilplättchen verwendet werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung für ein Mikroskop und ein Mikroskop der eingangs genannten Art anzugeben, wonach eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern auch bei der Verwendung von dicken Strahlteilern mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine optische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die optische Anordnung der eingangs genannten Art derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Strahlteiler keilförmig und – zur Reflexion im Wesentlichen an einer Glas-Luft-Grenzfläche – als Strahlteilerplatte ausgebildet ist.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern auch bei Anordnung des Strahlteilers im di-/konvergenten Strahl mit konstruktiv einfachen Mitteln möglich ist. Hierzu ist der Strahlteiler im Konkreten keilförmig und als Strahlteilerplatte ausgebildet. Bei einem derartigen Strahlteiler erfolgt die Reflexion eines Lichtstrahls im Wesentlichen an einer Glas-Luft-Grenzfläche an der Oberfläche des Strahlteilers. Hierdurch wird eine Korrektur von durch dicke Strahlteilerplatten eingeführten Abbildungsfehlern – im Wesentlichen Astigmatismus und Farbquerfehler – ermöglicht. Folglich können auch Strahlteiler neuer Technologie, die Dicken von etwa 4 mm aufweisen, verwendet werden, ohne dass eine Schwächung der Leistung der optischen Anordnung aufgrund von Abbildungsfehlern oder Interferenzen in Kauf genommen werden muss.

Folglich ist eine optische Anordnung angegeben, bei der eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern auch bei der Verwendung von dicken Strahlteilern mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist.

Eine weiter verbesserte Korrektur könnte durch die Anordnung eines Glasplättchens im Strahlengang nach dem Strahlteiler erreicht werden. Genauer gesagt ist das Glasplättchen von der Probe aus gesehen nach dem Strahlteiler im Detektions-Strahlengang angeordnet.

Weiterhin im Hinblick auf eine besonders sichere Korrektur von Abbildungsfehlern könnte das Glasplättchen bezüglich des Strahlteilers unterschiedlich orientiert und/oder geformt sein. Die Orientierung und/oder Form des Glasplättchens ist hierbei auf den verwendeten Strahlteiler abzustimmen. Die unterschiedliche Orientierung und/oder Form des Glasplättchens bedeutet einen wesentlichen Unterschied bezüglich bisher verwendeter Glasplättchen, die üblicherweise lediglich gespiegelt oder rotiert zum Strahlteiler angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung und/oder Ausgestaltung weicht hiervon deutlich ab.

In weiter vorteilhafter Weise könnte das Glasplättchen keilförmig ausgebildet sein. Hierdurch lässt sich eine besonders sichere Korrektur von Abbildungsfehlern im di-/konvergenten Strahl erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist wesentlich, dass eine gleichzeitige Korrektur von Farbquerfehler und Astigmatismus realisiert ist. Bei der erfindungsgemäßen optischen Anordnung muss also nicht in Kauf genommen werden, dass bei einer Korrektur des einen Fehlers eine Verschlechterung beim anderen Fehler auftritt.

Bei einer konkreten Ausgestaltung könnte das Glasplättchen eine Mittendicke von etwa 4,88 mm aufweisen. Des Weiteren könnte eine Vorderfläche des Glasplättchens in einem Winkel von –51°27' zur optischen Achse der Anordnung orientiert sein. Eine hintere Fläche des Glasplättchens könnte in einem Winkel von –51°45' zur optischen Achse der Anordnung orientiert sein. Mit einer derartigen konkreten Dimensionierung und Anordnung des Glasplättchens könnte eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern erfolgen.

Bei einer weiteren konkreten Ausgestaltung der optischen Anordnung könnte der Strahlteiler eine Mittendicke von etwa 4 mm aufweisen. Dabei könnte der Strahlteiler einen Keilwinkel von 21,6' aufweisen. Ein derartiger Strahlteiler könnte im Hinblick auf eine besonders sichere Korrektur von Abbildungsfehlern mit einem Glasplättchen kombiniert werden, das wie oben beschrieben dimensioniert und im Strahlengang angeordnet ist.

Zur Erzeugung eines konvergenten Strahls könnte in dem Strahlengang – von der Probe aus gesehen – vor dem Strahlteiler eine Fokuslinse mit einer Brennweite von etwa 80 mm angeordnet sein. Sowohl der Strahlteiler als auch ein fakultativ vorgesehenes Glasplättchen könnten in dem Brennweitenbereich der Fokuslinse angeordnet sein. Die Fokuslinse könnte aus einem kollimierten Strahl einen Fokus – von der Probe aus gesehen – hinter der gesamten Strahlteileranordnung erzeugen.

Bei einer konkreten Ausgestaltung der optischen Anordnung könnte die Beleuchtungsquelle ein Laser sein.

Mit dem gemäß Patentanspruch 13 beanspruchte Mikroskop, insbesondere Scanmikroskop, ist ein Mikroskop beansprucht, das eine optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist. Insoweit wird hinsichtlich der gemäß den Patentansprüchen 1 bis 12 erläuterten Ausgestaltungen und deren Vorteile zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehende Beschreibung verwiesen.

Mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Mikroskop ist eine gleichzeitige Korrektur von Farbquerfehler und Astigmatismus in einem Systemaufbau möglich, der unempfindlich auf auftretende Interferenzen reagiert. Sowohl der Strahlteiler als auch das Glasplättchen könnten aus BK7 hergestellt sein. Der Strahlteiler könnte in einem Winkel von 45° zur optischen Achse der optischen Anordnung bzw. des Mikroskops angeordnet sein. Mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist es möglich, die Strahlteiler neuer Technologie und größerer Dicke in einem konfokalen Laser-Scanmikroskop mit vereinfachtem optischem Aufbau einzusetzen, ohne dass hierdurch eine Schwächung der Systemleistung durch Abbildungsfehler oder Interferenzen in Kauf genommen werden muss.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige

Fig. in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein Mikroskop.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung für ein Mikroskop. Die optische Anordnung weist einen in einem divergenten und konvergenten Strahlengang angeordneten Strahlteiler 1 zur Trennung eines von einer Beleuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungslichts 2 von einem von einer zu untersuchenden Probe ausgehenden Detektionslicht 3 auf. Im Hinblick auf eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern auch bei Verwendung von dicken Strahlteilern ist der Strahlteiler 1 keilförmig und als Strahlteilerplatte ausgebildet. Hierdurch ist eine Reflexion im Wesentlichen an einer Glas-Luft-Grenzfläche 4 bereitgestellt.

Das Beleuchtungslicht 2 wird durch einen Laser erzeugt.

Im Strahlengang nach dem Strahlteiler 1 ist ein Glasplättchen 5 zur verbesserten Korrektur von Abbildungsfehlern angeordnet. Das Detektionslicht 3 wird mittels einer Fokuslinse 6 auf ein Detektionspinhole fokussiert. Das Beleuchtungslicht 2 liegt als divergenter und das Detektionslicht 3 als konvergenter Strahl vor. Vor der Fokuslinse 6 ist der Strahl kollimiert.

Mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung ist eine sichere Korrektur von Abbildungsfehlern – im Wesentlichen Astigmatismus und Farbquerfehler – realisiert. Das Glasplättchen 5 ist dabei keilförmig ausgebildet und hinsichtlich des Strahlteilers 1 unterschiedlich orientiert und geformt.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.


Anspruch[de]
  1. Optische Anordnung für ein Mikroskop, insbesondere für ein Scanmikroskop, mit einem in einem divergenten und/oder konvergenten Strahlengang angeordneten Strahlteiler (1) zur Trennung eines von einer Beleuchtungsquelle erzeugten Beleuchtungslichts (2) von einem von einer zu untersuchenden Probe ausgehenden Detektionslicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (1) keilförmig und – zur Reflexion im Wesentlichen an einer Glas-Luft-Grenzfläche (4) – als Strahlteilerplatte ausgebildet ist.
  2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach dem Strahlteiler (1) ein Glasplättchen (5) angeordnet ist.
  3. Optische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasplättchen (5) bezüglich des Strahlteilers (1) unterschiedlich orientiert und/oder geformt ist.
  4. Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasplättchen (5) keilförmig ist.
  5. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasplättchen (5) eine Mittendicke von etwa 4,88 mm aufweist.
  6. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorderfläche des Glasplättchens (5) in einem Winkel von –51°27' zur optischen Achse der Anordnung orientiert ist.
  7. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine hintere Fläche des Glasplättchens (5) in einem Winkel von –51°45' zur optischen Achse der Anordnung orientiert ist.
  8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (1) eine Mittendicke von etwa 4 mm aufweist.
  9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (1) einen Keilwinkel von 21,6' aufweist.
  10. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang – von der Probe aus gesehen – vor dem Strahlteiler (1) eine Fokuslinse (6) mit einer Brennweite von etwa 80 mm angeordnet ist.
  11. Optische Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokuslinse (6) aus einem kollimierten Strahl einen Fokus – von der Probe aus gesehen – hinter der gesamten Strahlteileranordnung erzeugt.
  12. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle ein Laser ist.
  13. Mikroskop, insbesondere Scanmikroskop, mit einer optischen Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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