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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung
für ein
optisches System.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Beleuchtungsvorrichtung für
ein optisches System mit einer Lichtquelle, die breitbandiges Licht
emittiert, einem der Lichtquelle nachgeschaltetes Filtersystem, mit
dem mehrere Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereiche
trennbar sind.
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An einem optischen System (zum Beispiel Mikroskop)
werden Optiken eingesetzt, die für
verschiedene Wellenlängen
(Spektrallinien wie zum Beispiel 193 nm, 284 nm, 365 nm und 414
nm oder Wellenlängenbereiche
(ultraviolettes Licht, sichtbares Licht und Infrarotlicht) ausgelegt
sind. Um all der verschiedenen Beleuchtungen dem optischen System zur
Verfügung
zu stellen, ist der Betrieb von mehreren Lampenhäusern erforderlich. Das Einkoppeln
erfolgt über
bewegbare Spiegel sowie über
Notch- und Spektralfilter. Ebenso werden spezielle Notchfilter für den umschaltbaren
Betrieb zwischen den Wellenlängen
von 284 nm und 265 nm eingesetzt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 100 42 140 offenbart
eine Beleuchtungs- und
Abbildungseinrichtung für
mehrere Spektralbereiche. Für
die bei der Messung benötigten
Spektralbereiche sind mehrere Lichtquellen vorgesehen. Die Lichtquellen
werden mittels eines Strahlteilermoduls zu einem einzelnen Strahlengang
zusammengefasst. Je nach gewünschter
Wellenlänge
oder gewünschtem
Wellenlängenbereich
werden die entsprechenden Lichtquellen geschaltet. Ein entscheidender
Nachteil dieser Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung ist, dass mehrere
Lichtquellen erforderlich sind. Dies führt zu erhöhten Kosten für die Beleuchtungseinrichtung. Hinzu
kommt, dass bei einer defekten Beleuchtungseinrichtung eine Justage
erforderlich ist, was zusätzlich
die Servicekosten für
das gesamte optische System und auch der Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung
erhöht.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 43 38 531 offenbart eine
Vorrichtung zur Mehrfachbeleuchtung von Präparaten. Mehrfachbeleuchtung
von Präparaten
bedeutet, dass Messungen an dem Präparat nacheinander mit Licht
unterschiedlicher, definierter Wellenlänge durchgeführt werden.
Ferner ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass die Modulation
des von einer Lichtquelle der Vorrichtung ausgesandten Lichtes ohne
mechanische Hilfsmittel erfolgt. Als Modulationsmittel sollen also
keine mechanisch bewegbaren Teile verwendet werden, die in der Messapparatur
eventuell Vibrationen hervorrufen. Die vorgeschlagene Vorrichtung
hatte jedoch den entscheidenden Nachteil, das hier ebenfalls für die Mehrfachbeleuchtung
mehrere Lichtquellen verwendet werden, was wiederum zu erhöhten Kosten
für die
gesamte Vorrichtung führt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 42 21 063 offenbart ein
optisches System für
die Auflicht – Fluoreszenz – Mikroskopie.
Das optische System erzeugt von einer einzelnen Lichtquelle zwei
oder mehr als zwei Strahlenbündel,
die voneinander unabhängig
verändert
werden können.
Strahlenbündel
von unterschiedlichen, spezifischen Wellenlängen, zum Beispiel aus weit
auseinanderliegenden Spektralbereichen, werden von der primären Lichtquelle
herausgefiltert. Die Strahlenbündel
werden dann ineinander überführt und
fast vollständig
von einem dichroitischen Doppelspiegel oder einem Reflektionsbandfilter,
der durch drei oder mehr Reflektionsbanden charakterisiert ist,
in das Mikroskopobjektiv eines Auflicht – Fluoreszenz – Mikroskops
reflektiert. Die verschiedenen Anregungslichtbündel beleuchten die selbe Region
des Objekts. Das Fluoreszenzlicht unterschiedlicher Wellenlängen, von
zum Beispiel biologischen Zellen, die mit zwei oder mehr als zwei
Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt
sind, passieren den dichroitischen Doppelspiegel oder den Reflektionsbandfilter,
die eine hohe Transmission in den Spektralbereichen der Fluoreszenzlichtstrahlen
haben, formen in der Bildebene des Mikroskops das Bild des Objekts
und können
beobachtet und gemessen werden. Dieses optische System ermöglicht es
Fluoreszenzlicht verschiedener Wellenlängen und unterschiedlicher
Farbstoffe quantitativ zu messen. Wobei der Effekt von chromatischen
Aberrationen im Anregungslichtweg, von Energietransfer zwischen
Farbstoffen und von Überlappungen
der Farbstoffemissionsspektra minimiert ist. Der Nachteil dieses
vorgeschlagenen optischen Systems ist, dass die Wellenlängen bzw.
Wellenlängenbereiche
zwar getrennt werden, dann aber entsprechend modifiziert und wieder
zur Beleuchtung der Probe im Mikroskop zusammengeführt werden.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 31 954 offenbart
eine Beleuchtungseinrichtung für
ein DUV-Mikroskop. Die Beleuchtungseinrichtung für das DUV-Mikroskop weist eine
DUV-Lichtquelle auf, der ein Kollektor zugeordnet ist. Der Lichtquelle
und dem Kollektor ist ein Reflektionsfilter-System nachgeordnet, welches ein UV-Wellenlängenband
erzeugt und aus vier Reflektionsfiltern besteht. Für die sichtbare
Beleuchtung ist eine. zusätzliche
Lichtquelle vorgesehen, die mittels einer schaltbaren Spiegelanordnung
in dem Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops beziehungsweise des
optischen Systems einkoppelbar ist. Der entscheidende Nachteil dieser
Vorrichtung ist ebenfalls, dass mehr als eine Lichtquelle an das
Mikroskop beziehungsweise optische System angekoppelt werden muss,
um eine möglichst
große
Variationsmöglichkeit
in den Beleuchtungsbedingungen zur Verfügung zu stellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Beleuchtungsvorrichtung für
ein optisches System zu schaffen, die das Lichtspektrum einer Lichtquelle
optimal ausnutzt und dabei eine deutliche Reduzierung der Kosten
hinsichtlich der Wartung und des Stromverbrauchs erzielt. Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches System, dass
die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung
für ein
optisches System ist besonders vorteilhaft, da mit einer einzelnen
Lichtquelle, die breitbandiges Licht emittiert, selektiv bestimmte
Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereiche
trennbar und aus der Beleuchtungsvorrichtung getrennt auskoppelbar
sind, so dass je nach Wunsch des Benutzers eine bestimmte Wellenlänge beziehungsweise
ein bestimmter Wellenlängenbereich
für die
Beleuchtung einer Probe im optischen System verwendet werden kann.
Um dies zu erreichen ist in der Beleuchtungsvorrichtung ein Filtersystem
derart angeordnet, dass alle getrennten Wellenlängen beziehungsweise Wellenlängenbereiche
für eine
spätere
gleichzeitige oder serielle Nutzung im optischen System zur Verfügung stehen.
Ferner ist das Filtersystem derart angeordnet, dass eine ausgewählte Wellenlänge über mehrere
Reflektionsfilter führbar
ist, so dass die Wellenlänge
das Filtersystem parallel zum Beleuchtungsstrahlengang der Beleuchtungsvorrichtung
verlässt.
Die mehreren Reflektionsfilter für
die ausgewählte
Wellenlänge
bestehen aus einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem
vierten Single-Line-Notch-Filter. Diese Filter sind derart angeordnet,
dass die ausgewählte
Wellenlänge
das Filtersystem co-linear zum Beleuchtungsstrahlengang verlässt.
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Es ist ferner von besonderem Vorteil,
dass die mehreren Reflektionsfilter als Single-Line-Notch-Filter
für eine
Wellenlänge
von 248 nm ausgestaltet sind. Hinzu kommt, dass dem ersten Single-Line-Notch-Filter
für die
Wellenlänge
von 248 nm im Beleuchtungsstrahlengang ein weiteres Single-Line-Notch-Filter nachgeschaltet
ist. Dieser weitere Single-Line-Notch-Filter ist für eine Wellenlänge von
365 nm ausgestaltet. Alle in der Beleuchtungsvorrichtung verwendeten
Single-Line-Notch-Filter sind derart ausgestaltet, dass sie 99%
des Lichts der Wellenlänge
für die
sie ausgestaltet sind, reflektieren und das jeweils länger wellige
Licht ungehindert durchlassen.
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Zur Einhaltung der Justage beziehungsweise
Ausrichtung der Filter ist es von Vorteil, dass das Filtersystem
in einem Gehäuse
angeordnet ist. Das Gehäuse
ist mit mehreren Auskoppelfenstern versehen, die jeweils den verschiedenen
Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereichen
zugeordnet sind, so dass aus jedem Auskoppelfenster jeweils eine
Wellenlänge
beziehungsweise ein Wellenlängenbereich
austritt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung können
den Unteransprüchen
entnommen werden.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
schematisch dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Figuren
beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
und
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2 eine
schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung in Verbindung
mit einem optischen System.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung 1,
die im Wesentlichen aus einem Filtersystem 4 und einer
Lichtquelle 2 besteht. Das Filtersystem 4 ist
in einem Gehäuse 12 angeordnet.
Die Lichtquelle 2 ist an das Gehäuse 12 angeflanscht
und definiert einen Beleuchtungsstrahlengang 2a, der in 1 als gestrichelt gepunktete
Linie dargestellt ist. Das von der Lichtquelle 2 ausgehende
breitbandige Licht trifft zunächst
auf einen ersten im Beleuchtungsstrahlengang 2a angeordneten
Reflektionsfilter 8a. Der Reflektionsfilter 8a ist
als Single-Line-Notch-Filter ausgestattet, der im wesentlichen 99%
des Lichts einer Wellenlänge
reflektiert und den Rest des länger
welligen Lichts durchlässt.
Der Single-Line-Notch-Filter
ist für
eine Wellenlänge
von 248 nm ausgestaltet. Dies bedeutet, dass diese Single-Line-Notch-Filter
Licht einer Wellenlänge
von 248 nm reflektieren und das gesamte Licht größer als die Wellenlänge von
248 nm ungehindert passieren lassen. Dem ersten Reflektionsfilter 8a sind
ein zweiter, ein dritter und ein vierter Reflektionsfilter 8b, 8c, 8d derart
zugeordnet, dass die ausgewählte
Wellenlänge 7 das
Gehäuse 12 des
Filtersystems 4 in Richtung des Beleuchtungsstrahlenganges 2a verlässt. Da
in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Single-Line-Notch-Filter für eine
Wellenlänge
von 248 nm ausgestaltet ist, entspricht die ausgewählte Wellenlänge somit
ebenfalls 248 nm. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass je nach Wunsch des Benutzers entsprechende Reflektionsfilter
mit entsprechenden Eigenschaften in das Filtersystem 4 eingesetzt
werden können.
Im Filtersystem 4 ist der erste und der zweite Reflektionsfilter 8a, 8b unter
einem spitzen Winkel α gegen
den Beleuchtungsstrahlengang 2a geneigt. Der dritte und
der vierte Reflektionsfilter 8c, 8d sind unter
einem stumpfen Winkel β gegen
den Beleuchtungsstrahlengang 2a geneigt, wobei β dem Wert 180° – α entspricht.
Der zweite Reflektionsfilter 8b und der dritte Reflektionsfilter 8c sind
außerhalb
des Beleuchtungsstrahlenganges 2a im Gehäuse 12 angeordnet.
Zunächst
wird das Licht durch den ersten Reflektionsfilter 8a aus
dem Beleuchtungsstrahlengang 2a herausgespiegelt und trifft
auf den zweiten Reflektionsfilter 8b. Vom zweiten Reflektionsfilter 8b wird
das Licht auf den dritten Reflektionsfilter 8c und von
diesem auf den vierten Reflektionsfilter 8d reflektiert,
so dass die ausgewählte
Wellenlänge 7 das
Gehäuse 12 in
Richtung des Beleuchtungsstrahlenganges 2a verlässt. Durch
die Anordnung von vier Reflektionsfiltern 8a, 8b, 8c, 8d erreicht
man eine besonders saubere Selektion hinsichtlich der ausgewählten Wellenlänge 7.
Da die Reflektionsfilter als Single-Line-Notch-Filter ausgestattet
sind, welche die Eigenschaft haben, 99% der ausgewählten Wellenlänge zu reflektieren
und den Rest an länger
welligeren Licht ungehindert durch zu lassen, erzielt man hier eine
besonders saubere Auswahl nach einer bestimmten Wellenlänge 7.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist es nun so, dass am ersten Reflektionsfilter 8a 99%
der ausgewählten
Wellenlänge 7 von
248 nm reflektiert werden. Dieses Licht enthält jedoch noch immer langwelligere
Anteile, die nun an einem zweiten Reflektionsfilter 8b,
der die gleichen Eigenschaften wie der erste Reflektionsfilter 8a aufweist,
weiter „gereinigt" wird. Dieser Prozess
der fortschreitenden Reinigung der ausgewählten Wellenlänge vollzieht
sich logischerweise auch an dem dritten Reflektionsfilter 8c und
dem vierten Reflektionsfilter 8d. Somit erhält man mit
der Anordnung der vier Reflektionsfilter 8a, 8b, 8c, 8d eine
sehr gute Reinigung des ausgewählten
Lichts hinsichtlich einer Wellenlänge. Wie bereits oben erwähnt, verlässt die
ausgewählte
Wellenlänge 7 das
Gehäuse 12 des
Filtersystems 4 durch einen Auskoppelport 13 derart,
dass das Licht parallel zum Beleuchtungsstrahlengang 2a ist.
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Im Beleuchtungsstrahlengang 2a ist
dem ersten Reflektionsfilter 8a ein weiterer Reflektionsfilter 10 unter
einem stumpfen Winkel zum Beleuchtungsstrahlengang 2a nachgeordnet.
Der weitere Reflektionsfilter 10 ist ebenfalls als Single-Line-Notch-Filter
ausgestattet. Dieser Single-Line-Notch-Filter
ist für
eine Wellenlänge
von 365 nm ausgestattet. Das von dem weiteren Reflektionsfilter 10 reflektierte
Licht verlässt
das Gehäuse 12 durch
einen Auskoppelport 13, der parallel zum Beleuchtungsstrahlengang 2a angeordnet
ist. Den weiteren Reflektionsfilter passiert das Licht mit einer Wellenlänge oberhalb
von 365 nm. Dieses Licht breitet sich weiter im Beleuchtungsstrahlengang 2a innerhalb
des Gehäuses 12 des
Filtersystems 4 aus. Im Beleuchtungsstrahlengang 2a ist
dem weiteren Reflektionsfilter 10 ein Reflektor 15 für sichtbares Licht
nachgeschaltet. Der Reflektor 15 ist ebenfalls unter einem
stumpfen Winkel gegen den Beleuchtungsstrahlengang 2a geneigt
und reflektiert somit den noch im Beleuchtungslicht vorhandenen
Anteil von sichtbarem Licht aus einem weiteren Auskoppelport 13,
der ebenfalls parallel zum Beleuchtungsstrahlengang 2a im
Gehäuse 12 angeordnet
ist. Der Reflektor 15 für
sichtbares Licht lässt
nur noch den Infrarotanteil des Beleuchtungslichts in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs 2a innerhalb
des Gehäuses 12 des
Filtersystems 4 passieren. Dem Reflektor 15 für sichtbares
Licht ist ein Spiegel 16 nachgeordnet, der für Infrarotlicht
tauglich ausgestaltet ist. Der Spiegel 16 ist ebenfalls
unter einem stumpfen Winkel bezüglich
des Beleuchtungsstrahlengangs 2a angeordnet, und reflektiert
somit den Rest des Beleuchtungslichts auf einen weiteren Auskoppelport 13,
der ebenfalls parallel zum Beleuchtungsstrahlengang 2a im
Gehäuse 12 vorgesehen
ist.
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Die Reflektionsfilter 8a, 8b, 8c, 8d sowie
der weitere Reflektionsfilter 10, der Reflektor 15 und
der Spiegel 16 sind derart im Gehäuse 12 des Filtersystems 4 angeordnet,
dass die ausgewählten
Wellenlängen
jeweils an verschiedenen Orten das Gehäuse 12 des Filtersystems 4 verlassen.
Dadurch erzielt man eine räumliche
Auftrennung der Wellenlängen beziehungsweise
Wellenlängenbereiche
und kann diese einem weiteren System zur Verarbeitung beziehungsweise
Beleuchtung zuführen.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung 1 in
Verbindung mit einem optischen System 5. Wie in 1 beschrieben ist, wird
das Licht der Lichtquelle 2 im Gehäuse 12 des Filtersystems 4 in
entsprechender Weise in Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereiche aufgespaltet
und räumlich
von einander getrennt. Das Gehäuse 12 des
Filtersystems 4 besitzt mehrere Ausgangsports 13.
Von der Beleuchtungsvorrichtung 1 wird das hinsichtlich
der Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereiche
räumlich
getrennte Licht von der Beleuchtungsvorrichtung 1 zum optischen
System 5 jeweils mittels eines Lichtleitmittels 22 transportiert.
Das Lichtleitmittel 22 kann als Lichtleitfaser ausgestaltet
sein. Ferner kann das Lichtleitmittel in Form einer Spiegelanordnung
realisiert sein. Dem optischen System 5 ist ein Kombinationsmittel 28 zugeordnet,
dass die räumlich
getrennt transportierten Wellenlängen
beziehungsweise Wellenlängenbereiche
in einen Beleuchtungsstrahlengang des optischen Systems zusammenfasst.
Dabei besitzt das Kombinationsmittel entsprechende Auswahlmittel,
mit denen beliebige Kombinationen der Wellenlängen beziehungsweise Wellenlängenbereiche
für die
Beleuchtung einer Probe 26 im optischen System durchgeführt werden
können.
Das optische System umfasst mindestens ein Mikroskopobjektiv 24, über das
die Probe beobachtet beziehungsweise untersucht werden kann. In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
optische System 5 als Mikroskop ausgebildet.
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Lichtquelle
- 2a
- Beleuchtungsstrahlengang
- 4
- Filtersystem
- 5
- optisches
System
- 7
- ausgewählte Wellenlänge
- 8a
- Reflexionsfilter
- 8b
- Reflexionsfilter
- 8c
- Reflexionsfilter
- 8d
- Reflexionsfilter
- 10
- weiterer
Reflexionsfilter
- 12
- Gehäuse
- 13
- Auskoppelport
- 15
- Reflektor
für sichtbares
Licht
- 16
- Spiegel
- 20
- optisches
System
- 22
- Lichtleitmittel
- 24
- Mikroskopobjektiv
- 26
- Probe
- 28
- Kombinationsmittel