Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung von Intensitäten und/oder spektralen Anteilen einer Strahlung, die in eine Lochblende eingestrahlt werden beziehungsweise eingestrahlt werden sollen.

Zur Änderung oder zur Modulation optischer Strahlungsleistungen werden häufig

akustooptische Modulatoren (AOM) verwendet. Diese AOM bestehen im Wesentlichen aus einem Kristall, in dem eine Schallwelle erzeugt werden kann. Die aus einer erzeugten Schallwelle resultierende periodische Änderung des Brechungsindex des AOM wirkt als ein dickes Beugungsgitter, dessen Gitterkonstante durch die Wellenlänge der Schallwelle einstellbar ist. Trifft kollimierte Strahlung auf den AOM auf, wird diese in den AOM

eingekoppelt und hauptsächlich in die 0. sowie die +1 . oder -1 . Ordnung gebeugt. Die Intensität der in eine der ersten Beugungsordnungen abgelenkten Strahlung ist abhängig von der Wellenlänge der Schallwelle im Kristall sowie dem Einfallswinkel und der Wellenlänge der optischen Strahlung. Je nach Schallwellenlänge und in Kombination mit der Länge eines akustooptischen Kristalls sowie der Variation des Brechungsindex durch die akustische Welle kann der Modulator im Bragg-Regime (AOM) oder im Raman-Nath-Regime (AOTF) betrieben sein.

Seltener werden zu diesem Zweck elektrooptische Modulatoren (EOM) eingesetzt, die aus einem doppelbrechenden Kristall (z.B. Lithiumniobat) bestehen. Die Wirkung der EOM basiert primär auf dem sogenannten Pockels-Effekt. Durch ein elektrisches Feld mit entsprechender Ausrichtung lässt sich die Polarisation auftreffender Strahlung ändern. Mit einem nachgeschalteten Polarisationsfilter ist die transmittierte Leistung der Strahlung über eine angelegte elektrische Spannung einstellbar. Ein weiterer nutzbarer elektrooptischer Effekt ist der Kerr-Effekt, der in der Kerr-Zelle, einem weiteren EOM, zum Einsatz kommt.

Modulierte Ausdehnungsänderungen von Piezokristallen können auch auf andere Medien übertragen werden, wodurch Phasengitter (analog zu den durch Dichteänderungen erzeugten Phasengittern in den Kristallen der AOMs) in den jeweiligen Medien erzeugt werden können, die ebenfalls zur Lichtmodulation verwendet werden können. Als

historisches Beispiel wäre hier der Debye-Sears Tank zu nennen, ein akustooptischer Ultrasoundtank.

Um langsame optische Modulatoren oder Schalter zu realisieren werden Blenden eingesetzt. Diese werden durch eine Kombination von mechanischen Halterungen, Getrieben und Motoren in den Strahlengang beziehungsweise aus dem Strahlengang gefahren, um die Leistung zu verändern.

Verschiedene Möglichkeiten der Modulation von Beleuchtungsstrahlung beziehungsweise Detektionsstrahlung sind beispielsweise in der CA 2 307 315 C angegeben.

Periodisch betriebene mechanische Vorrichtungen (chopper, angetriebene

Sektorenscheiben, turbine-driven sector discs) erlauben einen Übergang von langsamen Modulationen in den MHz-Bereich. Für den höheren MHz-Bereich kommen AOMs, EOMs und intrinsisch modulierte Laserlichtquellen zum Einsatz. Wegen ihrer schnellen

Schalteigenschaften und der Möglichkeit einer gesteuerten Wellenlängenselektion sind AOMs derzeitig immer noch die Modulatoren der Wahl.

Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass AOMs teuer sind und durch die Trennung des Strahls 1 . Ordnung vom Strahl 0. Ordnung einen großen Bauraum erfordern. Die zur Erzeugung des Beugungsgitters notwendige Vibration des Piezokristalls kann zu Vibrationen im restlichen System führen. Der ungebeugte Teil der Strahlung (0. Ordnung) und höhere Beugungsordnungen lassen sich nicht vollständig vermeiden und führen zu optischen Leistungsverlusten.

EOMs werden üblicherweise mit Hochspannungen betrieben, die aufwendige

Spannungsgeneratoren erfordern. Ein schnelles Schalten führt zu starken Störsignalen, deren Abschirmung einen enormen Aufwand erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zur schnellen Modulation und/oder der Anpassung der Leistung optischer Strahlung oder zum schnellen Schalten optischer Strahlung vorzuschlagen. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, durch die Nachteile des Standes der Technik reduziert werden.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.

Das Verfahren zur Regelung von in eine Lochblende eingestrahlten Intensitäten und/oder spektralen Anteilen einer Strahlung, umfasst die Schritte A bis D, wobei in Ausgestaltungen des Verfahrens weitere Schritte auszuführen sein können oder wenigstens einer der Schritte A bis D durch weitere (Teil-)schritte ausgestaltet sein kann.

In dem Schritt A werden in die Lochblende eingestrahlte Intensitäten und/oder spektrale Anteile der Strahlung in Abhängigkeit einer räumlichen Position eines Fokuspunkts der Strahlung und/oder eines Fokuspunkts eines spektralen Anteils relativ zur Lochblende ermittelt und als Messwerte gespeichert. Die Messwerte sind vorteilhaft wiederholt abrufbar. Als Messwerte können empirisch erhobene Daten und/oder Simulationsdaten verwendet werden.

In dem Schritt B werden eine gewünschte einzustrahlende Intensität und/oder ein spektraler Anteil beziehungsweise spektrale Anteile der Strahlung ausgewählt. Die gewünschte einzustrahlende Intensität und/oder der spektrale Anteil der Strahlung können auch als aktuell einzustrahlende Intensität und/oder aktuell einzustrahlender spektraler Anteil der Strahlung, fortan auch kurz aktuelle Intensität beziehungsweise aktueller spektraler Anteil, bezeichnet werden.

Anhand der ermittelten Messwerte wird in dem Schritt C ein Fokuspunkt ausgewählt, der zur Einstrahlung der aktuellen Intensität und/oder des aktuellen spektralen Anteils in die Lochblende führt.

Die Strahlung und/oder spektrale Anteile der Strahlung wird beziehungsweise werden in dem Schritt D in den ausgewählten Fokuspunkt fokussiert. Dazu wird vorzugsweise ein ansteuerbares optisches Element oder eine steuerbare Fokussieroptik, nachfolgend vereinfachend auch als optisches Element bezeichnet, verwendet.

Ist der Schritt A ausgeführt und sind die Messwerte ermittelt und gespeichert, können die Schritte B bis D unter Auslassung des Schritts A wiederholt ausgeführt werden.

Der Schritt A kann als Kalibrierung verstanden werden, in dem für eine individuelle erfindungsgemäße Vorrichtung oder für eine Serie erfindungsgemäßer Vorrichtungen Messwerte ermittelt und wiederholt abrufbar gespeichert werden.

Wird keine Regelung umfassend die Schritte A und B ausgeführt, kann eine Regelung anhand aktuell erfasster Messwerte erfolgen, ohne dass vorher eine Kalibrierung durchgeführt wurde beziehungsweise ohne dass eine Anzahl von Messwerten erfasst und gespeichert wurden. Beispielsweise kann durch einen Nutzer in Echtzeit eine aktuell eingestrahlte Intensität und/oder spektralen Anteil der Strahlung beobachtet werden. Durch Verschieben des Fokuspunkts verändert der Nutzer die aktuell eingestrahlte Intensität und/oder den spektralen Anteil der Strahlung. Dabei bewertet der Nutzer, ob infolge des Verschiebens des Fokuspunkts eine gewünschte eingestrahlte Intensität und/oder ein gewünschter spektraler Anteil der Strahlung erreicht wird beziehungsweise werden oder sich einem solchen angenähert wird. Eine solche Ausgestaltung der Regelung ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die eingestrahlte Intensität und/oder spektrale Anteile der Strahlung subjektiv ausgewählt wird beziehungsweise werden.

Unter einer Lochblende werden im Sinne dieser Beschreibung Öffnungen wie zum Beispiel Löcher, Schlitze oder anders geformte Materialdurchbrüche verstanden. Lochblenden sind weiterhin Lichteintrittsflächen beispielsweise von lichtleitenden Fasern oder anderen

Wellenleitern. Als Lochblenden werden ferner räumlich oder räumlich-zeitlich begrenzte Detektionsflächen von Sensoren angesehen.

Beispielsweise kann eine aus mehreren ansteuerbaren Sensorelementen

zusammengesetzte Detektionsfläche räumlich-zeitlich dadurch begrenzt sein, dass zu einem betrachteten Zeitpunkt oder Zeitraum alle oder nur ausgewählte Sensorelemente

angesteuert und aktiviert sind.

Als Strahlung wird elektromagnetische Strahlung, beispielsweise weißes Licht, verstanden. Spektrale Anteile der Strahlung sind durch wenigstens eine Wellenlänge der Strahlung gegeben. Spektrale Anteile der Strahlung können auch ein oder mehrere

Wellenlängenbereiche sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden in Schritt D die tatsächlich eingestrahlten Intensitäten und/oder spektralen Anteile als Messwerte erfasst. Die erfassten Messwerte werden mit den gewünschten Intensitäten und/oder spektralen Anteilen verglichen und bei Abweichung der gewünschten und der tatsächlichen Intensitäten und/oder der gewünschten und der tatsächlichen spektralen Anteilen wird die bereitgestellte Intensität der Strahlung, die spektralen Anteile und/oder der ausgewählte Fokuspunkt korrigiert. Eine Korrektur erfolgt, wenn die erfassten Messwerte von einem vorgegebenen Sollwert um mehr als eine als zulässig definierte Toleranzschwelle abweicht oder ein vorgegebener

Schwellwert überschritten beziehungsweise unterschritten wird.

Wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird, kann der ausgewählte Fokuspunkt axial, also entlang einer zur Lochblende verlaufenden optischen Achse, verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Fokuspunkt auch lateral zur optischen Achse verlagert werden, um eine gewünschte eingestrahlte Intensität und/oder gewünschte eingestrahlte spektrale Anteile der Strahlung an der Lochblende bereitzustellen.

Axiale und laterale Verlagerungen des Fokuspunkts können in weiteren Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden, sodass der Fokuspunkt dreidimensional eingestellt werden kann.

Neben der Einstellung des Fokuspunkts können neben einer Regelung auch Korrekturen vorgenommen werden. Beispielsweise können systembedingte Abweichungen wie thermisch bedingte Drift, Abbildungsfehler und/oder Leistungsverluste, soweit bekannt oder

abschätzbar, berücksichtigt werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Strahlung in spektrale Anteile aufgefächert und wenigstens einer der spektralen Anteile wird in einen Fokuspunkt fokussiert. Werden mehrere spektrale Anteile in verschiedene Fokuspunkte fokussiert, wird ein Fokuspunkt eines der spektralen Anteile ausgewählt, an dem die Einstrahlung in die Lochblende erfolgen soll.

Beispielsweise kann die Strahlung bei ihrem Durchgang durch optische Bauteile wie Linsen und/oder durch das ansteuerbare optische Element einen Farblängsfehler aufweisen. Ein Farblängsfehler führt dazu, dass verschiedene spektrale Anteile in voneinander getrennte Fokuspunkte fokussiert werden. Jeder dieser Fokuspunkte kann ausgewählt und zum Zwecke der Regelung der in die Lochblende einzustrahlenden Intensität und/oder spektralen Anteile gesteuert verlagert werden. Der üblicherweise ungewollte Farblängsfehler wird gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft zur Regelung der eingestrahlten Intensität und/oder spektralen Anteile genutzt.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Regelung von in eine Lochblende eingestrahlten Intensitäten und/oder spektralen Anteilen einer Strahlung gelöst. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Lichtquelle zur Bereitstellung jeweils einer Strahlung oder eines spektralen Anteils einer Strahlung auf. Außerdem ist mindestens ein ansteuerbares optisches Element zur Fokussierung der Strahlung oder des spektralen Anteils in einen Fokuspunkt vorhanden. Eine Steuereinheit zur Ansteuerung des

ansteuerbaren optischen Elements steht mit der Speichereinheit in einer zum Austausch von Daten geeigneten Verbindung. Sie ist derart konfiguriert, dass, wenn eine Position des Fokuspunkts ausgewählt ist, wenigstens ein Steuerbefehl zur Fokussierung der Strahlung oder des spektralen Anteils in den ausgewählten Fokuspunkt erzeugt und ausgegeben wird. Das optische Element ist mit diesem Steuerbefehl derart angesteuert beziehungsweise ansteuerbar, dass die Strahlung oder der spektrale Anteil in den ausgewählten Fokuspunkt fokussiert beziehungsweise fokussierbar ist.

Eine Speichereinheit, die zum abrufbaren Speichern von räumlichen Positionen des

Fokuspunkts der Strahlung oder des spektralen Anteils relativ zur Lochblende konfiguriert ist, ist Teil einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Vorrichtung. In der Speichereinheit sind jeder der Positionen Messwerte der in die Lochblende eingestrahlten Intensitäten und/oder spektralen Anteile der Strahlung zugeordnet und gespeichert.

In der Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsmöglichkeit steht die Steuereinheit zur Ansteuerung des ansteuerbaren optischen Elements mit der Speichereinheit in einer zum Austausch von Daten geeigneten Verbindung. In Abhängigkeit einer gewünschten in die Lochblende einzustrahlenden aktuellen Intensität und/oder einzustrahlenden aktuellen spektralen Anteils der Strahlung sind entsprechende Messwerte und eine diesen

Messwerten zugeordnete Position des Fokuspunkts auswählbar. Wenigstens ein

Steuerbefehl zur Fokussierung der Strahlung oder des spektralen Anteils in den

ausgewählten Fokuspunkt ist erzeugt und das optische Element, auch kurz als optisches Element bezeichnet, ist mit diesem derart angesteuert, dass die Strahlung oder der spektrale Anteil in den ausgewählten Fokuspunkt fokussiert ist.

Dem ansteuerbaren optischen Element können weitere optische Linsen nachgeordnet sein, durch deren gemeinsame Wirkung die Fokussierung in den Fokuspunkt bewirkt wird.

Der jeweiligen Lichtquelle ist in einer möglichen Ausführung der Vorrichtung

beleuchtungsseitig ein erster Kollimator nachgeordnet, durch dessen Wirkung die Strahlen der Strahlung und/oder des jeweiligen durch die betreffende Lichtquelle ausgesendeten spektralen Anteils kollimiert wird. Als erster Kollimator kann das optische Element fungieren.

Lichtquellen können beispielsweise Laserquellen, beispielsweise Argonionen-Laser,

Leuchtdioden (LED) oder Lampen wie Glühlampen, Xenonlampen, Halogenlampen sowie Quecksilberdampflampen sein. Werden Laserquellen als Lichtquellen verwendet, können diese Strahlung einer Wellenlänge beziehungsweise eines engen Wellenlängenbereichs abstrahlen. Alternativ kann die Laserquelle beziehungsweise können die Laserquellen Strahlung einer oder mehrerer Wellenlängenbereiche bereitstellen.

In weiteren Ausführungen sind die Strahlen durch Wirkung des ersten Kollimators als nahezu kollimierte Strahlenbündel auf das ansteuerbare optische Element gerichtet. Nahezu kollimierte Strahlenbündel sind Strahlenbündel, die in einem Maße divergieren oder konvergieren, dass die Divergenz beziehungsweise Konvergenz (negative Divergenz) mittels des ansteuerbare optischen Elements ausgleichbar sind. Beispielsweise sind keine Anteile insbesondere eines divergierenden Strahlenbündels an dem ansteuerbaren optischen Element vorbei gerichtet.

Das ansteuerbare optische Element kann eine adaptive Linse oder eine Linsengruppe mit einstellbarer Brennweite sein. Eine solche ermöglicht in einfacher Weise eine Anpassung der Brennweite und eine Einstellung des Fokuspunkts.

Um die tatsächlich eingestrahlten Intensitäten und/oder spektralen Anteile als Messwerte zu erfassen, kann die Vorrichtung mindestens einen Detektor aufweisen, der im Strahlengang der Vorrichtung, beispielsweise hinter der Lochblende, angeordnet ist. Es können in weiteren Ausführungen der Vorrichtung auch Anteile der Strahlung ausgekoppelt und auf den

Detektor gerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Detektor derart ausgebildet und angeordnet ist, dass nicht in die Lochblende eingestrahlte Anteile der Strahlung erfasst werden und aus deren spektraler Zusammensetzung und/oder Intensität auf die tatsächlich in die Lochblende eingestrahlte Intensität der Strahlung und/oder der spektralen Anteile der Strahlung geschlossen wird. Dazu sind vorteilhaft die Eigenschaften der aktuellen Strahlung, wie deren Intensität und spektrale Zusammensetzung, bekannt. Diese können in weiteren Ausführungen mittels weiterer Detektoren erfasst und bereitgestellt werden.

Um einen Fokuspunkt mindestens eines spektralen Anteils der Strahlung in gesteuerter Weise einzustellen kann das optische Element eine einstellbare prismatische Wirkung aufweisen.

In einer weiteren Ausführung der Vorrichtung ist die Lochblende in einer Fokalebene angeordnet. Nach der Fokalebene und in Richtung der Ausbreitung der Strahlung und/oder der spektralen Anteile ist ein zweiter Kollimator im Strahlengang angeordnet. Durch Wirkung des zweiten Kollimators wird nach dem Durchgang der Strahlung beziehungsweise des spektralen Anteils durch die Lochblende wieder ein kollimiertes Strahlenbündel bereitgestellt, dessen Intensität und/oder spektralen Anteile geregelt sind. Die Vorrichtung ist in dieser Ausführung als ein Teleskop aufgebaut. Eine Anpassung des Strahldurchmessers an die Größe der Eintrittsblende eines nachfolgenden Systems ist damit möglich.

Eine weitere mögliche Ausführung der Vorrichtung weist mindestens zwei Lichtquellen zur Bereitstellung spektraler Anteile der Strahlung auf. Jeder der Lichtquellen ist

beleuchtungsseitig ein ansteuerbares optisches Element nachgeordnet. Die spektralen Anteile sind entlang eines gemeinsamen Strahlengangs auf eine optische Linse, eine Linsengruppe oder ein vergleichbares ansteuerbares optisches Element geführt. Die spektralen Anteile sind gesteuert mittels der jeweiligen ansteuerbaren optischen Elemente und der optischen Linse fokussierbar. Eine solche Vorrichtung bietet eine Reihe von

Möglichkeiten zur Auswahl spektraler Anteile sowie derer jeweiligen Intensitäten.

Das ansteuerbare optische Element kann als eine adaptive optische Linse ausgebildet sein. Eine solche kann beispielsweise auf einer der folgenden Funktionsweisen basieren. Die Linse ist durch Volumina zweier Flüssigkeiten gebildet, die nicht ineinander mischbar sind, unterschiedliche Brechungsindizes besitzen. Die Form der Grenzfläche zwischen den Volumina kann durch Anlegen und Einstellen einer elektrischen Spannung geändert werden.

Es ist auch möglich, dass die Linse aus einem elektroaktivem Polymer oder einem

piezoaktivem Material gebildet ist. Die Krümmung der Linse kann durch Anlegen und

Einstellen einer elektrischen Spannung geändert werden.

In einer weiteren Ausführung besteht die optische Linse aus einem elastischen Material, dessen Krümmung mittels mechanischer Spannung geändert werden kann. Mechanische Spannungen können beispielsweise durch einen integrierten Piezoaktor erzeugt werden.

Das ansteuerbare optische Element kann auch als ein adaptiver Spiegel ausgebildet sein, dessen Krümmung gesteuert einstellbar ist.

Beispielsweise kann ein adaptiver Spiegel durch Volumina zweier Flüssigkeiten gebildet sein, wobei eine der Flüssigkeiten für die Strahlung oder wenigstens einen der spektralen Anteile stark reflektierend wirkt. Die Flüssigkeiten sind vorteilhaft nicht ineinander mischbar, um die Funktionstüchtigkeit des adaptiven Spiegels langfristig aufrecht zu erhalten. Die Form der Grenzfläche zwischen den Volumina kann durch Anlegen und Einstellen einer elektrischen Spannung geändert werden.

Ein adaptiver Spiegel kann in weiteren Ausführungen aus einem elektroaktivem Polymer oder einem piezoelektrischen Material bestehen, dessen Krümmung durch Anlegen und Einstellen einer elektrischen Spannung geändert werden kann.

Der Spiegel kann auch als dünne reflektierende Membran mit rückseitig angeordneten Stiften ausgeführt sein. Gegenüber den Stiften ist eine Vielzahl von Spulen aus elektrisch leitenden Materialien angeordnet. Mittels der Spulen sind elektromagnetische Kräfte erzeugbar, die zum gesteuerten Auslenken der Membran dienen.

In einer anderen Ausführungsform des Spiegels als dünne reflektierende Membran weist diese rückseitig angeordnete Elektroden auf. Gegenüber den rückseitigen Elektroden sind korrespondierende Elektroden angeordnet, um mittels elektrostatischer Kräfte die Membran auszulenken und deren Krümmung einzustellen.

Der adaptive Spiegel kann auch aus einem elastischen reflektierenden Material bestehen, dessen Krümmung mittels mechanischer Spannung, die z. B. durch einen Piezoaktor erzeugt wird, einstellbar ist. Der Piezoaktor kann in die Membran integriert sein.

Im Strahlengang zwischen dem ansteuerbaren optischen Element und der Lochblende kann mindestens eine zusätzliche optische Linse angeordnet sein. Außerdem können weitere Linsen, Prismen und/oder Spiegel mit dem adaptiven optischen Element kombiniert werden. Diese dienen der Erhöhung der Einkoppeleffizienz in die Lochblende, insbesondere wenn diese durch eine Eintrittsfläche eines lichtleitenden Elements wie eine lichtleitenden Faser oder ein Wellenleiter gebildet ist. Die weiteren Linsen, Prismen und/oder Spiegel können auch der Anpassung der dispersiven Wirkung der adaptiven Linse oder einer vorteilhaften räumlichen Anordnung der optischen Elemente dienen.

Die Vorrichtung in einer ihrer Ausführungsformen kann Bestandteil eines

Beleuchtungsmoduls, beispielsweise eines Lasermoduls, zur Bereitstellung von

unterschiedlichen spektralen Anteilen (z. B. unterschiedlicher Wellenlängen) sein.

Das Beleuchtungsmodul stellt beispielsweise Kombinationen verschiedener

Laserwellenlängen fasergekoppelt zur Verfügung. Für jede Wellenlänge ist ein Laser ais Lichtquelle in das Beleuchtungsmodul integriert. Ist der Laser nicht direkt modulierbar, muss ein AOTF oder ein AOM zum Einsatz kommen. Für diese Laser könnte vor der ersten Faserkopplung die hier beschriebene Erfindung zum Einsatz kommen und einen AOTF am Faserausgang ersetzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch als ein optischer Leistungsmodulator angesehen werden, bei dem eine Kombination eines ansteuerbaren optischen Elements und eines Raumfilters in Form der Lochblende realisiert ist.

Die Lösung, die anhand verschiedener Ausführungsvarianten dargestellt ist, bietet eine einfache Möglichkeit zum Schalten, zur Leistungsänderung oder der spektralen und zeitlichen Modulation von Strahlung, insbesondere von Laserstrahlung, sowie von spektralen Anteilen der Strahlung. Der Bauraum der Vorrichtung ist gegenüber Lösungen gemäß dem Stand der Technik kleiner und die Vorrichtung kann preiswerter hergestellt werden.

Der Verlust von Strahlungsleistung ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung

beziehungsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geringer als bei einer

Kombination von AOM und Faserkoppler. Je nach Ausführungsform kann die Leistung mehrerer Wellenlängen gleichzeitig geschaltet werden. Außerdem sind keinerlei Störungen bei EMV-Messungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) zu erwarten, da die verwendeten Spannungen niedrig sind.

Mit derzeit verfügbaren adaptiven Linsen sind maximale Schaltfrequenzen im unteren kHz- Bereich erreichbar. Verfügbare adaptive Spiegel wurden in Demonstratoren mit

Resonanzfrequenzen von maximal 150 kHz eingesetzt. Momentan sind adaptive Spiegel mit Schaltfrequenzen von maximal 2 kHz am Markt erhältlich. Die realisierbaren

Schaltfrequenzen sind damit langsamer als bei AOMs, aber schneller als bei diskret aufgebauten mechanischen Schaltern oder Modulatoren.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können zur Modulation oder Variation der Leistung und/oder zum schnellen Schalten optischer Strahlung verwendet werden. Vorteilhaft ist eine Lichtleiterkopplung von Laserlicht möglich. Das Verfahren und die Vorrichtung können vorteilhaft zur automatischen Justierung der x-, y und z-Position beispielsweise eines Faserkopplers verwendet werden. Zusätzlich ist eine einfache Kompensation von thermischer oder alterungsbedingter Drift möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft in einem Mikroskop, beispielsweise einem Laser- Scanning-Mikroskop, einsetzbar. Zum Beispiel kann das Verfahren zur Regelung der Intensität und/oder spektralen Anteile einer Beleuchtungsstrahlung eingesetzt werden, mit der eine abzubildende Probe oder ein abzubildender Probenbereich beaufschlagt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul können Bestandteil eines Mikroskops, beispielsweise eines Laser-Scanning-Mikroskops, sein.

Weitere Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung bestehen darin, dass Toleranzen in der eingestellten Brennweite, der prismatischen Wirkung, Positionstoleranzen der (optischen) Elemente und Auswirkungen aufgrund sich ändernder Umgebungsbedingungen durch das adaptive optische Element zumindest teilweise korrigiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Mikroskop mit der Lage eines Fokuspunkts am Eingang einer Lochblende; Fig. 1 b eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage des Fokuspunkts entfernt vom Eingang der Lochblende;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs von Eingangs- und

Ausgangsintensität einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufende Strahlung von einer Steuerspannung eines ansteuerbaren optischen Elements;

Fig. 3a eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts am Eingang einer Lochblende;

Fig. 3b eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage des Fokuspunkts entfernt vom Eingang der Lochblende;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs von Eingangs- und

Ausgangsintensität einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung von Steuerspannungen eines ansteuerbaren optischen Elements;

Fig. 5a eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 5b eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines anderen spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 6a eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 6b eine schematische Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines anderen spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 7a eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 7b eine schematische Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung neben dem Eingang einer Lochblende;

Fig. 8a eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende, wobei der Fokuspunkt mittels eines adaptiven Spiegels fokussiert ist und Fig. 8b eine schematische Darstellung des sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung vor dem Eingang einer Lochblende, wobei der Fokuspunkt mittels eines adaptiven Spiegels fokussiert ist;

Fig. 9a eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls in einem Mikroskop mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 9b eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 10a eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufende Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 10b eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung vor dem Eingang einer Lochblende;

Fig. 1 1 a eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufende Strahlung am Eingang einer Lochblende;

Fig. 1 1 b eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lage eines Fokuspunkts eines anderen spektralen Anteils einer die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufenden Strahlung vor dem Eingang einer Lochblende;

Die Ausführungsbeispiele sind anhand schematischer Darstellungen erläutert, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche technische Elemente bezeichnen.

Als wesentliche Elemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind mindestens eine Lichtquelle 2 zur Bereitstellung jeweils einer Strahlung 3 oder eines spektralen Anteils 4 (siehe Fig. 5a und 5b sowie 7a bis 10b) einer Strahlung 3, mindestens ein ansteuerbares optisches Element 6 zur Fokussierung der Strahlung 3 oder des spektralen Anteils 4 in einen Fokuspunkt 7, eine Lochblende 8, eine Steuereinheit 10 und eine Speichereinheit 1 1 vorhanden.

Die von der Lichtquelle 2 mit einer Eingangsintensität PO ausgesandte Strahlung 3 wird parallel zu einer optischen Achse, die als Punkt-Strich-Linie gezeigt ist, mittels eines ersten Kollimators 5.1 kollimiert. Die kollimierte Strahlung 3 trifft auf das ansteuerbare optische Element 6, das gemäß Fig. 1 a derart durch die Steuereinheit 10 angesteuert ist, dass die Brennweite des optischen Elements 6 der Distanz zwischen dieser und der Lochblende 8, die als ein Fasereingang 9.1 einer lichtleitenden Faser 9 ausgebildet ist, entspricht. Die kollimierte Strahlung 3 wird mittels des optischen Elements 6 auf der optischen Achse in einen Fokuspunkt 7 fokussiert, der mit der Lochblende 8, hier dem Fasereingang 9.1 , zusammenfällt. Am anderen Ende der Faser 9 steht die Strahlung 3 mit einer

Ausgangsintensität P zur Verfügung.

Das optische Element 6 ist als eine adaptive Linse ausgebildet, die durch Anlegen elektrischer Spannungen, beispielsweise der Spannungen Ui beziehungsweise U2 in ihrer Form gesteuert veränderlich ist. Die Formänderung bewirkt eine Veränderung der

Brennweite des optischen Elements 6.

Vereinfachend wird angenommen, dass die Eingangsintensität PO bis zum Fokuspunkt 7 und beim Durchtritt durch die Faser 9 nicht abgeschwächt wird und eine Differenz zwischen Eingangsintensität PO und Ausgangsintensität P im Wesentlichen durch die tatsächliche Lage des Fokuspunkts 7 relativ zur Lochblende 8 bestimmt ist. Tatsächlich auftretende und systembedingte Leistungsverluste können erfasst werden und in die Regelung der aktuell einzustrahlenden Intensität und/oder spektralen Anteile 4 eingehen.

Die Speichereinheit 1 1 , die mit der Steuereinheit 10 in Verbindung steht, ist zum abrufbaren Speichern von räumlichen Positionen des Fokuspunkts 7 der Strahlung 3 oder des spektralen Anteils 4 relativ zur Lochblende 8 konfiguriert. Jeder der Positionen ist

mindestens ein Messwert der in die Lochblende 8 eingestrahlten Intensitäten PO und/oder spektralen Anteile 4 der Strahlung 3 zugeordnet und gespeichert. Es ist daher möglich vorherzusagen, welche Intensitäten PO und/oder spektralen Anteile 4 der Strahlung 3 ausgehend von einem bestimmten Fokuspunkt 7 in die Lochblende 8 eingestrahlt wird.

Dabei wird eine aktuelle Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle 2 und die daraus resultierende Eingangsintensität PO berücksichtigt.

Die Steuereinheit 10, die beispielhaft durch eine einstellbare Spannungsquelle und elektrisch leitende Anschlüsse dargestellt ist, dient zur Ansteuerung des optischen Elements 6.

Je nach Betrag der elektrischen Spannung, hier beispielhaft mit U1 beziehungsweise U2 (Fig. 1 b) bezeichnet, die durch die Steuereinheit 10 an dem optischen Element 6 angelegt ist, kann deren Form- und damit deren Brennweite- eingestellt werden.

In den Fig. 1 a und 1 b sowie 8a und 8b ist die Vorrichtung 1 beispielhaft für alle

Ausführungsbeispiele als Bestandteil eines schematisch gezeigten Mikroskops M, beispielsweise eines Laser-Scanning-Mikroskops, dargestellt.

In Fig. 1 a ist die aktuelle Form des optischen Elements 6 durch die Lage der Ebenen H und H' relativ zueinander gezeigt. Die Lochblende 8 ist in einer aktuellen Brennebene

angeordnet, in die die fokussierte Strahlung 3 eingekoppelt wird. Die Strahlung 3 wird mit der Eingangsintensität P in die Lochblende 8 eingestrahlt.

Eingekoppelt, wenn die Brennweite des optischen Elements 6 in den Fasereingang 9.1 fällt (Fig. 3a). Das ansteuerbare optische Element 6 ist mittels zweier Steuereinheiten 10 ansteuerbar.

Bei einer Änderung der Brennweite des optischen Elements 6 wird die Lage des

Fokuspunkts 7 entlang der optischen Achse verschoben. Mittels einer Fokussierung auf die Lochblende 8 oder einer Defokussierung kann die Strahlungsleistung, hier die

Eingangsintensität PO, die in den als Lochblende 8 fungierenden Fasereingang 9.1 der Faser 9 eingekoppelt wird, geändert werden. Die Ausgangsintensität P kann somit moduliert werden. Weiterhin kann die axiale Positionstoleranz des als Fokussieroptik dienenden optischen Elements 6 bei Bedarf korrigiert werden. Wird durch die Steuereinheit 10 eine andere elektrische Spannung, hier mit U2 gekennzeichnet (Fig. 1 b), an das optische Element 6 angelegt, ändern sich dessen Form und Brennweite. Dieser Zustand ist in der Fig. 1 b durch einen größeren Abstand der Ebenen H und H' relativ zueinander veranschaulicht. Der Fokuspunkt 7 der nun defokussierten Strahlung 3 liegt nun vor der Lochblende 8, sodass in Abhängigkeit der Distanz von

Fokuspunkt 7 und Lochblende 8 nur ein geringerer Anteil der Strahlung 3 oder gar keine Strahlung 3 in die Lochblende 8 eingestrahlt wird beziehungsweise einstrahlbar ist. Die im defokussierten Zustand geringere Leistungsaufnahme führt zu einer Reduzierung

thermischer Effekte beispielsweise in der Faser 9 und/oder nachgeordneten Bauteilen.

Die konkrete Lage des Fokuspunkts 7 wird in Abhängigkeit einer gewünschten aktuell in die Lochblende 8 einzustrahlenden Intensität (Eingangsintensität PO) und/oder aktuell einzustrahlenden spektralen Anteils 4 der Strahlung 3 gewählt und eingestellt. Dazu werden entsprechende in der Speichereinheit 1 1 abgelegte Messwerte und eine diesen zugeordnete Position des Fokuspunkts 7 ausgewählt und wenigstens mittels der Steuereinheit 10 wenigstens ein Steuerbefehl zur Fokussierung der Strahlung 3 oder des spektralen Anteils 4 in den ausgewählten Fokuspunkt 7 erzeugt. Mit dem Steuerbefehl wird das optische

Element 6 derart angesteuert, dass die Strahlung 3 oder der spektrale Anteil 4 in den ausgewählten Fokuspunkt 7 fokussiert wird.

Der Zusammenhang von Ausgangsintensität P und Eingangsintensität PO von der an dem optischen Element 6 anliegenden elektrischen Spannung U des ersten Ausführungsbeispiels ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Dem Maximum der Kurve ist eine Spannung U1

zugeordnet, bei der die Brennweite des optischen Elements 6 genau in die Brennebene am Fasereingang 9.1 fällt und das Verhältnis P/PO maximal ist. Diese Situation ist in Fig. 1 a gezeigt. Bei zunehmender Defokussierung infolge des Anlegens geringerer oder höherer Spannungen U ist das Verhältnis P/PO kleiner und der Fokuspunkt 7 fällt nicht mit der Lochblende 8 zusammen (siehe zum Beispiel Fig. 1 b).

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 (Fig. 3a und 3b) ist das optische Element 6 als adaptive Linse mit einstellbarer Brennweite und zusätzlicher einstellbarer prismatischer Wirkung ausgebildet. Die kollimierte Strahlung 3 wird über das optische Element 6 in die Lochblende 8 vollständig eingestrahlt und in die Faser 9 eingekoppelt (Fig. 3a).

In weiteren Ausführungen ist das optische Element 6 mittels einer Steuereinheit 10 ansteuerbar, die zur simultanen Übermittlung zweier Steuerbefehle an das optische

Element 6 ausgebildet ist. Aufgrund der Steuerbefehle liegen beispielsweise an zwei einander gegenüberliegend angeordneten Elektrodenpaaren jeweils elektrischen

Spannungen an, die hier beispielhaft mit U1 und U2 bezeichnet sind.

Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel kann die eingekoppelte Strahlungsleistung, hier die Eingangsintensität PO, durch eine gesteuerte Änderung der Brennweite und der Lage des Fokuspunkts 7 gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich ist die einstellbare prismatische Wirkung des optischen Elements 6 nutzbar, um den Fokuspunkt 7 lateral zur optischen Achse zu verschieben (Fig. 3b).

Mit der lateralen Verschiebung ist der Anteil eingekoppelter Strahlung 3, und somit die eingestrahlte Eingangsintensität PO, änderbar. Die Änderung der lateralen und/oder axialen Position des Fokuspunkts 7 kann außerdem zur Einstellung der Justagefreiheitsgrade für die Faserkopplung verwendet werden.

Der Zusammenhang von Ausgangsintensität P und Eingangsintensität PO von dem

Verhältnis der an dem optischen Element 6 anliegenden elektrischen Spannungen U1 und U2 des zweiten Ausführungsbeispiels ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Dem Peak der Kurve ist ein Verhältnis der Spannungen Ui und U2 zugeordnet, bei der die Brennweite des optischen Elements 6 genau in die Brennebene am Fasereingang 9.1 fällt und das Verhältnis P/PO maximal ist, wie dies beispielsweise in Fig. 3a gezeigt ist. Bei zunehmender Defokussierung, die bei Anliegen geringerer oder höherer Spannungen U auftritt, ist das Verhältnis P/PO kleiner (siehe Fig. 3b).

Es ist im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 möglich, auftretende Farblängs- und/oder Farbquerfehler des optischen Elements 6 zu nutzen, um unterschiedliche spektrale Anteile 4 einzustrahlen und diese zu ändern oder zu modulieren.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 5a und 5b angegeben. Das optische Element 6 ist als adaptive Linse mit einstellbarer prismatischer Wirkung oder als adaptives Linsensystem mit einstellbarer prismatischer Wirkung ausgebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die ersten Kollimatoren 5.1 nicht gezeigt.

Ein Bündel der kollimierten Strahlung 3, umfassend eine Anzahl unterschiedlicher

Wellenlängen, ist schräg zur optischen Achse des optischen Elements 6 gerichtet und fällt entsprechend schräg auf dieses ein. Die einfallende Strahlung 3 wird fokussiert, wobei es durch auftretende Farblängs- und Farbquerfehler zur Aufspaltung der Strahlung 3 in spektrale Anteile 4 der Strahlung 3 kommt.

Zur besseren Illustration der spektralen Anteile 4 sind drei spektrale Anteile 4B, 4G und 4R gezeigt, wobei der spektrale Anteil 4B ein Anteil blauen Lichts, der spektrale Anteil 4G ein Anteil grünen Lichts und der spektrale Anteil 4R ein Anteil roten Lichts ist.

Der spektrale Anteil 4B ist in einen Fokuspunkt 7B, der spektrale Anteil 4G ist in einen Fokuspunkt 7G und der spektrale Anteil 4R ist in einen Fokuspunkt 7R fokussiert, die räumlich voneinander getrennt sind.

Durch die Wahl einer bestimmten Position eines der Fokuspunkte 7B, 7G oder 7R ist es möglich, einen entsprechenden spektralen Anteil 4B, 4G oder 4R in die Lochblende 8, die wieder als Fasereingang 9.1 der lichtleitenden Faser 9 ausgebildet ist, einzustrahlen und einzukoppeln.

In Fig. 5a ist die Lage des Fokuspunkts 7G derart gewählt und das optische Element 6 mittels der Steuereinheiten 10 entsprechend angesteuert, dass der Fokuspunkt 7G auf den Fasereingang 9.1 fällt und der spektrale Anteil 4G des grünen Lichts vollständig in die Lochblende 8 eingestrahlt wird, während die spektralen Anteile 4B und 4R nicht in die Lochblende 8 fallen. Entsprechend steht am anderen Ende der Faser 9 ein spektraler Anteil 4G mit einer Ausgangsintensität PG zur Verfügung.

Soll nun ein anderer spektraler Anteil 4 zur Verfügung gestellt werden, wird aus den in der Speichereinheit 1 1 hinterlegten Messwerten und Positionen die gewünschte Kombination ausgewählt und durch die Steuereinheiten 10 entsprechende Steuerbefehle an das optische Element 6 übermittelt. Entsprechend einer daraufhin bewirkten Formänderung des optischen Elements 6 wird die Lage jedes der Fokuspunkte 7B, 7G und 7R lateral und/oder axial verschoben. Der gewünschte spektrale Anteil 4, beispielsweise der spektrale Anteil 4R wird in die Lochblende 8 eingestrahlt, während die spektralen Anteile 4B und 4G nicht in die Lochblende 8 fallen (Fig. 5b). Am anderen Ende der Faser 9 steht der spektrale Anteil 4R mit einer Ausgangsintensität PR zur Verfügung.

Durch den Farbquerfehler beziehungsweise den Farblängsfehler werden jeweils nur ein schmaler spektraler Anteil 4B, 4G oder 4R oder einzelne Wellenlängen der Strahlung 3 in die Lochblende 8 eingestrahlt. Durch Anpassung der Brennweite und der prismatischen Wirkung des optischen Elements 6 kann der eingekoppelte spektrale Anteil 4B, 4G oder 4R variiert werden. Die Anpassung der optischen Wirkung des optischen Elements 6 erfolgt im dargestellten Beispiel gemäß Fig. 5a, 5b durch Anpassung der Spannungen Ui, U2 der Elektroden (nicht näher dargestellt), die radial an einer Grenzfläche GF zweier Flüssigkeiten angeordnet sind. Das optische Element 5 ist durch die beiden nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten gebildet.

In einem vierten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls die Nutzung auftretender Farblängsfehler vorgesehen. In der Fig. 6a fällt kollimierte Strahlung entlang der optischen Achse auf das optische Element 6, das wiederum als adaptive Linse mit einstellbarer prismatischer Wirkung ausgebildet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die ersten Kollimatoren 5.1 wieder nicht gezeigt.

Die Brennweite des optischen Elements 6 ist in einem Betriebszustand der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 derart eingestellt, dass der Fokuspunkt 7G des spektralen Anteils 4G in die Brennebene gerichtet ist, die mit der Lochblende 8 zusammenfällt.

Durch eine entsprechende Ansteuerung des optischen Elements 6 ist in einem zweiten Betriebszustand (Fig. 6b) der Fokuspunkt 7R in die Lochblende 8 gerichtet, so dass nur dieser spektrale Anteil 4R in den Fasereingang 9.1 eingestrahlt wird und am anderen Ende der Ausgangsfaser 9 der spektrale Anteil 4R mit der Ausgangsintensität PR zur Verfügung steht.

Mit der Änderung der Brennweite des optischen Elements 6 werden die

Fokuspunkte 7B, 7G, 7R der verschiedenen spektralen Anteile 4B, 4G, 4R axial verschoben.

In der praktischen Umsetzung der Vorrichtung 1 können bei Nutzung auftretender

Farblängsfehler und/oder Farbquerfehler die Brennpunkte aller in der Strahlung 3 enthaltener Wellenlängen axial und/oder lateral verschoben und somit selektiv in die Lochblende 8 eingestrahlt werden.

Bei Verwendung von optischen Elementen 6 die zusätzlich eine einstellbare prismatische Wirkung besitzen, können Toleranzen oder thermisch bedingte Drift aktiv kompensiert werden. Zur Regelung der Fokusposition relativ zur Lochblende 8 ist vorteilhaft ein

Detektor 17 zur Ermittlung der Fokusposition integriert (siehe beispielhaft Fig. 6a und 6b).

Farblängs- bzw. Farbquerfehler lassen sich in weiteren Ausführungen durch eine

vorgeschaltete Optik erzeugen.

Die Vorrichtung 1 ist in einem fünften Ausführungsbeispiel als Teleskop aufgebaut (Fig. 7a und7b).

Der Aufbau von Lichtquelle 2 und optischem Element 6 entspricht den vorherigen

Ausführungsbeispielen. Die Strahlung 3 ist kollimiert, entlang der optischen Achse geführt und in eine Brennebene oder Fokalebene 13 fokussiert, in der sich die Lochblende 8 befindet. Die in der Fokalebene 13 angeordnete Lochblende 8 ist als eine Platte mit einer Öffnung 8.1 ausgebildet.

In dem in Fig. 7a gezeigten Betriebszustand ist der Fokuspunkt 7 auf der optischen Achse in die Lochblende 8 fokussiert, sodass die Strahlung 3 mit der Eingangsintensität PO

eingestrahlt wird.

Im Strahlengang nach der Lochblende 8 ist ein zweiter Kollimator 5.2 mit fester Brennweite angeordnet, durch dessen Wirkung die von der Lochblende 8 ankommende divergierende Strahlung 3 wieder kollimiert und entlang der optischen Achse geführt ist. Die Ausgangsintensität P entspricht in der ideal angenommenen Vorrichtung 1 der Eingangsintensität PO.

Durch die Ansteuerung des optischen Elements 6 ist über die gesteuerte Änderung dessen Brennweite und/oder der prismatischen Wirkung der transmittierte Strahlungsanteil änderbar.

Wie in der Fig. 7b gezeigt, führt eine entsprechende Ansteuerung des optischen Elements 6 beispielsweise zu einer lateralen Verschiebung der Lage des Fokuspunkts 7 aus dem Bereich der Öffnung 8.1 der Lochblende 8. Im Ergebnis wird keine Strahlung 3 in die

Lochblende 8, genauer in die Öffnung 8.1 der Lochblende 8, eingestrahlt.

In Fig. 8a und 8b wird eine weitere mögliche Ausführung der Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Das optische Element 6 ist als ein adaptiver Spiegel 16 ausgebildet, dessen Oberflächenform, insbesondere die reflektierende Fläche des adaptiven Spiegels 16, mittels der Steuereinheit 10 einstellbar ist.

Der Spiegel 16 wird verwendet, um die Leistung eines Strahlenbündels der kollimierten Strahlung 3 zu ändern oder zu modulieren. Die kollimierte Strahlung 3 fällt schräg auf den adaptiven Spiegel 16 ein. Die Inklination des Spiegels 16 ist so angepasst, dass bei

Fokussierung auf die Lochblende 8, hier wieder als Fasereingang 9.1 ausgebildet, ein Maximum der Strahlung 3 eingekoppelt wird (Fig. 7a). Durch die Ansteuerung der des Spiegels 16 ist dessen Krümmung änderbar. Mit der Verschiebung des Fokuspunkts 7 weg von dem Fasereingang 9.1 ändert sich der Anteil der Strahlung 3, der in die Faser 9 eingekoppelt wird. Es ist vorteilhaft, wenn durch die Steuereinheit 10 zusätzlich zur

Brennweite auch erfasste und/oder simulierte Aberrationen (primär Astigmatismus und Koma) korrigiert werden können.

Aufgrund der kleinen numerischen Apertur von adaptiven Spiegeln werden zusätzliche Linsen oder Spiegel, zur Erhöhung der Einkoppeleffizienz, benötigt. Diese sind, ebenso wie der erste Kollimator 5.1 , nicht gezeigt.

Die Vorrichtung 1 kann in einem Beleuchtungsmodul 12 verwendet sein. In Fig. 9a und 9b ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls 12 gezeigt, bei dem vier Lichtquellen 2.1 bis 2.4 vorhanden sind, die jeweils einen spektralen Anteil 4 bereitstellen. Dabei stellt eine erste Lichtquelle 2.1 den spektralen Anteil 4B blauen Lichts, eine zweite Lichtquelle 2.2 den spektralen Anteil 4G grünen Lichts, eine dritte Lichtquelle 2.3 den spektralen Anteil 4Y gelben Lichts und eine vierte Lichtquelle 2.4 den spektralen

Anteil 4R roten Lichts bereit.

Die spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R werden mit den

Eingangsintensitäten POB, POG, POY und POR bereitgestellt, wobei POB die

Eingangsintensität des blauen spektralen Anteils 4B, POG die Eingangsintensität des grünen spektralen Anteils 4G, POY die Eingangsintensität des gelben spektralen Anteils 4Y und POR die Eingangsintensität des roten spektralen Anteils 4R sind.

Die spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R werden nach ihrer jeweiligen

Lichtquelle 2.1 , 2.2, 2.3 beziehungsweise 2.4 in eine lichtleitende Eingangsfaser 9E eingekoppelt. Jeder Eingangsfaser 9E ist ein separates optisches Element 6 nachgeordnet, das jeweils mittels einer Steuereinheit 10 ansteuerbar ist und jeweils als ein erster

Kollimator 5.1 dient.

In der Fig. 9a und 9b ist je optischen Element 6 eine Steuereinheit 10 vorhanden. In weiteren möglichen Ausführungen kann wenigstens eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung eine Mehrzahl oder aller vorhandener optischer Elemente 6 vorhanden sein. Jedes optische Element 6 wirkt für den divergierend aus der Eingangsfaser 9E austretenden spektralen Anteil 4B, 4G, 4Y beziehungsweise 4R als ein erster Kollimator 5.1 (nur jeweils einmal bezeichnet). Die kollimierten Strahlen der spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R werden mittels einer aus spektral angepassten dichroitischen Strahlteilern gebildeten Spiegeltreppe 15 zusammengeführt und als Strahlung 3 mittels einer optischen Linse 14 in den Fokuspunkt 7 auf den als Lochblende 8 fungierenden Fasereingang 9.1 einer weiteren Faser 9 fokussiert. Die am anderen Ende der weiteren Faser 9 zur Verfügung stehende Ausgangsintensität P der Strahlung 3 setzt sich aus den Ausgangsintensitäten PB, PG, PY und PR zusammen (hier nicht gezeigt) und kann vereinfachend als Summe der

Eingangsintensitäten POB, POG, POY und POR angesehen werden.

In der Fig. 9b ist lediglich der spektralen Anteils 4B des blauen Lichts in den Fokuspunkt 7B gerichtet und in die Lochblende 9 in Form des Fasereingangs 9.1 eingestrahlt. Um die anderen spektralen Anteile 4G, 4Y und 4R nicht einzustrahlen, sind die optischen

Elemente 6 der betreffenden Strahlengänge angesteuert und deren Brennweite derart verändert, dass diese nach dem Verlassen der Spiegeltreppe als divergierende Strahlen auf die optische Linse 14 treffen und nicht auf den Fasereingang 9.1 fokussiert werden.

Die spektralen Anteile 4, die in die Faser 9 eingekoppelt werden, sind durch die Änderung der Spannung Ui bis LU der einzelnen optischen Elemente 6/Kollimatoren 5.1 unabhängig voneinander einstellbar.

Bei Verwendung von optischen Elementen 6, die zusätzlich eine einstellbare prismatische Wirkung besitzen (siehe Fig. 5a bis 6b) können Toleranzen oder thermisch bedingter Drift aktiv kompensiert werden. Zur Regelung der Fokusposition 7 relativ zur Lochblende 8 beziehungsweise Fasereingang 9.1 ist ein Detektor 17 (schematisch und nicht

positionsgetreu dargestellt) zur Ermittlung der tatsächlichen Fokusposition 7 integriert.

In den Fig. 9a und 9b sind zwei Extremfälle, die gleichzeitige Einkopplung von vier

Wellenlängen, hier als spektrale Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R bezeichnet, und die Einkopplung einer einzigen Wellenlänge in Form des spektralen Anteils 4B dargestellt.

Durch entsprechende Einstellung des optischen Elements 6 lassen sich natürlich auch beliebige Mischungen verschiedener spektraler Anteile 4 bewerkstelligen. Eine Reduzierung der in die Lochblende 8 eingestrahlten Intensität ist durch eine gesteuerte Defokussierung möglich, wie dies im Prinzip zu Fig. 1 a undl b beschrieben ist.

In den Fig. 9a und 9b ist die Vorrichtung 1 und das Beleuchtungsmodul 12 beispielhaft als Bestandteil eines schematisch gezeigten Mikroskops M, beispielsweise eines Laser- Scanning-Mikroskops, dargestellt.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 10a und 10b) eines Beleuchtungsmoduls 12 ist in jedem Strahlengang der spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R ein erster Kollimator 5.1 angeordnet, durch dessen Wirkung die aus der Faser 9 divergierend austretenden jeweiligen spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y beziehungsweise 4R in kollimierte Strahlenbündel überführt werden, die anschließend über die Spiegeltreppe 15 zu einer Strahlung 3 zusammengeführt werden. Die kollimierte Strahlung 3 ist auf das optische Element 6 gerichtet, dessen

Brennweite derart eingestellt ist, dass die Strahlung 3 in den Fokuspunkt 7 gerichtet ist, der auf dem als Lochblende 8 fungierenden Fasereingang 9.1 liegt. Es wird daher die gesamte Strahlung 3 in die Lochblende 8 eingestrahlt.

Fig. 10b zeigt einen Betriebszustand des zu Fig. 10a beschriebenen

Beleuchtungsmoduls 12, in dem das optische Element 6 angesteuert und dessen Brennweite verringert ist, sodass der Fokuspunkt 7 vor der Lochblende 8 liegt. Es wird daher wenig oder keine Strahlung 3 in die Lochblende 8 eingestrahlt. Bei der in den Fig. 10 und 10b gezeigten Variante können alle aktivierten Laserwellenlängen, d.h. spektralen Anteile 4B, 4G, 4Y und 4R gleichzeitig moduliert werden. Ab- und

Anschaltung einzelner spektraler Anteile 4B, 4G, 4Y und/oder 4R sind mittels zusätzlicher Shutter oder Abschaltung der entsprechenden Lichtquelle 2.1 bis 2.4 möglich.

Die bereits oben beschriebene Nutzung auftretender Farblängsfehler ist in einem

Beleuchtungsmodul 12 umgesetzt, das in den Fig. 1 1 a und 1 1 b dargestellt ist. Wie zu Fig. 10a und 10b beschrieben sind die spektralen Anteile 4, in diesem Ausführungsbeispiel die spektralen Anteile 4B, 4G und 4R, mittels der Spiegeltreppe 15 zusammengeführt und sind als nahezu kollimierte Strahlenbündel entlang der optischen Achse des optischen Elements 6 auf dieses gerichtet. Die nahezu kollimierte Strahlenbündel sind mittels des optischen Elements 6 ausgleichbar.

Das optische Element 6 ist mit einer adaptiven Linse (angedeutet dargestellt) versehen, wobei durch eine gesteuerte Änderung insbesondere der Form der adaptiven Linse die Brennweiten des optischen Elements 6 eingestellt wird.

Zum sequentiellen Schalten der spektralen Anteile 4B, 4G und 4R werden unterschiedliche Divergenzen der nahezu kollimierten Strahlenbündel genutzt.

Die Vorrichtung 1 beziehungsweise das Beleuchtungsmodul 12 kann so eingestellt werden, dass nur ein einzelner spektraler Anteil 4B, 4G oder 4R eingekoppelt wird.

Es können auch verschiedene Wellenlängen gleichzeitig eingekoppelt werden. Dabei können durch Wirkung beispielsweise des ersten Kollimators 5.1 (auch als Vorspannoptik zu bezeichnen) Wellenlängen nahezu kollimiert sein, also lediglich leicht divergieren oder konvergieren (siehe oben). Eine solche Trennung einzelner Wellenlängen wird hier als „Vorspannen" oder„optische Vorspannung" bezeichnet. Das ermöglicht z. B. ein Umschalten zwischen verschiedenen Multiwellenlängenkombinationen (z. B. drei spektrale Anteile 4 an einem Fokuspunkt 7 und zwei spektrale Anteile 4 an einem anderen Fokuspunkt 7).

Man beachte die unterschiedlichen optischen Vorspannungen (symbolisiert durch

variierende Dicken der ersten Kollimatoren 5.1 hinter der Eingangsfaser), die prinzipiell auch eine Multiwellenlängeneinkopplung ermöglichen.

Ein zu den Figuren 9a bis 1 1 b beschriebenes Beleuchtungsmodul 12 ermöglicht eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Kombinationsmöglichkeiten der spektralen Anteile 4.

Anhand der Fig. 6a und 6b wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. In Schritt A wird die Strahlung 3 in eine Vielzahl von Fokuspunkten 7 fokussiert und die tatsächliche in die Lochblende 8 eingestrahlte Intensität und der tatsächlich ein eingestrahlte spektrale Anteil 4 erfasst, indem die Ausgangsintensität P erfasst, beispielsweise gemessen, wird. Die Position des Fokuspunkts 7 und die zugehörige Ausgangsintensität P werden zusammen mit denjenigen Parametern des Steuerbefehls gespeichert, aufgrund derer der entsprechende Fokuspunkt 7 eingestellt wird.

Um das Verfahren anzuwenden wird in Schritt B eine gewünschte aktuell einzustrahlende Intensität und/oder spektrale Anteile 4 der Strahlung 4 ausgewählt.

In Schritt C wird anhand der ermittelten und gespeicherten Messwerte ein Fokuspunkt 7 ausgewählt, der zur Einstrahlung der gewünschten aktuellen Intensitäten und/oder spektralen Anteile 4 in die Lochblende 8 führt. Dazu werden die gewünschte aktuelle

Intensität und/oder der spektrale Anteil 4 über eine Nutzeroberfläche eingegeben und mit den erfassten Messwerten der Speichereinheit 1 1 verglichen. Sind die Positionen des Fokuspunkts 7 gefunden, die zur gewünschten einzustrahlenden Intensität und/oder spektralen Anteil 4 führt, wird mittels der Steuereinheit 10 ein

Steuerbefehl generiert und an das optische Element 6 übermittelt. Dieses wird entsprechend dem Steuerbefehl eingestellt. Zugleich kann die Lichtquelle 2 durch die Steuereinheit 10 angesteuert werden, um deren Leistung und/oder spektrale Zusammensetzung der bereitgestellten Strahlung 3 zu steuern.

Im Beispiel der Fig. 6a, und 6b sollen nacheinander die spektralen Anteile 4G und 4R eingestrahlt werden. Es wird daher die Position des Fokuspunkts 7G anhand der erfassten Messwerte ermittelt und durch die Steuereinheit 10 Steuerbefehl an das optische Element 6 übermittelt, aufgrund dessen an dem optischen Element 6 eine Spannung Ui anliegt und der Fokuspunkts 7G auf den Fasereingang 9.1 gerichtet ist. Aufgrund der auftretenden

Farblängsfehler liegen die Fokuspunkte 7B und 7R (nicht gezeigt) der anderen spektralen Anteile 4B und 4R axial so weit vom Fasereingang 9.1 entfernt, dass diese nicht eingestrahlt werden.

Anschließend soll der spektrale Anteil 4R in die Faser 9 eingekoppelt werden. Es wird die entsprechende Position des Fokuspunkts 4R ausgewählt und das optische Element 6 so angesteuert, dass der Fokuspunkt 7R nun genau mit dem Fasereingang 9.1 zusammenfällt. Die Fokuspunkte 7B und 7G sind axial vom Fasereingang 9.1 so weit verschoben, dass die spektralen Anteile 4B und 4G nicht eingekoppelt werden (Fig. 6b).

Die beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten der Vorrichtung 1 und des

Beleuchtungsmoduls 12 sind im Rahmen fachmännischen Könnens miteinander

kombinierbar.

Bezugszeichen

1 Vorrichtung

2 Lichtquelle

2.1 erste Lichtquelle

2.2 zweite Lichtquelle

2.3 dritte Lichtquelle

2.4 vierte Lichtquelle

3 Strahlung

4 spektraler Anteil

4B blauer spektraler Anteil

4G grüner spektraler Anteil

4R roter spektraler Anteil

4Y gelber spektraler Anteil

5.1 erster Kollimator

5.2 zweiter Kollimator

6 ansteuerbares optisches Element

7 Fokuspunkt

7B Fokuspunkt (des blauen spektralen Anteils)

7G Fokuspunkt (des grünen spektralen Anteils)

7R Fokuspunkt (des roten spektralen Anteils)

8 Lochblende

8.1 Öffnung (der Lochblende 8)

9 Ausgangsfaser

9.1 Fasereingang

9E Eingangsfaser

10 Steuereinheit

1 1 Speichereinheit

12 Beleuchtungsmodul

13 Fokalebene

14 optische Linse

15 Spiegeltreppe

16 adaptiver Spiegel 17 Detektor

GF Grenzfläche

H objektseitige Hauptebene

H' bildseitige Hauptebene

PO Eingangsintensität

POB Eingangsintensität des blauen spektralen Anteils

POG Eingangsintensität des grünen spektralen Anteils

POR Eingangsintensität des roten spektralen Anteils

POY Eingangsintensität des gelben spektralen Anteils

P Ausgangsintensität

PB Ausgangsintensität des blauen spektralen Anteils

PG Ausgangsintensität des grünen spektralen Anteils

PR Ausgangsintensität des roten spektralen Anteils

Un n-te elektrische Spannung (mit n = 1 , 2, ,n)

M Mikroskop