Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf eine Optikanordnung zur Lichtstrahlformung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lichtstrahlformung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.

Eine Lichtstrahlformung kann bei einem Lichtmikroskop im Anregungs- und/oder Detektionsstrahlengang gewünscht sein. Im Detektionsstrahlengang können durch eine Lichtstrahlformung beispielsweise Aberrationen und andere Abbildungsfehler korrigiert werden. Eine besonders große Flexibilität bieten hierfür Spatial-Light- Modulatoren (SLM), welche eine Flüssigkristallmatrix umfassen.

Eine solche gattungsgemäße Optikanordnung zur Lichtstrahlformung in einem Lichtmikroskop umfasst einen ersten Flüssigkristallbereich, welcher mehrere voneinander unabhängig schaltbare Flüssigkristallelemente aufweist, mit denen eine Phase von auftreffendem Licht einstellbar veränderbar ist. In analoger Weise umfasst ein Verfahren zur Lichtstrahlformung in einem Lichtmikroskop ein Phasenmodulieren von Licht mittels eines ersten Flüssigkristallbereichs, welcher mehrere voneinander unabhängig schaltbare Flüssigkristallelemente aufweist.

In dieser Weise kann die Lichtphase über den Querschnitt des Lichtstrahls hinweg variabel verändert werden. Dadurch kann die Wellenfront des Lichtstrahls variabel geformt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft für eine Aberrationskorrektur oder für eine variable Tiefenuntersuchung mittels Extended Depth of Field (EDoF)- Methoden.

Probleme resultieren aber aus dem Umstand, dass eine Flüssigkristallmatrix nur Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung phasenmodulieren kann. Licht einer hierzu senkrechten Polarisationsrichtung erfährt hingegen keine veränderbare Phasenänderung durch die Flüssigkristallmatrix. Unpolarisiertes Licht wird daher üblicherweise zunächst linear polarisiert, wobei 50% der Lichtintensität verloren geht. Gerade im Fall von Fluoreszenzlicht stellt eine Verringerung der nachweisbaren Lichtmenge um 50% einen erheblichen Nachteil dar.

Als eine A u f g a b e der Erfindung kann angesehen werden, eine Optikanordnung und ein Verfahren zur Lichtstrahlformung bereitzustellen, welche in effizienter Weise eine möglichst flexible Lichtstrahlformung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Optikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Varianten der erfindungsgemäßen Optikanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung erläutert.

Bei der Optikanordnung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß ein zweiter Flüssigkristallbereich vorgesehen. Dieser umfasst mehrere voneinander unabhängig schaltbare Flüssigkristallelemente, mit denen eine Phase von auftreffendem Licht einstellbar veränderbar ist. Ein erster Polarisationsstrahlteiler ist vorhanden und so angeordnet, dass auftreffendes Licht polarisationsabhängig gespalten wird in Reflexionslicht, welches in Richtung des ersten Flüssigkristallbereichs reflektiert wird, und in Transmissionslicht, welches in Richtung des zweiten Flüssigkristallbereichs transmittiert wird. Der erste oder ein zusätzlicher zweiter Polarisationsstrahlteiler ist nun so angeordnet, dass er das Reflexions- und Transmissionslicht auf einen gemeinsamen Strahlengang zusammenführt, nachdem diese durch die Flüssigkristallbereiche phasenmoduliert wurden.

In entsprechender Weise sind bei dem Verfahren der oben genannten Art erfindungsgemäß die folgenden Schritte vorgesehen:

Polarisationsabhängiges Trennen von Licht mittels eines ersten Polarisationsstrahlteilers in Reflexionslicht, welches in Richtung des ersten Flüssigkristallbereichs reflektiert wird, und in Transmissionslicht, welches in Richtung eines zweiten Flüssigkristallbereichs transmittiert wird, und

Phasenmodulieren des Transmissionslichts mittels des zweiten Flüssigkristallbereichs und Zusammenführen des Reflexionslichts und Transmissionslichts, welche von den beiden Flüssigkristallbereichen phasenmoduliert wurden, auf einen gemeinsamen Strahlengang mittels des ersten oder eines zweiten Polarisationsstrahlteilers.

Indem Licht polarisationsabhängig aufgespalten und auf die zwei verschiedenen Flüssigkristallbereiche geleitet wird, kann auch unpolarisiertes Licht phasenmoduliert werden, ohne dass größere Lichtverluste eintreten.

Die beiden Flüssigkristallbereiche können zu zwei verschiedenen Flüssigkristallmatrizen gehören. Die beiden Flüssigkristallmatrizen sind so ausgerichtet, dass eine Flüssigkristallmatrix eine Phasenmodulation des Transmissionslichts bewirken kann und die andere Flüssigkristallmatrizen eine Phasenmodulation des Reflexionslichts bewirken kann. Hierzu können die beiden Flüssigkristallmatrizen zueinander gedreht sein, insbesondere um 90°, so dass eine variable Phasenänderung für beide Polarisationskomponenten, die durch Aufspaltung am Polarisationsstrahlteiler entstehen, möglich ist. Alternativ ist es auch möglich, dass die Flüssigkristallmatrizen / Flüssigkristallbereiche nicht zueinander gedreht sind, sondern durch einen Polarisationsdreher die Polarisationsrichtung vom Transmissions- oder Reflexionslicht vor Auftreffen auf die Flüssigkristallmatrix gedreht wird, so dass trotz gleicher Ausrichtung beider Flüssigkristallbereiche sowohl das Transmissions- als auch das Reflexionslicht phasenmoduliert werden kann. Hinter den beiden Flüssigkristallbereichen kann eine weitere Polarisationsdrehung durch denselben oder einen weiteren Polarisationsdreher erfolgen, so dass das Transmissions- und das Reflexionslicht wieder zueinander senkrecht polarisiert sind und durch den / durch einen Polarisationsstrahlteiler wieder zusammengeführt werden können.

Eine Gestaltung mit nur einem Polarisationsstrahlteiler sowohl zum Aufteilen in Reflexions- und Transmissionslicht als auch zum Zusammenführen des Reflexions- und Transmissionslichts wird bei Erfindungsvarianten realisiert, bei denen der erste Polarisationsstrahlteiler einen Polarisationsstrahlteilerwürfel umfasst. Dieser spaltet aus einer ersten Richtung auftreffendes Licht in Transmissions- und Reflexionslicht, welche in eine zweite und eine dritte Richtung den Polarisationsstrahlteilerwürfel verlassen. Das von den beiden Flüssigkristallbereichen kommende Transmissions- und Reflexionslicht wird vom Polarisationsstrahlteilerwürfel in eine vierte Richtung zusammengeführt.

Zusammen mit optionalen Strahlumlenkelementen (beispielsweise Spiegeln oder Prismen) kann ein Strahlengang vom Polarisationsstrahlteiler über beide Flüssigkristallbereiche und zurück zum Polarisationsstrahlteiler eine geschlossene Schleife bilden, welche vom Transmissionslicht und Reflexionslicht in umgekehrter Richtung durchlaufen wird. Hierbei durchlaufen das Transmissionslicht und

Reflexionslicht also denselben Strahlengang. Vorzugsweise sind die beiden Flüssigkristallbereiche so ausgerichtet, dass einer der beiden Flüssigkristallbereiche nur das Transmissionslicht phasenmoduliert und der andere der beiden Flüssigkristallbereiche nur das Reflexionslicht phasenmoduliert. Das

Transmissionslicht wird hier beim erneuten Auftreffen auf den Polarisationsstrahlteiler wieder transmittiert und das Reflexionslicht erneut reflektiert, wodurch diese zusammengeführt werden.

Alternativ kann auch derselbe Polarisationsstrahlteiler zum Aufteilen und Zusammenführen des Transmissions- und Reflexionslichts genutzt werden, ohne dass das Transmissions- und Reflexionslicht denselben Strahlengang in umgekehrter Richtung durchlaufen.

Insbesondere in diesem Fall können durch die beiden Flüssigkristallbereiche eine Amplitudenmodulation bewirkt werden. Ein Flüssigkristallbereich alleine kann zunächst eine Phasenschiebung und dadurch eine Polarisationsdrehung oder -änderung bewirken. Je nach Polarisationsänderung kann ein Verhältnis zwischen Reflexion und Transmission am Polarisationsstrahlteiler, der das Transmissions- und Reflexionslicht zusammenführt, variabel eingestellt werden. Der weitergenutzte Lichtanteil ist dadurch in seiner Amplitude / Intensität moduliert. Bei dieser Ausführung ist keine geschlossene Schleife als Strahlengang ab dem Polarisationsstrahlteiler gebildet. Vielmehr werden das Reflexions- und Transmissionslicht auf unterschiedliche Flüssigkristallbereiche vorzugsweise derselben Flüssigkristallmatrix geleitet und sodann auf dem jeweils selben Weg wieder zurück zum Polarisationsstrahlteiler gelenkt. Dabei können das Reflexions- und Transmissionslicht jeweils senkrecht auf die Flüssigkristallbereiche geleitet werden. Damit sie vom Polarisationsstrahlteiler auf einen gemeinsamen Strahlengang vereint werden, muss das strukturierte Transmissionslicht am Polarisationsstrahlteiler reflektiert werden und das strukturierte Reflexionslicht muss transmittiert werden. Dies kann erreicht werden, indem durch die Flüssigkristallbereiche eine Polarisationsänderung bewirkt wird. Hierbei durchlaufen das Transmissions- und Reflexionslicht zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Flüssigkristallbereich jeweils einen Polarisationsdreher. Dieser kann zweimal durchlaufen werden, nämlich sowohl auf dem Hinweg zum Flüssigkristallbereich als auch auf dem Rückweg von diesem. Durch die Flüssigkristallbereiche und den Polarisationsdreher kann die Polarisationsrichtung auf dem Rückweg zum Polarisationsstrahlteiler um 90° gedreht sein. Es kann derselbe Polarisationsdreher oder unterschiedliche Polarisationsdreher für das Transmissions- und das Reflexionslicht verwendet werden. Der Polarisationsdreher kann ein Kl 2- Plättchen sein, dessen optische Achse in einem Winkel von 22,5° zum Transmissions- oder Reflexionslicht und entsprechend in einem Winkel von 67,5° zum anderen des Transmissions- oder Reflexionslichts stehen kann. Eine Ausrichtung der Flüssigkristallmatrix steht in einem Winkel von 45° zur ursprünglichen Polarisationsrichtung von sowohl dem Transmissionslicht als auch dem Reflexionslicht, und in einem Winkel von 22,5° zur optischen Achse des l/2-Plättchen. Hierdurch kann die Flüssigkristallmatrix die Polarisationsrichtung des auftreffenden Lichts drehen, insbesondere um 90°, oder zu zirkularer / elliptischer Polarisation ändern. Bei erneutem Durchgang durch das l/2-Plättchen ist so die Polarisationsrichtung des Transmissionslichts und des Reflexionslichts gegenüber der anfänglichen Polarisation um 90° gedreht oder ist zirkular / elliptisch polarisiert. Dadurch kann eingestellt werden, zu welchen Anteilen das Reflexions- und Transmissionslicht jeweils am zusammenführenden Polarisationsstrahlteiler reflektiert und transmittiert werden.

Eine Flüssigkristallmatrix ist eine verhältnismäßig teure Komponente. Daher können relevante Kostenersparnisse erzielt werden, wenn die beiden Flüssigkristallbereiche unterschiedliche Bereiche derselben Flüssigkristallmatrix sind. Dies bietet sich insbesondere an, da eine Flüssigkristallmatrix häufig nicht quadratisch ist, sondern mehr Spalten als Zeilen hat, weshalb ein Teil der Flüssigkristallmatrix ohnehin ungenutzt bliebe, wenn nur das Reflexions- oder nur das Transmissionslicht auf diese Flüssigkristallmatrix fiele. Damit dieselbe Flüssigkristallmatrix zum Phasenmodulieren vom Reflexions- und Transmissionslicht genutzt werden kann, kann mindestens ein Polarisationsdreher, beispielsweise eine Halbwellenplatte, vorhanden sein. Der Polarisationsdreher kann so angeordnet sein, dass eine Polarisation des Transmissions- und/oder Reflexionslichts so gedreht werden, dass das Transmissions- und Reflexionslicht von genau einem der beiden Flüssigkristallbereiche phasenmoduliert werden.

Bei Ausführungen, bei denen das Transmissionslicht und das Reflexionslicht in umgekehrter Richtung denselben Strahlengang durchlaufen, werden das Transmissionslicht und das Reflexionslicht nacheinander auf beide Flüssigkristallbereiche geleitet. Der mindestens eine Polarisationsdreher kann so angeordnet sein, dass das Transmissionslicht vor und nach Auftreffen auf einen der beiden Flüssigkristallbereiche um insbesondere 90° polarisationsgedreht wird, damit es nur von einem Flüssigkristallbereich phasenmoduliert wird. Ebenso wird das Reflexionslicht von dem Polarisationsdreher vor und nach Auftreffen auf den einen der beiden Flüssigkristallbereiche um insbesondere 90° polarisationsgedreht, damit es nur von einem der Flüssigkristallbereiche (welcher derjenige Flüssigkristallbereich ist, der nicht das Transmissionslicht phasenmoduliert) phasenmoduliert wird.

Für eine bessere Strahlqualität kann es bevorzugt sein, wenn das Transmissionslicht und das Reflexionslicht beim ersten Auftreffen auf einen der Flüssigkristallbereiche unbeeinflusst bleiben und erst beim darauffolgenden Auftreffen auf den jeweils anderen der Flüssigkristallbereiche in der Phase moduliert werden. Die Flüssigkristallbereiche und die Polarisationsrichtungen des Transmissions- und Reflexionslichts können entsprechend ausgerichtet sein.

Nachfolgend wird eine Variante beschrieben, bei welcher außer einer Phasenmodulation auch die Amplitude des Lichts über den Strahlquerschnitt variabel beeinflusst werden kann. Hierzu sind der erste Flüssigkristallbereich durch eine erste Flüssigkristallmatrix und der zweite Flüssigkristallbereich durch eine hiervon verschiedene zweite Flüssigkristallmatrix gebildet. Das Reflexionslicht wird auf dem Weg zum ersten Flüssigkristallbereich mittels eines Reflexionslicht-Strahlteilers aufgespalten in zwei Reflexionslichtkomponenten unterschiedlicher Polarisation. Die beiden Reflexionslichtkomponenten werden auf verschiedene Abschnitte der ersten Flüssigkristallmatrix geleitet, wobei eine der beiden Reflexionslichtkomponenten vor und nach Auftreffen auf die erste Flüssigkristallmatrix um insbesondere 90° polarisationsgedreht wird, damit beide Reflexionslichtkomponenten phasenmoduliert werden können. Es können auch beide Reflexionslichtkomponenten polarisationsgedreht werden, wobei sie vorzugsweise auf die gleiche Polarisationsrichtung gedreht werden, damit beide von derselben Flüssigkristallmatrix phasenmoduliert werden können. Anschließend werden die beiden Reflexionslichtkomponenten wieder zusammengeführt, vorzugsweise mit dem Reflexionslicht-Strahlteiler, und zurück zum Polarisationsstrahlteiler geleitet. Je nachdem, wie ein Unterschied zwischen den Phasenmodulationen der beiden Reflexionslichtkomponenten gewählt ist, führt dies zu einer einstellbaren Drehung der Polarisation des zusammengeführten Reflexionslichts beziehungsweise zu einer Änderung zu einer zirkularen oder elliptischen Polarisation. Trifft nun das Reflexionslicht wieder auf den Polarisationsstrahlteiler, wird es abhängig von der Polarisationsdrehung/Polarisationsänderung entweder transmittiert oder reflektiert, beziehungsweise teilweise transmittiert und reflektiert. Ein reflektierter Anteil wird vom Polarisationsstrahlteiler in die Ursprungsrichtung geleitet und wird nicht weiter vom Lichtmikroskop genutzt. Der transmittierte Anteil hingegen wird weitergenutzt, womit zusätzlich zu einer Phasenmodulation eine Amplitudenmodulation bereitgestellt werden kann: Über den Phasenunterschied zwischen den

Reflexionslichtkomponenten kann eingestellt werden, welcher Intensitätsanteil des Reflexionslichts weitergeleitet werden soll.

In analoger Weise wird das Transmissionslicht auf dem Weg zum zweiten Flüssigkristallbereich mittels eines Transmissionslicht-Strahlteilers aufgespalten in zwei Transmissionslichtkomponenten unterschiedlicher Polarisation. Die beiden Transmissionslichtkomponenten werden auf verschiedene Abschnitte der zweiten Flüssigkristallmatrix geleitet. Eine der beiden Transmissionslichtkomponenten wird vor und nach Auftreffen auf die zweite Flüssigkristallmatrix um insbesondere 90° polarisationsgedreht. Anschließend werden die beiden

Transmissionslichtkomponenten wieder zusammengeführt, wobei je nach Phasenmodulation eine Polarisationsdrehung des zusammengeführten Transmissionslichts vorliegt. Dadurch wird das Transmissionslicht bei erneutem Auftreffen auf den Polarisationsstrahlteiler abhängig von der Polarisationsdrehung reflektiert oder transmittiert. Die beiden Reflexionslichtkomponenten sollten möglichst die gleiche optische Weglänge durchlaufen, ehe sie wieder zusammengeführt werden. Hierzu kann ein transparentes Verzögerungselement im Strahlengang von einer der Reflexionslichtkomponenten vorhanden sein. Ebenso kann ein transparentes Verzögerungselement im Strahlengang von einer der Transmissionslichtkomponenten vorhanden und so gestaltet sein, dass beide Transmissionslichtkomponenten die gleiche optische Weglänge durchlaufen.

Der Reflexionslicht-Strahlteiler und der erste Flüssigkristallbereich können so angeordnet sind, dass beide Reflexionslichtkomponenten senkrecht auf den jeweiligen Abschnitt des ersten Flüssigkristallbereichs treffen und denselben Weg zurück zum Reflexionslicht-Strahlteiler laufen. Ein senkrechtes Auftreffen kann vorteilhaft für die Strahlqualität sein. Für das Transmissionslicht kann entsprechendes vorgesehen sein.

Damit durch den Phasenunterschied zwischen den beiden Reflexionslichtkomponenten eine Amplitudenmodulation über einen besonders großen Bereich möglich ist, sollten die beiden Reflexionslichtkomponenten möglichst die gleiche Intensität / Leistung haben. Dies kann durch eine entsprechende Ausrichtung des Reflexionslicht-Strahlteilers relativ zum Polarisationsstrahlteiler erreicht werden. Alternativ kann ein Polarisationsdreher zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Reflexionslicht-Strahlteilers angeordnet und so ausgerichtet sein, dass die Polarisation des Reflexionslichts auf eine Ausrichtung gedreht wird, durch welche das Reflexionslicht zu gleichen Teilen am Reflexionslicht- Strahlteiler geteilt wird. Allgemeiner kann eine gleiche Intensität auch als ein Intensitätsunterschied von höchstens 20% oder höchstens 10% aufgefasst werden.

Die Flüssigkristallbereiche können in einer Pupillenebene oder einer Zwischenbildebene angeordnet sein. Bei einer Anordnung in einer Pupillenebene führt eine hier aufgeprägte Phasengitterstruktur dazu, dass das Licht in der Probenebene eine Amplitudengitterstruktur hat. Um eine gewünschte Amplitudengitterstruktur, das heißt eine gewünschte gitterförmige Intensitätsverteilung in der Probenebene, bereitzustellen, kann über einen IFTA (iterativen Fourier-Transformationsalgorithmus) ein geeignetes Phasenmuster für die Pupillenebene berechnet werden. Eine Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, für eine vorgegebene gewünschte Amplitudengitterstruktur über einen IFTA eine Phasengitterstruktur zu ermitteln, auf welche die Steuereinheit die Flüssigkristallmatrix sodann einstellt.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Lichtmikroskop mit einer Optikanordnung, wie sie vorliegend beschrieben ist. Die Optikanordnung kann in einem

Beleuchtungsstrahlengang, also zwischen einer Lichtquelle und einem Probenbereich, angeordnet sein. Alternativ kann die Optikanordnung in einem

Detektionsstrahlengang, also zwischen einem Probenbereich und einem

Lichtdetektor, angeordnet sein. Im Detektionsstrahlengang kommen die Vorteile, dass die zwei Flüssigkristallbereiche eine Lichtstrahlformung mit nur minimalen Lichtverlusten ermöglichen, besonders gut zu tragen.

Die als zusätzliche Optikanordnungsmerkmale beschriebenen Eigenschaften der Erfindung ergeben bei bestimmungsgemäßen Gebrauch Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Umgekehrt werden die beschriebenen Erfindungsvarianten durch eine entsprechende Anordnung der Komponenten der Optikanordnung erreicht. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben:

Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung;

Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung;

Fig. 3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung; und

Fig. 4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung.

Gleiche und gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung 100. Die Optikanordnung 100 kann in einem Beleuchtungs- oder Detektionsstrahlengang eines Lichtmikroskops angeordnet werden und dient der Lichtstrahlformung von auftreffendem Licht 1 . Wie in Figur 1 angegeben, kann das Licht 1 unpolarisiert sein, das heißt eine Polarisationskomponente in der Zeichenebene und eine Polarisationskomponente senkrecht zur Zeichenebene umfassen.

Die Optikanordnung 100 umfasst einen Polarisationsstrahlteiler 10, durch den das Licht 1 in zwei verschiedene, zueinander senkrecht polarisierte Lichtkomponenten gespalten wird. Der Polarisationsstrahlteiler 10 ist als Polarisationsstrahlteilerwürfel gestaltet, welcher eine Lichtkomponente reflektiert (nachfolgend Reflexionslicht 1A), und die andere Lichtkomponente transmittiert (nachfolgend Transmissionslicht 1 B). Das Reflexionslicht 1A wird auf einen ersten Flüssigkristallbereich 30A, weiter zu einem zweiten Flüssigkristallbereich 30B und zurück zum Polarisationsstrahlteiler 10 geleitet. Dabei wird das Reflexionslicht 1A in eine Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler 10 geleitet, in welcher das Transmissionslicht 1 B vom Polarisationsstrahlteiler 10 ausgeht. Das Reflexionslicht 1A wird beim erneuten Auftreffen auf den Polarisationsstrahlteiler 10 wieder reflektiert.

Das Transmissionslicht 1 B durchläuft denselben Strahlengang wie das Reflexionslicht 1A, aber in umgekehrter Richtung: zunächst zum zweiten Flüssigkristallbereich 30B, weiter zum ersten Flüssigkristallbereich 30A und darauf zum Polarisationsstrahlteiler 10, wo es aufgrund seiner Polarisationsrichtung transmittiert wird. Hierbei überlagert es mit dem Reflexionslicht, womit wieder unpolarisiertes Licht 4 entsteht.

Durch die beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B werden das Transmissions- und Reflexionslicht phasenmoduliert. Dadurch ist das ausgehende unpolarisierte Licht 4 ebenfalls wie gewünscht phasenmoduliert. Die beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B sind bei dieser Ausführung durch zwei separate Flüssigkristallmatrizen gebildet, wobei sie aber alternativ auch Abschnitte derselben Flüssigkristallmatrix sein können.

Jeder Flüssigkristallbereich 30A, 30B umfasst mehrere Flüssigkristallelemente, die auftreffendes Licht verzögern. Das Licht durchläuft die Flüssigkristallelemente, wird an der Rückseite des Flüssigkristallbereichs 30A, 30B reflektiert und durchläuft nochmals die Flüssigkristallelemente, ehe es austritt. Alternativ sind auch transmissive Flüssigkristallbereiche möglich. Durch das Durchlaufen der Flüssigkristallelemente wird die Phase des Lichts verändert. Je nach Schaltzustand eines Flüssigkristallelements kann die Phasenänderung variabel eingestellt werden. Hierbei sind nicht nur ein An/Aus-Zustand eines Flüssigkristallelements möglich, vielmehr können auch Zwischenstufen eingestellt werden, so dass eine graduelle oder kontinuierliche Phasenänderung ermöglicht wird. Durch die Mehrzahl an Flüssigkristallelementen können über den Strahlquerschnitt unterschiedliche Phasenänderungen eingestellt werden. Hierdurch kann eine Wellenfront des Lichts wie gewünscht eingestellt werden.

Ein Flüssigkristallelement ermöglicht eine variable Phasenänderung aber nur für eine bestimmte Lichtpolarisation. Licht mit einer hierzu senkrechten Lichtpolarisation kann im Allgemeinen hingegen nicht variabel phasenverschoben werden, das heißt ein Schaltzustand des Flüssigkristallelements hat keine Auswirkung auf die Phasenänderung.

Die beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B aus Fig. 1 sind zueinander um 90° gedreht. Hierdurch wird das Transmissionslicht 1 B aufgrund seiner Polarisation nur von einem der beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B beeinflusst. Das Reflexionslicht 1A ist senkrecht zum Transmissionslicht 1 B polarisiert und wird daher vom anderen der beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B beeinflusst. Es kann bevorzugt sein, dass die Flüssigkristallbereiche 30A, 30B so ausgerichtet sind, dass das Reflexionslicht 1A nicht bereits beim ersten Auftreffen auf den Flüssigkristallbereich 30A, sondern erst beim darauffolgenden Auftreffen auf den Flüssigkristallbereich 30B phasenmoduliert wird, und dass gleichermaßen das Transmissionslicht 1 B nicht bereits beim ersten Auftreffen auf den Flüssigkristallbereich 30B, sondern erst beim darauffolgenden Auftreffen auf den Flüssigkristallbereich 30A phasenmoduliert wird. Dies kann für die Strahlqualität förderlich sein.

Durch den Aufbau von Fig. 1 kann mit einer sehr geringen Komponentenanzahl eine pixelweise Phasenmodulation eines Lichtstrahls erfolgen, ohne dass nennenswerte Intensitätsanteile des Lichtstrahls 1 verloren gingen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Optikanordnung 100 ist in Fig. 2 gezeigt. Wie auch bei Fig. 1 wird hier durch einen Polarisationsstrahlteiler 10 auftreffendes Licht 1 in Reflexionslicht 1A und Transmissionslicht 1 B geteilt. Das Reflexionslicht 1A trifft hier allerdings nur auf den Flüssigkristallbereich 30A, während das Reflexionslicht 1 B nur auf den Flüssigkristallbereich 30B trifft. Anschließend werden das Reflexionslicht 1A und Transmissionslicht 1 B durch einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 1 1 zusammengeführt. Bei dieser Ausführung treffen das Reflexionslicht 1A und Transmissionslicht 1 B nur auf denjenigen Flüssigkristallbereich 30A oder 30B, durch welchen sie auch tatsächlich phasenmoduliert werden. Dies kann für die Strahlqualität vorteilhaft sein.

Eine besonders kosteneffiziente Ausführung ist in Fig. 3 bereitgestellt, wo die beiden Flüssigkristallbereiche 30A und 30B verschiedene Bereiche derselben Flüssigkristallmatrix 30 sind. In diesem Fall können die beiden Flüssigkristallbereiche 30A und 30B nur Licht derselben Polarisationsrichtung variabel phasenmodulieren. Damit aber sowohl das Transmissionslicht 1 B als auch das Reflexionslicht 1A phasenmoduliert werden können, muss eine geeignete Polarisationsdrehung erfolgen. Dies wird durch einen Polarisationsdreher 28, beispielsweise eine Verzögerungsplatte / Halbwellenplatte, erreicht. Das Reflexionslicht 1A trifft zunächst auf den ersten Flüssigkristallbereich 30A und wird darauf durch den Polarisationsdreher 28 um 90° in der Polarisationsrichtung gedreht, ehe es auf den zweiten Flüssigkristallbereich 30B trifft. Hierdurch wird das Reflexionslicht 1A nur entweder vom ersten oder zweiten Flüssigkristallbereich 30A, 30B phasenmoduliert. Anschließend durchläuft das Reflexionslicht 1A nochmal denselben Polarisationsdreher 28 (alternativ kann auch ein zusätzlicher Polarisationsdreher genutzt werden), womit das Reflexionslicht 1 A wieder seine ursprüngliche Polarisationsrichtung hat. Dadurch wird es am Polarisationsstrahlteiler 10 reflektiert und nicht etwa transmittiert. Das Transmissionslicht 1 B durchläuft denselben Strahlengang wie das Reflexionslicht 1A, aber in umgekehrter Reihenfolge. Hierdurch wird das Transmissionslicht 1 B ebenfalls bloß von einem der beiden Flüssigkristallbereiche 30A, 30B phasenmoduliert. Es kann bevorzugt sein, dass das Transmissionslicht 1 B nur vom Flüssigkristallbereich 30A und das Reflexionslicht 1A nur vom Flüssigkristallbereich 30B phasenmoduliert wird.

Um das Reflexionslicht 1 A und das Transmissionslicht 1 B vom Polarisationsstrahlteiler 10 zweimalig auf die Flüssigkristallmatrix 30 und zweimalig durch den

Polarisationsdreher 28 zu leiten, können Umlenkelemente 16, 17, 18 vorgesehen sein. Im dargestellten Beispiel sind als Umlenkelemente 16, 17, 18 drei Spiegel vorhanden, wobei aber auch eine andere Anzahl und Anordnung an Umlenkelementen möglich ist.

Die Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 ermöglichen eine Phasenmodulation über einen Strahlquerschnitt. Eine Ausführung, welche zusätzlich auch eine Amplitudenmodulation über den Strahlquerschnitt ermöglicht, ist schematisch in Fig. 4 gezeigt.

Die Optikanordnung 100 umfasst hier ebenfalls einen Polarisationsstrahlteiler 10, welcher Licht 1 in Reflexionslicht 1A und Transmissionslicht 1 B teilt. Das Reflexionslicht 1A wird wiederum durch einen ersten Flüssigkristallbereich 30A phasenmoduliert und sodann zum Polarisationsstrahlteiler 10 zurückgeleitet. Analog wird das Transmissionslicht 1 B zu einem zweiten Flüssigkristallbereich 30B geleitet, durch diesen phasenmoduliert und sodann zum Polarisationsstrahlteiler 10 zurückgeleitet. Der Polarisationsstrahlteiler 10 kann auch hier das phasenmodulierte Reflexions- und Transmissionslicht zu einem ausgehenden Lichtstrahl 4 zusammenführen. Der erste Flüssigkristallbereich 30A ist hier durch eine erste Flüssigkristallmatrix 31 A gebildet, während der zweite Flüssigkristallbereich 30B hier durch eine zweite Flüssigkristallmatrix 31 B gebildet ist.

Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen ist im Strahlengang des Reflexionslichts 1A ein weiterer Polarisationsstrahlteiler (nachfolgend Reflexionslicht- Strahlteiler 10A) vorhanden, welcher das Reflexionslicht 1A in zwei zueinander senkrecht polarisierte Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A teilt. Diese beiden Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A werden auf unterschiedliche Abschnitte 32A, 33A des ersten Flüssigkristallbereichs 30A geleitet und dort jeweils phasenmoduliert. Die beiden zueinander senkrecht polarisierten Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A sollen eine geeignete Polarisationsrichtung haben, um durch die Abschnitte 32A, 33A derselben Flüssigkristallmatrix 31A phasenmoduliert zu werden. Hierzu wird ein Polarisationsdreher 28A benötigt. Im dargestellten Beispiel befindet sich der Polarisationsdreher 28A im Strahlengang der am Reflexionslicht-Strahlteiler 10A transmittierten Reflexionslichtkomponente 2A. Je nach Ausrichtung der Flüssigkristallmatrix 31 A kann der Polarisationsdreher 28A aber auch im Strahlengang der am Reflexionslicht-Strahlteiler 10A reflektierten Reflexionslichtkomponente 3A angeordnet sein (nicht dargestellt). Die beiden phasenmodulierten Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A treffen wieder auf den Reflexionslicht- Strahlteiler 10A und werden dort zusammengeführt, in Richtung des Polarisationsstrahlteilers 10. Wenn die beiden Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A unterschiedlich phasenmoduliert werden, kann das durch den Reflexionslicht-Strahlteiler 10A wieder zusammengeführte Reflexionslicht in seiner Polarisationsrichtung gedreht sein; zudem kann aus dem linear polarisierten Reflexionslicht elliptisch polarisiertes Licht geworden sein. Diese Polarisationsänderung entscheidet, zu welchen Anteilen das zum Polarisationsstrahlteiler 10 zurücklaufende Reflexionslicht transmittiert oder reflektiert wird. So kann durch die Flüssigkristallmatrix 31A eine Intensität / Amplitude des transmittierten Anteils eingestellt werden. Als ein Vorteil können so sowohl die Phase als auch die Amplitude des Reflexionslichts über dessen Querschnitt variabel eingestellt werden. Dabei sind die Phase und die Amplitude voneinander unabhängig einstellbar.

Damit das Reflexionslicht 1A mit einer geeigneten Polarisationsrichtung auf den Reflexionslicht-Strahlteiler 10A trifft, um zu gleichen Teilen dort reflektiert und transmittiert zu werden, kann ein Reflexionslicht-Polarisationsdreher 15A (beispielsweise eine l/2-Platte) zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10 und dem Reflexionslicht-Strahlteiler 10A angeordnet sein. Der Reflexionslicht-Strahlteiler 10A kann wie dargestellt eine Umlenkung / Spiegelung der reflektierten Reflexionslichtkomponente 3A an seiner Außenseite 13A bewirken, so dass beide Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A parallel zueinander verlaufen. Als Abwandlung vom dargestellten Fall könnte auch die transmittierte Reflexionslichtkomponente 2A so umgelenkt werden, dass beide Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A parallel verlaufen. In dieser Weise können beide Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A senkrecht auf die Flüssigkristallmatrix 31A treffen. Damit beide Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A die gleiche optische Weglänge durchlaufen, kann ein transparentes Verzögerungselement 22A im Strahlengang von einer der Reflexionslichtkomponenten 2A und 3A vorhanden sein.

Für das Transmissionslicht 1 B können die zum Reflexionslicht 1A beschriebenen Komponenten dupliziert sein und die analoge Funktion ausführen. So kann ein Transmissionslicht-Polarisationsdreher 15B eine Polarisationsrichtung des Transmissionslichts 1 B so drehen, dass es am darauffolgenden Transmissionslicht- Strahlteiler 10B in zwei Transmissionslichtkomponenten 2B, 3B gleicher Intensität geteilt wird. Die Transmissionslichtkomponente 2B durchläuft ein transparentes Verzögerungselement 22B und einen Polarisationsdreher 28B, um dann auf einen Abschnitt 32B des zweiten Flüssigkristallbereichs 30B zu treffen. Hier wird die Transmissionslichtkomponente 2B phasenmoduliert und läuft auf gleichem Weg zurück. Die andere Transmissionslichtkomponente 3B wird an einer Außenseite 13B des Transmissionslicht-Strahlteilers 10B reflektiert und trifft auf einen anderen Abschnitt 33B desselben Flüssigkristallbereichs 30B, welcher durch eine einzige Flüssigkristallmatrix 31 B gebildet ist. Die beiden phasenmodulierten Transmissionslichtkomponenten 2B und 3B werden durch den Transmissionslicht- Strahlteiler 10B zusammengeführt, wobei außer einer Phasenmodulation an sich auch eine Polarisationsänderung aufgrund der Phasenmodulation bewirkt sein kann. Abhängig von der Polarisationsänderung wird das Transmissionslicht 1 B am Polarisationsstrahlteiler 10 transmittiert und/oder reflektiert.

Es kann sich beim Licht 1 insbesondere um nachzuweisendes Probenlicht, beispielsweise Fluoreszenzlicht, handeln. Durch die Phasenmodulation können insbesondere Aberrationen korrigiert werden. Anschließend wird das Licht als Lichtstrahl 4 in Richtung eines Detektors weitergeleitet.

Die Erfindung ermöglicht eine solche Phasenmodulation in kosteneffizienter Weise und bei äußerst geringen Lichtverlusten.

Bezuqszeichenliste

1 Licht

1 A Reflexionslicht

1 B Transmissionslicht

2A, 3A Reflexionslichtkomponenten

2B, 3B Transmissionslichtkomponenten

4 auslaufender Lichtstrahl

10 Polarisationsstrahlteiler

10A Reflexionslicht-Strahlteiler

10B Transmissionslicht-Strahlteiler

1 1 zweiter Polarisationsstrahlteiler

13A, 13B reflektierende Außenseite

15A Reflexionslicht-Polarisationsdreher B Transmissionslicht-Polarisationsdreher

-18 Umlenkelemente

A, 22B Verzögerungselement

, 28A, 28B Polarisationsdreher

, 31 A, 31 B Flüssigkristallmatrix

A erster Flüssigkristallbereich

B zweiter Flüssigkristallbereich

A erste Flüssigkristallmatrix

B zweite Flüssigkristallmatrix

A, 33B erster Abschnitt des Flüssigkristallbereichs 30A bzw. 30BA, 32B zweiter Abschnitt des Flüssigkristallbereichs 30A bzw. 30B0 Optikanordnung