Zwischen wenigstens zwei optischen Systemen abbildende optische Abbildungsanordnung mit wenigstens einem torischen Spiegel Beschreibung Die Erfindung betrifft allgemein eine zwischen wenigstens zwei optischen Systemen abbildende optische Abbildungsanordnung mit wenigstens einem torischen Spiegel. Die Erfindung betrifft konkreter eine optische Anord- nung, umfassend : ein erstes optisches System, ein zweites optisches System und eine zwischen dem ersten und dem zweiten optischen System abbildende optische Abbildungsanordnung, die wenigstens einen torischen Spiegel aufweist, wobei das erste optische System alleine oder in Kom- bination mit wenigstens einer optischen Komponente der Abbildungsanord- nung eine erste Bündelöffnung und eine innerhalb der ersten Bündelöffnung einem verschwindenden Strahl-Einfallswinkel oder Strahl-Austrittswinkel entsprechende erste optische Achse aufweist und wobei das zweite op- tische System alleine oder in Kombination mit wenigstens einer optischen Komponente der Abbildungsanordnung eine zweite Bündelöffnung und eine innerhalb der zweiten Bündelöffnung einem verschwindenden Strahl-Ein- fallswinkel oder Strahl-Austrittswinkel entsprechende zweite optische Achse aufweist.

Optische wirksame torische Flächen, die astigmatisch abbilden, werden vorwiegend zur Korrektur von Astigmatismen, etwa zur Korrektur des Astigmatismus des Auges, verwendet. In Folge unterschiedlicher Krüm- mungen in den beiden Hauptschnitten weisen derartige Flächen unter- schiedliche Brechkräfte und bildseitige Schnittweiten auf. Eine torische Fläche entsteht durch Rotation eines Kreisbogens um eine nicht durch dessen Krümmungsmittelpunkt verlaufende, zu den Scheiteltangenten des Kreisbogens parallele Achse. Torische Spiegelflächen werden beispiels- weise in der Astronomie zur Korrektur von Astigmatismen bestimmter

Teleskoptypen verwendet, beispielsweise bei sogenannten Schiefspieglern bzw. Yolo-Reflektoren. Die torischen Spiegelflächen dienen dabei speziell zur Korrektur der aus der Schiefe bzw. Kippung des Teleskopsystems resultierenden Bildfehler, insbesondere Astigmatismus.

Allgemein können torische Spiegel vorteilhaft dafür eingesetzt werden, über einen möglichst großen Raumwinkel Photonen zu sammeln, beispielsweise im Zusammenhang mit Monochromator-Anordnungen. Ein torischer Spiegel zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass er es ermöglicht, einen Punkt außerhalb einer Symetrieachse abzubilden und dabei vergleichsweise wenig optische Fehler (z. B. astigmatische Fehler) in der Abbildung zu erzeugen.

Sind hingegen nicht Punkte sondern Flächen (etwa eine Eintritts-und eine Austrittsfläche) oder Pupillen (etwa eine Eintritts-und eine Austrittspupille) ineinander abzubilden, so entstehen herkömmlich bei der Abbildung über einen torischen Spiegel störende Bildfehler.

Aufgabe der Erfindung nach einem ersten Aspekt ist, eine ohne großen technischen Aufwand realisierbare Möglichkeit zur Reduzierung dieser Bildfehler anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende op- tische Komponente der Abbildungsanordnung zwischen einem zugeord- neten der optischen Systeme und dem torischen Spiegel gegenüber der jeweiligen optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die jewei- lige optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen.

Es wurde festgestellt, dass durch die erfindungsgemäße Verkippung der betreffenden optischen Komponente die angesprochenen Bildfehler deutlich reduzierbar sind. Es wird hierdurch möglich, eine Ausgangsfläche oder

Austrittspupille vergleichsweise sauber auf bzw. in eine Eintrittsfläche bzw.

Eintrittspupille abzubilden, beispielsweise zur Einkopplung des von einer Lampe, etwa Bogenlampe, über eine große Bünde ! öffnung (großer Öff- nungswinkel, große numerische Apertur) unter Vermitt ! ung des torischen Spiegels erfassen Lichts in einen Lichtleiter oder ein Lichtleiterbündel.

Für einen gegebenen optischen Aufbau kann der ein Optimum gebende Kippwinkel und ggf. auch noch eine Seitenverschiebung der betreffenden optischen Komponente durch einfaches Justieren oder systematisches Ausprobieren gefunden werden.

Die nach dem Erfindungsvorschlag durch einfaches Verkippen erzielte Wirkung der Reduzierung von Bildfehlern im Zusammenhang mit einer optischen Abbildung über einen torischen Spiegel ist einigermaßen über- raschend. An sich sprechen die üblichen fachmännischen Überlegungen im Zusammenhang mit der Auslegung einer optischen Anordnung wie ein- gangs angesprochen dafür, die jeweilige optische Komponente (soweit vorgesehen) zwischen dem ersten optischen System und dem torischen Spiegel bzw. zwischen dem torischen Spiegel und dem zweiten optischen System senkrecht in Bezug auf das die Abbildung ergebende Strahlenbün- del bzw. die die Abbildung ergebende Strahlenbüschel anzuordnen, so dass die optische Achse der betreffenden Komponente und die erste bzw. zwei- te optische Achse zueinander im Wesentlichen parallel oder-idealerweise- im Wesentlichen koaxial (die Achsen fallen also idealerweise zusammen) sind.

Man kann die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe auch so formule- ren. Aufgabe der Erfindung ist, von einem ersten optischen System mit definierter Bündelöffnung und Austrittsfläche oder Austrittspupille unter Erreichung einer vergleichsweise großen Beleuchtungsstärke oder/und unter Kleinhaltung oder Vermeidung von Abbildungsfehlern in ein zweites opti- sches System mit definierter Bündelöffnung und definierter Eintrittsfläche

oder Eintrittspupille abzubilden, ggf. einzukoppeln. Hierzu wird nach dem ersten Aspekt erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen torischen Spiegel einzusetzen, in Verbindung mit der angesprochenen Verkippung wenigstens einer optisch abbildenden oder zu einer optischen Abbildung beitragenden optischen Komponente der den torischen Spiegel aufweisenden, zwischen den optische Systeme abbildenden Abbildungsanordnung. Der torische Spiegel ermöglicht gewissermaßen, über einen vergleichsweise großen Raumwinkel Photonen"aufzusammeln"und damit an der optischen Ab- bildung zu beteiligen. Die erfindungsgemäße Verkippung der betreffenden optischen Komponente vermeidet bzw. reduziert dabei störende Abbil- dungsfehler.

Bei der betreffenden, zu verkippenden und ggf. seitlich zu verschiebenden optischen Komponente handelt es sich vorzugsweise um eine optische Komponente, die ohnehin als Teil der optischen Abbildungsanordnung vorgesehen ist, um die benötigte Abbildung bzw. Einkopplung zu erreichen.

Beispielsweise kann es sich um eine Linse handeln, die dazu vorgesehen ist, aus einem divergierenden Strahlenbündel ein weniger stark divergieren- des, ggf. paralleles Strahlenbündel zu machen, oder um eine optische Komponente, die dafür vorgesehen ist, aus einem konvergierenden Strah- lenbündel ein weniger stark konvergierendes, ggf. paralleles Strahlenbündel zu machen, oder um eine optische Komponente, die dafür vorgesehen ist, aus einem parallelen Strahlenbündel ein konvergierendes Strahlenbündel zu machen, oder um eine optische Komponente, die dafür vorgesehen ist, aus einem konvergierenden Strahlenbündel ein stärker konvergierendes Strah- lenbündel zu machen, oder um eine optische Komponente, die dafür vor- gesehen ist, aus einem divergierenden Strahlenbündel ein stärker diver- gierendes Strahlenbündel zu machen.

Es wird vor allem daran gedacht, dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende optische Komponente der Abbildungsanordnung zwischen dem ersten optischen Systeme und dem

torischen Spiegel gegenüber der ersten optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die erste optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen, oder dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende optische Komponente der Abbil- dungsanordnung zwischen dem zweiten optischen Systeme und dem torischen Spiegel gegenüber der zweiten optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die zweite optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen.

Es kommt durchaus aber auch in Betracht, dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende optische Kom- ponente der Abbildungsanordnung zwischen dem ersten optischen Sys- teme und dem torischen Spiegel gegenüber der ersten optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die erste optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen, und dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende optische Kom- ponente der Abbildungsanordnung zwischen dem zweiten optischen Sys- teme und dem torischen Spiegel gegenüber der zweiten optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die zweite optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen.

Die betreffende optische Komponente kann als reflektive oder diffraktive oder refraktive optische Komponente ausgeführt sein. Es wird vor allem daran gedacht, dass die betreffende optische Komponente als Linse ausge-

führt ist. Mehrere von der Verkippung und ggf. Seitenverschiebung betrof- fene Linsen können Teil eines insgesamt Verkippten und ggf. seitlich ver- schobenen optischen Systems sein.

Die bzw. eine erfindungsgemäß verkippte optische Komponente kann als Positivlinse ausgeführt sein. Ferner kann die bzw. eine erfindungsgemäß verkippte optische Komponente als Negativlinse ausgeführt sein.

Die entsprechend der erfindungsgemäßen Verkippung unter einem Winkel zueinander stehenden optischen Achsen können sich in der Projektion bzw. aufgespannten Ebene in einem Innenbereich der betreffenden optischen Komponente schneiden. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang daran gedacht, dass die betreffende optische Komponente gegenüber der oben angesprochenen Idealstellung nach herkömmlichem Ansatz nur verkippt, aber nicht seitlich verschoben ist.

Es kann durchaus aber auch zweckmäßig sein, dass die gemäß der erfin- dungsgemäßen Verkippung unter einem Winkel zueinander stehenden optischen Achsen sich in der Projektion bzw. in der aufgespannten Ebene außerhalb der betreffenden optischen Komponente schneiden. Insbeson- dere kann die betreffende optische Komponente gegenüber der oben ange- sprochenen Idealstellung nach herkömmlichem Ansatz einerseits verkippt und andererseits seitlich verschoben sein.

Dabei kann der Schnittpunkt zwischen den optischen Achsen auf der dem torischen Spiegel nahen Seite der betreffenden optischen Komponente liegen. Es kann durchaus aber auch zweckmäßig sein, dass der Schnitt- punkt zwischen den optischen Achsen auf der dem torischen Spiegel fernen Seite der betreffenden optischen Komponente liegt.

Es wird vor allem daran gedacht, dass die unter einem Winkel zueinander stehenden optischen Achsen eine Ebene aufspannen, in der sie sich schnei-

den. Es ist durchaus aber auch möglich, dass die unter einem Winkel zueinander stehenden optischen Achsen windschief zueinander sind.

Wie oben schon angedeutet, ist nach einer bevorzugten Anwendung bzw.

Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass aus dem ersten optischen System austretendes Licht vermittels der durch die Abbildungs- anordnung erzielten optischen Abbildung in das zweite optische System eingekoppelbar ist. Dabei kann das erste optische System eine Lichtquelle umfassen, die beispielsweise von einer Lampe, vorzugsweise Entladungs- oder Bogenlampe, gebildet ist. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist, dass das erste optische System einen Lichtleiter oder ein Lichtleiterbündel um- fasst.

Betreffend das zweite optische System wird vor allem, aber nicht aus- schließlich daran gedacht, dass dieses einen Lichtleiter oder ein Lichtleiter- bündel umfasst. Das zweite optische System kann aber auch beispiels- weise ein optisches Instrument, etwa ein Mikroskop (ggf. Fluoreszenz- mikroskop) sein, in das beispielsweise von dem ersten optischen System abgegebenes Licht etwa zur Beleuchtung eines Objektbereichs einzukop- pein ist.

Zwischen wenigstens einem der optischen Systeme und dem torischen Spiegel kann eine Lichtkonditionieranordnung vorgesehen sein, durch die die Abbildungsanordnung abbildet oder die Teil der Abbildungsanordnung ist. Es wird beispielsweise daran gedacht, dass die Lichtkonditionieranord- nung eine optische Wellenlängenselektionsanordnung umfasst, mittels der wenigstens eine vorgegebene oder einstellbare Selektionswellenlänge, vorzugsweise genau eine vorgegebene oder einstellbare Selektionswellen- länge, mit einer vorgegebenen oder einstellbaren Selektionsbandbreite selektierbar ist.

Eine andere Möglichkeit ist, dass die Lichtkonditionieranordnung eine optische Polarisatoranordnung umfasst. Ferner wird daran gedacht, dass die Lichtkonditionieranordnung eine vorzugsweise verstellbare optische <BR> <BR> <BR> <BR> Intensitätsabschwächungsanordnung oder Strahlenbündelabschattungs- anordnung zur Einstellung einer Sollintensität umfasst. <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <P>DieErfindungbetrifftfernereineoptischeObjektuntersu chungseinrichtung, umfassend einen Objektbereich, in dem ein zu untersuchendes Objekt plazierbar ist, einen Beobachtungsstrahlengang, der vom Objektbereich zu einem Bildbereich führt, und wenigstens einen sich an einen Lichteingang anschließenden Beleuchtungsstrahlengang, über den der Objektbereich beleuchtbar ist.

Aufgabe der Erfindung nach einem zweiten Aspekt ist, Beleuchtungslicht von einer zugeordneten Lichtquelle dem Beleuchtungsstrahlengang mit hoher Beleuchtungsstärke zuzuführen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Objektuntersuchungseinrichtung eine optische Abbildungsanordnung aufweist, die wenigstens einen torischen Spiegel umfasst. Über die optische Abbildungsanordnung ist dem Beobachtungs- strahlengang von einer zugeordneten Lichtquelle Beleuchtungslicht zuführ- bar. Beispielsweise kann ein Lichteingang, an den sich der Beleuchtungs- strahlengang anschließt, über die Abbildungsanordnung an der zugeord- neten Lichtquelle angeschlossen oder anschließbar sein. Die Objektunter- suchung kann unter Einbeziehung der Abbildungsanordnung sowie eventu- ell der Lichtquelle sowie eventuell des Beleuchtungsstrahlengangs bzw.

Lichteingangs umfassen : ein erstes optisches System (beispielsweise die Lichtquelle oder ein Lichtleiter), ein zweites optisches System (beispiels- weise der Beobachtungsstrahlengang oder der Lichteingang oder ein Licht- leiter) und die zwischen dem ersten und dem zweiten optischen System abbildende optische Abbildungsanordnung, die wenigstens einen torischen Spiegel aufweist, wobei das erste optische System alleine oder in Kom- bination mit wenigstens einer optischen Komponente der Abbildungsanord-

nung eine erste Bündelöffnung und eine innerhalb der ersten Bündelöffnung einem verschwindenden Strahl-Einfallswinkel oder Strahl-Austrittswinkel entsprechende erste optische Achse aufweist und wobei das zweite op- tische System alleine oder in Kombination mit wenigstens einer optischen Komponente der Abbildungsanordnung eine zweite Bündelöffnung und eine innerhalb der zweiten Bündelöffnung einem verschwindenden Strahl-Ein- <BR> <BR> <BR> <BR> fallswinkel oder Strahl-Austrittswinkel entsprechende zweite optische Achse aufweist.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbil- dung beitragende optische Komponente der Abbildungsanordnung (ins- besondere zwischen einem zugeordneten der optischen Systeme und dem torischen Spiegel) gegenüber der/einer jeweiligen optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die jeweilige optische Achse und eine op- tische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespannten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen.

Nach dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Objektuntersuchungseinrichtung eine erfindungsgemäße optische Anordnung wie vorangehend definiert und hinsichtlich bevorzugter Weiter- bildungsmöglichkeiten erläutert aufweist, über die von einer zugeordneten Lichtquelle (ggf. die Lichtquelle des ersten optischen Systems) dem Be- leuchtungsstrahlengang Beleuchtungslicht zuführbar ist.

Wenn oben von einem"Lichteingang"die Rede ist, so heisst dies nicht, dass irgendeine optische Komponente vorhanden sein muss, die konkret eine Einkoppelöffnung oderdergleichen definiert. Die Objektuntersuchungs- einrichtung und die erfindungsgemäße optische Anordnung können so integral ausgeführt sein, dass der Strahlengang der optischen Anordnung und der Beleuchtungsstrahlengang ineinander übergehen bzw. bereichs-

weise zusammenfallen, ohne dass zwischen den Strahlengängen eine definierte"Grenze"besteht. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Objektuntersuchungseinrichtung wird man häufig einen gewissen Bereich oder eine gewisse Komponente, beispielsweise eine Blende, als"Schnitt- stelle"zwischen der optischen Anordnung einerseits und dem Beleuch- tungsstrahlengang andererseits auffassen können, der bzw. die dann zweckmäßig als"Lichteingang"identifizierbar ist. Wird hingegen, wie es bevorzugt ist, das von der optischen Anordnung bereitgestellte Beleuch- tungslicht mittels eines Lichtleiters oder einer Lichtleiteranordnung dem Beobachtungsstrahlengang zugeführt, so kann beispielsweise das beleuch- tungsstrahlengangseitige Ende des Lichtleiters bzw. der Lichtleiteranord- nung in der Regel zweckmäßig als"Lichteingang"identifiziert werden.

Die erfindungsgemäße Objektuntersuchungseinrichtung kann wenigstens einen Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang aufweisen, der gewünschtenfalls zumindest teilweise mit dem Beobachtungsstrahlengang zusammenfällt.

Ferner kann die erfindungsgemäße Objektuntersuchungseinrichtung wenigstens einen Durchlicht-Beleuchtungsstrahlengang aufweisen.

Es wird vor allem daran gedacht, dass die erfindungsgemäße Objektunter- suchungseinrichtung ein Mikroskop umfasst, das den Objektbereich, den Beobachtungsstrahlengang und den wenigstens einen Beleuchtungsstrah- lengang aufweist. Ferner wird daran gedacht, dass die erfindungsgemäße Objektuntersuchungseinrichtung eine (ggf. das Mikroskop umfassende) Fluoreszenz-Messvorrichtung umfasst, die den Objektbereich, den Beobach- tungsstrahlengang und den wenigstens einen Beleuchtungsstrahlengang aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Torus zur Erläuterung des Begriffs torischer Spie- gel.

Fig. 2 veranschaulicht die Abbildung zwischen zwei Punkten mittels eines torischen Spiegels.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, wie Licht von einer Lampe, beispiels- weise Bogenlampe, mittels eines torischen Spiegels über einen verg ! eichsweise großen Raumwinketbereich aufgesam- melt und mittels einer dem torischen Spiegel nachgeschalte- ten Positivlinse in einem Fokus konzentriert werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3, bei der an Stelle der Positivlinse eine Negativlinse vorgesehen ist, die das Licht durch Abbildung ins Unendliche zu einem Parallel- strahl umwandelt.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 4, bei der der Parallelstrahl durch eine der Negativlinse nachgeschaltete Positiviinse in einem Fokus konzentriert wird und der vom torischen Spiegel zum Lichtsammeln erfasste Raumwinkelbe- reich durch eine zwischen der Lampe und dem torischen Spie- gel angeordnete Sammellinsenanordnung vergrößert ist.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer gegenüber der Stellung in Fig. 4 oder 5 gezeigten"Normalstellung"ge- kippten Negativlinse zur Verbesserung der optischen Abbil- dung.

Fig. 7 zeigt eine optische Fluoreszenzmikroskopieanordnung mit zwei Auflicht-Beleuchtungsstrahlengängen und einem Durch- licht-Beleuchtungsstrahlengang, denen wahlweise Beleuch-

tungslicht von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvor- richtung mit einem torischen Spiegel zum Sammeln von von einer Lampe ausgehendem Licht zuführbar ist, wobei die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise auf den Anordnungen gemäß Fig. 4 bis 6 beruhen kann.

Um einen möglichst großen Raumwinkel zur Aufsammlung von Photonen <BR> <BR> <BR> <BR> verwenden zu können, kann zweclcmäßig ein"torischer Spiegel"eingesetzt werden, wie er an sich beispielsweise aus Monochromator-Anordnungen bekannt ist.

Ein Torus lässt sich durch Angabe von zwei Radien beschreiben : r und R (vgl. Fig. 1). Ein torischer Spiegel ist ein Ausschnitt der Oberfläche eines Torus. Er zeichnet sich in der Optik dadurch aus, dass er es ermöglicht, einen Punkt außerhalb einer Symetrieachse abzubilden und dabei ver- gleichsweise wenig optische Fehler (z. B. astigmatische Fehler) in der Ab- bildung zu erzeugen. Fig. 2 veranschaulicht die Abbildung des Punktes P1 auf den Punkt P2 mittels eines torischen Spiegels 10. A bezeichnet die Symetrieachse des torischen Spiegels.

Sind hingegen nicht Punkte, sondern Flächen abzubilden, so treten in der Praxis je nach Anwendung durchaus störende Abbildungsfehler auf, auch dann, wenn ein torischer Spiegel eingesetzt wird.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung bezieht sich auf das Sammeln von Licht von einer Lampe, beispielsweise Bogenlampe, über einen großen Raumwinkel (mit großer numerischer Apertur) für optische Anwendungen, beispielsweise in der Mikroskopie oder Fluoreszenzmikroskopie. Es hat sich gezeigt, dass hierfür vorteilhaft ein torischer Spiegel einsetzbar ist.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel einer Anordnung, bei der der Photo- nenfluss einer Bogenlampe 12 mit Hilfe eines torischen Spiegels 10 über

einen vergleichsweise großen Raumwinkel aufgesammelt und einer weite- ren optischen Anordnung zur Verfügung gestellt wird. Es ist konkret eine dem torischem Spiegef nachgeschartete Positivtinse (Samme) Hnse ; f > 0) vorgesehen, weiche einen Fokus erzeugt, beispielsweise zur Einkopptung des Lichts in eine Lichtleiterfaser (etwa Glasfaser) 16 zur Zuführung des Lichts zu einer optischen Objektuntersuchungseinrichtung, beispielsweise Mikroskop oder Fluoreszenzmikroskop. Gemäß herkömmlichen Ansätzen ist die Positivlinse 14 im Wesentlichen zentrisch zum vom torischen Spiegel 10 her einfallenden Strahlenbündel angeordnet und eine optische Achse der Linse 14 fällt mit einer eingangsseitigen optischen Achse der das Licht empfangenden Anordnung, im Beispiel des Lichtleiters 16, im Wesentlichen zusammen. An Stelle des Lichtleiters könnte auch ein sonstiges optisches Empfängersystem vorgesehen sein.

Für manche Anwendungen ist es zweckmäßig, das benötigte Licht nicht mittels einer Lichtleiteranordnung, sondern als frei propagierendes Licht, beispielsweise als Parallelstrahl, zuzuführen. Die Fig. 4 zeigt eine hierfür geeignete Anordnung. Hier ist an Stelle der Positiviinse 14 eine Negativ- linse (Zerstreuungslinse ; f < 0) 18 vorgesehen, die das nach der Reflexion an dem torischen Spiegel 10 konvergierende Strahlenbündel in einen Pa- rallelstrahl umwandelt, also ins Unendliche abbildet. Ein derartiger Parallel- strahl kann beispielsweise unmittelbar in einen Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops oder dergleichen eingekoppelt werden. Hierzu könnte die Anordnung der Fig. 4 in das Mikroskop integriert sein.

Eine andere Möglichkeit ist, den Parallelstrahl in einem zweiten Schritt in ein Empfängersystem zu fokussieren, beispielsweise in eine Glasfaser 16, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist. Die Anordnung der Fig. 5 unterschei- det sich von der Anordnung der Fig. 4 durch eine der Negativlinse 18 nachgeschaltete Positiviinse 20 sowie eine zwischen der Bogenlampe 12 und dem torischen Spiegel vorgesehene Sammellinsenanordnung 22 zur Vergrößerung des durch den torischen Spiegel 10 bzw. durch die gesamte

optische Anordnung erfassten Raumwinkelbereichs, über den von der Lampe 12 abgestrahlte Photonen gesammelt und dem Empfängersystem, vorliegend der Lichtleiter 16, zugeführt werden. Die Linsenanordnung 22 kann von einer @inzigen Sammellinse oc3er von mehreren hintereinana'ér geschalteten Sammellinsen gebildet sein.

Die Anordnungen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 sind, wie die Anordnung gemäß Fig. 3, hinsichtlich der Anordnung der Linsen bzw. Linsenanordnungen nach herkömmlichen Grundsätzen ausgelegt. Die Linsen sind im Wesent- lichen zentrisch in Bezug auf das jeweilige Strahlenbündel (Strahlenbüschel) angeordnet und ihre optischen Achsen sind zueinander im Wesentlichen Koaxial bzw. zusammenfallend bzw. stehen im Wesentlichen entsprechend der durch den torischen Spiegel 10 vorgegebenen Symmetrie zueinander.

Die optische Achse der Zerstreuungslinse 18 liegt also im Wesentlichen zentrisch und parallel zum resultierenden Parallelstrahl. Die optische Achse der Sammellinse 20 fällt im Wesentlichen mit dieser optischen Achse der Zerstreuungslinse 18 zusammen und fällt idealerweise im Wesentlichen mit einer eingangsseitigen Achse des Lichtleiters 16 zusammen.

Die Anordnungen gemäß Fig. 3 bis 5 ermöglichen ein effektives Sammeln von von einer Lampe, beispielsweise Bogenlampe, stammenden Beleuch- tungslichtes für optische Anwendungen, beispielsweise mikroskopische oder fluoreszenzmesstechnische Anwendungen, und stellen insoweit Aus- führungsbeispiele der Erfindung nach einem Aspekt dar.

In Bezug auf eine optische Abbildung zwischen zwei optischen Systemen mittels eines torischen Spiegels wurde nun beobachtet, dass eine deutlich verbesserte optische Abbildung (Vermeidung von Abbildungsfehlern, bei- spielsweise Astigmatismus, unscharfe Ränder in der Abbildung, usw.) dadurch erreichen kann, dass wenigstens eine optisch abbildende bzw. zur optischen Abbildung beitragende optische Komponente zwischen einem jeweils zugeordneten optischen System und dem torischen Spiegel gegen-

über einer zentrischen bzw. betreffend die jeweilige optische Achse koaxia- len"Normalstellung" (d. h."Idealstellung"nach herkömmlichen Ansätzen, wie anhand der Fig. 3 und 5 erläutert) erreicht wird. Fig. 6 zeigt ein ent- <BR> <BR> <BR> sprechendes Ausführungsbeispiel. Hier ist die i egativlinse 18 nicht koazzial und zentrisch zum Strahlenbündel angeordnet, sondern gegenüber dem Strahlenbündel verkippt und leicht seitlich versetzt und nun mit 1S'be- zeichnet. Der Kippwinkel a gegenüber der herkömmlichen Normalstellung und ggf. auch der gegenüber der Verkippung eine weniger starke Verbes- serung bringende Seitenversatz kann durch einfache Justage im Sinne eines systematischen Ausprobierens einfach ermittelt werden, ohne dass theoretische Rechnungen erforderlich wären.

Die Erfindung nach diesem weiteren Aspekt kann besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit den schon angesprochenen Anwendungen zum Einsatz kommen. Demgemäß veranschaulicht Fig. 6 das Sammeln von Beleuch- tungslicht von einer Bogenlampe 12 mittels eines torischen Spiegels 10 und die Bereitstellung dieses Beleuchtungslichts an ein zugeordnetes opti- sches System, vorliegend an eine Objektuntersuchungseinrichtung, etwa Mikroskop oder Fluoreszenzmikroskop, vermittels eines Lichtleiters 16. Wie anhand der Fig. 5 schon erläutert, erzeugt die Negativlinse 18'aus dem konvergierenden Strahlenbündel nach dem torischen Spiegel 10 einen Parallelstrahl. Dieser Parallelstrahl kann dann beispielsweise durch eine Lichtkonditionieranordnung 24, beispielsweise einen Filter oder ein Filterrad zur wahlweisen Wellenlängenselektion, fallen und dann vermittels der Positivlinse 20 in den Lichtleiter 16 eingekoppelt werden.

Anzumerken ist, dass auch bei den Anordnungen der Fig. 3, Fig. 4 und 5 der Erfindungsvorschlag der"Verkippung"einer jeweiligen optisch abbil- denden bzw. zur optischen Abbildung beitragenden optischen Komponente, beispielsweise der Zerstreuungslinse 18, der Sammellinse 14 oder wenigs- tens einer Linse der Sammellinsenanordnung 22, anwendbar ist. Ggf. kann man auch mehrere optische Komponenten verkippen. Es hat sich aber

gezeigt, dass in der Regel die Verkippung schon einer optischen Kompo- nente alleine eine eine deutlich bessere optische Abbildung erzielende Wirkung hat und besonders einfach einjustierbar ist.

Bei der angesprochenen Bogenlampe kann es sich beispielsweise um eine Xenon-Hochdrucklampe mit oder ohne Zündelektrode oder eine Queck- silberdampflampe handeln, je nach Anwendung. Es können im Prinzip alle für mikroskopische und fluoreszenzmesstechnische Anwendungen her- kömmlich eingesetzten Lampen erfindungsgemäß in Verbindung mit einem torischen Spiegel zum Photonensammeln über einen großen Raumwinkel und zur Bereitstellung des Lichts an eine zugeordnete optische Anordnung eingesetzt werden, vorzugsweise unter Anwendung des Erfindungsvor- schlags der"Verkippung"wenigstens einer optisch abbildenden bzw. zur optischen Abbildung beitragenden optischen Komponente.

Die Auslegung der zwischen den optischen Systemen, beispielsweise der Lampe oder Bogenlampe einerseits und dem Lichtleiter oder der Lichtleiter- anordnung 16 oder einem Beleuchtungsstrahlengang einer Objektunter- suchungseinrichtung andererseits abbildenden Abbildungsanordnung ein- schließlich dem torischen Spiegel ist eine einfache fachmännische Aufgabe, die hier nicht näher vertieft werden muss. Die optischen Systeme sind beispielsweise definiert hinsichtlich dem Durchmesser einer Ausgangsfläche oder Ausgangspupille bzw. einer Eingangsfläche oder Eingangspupille und definieren jeweils eine optische Achse, die als Austrittsachse oder Eintritts- achse bezeichenbar ist. Die beiden optischen Systeme weisen per se oder in Kombination mit wenigstens einer zugeordneten optischen Komponente der Abbildungsanordnung jeweils eine Bündelöffnung (auch als Öffnungs- winkel oder Akzeptanzwinke) bezeichenbar) auf, die je nach Zweckmäßig- keit durch die sogenannte numerische Apertur (Sinus des maximalen Ein- fallswinkels bzw. Austrittswinkels relativ zur angesprochenen optischen Achse) oder als Blendenzahl oder relative Öffnung charakterisiert wird.

Diese Begriffe repräsentieren bzw. beziehen sich jeweils auf einen für die

Beleuchtungsstärke auf der Bildseite maßgeblichen Raumwinkelbereich, über den Licht gesammelt bzw. Licht abgebildet bzw. eingekoppelt wird.

Die angesprochenen optischen Achsen (Austrittsachse bzw. Eintrittsachse) entsprechen in der Reget dem Mittetstrah ! des über diesen Raumwinket durch den torischen Spiegel erfassten bzw. zum nachfolgenden System einfallenden maximalen Strahlenbündels.

Die Auswahl und Konfiguration des torischen Spiegels und der mit diesem in der Abbildungsanordnung zusammenwirkend@n optisch@n Kompon@nten in Bezug auf die optischen Systeme ist eine fachmännische, hier keine weitere Erläuterung benötigende Aufgaben, die der Fachmann ohne weite- res erledigen kann. Der Fachmann wird hierbei in der Regel bestrebt sein, unter Berücksichtigung der bei optischen Abbildungen geltenden Invarianz des Produkts aus Raumwinkel und strahlender Fläche (Helmholtz-Lagrange- Invariante) vermittels der optischen Abbildungsanordnung die beiden opti- schen Systeme hinsichtlich ausgenutzter Bündelöffnung und wirksamer Fläche optimal aneinander anzupassen, um eine möglichst große Beleuch- tungsstärke zu erreichen.

Nach herkömmlichen Ansätzen werden die zur Abbildung beitragenden bzw. abbildenden optischen Komponenten, etwa Positivlinsen oder/und Negativlinsen, mit ihren optischen Achsen im Wesentlichen koaxial bzw. mit ihren Hauptebenen o. dgl. im Wesentlichen orthogonal zu diesen opti- schen Achsen angeordnet. Nach dem Erfindungsvorschlag ist nun eine Verkippung wenigstens einer dieser optischen Komponenten gegenüber ihrer Koaxialstellung (bezogen auf die optische Achse) bzw. Orthogonal- stellung (bezogen auf eine Hauptebene der optischen Komponente) vor- gesehen, ggf. in Verbindung mit einer seitlichen Verschiebung, so dass die Austritts-bzw. Eintrittsachse sich nicht mit der optischen Achse der opti- schen Komponente schneidet oder nur außerhalb der optischen Kompo- nente mit deren optischen Achse schneidet. Dies kann auch so ausge- drückt werden : Der die Verkippung der optischen Komponente definierende

Drehpunkt muss nicht zwingend innerhalb der optischen Komponente, etwa Linse, liegen, sondern kann auch außerhalb derselben liegen.

Eine vorteilhafte Anwendung für eine einen torischen Spiegel aufweisende <BR> <BR> <BR> Beleuchtungsanordnung soll im Folgenden anhand von Fig. 7 erläutert werden. Gezeigt ist eine flikroskopanordnung 60, die beispielsweise für <BR> <BR> <BR> fluoreszenzmikroskopische Anwendungen vorgesehen ist. Es wird beispiels- weise an Anwendungen gedacht, wie sie in den Patentschriften DE 41 15 401 C2 und DE 42 28 366 C2 angesprochen sind.

Die Mikroskopanordnung 60 weist einen Beobachtungsstrahlengang 62 auf, der eine Objektebene 64 in eine Bildebene 66 abbildet. Die Abbildung erfolgt mittels einer wenigstens zwei Linsen oder Objektive 68 und 70 aufweisenden Abbildungsanordnung, wie im Stand der Technik an sich bekannt. Für Messungen bzw. Untersuchungen kann in der Objektebene 64 ein Objekt bzw. Objektträger mit einem Objekt 72 angeordnet sein. In der Bildebene 66 kann eine Detektoranordnung, beispielsweise ein einzelner Detektor (etwa Halbleiterdetektor) oder-für zweidimensionale Auflösung- ein Detektorfeld, (etwa CCD-Chip) angeordnet sein. Ein entsprechender Detektor ist in Fig. 7 mit 74 bezeichnet.

Die Mikroskopanordnung der Fig. 7 weist zwei Auflicht-Beleuchtungsstrah- lengänge 80 und 82 auf, die über einen jeweiligen Lichtleiter 84 bzw. 86 mit Beleuchtungslicht aus einer zugeordneten Beleuchtungsvorrichtung versorgt werden können. Bei einem der Lichtleiter 84 und 86 kann es sich beispielsweise um den Lichtleiter 16 der Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 3 oder Fig. 5 oder Fig. 6 oder um einen hieran angeschlossenen weite- ren Lichtleiter handeln. Das aus dem jeweiligen Lichtleiter austretende Licht wird mittels einer geeigneten Abbildungsoptik (durch eine Linse 88 bzw. 90 repräsentiert) in den jeweiligen Beleuchtungsstrahlengang eingekoppelt, beispielsweise derart, dass eine so genannte"kritische Beleuchtung"er- reicht wird, bei der das benötigte Gesichtsfeld gleichmäßig mit Licht aus

dem jeweiligen Lichtleiter ausgeleuchtet wird. Hierzu wird das Austritts- ende des jeweiligen Lichtleiters in die Objektebene 34 abgebildet. Es kön- nen auch andere Beleuchtungsarten, z. B. die so genannte Köhlersche Beleuchtung, realisiert sein.

Das Vorsehen der beiden bzw. wenigstens zwei Auflicht-Beleuchtungs- strahlengänge ermöglicht, das Objekt 72 gleichzeitig mit Licht zweier verschiedener Wellenlängen zu beleuchten. Beispielsweise kann mittels des Strahlengangs 80 das benötigte Gesichtsfeld gleichmäßig in Auflicht ausge- leuchtet werden (etwa die angesprochene"kritische Beleuchtung"). Über den Strahlengang 82 kann zusätzlich Licht einer anderen Wellenlänge in die Objektebene eingestrahlt werden, beispielsweise um im Objekt so genannte "Käfigverbindungen"zu aktivieren, so dass diese im"Käfig"bereitgehal- tene Stoffe freisetzen, die beispielsweise Kanäle von biologischen Zellen im Sinne eines Öffnens schalten. Derartige Käfigverbindungen können durch Einstrahlung von UV-Licht gezielt aktiviert werden. Das zur Freisetzung der wirksamen Stoffe benötigte UV-Licht kann gemäß dem hier angesproche- nen Beispiel über den Strahlengang 82 in die Objektebene 64 eingestrahlt werden, wobei es durchaus sinnvoll sein kann, ebenfalls eine"kritische Beleuchtung"der Objektebene mit dem UV-Licht vorzusehen.

Die hier angesprochenen messtechnischen Anwendungen sind nur als Beispiele zu verstehen. Es können auch andere Untersuchungen, z. B.

FRAP-Experimente, durchgeführt werden.

Nachzutragen zu der Mikroskopanordnung gemäß Fig. 7 ist noch, dass die beiden Auflicht-Strahlengänge 80 und 82 teilweise mit dem Beobachtungs- strahlengang 62 zusammenfallen. Hierzu sind zwei dichroitische Spiegel 96 und 98 vorgesehen, die die Beleuchtungswellenlängen des aus dem Licht- leiter 84 bzw. 86 eingestrahlten Lichts in den Beobachtungsstrahlengang 62 einspiegeln, aber vom Objekt 72 ausgehendes Fluoreszenzlicht in Rich- tung zur Bildebene 66 durchlassen.

In Fig. 7 ist gestrichelt zusätzlich noch die Möglichkeit aufgezeigt, dass <BR> <BR> <BR> <BR> mehrereAuflicht-Beleuchtungsstrahlengänge, nämlich dieAuflicht-Beleuch- tungsstrahlengänge 80 und 82', vor Einspiegelung in den Beobachtungs- strahlengang 62 mittels eines dichroitischen Spiegels 9S'zusammengeführt und dann gemeinsam durch den dichroitischen Spiegel 96 in den Beobach- tungsstrahlengang 63 eingespiegelt werden können. Der Auflicht-Strahlen- gang 82' (mit zugeordnetem Lichtleiter 86'und zugeordneter Abbildungs- optik 90') kann insoweit den Auflicht-Strahlengang 82 ersetzen oder zu- sätzlich zu diesem vorgesehen sein.

Die Mikroskopanordnung 60 der Fig. 7 weist zusätzlich noch einen Durch- licht-Strahlengang 100 auf, der mittels eines Lichtleiters 102 mit Beleuch- tungslicht aus einer zugeordneten Beleuchtungsvorrichtung versorgt wer- den kann.

Wenigstens eine der angesprochenen Beleuchtungsvorrichtungen, die über die Lichtleiter 84,86 bzw. 86'und 102 an der Mikroskopanordnung der Fig. 7 angeschlossen sind, umfasst eine erfindungsgemäße optische Anord- nung mit einem torischen Spiegel zum Lichtsammeln und Einkoppeln über vergleichsweise große Raumwinkelbereiche, vorzugsweise unter Anwen- dung des Erfindungsgedankens der Verkippung wenigstens einer optisch abbildenden bzw. zur optischen Abbildung beitragenden optischen Kom- ponente der den torischen Spiegel aufweisenden Abbildungsanordnung. Die Lichtleiter 84, 86 und 102 können also jeweils einem Lichtleiter wie die Lichtleiter 16 entsprechen, in den vermittels eines torischen Spiegels 10 Licht von einer zugeordneten Lampe, beispielsweise Bogenlampe, zugeführt wird.

Eine optische Anordnung, umfassend ein erstes optisches System, ein zweites optisches System und eine zwischen dem ersten und dem zweiten optischen System abbildende optische Abbildungsanordnung mit wenigs- tens einem torischen Spiegel kann vorteilhaft zum Anschluss eines Be-

leuchtungsstrahlengangs einer optischen Objektuntersuchungseinrichtung an einer zugeordneten Lichtquelle eingesetzt werden. Das erste optische System weist alleine oder in Kombination mit wenigstens einer optischen <BR> <BR> <BR> Komponente der Abbildungsanordnung eine erste Bündelöffnung und eine innerhalb der ersten Bündelöffnung einem verschwindenden Strahl-Einfalls- winkel oder Strahl-Austrittswinkel entsprechende erste optische Achse auf.

Das zweite optische System weist alleine oder in Kombination mit wenigs- tens einer optischen Komponente der Abbildungsanordnung eine zweite Bündelöffnung und eine innerhalb der zweiten Bündelöffnung einem ver- schwindenden Strahl-Einfallswinkel oder Strahl-Austrittswinkel entspre- chende zweite optische Achse auf. Unabhängig von der Anwendung der optischen Anordnung wird allgemein vorgeschlagen, dass wenigstens eine optische abbildende oder zu einer optischen Abbildung beitragende opti- sche Komponente der Abbildungsanordnung zwischen einem zugeordneten der optischen Systeme und dem torischen Spiegel gegenüber der jeweiligen optischen Achse derart verkippt angeordnet ist, dass die jeweilige optische Achse und eine optische Achse der betreffenden optischen Komponente in Projektion auf eine Bezugsebene oder in einer von den Achsen aufgespann- ten Ebene unter einem Winkel zueinander stehen.