31.05.2011

Optischer Flachmann

Dank Mikrooptik kann ein Mikroskop schnell ein großes Feld mit hoher Auflösung erfassen.

Physik Journal - Dank Mikrooptik kann ein Mikroskop schnell ein großes Feld mit hoher Auflösung erfassen.

In den vergangenen zehn Jahren hat die Herstellung von Mikrooptiken große Fortschritte gemacht. Dabei handelt es sich nicht mehr um diskrete Linsen, sondern um Linsen-Arrays, die auf einem Substrat mithilfe von Lithografie- und Ätzverfahren erzeugt werden. Ihre Abmessungen liegen nur wenige Größenordnungen über der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Während solche Mikrooptiken in der Faseroptik bereits verbreitet sind, ist ihr Potenzial für Anwendungen, die bislang der Makrooptik vorbehalten waren, noch bei Weitem nicht ausgeschöpft. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena haben nun ein Mikroskop entwickelt, das eine solche Mikrooptik nutzt und deshalb kostengünstig und flach ausfällt.

 

Bild: Flachbauend: ein konventionelles Mikroskopobjektiv (links) im Vergleich zum Fraunhofer-Mikroskop mit Mikrooptik. (Quelle: Fraunhofer-IOF)

 Der Demonstrator hat eine optische Baulänge von nur 5,3 mm. Er besteht aus einem Array mit 80 mal 120 Kanälen. Jeder optische Kanal enthält acht Linsen, von denen jeweils vier auf der Vorder- und Rückseite eines Glasträgers angebracht sind. Die Glasträger fungieren auch als Halter der Blenden, die dafür sorgen, dass das Bildfeld eines jeden Kanals 300 µm × 300 µm in der Objektebene entspricht. So lässt sich ein Übersprechen der Kanäle vermeiden. Jede Einzellinse hat einen Durchmesser von 300 µm; in jedem Kanal befinden sich neben zwei sphärischen Einzellinsen zwei Achromate und zwei asphärische Linsen. Der Strahlengang in jedem Kanal ist symmetrisch aufgebaut: Die objektseitigen Linsen erzeugen ein verkleinertes Zwischenbild, das die anderen vergrößern und auf einen elektronischen Bildsensor projizieren. Objekt- und Bildebene sind jeweils 1,3 mm von der ersten beziehungsweise letzten Linse entfernt.

Der Sensor nimmt das Bild gleichzeitig durch alle Kanäle auf, was die Bilderstellung im Vergleich zu einem Rastermikroskop drastisch beschleunigt. Trotzdem kann das IOF-Mikroskop ein Feld in der Größe von 24 mm × 36 mm erfassen. Die Numerische Apertur beträgt etwa 0,1, was ungefähr 5 µm Auflösung entspricht.

Die Wissenschaftler sehen Anwendungen für das Prinzip in der Medizintechnik, in der pharmazeutischen Industrie und in der industriellen Bildverarbeitung.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Juni 2011, S. 15

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