Scanning-Photon-Mikroskop auf Basis von 2D-MEMS-Scannerspiegeln

Die Laser-Scanning-Mikroskopie ist ein etabliertes bildgebendes Verfahren für unterschiedliche Anwendungsfelder. Die zu erfassenden Objekte werden von einem fokussierten Laserstrahl abgerastert, und das von der Probenoberfläche gestreute Licht wird durch einen passend montierten Detektor wieder erfasst. Derzeit auf dem Markt verfügbare Systeme sind jedoch sehr voluminös und kostenintensiv. Damit sind ihre Einsatzmöglichkeiten stark eingeschränkt.

Einen möglichen Ausweg zeigt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS mit seinem Scanning-Photon-Mikroskop. Es funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip, nutzt zur Lichtablenkung jedoch einen am Institut entwickelten zweidimensionalen resonanten Mikroscannerspiegel. Aus dessen minimalen Abmessungen (4x3 mm²) ergeben sich weit reichende Möglichkeiten der Miniaturisierung. Der Demonstrator der Größe 4x10x20 cm³ nimmt Bilder mit einer Größe von 1.000x1.000 Bildpunkten bei einer Auflösung von 10 µm pro Bildpunkt auf; das Bildfeld beträgt somit 1x1 cm². Durch Veränderungen des optischen Aufbaus ist eine weitere Steigerung der Leistungsparameter möglich.

Besonders interessant für zukünftige Anwendungen ist die Möglichkeit, durch die Auswahl der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts in der Probe Prozesse wie Fluoreszenz anzuregen und diese wellenlängenspezifisch auszuwerten. Potenzielle Anwendungsfelder sind die zerstörungsfreie Prüftechnik, beispielsweise die Detektion von Mikrorissen, oder die Biotechnologie. Die Messung ist sowohl im Hellfeld als auch im Dunkelfeld möglich.

Das Funktionsprinzip des Scanning-Photon-Mikroskops kann auf andere Anwendungsfelder ausgedehnt werden. Durch weitere Miniaturisierung des optischen Aufbaus wird die Realisierung von Endoskopen mit erweiterter Funktionalität möglich, die sich mit konventionellen Videoendoskopen, welche CMOS-Imager nutzen, nicht erzielen lässt. Der Mikroscannerspiegel erlaubt zum Beispiel die gleichzeitige Projektion von Daten mit der Bilderfassung. Durch die Kombination der Bilderfassung mit „Time-of-Flight“-Messungen wird zudem eine dreidimensionale Bilderfassung möglich.

Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Ines Schedwill
ines.schedwill@ipms.fraunhofer.de
www.ipms.fraunhofer.de