Mikrooptisches Baukastensystem für die ultradünne Endomikroskopie
Kurzfassung
Die Erfindung bietet ein modular steckbares, 3D-gedrucktes Stablinsen Endomikroskop mit monolithisch integrierter Optik Mechanik.
Vorteile
- Optische Performance: Mikrometerauflösung bei korrigierter Bildfeldwölbung und mehrwellig achromatisiert, ohne GRIN-typische Beschränkungen; Ebenfeld Übertragung von Feldpunkten/Ebenen über Millimeter.
- Mechanik & Montage: Monolithische Ausrichtung und Steckprinzip eliminieren Feinjustage im µm-Bereich, erleichtern Rapid Prototyping und Variantenbildung von NA, Vergrößerung und Baulänge.
- Anwendung in Flüssigkeiten: Dichte Umkapselung für Immersion; in verwandter Arbeit experimentell demonstrierte mikrofuidische Versiegelung für öl-/wasserbasierte Medien mit diffraktionslimitierter Leistung.
Anwendungsbereiche
- In vivo Biomedizin/Endoskopie: Keyhole-Zugänge, intravaskuläre oder organnahe Bildgebung, wo Geometrie, Ebenfeld und Farbtreue kritisch sind.
- Photonische Kopplung/Sensorik: Robuste Kopplung an Bildleitfasern/Sensoren; Immersionsoptik-Konzepte erleichtern PIC Kopplung und Flüssig-Umgebungen in bioanalytischen Systemen.
Hintergrund
Ultradünne endomikroskopische Bildgebung erfordert hohe Numerische Apertur (NA) für zelluläre Auflösung bei minimal-invasiven Durchmessern, leidet jedoch unter geringer Schärfentiefe, Aberrationen, begrenzter Farbkorrektur und aufwendiger Montage im Submillimetermaßstab.
Problemstellung
Bestehende Ansätze (GRIN-Stäbe, gefasste Linsensysteme, 3D-gedruckte Einzeloptiken, direkte Faser-/Sensor-Kopplung) vereinen nicht gleichzeitig Farbkorrektur über mehrere Wellenlängen, gute monochromatische Korrektur inkl. Ebenfeld, <1 mm Außendurchmesser, präzise Mikromontage, mehrere Millimeter Länge und zuverlässige Abdichtung für Immersion.
Lösung
Baukastensystem aus drei 3D-gedruckten Modultypen (Immersionsobjektiv, Relayoptik 1:1, bildseitiges Modul), monolithisch mit Zentrier- und Abstandshaltern, als steckbare Verbindung zur Längen- und NA-Skalierung; Farb- und Feldwölbungs Korrektur durch Asphären, hybride refraktiv diffraktive Flächen- oder Multimaterial; außen abgedichtet für Flüssigimmersion.
Abb.: M. Wende; ITO; Universität Stuttgart
Publikationen und Verweise
Wende, M., et al. (2025). 3D-printed endo-microscope with a fast magnetic actuator for axial image plane scanning (2025). Optics Letters, 50(7), 2243-2246
Wende, M., et al. (2025). 3D-printed immersion micro optics, Light: Advanced Manufacturing, , 6, 1-7
Toulouse, A., et al. (2022) Ultra-compact 3D-printed wide-angle cameras realized by multi aperture freeform optical design. Optics Express, 3(2), 707-720.
Thiele, S., et al. (2024).·Micro Optics and Fiber Endoscope. US20240237885A1