CN1825157A - 显微镜和探测器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一个光源和一个探测器装置的显微镜，其中一个照明光程在该光源和一个试件之间延伸，一个探测光程(2)在该试件和该探测器装置之间延伸。该显微镜的特征在于，所述探测器装置是可装入到探测光程(2)中的、并且总体上可更换的探测器模块(1)。此外，本发明还涉及一种相应的探测器模块(1)。

Description

显微镜和探测器模块

技术领域

本发明涉及一种具有一个光源和一个探测器装置的显微镜，其中一个照明光程在该光源和一个试件之间延伸，并且一个探测光程在该试件和该探测器装置之间延伸。此外，本发明还涉及一种特别是在显微镜中使用的探测器模块。

背景技术

实践中，在不同的实施方式中已充分公开了本文开头所述类型的具有一个光源和一个探测器装置的显微镜。只要希望从探测光程分开地并且尽可能同时地对至少两个光谱范围进行探测，则要求对该光谱范围进行选择。在这种情况下，必须对探测光束进行光谱分解，并且要求分别给该光谱范围选择单个的探测器。关于“选择”(Aus-blendung)在这方面的意思是，一个包括第一光谱范围的部分光束能很顺利地与这些装置相适配—该装置一方面用于选择第一光谱范围，另一方面用于反射不被选择的光谱范围的至少一部分—，而至少一个包括一个第二光谱范围的部分光束被反射等。关于书面的现有技术请参阅DE 43 30 347 C2，在该文献中公开了一种用于从一个具有有关用途的探测光束同时探测多个光谱范围的、所谓的多频带探测器。

然而由现有技术已公开的显微镜以及在其中使用的多频带探测器在实践中存在问题，因为由于对单个的组件进行单独的组装在校准上很费事。此外，到目前为止所公开的多频带探测器在使用中缺乏灵活性，因为规定无论是在单个探测器还是在它们的其它组成部分方面这些多频带探测器的配置是固定的。

发明内容

因此本发明的任务是，如此地设置和改进具有一个按照多频带原理工作的探测器装置的、前述类型的显微镜：使得校准最不费事，操作最简单，使用灵便。

根据本发明，上述任务是通过一种具有权利要求1特征的显微镜来完成的。因此，前述类型的显微镜的特征在于，该探测器装置是可安装到探测光程中的、并且总体上可更换的探测器模块。

按照本发明的方式已认识到，应将校准的费用限制在本身已预校准的模块上，也就是如此来实现：探测器装置设计成可安装到探测光程中的、并且总体上可更换的探测器模块。这种探测器模块作为这样一种模块是可操作的，由此只须保证该探测器模块整体正确地位于探测光程之中，并且已相应地作过校准。不要求对单个的光学组件或者单个的功能组件进行校准。该探测器模块作为这样的一种模块是可操作的，并且它本身已包括一种由现有技术已公开的多频带探测器的、且已调整好配置的所有光学组件。

关于探测器模块的灵活性这样做是有利的：该探测器模块包括至少两个独立的探测器，并且这两个探测器可以共同地或者单独地进行更换。这就是说，该探测器模块本身、也就是它的整体连同探测器一起是可以更换的，而单个的探测器本身也是可更换的。所述探测器模块可以包括多个单个的探测器，例如三个到五个独立的探测器，其中这些探测器可共同地或者可单个地进行更换。

为了能容易地安装单个的探测器，在探测器模块中为每个探测器设置了一个探测器位置。这样，探测器模块的每个探测器位置可由一个探测器或者由一个虚设元件(Blindelement)占用，其中，在探测器不占用时一定要求借助虚设元件、并且在必要时借助一个相应的整体镜面装置或者类似的装置将否则就要敞开的光程封闭起来。

为了如同在现有技术中所公开的多频带探测器一样保证一种功能，该探测器模块可以包括相同的探测器类型的探测器。为了可变化的方案，该探测器模块也可以配备不同探测器类型，例如配备光电倍增管、光子计数器等。也可设想根据需要进行探测器类型的任意组合，其中，每种探测器的壳体分别是兼容的，以便与探测器模块进行统一的对接。

在探测光的耦合方面有利的是，探测光在进入到探测器模块之前就已分裂成彩色分量(Farbkomponent)。为此可以在探测光耦入到探测器模块中之前设置一个用于将探测光扇形展宽或者分裂的光学装置。然后，所述已进行扇形展宽的探测光束或者已分裂的探测光束一起到达探测器模块中，并且在那里继续分裂，根据它们具体的设计而分别引导到相应的探测器。所述用于将探测光进行扇形展宽或者分裂的光学设备可以是一种棱镜。

如前面已提到的，将整个探测器模块安装到显微镜的探测光程之中，并且固定地设置在那里。为此设置特别的耦合装置，其中这些耦合装置一方面配置于探测器模块本身，另一方面配置于显微镜的一个壳体、和/或配置于显微镜的一个或多个功能组件。在这种情况下所述探测器模块是如此地设置的：该探测器模块从显微镜壳体的外部是可接触的、并且是可更换的，这样就不需深入地介入显微镜的“内部生活”。

关于所述耦合装置，具体地讲可以是一种插接连接装置、或者是一种卡口连接装置，其中采用具有或者没有定位机构的、并且主要也具有一种整体校准能力的、组合的连接技术。

除了所述机械耦合装置外最好还设置电接头，该接头的连接优选地与机械耦合、或者与探测器模块的插接同时实现。该电接头包括用于供电和数据传输的电导线。

在结构方面，特别是为了使探测器模块易于操作和安装，有利的是，该探测器模块包括一个用于单个探测器的、且设计成滚筒的容纳体。单个的探测器沿着滚筒的圆周进行设置，这样在利用从中合成的几何形状的情况下光束可以从探测器模块的内部分裂到呈星形外置的探测器中。所述形成滚筒的容纳体最好例如由铝制成。

所述容纳体为一种壳体，该壳体形成一个内腔室。该内腔室除了涉及探测光光程的连接孔外—这一方面用于探测光程的耦合，另一方面用于单个探测器的耦合—向外至少在很大程度上是封闭的。

与前述的方案相对应，所述形成滚筒的壳体、也就是容纳体，沿着它的圆周具有用于使单个探测器对接的机架(Bucht)。每个机架具有一个用于从壳体内腔室被偏转到相应的探测器的探测光的开口，其中该开口用于使相应的探测器的连接法兰插入。相应地，单个探测器连同它的壳体与容纳体的、用于耦合的机架相匹配，并且与在那里设置的、用于探测光的进入的开口相适配。与这种方案相适配的是，全部探测器的壳体是相同的，也就是说不论其中设置的是什么类型的探测器。

各个探测器可插接到该容纳体上-在相应的机架中-，并且此外可卡锁在它们的位置中。这样，例如可将单个探测器在它们的位置中拧紧在容纳体的壳体上，以保证各单个探测器有可靠的固定，因此大体上排除了探测器的失调。

前面已经提到，探测光束在进入到容纳体之前被分裂。已被分裂的探测光通过容纳体中的耦入孔到达容纳体的内腔室中，并且在那里射到一个用于将探测光继续分裂到各单个探测器的光束分配装置中。该光束分配装置可以包括一个已级联的镜面滑阀系统(Anordnung vonkaskadierten Spiegelschiebern)。也可设想将光束分配装置、特别是它的光学组件总体地或者部分地配置于待使用的探测器、或者配置于替代一个或者多个探测器的待使用的虚设元件。这样，单个探测器、和/或代替探测器的虚设元件就形成光束分配装置的部件。

探测器模块另外最好包括电子功能元件或者功能单元。这也适用于待耦合的探测器。所述电子功能元件或者功能单元用于信号的处理。在这种情况下，例如可以是一种AD-转换器。任意微型化的功能单元均可集成到探测器模块或者单个探测器中。

通常，所述探测器模块和/或单个探测器包括产生热的构件，例如探测器管。这些探测器管在工作时达到如此高的工作温度，使得特别是在被封闭的方案中不再保证完美无缺的工作。这样有利的是，所述探测器模块和/或单个探测器具有用于冷却产生热的元件的冷却装置。使探测器模块和/或探测器与显微镜壳体或者与显微镜支架进行热连接的珀尔帖元件可适用于此目的。

具体讲，所述冷却装置可以包括一个配置于产生热的元件的内部热交换器、以及一个配置于探测器模块壳体或者显微镜的壳体或支架的外部热交换器，其中，这些热交换器彼此流动地连接。这样，该冷却装置可以设计成水冷却装置，或者相当普通地设计成具有一个致冷剂管道的致冷剂冷却装置。

所述致冷剂管道又可以是一种用于致冷剂的常规的管道，或者是一种热管(Heatpipe)。

关于根据本发明的探测器模块请参阅并列独立权利要求32。该项权利要求保护一种特别是在一种显微镜中使用的探测器模块，该显微镜具有权利要求1至30的、涉及所述探测器模块的特征。为了避免重复，关于根据本发明的显微镜请参阅所述的那些方案。

现在给出对于本发明的理论有利地加以实施和改进的不同的方案。为此，一方面请参阅后面所列出的权利要求，另一方面请借助附图参阅对于根据本发明理论的一种优选的实施例的下述说明。

附图说明

结合借助附图对根据本发明的理论的优选的实施例的说明，也对本理论的通常优选的方案以及改进方案进行说明。这些附图是：

图1在一种根据本发明的显微镜的探测光程中的一种根据本发明的探测器模块的一种实施例的简图；

图2图1中的主题简图，其中三个单个的探测器从探测器模块脱耦；

图3图1和2的探测器模块的部分截面的侧面简图，其中可以看到一个单个的探测器的耦合装置和分裂的探测光的行程；

图4一个可耦合到探测器模块上的单个探测器的放大截面图；

图5图4的具有探测器管和其它功能元件的探测器的一个功能组件。

具体实施方式

图1为一种根据本发明的探测器模块1的简图，该探测器模块是一种根据本发明的显微镜的构件。涉及到显微镜，只示出具有已分裂的探测光的探测光程2。这样，该探测器模块1就设置在未示出的显微镜的探测光程2之中。

在根据本发明的方案中，该探测器模块1是一种可更换的构件，该模块就本身而言，也就是作为这样的探测器模块是可操作的。探测器模块1的各个组成部件是已校准的，这样就只需将该探测器模块装入到探测光程2之中，并且在那里作为整件进行校准。

图1、2和3共同表示，在此处所选择的实施例中该探测器模块1一共包括五个彼此独立的探测器3，而这五个探测器又是共同的，或者是可单个地更换的。这一点已在图2中示出。

在探测器模块1中为每个探测器3设置了一个特殊的探测器位置4，其中，探测器模块1的每个探测器位置4可由一个探测器3或者一个在这些附图中未示出的虚设元件占用。正如前面已详述的，探测器3可以是不同类型的探测器。关于这方面请参阅通常描述中的实施方式。

探测器模块1可通过机械的和电的耦合装置5安装到探测光程2中，更准确地说是安装到显微镜的一个相应的壳体部件中。在图3中示出了机械的和电的耦合装置5。

在这种情况下，最终是插接连接装置或者卡口连接装置，以及用于供电和数据传输的电导线。

此外，从图1至3还可以看到，该探测器模块1主要包括一个容纳体6，该容纳体设计为一种滚筒。沿着该容纳体6的圆周设置探测器3，其中该容纳体6形成一个具有内腔室7的壳体。该内腔室除了涉及探测光的光程的连接孔8以外，向外是封闭的。

为了探测器3的耦合，在容纳体6中沿着它的圆周形成机架9，其中该机架9具有向外指向的、用于所述从壳体6的内腔室7向相应的探测器3偏转的探测光11的开口10。这些开口10是如此地形成和设计其尺寸的，即相应的探测器3的连接法兰12可以插入其中。这样就建立了光学连接。

此外，每个探测器3具有一个用于机械的和/或电的连接的插头13，该插头可从图3、4和5中看到。

如前所述，各个探测器3可插入到容纳体6上，并且卡锁在它们的位置上。在附图中未示出的螺栓就用此于此目的。

容纳体6包括一个用于已分裂的探测光束15的耦入开口14，并且包括一个配置于容纳体6的内腔室7的光束分配装置16，该光束分配装置又具有已级联的镜面滑阀。

图3、4和5总体地或者部分地表示一种探测器3的结构，该探测器可根据需要以模块式地插入到探测器模块1中。从图3可以看出，该探测器3除了用于光学耦合的连接法兰12外还包括一个用于电耦合的插头13，其中，无论是连接法兰12还是插头13都用于机械耦合。为了对于探测器3的、产生热的元件进行冷却，该探测器在外侧具有散热片17，这些散热片产生废热，并且以或多或少地封闭的形式设置在探测器壳体18的内部中。

图4和5除了探测器壳体18和散热片17外，还示出了用于电连接的插头13和用于光学连接的连接法兰12。此外，还可看到探测器管19连同供电装置20和冷却头21。

为了避免重复，关于从这些附图中得不到的其它特征请参阅本说明书的通述部分。此外还需指出的是，上述实施例是对所要求保护的理论的示范性的说明，然而该理论不局限于该实施例。

Claims (32)

1.具有一个光源和一个探测器装置的显微镜，其中一个照明光程在该光源和一个试件之间延伸，并且一个探测光程(2)在该试件和该探测器装置之间延伸，其特征在于，该探测器装置是可装入到探测光程(2)中的、并且总体上可以更换的探测器模块(1)。

2.按照权利要求1所述的显微镜，其特征在于，所述探测器模块(1)包括至少两个独立的探测器(3)；并且该探测器(3)可以共同地或者单个地进行更换。

3.按照权利要求1或2所述的显微镜，其特征在于，所述探测器模块(1)包括三到五个独立的探测器(3)；并且所述探测器(3)可以共同地或者单个地进行更换。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的显微镜，其特征在于，在探测器模块(1)中为每个探测器(3)设置一个探测器位置(4)；并且探测器模块(1)的每个探测器位置(4)可由一个探测器(3)、或者通过一个虚设元件占用。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的显微镜，其特征在于，该探测器模块(1)包括相同的和/或不同的探测器类型的探测器(3)。

6.按照权利要求5所述的显微镜，其特征在于，将电子管探测器，特别是光电倍增管、光子计数器等设置为探测器(3)。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的显微镜，其特征在于，在探测光程中，在探测光(11)耦入到探测器模块(1)中之前设置一个用于将探测光(11)扇形展宽、或者分裂的光学装置。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，该光学装置是一个棱镜。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的显微镜，其特征在于，探测器模块(1)可通过耦合装置(5)安装到探测光程中；并且耦合装置(5)配置于探测器模块(1)和显微镜的壳体、和/或显微镜的功能组件。

10.按照权利要求9所述的显微镜，其特征在于，所述探测器模块(1)从显微镜的壳体的外部是可接触的，并且是可更换的。

11.按照权利要求9或10所述的显微镜，其特征在于所述，所述耦合装置(5)包括一个插接连接装置。

12.按照权利要求9或10所述的显微镜，其特征在于，所述耦合装置(5)包括一个卡口连接装置。

13.按照权利要求9至12中任一项所述的显微镜，其特征在于，耦合装置(5)包括用于供电和用于数据传输的电接头。

14.按照前述权利要求中任一项所述的显微镜，其特征在于，探测器模块(1)包括一个最好是滚筒形的、且用于每个探测器(3)的容纳体(6)。

15.按照权利要求14所述的显微镜，其特征在于，所述容纳体(6)由铝制成。

16.按照权利要求14或15所述的显微镜，其特征在于，所述容纳体(6)形成一个具有内腔室的壳体(7)，该内腔室除了涉及探测光(11)的光程的连接孔(8)以外，向外在很大程度上是封闭的。

17.按照权利要求16所述的显微镜，其特征在于，该壳体(6)沿着它的圆周具有为了使单个探测器(3)对接的机架(9)；并且该机架(9)对于从壳体(7)的内腔室偏转到相应的探测器(3)的探测光(11)分别配设一个孔，相应的探测器(3)的一个连接法兰(12)适配到该孔中。

18.按照权利要求17所述的显微镜，其特征在于，每个探测器(3)可插入到容纳体(6)中，并且可卡锁住、最好拧紧在它的位置上。

19.按照权利要求14至18中任一项所述的显微镜，其特征在于，所述容纳体(6)具有一个用于在必要时已分裂的探测光束的耦入孔(14)和一个用于将探测光束(15)继续分裂到各个探测器(3)、且配置于内腔室的光束分配装置(16)。

20.按照权利要求19所述的显微镜，其特征在于，光束分配装置(16)包括一个已级联的镜面滑阀系统。

21.按照权利要求19或20所述的显微镜，其特征在于，所述光束分配装置(16)、特别是它的光学部件至少部分地配置于待装入的探测器(3)，或者配置于代替一个或者多个探测器(3)的待装入的虚设元件。

22.按照权利要求1至21中任一项所述的显微镜，其特征在于，探测器模块(1)包括电子功能元件或者功能单元。

23.按照权利要求22所述的显微镜，其特征在于，所述电子功能元件或者功能单元用于信号处理。

24.按照权利要求23所述的显微镜，其特征在于，所述电子功能单元包括一个AD变换器。

25.按照权利要求1至24中任一项所述的显微镜，其特征在于，探测器模块(1)和/或单个的探测器(3)具有一个用于冷却产生热的元件的冷却装置。

26.按照权利要求25所述的显微镜，其特征在于，该冷却装置包括一个珀尔帖元件，该珀尔帖元件使探测器模块(1)和/或探测器(3)与显微镜壳体、或着与显微镜支架实现热连接。

27.按照权利要求25所述的显微镜，其特征在于，该冷却装置包括一个配置于产生热的元件的内部热交换器和一个配置于探测器模块(1)壳体的、或者显微镜壳体(6)或支架的外部热交换器，其中这两个热交换器彼此流动连接。

28.按照权利要求27所述的显微镜，其特征在于，该冷却装置是水冷却装置。

29.按照权利要求27所述的显微镜，其特征在于，该冷却装置是具有致冷剂管道的致冷剂冷却装置。

30.按照权利要求29所述的显微镜，其特征在于，该致冷剂管道是热管。

31.按照权利要求25至30中任一项所述的显微镜，其特征在于，所述探测器(3)借助一个壳体(6)被罩住，并且具有导热的元件，该导热的元件从产生热的组件引导到设置在外侧的散热片(17)上。

32.具有多个探测器(3)的、特别是在一种显微镜中使用的探测器模块(1)，该显微镜具有按照权利要求1至31中任一项所述的、涉及探测器模块(1)的特征。

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