DD276218A3

DD276218A3 - Anordnung zur vermeidung des variablen oeffnungsfehlers in rastermikroskopen mit z-scan

Info

Publication number: DD276218A3
Application number: DD30140187A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Groebler; Klaus Freiberg
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1990-02-21
Also published as: DE3804642A1; RU1837158C

Abstract

Anordnung zur Vermeidung des variablen Oeffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan, die Anwendung in Rastermikroskopen mit konfokalem Strahlengang findet und fuer Durchlicht- und fuer Auflichtverfahren geeignet ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei der in Abhaengigkeit von einer eingestellten Fokustiefe z1, 2, ...n die entstehenden unterschiedlichen Oeffnungsfehler minimiert werden. Die Aufgabe loest eine erfindungsgemaesse Anordnung dadurch, dass die lichtbuendelerzeugenden und -empfangenden Mittel und/oder mindestens Teile der das Lichtbuendel beeinflussenden optischen Systeme beweglich entlang des Strahlenganges angeordnet sind und diese Mittel mit einer zentralen Steuereinheit ueber eine Stelleinrichtung in Wirkverbindung stehen.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anordnung zur Vermeidung des variablen Öffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan findet Anwendung in Rastermikroskopen mit konfokalem Strahlengang und z-Scan. Sie ist für Durchlicht- und Auflichtverfahren geeignet.

Charakterlttlk des bekannten Stande* der Technik

Es ist bekannt, daß Lichtrastermikroskope vom konfokalen Typ eine sehr geringe Schärfentiefe haben (US-PS 3013467). Es ist daner möglich, Intensitätskurven in Abhängigkeit von der Fokustiefe ζ im Objekt aufzunehmen, also z-Sranning durchzuführen. Dabei durchdringen im Falle von Durchlichtbeobachtung die beiden Hälften des Lichtbündeldoppelkegels verschiedene Schichtdicken des Objektes. Bei Verwendung von starken Trockenobjektiven oder von Immersionsobjektiven in Verbindung mit Objekten, die nicht genau die geforderte Brechzahl haben, kommt es beim Durchfokussieren zu verschieden starken Öffnungsfehlern in den Hälften des Lichtbündeldoppelkegels. Bei den hohen scheinbaren Aperturen des konfokalen Aufbaus kann dieser Öffnungsfehler nicht unberücksichtigt bleiben, wenn höchste Abbildungsgüte vorlangt wird (Brakenhoff, G. I. et. al in Ash, E.Α., Ed .Scanned image Microscopy", London, 1980).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Vermeidung des variablen Öffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan zu schaffen, die technisch mit geringem Aufwand realisierbar ist.

Dartagung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Vermeidung des variablen Öffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan im konfokalon Strahlengang zu schaffen, bei der in Abhängigkeit von einer eingestellten Fokustiefe Zi,j...„ die entstehenden unterschiedlichen Öffnungsfehler durch eine selbsttätige Einrichtung stets minimiert werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung zur Vermeidung des variablen Öffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan, eine Punktlichtquelle, einen Lichtdetektor mit punktförmiger empfindlicher Fläche und mindestens ein optisches System, zur Erzeugung von zur punktförmigen Lichtquelle optisch konjugierten Fokussen im Objekt und auf der punktförmigen empfindlichen Fläche des Lichtdetektors, sowie Mittel zur Abrasterung des Objektes aufweisend, dadurch gelöst, daß .Tiindestens eines der Elemente Punktlichtquelle, Lichtdetektor und besagtes optisches System beweglich entlang des Strahlenganges angeordnet ist, daß die beweglichen Elemente mit einer zentralen Steuereinheit über eine Stelleinrichtung in Wirkverbindung stehen und daß eine z-Scanstelleinrichtung mit der zentralen Steuereinheit und der Stelleinrichtung verbunden ist.

Wird mittels der 7-Scanstelleinrichtung nacheinander eine bestimmte Fokustiefe Z₁,₂ ...„ im zu betrachtenden Objekt eingestellt, so werden die entlang des Strahlenganges beweglichen Mittel bei jedem Scanschritt jeweils um einen definierten Weg s_)t2,...„ verstellt, der so gewählt ist, daß beide Hälften des Lichtbündeldoppelkegels zusammen oder einzeln einen minimalen Öffnungsfehler aufweisen.

Die Realisierung der Einstellung des Weges s,,₂..._nerfolgt auf Signal der zentralen Steuereinheit über die Stelleinrichtung, wobei als Stelleinrichtung an sich bekannte, physikalisch wirkende Mittel Anwendung finden. Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen bestehen darin, daß zur Durchführung von

• Auflichtmikroskopie oin erstes optisches System und

• bei Durchlichtmikroskopie ein erstes und oin zweites optisches System angewandt werden,

weiterhin darin, daß das erste optische System oder daß das erste und das zweite optische System odei daß die Punktlichtquelle,der Lichtdetektor und mindestens eines der beiden optischen Systeme beweglich angeordnet sind.

Vorteilhaft ist auch, daß nur Teile der baiden optischen Systeme einzeln oder gemeinsam über ein mit ihnen starr verbundenes Koppelelement bewegbar sind, wobei das Koppelelement mit der Stelleinrichtung verbunden ist. Dem Wesen der Erfindung entspricht es ferner, wenn vom Lichtdetektor statt des am Ort reflektierten oder des durchs Objekt

transmitterten Lichtes Strahlung registriert wird, di.i durch andere optische Wechselwirkungen vom Objekt ausgeht, wie z. B.

Streuung, Fluoreszenz und Beugung. Ausführungsbeisplele Die Erfindung wird anhand vor. Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1: eine vereinfachte schematischc Darstellung des Strahlenganges eines Rastermikroskopes, mit konfokalem

Strahlengang und z-Scan, mit der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 1 a: die einstellbare FokustiefeZ|,j...„ im Objekt und

Fig. 2 und 3: weitere vorteilhafte Ausführungsformen der in Fig. 1 dargestellten Grundvariante. Fig. 1 zei^t eine vereinfachte schematische Darstellung des Strahlenganges sowie die Anordnung der wesentlichsten Elemente

eines Rastermikroskopes. Das von einer Punktlichtqueiie 1 erzeugte und ausgesandte Lichtbündel I. gelangt nach Passiereneines ersten optischen Systemes 2, welches mindestens aus einer Linse/Linsengruppe besteht, zum Objekt 6. Von dem Objekt 6beeinflußt, ti if ft das Lichtbündel L nach Passieren eines zweiten optischen Systemos 3, welches mindestens aus einer Linse/

Linsengruppe besteht, auf einen Lichtdetektor 4 mit punktförmiger empfindlicher Fläche auf. Das Objekt 6 wird mittels einer in den Koordinaten x, y und ζ stellbaren Objekthalterung 8 gehalten. Die Objekthalterung 8 ist mit

einer x.y-Scanstelleinrichtung 5 und einer z-Scanstelleinrichtung 9 verbunden.

Erfindungsgemäß sind das erste und zweite optische System 2 und 3 jeweils mit einer entlang des Strahlenganges beweglichen Linse/Linsengruppe 11 bzw. 12 versehen. Die Linsen/Linsengruppen 11,12 stehen über eine Stelleinrichtung 10 mit einer

zentralen Steuereinheit 13 in Wirkverbindung. Die z-Scanstelleinrichtung 9 ist mit d6r zentralen Steuereinheit 13 und mit der

Steiieinrichtung 1ü verbunden. In der zentralen Steuereinheit 13 sind Informationen über das Objekt 6, z. B. Schichtdicke und Brechzahl, sowie die Beziehung

zwischen Änderungsbetrag der Fokustiefe und Änderungsbetrag de* Verstellweges der beweglichen Mittel gespeichert.

Wird mittels der z-Scanverstelleinrichtung 9, ausgehend von einem Signal der zentralen Steuereinheit 13, nacheinander eine

bestimmte Fokustiefe Zi. }....„, siehe Figur 1 a, im zu betrachtenden Objekt 6 eingestellt, so werden die entlang des Strahlengangesbeweglichen Mittel bei jedem Scanschritt ζ jeweils um einen definierten Weg S₁, j ..„ verstellt, der so gewählt ist, daß die erste

Hälfte 14 und die zweite Hälfte 16 des Lichtbündeldoppelkegel» einen minimalen Öffnungsfehler aufweisen. Der Lichtdetektor 4 liefert ein Signal, von dom die Intensität I (x, y) auf einem Display 7 abgeleitet wird. Das Display 7 ist mit den Elementen 4,5 und 13 verbunden. Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die einzelnen Teile des ersten und

des zweiten optischen Systems 2 und 3 gleichermaßen ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform erfolgt die Verstellung der

Linsen/Linsengruppen 11 und 12 gleichsinnig. Die Linsen/Linsengruppen 11 und 12 sind durch ein Koppelelement 16

miteinander verbunden.

In Figur 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die Punktlichtquelle 1

und/oder der Lichtdetektor 4 sind Doweglich entlang des Strahlengangos angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die

Verschiebewege der beweglichen Mittel 1,4 größer als in den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2, die erforderlichen Führungsgenauigkeiten der nicht dargestellten Bewegungsmittel werden jedoch kleiner, wodurch der technische Realisierungsaufwand sinkt.

Claims

1. Anordnung zur Vermeidung des variablen Öffnungsfehlers in Rastermikroskopen mit z-Scan, eine Punktlichtquelle, einen Lichtdetektor mit punktfcrmiger empfindlicher Fläche und mindestens ein optisches System, zur Erzeugung von zur punktförmigen Lichtquelle optisch konjugierten Fokussen im Objekt und auf der punktförmigen empfindlichen Fläche des Lichtdetektors, sowie Mittel zur Abrasterung des Objektes aufweisend, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eines der Elemente Punktlichtquelle (1), Lichtdetektor (4) und he-sagtas optisches System beweglich entlang des Strahlenganges angeordnet ist, daß die beweglichen Elemente mit einer zentralen Steuereinheit (13) über eine Stelleinrichtung (10) in Wirkverbindung stehen und daß eine z-Scanstelleinrichtung (9) mit der zentralen Steuereinheit (13) und der Stelleinrichtung (10) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das besagte optische System ein erstes optisches System (2) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das besagte optische System aus einem ersten optischen System (2) und einem zweiten optischen System (3) besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Punktlichtquelle (1) und der Lichtdetektor (4) beweglich angeordnot sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das erste optische System (2) beweglich angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das erste optische System (2) und das zweite optische System (3) beweglich angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Punktlichtquelle (1), der Lichtdetektor (4) und mindestens eines der optischen Systeme (2,3) beweglich angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 5,6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Teile (8,11,12) der optischen Systeme (2,3) beweglich angeordnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß eine Linse/Linsengruppe 11 und eine Linse/Linsengruppe (12) durch ein Koppelelement (16) miteinander starr verbunden sind und ''aß das Koppelelement (16) mit der Stelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht.