DE10102033A1 - Vorrichtung und Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls - Google Patents
Vorrichtung und Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines LichtstrahlsInfo
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Abstract
Die Erfindung offenbart eine Vorrichtung und ein Scanmikroskop (10) zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls (43). Im Strahlengang des Lichtstrahls (43) ist ein Element zum spektralen Auffächern (22) vorgesehen, dem ein Mehrkanalphotomultiplier (28) nachgeschaltet ist. Hinzu kommen Fokussiermittel (26), die zur Abbildung des ausgefächerten Lichtstrahls (24) auf den Mehrkanalphotomultiplier (28) einstellbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer
Spektralbereiche eines Lichtstrahls. Im besonderen betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines
Lichtstrahls im Strahlengang eines Mikroskops, wobei im Strahlengang ein
Element zum spektralen Auffächern des Lichtstrahls vorgesehen ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion
mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls. Im besonderen betrifft die
Erfindung ein Scanmikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung zur Führung
eines Beleuchtungslichtstrahles über eine Probe, einer Mikroskopoptik und
einem von der Probe ausgehenden Detektionslichtstrahl.
Die DE 199 02 625 A1 offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zum gleichzeitigen
Detektieren mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls. Der aufgeweitete
Lichtstrahl gelangt zu einer Spalt-Detektoranordnung. Die Spalt-
Detektoranordnung dient dazu, den spektral aufgeweiteten Lichtstrahl auch
aus der Dispersionsebene heraus auf mehrere räumlich angeordnete
Detektoren zu lenken. Die Spalte sind beweglich ausgestaltet, dass ein
Benutzer jeweils einen ausgewählten Spektralbereich auf einen ausgewählten
Detektor lenken kann. Die Detektoren sind im Raum verteilt angeordnete
einzelne Photomultipier. Diese Spalt-Detektoranordnung hat eine Vielzahl von
mechanisch beweglichen Elementen, die auch entsprechend fein gesteuert
werden müssen. Dadurch wird die Anordnung kompliziert und auch teuer.
Das US-Patent 5,377,003 offenbart ein Mikroskop mit der Möglichkeit der
spektroskopischen Abbildung. Das Mikroskop beinhaltet einen AOTF und
einen Flächendetektor (CCD-Array). Der Flächendetektor dient zur Abbildung
des Abbildes einer Probe, wobei durch den AOTF ein gewünschter
Spektralbereich ausgewählt werden kann. Auf dem Detektor wird immer nur
eine Spektrallinie bzw. ein Spektralbereich detektiert. Die Detektion anderer
Spektralbereiche erfolgt zeitlich versetzt. Die gleichzeitige Detektion mehrerer
Spektralbereich ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche zu gestalten, die dabei die
aufgezeigten Probleme des Standes der Technik löst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Scanmikroskop zu schaffen,
das die gleichzeitige Detektion mehrerer Spektralbereiche und dabei die
aufgezeigten Probleme des Standes der Technik löst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Scanmikroskop, das die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 7.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass auf viele mechanische Mittel, die
zur Einstellung eines Spektralbereichs erforderlich sind, verzichtet werden
kann. Dabei ist ein einzelner Detektor vorgesehen, der als Array aus
mehreren Photomultipliern gebildet ist. So können die ausgewählten
Spektralbereiche auf die einzelnen Photomultiplier des Arrays abgebildet
werden. Die Verwendung eines CCD-Arrays hat sich in der Scanmikroskopie
nicht als besonders brauchbar erwiesen, da es den CCDs an der notwendigen
Dynamik fehlt. Hinzu kommt, dass der Mehrkanalphotomultiplier relativ zum
spektral aufgefächerten Lichtstrahl verschiebbar ist. Dadurch ist es möglich,
dass die einzelnen spektralen Abschnitte des aufgefächerten Lichtstrahls auf
einzelne Photomultiplier des Mehrkanalphotomultipliers richtbar sind.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und
wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sanmikroskops,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung des
Standes der Technik zur Detektion mehrere
Spektralbereiche, und
Fig. 3 ein Scanmikroskop mit einer erfindungsgemäßen
schematischen Anordnung zur gleichzeitigen Detektion
mehrerer Spektralbereiche.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Scanmikroskop 10, das als konfokales
Scanmikroskop ausgeführt ist. Eine Lichtquelle 1, die als Pulslaser ausgeführt
ist, erzeugt einen Beleuchtungslichtstrahl 15. Über einen dichroitischen
Strahlteiler 5 gelangt der Beleuchtungslichtstrahl 15 zu einem Scanmodul 29,
das einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 31 beinhaltet, der den
Beleuchtungslichtstrahl 15 über eine Scanoptik 33, die Optik 35 und durch die
Mikroskopoptik 37 hindurch über bzw. durch eine Probe 39 führt. Die Probe 39
ist auf einem nicht gezeigten Mikrokoptisch angeordnet, der ein Abscannen in
z-Richtung, in Richtung des Beleuchtungslichtstrahl 15, ermöglicht. Die
verschiedenen Fokusebenen der Probe 39 werden nacheinander durch den
Beleuchtungslichtstrahl 15 abgetastet. Der Beleuchtungslichtstrahl 15 ist als
durchgezogene Linie dargestellt ist. Das von der Probe ausgehende Licht 43
definiert einen Beobachtungsstrahlengang 17 und gelangt durch die
Mikroskopoptik 37 und über das Scanmodul 29 zum dichroitischen Strahlteiler
5, passiert diesen und trifft auf einen Detektor 3, der als einzelner
Photomultiplier ausgeführt ist. Das von der Probe 39 ausgehende Licht 43 ist
als gestrichelte Linie dargestellt. Im Detektor 3 werden elektrische, zur
Leistung des vom Objekt ausgehenden Lichtes 43 proportionale
Detektionssignale erzeugt und an eine nicht gezeigte Verarbeitungseinheit
weitergegeben. Vor dem Detektor 3 kann im Detektionsstrahlengang ein Mittel
zur zusätzlichen Reduktion 40 des Reflexions- und/oder Streulichtanteils des
Anregungslichts vorgesehen sein, das Licht einer bestimmten Wellenlänge
ausblendet. Das Mittel zur Reduktion 40 kann z. B. ein Bandpassfilter, ein
Notchfilter, ein Graufilter oder eine Kantenfilter sein. Das bei einem konfokalen
Scanmikroskop 10 üblicherweise vorgesehene Beleuchtungspinhole 12 und
das Detektionspinhole 19 sind der Vollständigkeit halber schematisch
eingezeichnet. Weggelassen sind wegen der besseren Anschaulichkeit
hingegen einige optische Elemente zur Führung und Formung der
Lichtstrahlen. Diese sind einem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann
hinlänglich bekannt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung des Standes der
Technik zur Detektion mehrerer Spektralbereiche. Das von der Probe 39
ausgehende Licht 43 wird mit einer Optik (nicht dargestellt) auf ein Element
zum spektralen Auffächern 22 abgebildet. Der aufgefächerte Lichtstrahl 24
trifft auf eine Spaltdetektoranordnung 50. Die hier dargestellte
Spaltdetektoranordnung 50 wird zur Detektion zweier Spektralbereiche des
aufgefächerten Lichtstrahls 24 verwendet. Hierzu ist eine
Selektionseinrichtung 44 und eine Detektionseinrichtung 46 vorgesehen. Die
Selektionseinrichtung 44 besitzt Mittel 45 zum Ausblenden eines ersten
Spektralbereichs 45a und andererseits zur Reflexion zumindest eines Teils
45b des nicht ausgeblendeten Spektralbereichs. Die Detektionseinrichtung 46
weist einen im Strahlengang des ausgeblendeten ersten Spektralbereichs 45a
angeordneten ersten Detektor 47 und einen im Strahlengang des reflektierten
Teils 45b des Spektralbereichs angeordneten zweiten Detektor 48 auf. Fig. 2
zeigt des weiteren deutlich, daß vor dem zweiten Detektor 48 eine Blende 42
vorgesehen ist, mit der ein weiterer Teil des reflektierten Teils 45b des
Spektralbereichs 45b ausgewählt werden kann, bevor er auf den zweiten
Detektor 48 gelangt. Die Mittel zum Ausblenden 45 sind jeweils als
Spaltblende ausgeführt, wobei zur Reflexion zumindest eines Teils des nicht
ausgeblendeten Spektralbereichs auf einer dem einfallenden Licht zuge
wandten Oberfläche jeweils eine total reflektierende Beschichtung 49
vorgesehen ist. Die Mittel zum Ausblenden 45 können in die durch die
Doppelpfeile in Fig. 2 angedeuteten Richtungen mechanisch verschoben
werden, um somit einen gewünschten Spektralbereich für die Untersuchung
auszuwählen.
Fig. 3 zeigt das Scanmikroskop 10 zusammen mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Dabei sind alle Teile des Scanmikroskops 10 aus Fig. 1 mit den
gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in der nachstehenden
Beschreibung wird lediglich auf die erfindungsgemäße Vorrichtung näher
eingegangen. Dem Detektionspinhole 19 ist eine Optik 20 nachgeschaltet, die
das von der Probe 39 ausgehende Licht 43 auf ein Element zum spektralen
Auffächern 22 abbildet. Das Element zum spektralen Auffächern 22 kann z. B.
ein Prisma oder ein Gitter sein. Das Element zum spektralen Auffächern 22
erzeugt einen aufgefächerten Lichtstrahl 24, der über ein Fokussiermittel 26
auf einen Mehrkanalphotomultiplier 28 abgebildet wird. Dabei ist zu beachten,
dass das hier keinerlei mechanische Mittel vorgesehen sind, um für die
Untersuchung bestimmte Spektralbereiche auszuwählen.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform
beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und
Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich
der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
1
Lichtquelle
3
Detektor
5
dichroitischer Strahlteiler
10
Scanmikroskop
12
Beleuchtungspinhole
15
Beleuchtungslichtstrahl
17
Beobachtungsstrahlengang
19
Detektionspinhole
20
Optik
22
Element zum spektralen Auffächern
24
aufgefächerter Lichtstrahl
26
Fokussiermittel
28
Mehrkanalphotomultiplier
29
Scanmodul
31
Scanspiegel
33
Scanoptik
35
Optik
37
Mikroskopoptik
39
Probe
40
Mittel zu Reduktion
42
Blende
43
Licht
44
Selektionseinrichtung
45
Mittel zum Ausblenden
45
a erster Spektralbereich
45
b reflektierter Teil
46
Detektionseinrichtung
47
erster Detektor
48
zweiter Detektor
49
reflektierende Beschichtung
50
Spaltdetektoranordnung
Claims (13)
1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche
eines Lichtstrahls (43) im Strahlengang eines Mikroskops, wobei im
Strahlengang ein Element (22) zum spektralen Auffächern des Lichtstrahls
(43) und Erzeugen eines aufgefächerten Lichtstrahls (24) vorgesehen ist
dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrkanalphotomultiplier (28) dem
Element (22) nachgeschaltet ist, und dass mindestens ein Fokussiermittel (26)
vorgesehen ist, das zur Abbildung des ausgefächerten Lichtstrahls (24) auf
den Mehrkanalphotomultiplier (28) einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein Prisma ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein Gitter ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein holographisches Element ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Mehrkanalphotomultiplier (28) vorgesehen ist, dem eine
Spiegelblendenanordnung vorgeordnet ist, die den spektral aufgefächerten
Lichtstrahl in Spektralbereiche (45a, 45b) grob aufteilt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mehrkanalphotomultiplier (28) relativ zum spektral aufgefächerten Lichtstrahl
(24) verschiebbar ist.
7. Scanmikroskop (10) mit einem Scanmodul (29) zur Führung eines
Beleuchtungslichtstrahles (15) über eine Probe (39), einer Mikroskopoptik (37)
und einem von der Probe (39) ausgehenden Lichtstrahl (43) dadurch
gekennzeichnet, dass ein Element (22) zum spektralen Auffächern des
Lichtstrahles (43) und Erzeugen eines aufgefächerten Lichtstrahls (24)
vorgesehen ist, dass ein Mehrkanalphotomultiplier (28) dem Element (22)
nachgeschaltet ist und dass mindestens ein Fokussiermittel (26) vorgesehen
ist, das zur Abbildung des ausgefächerten Lichtstrahls (24) auf den
Mehrkanalphotomultiplier (28) einstellbar ist.
8. Scanmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein Prisma ist.
9. Scanmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein Gitter ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element (22) zum spektralen Auffächern ein holografisches Element ist.
11. Scanmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Mehrkanalphotomultiplier (28) vorgesehen ist, dem eine
Spiegelblendenanordnung vorgeordnet ist, die den spektral aufgefächerten
Lichtstrahl (24) in Spektralbereiche grob aufteilt.
12. Scanmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mehrkanalphotomultiplier (28) relativ zum spektral aufgefächerten Lichtstrahl
(24) verschiebbar ist.
13. Scanmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Mehrkanalphotomultiplier (28) mindestens ein Mittel zur Reduktion (40)
vorgeschaltet ist, das im Detektionsstrahlengang den Reflexions- und/oder
Streulichtanteil des Anregungslichts reduziert.
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