DE10102033B4

DE10102033B4 - Vorrichtung und Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE10102033B4
Application number: DE2001102033
Authority: DE
Inventors: Johann Dr. Engelhardt
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: DE20200109U1; DE10102033C5; DE10102033A1

Abstract

Scanmikroskop (10) mit einem Scanmodul (29) zur Führung eines Beleuchtungslichtstrahles (15) über eine Probe (39), einer Mikroskopoptik (37), einem Element (22) zum spektralen Auffächern eines von der Probe (39) ausgehenden Lichtstralhles (24) und einer diesem Element nachgeschalteten Detektoranordnung (28), dadurch gekennzeichnet,
dass die Detektoranordnung ein Mehrkanalphotomultiplier ist, der gleichzeitig mehrere Spektralbereiche des Lichtstrahles detektiert und der relativ zum aufgefächerten Lichtstrahl (24) verschiebbar ist,
dass mindestens ein Fokussiermittel (26) vorgesehen ist, das zur Abbildung des aufgefächerten Lichtstrahles auf den Mehrkanalphotomultiplier einstellbar ist,
und dass im Lichtstrahl vor dem Element (22) mindestens ein Mittel zur Reduktion (40) vorgeschaltet ist, das im Detektionsstrahlengang den Reflektions- und/oder Streulichtanteil des Anregungslichtes reduziert, indem Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgeblendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft 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 Detektionslichtstrahls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Scanmikroskop der vorstehend genannten Art ist aus der JP 00199855 A bekannt. Der aufgefächerte Lichtstrahl wird dabei auf eine mikrooptische Spiegelanordnung abgebildet, der photoempfindliche Elemente nachgeschaltet sind.
Die DE 199 02 625 A1 offenbart eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Detektieren mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls. Der aufgeweitete Lichtstrahl gelangt zu einer Spalt-Detektoranordnung. Die Spalt-Detektoranorndung dient dazu, den spektral aufgeweiteten Lichtstrahl auch aus der Dispersionsebene heraus auf mehrere räumlich angeordnete Detektoren zu lenken. Die Spalte sind so beweglich ausgestaltet, dass ein Benutzer jeweils einen ausgewählten Spektralbereich auf einen ausgewählten Detektor lenken kann. Die Detektoren sind im Raum verteilt angeordnete einzelne Photomultiplier. 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 spketroskopischen 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 ausge wählt 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 Spektralbereiche ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Scanmikroskop der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise die gleichzeitige Detektion mehrerer Spektralbereiche ermöglicht und dabei die aufgezeigten Probleme des Standes der Technik löst.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Scanmikroskop mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Die Erfindung hat den 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 Photomulitpliern 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 besonderes 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:
1 eine schematische Darstellung eines Scanmikroskops,
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung des Standes der Technik zur Detektion mehrerer Spektralbereiche, und
3 ein Scanmikroskop mit einer schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche.
1 zeigt ein 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.
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. 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 zugewandten Oberfläche jeweils eine total reflektierende Beschichtung 49 vorgesehen ist. Die Mittel zum Ausblenden 45 können in die durch die Doppelpfeile in 2 angedeuteten Richtungen mechanisch verschoben werden, um somit einen gewünschten Spektralbereich für die Untersuchung auszuwählen.
3 zeigt das Scanmikroskop 10 zusammen mit den erfindungsgemäßen Merkmalen. Dabei sind alle Teile des Scanmikroskops 10 aus 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in der nachstehenden Beschreibung wird lediglich auf die erfindungsgemäßen Merkmale 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
45a: erster Spektralbereich
45b: reflektierter Teil
46: Detektionseinrichtung
47: erster Detektor
48: zweiter Detektor
49: reflektierende Beschichtung
50: Spaltdetektoranordnung

Claims

Scanmikroskop (10) mit einem Scanmodul (29) zur Führung eines Beleuchtungslichtstrahles (15) über eine Probe (39), einer Mikroskopoptik (37), einem Element (22) zum spektralen Auffächern eines von der Probe (39) ausgehenden Lichtstralhles (24) und einer diesem Element nachgeschalteten Detektoranordnung (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoranordnung ein Mehrkanalphotomultiplier ist, der gleichzeitig mehrere Spektralbereiche des Lichtstrahles detektiert und der relativ zum aufgefächerten Lichtstrahl (24) verschiebbar ist, dass mindestens ein Fokussiermittel (26) vorgesehen ist, das zur Abbildung des aufgefächerten Lichtstrahles auf den Mehrkanalphotomultiplier einstellbar ist, und dass im Lichtstrahl vor dem Element (22) mindestens ein Mittel zur Reduktion (40) vorgeschaltet ist, das im Detektionsstrahlengang den Reflektions- und/oder Streulichtanteil des Anregungslichtes reduziert, indem Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgeblendet wird.
Scanmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) zum spektralen Auffächern ein Prisma ist.
Scanmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) zum spektralen Auffächern ein Gitter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (22) zum spektralen Auffächern ein holografisches Element ist.
Scanmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mehrkanalphotomultiplier (28) vorgesehen ist, dem eine Spiegelblendenanordnung vorgeordnet ist, die den spektral aufgefächerten Lichtstrahl (24) in Spektralbereiche grob aufteilt.