DE102010036790A1

DE102010036790A1 - Einrichtung zur lückenlosen Einstellung von Spektrometer-Spaltbreiten

Info

Publication number: DE102010036790A1
Application number: DE102010036790A
Authority: DE
Inventors: Rolf Borlinghaus; Irmtraud Steinmetz
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-02-02
Also published as: US20150002917A1; US20130170023A1; JP2013535703A; WO2012016761A1; US8837044B2

Abstract

Ein Mikroskop (10) hat eine Blendenanordnung (29), die zum Begrenzen einer Ausdehnung eines Lichtstrahls (41) eine Blendenöffnung (37) aufweist. Die Größe der Blendenöffnung (37) ist mit Hilfe eines ersten Blendenkörpers (32) und eines zweiten Blendenkörpers (34) einstellbar. Zumindest einer der beiden Blendenkörper (32, 34) ist relativ zu dem anderen Blendenkörper (32, 34) bewegbar. Die Blendenkörper (32, 34) sind bei geschlossener Blendenöffnung (37) voneinander beabstandet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Blendenanordnung. Die Blendenanordnung weist zum Begrenzen einer Ausdehnung eines Lichtstrahls eine Blendenöffnung auf. Die Größe der Blendenöffnung ist mit Hilfe eines ersten Blendenkörpers und eines zweiten Blendenkörpers einstellbar. Zumindest einer der beiden Blendenkörper ist relativ zu dem anderen Blendenkörper bewegbar.
Innerhalb eines Mikroskops sind regelmäßig Blendenanordnungen angeordnet. Die Blendenanordnungen dienen dazu, Beleuchtungslichtstrahlen oder Detektionslichtstrahlen, die sich in axialer Richtung erstrecken, in radialer Richtung zu begrenzen. Die Blendenöffnungen sind beispielsweise schlitzförmig, kreisförmig oder eckig. Mit Hilfe der Blendenanordnung können sehr kleine Blendenöffnungen, beispielsweise im Bereich von Nanometern, erzeugt werden. Bei derartig kleinen Blendenöffnungen besteht regelmäßig die Gefahr, dass die Blendenkörper, die die Blendenöffnung definieren, aufgrund einer Unregelmäßigkeit der Ansteuerung von Stellelementen zum Verstellen der Blendenkörper oder aufgrund von Fertigungstoleranzen aneinander stoßen und so beschädigt werden. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Blendenkörper zusätzlich mit spiegelnden Oberflächen versehen sind, da diese leicht beschädigt werden können. Die spiegelnden Oberflächen dienen beispielsweise dazu, die ausgeblendeten Anteile des Lichts zu reflektieren, beispielsweise auf eine weitere Blendenanordnung oder einen zusätzlichen Detektor.
Aus der DE 103 19 776 A1 ist eine Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls bekannt. Die Selektionseinrichtung umfasst Mittel zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls und Mittel zum Ausblenden eines Spektralbereichs und zur Reflexion zumindest des ausgeblendeten Spektralbereichs.
Aus der DE 199 02 624 A1 ist eine optische Anordnung zum spektralen Auffächern eines Lichtstrahls bekannt. Die Anordnung ist im Detektionsstrahlengang eines Konfokalmikroskops angeordnet. Der Lichtstrahl ist auf ein Pinhole fokussiert, das einen polygonförmigen Durchtritt hat.
Aus der DE 43 30 347 A1 ist eine Vorrichtung zur Selektion und Detektion zweier Spektralbereiche eines Lichtstrahls bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Selektionseinrichtung, die Mittel zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls und Mittel zum Ausblenden eines Spektralbereichs und zur Reflexion des ausgeblendeten Spektralbereichs hat.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop zu schaffen, das eine Blendenanordnung aufweist, mit der auf besonders sichere Art und Weise sehr kleine Blendenöffnungen erzeugbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Blendenkörper bei geschlossener Blendenöffnung voneinander beabstandet sind. Dass die Blendenöffnung geschlossen ist, bedeutet in diesem Zusammenhang, dass kein Anteil des Lichtstrahls durch die Blendenöffnung tritt und die Blendenanordnung den Lichtstrahl somit vollständig abschattet.
Dass die Blendenkörper bei geschlossener Blendenöffnung voneinander beabstandet sind, bewirkt, dass die Blendenkörper beim Verkleinern der Blendenöffnung beliebig nahe aneinander angenähert werden können und die Blendenöffnung somit beliebig verkleinerbar ist. Sollten die Blendenkörper aufgrund einer unregelmäßigen Ansteuerung oder aufgrund von Fertigungstoleranzen derart aneinander angenähert werden, dass sie in Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls gesehen überlappen, so stoßen sie dennoch nicht aneinander, wodurch eine Beschädigung der Blendenkörper vermieden wird. Die Blendenöffnung kann beispielsweise kreisförmig, schlitzförmig oder eckig sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Blendenkörper in axialer Richtung des zu begrenzenden Lichtstrahls versetzt zueinander angeordnet. Dies ermöglicht, auf besonders einfache Weise umzusetzen, dass bei geschlossener Blendenöffnung die Blendenkörper voneinander beabstandet sind. Alternativ oder zusätzlich können lediglich Blendkanten der Blendenkörper bei geschlossener Blendenöffnung in axialer Richtung des zu begrenzenden Lichtstrahls versetzt zueinander angeordnet sein.
Dies ermöglicht, die Blendenkörper in axialer Richtung auf gleicher Höhe anzuordnen und dennoch bei geschlossener Blendenöffnung einen Abstand zwischen den Blendenkörpern zu realisieren.
Damit die Blendenöffnung schließbar ist, ist zumindest einer der Blendenkörper in Richtung nahezu senkrecht oder senkrecht zu einer Strahlachse des zu begrenzenden Lichtstrahls bewegbar. Alternativ oder zusätzlich kann einer der Blendenkörper um eine Drehachse drehbar sein, die nahezu parallel oder parallel zu der Strahlachse des zu begrenzenden Lichtstrahls ist. Alternativ oder zusätzlich ist zumindest einer der Blendkörper um eine Klappachse klappbar, die nahezu senkrecht oder senkrecht zu der Strahlachse des zu begrenzenden Lichtstrahls ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Blendenanordnung Teil eines Spektrometers, das in dem Mikroskop angeordnet ist. Die Blendenanordnung kann beispielsweise in einem Detektionsstrahlengang des Mikroskops angeordnet sein. Das Mikroskop kann als Lasermikroskop, als konfokales Mikroskop, als Fluoreszenzmikroskop, Multiphotonmikroskop und/oder als Scanmikroskop ausgebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Mikroskop,
2 eine erste Ausführungsform einer Blendenanordnung mit geöffneter Blendenöffnung,
3 die erste Ausführungsform der Blendenanordnung mit geschlossener Blendenöffnung,
4 eine zweite Ausführungsform der Blendenanordnung mit geöffneter Blendenöffnung,
5 die zweite Ausführungsform der Blendenanordnung mit geschlossener Blendenöffnung,
6 eine dritte Ausführungsform der Blendenanordnung mit geöffneter Blendenöffnung,
7 die dritte Ausführungsform der Blendenanordnung mit geschlossener Blendenöffnung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt ein Mikroskop 10 mit einem Spektrometer 11 und mit einer Lichtquelle 12. Das Mikroskop 10 ist ein konfokales Lasermikroskop. Dementsprechend ist die Lichtquelle 12 ein Laser, der Laserlicht mit einer, zwei oder mehreren Wellenlängen oder mit einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum erzeugt. Insbesondere erzeugt die Lichtquelle 12 einen Beleuchtungslichtstrahl 14, der über einen Hauptstrahlteiler 16 und ein Objektiv 18 auf eine Probe gerichtet ist, die auf einem Probentisch 20 angeordnet ist. Von der Probe ausgehendes Detektionslicht durchdringt das Objektiv 18 und den Hauptstrahlteiler 16 in Richtung eines Prismas 24, wobei der Hauptstrahlteiler 16 einen Detektionslichtstrahl 22 von dem Beleuchtungslichtstrahl 14 trennt. Das Prisma 24 spaltet den Detektionslichtstrahl 22 nach Wellenlängen auf. Insbesondere treten aus dem Prisma 24 zumindest ein Lichtstrahl 26 einer ersten Wellenlänge und ein Lichtstrahl 28 einer zweiten Wellenlänge aus.
Der Lichtstrahl 26 der ersten Wellenlänge wird in seiner Ausdehnung senkrecht zu seiner axialen Erstreckungsrichtung mit Hilfe einer Blendenanordnung 29 begrenzt. Die Blendenanordnung 29 umfasst einen ersten Blendenkörper 32 und einen zweiten Blendenkörper 34. Die beiden Blendenkörper 32, 34 definieren eine Blendenöffnung 37, durch die ein Anteil des ersten Lichtstrahls 26 der ersten Wellenlänge tritt, der mit Hilfe eines ersten Detektors 30 detektiert wird. Die beiden Blendenkörper 32, 34 weisen je einen verspiegelten Bereich 33, 35 auf. Die verspiegelten Bereiche 33, 35 dienen dazu, Licht anderer Wellenlängen als der ersten Wellenlänge zu reflektieren. Insbesondere wird der Lichtstrahl 28 der zweiten Wellenlänge von dem verspiegelten Bereich 35 des zweiten Blendenkörpers 34 reflektiert, so dass ein reflektierter Lichtstrahl 36 auf einen zweiten Detektor 38 trifft und dort detektiert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Mikroskop 10 eine Scaneinheit aufweisen. Ferner kann das Mikroskop 10 auf nicht konfokale Weise arbeiten. Insbesondere kann das Mikroskop 10 Probenaufnahmen im Durchlichtverfahren aufnehmen. Ferner kann das Mikroskop 10 weit mehr Blendenanordnungen 29 aufweisen, so dass die Lichtstrahlen 26, 28 unterschiedlicher Wellenlänge auf weit mehr Detektoren verteilt werden können, so dass gleichzeitig Lichtstrahlen 26, 28 mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen unabhängig voneinander detektierbar sind.
Zusätzlich zu den gezeigten optischen Elementen, wie zum Beispiel die Blendenkörper 32, 34, sind vorzugsweise noch weitere aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte optische Elemente, insbesondere weitere Blenden oder Blendenkörper, Pinholes oder Linsen angeordnet. Insbesondere können beispielsweise zwischen den Blendenkörpern 32, 34 und dem ersten Detektor 30 und/oder zwischen dem Hauptstrahlteiler 16 und dem Prisma 24 je eine Linse angeordnet sein.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Blendenanordnung 29. Ein zu begrenzender Lichtstrahl 41 ist in Richtung der verspiegelten Bereiche 33, 35 auf die beiden Blendenkörper 32, 34 gerichtet. Der zu begrenzende Lichtstrahl 41 verläuft entlang einer Strahlachse 42. Das Licht tritt durch die Blendenöffnung 37. Die Blendenöffnung ist durch die beiden Blendenkörper 32, 34, insbesondere durch eine erste Blendenkante 39 des ersten Blendenkörpers 32 und eine zweite Blendenkante 43 des zweiten Blendenkörpers 34 begrenzt. Jenseits der Blendenöffnung 37 erstreckt sich ein begrenzter Lichtstrahl 40.
Die Größe der Blendenöffnung 37 ist durch Verstellen der beiden Blendenkörper 32, 34 veränderbar. Insbesondere ist mit Hilfe eines nicht dargestellten Stellelements der ersten Blendenkörper 32 entlang einer ersten Bewegungsrichtung 44 bewegbar und der zweite Blendenkörper 34 ist entlang einer zweiten Bewegungsrichtung 46 senkrecht zu der Strahlachse 42 bewegbar. Solange der begrenzte Lichtstrahl 40 durch die Blendenöffnung 37 tritt, so lange wird die Blendenöffnung 37 als geöffnet bezeichnet.
3 zeigt die erste Ausführungsform der Blendenanordnung 29 bei geschlossener Blendenöffnung 37. Dass die Blendenöffnung 37 geschlossen ist, bedeutet in diesem Zusammenhang, dass kein Anteil des zu begrenzenden Lichtstrahls 41 durch die Blendenöffnung 37 tritt. In anderen Worten sind bei geschlossener Blendenöffnung 37 die Blendenkörper 32, 34 so weit aufeinander zu bewegt, dass sie sich aus Sicht des zu begrenzenden Lichtstrahls 41 überlappen, so dass der Lichtstrahl 41 nicht mehr durch die Blendenöffnung 37 treten kann. Bei geschlossener Blendenöffnung 37 sind die beiden Blendenkörper 32, 34 voneinander beabstandet. Dies ermöglicht, die beiden Blendenkörper 32, 34 so nahe aneinander zu schieben, dass die Blendenöffnung 37 beliebig klein wird und nur noch auf wenige Nanometer ausgedehnt ist. Sollten aufgrund von Fertigungstoleranzen oder einer unregelmäßigen Ansteuerung die beiden Blendenkörper 32, 34 noch weiter zueinander zu bewegt werden, so besteht dennoch ein Spielraum, bevor diese aneinander stoßen und eventuell beschädigt werden.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Blendenanordnung 29, bei der die beiden Blendenkörper 32, 34 drehbar sind. Dazu ist der erste Blendenkörper 32 an einer zweiten Aufhängung 47 befestigt und der zweite Blendenkörper 34 ist an einer ersten Aufhängung 45 befestigt. Die beiden Aufhängungen 45, 47 sind entlang einer ersten Drehrichtung 48 um eine erste Drehachse 49 bzw. entlang einer zweiten Drehrichtung 50 um eine zweite Drehachse 51 drehbar. Die Blendenkörper 32, 34 sind exzentrisch an den Aufhängungen 45, 47 aufgehängt, so dass durch Drehen der Blendenkörper 32, 34 die Größe der Blendenöffnung 37 variiert werden kann. Die Blendenöffnung 37 ist geöffnet, so dass der zu begrenzende Lichtstrahl 41 zumindest teilweise durch die Blendenöffnung 37 tritt und jenseits der Blendenöffnung der begrenzte Lichtstrahl 40 weiter propagiert.
5 zeigt die zweite Ausführungsform der Blendenanordnung 29 in geschlossenem Zustand der Blendenöffnung 37. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Blendenkörper 32, 34 in axialer Richtung der Strahlachse 42 versetzt zueinander angeordnet. Dies bewirkt wiederum, dass die Blendenkörper 32, 34 die Blendenöffnung 37 beliebig klein machen können, ohne aneinander anzustoßen. In der geschlossenen Position tritt kein Anteil des zu begrenzenden Lichtstrahls 41 durch die Blendenöffnung 37.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Blendenanordnung 29 mit geöffneter Blendenöffnung 37. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Blendenkörper 32 um eine zweite Klappachse 62 klappbar oder schwenkbar und der zweite Blendenkörper 34 ist um eine erste Klappachse 60 drehbar oder klappbar. Die beiden Klappachsen 60, 62 stehen vorzugsweise senkrecht auf der Strahlachse 42. Die beiden Blendenkörper 32, 34 sind soweit aufgeklappt, dass die Blendenöffnung 37 geöffnet ist und der zu begrenzende Lichtstrahl 41 zumindest teilweise in Form des begrenzten Lichtstrahls 40 durch die Blendenöffnung 37 tritt.
7 zeigt die dritte Ausführungsform der Blendenanordnung 29 bei geschlossener Blendenöffnung 37. Bei der geschlossenen Blendenöffnung 37 tritt wiederum kein Anteil des zu begrenzenden Lichtstrahls 41 durch die Blendenöffnung 37, da die Blendenkörper 32, 34 nah zueinander geklappt sind. Dabei werden die beiden Blendenkörper 32, 34 so zueinander geklappt, dass die Blendenkanten 39, 34 in axialer Richtung des zu begrenzenden Lichtstrahls 42 versetzt zueinander angeordnet sind, so dass die beiden Blendenkörper 32, 34 trotz Fertigungstoleranzen oder einer unregelmäßigen Ansteuerung von Stellelementen zum Einstellen einer Größe der Blendenöffnung 37 im Nanometerbereich nicht aneinander anstoßen und so bei geschlossener Blendenöffnung 37 voneinander beabstandet sind.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann anstatt oder zusätzlich zu dem Prisma 24 ein anderes oder ein weiteres spektral aufspaltendes Element vorgesehen sein. Ferner können die einzelnen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert sein. Beispielsweise kann einer der beiden Blendenkörper 32, 34 drehbar oder klappbar sein und der andere der beiden Blendenkörper 32, 34 kann senkrecht zu der Strahlachse 42 verschiebbar sein. Ferner kann einer der beiden Blendenkörper 32, 34 klappbar und der andere drehbar sein. Darüber hinaus kann bei jeder Blendenanordnung 29 eine der Seiten der Blendenkörper 32, 34 verspiegelt sein.
Die Größe der Blendenöffnung 37 kann beispielsweise mit Hilfe einer auf einer Steuereinrichtung gespeicherten Software eingestellt werden. Die Software kann über einen Computer interaktiv genutzt werden. Die beiden Detektoren 30, 38 oder gegebenenfalls weitere Detektoren können mit Hilfe der Software ausgelesen werden. Ferner können die Blendenöffnungen 37 der diesen Detektoren zugeordneten Blendenanordnungen 29 individuell eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Mikroskop
11: Spektrometer
12: Lichtquelle
14: Beleuchtungslichtstrahl
16: Hauptstrahlteiler
18: Objektiv
20: Probentisch
22: Detektionslichtstrahl
24: Prisma
26: Lichtstrahl erster Wellenlänge
28: Lichtstrahl zweiter Wellenlänge
29: Blendenanordnung
30: erster Detektor
32: erster Blendenkörper
33: verspiegelter Bereich erster Blendenkörper
34: zweiter Blendenkörper
35: verspiegelter Bereich zweiter Blendenkörper
36: reflektierter Lichtstrahl
37: Blendenöffnung
38: zweiter Detektor
39: erste Blendenkante
40: begrenzter Lichtstrahl
41: zu begrenzender Lichtstrahl
42: Strahlachse
43: zweite Blendenkante
44: erste Bewegungsrichtung
45: erste Aufhängung
46: zweite Bewegungsrichtung
47: zweite Aufhängung
48: erste Drehrichtung
49: erste Drehachse
50: zweite Drehrichtung
51: zweite Drehachse
60: erste Klappachse
62: zweite Klappachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10319776 A1 [0003]
DE 19902624 A1 [0004]
DE 4330347 A1 [0005]

Claims

Mikroskop (10) mit einer Blendenanordnung (29), die zum Begrenzen einer Ausdehnung eines Lichtstrahls (41) eine Blendenöffnung (37) aufweist, deren Größe mit Hilfe eines ersten Blendenkörpers (32) und eines zweiten Blendenkörpers (34) einstellbar ist, wobei zumindest einer der beiden Blendenkörper (32, 34) relativ zu dem anderen Blendenkörper (32, 34) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenkörper (32, 34) bei geschlossener Blendenöffnung (37) voneinander beabstandet sind.
Mikroskop (10) nach Anspruch 1, bei dem die beiden Blendenkörper (32, 34) in axialer Richtung des zu begrenzenden Lichtstrahls (41) versetzt zueinander angeordnet sind.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei geschlossener Blendenöffnung (37) Blendkanten (39, 43) der Blendenkörper (32, 34) in axialer Richtung des zu begrenzenden Lichtstrahls (41) versetzt zueinander angeordnet sind.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Seite zumindest eines der Blendenkörper (32, 34) einen verspiegelten Bereich (33, 35) aufweist, der einen Anteil des Lichtstrahls (41) reflektiert, wobei ein anderer Anteil des Lichtstrahls (41) durch die Blendenöffnung (37) tritt.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zum Einstellen der Größe der Blendenöffnung (37) zumindest einer der Blendenkörper (32, 34) in Richtung nahezu senkrecht oder senkrecht zu einer Strahlachse (42) des zu begrenzenden Lichtstrahls (41) bewegbar ist.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zum Einstellen der Größe der Blendenöffnung (37) zumindest einer der Blendenkörper (32, 34) um eine Drehachse (49, 52) drehbar ist, die nahezu parallel oder parallel zu einer Strahlachse (42) des zu begrenzenden Lichtstrahls (41) ist.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zum Einstellen der Größe der Blendenöffnung (37) zumindest einer der Blendenkörper (32, 34) um eine Klappachse (60, 62) klappbar ist, die nahezu senkrecht oder senkrecht zu einer Strahlachse (42) des zu begrenzenden Lichtstrahls (41) ist.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ein Spektrometer (11) aufweist, das die Blendenanordnung (29) umfasst.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Blendenanordnung (29) in einem Detektionsstrahlengang des Mikroskops (10) angeordnet ist.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest einer der Blendenkörper (32, 34) kreisförmig, kreisrund, eckig, viereckig, rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist.
Mikroskop (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das als Lasermikroskop, als konfokales Mikroskop, als Fluoreszenzmikroskop, Multiphotonmikroskop und/oder als Scanmikroskop ausgebildet ist.