DE102011083718A1

DE102011083718A1 - Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer

Info

Publication number: DE102011083718A1
Application number: DE102011083718A
Authority: DE
Inventors: Anton Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04
Also published as: JP2014532173A; WO2013045250A1; JP6084620B2; US20140218731A1; EP2737288A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein konfokales Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeordneten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster der Lichtquelle zu erzeugen, einer ersten Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement aufweist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein konfokales Spektrometer und ein Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer.
Stand der Technik
Konfokale Spektrometer arbeiten auf der Basis optischer Systeme, welche einen gemeinsamen Fokus aufweisen. Dadurch kann eine räumlich punktweise Messung gestreuten Lichts an einem abzubildenden Objekt vorgenommen werden. Bisherige einkanalige Spektrometer nutzen in der Regel eine Zeilenkamera zur Aufnahme des Spektrums für einen Kanal. Daher ist es erst durch Rasterung der Objektoberfläche möglich, das heißt, über einen zeitlichen Scan, ein räumlich aufgelöstes Bild des Objekts zu erfassen.
Mehrkanalige Spektrometer nutzen einen Kamerachip zur zeilenförmigen Abtastung einer Oberfläche, wobei eine spektrale Auflösung auf dem Kamerachip in einer Richtung senkrecht zu der räumlichen Auflösung erfolgt. Derartige Systeme sind auch als sogenannte hyperspektrale Bildgebungssysteme ("Hyperspectral Imaging") bekannt. Auch bei diesen Systemen ist eine Rasterung der Objektoberfläche zur bildgebenden Erfassung des Objekts notwendig.
Die Druckschrift EP 1 984 770 B1 offenbart ein konfokales Spektroskopiesystem, wobei eine Kodierung eines Profils eines Objekts über den Spektralverlauf einer polychromatischen Lichtquelle erfolgt. Dazu wird eine Abbildungsoptik mit chromatischer Aberration verwendet, um eine wellenlängenabhängige Lage des Abbildungsfokus entlang der optischen Achse zu erzeugen.
Die Druckschrift DE 697 300 30 T2 offenbart ein konfokales spektroskopisches Abbildungssystem, bei dem Modulatormittel zur Abbildung eines Beleuchtungsmuster auf ein abzubildendes Objekt eingesetzt werden, so dass über die Beleuchtungsmustersequenz eine räumliche Auflösung des Objekts möglich ist.
Es besteht ein Bedarf an einem bildgebenden Spektrometer, welches für ein ruhendes Objekt für jeden Bildpunkt ein Spektrum des reflektierten bzw. gestreuten Lichts zur Erzeugung eines Bildkontrastes liefert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht daher in einem konfokalen Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeordneten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster der Lichtquelle zu erzeugen, einer ersten Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement aufweist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren.
Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, eine vollständige räumliche Auflösung zeitgleich mit einer vollständig spektralen Auflösung des Bildes eines Objekts in einem Spektrometer zu ermöglichen. Dazu wird die Konfokaltechnik mit einer Abbildungsblendenvorrichtung eingesetzt, wobei die Blendenvorrichtung ein Spaltmuster aufweist, welches ein Spaltraster auf das gesamte Objekt projiziert. Wenn das durch das projizierte Spaltraster von dem Objekt reflektierte konfokal auf eine Detektoreinrichtung abgebildet wird, kann eine spektrale Auflösung in den Zwischenräumen des Spaltrasters erfolgen. Dies ermöglicht ein spektral dispersives Element, welches das reflektierte Licht spektral aufgelöst in die jeweiligen Spaltzwischenräume abbilden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Detektorsystem weiterhin eine zweite Blendenvorrichtung mit einem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters aufweisen, welche zwischen dem Dispersionselement und der Detektoreinrichtung angeordnet ist, und welche dazu ausgelegt ist, eine spektrale Auswahl des auf die Detektoreinrichtung treffenden reflektierten Lichts zu treffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die zweite Blendenvorrichtung entlang der Dispersionsachsenrichtung verschiebbar sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die mechanische Auswahl einer abzubildenden Wellenlänge des reflektierten Lichts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Spaltraster eine Vielzahl von ersten Spalten, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters um eine erste vorbestimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung versetzt sind, und eine Vielzahl von zweiten Spalten aufweisen, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters um eine von der ersten Distanz verschiedene zweite vorbestimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung versetzt sind. Dies bietet den Vorteil, dass für bestimmte Anwendungen, in denen besondere Wellenlängen des reflektierten Lichts von Interesse sind, beispielsweise medizinische Bildgebungsverfahren in der Chirurgie oder Gewebediagnostik, eine vordefinierte Selektion einer Anzahl von Wellenlängen vorgenommen werden kann, ohne dass die zweite Blendenvorrichtung mechanisch entlang der Dispersionsachse verschoben werden muss. Dadurch können in sehr kurzer Zeit komplette räumlich und spektral aufgelöste Bilder eines Objekts konfokal erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Blendenvorrichtung eine Vielzahl von Zylinderlinsen aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, Licht der Lichtquelle auf die Spalte des ersten Spaltrasters abzubilden. Dies bietet den Vorteil, dass die Lichtintensität der Lichtquelle maximal ausgenutzt werden kann, da nahezu das gesamte Licht der Lichtquelle auf das Spaltraster kollimiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Spektrometer weiterhin ein Strahlteilerelement aufweisen, welches im Strahlengang der ersten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht des Objekts aus dem Strahlengang der ersten Abbildungsoptik in das Detektorsystem zu lenken. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine physische Entkopplung des Detektorsystems von dem Abbildungssystem möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Dispersionselement ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Interferenzfilter oder einen akusto-optischen Modulator umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Detektoreinrichtung ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray oder ein Avalanche-Photodiodenarray aufweisen. Dabei kann die Detektoreinrichtung dazu ausgelegt sein, reflektierte Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufzulösen. Dies ist besonders vorteilhaft, da einzelne Bildpixel des Objekts jeweils auf ein Unterarray von Pixeln des Arrays der Detektoreinrichtung abgebildet werden können. Mithilfe dieser Unterarrays von Pixeln können dann sowohl räumlich als auch spektral aufgelöste Bilder eines Objekts erstellt werden, was besonders für medizinische bildgebende Anwendungen eine Informationsanreicherung in räumlichen Darstellungen von Objekten bedeutet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle eine Weißlichtquelle sein. Dadurch steht in vorteilhafterweise zu jedem Zeitpunkt der Bildgebung jede spektrale Komponente gleichermaßen im reflektierten Lichtspektrum zur Erfassung zur Verfügung. Insbesondere können dadurch verschiedene Wellenlängen des reflektierten Lichtspektrums gleichzeitig erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, mit den Schritten des Abbildens einer breitbandigen Lichtquelle auf eine erste Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters, des Fokussierens des Spaltmusters auf ein abzubildendes Objekt, des spektralen Dispergierens des durch das Objekt reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse, welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung steht, des Fokussierens des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung, und des Detektierens des reflektierten Lichts in der Detektoreinrichtung zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Fokussierens des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine zweite Blendenvorrichtung mit einem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters, welche vor der Detektoreinrichtung angeordnet ist, umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt des Verschiebens der zweiten Blendenvorrichtung entlang der Dispersionsachsenrichtung zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts umfassen. Dadurch können verschiedene Wellenlängen des reflektierten Lichtspektrums gezielt während der spektroskopischen Aufnahme zur Erfassung ausgewählt werden.
Weitere Modifikationen und Variationen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Figuren
Verschiedene Ausführungsformen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen
1 eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem Aspekt der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Abbildung eines Spaltrasters auf einer Detektoreinrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung einer Abbildung eines Spaltrasters auf einer Detektoreinrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers;
9 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers;
10 eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers; und
11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer zeigt.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten. Die im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie "oben", "unten", "rechts", "links", "vorne", "hinten" und dergleichen wird lediglich zum leichteren Verständnis der Zeichnungen eingesetzt und stellt keine Beschränkung der Allgemeinheit dar.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers 100. Das Spektrometer 100 umfasst ein Abbildungssystem 1, welches dazu ausgelegt ist, Licht einer Lichtquelle 11 auf ein zu spektroskopierendes Objekt 16 zu fokussieren. Das Spektrometer 100 umfasst außerdem ein Detektorsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, Licht, welches durch das Objekt 16 gestreut und/oder reflektiert wird, zu erfassen und daraus ein Bild der Objekts 16 zu erzeugen.
Das Abbildungssystem 1 umfasst eine Lichtquelle 11. Die Lichtquelle 11 kann eine breitbandige oder auch polychromatische Lichtquelle 11 sein, das heißt, eine Lichtquelle 11 die Licht über einen weiten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich abgibt. Beispielsweise kann die Lichtquelle 11 eine Weißlichtquelle, ein Globar, eine Nernstlampe, eine Nickel-Chrom-Wendel, eine Halogen-Gasentladungslampe, eine Xenon-Gasentladungslampe, eine Superlumineszenzdiode, eine LED oder eine ähnliche polychromatische Lichtquelle sein. Weiterhin kann der spektrale Wellenlängenbereich, den das Emissionsspektrum der Lichtquelle 11 umfasst, im UV-Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder im Infrarotbereich liegen.
Das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht kann über eine Linse 12 zu einem parallelen Strahlenbündel kollimiert werden und auf eine erste Blendenvorrichtung 14 gerichtet werden. Die erste Blendenvorrichtung 14 kann ein spaltförmiges bzw. schlitzförmiges Raster aufweisen. Ein Beispiel für ein derartiges spaltförmiges Raster ist schematisch in 2 dargestellt. Die erste Blendenvorrichtung 14 in 2 weist eine Struktur aus Durchgangsschlitzen 14 _k auf. Die Durchgangsschlitze können in einem spaltförmigen Muster angeordnet sein, so dass zwei benachbart gelegene Durchgangsspalte 14 _k und 14 _k+1 um einen lateralen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Die Anzahl der Durchgangsspalte 14 _k kann dabei beliebig groß sein. Ebenso kann die Breite der Durchgangsspalte 14 _k beliebig groß sein. Die Durchgangsspalte 14 _k können eine Länge aufweisen, welche der Länge des aufzulösenden Bereichs auf dem Objekt 16 entsprechen kann.
Es kann in dem Abbildungssystem 1 vorgesehen sein, dass das kollimierte Licht über Zylinderlinsen 13a in einer Zylinderlinsenanordnung 13 auf die Spalte des Spaltrasters 14 _k der ersten Blendenvorrichtung 14 fokussiert werden. Dabei kann jedem Durchgangsspalt 14 _k jeweils eine der Zylinderlinsen 13a zugeordnet sein. Die Zylinderlinsenanordnung 13 kann beispielsweise integral mit der ersten Blendenvorrichtung 14 verbunden sein. Durch die Zylinderlinsen 13 kann ein höherer Anteil des Lichts der Lichtquelle 11 zur Projektion des Spaltrasters 14 _k der ersten Blendenvorrichtung 14 auf das Objekt 16 genutzt werden.
Das die erste Blendenvorrichtung 14 passierende Licht kann über eine erste Abbildungsoptik 15 auf das Objekt 16 fokussiert werden. Dabei wird das Objekt 16 auf seiner Oberfläche auf einem Fokuspunkt 16a durch das Licht der Lichtquelle 11 beleuchtet. Die Beleuchtung erfolgt in dem Muster der Spaltstruktur der ersten Blendenvorrichtung 14. Dazu können beispielsweise eine Tubusoptik 15a sowie eine Objektivlinsenvorrichtung 15b eingesetzt werden.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch die Objektivlinsenvorrichtung 15b wieder zurück in die Abbildungsoptik 15 geführt. In der Abbildungsoptik 15 kann ein Strahlteilerelement 15c angeordnet sein, welches beispielsweise ein polarisierender Strahlteiler, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches, einen einfallenden Lichtstrahl teilendes optisches Bauelement sein kann. Das gestreute bzw. reflektierte Licht wird über einen Strahlengang mit einer optischen Achse in das Detektorsystem 2 gelenkt.
Das Detektorsystem 2 weist ein spektral dispersives Element 21 auf, welches eine spektrale Aufspaltung des breitbandig reflektierten Lichts des Objekts entlang einer Dispersionsrichtung bewirkt. Die Dispersionsrichtungsachse D kann dabei senkrecht zu der optischen Achse A stehen, so dass die spektrale Information des gestreuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Dispersionsrichtungsachse D aufgelöst ist. Das Dispersionselement 21 kann beispielsweise ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein holografisches Gitter, ein Blazegitter, einen akusto-optischer Modulator, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches Element aufweisen.
Das spektral dispergierte Licht kann über eine Fokussierlinse 22 auf eine zweite Blendenvorrichtung 23 fokussiert werden. Die zweite Blendenvorrichtung 23 kann dabei insbesondere ein der ersten Blendenvorrichtung 14 ähnliches Spaltraster aufweisen. Das spektral dispergierte Licht wird durch die zweite Blendenvorrichtung 23 hindurch auf eine Detektoreinrichtung 24 abgebildet.
Es kann dabei möglich sein, als Detektoreinrichtung 24 ein eindimensionales Sensorarray, beispielsweise ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche-Photodioden-Array oder eine ähnliche Zeilenmatrix an lichtempfindlichen Sensorelementen aufweisen. Die Detektoreinrichtung 24 kann in diesem Fall mit der zweiten Blendenvorrichtung 23 gemeinsam entlang der Dispersionsrichtungsachse D verschoben werden, so dass durch die zweite Blendenvorrichtung 23 jeweils ein Anteil des spektral dispergierten Lichts des Dispersionselements 21 ausgewählt und auf die Detektoreinrichtung 24 abgebildet werden kann.
Alternativ kann es auch möglich sein, keine zweite Blendenvorrichtung 23 zu verwenden. Dabei kann dann ein zweidimensionales Sensorarray, beispielsweise ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche-Photodioden-Array oder eine ähnliche flächige Matrix an lichtempfindlichen Sensorelementen als Detektoreinrichtung 24 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann jede Wellenlängenanteil des spektral dispergierten Lichts entlang der Arrayachse erfasst werden, die parallel zu der Dispersionsrichtungsachse D verläuft. Dazu kann das spektral dispergierte Licht über die Fokussierlinse 22 direkt auf die Detektoreinrichtung 24 fokussiert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Detektoreinrichtung 24 ist in 3 zur Veranschaulichung schematisch dargestellt.
3 zeigt eine Detektoreinrichtung 24, welche ein Array 24a aus Detektorpixeln aufweist. Die Detektorpixel können dabei beispielsweise einzelne Sensorelemente des Arrays 24a umfassen. Das Strahlraster 14 _k der ersten Blendenvorrichtung 14 wird dabei konfokal auf das Detektorarray 24a abgebildet. Dabei entsteht beispielsweise ein Strahlmuster aus Spaltabbildungen 25 _k. Die gezeigten Spaltabbildungen 25 _k entsprechen dabei jeweils einer bestimmten Wellenlänge des reflektierten und spektral dispergierten Lichts. Ein Bildpunkt des Objekts 16 wird in ein Unterarray 26 _k,n des Detektorarrays 24a abgebildet. In einer Hauptspaltrichtung R erfolgt dabei eine räumliche Auflösung des Objekts 16 in vertikaler Richtung, während entlang einer Arrayachse S eine spektrale Auflösung erfolgen kann.
Gezeigt sind in gestrichelten Umrandung zwei Nachbarpixel 26 _k+1,n und 26 _k,n+1 des Unterarrays 26 _k,n. Der Nachbarpixel 26 _k+1,n bildet dabei einen auf den Pixel 26 _k,n in lateraler räumlicher Richtung folgenden Bildpunkt des Objekts 16 ab, während der Nachbarpixel 26 _k,n+1 einen auf den Pixel 26 _k,n in vertikaler räumlicher Richtung folgenden Bildpunkt des Objekts 16 abbildet. Entlang der Arrayachse S kann innerhalb jedes Unterarrays eine spektrale Auflösung des jeweiligen Bildpunkt des Objekts 16 erfolgen, da das spektral dispersive Element 21 eine spektrale Aufspaltung des Objektbilds entlang der Dispersionsrichtungsachse D verursacht, welche beispielsweise mit der Arrayachse S zusammenfallen kann. Die Auswahl des zu bestimmenden spektralen Bereichs des reflektierten Lichts kann beispielsweise über die elektronische Ansteuerung der jeweils entlang der Arrayachse S liegenden spektral zugeordneten Pixel innerhalb der Unterarrays 26 _k,n erfolgen.
Wenn eine zweite Blendenvorrichtung 23 eingesetzt wird, wird jeweils nur derjenige spektrale Teil des spektral dispergierten Lichts auf die Detektoreinrichtung 24 gelenkt, welcher dem lateralen Versatz der zweiten Blendenvorrichtung 23 entlang der Dispersionsrichtungsachse D im Bezug auf die Lage der ersten Blendenvorrichtung 13 entspricht. Mit anderen Worten, durch einen lateralen Versatz des Spaltrasters der zweiten Blendenvorrichtung 23 kann eine spektrale Auswahl des reflektierten Lichts getroffen werden, so dass nur ein Teil einer zweidimensionalen Detektoreinrichtung 24 beleuchtet wird.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Blendenvorrichtung 23. Die zweite Blendenvorrichtung 23 kann dabei ein Spaltraster 23 _k aufweisen, welches dem Spaltraster der ersten Blendenvorrichtung 14 entsprechen kann. Durch einen lateralen Versatz um eine vorbestimmte Distanz d entlang der Dispersionsrichtungsachse D kann die zweite Blendenvorrichtung 23 einen bestimmten spektral aufgespaltenen Teil des reflektierten Lichts selektieren. Durch eine Variation des Versatzes der zweiten Blendenvorrichtung 23 um verschiedene vorbestimmte Distanzen d kann das gesamte Spektrum des gestreuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Arrayachse S eines Unterarrays 26 _k,n des Detektorarrays 24a abgebildet werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Abbildung eines spektralen Anteils des Bildes des Objekts 16. Beispielsweise wird eine um eine vorbestimmte Distanz d gegenüber der ersten Blendenvorrichtung 14 lateral verschobene Blendenvorrichtung 23 ein Spaltmuster 23 _k auf dem Detektorarray 24a abbilden. Dieses Spaltmuster 23 _k ist gegenüber dem Spaltmuster 25 _k entlang der Arrayachse S verschoben und bildet gleichzeitig einen anderen spektralen Bereich des gestreuten bzw. reflektierten Lichts des Objekts auf dem Detektorarray 24a ab. Dadurch kann über die Aufweitung der Bildpunkte des Objekts 16 in Unterarrays 26 _k,n der Detektoreinrichtung 24 zugleich eine räumliche Auflösung des Objekts, das heißt, eine Bildgebung, und eine spektrale Auflösung des Objekts erfolgen.
Die spektrale Bilderfassung kann beispielsweise über eine scannende laterale Versatzbewegung der Blendenvorrichtung 23 erfolgen. Alternativ kann es möglich sein, über eine elektronische Ansteuerung der Pixel der Detektoreinrichtung 24 eine spektrale Auswahl zu treffen.
Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise im medizinischen Bereich, kann es sinnvoll sein, eine Vorauswahl an aufzulösenden spektralen Bereichen zu treffen. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Blendenvorrichtung 23, welche neben einem ersten Spaltraster 23 _k ein zweites Spaltraster 27 _k aufweist, welches gegenüber dem ersten Spaltraster 23 _k um eine vorbestimmte Distanz versetzt ist. Die Anzahl der Spaltraster ist in 6 nur beispielhaft mit zwei dargestellt – es kann prinzipiell jede beliebige Anzahl von Spaltrastern zur Auswahl einer Vielzahl von aufzulösenden Wellenlängenbereichen verwendet werden. Durch die Vorauswahl der Wellenlängenbereiche ist es nicht mehr nötig, die zweite Blendenvorrichtung 23 zu bewegen, da jedes Spaltraster 23 _k und 27 _k den ihm zugewiesenen spektral dispergierten Wellenlängenbereich auf disjunkte Pixelbereiche des Detektorarrays 24a projizieren können. Auf diese Weise können beispielsweise eindimensionale Detektorarrays 24a mit hoher Lichtempfindlichkeit, wie zum Beispiel Avalanche-Photodiodenarrays eingesetzt werden, da ohnehin nur ein vorbestimmter Spaltbereich der Detektoreinrichtung 24 zur Erfassung des Lichts von dem Objekt 16 genutzt werden kann. Eine denkbare Anwendung ist die Erzielung von spektralem Kontrast zwischen gutartigem Gewebe und Tumorgewebe in der bildgebenden Gewebediagnostik.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 200 zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, insbesondere in einem konfokalen Spektrometer 100, wie in 1 gezeigt. Das Verfahren 200 umfasst als ersten Schritt 201 ein Abbilden einer breitbandigen Lichtquelle auf eine erste Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters. Die Lichtquelle kann dabei beispielsweise ein Weißlichtquelle oder eine polychromatische Lichtquelle sein. Das Abbilden der Lichtquelle kann dabei derart erfolgen, dass die Lichtquelle auf die Spalte des ersten Spaltrasters mithilfe einer Vielzahl von den Spalten zugeordneten Zylinderlinsen abgebildet wird.
In einem zweiten Schritt 202 erfolgt ein Fokussieren des Spaltmusters auf ein abzubildendes Objekt. In einem dritten Schritt 203 erfolgt ein spektrales Dispergieren des durch das Objekt reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse, welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung steht. Das spektrale Dispergieren kann beispielsweise mithilfe eines Prismas, eines Beugungsgitters, eines Interferenzfilters oder eines akusto-optischen Modulators durchgeführt werden.
In einem vierten Schritt 204 kann ein Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung erfolgen. Dabei kann es möglich sein, das spektral dispergierte Licht auf eine zweite Blendenvorrichtung mit einem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters zu fokussieren. Es ist dabei möglich, dass ein Teilen des von dem Objekt reflektierten Lichts mit einem Strahlteilerelement aus dem Strahlengang der Abbildung des Spaltmusters erfolgt.
In einem fünften Schritt 205 erfolgt ein Detektieren des reflektierten Lichts zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts. Das Detektieren des reflektierten Lichts kann beispielsweise mit einem zweidimensionalen CCD-Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Avalanche-Photodiodenarray durchgeführt werden. Dabei können die reflektierten Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufgelöst werden. Wenn eine zweite Blendenvorrichtung verwendet wird, kann es zur Auswahl der Wellenlänge des detektierten Lichts möglich sein, die zweite Blendenvorrichtung entlang der Dispersionsachsenrichtung zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts zu verschieben. In diesem Fall kann als Detektoreinrichtung auch ein eindimensionales Sensorarray, beispielsweise ein empfindliches eindimensionales Avalanche-Photodiodenarray verwendet werden, welches mit der zweiten Blendenvorrichtung zusammen entlang der Dispersionsachsenrichtung verschoben werden kann.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers 300. Das Spektrometer 300 umfasst ein Abbildungssystem 1, welches dazu ausgelegt ist, Licht einer Lichtquelle 11 auf ein zu spektroskopierendes Objekt 16 zu fokussieren. Das Spektrometer 300 umfasst außerdem ein Detektorsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, Licht, welches durch das Objekt 16 gestreut und/oder reflektiert wird, zu erfassen und daraus ein Bild der Objekts 16 zu erzeugen.
Das Abbildungssystem 1 umfasst eine Lichtquelle 11. Die Lichtquelle 11 kann eine breitbandige oder auch polychromatische Lichtquelle 11 sein, das heißt, eine Lichtquelle 11 die Licht über einen weiten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich abgibt. Beispielsweise kann die Lichtquelle 11 eine Weißlichtquelle, ein Globar, eine Nernstlampe, eine Nickel-Chrom-Wendel, eine Halogen-Gasentladungslampe, eine Xenon-Gasentladungslampe, eine Superlumineszenzdiode, eine LED oder eine ähnliche polychromatische Lichtquelle sein. Weiterhin kann der spektrale Wellenlängenbereich, den das Emissionsspektrum der Lichtquelle 11 umfasst, im UV-Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder im Infrarotbereich liegen.
Das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht kann über eine Linse 12 zu einem parallelen Strahlenbündel kollimiert werden und auf eine erste Blendenvorrichtung 34 gerichtet werden. Die erste Blendenvorrichtung 34 kann eine strukturierte Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern, sogenannten Pinholes aufweisen. Ein Beispiel für eine derartige strukturierte Anordnung kann eine Nipkow-Scheibe sein, wie sie beispielhaft in 9 dargestellt ist.
Die erste Blendenvorrichtung 34 in 9 ist kreisförmig und weist eine Struktur aus Durchgangslöchern 35 _k auf. Die Durchgangslöcher 35 _k können entlang kreisförmiger, konzentrischer Bahnen 36 _k unterschiedlichen Durchmessers angeordnet sein, so dass zwei benachbart gelegene Durchgangslöcher 35 _k und 35 _k+1 entlang des Umfangs der ersten Blendenvorrichtung 34 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Die Anzahl der Durchgangslöcher 35 _k kann dabei beliebig groß sein. Durch eine schnelle Drehung der ersten Blendenvorrichtung 34 kann das gesamte Objekt 16 über die gesamte Blendenvorrichtung 34 hinweg zeitlich abgescannt werden, da jeder Bildpunkt des Objekts 16 durch die gestaffelte Anordnung der Bahnen 36 _k von mindestens einem Durchgangsloch 35 _k während einer vollständigen Umdrehung der Blendenvorrichtung 34 einmal überstrichen wird. Eine Blendenvorrichtung 34 kann auch als Nipkow-Scheibe bezeichnet werden.
Es kann in dem Abbildungssystem 1 vorgesehen sein, dass das kollimierte Licht über Linsen 33a in einer Linsenanordnung 33 auf die Durchgangslöcher der ersten Blendenvorrichtung 34 fokussiert werden. Dabei kann jedem Durchgangsloch 34 _k jeweils eine der Linsen 33a zugeordnet sein. Die Linsenanordnung 33 kann beispielsweise integral mit der ersten Blendenvorrichtung 34 verbunden sein. Durch die Linsen 33 kann ein höherer Anteil des Lichts der Lichtquelle 11 zur Projektion des Struktur aus Durchgangslöchern 34 _k der ersten Blendenvorrichtung 34 auf das Objekt 16 genutzt werden.
Das die erste Blendenvorrichtung 14 passierende Licht kann über eine erste Abbildungsoptik 15 auf das Objekt 16 fokussiert werden. Dabei wird das Objekt 16 auf seiner Oberfläche auf einem Fokuspunkt 16a durch das Licht der Lichtquelle 11 beleuchtet. Die Beleuchtung erfolgt über eine Drehung der ersten Blendenvorrichtung 34 über das gesamte Gesichtsfeld des Objekts 16. Dazu können beispielsweise eine Tubusoptik 15a sowie eine Objektivlinsenvorrichtung 15b eingesetzt werden.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch die Objektivlinsenvorrichtung 15b wieder zurück in die Abbildungsoptik 15 geführt. In der Abbildungsoptik 15 kann ein Strahlteilerelement 15c angeordnet sein, welches beispielsweise ein polarisierender Strahlteiler, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches, einen einfallenden Lichtstrahl teilendes optisches Bauelement sein kann. Das gestreute bzw. reflektierte Licht wird über einen Strahlengang mit einer optischen Achse A in das Detektorsystem 2 gelenkt.
Das Detektorsystem 2 weist ein spektral dispersives Element 41 auf, welches eine spektrale Aufspaltung des breitbandig reflektierten Lichts des Objekts entlang einer Dispersionsrichtung bewirkt. Die Dispersionsrichtungsachse D kann dabei senkrecht zu der optischen Achse A stehen, so dass die spektrale Information des gestreuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Dispersionsrichtungsachse D aufgelöst ist. Das Dispersionselement 41 kann beispielsweise ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein holografisches Gitter, ein Blazegitter, einen akusto-optischer Modulator, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches Element aufweisen.
Das spektral dispergierte Licht kann über eine Fokussierlinse 22 auf eine zweite Blendenvorrichtung 43 fokussiert werden. Die zweite Blendenvorrichtung 43 kann dabei insbesondere ein der ersten Blendenvorrichtung 34 ähnliches Durchgangslochmuster 35 _k aufweisen. Das spektral dispergierte Licht wird durch die zweite Blendenvorrichtung 43 hindurch auf eine Detektoreinrichtung 24 abgebildet. Die Detektoreinrichtung 24 kann beispielsweise ein zweidimensionales CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche-Photodioden-Array oder ein ähnliche Matrix an lichtempfindlichen Sensorelementen aufweisen.
Die zweite Blendenvorrichtung 43 kann dabei um eine Achse B rotieren, so dass die Rotation der Durchgangslöcher mit denen der Durchgangslöcher 35 _k der ersten Blendenvorrichtung 34 übereinstimmt. Dadurch kann kann durch das Objekt 16 reflektierte bzw. gestreute konfokal mit der ersten Blendenvorrichtung 43 abgebildet werden. Dies bedeutet, dass eine Tiefenselektion erfolgen kann, da nur Bildpunkte auf dem Objekt 16, welche innerhalb der Fokustiefe des Fokuspunkts 16 liegen, durch die zweite Blendenvorrichtung 43 hindurch abgebildet werden können.
Durch die spektrale Dispersion des Dispersionselements 41 entlang der Dispersionsachse D kann ein lateraler Versatz der zweiten Blendenvorrichtung 43 entlang dieser Dispersionsrichtungsachse D zu einer spektralen Auswahl des konfokal erfassten Lichts des Objekts 16 erfolgen. Mit anderen Worten ist zugleich mit einer vollen lateralen Auflösung des Objekts 16 zugleich eine spektrale Auflösung des Objekts 16 möglich, indem ein lateraler Versatz zwischen der ersten Blendenvorrichtung 34 und der zweiten Blendenvorrichtung 43 mit Bezug auf die optische Achse A eingestellt wird.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, durch Manipulation des Dispersionselements 41 eine Verschiebung des Spektrums bezüglich der optischen Achse zu erreichen. Beispielsweise kann ein Prisma 41 gedreht werden, oder ein akusto-optischer Modulator 41 entsprechend angesteuert werden.
In 10 ist in schematischer Darstellung ein weiteres konfokales Spektrometer 400 gezeigt. Das Spektrometer 400 in 10 unterscheidet sich von dem Spektrometer 300 in 8 im Wesentlichen darin, dass die erste Blendenvorrichtung 34 als gemeinsame Beleuchtungs- und Abbildungsvorrichtung genutzt wird. Dazu ist nach der ersten Blendenvorrichtung 34 eine Abbildungsoptik 45 vorgesehen, in der durch Strahlteilerelemente 45a, 45b, 45c, 45d und Spiegelelemente 45e und 45f unterschiedliche Strahlengänge des einfallenden und reflektierten Lichts realisiert werden.
Dazu kann hinter der Linse 12 ein Polarisator 41 vorgesehen sein, welcher das von der Lichtquelle 11 ausgehende Licht linear polarisiert. Das einfallende Licht passiert die Strahlteiler 45a und 45b geradlinig, wenn diese polarisationsabhängige Strahlteiler, beispielsweise s-polarisierende Strahlteiler aufweisen. Über die p-polarisierenden Strahlteiler 45c und 45d sowie die Spiegelelemente 45e und 45f wird das einfallende Licht entlang des Strahlengangs W zu dem Objekt geleitet. Mithilfe eines Lambda/4-Plättchens 46 kann eine Phasendrehung der Polarisation um 90° erfolgen.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch das Lambda/4-Plättchen 46 erneut um 90° phasenverschoben, so dass das reflektierte Licht die p-polarisierenden Strahlteiler 45d und 45c ungehindert geradlinig passieren kann, und es an dem Strahlteiler 45b entlang des Strahlengangs X abgelenkt wird. Die optischen Weglängen über die Strahlengänge W und X können dabei identisch sein. Im Strahlengang X befindet sich ein spektral dispersives Element 43, beispielsweise ein Prisma, welches eine spektral Aufspaltung des reflektierten bzw. gestreuten Lichts des Objekts bewirkt. Über eine Drehung des Strahlteilers 45a kann eine spektrale Auswahl des reflektierten bzw. gestreuten Lichts vorgenommen werden, welches über die Blendenvorrichtung 34 auf einen Strahlteiler 42 geleitet und von dort durch eine Fokussierlinse 22 auf die Detektoreinrichtung 24 gelenkt wird. Alternativ kann es möglich sein, über eine Drehung des spektral dispersiven Elements 41 eine Wellenlängenselektion zur Abbildung auf die Detektoreinrichtung 24 zu erreichen.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 500 zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, insbesondere in einem konfokalen Spektrometer 300 oder 400, wie im Zusammenhang mit den 8 bis 10 erläutert.
In einem ersten Schritt 501 erfolgt ein Abbilden einer breitbandigen Lichtquelle durch eine drehbare Blendenvorrichtung mit einer strukturierten Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern. Die Lichtquelle kann dabei eine Weißlichtquelle oder eine polychromatische Lichtquelle umfassen. Die drehbare Blendenvorrichtung kann dabei beispielsweise eine Nipkow-Scheibe umfassen. In einem zweiten Schritt 502 erfolgt ein Fokussieren der Abbildung der strukturierten Anordnung der Vielzahl von Durchgangslöchern auf ein abzubildendes Objekt. Dabei kann das Abbilden der Lichtquelle ein Abbilden der Lichtquelle auf die strukturierte Anordnung der Vielzahl von Durchgangslöchern mithilfe einer Vielzahl von den Durchgangslöchern zugeordneten Linsen umfassen.
In einem dritten Schritt 503 erfolgt ein spektrales Dispergieren des durch das Objekt reflektierten Lichts mithilfe eines Dispersionselements, beispielsweise eines Prismas, eines Beugungsgitters, eines Interferenzfilters oder eines akustooptischen Modulators. In einem vierten Schritt 504 erfolgt ein Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine drehbare Blendenvorrichtung mit einer strukturierten Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern. Dabei kann die drehbaren Blendenvorrichtung senkrecht zur optischen Achse des Spektrometers zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts verschoben werden. Alternativ kann das Dispersionselement senkrecht zur optischen Achse des Spektrometers zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts verschoben werden.
In einem fünften Schritt 505 erfolgt ein Detektieren des durch die drehbare Blendenvorrichtung tretenden reflektierten Lichts zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts. Das Detektieren des reflektierten Lichts kann mit einem CCD-Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Avalanche-Photodiodenarray durchgeführt werden, so dass die reflektierten Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufgelöst werden können.
Obschon Prinzipien, technische Effekte und Merkmale nur mit Bezug auf eine der Figuren dargestellt und erläutert worden sind, ist es jedoch ohne weiteres möglich, Ausgestaltungsvariationen und -modifikationen von einer in einer der Figuren erläuterten Ausführungsform auf jede andere der Ausführungsformen der übrigen Figuren zu übertragen.
Die Erfindung betrifft ein konfokales Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeordneten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster der Lichtquelle zu erzeugen, einer ersten Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die zweite Blendenvorrichtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement aufweist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1984770 B1 [0004]
DE 69730030 T2 [0005]

Claims

Konfokales Spektrometer (100), mit: einer breitbandigen Lichtquelle (11); einer vor der Lichtquelle (11) angeordneten ersten Blendenvorrichtung (14) mit einem ersten Spaltraster (14 _k) einer Hauptspaltrichtung (R), welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster (25 _k) der Lichtquelle (11) zu erzeugen; einer ersten Abbildungsoptik (15), welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster (25 _k) der Lichtquelle (11) auf ein abzubildendes Objekt (16) zu fokussieren; und einem Detektorsystem (2), welches aufweist: eine Detektoreinrichtung (24), welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt (16) reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts (16) zu erfassen; eine zweite Abbildungsoptik (22), welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung (24) zu fokussieren; und ein Dispersionselement (21), welches vor der zweiten Abbildungsoptik (22) angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt (16) reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse (D) senkrecht zu der optischen Achse (A) der zweiten Abbildungsoptik (22) spektral zu dispergieren.
Spektrometer (100) nach Anspruch 1, wobei das Detektorsystem (2) weiterhin eine zweite Blendenvorrichtung (23) mit einem zweiten Spaltraster (23 _k) der Hauptspaltrichtung (R) des ersten Spaltrasters (14 _k) aufweist, welche zwischen dem Dispersionselement (21) und der Detektoreinrichtung (24) angeordnet ist, und welche dazu ausgelegt ist, eine spektrale Auswahl des auf die Detektoreinrichtung (24) treffenden reflektierten Lichts zu treffen.
Spektrometer (100) nach Anspruch 2, wobei die zweite Blendenvorrichtung (23) zur Auswahl der Wellenlänge des auf die Detektoreinrichtung (24) treffenden reflektierten Lichts entlang der Dispersionsachsenrichtung (D) verschiebbar ist.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei das zweite Spaltraster (23 _k) eine Vielzahl von ersten Spalten (23 _k), welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters (14 _k) um eine erste vorbestimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung (R) versetzt sind, und eine Vielzahl von zweiten Spalten (27 _k) aufweist, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters (14 _k) um eine von der ersten Distanz verschiedene zweite vorbestimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung (R) versetzt sind.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Blendenvorrichtung (14) eine Vielzahl von Zylinderlinsen (13a) aufweist, welche dazu ausgelegt sind, Licht der Lichtquelle (11) auf die Spalte des ersten Spaltrasters (14 _k) abzubilden.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin mit: einem Strahlteilerelement (15c), welches im Strahlengang der ersten Abbildungsoptik (15) angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht des Objekts (16) aus dem Strahlengang der ersten Abbildungsoptik (15) in das Detektorsystem (2) zu lenken.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Dispersionselement (21) ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Interferenzfilter oder einen akusto-optischen Modulator umfasst.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Detektoreinrichtung (24) ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray oder ein Avalanche-Photodiodenarray aufweist, und wobei die Detektoreinrichtung (24) dazu ausgelegt ist, reflektierte Bildpunkte des Objekts (16) entlang einer Arrayachse (S) spektral aufzulösen.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquelle (11) eine Weißlichtquelle ist.
Verfahren (200) zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, mit den Schritten: Abbilden (201) einer breitbandigen Lichtquelle (11) auf eine erste Blendenvorrichtung (14) mit einem ersten Spaltraster (14 _k) einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters (25 _k); Fokussieren (202) des Spaltmusters (25 _k) auf ein abzubildendes Objekt (16); spektrales Dispergieren (203) des durch das Objekt (16) reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse (D), welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung (R) steht; Fokussieren (204) des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung (24); und Detektieren (205) des reflektierten Lichts in der Detektoreinrichtung (24) zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts (16).
Verfahren (200) nach Anspruch 10, weiterhin mit dem Schritt: Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine zweite Blendenvorrichtung (23) mit einem zweiten Spaltraster (23 _k) der Hauptspaltrichtung (R) des ersten Spaltrasters (14 _k), welche vor der Detektoreinrichtung (24) angeordnet ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 11, weiterhin mit dem Schritt: Verschieben der zweiten Blendenvorrichtung (23) entlang der Dispersionsachsenrichtung (D) zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, weiterhin mit dem Schritt: Teilen des von dem Objekt (16) reflektierten Lichts mit einem Strahlteilerelement (15c) aus dem Strahlengang der Abbildung des Spaltmusters.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Detektieren des reflektierten Lichts mit einem CCD-Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Avalanche-Photodiodenarray durchgeführt wird, und wobei die reflektierten Bildpunkte des Objekts (16) entlang einer Arrayachse (S) spektral aufgelöst werden.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Abbilden (201) der Lichtquelle (11) ein Abbilden der Lichtquelle (11) auf die Spalte des ersten Spaltrasters mithilfe einer Vielzahl von den Spalten zugeordneten Zylinderlinsen (13a) umfasst.