DE102013222349B3

DE102013222349B3 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines materials

Info

Publication number: DE102013222349B3
Application number: DE201310222349
Authority: DE
Inventors: Christin Bechtel; Jens Knobbe
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-05

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung einer von einem Material zurückgeworfenen Strahlung. Die Vorrichtung umfasst eine Separationseinheit, die ausgebildet ist, um die von dem Material zurückgeworfene Strahlung in einen ersten und einen zweiten Strahlungsteil zu separieren. Eine erste Detektionseinheit der Vorrichtung ist ausgebildet, um eine Hellfeldaufnahme und eine Dunkelfeldaufnahme basierend auf dem ersten Strahlungsteil zu erfassen. Eine zweite Detektionseinheit der Vorrichtung ist ausgebildet, um den ersten Strahlungsteil konfokal mit einer das Material beleuchtenden Beleuchtungsstrahlung zu erfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung eines Materials durch eine Hell- und Dunkelfeldaufnahme in Kombination mit einer konfokalen Aufnahme des Materials, wie etwas einer Hautoberfläche.
Für eine Diagnostik bestimmter dermatologische Erkrankungen, für die Dokumentation des Heilungsverlaufs von Wunden und die Untersuchung von Penetrationsverhalten bestimmter Stoffe in die Haut, sind optische Untersuchungen der Hautoberfläche sowie der angrenzenden tiefer gelegenen Hautschichten notwendig. Mit den aktuell erhältlichen bildgebenden Diagnoseverfahren wie beispielsweise der optischen Kohärenz Tomographie (Optical Coherence Tomography – OCT) und der konfokalen Reflektionsmikroskopie (Rostock-Laser Scanning Microscope – R-LSM) bzw. der konfokalen Rastermikroskopie (Confokal Laser Scanning Microscope – C-LSM) kann dies jedoch nur unzureichend erfolgen. Bei der R-LSM ist die Oberfläche durch das Vorhandensein starker Reflektionen möglicherweise schwer oder nicht darstellbar und die OCT erlaubt keine Penetrationsstudien.
Die konfokale Mikroskopie verbindet eine hohe Auflösung in lateraler Richtung quer zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahls mit einer vergleichbar hohen Auflösung in axialer Richtung, d. h. in Richtung der optischen Achse. Im Unterschied zum klassischen Mikroskop kann ein konfokales Mikroskop eine wesentlich bessere Streulichtunterdrückung und/oder einen wesentlich höhere Auflösung in axialer Richtung aufweisen. Das Prinzip entspricht einer Punkt zu Punkt Abbildung. Das Licht einer Lichtquelle wird optisch auf einen Punkt in der Fokusebene des Objektivs in eine Ebene des zu untersuchenden Präparats fokussiert bzw. abgebildet. Das von diesem beleuchteten Objektpunkt ausgehende Licht, bspw. Fluoreszenzlicht und/oder reflektiertes Licht kann über die gleiche Optik und einen Strahlteiler auf eine Lochblende abgebildet werden, hinter der ein Detektor angeordnet ist. Die Blende schirmt die Anteile des von dem Objektpunkt ausgehenden Lichts ab, die nicht in der Konfokalebene (Fokusebene) der Lichtquelle liegen. Die von der Lochblende hindurchgelassene Intensität kann dann wesentlich geringer sein. Die charakteristische Eigenschaft, nur Licht, das aus der Fokusebene kommt, zu detektieren, kann sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erweisen.
Bekannte Geräte zur konfokalen Erfassung, Bildaufnahme oder Erkennung ggf. auch zur Vermessung von Eigenschaften von Proben gliedern sich in zwei große Gruppen, scannende konfokale Mikroskope und Laserendoskope. Beide Gerätegruppen weisen dabei prinzipiell das gleiche Funktionsprinzip und einen ähnlichen optischen Strahlengang auf.
Stationär betriebene konfokale Laser-Rastermikroskope gehören zu den am häufigsten verwendeten konfokalen Rastermikroskopen. Bei diesen konfokalen Rastermikroskopen oder C-LSM kann ein Laser für die Beleuchtung eingesetzt werden, der in der Fokusebene punktweise das Objekt beleuchtet. Eine punktweise Beleuchtung verschiedener Bereiche des Objekts kann bspw. bei örtlich konstanter Beleuchtung durch die Verschiebung des Objektes in lateraler Richtung in der Fokusebene oder bei örtlich konstanten Objekten mit einer integrierten Vorrichtung, d. h. einer Abtasteinheit, zur gezielten Ablenkung des Beleuchtungsstrahls, welche den Beleuchtungsstrahl über das Objekt bewegt, erreicht werden. Erstere Verfahren zählen zu den nicht-scannenden oder stage-scanning Verfahren und letztere werden unter den scannenden Verfahren zusammengefasst.
Anders ausgedrückt umfassen diese Einrichtungen typischerweise folgende Grundelemente: eine Lichtquelle, die oft kohärentes Licht zum Beleuchten aussendet; eine Abtasteinheit, die das von der Lichtquelle ausgesendete Licht so ablenkt, dass das Licht ein Objekt in zwei Dimensionen abtastet; ein Objektiv, die das von der Abtasteinheit abgelenkte Licht auf das Objekt richtet und fokussiert; eine Lichtempfangseinrichtung, die nur den Teil des Lichts entnimmt, der von einem Konvergenzpunkt zurückkehrt, auf den das Licht durch das Objektiv objektseitig gebündelt wird (meist realisiert durch Verwendung einer Lochblende); und eine Bilderzeugungseinheit die aus dem Teil des Lichts, der von der Lichtempfangseinrichtung entnommen wird, ein Bild erzeugt. In konfokalen Fluoreszenz Laser-Rastermikroskopen können zusätzlich Strahlteiler zur Trennung von Anregungs- und Fluoreszenzlicht integriert sein. Mit diesem Verfahren ist es möglich, einen Eindruck von der räumlichen Struktur von untersuchten Oberflächen und ggf. darunter liegenden Schichten zu erhalten. Generell wird bei konfokalen Mikroskopen das Streulicht weitestgehend eliminiert und nur die Strukturen werden abgebildet, die sich in der Fokusebene des Objektivs befinden. Wird die Strahlung auf unterschiedliche Ebenen fokussiert, so können aus der Abtastung dieser in Richtung der Z-Achse entlang der optischen Achse gestaffelten Ebenen dreidimensionale Bilder einer Probe berechnet werden.
Zu den am weitesten verbreiteten konfokalen Rastermikroskopen zählen konfokale Fluoreszenz-Rastermikroskope für die Aufnahme von fluoreszenzmikroskopischen Schnittbildern. Bei dieser ersten Gruppe werden die in dem zu untersuchenden Objekt vorhandenen oder vorher applizierten Farbstoffmoleküle über das Beleuchtungslicht des Mikroskops mit einem bestimmten Wellenlängenbereich zur Fluoreszenz angeregt. Das im Fokuspunkt emittierte Fluoreszenzlicht, welches bspw. längerwellig ist als das Beleuchtungslicht, wird anschließend detektiert. Eingesetzt werden die Fluoreszenz-Rastermikroskope in der Forschung und in der Industrie in Bereichen der Biologie, speziellen Gebieten der Medizin und Life-Science, sowie in der Qualitätskontrolle und der Materialforschung. Diese konfokalen Rastermikroskope weisen nicht selten weitere Aufnahmemoden auf zwischen welchen der Benutzer wählen kann. Die verschiedenen Aufnahmen erfolgen meist zeitlich getrennt voneinander und dienen dem zusätzlichen Informationsgewinn über die Untersuchte Probe. Auf Grund ihrer Größe und des Gewichts werden konfokale Rastermikroskope meist stationär betrieben.
Mikroskope der ersten Gruppe werden in der Forschung und in der Industrie in Bereichen der Biologie, speziellen Gebieten der Medizin und Life-Science, sowie in der Qualitätskontrolle und der Materialforschung eingesetzt. Diese konfokalen Rastermikroskope weisen nicht selten weitere Aufnahmemoden auf zwischen welchen der Benutzer wählen kann. Hierzu gehören zum Beispiel Hellfeldaufnahmen, Phasenkontrast, Interferenzkontrast und weitere. Diese verschiedenen Abbildungs- bzw. Beleuchtungsverfahren werden im Allgemeinen separat und nacheinander angewendet. Insbesondere in Inspektionsgeräten zur 3D-Charakterisierung technischer Funktionsoberflächen, sowie Untersuchung von Wafern und Solarzellen sind separate und nacheinander ausgeführte Aufnahmen eines Abbildes identischer Objektausschnitte bei konfokaler und Dunkelfeldbeleuchtung vorgesehen.
Ein Ansatz zur zeitgleichen Aufnahme eines Abbildes identischer Objektausschnitte bei konfokaler und Dunkelfeldbeleuchtung wird in DE 10 2005 035 553 A1 beschrieben. Dieses Verfahren ist eigens für die Anwendung der großflächigen Inspektion strukturierter Oberflächen, insbesondere fotolithografischer Masken ausgelegt, bei dem durch nachfolgende Bildmischung der konfokalen und Dunkelfeld-Abbildung eine Fehlermatrix generiert wird. Die dort vorgestellte Vorrichtung zur optischen Untersuchung besteht aus zwei Beleuchtungsstrahlengängen zur Realisierung einer konfokalen und einer Dunkelfeldbeleuchtung und zwei optischen Einrichtungen zur Ein- und Auskopplung dieser beiden getrennten Beleuchtungsstrahlengänge, wobei hierzu die Verwendung eines Ringspiegels notwendig ist. Zur Durchführung des subtraktiven Bildmischverfahrens wird ein weiterer Strahlteiler benötigt. Diese Patentanmeldung bezieht sich auf die Art der Zusammenführung der konfokalen und Dunkelfeldbeleuchtungsoptik sowie die Auswertung der Bildinformationen. In einem weiteren Patent US 2006/0028649 A1 wird ein anderer Ansatz mit enthaltenem Scanmechanismus für eine Hell- oder Dunkelfeldaufnahme im Rahmen der Waferinspektion beschrieben. In diesen Ausführungen werden jedoch beide bildgebenden Verfahren (Hell- und Dunkelfeldaufnahme) jeweils getrennt betrachtet und eine simultane Hell- und Dunkelfeldaufnahme wird nicht erwähnt. Bei diesen Geräten zur 3D-Charakterisierung technischer Funktionsoberflächen handelt es sich um relativ große Geräte, die ortsfest installiert sind und somit nicht für den mobilen Einsatz geeignet sind.
Faseroptische Scanverfahren als Einrichtung zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung können hierbei sowohl auf piezoelektrischen oder piezokeramischen Antrieben und Positioniereinrichtungen (z. B. US 7616986 B2 ) als auch auf Verfahren, bei denen die optische Faser an einer „Stimmgabel” befestigt (z. B. US 20030086161 A1 ) ist und somit auf einem elektromagnetischen Scan Verfahren beruhen.
Konfokale Laserendoskope stellen neben diesen stationären konfokalen Rastermikroskopen eine zweite Gruppe der konfokalen Rastermikroskope dar. Anwendungsgebiete in der konfokalen Endoskopie betreffen Hauptsächlich in-vivo Analysen an Mensch und Tier sowohl im Körperinneren als auch extern, ex-vivo Analysen von Biopsien und in-vitro Analysen von Zellkulturen in der Biologie. Des Weiteren werden konfokale Endoskope auch zur Inspektion von schwer zugänglichen Orten industriell gefertigter Geräte und Gegenstände verwendet. Auf Grund ihrer Anwendung für Untersuchungen des menschlichen Körperinneren, weisen diese Geräte eine sehr kompakte Bauweise mit einem geringen Durchmesser der Einführrohre auf. Im Gegensatz zu den stationären konfokalen Rastermikroskopen sind bei Endoskopen Zusatzfunktionalitäten wie bspw. Phasenkontrast, Interferenzkontrast oder Dunkelfeldoption selten anzutreffen. In anderen Worten umfasst die zweite Gruppe von Geräten konfokale Laserendoskope, deren Hauptanwendungsgebiet im medizinischen Bereich zu finden ist. Auf Grund ihrer Anwendung für Untersuchungen des menschlichen Körperinneren, weisen diese Geräte eine sehr kompakte Bauweise mit einem geringen Durchmesser der Einführrohre auf.
Bei der Dunkelfeldmikroskopie wird nach Möglichkeit ausschließlich am Objekt diffus reflektiertes, gebeugtes oder gestreutes Licht detektiert. Direkt reflektiertes Licht gelangt idealerweise nicht zum Detektor. Ist kein Objekt auf einer flachen Oberfläche vorhanden so erscheint das gesamte Objektfeld dunkel. Die Visualisierung des diffus reflektierten und gestreuten Lichts ist unter anderem vorteilhaft für die Inspektion von Wafern als auch für spezielle biologische und medizinische Anwendungen. Bei der Inspektion von Wafern kann dieses Verfahren ein sehr gutes Signal zu Rausch Verhältnis aufweisen.
Alternative Bildgebende Verfahren, die momentan in der dermatologischen Diagnostik Anwendung finden, sind die Optische Kohärenz Tomographie (OCT) und die konfokale Reflektionsmikroskopie. Letzteres Verfahren basiert auf den unterschiedlichen Absorptions- und Reflexionseigenschaften der verschiedenen Mikrostrukturen der Haut. Hierbei wird nach Möglichkeit ausschließlich aus dem Fokuspunkt zurück reflektiertes Licht detektiert. Ein großer Nachteil dieses bildgebenden Verfahrens ist, dass auf Grund der starken Reflektion der obersten Hautschicht dieses Verfahren zur Darstellung der Hautoberfläche ungeeignet ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass Penetrationsstudien schwer möglich sind, da die Substanzen stark reflektierende Bestandteile enthalten müssen um dargestellt werden zu können. Die OCT ist ein optisches Verfahren, bei dem Licht mit bestimmten Wellenlängen in die Haut eingestrahlt wird und das zurück gestreute Licht detektiert wird. Die resultierenden Bilder sind vertikale Schnitte der Haut, ähnlich wie bei histologischen Schnitten. Die Nachteile dieses Verfahrens sind ähnlich denen der konfokalen Reflektionsmikroskopie, Penetrationsstudien sind schwer möglich auf Grund der Notwendigkeit reflektierender Substanzen. Die Darstellung der Hautoberfläche ist von geringer optischer Auflösung ohne Informationen zur Beschaffenheit
Aus US 8,194,301 B2 ist ein Mehrpunktscanverfahren unter Verwendung einer Punktmatrix mit einem vorbestimmten Spalt zwischen den Punkten bekannt, das eine Skalierbarkeit einer großen Anzahl von Punkten als auch die Beseitigung von Übersprechen zwischen den Kanälen ermöglicht. Eine derartige Multi-Spot-Scanning-Technik kann für einen Scan auf einem Wafer mit dem Spot-Array zum Erhalt eines Vollbilds genutzt werden.
Aus US 5,248,876 A ist ein konfokales Abbildungssystem bekannt, das eine opake Maske mit einem Schlitz und eine Reihe von Punktsensoren oder eine opake Maske mit einer schrägen Muster von Nadellöchern und einer Reihe von getrennt Punktsensoren verwendet, die in einem Muster angeordnet sind, um Daten zu erhalten. Ein vollständiges Bild für die Bildgebung und/oder für ein Prüfen eines Gegenstandes wie der Elektronik kann im Rahmen in einer einzigen eindimensionalen Abtastung erhalten werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die eine zuverlässigere Untersuchung einer Probe bezüglich der Oberfläche und darunter liegender Schichten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, erkannt zu haben, dass obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass durch vorteilhafte Anordnung optischer Komponenten Vorrichtungen und Verfahren geschaffen werden können, die eine simultane Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme eines Probenmaterials unterschiedliche diagnostische Aussagen kombiniert und die geschaffenen Vorrichtungen durch einen erweiterten Umfang an diagnostischen Aussagen eine zuverlässigere Untersuchung des Probenmaterials ermöglichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung eine Separationseinheit, die ausgebildet ist, um eine von dem zu untersuchenden Material zurückgeworfene Strahlung in einen ersten und einen zweiten Strahlungsanteil zu separieren. Die Vorrichtung umfasst eine erste und eine zweite Detektionseinheit. Die erste Detektionseinheit ist ausgebildet, um eine Hellfeldaufnahme und eine Dunkelfeldaufnahme basierend auf dem ersten Strahlungsteil zu erfassen. Die zweite Detektionseinheit ist ausgebildet, um den zweiten Strahlenteil konfokal mit einer das Material beleuchtenden Beleuchtungsstrahlung zu erfassen.
Vorteilhaft an diesem Ausführungsbeispiel ist, dass unter Verwendung eines Strahlenganges zur Beleuchtung des Materials die Hellfeldaufnahme und die Dunkelfeldaufnahme erfasst sowie eine konfokale Erfassung der zurückgeworfenen Strahlung ermöglicht wird und so eine vergrößerte Anzahl von Analysemöglichkeiten des Materials geschaffen wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur simultanen Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme mit einem zugehörigen Strahlengang;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erfassung der vom Material zurückgeworfenen Strahlung, bei der die Detektionseinheiten als jeweils einzelne Komponente ausgeführt und beabstandet von einander angeordnet sind;
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung die eine weitere Detektionseinheit zur konfokalen Erfassung des Materials aufweist;
4 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die einen weitere Beleuchtungsquelle aufweist;
5 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die zwei Detektionseinheiten zur konfokalen Erfassung und zwei Beleuchtungsquellen aufweist;
6 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung mit einer Teleskopeinrichtung zur Veränderung eines Durchmessers bzw. einer Anpassung einer Pupillenposition der Beleuchtungsstrahlung;
7 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur simultanen Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme mit zwei jeweils um eine Achse drehbar gelagerten optischen Elementen zur Strahllenkung und zwei Teleskopeinrichtungen;
8 beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines in einer Silizium-Mikrotechnologie hergestellten Scannerspiegels wie er in den Vorrichtungen vorangegangener Figuren Anwendung finden kann.;
9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die eine simultane Erfassung einer Hellfeldaufnahme und einer Dunkelfeldaufnahme auf einer gemeinsamen Detektionsfläche ermöglicht;
10 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 9 mit zwei Pupillenpositionen des Objektivs, um ein mögliches Auswahlkriterium der Position der Detektorfläche 108 zu verdeutlichen;
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur simultanen Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme einer von einem Material zurückgeworfenen Strahlung.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann. Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Verfahren und/oder Vorrichtungen, ohne diese auf die Ausführungsbeispiele einzuschränken.
Im Folgenden werden die Begriffe Licht und elektromagnetische Strahlung im gleichen Kontext verwendet. Es wird demnach nicht unterschieden zwischen den Eigenschaften des sichtbaren Lichts und anderen, angrenzenden Spektralbereichen, wenngleich der Begriff „Licht” im Allgemeinen oft nur für den sichtbaren Bereich Verwendung findet. Die Verwendung des Begriffs „Licht” schränkt die nachfolgend beschriebenen Anordnungen und Funktionen nicht ein.
Als Material wird im Folgenden allgemein eine Materialprobe verstanden, die sowohl bezüglich einer Oberfläche des Materials als auch bezüglich darunter liegender, das heißt einer Beleuchtungsquelle abgewandten, Ebenen des Materials erfasst werden soll. Der Begriff Material erstreckt sich auf natürliche Stoffe und synthetische Stoffe. Bspw. kann ein natürlicher Stoff ein menschliches oder tierisches Gewebe, wie etwa Haut sein, das bei dermatologischen Untersuchungen erfasst wird. Ein synthetischer Stoff kann bspw. ein Kunststoff wie etwa Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Acryl sein, dessen Beschaffenheit untersucht wird. Allgemein kann das Material ein beliebiger Stoff sein, in den eine Beleuchtungsstrahlung zumindest teilweise eindringen kann.
Der Begriff Beleuchtungsquelle bezeichnet eine elektromagnetische Strahlungsquelle, die ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung kollimiert in eine Richtung zu emittieren. Die Beleuchtungsquelle kann eine Optik zur Kollimation der emittierten Strahlung aufweisen. Der Begriff Beleuchtungsquelle bezieht sich, wie der Begriff Licht, nicht ausschließlich auf elektromagnetische Strahlung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich.
Bei Figuren, die Strahlungsverläufe zeigen, sind jeweils Anteile der Strahlung mit Bezugszeichen versehen. Richtungspfeile deuten Ausbreitungsrichtungen der jeweiligen Anteile ausgehend von einer jeweiligen Quelle an.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur simultanen Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme mit einem zugehörigen Strahlengang. Eine Beleuchtungsquelle 12 emittiert eine elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung 14 zur Beleuchtung eines Materials 24. Die Beleuchtungsquelle 12 kann die Beleuchtungsstrahlung 14 kollimiert emittieren. Alternativ kann eine der Beleuchtungsquelle 12 nachgeschaltete Optik die Beleuchtungsstrahlung 14 kollimieren, so dass die Beleuchtungsstrahlung 14 in einem annähernd parallelen, d. h. kollimierten, Strahlengang auf einen Strahlteiler 16 trifft. In anderen Worten breitet sich die kollimierte Beleuchtungsstrahlung 14 entlang einer optischen Achse aus.
Der Strahlteiler 16 ist gegenüber der optischen Achse der elektromagnetischen Beleuchtungsstrahlung 14 verkippt, d. h. in einem die die Beleuchtungsstrahlung 14 ablenkenden Winkel angeordnet und ausgebildet, um die Beleuchtungsstrahlung 14 abzulenken und auf ein optisches Element 18 zu lenken oder zu reflektieren. Bei dem optischen Element 18 kann es sich beispielsweise um einen Mikrospiegel bzw. einen Scannerspiegel handeln. Das optische Element 18 ist kippbar angeordnet, so dass die Beleuchtungsstrahlung variabel, d. h. in einer veränderlichen Richtung, von dem optischen Element 18 reflektiert werden kann.
Das optische Element 18 kann Teil einer Scan-Vorrichtung zur Lenkung der Beleuchtungsstrahlung 14 sein. Durch eine Verkippung 22 des optischen Elements 18 wird die Beleuchtungsstrahlung 14 auf veränderliche, d. h. unterschiedliche oder verschiedene, Bereiche des zu untersuchenden Materials 24 gelenkt. In anderen Worten reflektiert und lenkt der kippbar angebrachte Scannerspiegel 18 aufgrund der Verkippung 22 die Beleuchtungsstrahlung 14 ab, so dass durch die Ablenkung des Scannerspiegels 18 das Objekt mit dem Material 24 abgetastet werden kann. Das optische Element 18 ist um zwei zueinander orthogonale Achsen 26 und 28 drehbar, bzw. verkippbar gelagert, so dass die Beleuchtungsstrahlung 14 in zwei Dimensionen über das Material 24 gelenkt werden kann. Alternativ können die Achsen 26 und 28 einen anderen Winkel zueinander aufweisen. Ein Strahlengang 31 deutet eine Auslenkung der Beleuchtungsstrahlung 14 in einem Zustand der Verkippung 22 des optischen Elements 18 an. Die Beleuchtungsstrahlung 14 wird von dem optischen Element 18 so abgelenkt, dass die Beleuchtungsstrahlung 14 auf einen Strahlteiler 32 trifft. Der Strahlteiler 32 ist ausgebildet, um die Beleuchtungsstrahlung 14 basierend auf ihrer Wellenlänge zumindest teilweise passieren zu lassen. In einem weiteren Verlauf trifft die Beleuchtungsstrahlung 14 auf ein Objektiv 34, das ausgebildet ist, um die Beleuchtungsstrahlung 14 zu fokussieren, wie es durch den Kegel der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 angedeutet ist. Abhängig von einer Brennweite des Objektivs 34 und/oder einem Abstand des Objektivs 34 zu dem Material 24 kann der Fokus an der Oberfläche, außerhalb oder innerhalb des Materials 24 positioniert sein/liegen.
Der fokussierte Beleuchtungsstrahl 36 beleuchtet einen Bereich des Materials 24. Ist der Fokus innerhalb des Materials, d. h. in einer unter der Oberfläche liegenden Materialschicht, ist womöglich ein größerer Bereich beleuchtet, als wenn der Fokus an der Oberfläche des Materials 24 liegt. An dem Material 24 wird die fokussierte Beleuchtungsstrahlung 36 zurückgeworfen. Unter zurückgeworfen wird verstanden, dass die Beleuchtungsstrahlung gestreut, gebeugt, direkt oder diffus reflektiert oder ramanverschoben wird oder fluoreszierende oder phosphoreszierende Materialien zur Fluoreszenz bzw. Phosphoreszenz anregt. Obwohl basierend auf Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz ausgesendetes Licht selbst Licht oder elektromagnetische Strahlung aussenden können, wird dieser Effekt hier als zurückgeworfene Strahlung zusammengefasst.
Die in einem Kegel 37 von dem Material 24 zurückgeworfene Strahlung, mithin ggf. auch ein von dem beleuchteten Materialbereich emittiertes Fluoreszenzlicht, wird von dem Objektiv 34 gebündelt, so dass ein in etwa paralleler Strahlengang entsteht, welcher die Vorrichtung 10 zumindest abschnittsweise parallel zu der Beleuchtungsstrahlung 14 in entgegengesetzter Richtung durchläuft. Die zurückgeworfene Strahlung umfasst einen konfokalen Anteil 38 und einen Streuanteil 42. Der Kegel 37 kann, bspw. Basierend auf diffuser Reflektion an dem Material 24, einen gegenüber der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 vergrößerten Durchmesser haben. Basierend auf die Parallelität der Beleuchtungsstrahlung 14 und der zurückgeworfenen Strahlung verlaufen die Beleuchtungsstrahlung 14 und der konfokale Anteil 38 im Wesentlichen deckungsgleich.
Der konfokale Anteil 38 kann bspw. basierend auf einer Fluoreszenz in dem Material 24 ausgesendet sein und wird von dem Objektiv 34 so gebündelt, dass ein Strahlengang des konfokalen Anteils 38 in etwa deckungsgleich mit der Beleuchtungsstrahlung 14 ist. Der Streuanteil 42 umfasst an dem Material 24 gestreute, gebeugte direkt und/oder diffus reflektierte Beleuchtungsstrahlung 14.
Der konfokale Anteil 38 und der Streuanteil 42 treffen von dem Objektiv 34 ausgehend auf den Strahlteiler 32, der ausgebildet ist, um die beiden Anteile 38 und 42 von einander zu separieren. Dies kann bspw. basierend auf von einander verschiedenen Wellenlängen erfolgen, so dass der konfokale Anteil 38 den Strahlteiler 32 passiert und der Streuanteil 42 von dem Strahlteiler 32 abgelenkt wird. Alternativ kann der Strahlteiler 32 auch ein akustooptischer Strahlteiler (Acusto Optical Beam Splitter – AOBS) sein. Der Strahlteiler 32 kann bspw. ausgebildet sein, um den Streuanteil 42 basierend auf einer Fluoreszenzwellenlänge abzulenken bzw. passieren zu lassen und den konfokalen Anteil 38 in einem Umfang von ca. 50% oder nahezu 100% passieren zu lassen bzw. abzulenken.
Der konfokale Anteil 38 trifft auf das optische Element 18 und wird dort erneut reflektiert bzw. umgelenkt. Basierend auf der Parallelität der Beleuchtungsstrahlung 14 und des konfokalen Anteils 38 wird dabei eine Ablenkung (Scanning) der Beleuchtungsstrahlung 14 für den zurücklaufenden konfokalen Anteil 38 neutralisiert (Descanning), d. h., der konfokale Anteil 38 verläuft im nachfolgenden Verlauf im Wesentlichen Parallel zu der Beleuchtungsstrahlung 14. In einem weiteren Verlauf passiert der konfokale Anteil 38 den Strahlteiler 16 und wird von einem optischen Element 44 gebündelt und auf einen Detektor 46 gelenkt, bzw. auf eine Lochblende 48 des Detektors 46 abgebildet. Der Detektor 46 umfasst eine Detektionseinheit 52, die ausgebildet ist, um den konfokalen Anteil 38 zu erfassen.
Bei dem optischen Element 44 kann es sich um eine Linse oder eine Linsengruppe handeln. Die Lochblende 48 ist ausgebildet, um von dem konfokalen Anteil 38 verschiedenes, d. h. abseits einfallendes Licht oder Strahlung wie etwa Umgebungslicht in Richtung einer ersten Detektionseinheit 52 abzuschirmen. In anderen Worten kann die der Lochblende nachgeordnete Detektionseinheit 52 das emittierte Fluoreszenzlicht detektieren. Die Detektionseinheit 52 ist so angeordnet dass das Material 24 über den konfokalen Anteil 38 konfokal mit der Beleuchtungsstrahlung 14 erfasst wird.
Der Streuanteil 42 wird von dem Strahlteiler 32 auf eine Detektionseinheit 54 des Detektors 46 gelenkt und von diesem erfasst. Die Detektionseinheit 54 ist ausgebildet, um eine Hellfeldaufnahme und eine Dunkelfeldaufnahme des Materials 24 basierend auf dem Streuanteil 42 zu erfassen. In anderen Worten durchläuft der Teil der von dem Material 24 zurückgeworfenen Strahlung, der am Material 24 gestreut, diffus oder direkt reflektiert wird und wieder von dem Objektiv 34 aufgesammelt wird, die Vorrichtung 10 in umgekehrter Richtung, bis der Teil als Streuanteil 42 über den Strahlteiler 32, welcher zwischen dem Objektiv 34 und dem optischen Element 18 angeordnet ist, auf die Detektionseinheit 54 geleitet. Die Detektionseinheit 54 kann in einer bezüglich einer Ebene des optischen Elements 18 bzw. der Spiegelplatte und/oder des Objektivs 34 konjugierten Ebene angeordnet sein. In anderen Worten kann die Detektionseinheit 52 im Rahmen einer optischen Tiefenschärfe in einer zur Pupille des Objektivs 34 konjugierten Ebene angeordnet sein. Abhängig von einer Orientierung des Strahlteilers 32 und mithin der Richtung in welcher der Streuanteil 42 abgelenkt wird, kann die Detektionseinheit auch eine andere, beliebige Orientierung aufweisen. Durch eine gezielte Verarbeitung der detektierten Signale des Streuanteils 42, beispielsweise nach Kriterien des Kontrasts und des Abstands zu einer optischen Achse 56 des Streuanteils 42 können aus Signalen der Detektionseinheit 54 Hell- und Dunkelfeldbilder aufgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass eine Blende zwischen der Detektionseinheit 54 und dem Strahlteiler 32 angeordnet ist, um beispielsweise externes Streulicht abzuschirmen. Alternativ zu einer gemeinsamen Anordnung der Detektionseinheiten 52 und 54 in einem Detektor 46, können die Detektionseinheiten 52 und 54 jeweils als eigenständiges Gerät ausgeführt sein.
Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuerungselektronik 58, die ausgebildet ist, um eine Antriebseinheit des Objektivs 34, d. h. einen Fokussierer, 59 anzusteuern, so dass der Abstand des Objektivs 34 zu dem Material 24 veränderlich ist und der von dem Objektiv 34 erzeugte Fokus in einer Materialtiefe verschoben werden kann. Alternativ ist ebenfalls vorstellbar, dass der Fokussierer 59 basierend auf Signalen der Steuerungselektronik 58 ausgebildet ist, um eine Position des Materials 24 zu verändern, beispielsweise indem eine Trägerplatte, auf welcher das Material 24 angeordnet sein kann, abgesenkt oder erhöht wird.
In anderen Worten kann zur Auswahl der axialen Bildebene in dem zu untersuchenden Objekt ist eine elektro-mechanischen Einheit oder ein Spindelantrieb oder ein piezoelektrischer Antrieb oder piezokeramischer Antrieb oder ein Tauchspulantrieb zur Verschiebung des Objektivs oder einzelner Linsenelemente verwendet werden. Diese Einheit kann auch als Z-Schifter bezeichnet werden.
Vorrichtung 10 umfasst einen Datenaufbereiter 62, wie etwa einen Laborrechner oder einen PC, der ausgebildet ist, um Daten der Detektionseinheiten 52 und 54, wie etwa die erfassten konfokalen Strahlungsteile oder die erfassten Anteile zur Erfassung der Hell- und Dunkelfeldaufnahmen, zu empfangen und daraus Auswertungen abzuleiten oder beispielsweise konfokale Aufnahmen oder grafische Abbildungen der Hell- und/oder Dunkelfeldaufnahmen zu erstellen. Die Auswertungen können einem Betrachter zur Verfügung gestellt oder automatisiert weiterverarbeitet werden. Der Betrachter kann beispielsweise ein Arzt sein, der an einem Monitor die erfassten Bilder betrachtet und bewertet. Eine automatisierte Auswertung kann beispielsweise eine Qualitätskontrolle eines Werkstücks oder eines Halbzeugs, wie etwa ein Wafer sein, der möglicherweise aussortiert wird, wenn die automatisierten Auswertungen Auffälligkeiten zeigen.
In anderen Worten kann die optische Vorrichtung 10 grundsätzlich mechanisch und/oder elektronisch mit weiteren Geräten direkt oder indirekt verbunden sein. Das schließt auch die Möglichkeit einer drahtlosen Verbindung zur Datenübertragung ein. Zur visuellen Darstellung der detektierten Lichtstrahlung kann eine Bilderzeugungseinheit, wie etwa ein Monitor verwendet werden. Diese erzeugt aus den Signalen der jeweiligen Lichtempfangseinrichtungen Schnittbilder der Fokusebene.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass simultan Hell- und Dunkelfeldaufnahmen sowie konfokale Aufnahmen des Materials 24 simultan erfasst werden können. So kann bspw. auf eine Untersuchung mit zwei Geräten sequentiell nach einander verzichtet werden. Durch eine Auswertung des konfokalen Anteils 38 kann beispielsweise eine Untersuchung des Penetrationsverhaltens eines Stoffes oder einer Flüssigkeit bezüglich des Materials 24 möglich sein, bspw. wenn der konfokale Anteil 38 auf einer Fluoreszenz in dem Material 24 basiert. Dies kann bspw. vorteilhaft sein, wenn das Material 24 ein tierisches oder menschliches Gewebe, wie etwa eine Haut ist. Simultan kann eine Hellfeld- und/oder eine Dunkelfeldaufnahme des Materials 24 erfasst werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn Vorrichtung 10 beispielsweise als ein Endoskop ausgeführt ist. Dann kann ein Umfang an Belastung eines Körpers, in welchen ein reduzierter Umfang von Geräten eingeführt wird reduziert werden.
In anderen Worten wird eine Probe von einer Lichtquelle über eine optische Einrichtung beleuchtet. Das von der Probe gestreute, gebeugte, direkt und diffus reflektierte Licht und/oder das über Anregung von Fluoreszenzfarbstoffen als Fluoreszenzlicht emittierte Licht wird über eine weitere optische Einrichtung zur simultanen Aufnahme von konfokalen Fluoreszenzschnittbildern und Hell/Dunkelfeldbildern verwendet. Charakteristisch für das Anordnen und abgeleitete Verfahren kann beispielsweise die Realisierung der konfokalen Fluoreszenz- und Hell/Dunkelfeldaufnahme in nur einem Strahlengang sein.
Aufgrund der miniaturisierten Bauweise kann Vorrichtung 10 ein Endoskop sein, welches für in-vitro-Analysen an Körpern und/oder Zellkulturen einsetzbar ist. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist unter anderem, dass beispielsweise gegenüber einem konfokalen Laser-Endoskop sowohl eine konfokale als auch Hellfeldaufnahmen und Dunkelfeldaufnahmen mit einem Gerät generierbar sind, so dass auf eine sequenzielle Nutzung oder Anwendung verschiedener Geräte, beispielsweise für Hellfeldaufnahmen und konfokale Aufnahmen gefolgt von einer Dunkelfeldaufnahme verzichtet werden kann oder der Umfang der ableitbaren Analysen erweiterbar ist. Alternativ kann Vorrichtung 10 auch als ein Mikroskop ausgeführt sein.
In anderen Worten kann Vorrichtung 10 als miniaturisiertes Mikroskope mit simultaner Konfokal-, Hell-, und Dunkelfeldaufnahme ausgeführt sein. Diese verschiedenen Aufnahmetechniken integriert in einem portablen, handlichen Gerät sind im Speziellen in der dermatologischen Diagnostik von großer Bedeutung. Hierbei handelt es sich im speziellen um die kombinierte Hautoberflächen und Intradermale Untersuchung der Haut. Dieser zusätzliche Informationsgewinn über die Struktur tiefer liegender Hautschichten gepaart mit Informationen zur Hautoberflächenbeschaffenheit ist ein entscheidender Vorteil gegenüber momentan verfügbaren bildgebenden Geräten in der dermatologischen Diagnostik, wie OCT und konfokale Reflektionsmikroskopie. Diese beiden Verfahren erlauben die Bildaufnahme tiefer gelegener Schichten, jedoch sind sie nicht geeignet die Oberflächenstruktur abzubilden. Diese Information kann jedoch für bestimmte dermatologische Anwendungen, wie zum Beispiel der Evaluierung von Wundheilungsprozessen, unabdingbar sein.
Bei der Strahlungsquelle bzw. Beleuchtungsquelle kann es sich vorzugsweise um einen Laser, bzw. einen Dioden-Laser oder eine Licht emittierende Diode (LED) handeln. Es sind jedoch prinzipiell auch andere Strahlungsquellen möglich, wie beispielsweise organisches, Licht emittierende Dioden (OLED). Weiterhin kann die Beleuchtungsquelle als modenverkoppeltes bzw. modengekoppeltes Lasersystem ausgeführt sein, insbesondere als Titan:Saphir-Laser. Falls zur optimalen Anregung der fluoreszierenden Materialien die benötigte Lichtleistung höher ist als die Lichtleistung, die ein verwendetes modenverkoppelte Lasersystem erbringt, kann dem modenverkoppelten Lasersystem ein regenerativer Verstärker nachgeordnet sein, um die Lichtleistung zu erhöhen. Weiterhin kann als Beleuchtungsquelle für eine Mehrphotonenanregung fluoreszierender Materialien ein Halbleiterlaser verwendet werden. Dieser Halbleiterlaser kann mittels Gain-Switching zum Pulsen gebracht werden. Es könnte ebenfalls ein Optisch parametrischer Oszillator (OPO) oder ein Optisch parametrischer Amplifier, d. h. Verstärker, (OPA) verwendet werden. Bei diesen Beleuchtungssystemen ist besonders vorteilhaft, dass die Wellenlänge des emittierten Lichts kontinuierlich variierbar ist, um diese an die Absorptionswellenlänge des fluoreszierenden Materials anzupassen.
Die Aufnahme der konfokalen, oder der zwei Photonen Fluoreszenz oder des fluoreszenzspektroskopischen und dunkelfeld-/hellfeld-Abbilds eines Objekts erfolgt dabei vorzugsweise im sichtbaren (VIS), ultravioletten (UV) oder nahinfraroten (NIR) Spektralbereich ist jedoch prinzipiell nicht auf diese begrenzt. Für die Anwendung des konfokalen Fluoreszenz Laser-Rastermikroskops mit dem Einsatz von Fluoreszenzfarbstoffen sind auf den Farbstoff abgestimmte Anregungswellen vorteilhaft um möglichst starke Fluoreszenzsignale zu erhalten. Weiterhin kann die Strahlung moduliert oder gepulst sein. Im Falle einer 2-Photonenanregung kann dies vorteilhaft sein, sie ist aber nicht zwingend notwendig. Dadurch kann evtl. das Ausbleichen des Fluoreszenzfarbstoffs während eines Scans reduziert werden. Als fluoreszierende Materialien könnten Fluoreszenzfarbstoffe, caged-compound-Verbindungen und/oder Nanocrystals eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um fluoreszierende Materialien, wie sie beispielsweise im biomedizinischen Bereich bzw. im Bereich der biologischen/biochemischen Grundlagenforschung eingesetzt werden. Biologische Objekte können spezifisch mit den fluoreszierenden Materialien mit Hilfe von beispielsweise Antikörper-Bindungen an komplementär Objektbereiche gebunden werden.
Ist das optische Element 18 beispielsweise ein Scannerspiegel, kann dieser eine miniaturisierte Spiegelplatte aufweisen, die Abmessungen eines Durchmessers oder einer Kantenlänge im Bereich einiger hundert μm bis einige mm aufweist.
Ein verwendeter Scannerspiegel kann dabei mit unterschiedlichen Antriebsmechanismen, wie beispielsweise elektrostatischen, elektromagnetischen, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Antrieben ausgestattet sein und quasistatisch oder resonant betrieben werden. Betriebs- oder Resonanzfrequenzen können in Bereichen von einigen 10 Hz bis einigen 10 kHz, wie etwa zwischen 20 Hz und 50 kHz, 50 Hz und 40 kHz oder 100 kHz und 5 kHz liegen, wobei die Resonanzfrequenzen für die orthogonalen Achsen 26 und 28 verschieden sein kann. Bspw. kann so eine sogenannte langsame Seite und eine schnelle Seite des optischen Elementes 18 angegeben werden, wobei die langsame Seite beispielsweise eine Resonanzfrequenz in einem Bereich von 100–200 Hz und die schnelle Seite eine Resonanzfrequenz in einem Bereich von 2–4 kHz aufweisen kann. Weiterhin können die Spiegel unterschiedliche, auf den verwendeten Spektralbereich oder die Wellenlängen der jeweiligen Beleuchtungs-strahlung oder des konfokalen Anteils der vom Material zurückgeworfenen Strahlung angepasste Vergütungen zur Steigerung der Reflektivität aufweisen. Wenn die Vorrichtung keiner größeren Schockbelastung ausgesetzt ist, bspw. als stationäres Gerät oder als spezielles Endoskop, kann das optische Element eine feinwerktechnische Lösung oder bspw. ein MEMS-Spiegel sein.
Die in beschriebenen Ausführungsvarianten verwendeten Scannerspiegel bzw. optische Elemente als Einrichtung zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung können unter anderem in einer Mikrotechnologie, einer Siliziummikrotechnologie, einer Kunststofftechnologie, dem Lithographie, Galvanik und Abformung (LIGA) Verfahren oder einer günstigen feinwerktechnischen Lösung hergestellt sein und werden im Folgenden einfach als Scannerspiegel bezeichnet. Dabei kann sich die Größe der Spiegelplatte im Bereich einiger 100 μm bis einiger mm befinden. So kann eine Spiegelplatte bspw. einen Durchmesser oder einen maximalen Abstand zweier beliebiger Punkte auf einer Spiegeloberfläche in einem Bereich von 1–3 mm oder zwischen 2–3 mm aufweisen. Alternativ zu Scannerspiegeln können als Einrichtung zur Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung auch mechanische Spiegellösungen Verwendung finden, bei welchen die Spiegeloberfläche eine beliebige Form aufweisen kann z. B. zum fokussieren des Beleuchtungsstrahls.
Die Detektionseinheit 54 ist ausgebildet, um die Hellfeldaufnahme und die Dunkelfeldaufnahme an einer gemeinsamen Erfassungsfläche zu erfassen. Dafür kann die Erfassungsfläche beispielsweise einen oder mehrere Bereiche aufweisen, an denen Charge-Coupled Device (CCD) Sensoren oder komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (Complementary Metal Oxide Semiconductor – CMOS) Sensoren angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungsfläche auch eine Matrix aus Photodioden aufweisen, so dass eine von einer Photodiode ausgegebene Strom- oder Spannungsstärke Rückschlüsse auf eine Position auf der Erfassungsfläche ermöglicht. Unterschiedliche Bereiche können beispielsweise kreisförmig, oval oder in einem Rechteck oder Polygon angeordnet sein und/oder sich von einem Mittelpunkt der Erfassungsfläche ausgehend radial unterscheiden, wie es beispielsweise in den 9 und 10 dargestellt ist.
Bei dem verwendeten Objektiv 34 kann es sich um ein auf Unendlich korrigiertes Objektiv, ein F-Theta Objektiv oder um eine Spezialanfertigung bestehend aus mehreren Linsenelementen handeln und werden im Folgenden einfach als Objektiv bezeichnet. Bei der Verwendung eines mechanischen Spiegels als optisches Element 18 kann dessen Oberfläche in Kombination mit der nachfolgenden optischen Einrichtung bestehend aus ein oder mehreren Linsenelementen zum fokussieren des Beleuchtungsstrahls auf die Probe verwendet werden.
Die Auskopplung des konfokalen Detektionsstrahlengangs 38 aus dem Beleuchtungsstrahlengang 14 – der vom Objekt bis zur Auskoppeleinheit auch als Detektionsstrahlengang fungiert – kann zum Beispiel durch einem Strahlteiler erfolgen der in einem geeigneten Winkel, wie zum Beispiel 45°, zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet ist oder durch einen akustooptischen Strahlteiler (AOBS). Für konfokale Fluoreszenzaufnahmen kommen zum Beispiel dichroitischen, d. h. doppelbrechenden, Strahlteiler in Frage.
Es können weiterhin unterschiedliche Lichtempfangseinrichtungen, Detektoren bzw. Detektortypen Verwendung finden. So können bevorzugt Fotodioden oder Lawinenfotodioden (Avalanche Fotodioden) eingesetzt werden. Es können jedoch prinzipiell auch Fotowiderstände und Fototransistoren verwendet werden. Die Detektoren können, zum Beispiel unter Verwendung von Filtern, spektral auf die Strahlung oder Wellenlänge der Strahlungsquelle bzw. Beleuchtungsquelle angepasst sein. Speziell für die Hell/Dunkelfeld-Funktion sind auch Detektoren mit mehreren Elementen, zum Beispiel segmentierte Fotodioden und CCD oder CMOS Bildsensoren verwendbar.
Vorrichtung 10 kann als eine geschickte Anordnung und Kombination eines kleinen, robusten mikroelektromechanischen System (MEMS) Scanners und einen in geeigneter, festgelegter Position befindlichen segmentierten Detektor im Strahlengang eines konfokalen Mikroskops bezeichnet werden. Unter Berücksichtigung einer vorteilhaften Ausgestaltung des Strahlengangs ist mit einer Anordnung, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist, wird die Realisierung eines miniaturisierten konfokalen Mikroskops mit simultaner konfokal-, Hell- und Dunkelfeldaufnahme ermöglicht. Hierdurch werden insbesondere Anwendungen in der dermatologischen Diagnostik adressiert, die mit den momentan zur Verfügung stehenden Verfahren teilweise schwer oder nicht umsetzbar sind.
Vorrichtung 10 ermöglicht es, das Material 24 bezüglich seiner Oberfläche mit der Hell- und Dunkelfeldaufnahme als auch Eigenschaften und Strukturen tiefer liegender Bereiche über eine Variation der Fokusebene zu erfassen. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 weisen einen geringen Platzbedarf auf, so dass sie für einen portablen Einsatz geeignet sein können. Alternativ kann Vorrichtung 10 auch stationär, d. h. mit großen Ausmaßen, aufgebaut werden, um bspw. großflächige Strukturen zu erfassen.
Der konfokale Detektionsstrahlengang für die Fluoreszenzaufnahme verläuft in bestimmten Bereichen parallel zum beschriebenen Beleuchtungsstrahlengang. Dieser gemeinsame Strahlengang für die konfokale Fluoreszenzaufnahme erstreckt sich von der Probe bis hin zu einer optischen Einrichtung zum Trennen von Beleuchtungs- und konfokalen Detektionsstrahlengangs. Die Trennung dieser beiden Strahlengänge erfolgt im Bereich dazwischen, danach oder vor der elektromagnetischen Strahlungsquelle und der Einrichtung zur gezielten Ablenkung der Strahlung. Diese Trennung kann dabei zum Beispiel durch einen Strahlteiler erfolgen, der in einem bestimmten Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet ist, oder durch einen akustooptischen Strahlteiler (AOBS). Durch geeignete Wahl des Strahlteilers lässt sich der Intensitätsverlust der Fluoreszenzstrahlung minimieren. Hier lassen sich Verluste von weniger als 1% realisieren.
Die das Objektiv passierende von der Probe emittierte elektromagnetische Strahlung wird nach der Einrichtung zur Trennung von Detektions- und Beleuchtungsstrahlengang, mittels geeigneter optischer Funktionselemente, zum Beispiel mit Linsen auf eine Lochblende geeigneter Größe fokussiert und über einen oder mehrere nachgeordnete Lichtempfangseinrichtungen detektiert. Diese Anordnung hat zur Folge, dass nur Informationen aus der Fokusebene zu der, oder den Lichtempfangseinrichtungen gelangen. Das Streulicht und emittierte elektromagnetische Strahlung außerhalb des Fokus, wird durch diese Lochblende davon abgehalten die Lichtempfangseinrichtung/en zu erreichen. Die Lichtempfangseinrichtung/en kann/können zum Beispiel Fotodetektor/en, Photomultiplier sein. Die mit einer zweidimensionalen Ablenkung ermittelten Informationen aus mehreren übereinanderliegenden Abbildungsebenen werden gespeichert und zu Bildern weiterverarbeitet.
Neben dem Beschriebenen Strahlengang für konfokale Aufnahmen enthält die optische Anordnung noch einen weiteren Detektionsstrahlengang mit geeigneten optischen Funktionselementen und einer geeigneten Lichtempfangseinrichtung für die Hell-Dunkelfeldaufnahme. Bei der Hell-Dunkelfeldaufnahme werden die Rückreflexe des Anregungslichts vom Objekt detektiert. Diese Rückreflexe können sich aus diffus reflektiertem und direkt reflektiertem Anregungslicht zusammensetzen.
Wie bei dem konfokalen Detektionsstrahlengang verläuft der Detektionsstrahlengang für die Hell-Dunkelfeldaufnahme in einem bestimmten Bereich parallel zum Beleuchtungsstrahlengang. Dieser erstreckt sich von der Probe bis hin zu einer geeigneten optischen Einrichtung zur Auskopplung der diffus und/oder direkt reflektieren elektromagnetischen Strahlung an dem zu untersuchenden Objekt aus dem konfokalen Detektionsstrahlengang und dem Beleuchtungsstrahlengang. Dieses optische Bauelement zur Auskopplung der Strahlung ist im Bereich zwischen dem Objektiv und der Einrichtung zur gezielten Ablenkung des Beleuchtungsstrahls angeordnet. Diese Auskopplung kann dabei zum Beispiel durch einen Strahlteiler erfolgen, der in einem geeigneten Winkel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlengangs steht. Für die konfokale Fluoreszenzaufnahme ist es zudem von Vorteil einen Strahlteiler mit möglichst geringer Absorption im entsprechenden Wellenlängenbereich zu wählen. Bei geeigneter Wahl lassen sich Transmissionsverluste des Fluoreszenzlichts von weniger als 1% realisieren.
Nach Trennung bzw. Auskopplung der von der Probe diffus oder direkt reflektieren elektromagnetischen Strahlung aus dem Beleuchtungsstrahlen und konfokalen Detektionsstrahlengang wird die diffus oder direkt reflektierte elektromagnetische Strahlung mittels geeigneter optischer Funktionselemente auf eine Lichtempfangseinrichtung geleitet. Diese Lichtempfangseinrichtung kann zum Beispiel aus einem oder mehrere nachgeordnete Detektoren bestehen. Die Lichtempfangseinrichtung detektiert abseits der optischen Achse einen geringen Anteil direkt reflektierter und einen hohen Anteil diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung. Der Anteil an diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung durch die Lichtempfangseinrichtung nimmt mit Abstand zur optischen Achse zu. Als Lichtempfangseinrichtung können hier zum Beispiel segmentierte Fotodioden oder CCD bzw. CMOS Bildsensoren verwendet werden. Durch getrennte Auswertung der verschiedenen Detektorareale lassen sich Hell- und Dunkelfeldaufnahme sowohl getrennt aufnehmen als auch beliebige Mischbilder von Hell- und Dunkelfeldaufnahme mittels eines Detektors erstellen.
Da sich die Reflektivität der Probe und die Fluoreszenzmoleküldichte im Allgemeinen von Punkt zu Punkt unterscheidet, zum Beispiel durch unterschiedliche Anlagerung der Moleküle an biologische Strukturen etc., entsteht ein ortsabhängiger Kontrast, der auf Grund der Einrichtung zur gezielten zeitlichen Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung als zeitabhängiges elektrisches Signal an den jeweiligen Detektor messbar ist.
Weiterhin ist die Hell/Dunkelfeldaufnahme nicht auf die Lichtwellenlängen der Fluoreszenz anregenden Strahlung beschränkt. Vielmehr kann hierzu eine separate, für die Anforderungen der Reflexionsmikroskopie optimierte, Wellenlänge gewählt werden. Insbesondere kann durch diese Separierung mit unterschiedlichen Numerischen Aperturen (NA) gearbeitet werden. Für die Fluoreszenz kann eine hohe NA für eine gute Auflösung gewählt werden, für die Hell/Dunkelfeldaufnahme aus oben beschriebenen Gründen eine kleinere NA. Dies kann bspw. durch Strahlformung der einzelnen Lichtquellen ohne Probleme erreicht werden.
In dem hier beschriebenen Funktionsprinzip wird lediglich die einfachste Möglichkeit zur Ausführung gezeigt. Mit Hilfe diverser Zwischenabbildungen und Pupillenanpassungen, wie z. T. in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen dargestellt, lassen sich mit demselben Prinzip unter bestimmten Gesichtspunkten ebenfalls sehr vorteilhafte, jedoch im Aufbau ggf. kompliziertere Anordnungen realisieren.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 20 zur Erfassung der vom Material 24 zurückgeworfenen Strahlung. Die Detektionseinheiten 52 und 54 sind als jeweils einzelnes Gerät ausgeführt und beabstandet von einander angeordnet. Ferner weisen die Detektionseinheiten eine von einander verschiedene Orientierung im Raum auf. Vorrichtung 20 umfasst zwei Scannerspiegel 18'a und 18'b, die ausgebildet sind, eintreffende Strahlung 14 bzw. 389 zu reflektieren. Im Gegensatz zum Scannerspiegel 18 der 1 sind die Scannerspiegel 18'a und 18'b jeweils um eine Achse 22 oder 28 verkippbar gelagert. Ein um eine Achse verkippbar gelagerter Scannerspiegel 18'a oder 18'b ist ausgebildet, um jeweils eine bidirektionale Ablenkung der eintreffenden und reflektierten Strahlung in eine Achse senkrecht zur jeweiligen Verkippachse 26 oder 28 auszuführen, so dass eine zweidimensionale Abtastung des Materials 24 durch die Anordnung von zwei Scannerspiegeln 18'a und 18'b ermöglicht ist.
Eine Steuerungselektronik 58' ist ausgebildet, um einen Messtisch 64, auf welchem das Material 24 angeordnet ist, anzusteuern, so dass der Abstand des Messtisches und mithin des Materials 24 zu dem Objektiv 34 einstellbar ist und eine Lage des Fokus der Beleuchtungsstrahlung 14 an oder in dem Material 24 einstellbar ist.
Die Achsen 26 und 28 können orthogonal zueinander angeordnet sein. Alternativ ist ebenfalls vorstellbar, dass die Achsen 26 und 28 einen Winkel von ungleich 90° zueinander aufweisen.
Eine verteilte Anordnung der Detektionseinheiten 52 und 54 und/oder Scannerspiegel 18'a und 18'b kann beispielsweise vorteilhaft sein, um mit verteilten Bauteilen oder Funktionsgruppen eine kleinere Baugröße, etwa bezüglich eines Querschnitts eines Endoskops zu erreichen.
Prinzipiell können die Detektionseinheiten 52 und 54 über eine Systemauslegung oder Systemkonstruktion des Strahlenganges, d. h. eines Verlaufs der Beleuchtungsstrahlung und/oder der reflektierten Strahlung, beliebig im Raum positioniert und/oder orientiert sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 30, die das um zwei Achsen kippbare optische Element 18, wie es in der 1 gezeigt ist und die Detektionseinheiten 52 und 54 aufweist, welche räumlich voneinander beabstandet sind, wie es in der 2 dargestellt ist. Vorrichtung 30 umfasst ferner eine weitere, dritte Detektionseinheit 66 mit einer vorgeschalteten Linse 44b und einer Lochblende 48b. Die Detektionseinheit 66 kann eine ähnliche Funktion wie die Detektionseinheit 52 aufweisen, so dass die Linse 44b der Linse 44 und die Blende 48b der Blende 48 gleichen kann. Alternativ kann bspw. die Blende 48b und die Linse 44b auf einen konfokalen Strahlungsteil 68 bezüglich Brennweite und/oder Apertur angepasst sein, so dass sie Linse 44b ausgebildet ist, den konfokalen Strahlungsteil 68 in die Apertur der Blende 48b abzubilden. Die Detektionseinheit 66 ist ausgebildet, um von dem Material 24 zurückgeworfene Strahlung in einem zumindest teilweise von dem Wellenlängenbereich verschiedenen Bereich als die Detektionseinheit 52 konfokal zu erfassen.
Der konfokale Strahlungsteil 68 der von dem Material 24 zurückgeworfenen und von der Detektionseinheit 66 konfokal erfassten Strahlung passiert mit dem konfokalen Strahlungsteil 38 die Strahlteiler 32 und 16. Ein Strahlteiler 72 ist in einer Strahlrichtung von dem Material 24 hin zu der Detektionseinheit 52 zwischen dem Strahlteiler 16 und der Linse 44 angeordnet und ausgebildet, um den Strahlungsteil 68 aus der zurückgeworfenen Strahlung auszukoppeln und in Richtung der Detektionseinheit 66 zu lenken. Alternativ kann der Strahlteiler 72 bspw. auch zwischen dem optischen Element 28 und dem Strahlteiler 16 angeordnet sein. Der von der Detektionseinheit 66 detektierte konfokale Strahlungsteil 68 liegt bspw. in einem anderen Spektralbereich als der konfokale Strahlteil 38. In anderen Worten separiert der Strahlteiler 72 die zwei sich in der Wellenlänge unterscheidenden konfokalen Anteile 68 und 38 der zurückgeworfenen Strahlung.
Alternativ können auch weitere Strahlteiler und/oder Detektionseinheiten zur konfokalen Erfassung des Materials 24 in weitere Spektralbereichen angeordnet sein. Ferner ist vorstellbar, dass zwischen einem Strahlteiler und einer korrespondierenden Detektionseinrichtungen optische Elemente, bspw. zur Strahlablenkung angeordnet sind.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 40, die einen gegenüber der 1 erweiterten Strahlengang und räumlich beabstandete Detektionseinheiten 52 und 54 umfasst, wie es in der 2 gezeigt ist. Die Vorrichtung 40 umfasst ferner eine zusätzliche Beleuchtungsquelle 74, die ausgebildet ist, um eine elektromagnetische Strahlung 76 zur Beleuchtung des Materials 24 auszusenden. Ein Strahlteiler 78 ist bezüglich des Strahlgangs so zwischen dem optischen Element 44 und dem Strahlteiler 16 angeordnet, dass die Beleuchtungsstrahlung 76 umgelenkt und mit der Beleuchtungsstrahlung 14 der Beleuchtungsquelle 12 eine kombinierte Beleuchtungsstrahlung 14' mit einem gemeinsamen Strahlengang bildet. In anderen Worten verläuft die Beleuchtungsstrahlung 76 abschnittsweise, d. h. entlang gemeinsamer Wegabschnitte parallel. Alternativ kann der Strahlteiler 78 kann in einer Strahlrichtung zwischen dem Strahlteiler 16 und dem optischen Element 18 angeordnet sein.
Die Beleuchtungsstrahlung 76 kann beispielsweise in einem sichtbaren Spektralbereich liegen, so dass die Beleuchtungsstrahlung 14' durch Überlagerung zweier sichtbarer oder einer sichtbare und eines Wellenlängenbereiches in einem nicht sichtbaren Bereich gebildet ist. Alternativ können auch zwei nicht sichtbare Wellenlängenbereiche überlagert sein. Das Objektiv 34 fokussiert die Beleuchtungsstrahlung 14', so dass der Fokus der Beleuchtungsstrahlung 76 in der gleichen Objektebene des Materials 24 liegt, wie der Fokus der Beleuchtungsstrahlung 14. Damit ist es möglich, in Verbindung mit einer geeigneten Modulation der Beleuchtungsquelle 74 Informationen oder Bilder gleichzeitig oder zeitversetzt zur scannenden Bildaufnahme, d. h. einer Erfassung in den Detektionseinheiten 52 und/oder 54, zusätzlich auf das Material 24 zu projizieren. Es können so etwa Markierungen oder Muster, bspw. innerhalb eines sichtbaren Spektralbereichs, innerhalb des abgetasteten Materialfelds angezeigt werden. Markierungen oder Muster, wie etwa ein Punkt oder ein Kreuz oder eine Einhüllende, können eine optische Referenzierung eines zu einem Zeitpunkt erfassten Bereichs des Materials 24 genutzt werden, so kann bspw. durch eine das Material 24 untersuchende Person durch Betrachtung feststellen, ob ein gewünschter Bereich des Materials 24 in etwa im Bereich liegt, welcher von der Vorrichtung erfasst wird.
Die veränderte, d. h. überlagerte Beleuchtungsstrahlung 14' kann zu veränderten Strahlungsteilen 38' und 42' führen, die je nach Wellenlängenbereich der Beleuchtungsstrahlung 76 zumindest teilweise von der Beleuchtungsstrahlung 76 beeinflusst sind. Alternativ ist ebenfalls vorstellbar, dass die Beleuchtungsstrahlung 76 in einem Wellenbereich ausgesendet wird, der von dem Strahlteiler 78 oder 16 aus dem zurückgeworfenen Strahlgang ausgekoppelt wird, so das die von den Detektionseinheiten 52 und/oder 54 erfassten Strahlteile 38' und/oder 42' von der Beleuchtungsstrahlung 76 unbeeinflusst sind. In diesem Fall kann die Markierung beispielsweise lediglich einem Bediener der Vorrichtung als Orientierungshilfe dienen, ohne Messergebnisse zu beeinflussen.
5 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 50, die ausgebildet ist, um das Material 24 zu beleuchten und die zurückgeworfenen Strahlungsteile 38, 42 und 68 zu erfassen, wie es in der 3 gezeigt ist. Zur Beleuchtung des Materials 24 mit der Beleuchtungsstrahlung 14' sind zwei Beleuchtungsquellen 12 und 74 angeordnet, wie es in der 4 gezeigt ist. In anderen Worten zeigt 5 eine Kombination aus den Vorrichtungen der 3 und 4. Diese Ausführung umfasst zwei Beleuchtungsquellen 12 und 74 und zwei Detektoren 52 und 66 mit jeweils vorgeschalteter Linse 44 und 44b sowie Lochblende 48 und 48b sowie die Detektionseinheit 54. Die Beleuchtungsquelle 74 kann alternativ zur Projektion eines Musters oder einer Markierung zur Anregung eines zweiten Fluoreszenzfarbstoffs in dem Material 24 genutzt werden, wenn das Material 24 den zweiten Fluoreszenzfarbstoff aufweist und die Beleuchtungsquelle 74 eine korrespondierende Wellenlänge aussendet. Die Detektionseinheit 66 kann dann beispielsweise ausgebildet sein, um das von dem zweiten Fluoreszenzfarbstoff emittierte und zurückgeworfene Licht zu erfassen. In anderen Worten kann das Funktionsprinzip der Vorrichtung dabei unverändert bleiben.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 60 zur Erfassung der von dem Material 24 zurückgeworfenen Strahlungsteile 38 und 42. Wie es in 1 dargestellt ist, wird die von der Beleuchtungsquelle 12 ausgesendete elektromagnetische Beleuchtungsstrahlung 14 über den Strahlteiler 16 und das optische Element 18 geführt.
Der durch die gestrichelten Linien angedeutete Strahlengang 15 verdeutlicht die Effekte der Verkippung 22 des optischen Elements 18. Vorrichtung 60 umfasst eine Teleskopeinrichtung 82, die zwei Linsen 84 und 86 umfasst, zwischen denen in einer Strahlrichtung der Strahlteiler 32 angeordnet ist. Die Teleskopeinrichtung 82 ist ausgebildet, um einen Strahlendurchmesser der Beleuchtungsstrahlung 14 bzw. des konfokalen Anteils 38 zu verändern, d. h. zu vergrößern oder zu verkleinern. In anderen Worten wird die Beleuchtungsstrahlung 14 von den zwei Linsen 84 und 86, die aus einem oder mehreren optischen Funktionselementen bestehen können, ins Unendliche abgebildet.
Beim Durchgang der Beleuchtungsstrahlung 14 durch die Linsen 86 und 84 kann zunächst eine zwischen den beiden Linsen 86 und 84 gelegene erste Fokusebene 92 und weiterhin ein hinter der zweiten Linse 84 gelegenes Bild des optischen Elements 18 bzw. seiner Spiegelplatte entstehen, wie es durch die Aufdopplung der durchgezogenen Linie von dem Strahlteiler 32 aus in Richtung des Materials 24 angedeutet ist. Eine Lage dieses reellen Bildes der Spiegelplatte kann derart gewählt werden, dass sie in einem Bereich eine optischen Schärfentiefe mit einer Pupillenebene des Objektivs 34 zusammenfällt oder optisch konjugiert zu einer solchen Pupillenebene ist. Dies kann auch als eine Pupillenanpassung zwischen zwei optischen Systemen bezeichnet werden. Dadurch kann eine optimale Einkopplung der Beleuchtungsstrahlung über große oder möglicherweise alle Scanwinkel des optischen Elements 18 in dem Objektiv 34 gewährleistet und/oder ein Verlust an Beleuchtungsstrahlung 14 für außeraxiale Bildpunkte, auch bezeichnet als Vignettierung, vermieden werden. Die Abtastung des Materials 24 und die Signalerfassung bzw. Gewinnung der konfokalen Abbildung bzw. Erfassung in der Detektionseinheit 52 können analog zu den 1 bis 5 ausgeführt sein.
Vorrichtung 60 umfasst eine zusätzliche Linse 94, die angeordnet ist, um den durch die Teleskopeinrichtung 82 fokussierten und von dem Strahlteiler 32 ausgekoppelten Streuanteil 42 zu kollimieren. Die zusätzliche Linse 94 ist dabei verkippt, bspw. senkrecht, zu den Linsen 84 und 86 angeordnet und ausgebildet, um den Streuanteil 42 zu kollimieren. Abhängig von einem Abstand zwischen der zusätzlichen Linse 94 und der Teleskopeinrichtung 82 kann eine Lage eines durch den Strahlteil 42 darstellbaren Bildes der Pupillenebene des Objektivs 34 derart gewählt werden, dass das Bild im Bereich einer optischen Schärfentiefe mit einer Detektoroberfläche der Detektionseinheit 54 zusammenfällt.
In anderen Worten zeigt 6 eine optische Anordnung zur Beleuchtung der Probe bestehend aus einer elektromagnetischen Strahlungsquelle (Beleuchtungsquelle), einer Einrichtung zum gezielten Ablenken des Beleuchtungsstrahls, einer optischen Einrichtung zur Anpassung des Strahldurchmessers (Pupillenanpassung) und schließlich der optischen Einrichtung zum fokussieren des Strahls. Die Vorrichtung ermöglicht ein Abrastern der Probe mit der fokussierten elektromagnetischen Strahlung in zwei Dimensionen.
Die Strahlung der elektromagnetischen Strahlungsquelle, beispielsweise eines Lasers, erzeugt gekoppelt mit gegebenenfalls geeigneten optischen Funktionselementen, zum Beispiel Linsen, einen parallelen Beleuchtungsstrahl. Der parallele Beleuchtungsstrahl wird über eine Einrichtung zur gezielten Ablenkung der Strahlung, beispielsweise einem Mikroscannerspiegel, in zwei räumliche Richtungen abgelenkt. Je nach Ausführungsvariante wird dieser abgelenkte Lichtstrahl anschließend noch mittels einer vorzugsweise telezentrischen optischen Einrichtung vergrößert. Mittels einer geeigneten nachfolgenden optischen Einrichtung zum fokussieren des Strahls zum Beispiel eines Objektivs wird der elektromagnetische Beleuchtungsstrahl fokussiert. Im Fall der Verwendung einer optischen Einrichtung zur Anpassung des Strahldurchmessers, liegen die Einrichtung zur gezielten Ablenkung der Strahlung und die Eintrittspupille des Objektivs in jeweils zueinander konjugierten Ebenen. Der mittels einer geeigneten optischen Einrichtung auf die Probe fokussierte Beleuchtungsstrahl, wird teilweise direkt reflektiert, diffus reflektiert oder absorbiert und dient zur Anregung von Fluoreszenzmolekülen. Eine derartige telezentrische optische Einrichtung bewirkt eine gleiche, ortsunabhängige longitudinale und laterale Vergrößerung von Strukturen der untersuchten Probe. Das von der Probe ausgehende reflektierte, gestreute, ramanverschobene oder Fluoreszenzlicht passiert die Optik zur Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung in umgekehrter Richtung und gelangt über eine Reihe optischer Elemente zum jeweiligen Detektor für elektromagnetische Strahlung.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 70 zur Erfassung der von dem Material 24 zurückgeworfenen Strahlung. Vorrichtung 70 kann als eine durch die Teleskopeinrichtung 82 und die zusätzliche Linse 94, wie sie in 6 beschrieben ist, erweiterte Vorrichtung 20, wie sie in 2 beschrieben ist, dargestellt werden. Prinzipiell kann die Teleskopeinrichtung 82 und/oder die zusätzliche Linse 94 auch in die Vorrichtungen 10, 30, 40, oder 50 angeordnet werden, um beispielsweise einen Strahlgang der Beleuchtungsstrahlen 14 aufzuweiten.
Eine Teleskopeinrichtung 82' umfasst zwei Linsen 96 und 98 und ist zwischen den optischen Elementen 18'a und 18'b angeordnet. Die Teleskopeinrichtung 82' kann abhängig von einem Abstand und Brennweiten der Linsen 96 und 98 zu einer Fokussierung oder Aufweitung der Beleuchtungsstrahlung 14 bzw. zu einer Aufweitung oder Bündelung des Strahlteils 38 führen. In anderen Worten kann die Teleskopeinrichtung 82' ausgebildet sein, um eine Pupillenanpassung durchzuführen.
Die Linsen 84, 86, 96 und/oder 98 sowie die zusätzliche Linse 94 können jeweils aus einem oder mehreren optischen Funktionselementen gebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei den Linsen 84 und 86 und/oder der zusätzlichen Linse 94 um polymere Mikrolinsen handeln, die aus einer oder mehreren Polymerschichten gebildet sind. Die Linsen 84 und 86 können auch mehrlinsig aufgebaut sein. Mehrlinsig aufgebaute Linsen 84 und 86 können Aberrationen, d. h. Abbildungsfehler, vermindern.
8 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante eines in einer Silizium-Mikrotechnologie hergestellten Scannerspiegels 80, wie er in den Vorrichtungen 10, 30, 40 oder 50 als optisches Element 18 Anwendung finden kann. Der Scannerspiegel 80 kann auf einem Silizium-auf-Isolator (Silicon an Insulator – SOI) Substrat 102 mittels typischer Prozesse aus der Halbleiterfertigung hergestellt werden. Eine Spiegelplatte 104 ist über einen Rahmen 106 kardanisch aufgehängt und in zwei Richtungen um die zwei orthogonalen Achsen 26 und 28 auslenkbar. Eine einstückige Ausführung der Spiegelplatte 104 mit Aufhängungen aus Monosilizium ermöglicht eine insgesamt hohe Stabilität des Scannerspiegels 80. Aufgrund seiner Schockfestigkeit kann der Scannerspiegel 80 insbesondere für mobile Anwendungen, wie sie bspw. vorangehend beschrieben sind, geeignet sein.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 90, wie sie für eine Erfassung einer Hellfeldaufnahme und einer Dunkelfeldaufnahme auf einer gemeinsamen Detektionsfläche 108 umsetzbar ist. Die Detektionsfläche 108 ist Teil der Detektionseinheit 54. Beispielhaft ist hier lediglich die Erfassung der Hellfeldaufnahme und der Dunkelfeldaufnahme gezeigt, wenngleich Vorrichtung 90 als ein Ausschnitt der vorangegangen beschriebenen Vorrichtungen verstanden werden kann.
Die Beleuchtungsstrahlung 14 trifft auf das optische Element 18 zur Ablenkung der Beleuchtungsstrahlung 14. Sie wird von dem optischen Element 18 reflektiert und durchleuchtet den Strahlteiler 32. Nachfolgend wird die Strahlung von dem Objektiv 34 auf das Material 24 bzw. eine Oberfläche des Materials 24 fokussiert. Dort kann sie spiegelnd, direkt oder diffus reflektiert werden.
Ein direkt reflektierter Teil 112 der so reflektierten Strahlung läuft in einem Strahlkegel 114 auf dem gleichen Weg wie die Beleuchtungsstrahlung 14 in umgekehrter Richtung durch das Objektiv 34, wird von dem Objektiv 34 kollimiert, an dem Strahlteiler 32 reflektiert und so auf die Detektorfläche 108 gelenkt. Die Detektorfläche 108 umfasst mehrere Sensoreinheiten 116 und 118, die beispielsweise ringförmig an der Detektionsfläche 108 angeordnet sein können. In anderen Worten ist die Detektionsfläche segmentiert. Die direkt reflektierte Strahlung 112 trifft auf einen vorbestimmten Teil der Detektorelemente 116, so dass diese ein Signal generieren können. Aus diesem Signal kann die Hellfeldinformation abgeleitet werden. Die Strahlung 112 basiert dabei auf der reflektierten Strahlung und/oder einer axialen Strahlung, deren Strahlenbündel an dem Strahlteiler 32 reflektiert wird.
Bei einer diffusen Streuung oder Reflexion der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 wird diese oft wenigstens teilweise auch unter großen Winkeln relativ zu einer Probennormalen zurückgeworfen. Das Objektiv 34 umfasst eine Öffnung, die groß genug ist, zumindest einen Teil dieser diffus gestreuten Strahlung 126 in einem Ringkegel 128 aufzunehmen, diesen ebenfalls zu kollimieren und auf den Strahlteiler 32 zu lenken, wo die diffus gestreute Strahlung 126 reflektiert wird. Die so reflektierte Strahlung 126 trifft ebenfalls auf die Detektorfläche 108, dort jedoch auf die Detektorelemente 118, welche beabstandet von den Detektorelementen 116 zur Erfassung der Hellfeldaufnahme angeordnet sind. So kann der Teil 126 der insgesamt reflektierten Strahlung (112 und 128) eine Ableitung eines weiteren, unabhängig vom Hellfeldsignal auswertbaren Signals ermöglichen. Dieses Signal enthält Informationen über die Dunkelfeldaufnahme. Bei geeigneter Wahl und/oder Ausbildung des Detektorfeldes 108 können so gleichzeitig das Hellfeldaufnahme und das Dunkelfeldaufnahme erfasst werden. Die Strahlteile 112 und 126 bilden gemeinsam den Strahlteil 42 der von dem Material 24 zurückgeworfenen Strahlung.
Eine Auslenkung des optischen Elements 18 und mithin eine Beleuchtung der Oberfläche des Materials 24 an einem abgelenkten Ort ist durch die gestrichelten Linien dargestellt und führt zu einer Spiegelung der reflektierten, d. h. zurückgeworfenen Strahlung an dem Strahlteiler mit einem veränderten Winkel. Die abgelenkten Lichtstrahlen treffen unabhängig von einer Orientierung des optischen Elementes 18 in einem in etwa gleichen Bereich auf der Detektorfläche 108 treffen auf. In anderen Worten zeigt der durch die gestrichelten Linien dargestellte und vom optischen Element 18 reflektierte Strahlengang einen Verlauf des Strahlengangs in einem ausgelenkten Zustand des optischen Elements 18. Diese Strahlung durchläuft die Anordnung ähnlich wie die Beleuchtungsstrahlung 14, wenn das optische Element 18 unausgelenkt ist, wird jedoch von dem Objektiv 34 auf einen außeraxialen Objektpunkt an dem Material 24 fokussiert. Auch die von diesem Punkt reflektierte Strahlung wird von dem Objektiv 34 aufgenommen und über den Strahlteiler 32 auf die Detektorfläche 108 gelenkt. Der gestrichelt angedeutete Strahlkegel zwischen dem Strahlteiler 32 und der Detektorfläche 108 kann dabei auf dieselben Detektorelemente treffen wie die zurückgeworfene Strahlung in einem unausgelenkten Zustand des optischen Elements 18. Die Position der Detektorfläche 108 kann so gewählt sein, dass gleiche Streuanteile von unterschiedlichen Objektpunkten (innerhalb entsprechender Systemtoleranzen) auf die gleichen Detektorelemente 116 und/oder 118 auftreffen. Somit kann die Hellfeld-/Dunkelfeldbildinformation rasternd, d. h. Punkt für Punkt, aufgenommen werden.
Die beschriebene Funktionsweise kann erfordern, dass das Objektiv 34 eine Öffnung umfasst, welche groß genug ist, um unter größeren Winkeln gestreutes Licht aufzunehmen, wie es durch den gegenüber der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 vergrößerten Strahlungskegel 128 angedeutet ist. Weiterhin kann der Strahlkegel der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 enger sein als der Ringkegel 128, um eine Überdeckung der Dunkelfeld-Information durch die Anteile der Hellfeldaufnahme zu vermeiden. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines Objektivs 34 mit einer hohen numerischen Apertur (NA) und/oder einem schlanken, d. h. einen geringen Durchmesser aufweisenden, beleuchtenden Strahlkegel für eine Gewinnung der Dunkelfeldinformation erreicht werden. Die schlankere Strahltaille der fokussierten Beleuchtungsstrahlung 36 weist einen größeren Fokus auf und kann damit auch eine reduzierte Auflösung in dem Material 24 zur Folge haben. Diese geringere Auflösung kann für die meisten adressierten Anwendungen akzeptabel oder nicht störend sein.
10 zeigt Vorrichtung 90 mit zwei Pupillenpositionen des Objektivs 34, um ein mögliches Auswahlkriterium der Position der Detektorfläche 108 zu verdeutlichen. Das optische Element 18 ist in einer Eintrittspupille 132 des Objektivs 34 angeordnet und ermöglicht eine Vermeidung von Abschattungen bei größeren Auslenkwinkeln des optischen Elements 18. Für das reflektierte Licht erscheint die Eintrittspupille 132 aufgrund der Umkehrung des Lichtweges als Austrittspupille. Die Austrittspupille ist aufgrund der Reflexionen des Strahlteilers 32 jedoch ebenfalls in dem umgelenkten Teil des Strahlenganges 42 angeordnet, in dessen Verlauf die Detektionsfläche 108 angeordnet ist. Dort ist die Pupille mit 132' bezeichnet. Eine Anordnung der Detektionsfläche 108 kann so gewählt werden, dass eine Position innerhalb einer Schärfentiefe der optischen Abbildung mit der Austrittspupille 132' zusammenfällt. Dadurch kann ermöglicht werden, dass alle Strahlen, die einen beliebigen Objektpunkt des Materials 24 unter einem gleichen Winkel relativ zu einem Hauptstrahl 134 oder 136 verlassen, auf denselben Punkt der Detektionsfläche 108 gelenkt werden, wie es exemplarisch für die beiden Hauptstrahlen 134 und 136 angedeutet ist, die durch den Mittelpunkt der Pupillen 132 und 132' gelenkt werden.
Eine zentrale Funktionalität kann bezeichnet werden als kombinierte Hell/Dunkelfeldanordnung in Verbindung mit dem Laserrasterprinzip bzw. den damit einsetzbaren Messverfahren, wie sie vorab beschrieben wurden, in einem gemeinsamen Strahlengang.
In anderen Worten zeigen vorangegangene Ausführungsbeispiele optische Anordnungen zur simultanen konfokalen Hell- und Dunkelfeldaufnahme, welches zu dem für den portablen Einsatz, beispielsweise im medizinischen Bereich, geeignet ist. Die Vorrichtungen und Verfahren betreffen den Bereich der scannenden konfokalen Rastermikroskopie, das eine simultane konfokale sowie Hell- und Dunkelfeldaufnahme gleicher Objektausschnitte von einer Probe zur Untersuchung der Oberfläche sowie zur Untersuchung von Strukturen tiefer gelegener Bereiche über eine Variation der Fokusebene ermöglicht und bei einer entsprechenden Realisierung für den portablen Einsatz geeignet ist.
Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele schaffen neben Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung von konfokalem Fluoreszenzschnittbild und Hell/Dunkelfeldbildern sowie die Integration derselben in einem optischen Instrument auch eine Möglichkeit zur Schaffung einer robusten, für mobile Anwendungen geeigneten Vorrichtung, die darüber hinaus einen moderaten Platzbedarf aufweist, so dass sie beispielsweise als Endoskop verwendbar ist.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens (1000) zur Erfassung einer von einem Material zurückgeworfenen Strahlung. Das Verfahren ermöglicht eine simultane Erfassung einer Hellfeldaufnahme, einer Dunkelfeldaufnahme und einer konfokalen Aufnahme. In einem Schritt (1002) wird ein von dem Material zurückgeworfene Strahlung in einen ersten und einen zweiten Strahlungsteil separiert. In einem Schritt (1004) wird eine Hellfeldaufnahme und eine Dunkelfeldaufnahme basierend auf dem ersten Strahlungsteil erfasst. In einem Schritt (1006) wird der zweite Strahlungsteil konfokal mit einer Beleuchtungsstrahlung erfasst.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) zur Erfassung einer von einem Material (24) zurückgeworfenen Strahlung mit folgenden Merkmalen: einer Separationseinheit (32), die ausgebildet ist, um die von dem Material (24) zurückgeworfene Strahlung in einen ersten (42; 42') und einen zweiten Strahlungsteil (38; 38'; 68) zu separieren; einer ersten Detektionseinheit (54), die ausgebildet ist, um eine Hellfeldaufnahme und eine Dunkelfeldaufnahme basierend auf dem ersten Strahlungsteil (42; 42') zu erfassen; einer zweiten Detektionseinheit (52; 66), die ausgebildet ist, um den zweiten Strahlungsteil (38; 38'; 68) konfokal mit einer das Material (24) beleuchtenden Beleuchtungsstrahlung (14; 14'; 76) zu erfassen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß Anspruch 1, bei der das Material (24) derart beleuchtet ist, dass die Hellfeldaufnahme, die Dunkelfeldaufnahme und die konfokale Erfassung einen zumindest teilweise überlappenden Bereich des Materials (24) erfassen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Vorrichtung zumindest eine Beleuchtungsquelle (12; 74) umfasst, die die Beleuchtungsstrahlung (14; 14'; 76) in Richtung des Materials (24) aussendet.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die zumindest zwei Beleuchtungsquellen (12; 74) aufweist, um jeweils teilweise die Beleuchtungsstrahlung (14; 76) auszusenden, so dass die vom Material (24) zurückgeworfene Strahlung einen ersten Wellenlängenbereich und einen zweiten Wellenlängenbereich umfasst.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß Anspruch 4, bei der eine der zumindest zwei Beleuchtungsquellen (12; 74) ausgebildet ist, um ein Muster auf das Material (24) zu projizieren.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, die ferner eine Kombinationsoptik (78) umfasst, die ausgebildet ist, um die teilweisen Beleuchtungsstrahlungen (14; 76) der beiden Beleuchtungsquellen zu kombinieren, so dass die beiden Anteile in Richtung des Materials (24) abschnittsweise parallel verlaufen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Beleuchtungsstrahlung (14; 14'; 76) zumindest teilweise von einem Laser, einer Licht emittierenden Diode, einem optisch parametrischen Oszillator (OPO) oder einem optisch parametrischen Verstärker (OPA) erzeugt wird.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Separationseinheit (32) ausgebildet ist, den ersten (42; 42') und den zweiten (38; 38'; 68) Strahlungsteil in Abhängigkeit der Wellenlänge des ersten (42; 42') und des zweiten (38; 38'; 68) Strahlungsteils zu separieren.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste (54) und die zweite Detektionseinheit (52; 66) in einem gemeinsamen Detektor (46) angeordnet sind.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Detektionseinheit (54) ausgebildet ist, um die Hellfeldaufnahme und die Dunkelfeldaufnahme simultan zu erfassen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Scanvorrichtung (18; 18'a; 18'b) zur Lenkung der Strahlung (14; 14'; 38; 38') umfasst.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Fokussierer (59) umfasst, der ausgebildet ist, um einen Fokus der Beleuchtungsstrahlung (14; 14') in einer axialen Richtung im Material (24) zu verschieben.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der an der ersten (54) oder der zweiten Detektionseinheit (52; 66) eine Blende (48; 48b) zwischen der Detektionseinheit (52; 54; 66) und dem Material (24) angeordnet ist.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Detektionseinheit (54) Charge-Coupled Device (CCD)- oder komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (Complementary Metal Oxide Semiconductor – CMOS)-Sensoren oder eine Matrix aus Photodioden umfasst.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Detektionseinheit (54) ausgebildet ist, die Hellfeldaufnahme und die Dunkelfeldaufnahme auf einer gemeinsamen Erfassungsfläche (108) zu erfassen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste (54) oder die zweite (52; 66) Detektionseinheit ausgebildet ist, um Strahlungsteile (38; 38'; 42; 42'; 68) in einem sichtbaren Wellenlängenbereich, in einem ultravioletten Wellenlängenbereich oder einen nahinfraroten Wellenlängenbereich zu erfassen.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Steuerungselektronik (58) umfasst, die ausgebildet ist, um die Beleuchtungsstrahlung (14; 14'), eine Fokussierung der Beleuchtungsstrahlung oder eine Materialposition zu steuern.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Datenaufbereiter (62) umfasst, der ausgebildet ist, um Daten der ersten (54) oder der zweiten (52; 66) Detektionseinheit zu verarbeiten.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Beleuchtungsquelle (12; 74) ausgebildet ist, eine Beleuchtungsstrahlung (14; 76) auszusenden, die eine Substanz aus dem Material (24) löst, wenn das Material (24) eine caged compound Verbindung ist.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Teleskopeinrichtung (82; 82') umfasst, die ausgebildet ist, um einen Querschnitt der Beleuchtungsstrahlung (14; 14') zu vergrößern oder zu verkleinern.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die erste Detektionseinheit (52) im Rahmen einer optischen Tiefenschärfe in einer zur Pupille eines die Beleuchtungsstrahlung bündelnden Objektivs (34) konjugierten Ebene angeordnet ist.
Vorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Detektionseinheit (52) ausgebildet ist, um den zweiten Strahlungsteil (38; 38'; 68) konfokal mit der das Material (24) beleuchtenden Beleuchtungsstrahlung (14; 14'; 76) zu erfassen, wobei der zweite Strahlungsteil (38; 38'; 68) zumindest teilweise auf einer Fluoreszenz oder Phosphoreszenz basiert.
Verfahren (1000) zur Erfassung einer von einem Material zurückgeworfenen Strahlung mit folgenden Schritten: Separieren (1002) der von dem Material zurückgeworfene Strahlung in einen ersten und einen zweiten Strahlungsteil; Erfassen (1004) einer Hellfeldaufnahme und einer Dunkelfeldaufnahme basierend auf dem ersten Strahlungsteil; mit einer Beleuchtungsstrahlung konfokales Erfassen (1006) des zweiten Strahlungsteils