DE102017223115A1 - Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung - Google Patents

Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE102017223115A1
DE102017223115A1 DE102017223115.7A DE102017223115A DE102017223115A1 DE 102017223115 A1 DE102017223115 A1 DE 102017223115A1 DE 102017223115 A DE102017223115 A DE 102017223115A DE 102017223115 A1 DE102017223115 A1 DE 102017223115A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
radiation
conversion material
electron multiplier
secondary electron
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017223115.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Mirko Liedtke
Jörg Steinert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Microscopy GmbH filed Critical Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority to DE102017223115.7A priority Critical patent/DE102017223115A1/de
Priority to PCT/EP2018/083325 priority patent/WO2019120965A1/de
Publication of DE102017223115A1 publication Critical patent/DE102017223115A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J40/00Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas
    • H01J40/16Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas having photo- emissive cathode, e.g. alkaline photoelectric cell
    • H01J40/18Photoelectric discharge tubes not involving the ionisation of a gas having photo- emissive cathode, e.g. alkaline photoelectric cell with luminescent coatings for influencing the sensitivity of the tube, e.g. by converting the input wavelength
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008Details of detection or image processing, including general computer control
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/04Electron multipliers
    • H01J43/28Vessels, e.g. wall of the tube; Windows; Screens; Suppressing undesired discharges or currents
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher (72) der für Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) empfindlich ist und ein als Detektionsfläche ausgebildetes Strahlungseintrittsfenster (73) aufweist. Erfindungsgemäß ist das Strahlungseintrittsfenster (73) mit einer Schicht eines Konversionsmaterials (71) versehen, wobei aus einer Detektionsrichtung (D) auf das Konversionsmaterial (71) auftreffende Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich der Nah-Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Konversionsmaterials (71) in Sekundärstrahlung (VIS) mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71) emittiert wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Konversionsmaterials (71), ein Mikroskop (M) mit einem erfindungsgemäßen Sekundärelektronenvervielfacher (72) sowie ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Mikroskops (M).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Konversionsmaterials mit einem Sekundärelektronenvervielfacher, ein Mikroskop mit einem solchen Sekundärelektronenvervielfacher sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mikroskops.
  • Die Detektion von Licht im Wellenlängenbereich nahen Infrarots (NIR; über 780 bis 1400 nm) stellt eine Herausforderung für die Sensortechnik dar. Diese resultieren hierbei vor allem aus dem stetig wachsenden Bedarf an Untersuchungen an lebendem Gewebe, für die besonders schonende Bildgebungsverfahren im NIR Anwendung finden. Bei Silizium-basierten Empfängern, die prinzipiell ihr Empfindlichkeitsmaximum in diesem NIR-Bereich erreichen, kann durch Anpassung technologischer Parameter der Empfindlichkeitsbereich zwar gezielt verschoben werden, jedoch wird das Signal mit zunehmender Sensorfläche von enormem Rauschen überdeckt und erfordert deshalb eine starke Kühlung.
  • Für die Detektion schwacher Lichtsignale, wie sie beispielsweise bei der Fluoreszenz-Laserscanningmikroskopie insbesondere im Bereich zwischen 800 nm und 1200 nm, vorzugsweise sogar noch enger auf den Bereich zwischen 900 nm und 1000 nm eingegrenzt, auftreten, sind das Mittel der Wahl jedoch nach wie vor Sekundärelektronenvervielfacher (Photonenvervielfacherröhren, Photomultiplizier, Photomultilplier, photomultiplier tubes, PMT) mit einem äußerst vorteilhaften Verhältnis von aktiver Fläche (Detektionsfläche) zu auftretendem Rauschen.
  • Leider sind nur wenige Kathodenmaterialien für Strahlung einer Wellenlänge oberhalb von 900 nm sensitiv. Diese Materialien sind nur sehr schwach sensitiv und erfordern eine vergleichsweise hohe Intensität der auftreffenden Strahlung.
  • Lediglich beispielsweise sei ein auf dem Markt kommerziell verfügbares NIR-PMT-System (Hersteller: HAMAMATSU, Produkt: H10330B-Serie) angeführt. Dieses weist eine Restempfindlichkeit von wenigen Prozent auf und ist im Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1700 nm anwendbar. Die erforderliche Kühlung lässt Volumen und Gewicht des Systems erheblich groß ausfallen.
  • Für kurzwellige Spektralbereiche, nämlich für Aufnahmen von UV-, DUV-, EUV- oder Röntgenbildern ist aus der US 5 498 923 A bekannt, von einem vorgegebenen kurzwelligen Spektralbereich bereits im Strahlengang vor einem verwendeten Detektor eine Wellenlängenkonversion zu längeren Wellenlängen im sichtbaren Spektrum vorzunehmen, um gewöhnliche Glasoptiken und Eintrittsfenster für die Beobachtung von UV- bis Röntgenbildern im Strahlengang einsetzen zu können.
  • Eine ähnliche Vorgehensweise ist aus der EP 1 471 385 A1 bekannt, bei der zur EUV-Inspektion von Lithographiemasken der Halbleiterchipherstellung das von der Maske kommende kurzwellige Licht im Strahlengang abseits des Detektors durch ein Wandlerelement in längerwellige Strahlung im UV- oder sichtbaren Spektralbereich umgewandelt wird, bevor es auf eine CCD-Kamera fällt. Dabei ist das Wandlerelement vorzugsweise großflächig und so ausgebildet, dass der Auftreffort für die kurzwellige Strahlung mehrfach gewechselt werden kann, um Alterungsprozessen der dafür verwendeten Szintillationsschichten Rechnung zu tragen.
  • Die vorgenannten Lösungen sind vorrangig als Schutzmaßnahmen gegen kurzwellige energiereiche Strahlung vorgesehen und erlauben zudem entlang des Strahlengangs für sichtbares Licht geeignete optische Elemente zu verwenden. Verwendete Szintillationsschirme sind in Form von anorganischen Einkristallen ausgeführt, um Bildaufnahmen mit herkömmlichen Matrixempfängern auswerten zu können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Detektion von schwachen Signalen im NIR-Bereich vorzuschlagen, mittels der das Rauschen bei hoher Empfindlichkeit der Sensoren möglichst ohne Kühlung gering gehalten werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 9, 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Nachfolgend wird ein Sekundärelektronenvervielfacher auch vereinfachend als PMT (photomultiplier tube) bezeichnet. Der Wellenlängenbereich des Nah-Infrarots wird nachfolgend auch kurz als NIR und Nah-Infrarotstrahlung entsprechend als NIR-Strahlung bezeichnet.
  • Der Sekundärelektronenvervielfacher oder PMT ist für Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; 360 bis 780 nm) empfindlich. Das verwendete Material der Kathoden des PMT bewirken also beim Auftreffen einer Strahlung hinreichender Intensität der mindestens einen Wellenlänge einen Vervielfältigungseffekt von Sekundärelektronen, wie dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der PMT weist ein als Detektionsfläche ausgebildetes Strahlungseintrittsfenster auf.
  • Erfindungsgemäß ist das Strahlungseintrittsfenster mit einer Schicht eines Konversionsmaterials versehen. Aus einer Detektionsrichtung auf das Konversionsmaterial auftreffende Strahlung im Bereich der NIR-Strahlung (near-infrared-radiation; near-infrared) wird durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; visible light) umgewandelt und von dem Konversionsmaterial emittiert beziehungsweise ist durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) umwandelbar und von dem Konversionsmaterial emittierbar.
  • NIR-Strahlung umfasst insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm, beispielsweise 900 nm bis 1100 nm, 900 nm bis 1050 nm oder 900 nm bis 1000 nm. Die NIR-Strahlung ist von dem Konversionsmaterial in die Sekundärstrahlung umwandelbar. Die konkreten Wellenlängenbereiche sind von dem gewählten Konversionsmaterial abhängig.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen PMT liegt mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm. In diesem Bereich zeigen übliche Kathodenmaterialien ihre größte Empfindlichkeit.
  • Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise PMT's derart modifiziert, dass diese eine hinreichende spektrale Empfindlichkeit im NIR aufweisen. Die mögliche Modifikation bekannter PMT mit einem Konversionsmaterial erlaubt nun auch Strahlung im Bereich des NIR als Signale zu detektieren, selbst wenn diese geringe Intensitäten aufweisen. Zugleich bleibt vorteilhaft das hohe Signal-Rausch-Verhältnis des PMT gänzlich oder weitestgehend erhalten, sodass durch die Erfindung bis dato nicht miteinander kombinierbare technische Vorteile gemeinsam nutzbar werden. So kann ein erfindungsgemäßer PMT für die Detektion schwacher Fluoreszenzsignale im nahen Infrarotbereich verwendet werden, für die herkömmliche CCD-Detektoren nicht die notwendige (Rest-)Empfindlichkeit aufweisen beziehungsweise kein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis besitzen, nicht zu vergessen deren begrenzte Auslesegeschwindigkeit.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher die Verwendung eines Konversionsmaterials als Schicht auf einem als Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster eines PMT. Es ist dabei vorteilhaft möglich, bereits vorhandene PMT zu modifizieren, indem entweder das Konversionsmaterial auf das Strahlungseintrittsfenster aufgebracht wird oder das bisherige Strahlungseintrittsfenster gegen ein mit dem Konversionsmaterial versehenen Strahlungseintrittsfenster ausgetauscht wird.
  • Da PMTs grundsätzlich ein niedriges Dunkelrauschen aufweisen und somit keine Kühlung erfordern, kann beispielsweise ein bereits vorhandenes Detektionssystem für Phosphoreszenzstrahlung und/oder Fluoreszenzstrahlung weitgehend unverändert bleiben, jedoch wird durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen PMT dessen spektraler Detektionsbereich erweitert beziehungsweise in den NIR-Bereich verschoben. Detektionssysteme sind beispielsweise Mikroskope, insbesondere Laserscanningmikroskope.
  • Das Konversionsmaterial ist auf dem Strahlungseintrittsfenster des PMT, beispielsweise einer Glasplatte, als eine Schicht aufgebracht, sodass ein möglichst großer Raumwinkelanteil der im Konversionsmaterial erzeugten Kugelwelle der Sekundärstrahlung auf das Kathodenmaterial des PMT trifft. Die Ausdehnung des Eintrittsfensters kann groß, beispielsweise entsprechend der Größe einer Detektionsfläche eines nicht-descannten Detektors (non-descanned detector, NDD) gewählt werden. Damit ist vorteilhaft eine große Fläche zum Empfang auch schwacher NIR-Strahlung bereitgestellt und eine hohe Sensitivität des PMT erreicht.
  • Als Konversionsmaterialien können beispielsweise Yttriumsulfid (Y2S3) oder Kalziumsulfid (CaS) verwendet sein. Beide Materialien ermöglichen die Erzeugung von Sekundärstrahlung mit mindestens einer Wellenlänge mitten im idealen Fangbereich gängiger Kathodenmaterialien von PMTs. Mit solchen Konversionsmaterialien versehene PMTs können beispielsweise für die Phosphoreszenzlebensdauermikroskopie (phosphorescence lifetime imaging microscopy, PLIM) eingesetzt werden.
  • Weitere mögliche Konversionsmaterialien, zum Beispiel Strontiumsulfid (SrS), dotiert mit Europium (Eu) und Samarium (Sm) oder mit Selen (Se) und Samarium (Sm) müssen mittels Energiezufuhr aktiviert werden, um eine Konversion langwelliger Strahlung in Strahlung kürzerer Wellenlängen zu erlauben. Diese auch als Pumpvorgang zu bezeichnende Aktivierung des Konversionsmaterials kann zum Beispiel infolge des Beleuchtens mit einer Aktivierungsstrahlung erfolgen. Die Konversion auftreffender NIR-Strahlung erfolgt dann durch Wirkung des aktivierten Konversionsmaterials.
  • Diese Ausführung des erfindungsgemäßen PMT ist beispielsweise für die Ausführung der Fluoreszenzlebensdauermikroskopie (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) von Vorteil. Die aktivierten Konversionsmaterialien erlauben eine Umwandlung der NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung innerhalb ausreichend kurzer Zeitspannen.
  • In möglichen Ausführungen des erfindungsgemäßen PMT ist das Konversionsmaterial bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar. Als ultraviolette Strahlung wird im Sinne dieser Beschreibung Strahlung mit Wellenlängen kleiner 360 nm, insbesondere aber kleiner 260 nm verstanden.
  • Um zu vermeiden, dass die Aktivierungsstrahlung fälschlicherweise die Vervielfältigungskaskade des PMT auslöst, ist das Konversionsmaterial in einer weiteren möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen PMT bei Beaufschlagung mit der Aktivierungsstrahlung in einem Wellenlängenbereich aktivierbar, in dem der PMT unempfindlich beziehungsweise das Strahlungseintrittsfenster blind, also nicht transparent, ist. Trifft die Aktivierungsstrahlung auf das Kathodenmaterial, werden in diesem also keine Sekundärelektronen freigesetzt.
  • Ein unerwünschtes Auslösen der Kaskade des PMT kann in weiteren Ausführungsmöglichkeiten vermieden werden, indem alternativ oder zusätzlich zur Auswahl der Empfindlichkeit des PMT geeignete Filter mit dem Strahlungseintrittsfenster kombiniert werden und/oder das Strahlungseintrittsfenster selbst als ein Filter ausgebildet wird.
  • Für PMT mit Konversionsmaterial das nicht aktiviert werden muss, kann das Strahlungseintrittsfenster mit mindestens einer Filterschicht versehen sein, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung abgewandt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Strahlungseintrittsfenster selbst als eine solche Filterschicht ausgebildet sein. Dazu kann das Material des Strahlungseintrittsfensters entsprechend ausgewählt und/oder mit Materialien dotiert oder gemischt sein, die eine entsprechende Filterwirkung zeigen. Die Orientierung der Filterschicht in Detektionsrichtung bewirkt, dass ultraviolette Strahlung bereits vor dem Auftreffen auf dem Konversionsmaterial geblockt wird.
  • Soll das Konversionsmaterial allerdings mittels der Aktivierungsstrahlung aktiviert werden, ist die mindestens eine Filterschicht der Detektionsrichtung abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung zugewandt ist. Dadurch ist erreicht, dass die Aktivierungsstrahlung ungehindert auf das Konversionsmaterial trifft, nicht aber auf das Kathodenmaterial des PMT gelangen kann.
  • Ein erfindungsgemäßer PMT kann vorteilhaft in einem Mikroskop, insbesondere in einem Laserscanningmikroskop (laser-scanning-microscope, LSM) als Detektor verwendet sein.
  • In einer Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen Laserscanningmikroskops kann die Aktivierung des Konversionsmaterials während der gesamten Betriebsdauer des PMT erfolgen.
  • Um Störungen der eigentlichen Signalerfassung durch Übersprechen oder andere von der Aktivierungsstrahlung verursachte Probleme zu vermeiden, kann in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens eine Aktivierung der Konversionsschicht in einem Zeitfenster erfolgen, in dem der PMT nicht zur Messung verwendet wird. Beispielsweise kann eine Detektion spontaner Fluoreszenzereignisse von Materialien oder Elementen des PMT vorteilhaft reduziert oder ganz vermieden werden. Mit einer solchen zeitlichen Steuerung der Aktivierung des Konversionsmaterials, insbesondere durch Beaufschlagung mit der Aktivierungsstrahlung, können Aktivierungs- und Detektionsvorgänge zeitlich getrennt werden.
  • Eine Aktivierung des Konversionsmaterials kann beispielsweise ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung eines unidirektional zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen.
  • Alternativ kann die Aktivierung des Konversionsmaterials ausschließlich in Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung eines bidirektional zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen.
  • Durch die Erfindung wird eine neue Möglichkeit zur Detektion von schwachen Signalen im Bereich der NIR-Strahlung vorgeschlagen, die ohne eine aufwändige Kühlung zur Rauschunterdrückung eine hohe Empfindlichkeit der Detektion erreicht, wie sie für schonende Bildgebungsverfahren an lebendem Gewebe notwendig ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines PMT mit VIStransparentem Eintrittsfenster, das eine Innenbeschichtung mit Kathodenmaterial aufweist und eine erfindungsgemäße Außenbeschichtung mit einem Konversionsmaterial, das einfallende NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung im VIS-Bereich konvertiert; und
    • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT, wobei eine Schicht eines Konversionsmaterials des PMT durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle aktivierbar ist.
  • Die Erfindung ist Bestandteil eines in 1 nicht vollständig dargestellten Mikroskops M, im Beispiel eines Laser-Scanning-Mikroskops M, und enthält eine Beleuchtungseinrichtung 1 zur wiederholten Beleuchtung eines Probenbereichs 21 einer abzubildenden Probe 2 mittels eines Beleuchtungsstrahls 11. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst als Lichtquelle einen Laser 14 sowie ein Schaltelement 13 zur gesteuerten Beeinflussung des Beleuchtungsstrahls 11. Der Beleuchtungsstrahl 11 wird mit dem Schaltelement 13, beispielsweise einer Abtasteinheit wie einem Scanner und/oder einem räumlichen Lichtmodulator (spatial light modulator, SLM), hinsichtlich seiner Intensität und/oder seiner Lage auf der Probe 2 manipuliert. Der Beleuchtungsstrahl 11 trifft auf einen Farbteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels 42 und wird mittels des halbdurchlässigen Spiegels 42 durch ein Objektiv 33 in den Probenbereich 21 der Probe 2 reflektiert. In dem beleuchteten Probenbereich 21 wird durch die Wirkung des Beleuchtungsstrahls 11 ein Detektionslicht erzeugt. Beispielsweise werden Moleküle der Probe 2 zur Emission von Fluoreszenzstrahlung angeregt. Das Detektionslicht gelangt durch das Objektiv 33 entlang der optischen Achse 31 (siehe 3) zum halbdurchlässigen Spiegel 42 zurück, der für die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts transmittierend ist, und fällt auf den Detektor 7 des Mikroskops M. Der Detektor 7 ist auf seinem Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe 2) mit einer Schicht eines Konversionsmaterials 71 versehen.
  • Weiterhin sind ein Spektralfilter 4 zur spektralen Filterung des Beleuchtungsstrahls 11, eine Bildaufnahmeeinheit 8 sowie eine Bildaufnahmesteuerung 82 vorhanden. Die Bildaufnahmesteuerung 82 ist in einer für die Übermittlung von Steuerbefehlen und Daten geeigneten Weise mit dem Detektor 7 und dem Schaltelement 13 verbunden.
  • 2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen PMT 72 mit einem Strahlungseintrittsfenster 73. Das Strahlungseintrittsfenster 73 ist auf der Innenseite mit einer Photokathode 74 belegt und weist auf der Außenseite eine lumineszierende oder fluoreszierende Beschichtung in Form einer Schicht eines Konversionsmaterials 71 zur Konversion entlang einer Detektionsrichtung D (durch eine Pfeil symbolisiert) einfallender NIR-Strahlung NIR in Sekundärstrahlung VIS mit mindestens einer Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich auf. Das Konversionsmaterial 71 wird durch Aktivierungsstrahlung UV in Form von ultravioletter Strahlung aktiviert, die auf das Konversionsmaterial 71 auftrifft. In diesem aktivierten Konversionsmaterial 71 wird an Stellen der punktuell auftreffenden NIR-Strahlung jeweils eine Kugelwelle sichtbaren Lichts erzeugt und von dem Konversionsmaterial 71 als Sekundärstrahlung VIS emittiert. Die Kugelwelle trifft mit einem großen Raumwinkelanteil auf die nur zwischen 100 µm und 1 mm entfernt angeordnete Photokathode 74. Das Material der Photokathode 74 ist für die Sekundärstrahlung VIS empfindlich. Die Sekundärstrahlung VIS löst in dem Material der Photokathode 74 Elektronen aus, die anschließend an den Dynoden 75 (beispielhaft nur drei davon gezeigt) des PMT 72 vervielfacht werden. Das Material des Strahlungseintrittsfensters 73 ist optional als eine Filterschicht ausgebildet, welche die auftreffende Aktivierungsstrahlung UV blockiert.
  • In weiteren Ausführungsmöglichkeiten des PMT 72 muss das Konversionsmaterial 71 nicht aktiviert werden, was durch die Darstellung der Aktivierungsstrahlung UV mit unterbrochener Volllinie symbolisiert ist. Außerdem kann mindestens eine zusätzliche Filterschicht auf der der Detektionsrichtung D abgewandten Seite oder auf der der Detektionsrichtung D zugewandten Seite des Strahlungseintrittsfensters 73 vorhanden sein.
  • In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikroskops M in einer Teildarstellung gezeigt. Entlang der optischen Achse 31 sind die Probe 2 in einer Objektebene 32, das Objektiv 33, eine Abtasteinheit 6 (Scanner), eine Tubuslinse 34 und ein erfindungsgemäßer PMT 72 als Detektor 7 angeordnet. Der PMT 72 ist mit der Schicht Konversionsmaterial 71 auf seinem Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe 2) versehen.
  • Um das Konversionsmaterial 71 zu aktivieren kann mittels einer ansteuerbaren Aktivierungseinheit 79 das Konversionsmaterial 71 mit einer Aktivierungsstrahlung UV (siehe 2) beaufschlagt werden.
  • Die Aktivierungseinheit 79 ist durch eine Anordnung einer Strahlungsquelle der Aktivierungsstrahlung UV in Form einer UV-Strahlung emittierenden Diode realisiert.
  • Diese strahlt gesteuert die Aktivierungsstrahlung UV seitlich in das Konversionsmaterial 71 ein. In weiteren Ausführungsformen ist die Aktivierungseinheit 79 durch mehrere Strahlungsquellen, insbesondere durch mehrere UV-Strahlung emittierenden Dioden gegeben. Die Dioden können als ein Array oder ringförmig um die optische Achse 31 angeordnet sein.
  • Eine Steuerung der Aktivierungseinheit 79 kann mittels einer Steuerungseinheit 12 erfolgen. Diese ist mit der Abtasteinheit 6 in Form eines Scanners, mit dem Detektor 7 und mit der Aktivierungseinheit 79 verbunden. Die Aktivierungseinheit 79 kann angesteuert und über Dauern von Zeitfenstern eingeschalten werden, in denen sich die Abtasteinheit 6 in einer Zeilenumkehr oder in einem Zeilenrücklauf befindet. Optional kann in diesen Zeitfenstern die Detektion mittels des Detektors 7 unterbrochen werden.
  • In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Aktivierung des Konversionsmaterials 71 permanent erfolgen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Beleuchtungseinrichtung
    11
    Beleuchtungsstrahl
    12
    Steuerungseinheit
    13
    Schaltelement
    14
    Laser
    2
    Probe
    31
    optische Achse
    32
    Objektebene
    33
    Objektiv
    34
    Tubuslinse
    4
    Spektralfiltereinheit
    42
    halbdurchlässiger Spiegel (Farbteiler)
    6
    Scanner, Abtasteinheit
    7
    Detektor
    71
    Konversionsmaterial
    72
    PMT
    73
    Strahlungseintrittsfenster
    74
    Photokathode
    75
    Dynoden
    79
    Aktivierungseinheit
    8
    Bildaufnahme
    82
    Bildaufnahmesteuerung
    M
    Mikroskop
    D
    Detektionsrichtung
    VIS
    Sekundärstrahlung
    UV
    Aktivierungsstrahlung
    NIR
    Nah-Infrarot-Strahlung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5498923 A [0006]
    • EP 1471385 A1 [0007]

Claims (13)

  1. Sekundärelektronenvervielfacher (72) der für Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) empfindlich ist und ein als Detektionsfläche ausgebildetes Strahlungseintrittsfenster (73) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit einer Schicht eines Konversionsmaterials (71) versehen ist, wobei aus einer Detektionsrichtung (D) auf das Konversionsmaterial (71) auftreffende Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich der Nah-Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Konversionsmaterials (71) in Sekundärstrahlung (VIS) mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71) emittiert wird.
  2. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71) NIR-Strahlung (NIR) mindestens einer Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm in Sekundärstrahlung (VIS) umwandelt.
  3. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung (VIS) in einem Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm liegt.
  4. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71) bei Beaufschlagung mit einer Aktivierungsstrahlung (UV) aktivierbar ist und die Konversion auftreffender NIR-Strahlung (NIR) durch Wirkung des aktivierten Konversionsmaterials (71) erfolgt.
  5. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71) bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar ist.
  6. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71) bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich aktivierbar ist, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) unempfindlich ist.
  7. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71) der Detektionsrichtung (D) zugewandt ist.
  8. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71) der Detektionsrichtung (D) abgewandt ist.
  9. Verwendung eines Konversionsmaterials (71) als Schicht auf einem als Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster (73) eines Sekundärelektronenvervielfachers (72), wobei durch das Konversionsmaterial (71) auftreffende Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der Nah-Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Konversionsmaterials (71) in Sekundärstrahlung (VIS) mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71) emittiert wird.
  10. Mikroskop (M) aufweisend wenigstens einen Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  11. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71) ausschließlich in einem Zeitfenster erfolgt, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) nicht zur Detektion von NIR-Strahlung (NIR) verwendet wird.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71) ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung einer unidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71) ausschließlich in Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung einer bidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt.
DE102017223115.7A 2017-12-18 2017-12-18 Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung Withdrawn DE102017223115A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017223115.7A DE102017223115A1 (de) 2017-12-18 2017-12-18 Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung
PCT/EP2018/083325 WO2019120965A1 (de) 2017-12-18 2018-12-03 Sekundärelektronenvervielfacher und dessen verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017223115.7A DE102017223115A1 (de) 2017-12-18 2017-12-18 Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017223115A1 true DE102017223115A1 (de) 2019-06-19

Family

ID=64606983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017223115.7A Withdrawn DE102017223115A1 (de) 2017-12-18 2017-12-18 Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017223115A1 (de)
WO (1) WO2019120965A1 (de)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175084A (en) * 1961-06-14 1965-03-23 Zenith Radio Corp Frequency converting device for electromagnetic radiation
DE1589933A1 (de) * 1966-03-21 1970-07-02 Int Standard Electric Corp Sekundaerelektronenvervielfacher mit einem Leuchtschirm
DE1539898B1 (de) * 1965-03-25 1971-07-01 Eastman Kodak Co Festkoerperbildwandler bzw bildverstaerker
US3824717A (en) * 1973-07-30 1974-07-23 Hughes Aircraft Co Enhanced field of view parametric image converter
JPS5582022A (en) * 1978-12-15 1980-06-20 Nec Corp Light detector of wave length conversion type
US4239968A (en) * 1978-07-12 1980-12-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method and apparatus for recording and reproducing a radiation image
JPS6355427A (ja) * 1986-08-26 1988-03-09 Hamamatsu Photonics Kk 被測定光の波長を変換して検出する光検出装置
US4914349A (en) * 1986-10-27 1990-04-03 Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha Photo-electric conversion tube with optical fiber plate
US5012098A (en) * 1985-10-10 1991-04-30 Quantex Corporation Photomultiplier with infrared sensitivity
DE3938636A1 (de) * 1989-11-21 1991-05-23 Paul Hoess Bildwandler als vorsatzeinheit fuer photo-, video- bzw. restlichtkameras
JPH07318998A (ja) * 1994-05-19 1995-12-08 Mitsubishi Materials Corp 可視光光源装置
DE69203553T2 (de) * 1991-09-17 1996-03-07 Agfa Gevaert Nv Photostimulierbarer Phosphor.
US5498923A (en) 1994-01-05 1996-03-12 At&T Corp. Fluoresence imaging
EP0803910A2 (de) * 1996-04-25 1997-10-29 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Bildumwandlungsbauelement für infrarotes in sichtbares Licht
US20030209675A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Akihiro Maezawa Radiation image converting panel and production method of the same
EP1471385A1 (de) 2003-04-24 2004-10-27 Carl Zeiss SMS GmbH Anordnung zur Inspektion von Objekten, insbesondere von Masken in der Mikrolithographie
DE102005018965B3 (de) * 2005-04-23 2006-10-12 HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Bildwandler mit einer beheizbaren Wandlerschicht
US20110063115A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting device, illumination device, and photo sensor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7227116B2 (en) * 2000-04-26 2007-06-05 Arete Associates Very fast time resolved imaging in multiparameter measurement space

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3175084A (en) * 1961-06-14 1965-03-23 Zenith Radio Corp Frequency converting device for electromagnetic radiation
DE1539898B1 (de) * 1965-03-25 1971-07-01 Eastman Kodak Co Festkoerperbildwandler bzw bildverstaerker
DE1589933A1 (de) * 1966-03-21 1970-07-02 Int Standard Electric Corp Sekundaerelektronenvervielfacher mit einem Leuchtschirm
US3824717A (en) * 1973-07-30 1974-07-23 Hughes Aircraft Co Enhanced field of view parametric image converter
US4239968A (en) * 1978-07-12 1980-12-16 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method and apparatus for recording and reproducing a radiation image
JPS5582022A (en) * 1978-12-15 1980-06-20 Nec Corp Light detector of wave length conversion type
US5012098A (en) * 1985-10-10 1991-04-30 Quantex Corporation Photomultiplier with infrared sensitivity
JPS6355427A (ja) * 1986-08-26 1988-03-09 Hamamatsu Photonics Kk 被測定光の波長を変換して検出する光検出装置
US4914349A (en) * 1986-10-27 1990-04-03 Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha Photo-electric conversion tube with optical fiber plate
DE3938636A1 (de) * 1989-11-21 1991-05-23 Paul Hoess Bildwandler als vorsatzeinheit fuer photo-, video- bzw. restlichtkameras
DE69203553T2 (de) * 1991-09-17 1996-03-07 Agfa Gevaert Nv Photostimulierbarer Phosphor.
US5498923A (en) 1994-01-05 1996-03-12 At&T Corp. Fluoresence imaging
JPH07318998A (ja) * 1994-05-19 1995-12-08 Mitsubishi Materials Corp 可視光光源装置
EP0803910A2 (de) * 1996-04-25 1997-10-29 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Bildumwandlungsbauelement für infrarotes in sichtbares Licht
US20030209675A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Akihiro Maezawa Radiation image converting panel and production method of the same
EP1471385A1 (de) 2003-04-24 2004-10-27 Carl Zeiss SMS GmbH Anordnung zur Inspektion von Objekten, insbesondere von Masken in der Mikrolithographie
DE102005018965B3 (de) * 2005-04-23 2006-10-12 HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Bildwandler mit einer beheizbaren Wandlerschicht
US20110063115A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting device, illumination device, and photo sensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019120965A1 (de) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202011052060U1 (de) STED-Fluoreszenzlichtmikroskop mit gepulster Anregung, kontinuierlicher Stimulation und zeitlich aufgelöster Registrierung von spontan emittiertem Fluoreszenzlicht
EP3207356B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der partikelgrösse und/oder der partikelform von partikeln in einem partikelstrom
EP2879919B1 (de) Detektion von regentropfen auf einer scheibe mittels einer kamera und beleuchtung
DE60008877T2 (de) Infrarotkamera mit phosphorbeschichteten CCD
EP2497412B1 (de) Laser-Scanning-Mikroskop und Verfahren zu seinem Betrieb
DE102017131249A1 (de) Verfahren zum Abbilden einer Probe unter Verwendung eines Fluoreszenzmikroskops mit stimulierter Emissionsdepletion
DE102013103971A1 (de) Verfahren zum Erzeugen eines aus mehreren Teilbildern zusammengesetzten Gesamtbilds eines Objekts
DE102020203506A1 (de) Wellenlängenumwandlungselement, lichtquellenvorrichtung und beleuchtungsvorrichtung
DE102016116309A1 (de) Beleuchtungsmodul für winkelselektive Beleuchtung
DE102013021482A1 (de) Verfahren zur Scanning-Mikroskopie und Scanning-Mikroskop
EP1528412A1 (de) Leuchtstoffauslesevorrichtung und Leuchtstoffausleseverfahren
DE102008007595B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Bildes
DE102017217486A1 (de) Fahrerbeobachtungssystem, Verfahren zum Erfassen eines Fahrers mittels eines Fahrerbeobachtungssystems und Verfahren zum Herstellen einer Wellenlängenschiebereinheit für ein Fahrerbeobachtungssystem
DE102020132951A1 (de) Erfassung von Bildern eines medizinischen Situs in Weißlicht und Fluoreszenzlicht
DE102017223115A1 (de) Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung
DE102008064633B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Bildes
DE1292264B (de) Infrarot-Bildwandler
DE102013208872B4 (de) Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer Probe
EP1414336A2 (de) System für die fluoreszenzdiagnostik
DE10155142C2 (de) Dunkelfeld-Abbildungsvorrichtung zur ortsaufgelösten Dunkelfeldabbildung einer flächigen Probe
DE2640260C3 (de) Durchstrahl ungs-Raster-Korpuskularstrahlniikroskop
DE102007029440A1 (de) Verfahren und Anordnung zum Erfassen einer Oberfläche eines Objekts
DE4324681A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optischen Anregen eines Energiezustandes einer Probe in einem Probenpunkt mit hoher Ortsauflösung
DE69112212T2 (de) Verfahren zum Aufzeichnen und Nachweisen eines Strahlungsmusters.
DE102013104835B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufzeichnen eines Bildes einer Szene

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee