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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Die überwiegende Mehrheit molekulardiagnostischer Verfahren, wie zum Beispiel Polymerase-Kettenreaktionen (PCR), stützt sich aus messtechnischer Sicht auf Fluoreszenzmessungen. Dabei ist die indirekte Erzeugung von Licht mittels fluoreszierender oder phosphoreszierender Leuchtstoffe anwendbar, so bestehen beispielsweise weiß leuchtende LEDs eigentlich aus einer blau leuchtenden LED und einem geeigneten Leuchtstoff. Anwendungen mit Laseranregung finden sich bei hochwertigen Videoprojektoren (Beamer) in verschiedenen Varianten, sowie als sogenannte Laserscheinwerfer im Automotive-Bereich. Allgemein gilt daher in molekulardiagnostischen Verfahren, dass die meisten relevanten Geräte, wie Laborgeräte oder Lab-on-Chip-Plattformen, mindestens eine Lichtquelle und mindestens eine Detektionseinheit bereitstellen. Mit der Lichtquelle werden fluoreszierende Moleküle, sogenannte Fluorophore, zur Fluoreszenz angeregt, mit der Detektionseinheit wird das so generierte Fluoreszenzlicht meist quantitativ gemessen. Dabei können über farbliches Multiplexing mehrere Fluorophore in derselben Probe parallel verwendet und über verschiedene Kanäle ausgelesen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung zum Konvertieren von Licht, ein Verfahren zum Konvertieren von Licht, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Bei Laborgeräten zur Molekulardiagnostik kann eine breitbandige Lichtquelle mit einem oder mehreren Bandpassfiltern versehen und die Anregungsbänder können spektral definiert werden. Je nach Ausdehnung, beziehungsweise Strahldichte, der Quelle werden dabei zur Erhaltung der Etendue in optischen Systemen Kompromisse hinsichtlich Lichtausbeute und Bauraum eingegangen. die eingesetzten thermischen Lichtquellen oder LEDs erfordern wegen ihrer breiten Spektren einerseits eine Bandpassfilterung, die effiziente Umsetzung dieser Filterung ist aber durch ihre begrenzte Strahldichte limitiert. Mit der hier vorgestellten Vorrichtung ist vorteilhafterweise die Verwendung eines Bandpassfilters rein optional, da das intrinsische Spektrum der Quellen so maßgeschneidert werden kann, dass eine Bandpassfilterung gar nicht erforderlich ist. Zudem können die hier beschriebenen Lichtquellen extrem hohe Strahldichten aufweisen und so durch eine kompakte Optik effizient kollimiert werden. Somit können einerseits Kosten eingespart und andererseits ungewollt hohe Lichtverluste während des Konvertierens von Licht vermieden werden.
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Es wird eine Vorrichtung zum Konvertieren von Licht zum Beleuchten einer zu untersuchenden Probe vorgestellt, wobei die Vorrichtung mindestens eine Lichtquelle aufweist, die ausgebildet ist, um Anregungslicht zum Anregen eines Leuchtmittels bereitzustellen. Zudem umfasst die Vorrichtung mindestens ein erstes Leuchtmittel mit einer ersten Emissionscharakteristik, wobei das erste Leuchtmittel von dem Anregungslicht anregbar ist und ausgebildet ist, um Fluoreszenzlicht zum Beleuchten der Probe bereitzustellen. Außerdem weist die Vorrichtung eine Wechseleinrichtung auf, die ausgebildet ist, um das erste Leuchtmittel in das Anregungslicht zu bewegen und zusätzlich oder alternativ das Anregungslicht auf das erste Leuchtmittel zu steuern.
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Bei der Probe kann es sich insbesondere um eine molekulardiagnostisch zu untersuchende Probe handeln, beispielsweise (vervielfältigte) Teile von in einem Transportmedium suspendierten Zellen aus einem Abstrich oder ein mikroskopisches Präparat mit fluoreszierenden Farbstoffen.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die zumindest ein zweites Leuchtmittel mit einer zweiten Emissionscharakteristik vorgesehen ist, wobei das zweite Leuchtmittel von dem Anregungslicht anregbar ist und wobei die Wechseleinrichtung ausgebildet ist, um das zweite Leuchtmittel in das Anregungslicht zu bewegen und/oder das Anregungslicht auf das zweite Leuchtmittel zu steuern.
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Die hier vorgestellte Vorrichtung kann auch als optisches Anregungsmodul für molekulardiagnostische Anwendungen bezeichnet werden. Bei der Lichtquelle kann es sich zum Beispiel um eine blaue oder ultraviolette Laserdiode handeln, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 405 nm (sogenannte Blu-Ray-Wellenlänge), die zur Anregung des Leuchtmittels, das auch als Phosphor oder Leuchtstoff bezeichnet werden kann, eingesetzt werden kann. Das von der Lichtquelle ausgehende Anregungslicht kann zum Beispiel kollimiert und über einen dichroitischen Spiegel zu dem ersten oder dem zweiten Leuchtmittel gesteuert werden. Dabei kann unter dem Vorgang des Steuerns des Anregungslichts auch ein Lenken desselben verstanden werden. Das durch das Anregungslicht angeregte Leuchtmittel ist ausgebildet, um Fluoreszenzlicht bereitzustellen, wobei das von dem Leuchtmittel emittierende Fluoreszenzlicht gemäß der dem Leuchtmittel zugeordneten Emissionscharakteristik zum Beispiel eine vorbestimmte Frequenz bzw. ein Frequenzband aufweist. So kann zum Beispiel bei Anregen des ersten Leuchtmittels aufgrund dessen erster Emissionscharakteristik die Fluoreszenzstrahlung in einem definierten, von der ersten Emissionscharakteristik abhängigen Frequenzband emittieren. Das Fluoreszenzlicht kann zum Beispiel ebenfalls durch den dichroitischen Spiegel, der beispielsweise reflektierend für die Wellenlänge des Anregungslichts und zugleich transparent für das konvertierte Licht ausgebildet sein kann, auf die zu untersuchende Probe gelenkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise mittels eines Diffusors Anregungslicht zerstreut und vorzugsweise direkt auf die Probe gelenkt werden. Vorteilhafterweise kann durch die zuvor erfolgte Auswahl des passenden Leuchtmittels das Fluoreszenzlicht mit einer für die Untersuchung der Probe nötigen Charakteristik, beispielsweise der gewünschten Emissionsfrequenz, ausgebildet sein und damit zur optimalen Beleuchtung der Probe, beispielsweise für ein molekulardiagnostisches Verfahren, zur Verfügung stehen. Das erste Leuchtmittel und/oder das zweite Leuchtmittel, sowie gegebenenfalls weitere Leuchtmittel mit sich von der ersten Emissionscharakteristik und/oder der zweiten Emissionscharakteristik unterscheidenden Emissionscharakteristiken, können beispielsweise nebeneinander auf einem Wechselelement oder Träger angeordnet sein. Die Wechseleinrichtung der Vorrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um den Träger mit den Leuchtmitteln so zu bewegen, dass das gewünschte Leuchtmittel in den Fokus des Anregungslichts gerät. Alternativ kann die Wechseleinrichtung sich zum Beispiel auch steuernd auf das kollimierte Anregungslicht auswirken und den Fokus des Anregungslichts entweder auf das erste Leuchtmittel oder das zweite Leuchtmittel lenken. Optional kann eine vor dem ersten Leuchtmittel und dem zweiten Leuchtmittel angeordnete Blende vorteilhaft sein. Diese kann zum Beispiel einerseits die Beleuchtung von benachbarten Leuchtmitteln, beziehungsweise Nachbarphosphoren, durch gestreutes Anregungslicht und andererseits auch deren Fluoreszenzlicht blockieren. Das durch das Anregungslicht angeregte Leuchtmittel ist ausgebildet, um Fluoreszenzlicht bereitzustellen, wobei das von dem Leuchtmittel emittierende Fluoreszenzlicht gemäß der dem Leuchtmittel zugeordneten Emissionscharakteristik zum Beispiel eine vorbestimmte Frequenz bzw. ein Frequenzband aufweist. So kann zum Beispiel bei Anregen des ersten Leuchtmittels aufgrund dessen erster Emissionscharakteristik die Fluoreszenzstrahlung in einem definierten, von der ersten Emissionscharakteristik abhängigen Frequenzband emittieren. Das Fluoreszenzlicht kann zum Beispiel ebenfalls durch den dichroitischen Spiegel, der beispielsweise reflektierend für die Wellenlänge des Anregungslichts und zugleich transparent für das konvertierte Licht ausgebildet sein kann, auf die zu untersuchende Probe gelenkt werden. Vorteilhafterweise kann durch die zuvor erfolgte Auswahl des passenden Leuchtmittels das Fluoreszenzlicht mit einer für die Untersuchung der Probe nötigen Charakteristik, beispielsweise der gewünschten Emissionsfrequenz, ausgebildet sein und damit zur optimalen Beleuchtung der Probe, beispielsweise für ein molekulardiagnostisches Verfahren, zur Verfügung stehen. Die indirekte Lichterzeugung durch die hier vorgestellte Vorrichtung erlaubt zudem, verschiedene Leuchtmittel mit der gleichen Quelle anzuregen. Das hat den Vorteil, dass gleichzeitig eine effiziente Lichtausbeute und dennoch feste Intensitätsverhältnisse zwischen den Kanälen möglich sind, wobei unter einem Kanal eine Kombination aus einem Anregungs- und einem Nachweisband eines Leuchtmittels verstanden werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Emissionscharakteristik eine Emission von Fluoreszenzlicht in einem ersten Frequenzband und die zweite Emissionscharakteristik eine Emission von Fluoreszenzlicht in einem von dem ersten Frequenzband unterschiedlichen zweiten Frequenzband umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Leuchtmittel und zusätzlich oder alternativ bei dem zweiten Leuchtmittel um eine Phosphorschicht handeln, zum Beispiel aus anorganischen, hochreinen Oxiden oder Sulfiden, in deren Kristallgitter Störstellen eingebracht wurden. Dabei können die Leuchtmittel zum Beispiel spektral auf die gewünschten Anregungsbänder abgestimmt sein, sodass zum Beispiel das erste Leuchtmittel Fluoreszenzlicht in einem ersten Frequenzband und das zweite Leuchtmittel Fluoreszenzlicht in einem zweiten Frequenzband emittieren kann. Beispielsweise können schmalbandige Emitter eingesetzt werden, die zum Beispiel eine Emission bei 540 nm und eine Halbwertsbreite (kurz „FWHM“) von ca. 45 nm oder eine Emission bei 635 nm und eine Halbwertsbreite von ca. 45 nm aufweisen. Vorteilhafterweise kann durch die Einschränkung des Fluoreszenzlichts auf ein vorbestimmtes Frequenzband annähernd das gesamte Fluoreszenzlicht auf die Probe geleitet werden, wodurch hohe Lichtverluste, beispielsweise durch einen Bandpassfilter, vermieden werden können. Bei optimaler Anpassung des Leuchtmittels kann auf einen Bandpassfilter ganz verzichtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle als Halbleiterlichtquelle oder als OLED ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Halbleiterlichtquelle um eine LED oder eine Laserdiode handeln. Weiterhin können beispielsweise in der hier vorgestellten Vorrichtung auch zukünftige Halbleiterlichtquellen, wie zum Beispiel µLEDs, zum Einsatz kommen. Vorteilhafterweise können halbleiterbasierte Lichtquellen ein breites Spektrum umfassen, wie dies beispielsweise bei weiß leuchtenden LEDs der Fall ist, und zusätzlich oder alternativ eine hohe Strahlendichte aufweisen, die zum Beispiel auch bei Laserbeamern oder Laserscheinwerfern Anwendung findet. Dabei kann zum Beispiel bei Anregung des ersten Leuchtmittels oder des zweiten Leuchtmittels mit einer fokussierten Laserdiode Fluoreszenzlicht mit sehr hoher Strahldichte erzeugt werden, wodurch vorteilhafterweise eine sehr effiziente und kompakte Kollimation ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erste Leuchtmittel und zusätzlich oder alternativ das zweite Leuchtmittel eine Quantenpunktschicht umfassen. Dabei kann die Quantenpunktschicht, die auch als Quantendotfilm bezeichnet werden kann, beispielsweise auf eine feste Grundsubstanz aufgedruckt und matrixweise ausgeführt werden. Im Kontext der hier vorgestellten Vorrichtung sind neuartige Phosphore auf Basis von Quantenpunkten besonders vorteilhaft, da diese nahezu maßgeschneiderte Emissionsspektren ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Wechseleinrichtung ein verschiebbares zusätzlich oder alternativ drehbares Wechselelement zum Bewegen des ersten Leuchtmittels oder alternativ des zweiten Leuchtmittels in das Anregungslicht umfassen. Beispielsweise können das erste Leuchtmittel und das zweite Leuchtmittel sowie gegebenenfalls weitere Leuchtmittel in einer beliebigen Anzahl nebeneinander auf dem Wechselelement angeordnet sein. Bei einer Verwendung von beispielsweise vier Leuchtmitteln können diese zum Beispiel auf einem als quadratisches Phosphorfeld ausgeformten Wechselelement angeordnet sein. Das Wechselelement, das auch als Träger bezeichnet werden kann, kann zum Beispiel durch einen geeigneten Aktor verschiebbar ausgebildet sein. Dabei kann beispielsweise ein elektrostatischer oder mikromechanischer Aktor oder eine Formgedächtnislegierung eingesetzt werden. Alternativ zu einem quadratisch ausgeformten Träger können die Leuchtmittel zum Beispiel auf einem linearen Schieber, einem Rad oder einem Polygon realisiert werden. Vorteilhafterweise kann durch das Wechselelement jeweils das gewünschte Leuchtmittel unter den Fokus des Anregungslichts gebracht werden, wodurch flexibel jeweils das Leuchtmittel verwendet werden kann, das eine optimale Emissionscharakteristik für die Untersuchung der vorliegenden Probe aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Wechseleinrichtung mindestens einen mechanisch verstellbaren Spiegel zum Lenken des Anregungslichts auf das erste Leuchtmittel oder alternativ auf das zweite Leuchtmittel umfassen. Der verstellbare Spiegel kann zum Beispiel mittels einer Achse beweglich montiert sein, sodass er in verschiedenen Neigungswinkeln positioniert werden kann. Beispielsweise kann es sich um einen mikromechanischen Spiegel handeln. So kann beispielsweise ein von der Lichtquelle ausgehender und fokussierter Strahl des Anregungslichts, beziehungsweise ein Anregungslaserstrahl, auf den verstellbaren Spiegel gelenkt werden, wobei der Brennpunkt des Anregungslichts je nach Stellung des verstellbaren Spiegels zum Beispiel auf das erste Leuchtmittel oder auf das zweite Leuchtmittel gelenkt werden kann. Über einen ähnlichen Strahlengang rückwärts kann zum Beispiel das vom ersten oder vom zweiten Leuchtmittel abgegebene Fluoreszenzlicht ebenfalls über den verstellbaren Spiegel in Richtung der zu untersuchenden Probe gelenkt werden. Vorteilhafterweise kann durch einen mechanisch verstellbaren Spiegel die Auswahl eines Leuchtmittels auf einfache und kostengünstige Weise erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann an dem ersten Leuchtmittel eine erste Leuchtmittellinse und an dem zweiten Leuchtmittel eine zweite Leuchtmittellinse angeordnet oder anordenbar sein. Dabei kann es sich bei der ersten Leuchtmittellinse und der zweiten Leuchtmittellinse zum Beispiel um Linsen aus einem Kunststoff handeln, die ausgebildet sind, um das Anregungslicht zu fokussieren und zusätzlich oder alternativ das Fluoreszenzlicht zu kollimieren. Beispielsweise kann bei Verwendung eines mechanisch verstellbaren Spiegels in der hier vorgestellten Vorrichtung eine hinreichende räumliche Trennung erreicht werden, indem das Anregungslicht mit relativ langer Brennweite auf die Leuchtmittel fokussiert werden kann. Insbesondere in diesem Fall kann eine Anordnung von Linsen über den einzelnen Leuchtmittel vorteilhaft sein, um das Anregungslicht zu fokussieren und das abgestrahlte Fluoreszenzlicht zu kollimieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens eine weitere Lichtquelle aufweisen, wobei die Lichtquelle ausgebildet sein kann, um Anregungslicht zum Anregen des ersten Leuchtmittels bereitzustellen und die weitere Lichtquelle ausgebildet sein kann, um Anregungslicht zum Anregen des zweiten Leuchtmittels bereitzustellen. Dabei kann insbesondere die Lichtquelle mit einem gleichen radialen Abstand zu einer Achse einer optischen Komponente der Vorrichtung angeordnet sein wie die weitere Lichtquelle. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Leuchtmittel mit einem gleichen Abstand zu einer weiteren Achse einer weiteren optischen Komponente der Vorrichtung angeordnet sein wie das zweite Leuchtmittel. Beispielsweise kann die Anzahl der verwendeten Lichtquellen, bei denen es sich beispielsweise um Laserdioden handeln kann, der Anzahl der verwendeten Leuchtmittel entsprechen, wobei jeweils einer Lichtquelle ein Leuchtmittel zugeordnet oder zuordenbar sein kann. Die Lichtquellen können beispielsweise durch eine Steuereinrichtung der Wechseleinrichtung angesteuert werden, sodass durch gezieltes Einschalten einzelner Dioden unterschiedliche Leuchtmittel angeregt werden können. So kann beispielsweise durch Einschalten der Lichtquelle das erste Leuchtmittel angeregt werden und durch Einschalten der weiteren Lichtquelle kann das zweite Leuchtmittel angeregt werden. Vorteilhafterweise kann dadurch auf bewegliche Elemente der Wechseleinrichtung verzichtet werden, was Verschleißerscheinungen innerhalb der Vorrichtung mindern und somit Betriebskosten einsparen kann.
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Zudem kann die Vorrichtung einen Farbfilter und zusätzlich oder alternativ Bandpassfilter zum Filtern des Fluoreszenzlichts umfassen. Der Farbfilter oder der Bandpassfilter kann zum Beispiel zwischen den Leuchtmitteln und einer Probenkammer beziehungsweise zwischen einem dichroitischen Spiegel und der Probenkammer angeordnet sein. So kann zum Beispiel in dem Fall, dass das Spektrum des konvertierten Lichts noch nicht vollständig geeignet für die Anwendung ist, dieses Spektrum vorteilhafterweise noch durch einen Multibandpassfilter eingeschränkt werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um einen dielektrischen Interferenzfilter handeln, der zum Beispiel für jeden Anregungskanal ein definiertes Transmissionsband aufweisen kann. Zudem kann ein Bandpassfilter beispielsweise ausgebildet sein, um auch Anregungslicht herauszufiltern. Eine Alternative zu einem Interferenzfilter kann beispielsweise der Einsatz eines Farbglases bieten. Dieses kann zum Beispiel in einer sehr kompakten Anordnung der Vorrichtung vorteilhaft sein, bei der die Leuchtmittel möglichst nah an der zu beleuchtenden Probe angeordnet sind, zum Beispiel in einer Lab-on-Chip-Kartusche. Hierbei kann vorteilhafterweise ein Farbglas eingesetzt werden, um zum Beispiel die Anregungswellenlänge zu unterdrücken. Durch die zuvor beschriebene Vorauswahl des Leuchtmittels können die Lichtverluste durch eine solche zusätzliche Filterung minimal gehalten und das Frequenzband des Fluoreszenzlichts optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens ein Strahlformungselement zum Kollimieren oder Fokussieren des Anregungslichts und zusätzlich oder alternativ zum Kollimieren, Fokussieren oder Aufweiten des Fluoreszenzlichts aufweisen. Dabei können das erste Leuchtmittel und das zweite Leuchtmittel ausgebildet sein, um Anregungslicht auf einer Anregungslichtseite von dem ersten Leuchtmittel oder dem zweiten Leuchtmittel aufzunehmen und Fluoreszenzlicht auf einer der Anregungslichtseite gegenüberliegend angeordneten Fluoreszenzlichtseite des ersten oder des zweiten Leuchtmittels abzugeben. Bei dem Strahlformungselement kann es sich zum Beispiel um eine Linse oder ein Prisma handeln, wodurch zum Beispiel das Anregungslicht auf ein Leuchtmittel oder das Fluoreszenzlicht auf eine Probenkammer fokussiert werden kann. Beispielsweise kann eine Linse in der Nähe der Lichtquelle angeordnet sein, um das Anregungslicht zu kollimieren und zusätzlich oder alternativ kann eine Linse vor dem ersten Leuchtmittel und zusätzlich oder alternativ dem zweiten Leuchtmittel angeordnet sein, um sowohl das Anregungslicht zu fokussieren, als auch das Fluoreszenzlicht zu kollimieren. Dabei können einer besonders kompakten Ausführungsform der Vorrichtung beispielsweise auf die indirekte Beleuchtung der Leuchtmittel durch einen dichroitischen Spiegel verzichtet werden, indem das erste Leuchtmittel und zusätzlich oder alternativ das zweite Leuchtmittel ausgebildet sind, um auf der Anregungslichtseite durch das Anregungslicht angeregt zu werden und infolgedessen Fluoreszenzlicht auf der Fluoreszenzlichtseite abzugeben. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine platzsparende und kostengünstige Anordnung zu ermöglichen, bei der die Lichtquelle möglichst nah an der zu untersuchenden Probe angeordnet sein kann. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, ein Strahlformungselement, wie beispielsweise eine Linse, zwischen der Lichtquelle und dem Leuchtmittel anzuordnen, um das Anregungslicht zu fokussieren, und ein weiteres Strahlformungselement, beispielsweise eine weitere Linse, zwischen dem Leuchtmittel und der Probe anzuordnen, um das Fluoreszenzlicht zu kollimieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung zum Detektieren von zumindest einem Teil des Anregungslichts zusätzlich oder alternativ des Fluoreszenzlichts aufweisen. Wenn zum Beispiel ein dichroitischer Spiegel sowie ein Multibandpassfilter in der Vorrichtung eingesetzt sind, dann kann beispielsweise die an dem Filter reflektierte, ansonsten aber nicht benötigte Strahlung über den dichroitischen Spiegel auf die Sensoreinrichtung gelenkt werden, bei der sich zum Beispiel um eine Monitordiode handeln kann. Mittels der Sensoreinrichtung beziehungsweise anhand der von der Sensoreinrichtung empfangenen Lichtquellen kann vorteilhafterweise die Leistung der Quelle überwacht werden.
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Zudem wird ein Verfahren zum Konvertieren von Licht unter Verwendung einer Variante der zuvor vorgestellten Vorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens von Anregungslicht mittels einer Lichtquelle umfasst und einen Schritt des Bewegens des ersten Leuchtmittels und zusätzlich oder alternativ Lenken des Anregungslichts auf das erste Leuchtmittel. Unter einem Bewegen des Leuchtmittels in das Anregungslicht kann vorzugsweise auch ein Bewegen des Leuchtmittels in einen vorgesehenen Strahlengang des Anregungslichts verstanden werden. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt des Ausgebens von Fluoreszenzlicht durch das erste Leuchtmittel oder alternativ durch das zweite Leuchtmittel, um Licht zu konvertieren. In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Bewegen auch ein Bewegen eines zweiten Leuchtmittels beziehungsweise ein Lenken des Anregungslichts auf das zweite Leuchtmittel, wie oben zur Vorrichtung beschrieben.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 2 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz;
- 3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz;
- 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz;
- 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit einem Bandpassfilter;
- 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit einem Bandpassfilter;
- 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung mit einer Sensoreinrichtung:
- 8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 11 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 13 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 14 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 15 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
- 16 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optischen Komponente der Vorrichtung;
- 17 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer weiteren optischen Komponente der Vorrichtung;
- 18 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines Ausführungsbeispiels; und
- 19 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die Vorrichtung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Lichtquelle 105, bei der es sich lediglich beispielhaft um eine Halbleiterlichtquelle (HLLQ) und spezifisch um eine Laserdiode handelt. In einem anderen Ausführungsbeispiel können auch eine oder mehrere LEDs oder OLEDs als Lichtquelle verwendet werden. Die Lichtquelle 105 ist ausgebildet, um Anregungslicht 110 bereitzustellen, das lediglich beispielhaft mittels eines ersten Strahlformungselements 115 kollimierbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Strahlformungselement als Linse ausgeformt. Das kollimierte Anregungslicht 110 der Halbleiterlichtquelle ist in diesem Ausführungsbeispiel über einen dichroitischen Spiegel 120 auf einen Wechselelement 125 fokussierbar. Auf dem Wechselelement 125, das auch als Träger oder verschiebbares Phosphorfeld bezeichnet werden kann, sind in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Leuchtmittel 130, ein zweites Leuchtmittel 132, ein drittes Leuchtmittel 134 und ein viertes Leuchtmittel 136 nebeneinander angeordnet, die jeweils auch als Phosphore bezeichnet werden können. Dabei ist das erste Leuchtmittel 130 mit einer ersten Emissionscharakteristik ausgebildet, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein erstes Frequenzband handelt. Entsprechend ist das zweite Leuchtmittel 132 mit einer zweiten Emissionscharakteristik ausgebildet, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein sich von dem ersten Frequenzband unterscheidendes zweites Frequenzband handelt. Das dritte Leuchtmittel 134 ist wiederum mit einer dritten Emissionscharakteristik ausgebildet, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein sich von dem ersten und dem zweiten Frequenzband unterscheidendes drittes Frequenzband handelt und das vierte Leuchtmittel 136 ist mit einer vierten Emissionscharakteristik ausgebildet, bei der es sich lediglich beispielhaft um ein sich von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Frequenzband unterscheidendes viertes Frequenzband handelt. Anders ausgedrückt sind auf dem Wechselelement 125 in diesem Ausführungsbeispiel vier verschiedene Leuchtstoffe angeordnet, die ausgebildet sind, um infolge einer Anregung durch das Anregungslicht 110 Fluoreszenzlicht 140 in jeweils unterschiedlichen Frequenzbändern bereitzustellen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der Leuchtmittel variieren, sodass die Vorrichtung beispielsweise nur das erste Leuchtmittel und das zweite Leuchtmittel oder auch eine beliebige höhere Anzahl von beispielsweise acht Leuchtmitteln umfassen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wechselelement 125 ausgebildet, um durch eine Wechseleinrichtung 150, beziehungsweise durch einen geeigneten Aktor, elektrostatisch verschoben zu werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verschieben beispielsweise mikromechanisch oder mittels einer Formgedächtnislegierung durchgeführt werden. Durch das Verschieben des Wechselelements 125 ist jeweils der gewünschte Phosphor unter den Fokus des von dem dichroitischen Spiegel 120 reflektierten Anregungslichts 110 positionierbar. Hierfür ist in diesem Ausführungsbeispiel das Anregungslicht 110 durch ein als Linse ausgeformtes zweites Strahlformungselement 155 weiter fokussierbar, um lediglich beispielhaft ausschließlich das erste Leuchtmittel 130 anzuregen. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine zwischen dem zweiten Strahlformungselement 155 und dem Wechselelement 125 angeordnete Blende 160. Sie verhindert in diesem Ausführungsbeispiel die Anregung des zweiten Leuchtmittels 132, des dritten Leuchtmittels 134 und des vierten Leuchtmittels 136. Mit anderen Worten blockiert die Blende 160 einerseits die Beleuchtung der Nachbarphosphore durch gestreutes Anregungslicht, anderseits auch deren Fluoreszenzlicht. Gegebenenfalls an dem ersten Leuchtmittel 130 oder anderen Komponenten gestreutes Anregungslicht 110 ist durch den bereits erwähnten dichroitischen Spiegel 120 zurückhaltbar.
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In der hier gezeigten Darstellung ist entsprechend ausschließlich das erste Leuchtmittel 130 angeregt, das folglich Fluoreszenzlicht 140 ausgibt, das durch das zweite Strahlformungselement 155 kollimiert und durch den für das Fluoreszenzlicht 140 durchlässigen dichroitischen Spiegel 120 auf eine Probenkammer 165 mit einer darin angeordneten molekulardiagnostisch zu untersuchenden Probe 170 gerichtet ist. Um das Spektrum des Fluoreszenzlichts 140, das auch als konvertiertes Licht bezeichnet werden kann, noch weiter einzuschränken umfasst die Vorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich einen Bandpassfilter 175, der lediglich beispielhaft als Multibandpassfilter ausgebildet und zwischen dem dichroitischen Spiegel 120 und der Probenkammer 165 angeordnet ist. Bei dem Bandpassfilter 175 handelt es sich lediglich beispielhaft um einen dielektrischen Interferenzfilter, der für jeden Anregungskanal ein definiertes Transmissionsband aufweist. Insgesamt ist darauf zu achten, dass die Emissionsspektren der Phosphore in den Transmissionsbereichen nicht überlappen, also in jedem Transmissionsbereich nur ein Phosphor Licht liefert.
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Besonders vorteilhaft sind auf für den Einsatz in hier vorgestellten Ausführungsbeispielen schmalbandige Emitter, beispielsweise auf der Basis von SrGa2S4:Eu2+ (Emission bei 540nm, FWHM ca.45nm) oder Ba0.8Sr0.2Mg3SiN4:Eu (Emission bei 635nm, FWHM ca.45nm). Besonders vorteilhaft können Quantendots sein, weil hier schmalbandige Emissionsbanden mit der gewünschten Wellenlänge eingestellt werden können. Die Anregungsbänder sind meistens sehr breit, beispielsweise erfolgt eine Anregung bei 405nm oder bei ca.450nm.
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Obwohl das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung 100 mit zwei Leuchtmitteln 130 und 132 zeigt, ist es jedoch auch denkbar, in einem weiteren Ausführungsbeispiel lediglich ein Leuchtmittel zu verwenden, ohne dass die Funktionalität oder die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes beeinträchtigt sein können.
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2 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements 125 zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz. Das hier dargestellte Wechselelement 125 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 1 beschriebenen Wechselelement, mit dem Unterschied, dass in diesem Ausführungsbeispiel das erste Leuchtmittel 130, das zweite Leuchtmittel 132, das dritte Leuchtmittel 134 und das vierte Leuchtmittel 136 linear übereinander angeordnet sind. Entsprechend kann das Wechselelement 125 in diesem Ausführungsbeispiel auch als linearer Schieber oder als verschiebbares Phosphorfeld bezeichnet werden.
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3 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements 125 zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz. Das hier dargestellte Wechselelement 125 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1 und 2 beschriebenen Wechselelement, mit dem Unterschied, dass in diesem Ausführungsbeispiel das erste Leuchtmittel 130, das zweite Leuchtmittel 132, das dritte Leuchtmittel 134 und das vierte Leuchtmittel 136 auf einem kreisförmigen Träger nebeneinander angeordnet sind. Entsprechend kann das Wechselelement 125 in diesem Ausführungsbeispiel auch als Rad oder Phosphorrad bezeichnet werden.
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4 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wechselelements 125 zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem hier vorgestellten Ansatz. Das hier dargestellte Wechselelement 125 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1, 2 und 3 beschriebenen Wechselelement, mit dem Unterschied, dass in diesem Ausführungsbeispiel das erste Leuchtmittel 130, das zweite Leuchtmittel 132, das dritte Leuchtmittel 134 und das vierte Leuchtmittel 136 jeweils mit einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Entsprechend kann das Wechselelement 125 in diesem Ausführungsbeispiel auch als Polygon oder Phosphorpolygon bezeichnet werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 mit einem Bandpassfilter 175. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in 1 beschriebenen Vorrichtung. In der hier gezeigten Darstellung ist noch einmal das Spektrum der Strahlung im jeweiligen Strahlengang verdeutlicht, angefangen mit einer schmalbandigen Laserlinie des Anregungslichts 110, die auf das erste Leuchtmittel 130 gelenkt ist und deren Frequenzbandbreite 500 in einem Diagramm 502 dargestellt ist. Das Fluoreszenzlicht 140, beziehungsweise die von dem Leuchtstoff emittierende Fluoreszenz, weist ein erstes Frequenzband 505 auf und trifft gemeinsam mit gestreutem Laserlicht auf den dichroitischen Spiegel 120, der letzteres aufgrund dessen Frequenzbandbreite 500 zurückhält. Durch den Bandpassfilter 175 ist die verbleibende Strahlung dann auf vordefinierte Wellenlängengrenzen zuschneidbar. Dabei sind die Transmissionseigenschaften des in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Bandpassfilters 175 in einem Diagramm 507 dargestellt. Der Bandpassfilter 175 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um einen Teil des Fluoreszenzlichts 140 zu blockieren, so dass auf einer dem dichroitischen Spiegel 120 gegenüberliegenden Seite des Bandpassfilters 175 das Fluoreszenzlicht 140 ein verjüngtes erstes Frequenzband 510 aufweist.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 mit einem Bandpassfilter 175. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den 1 und 5 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass in dieser Darstellung das Wechselelement 125 verschoben und damit das zweite Leuchtmittel 132 im Fokus des Anregungslichts 110 ist. Das von dem zweiten Leuchtmittel 132 emittierende Fluoreszenzlicht 140 weist ein zweites Frequenzband 600 auf, dass durch den dichroitischen Spiegel 120 auf den Bandpassfilter 175 trifft. Der Bandpassfilter 175 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um einen Teil des Fluoreszenzlichts 140 zu blockieren, so dass auf einer dem dichroitischen Spiegel 120 gegenüberliegenden Seite des Bandpassfilters 175 das Fluoreszenzlicht 140 ein verjüngtes zweites Frequenzband 610 aufweist. Mit anderen Worten illustrieren die in 5 und 6 gezeigten Darstellungen, wie mittels der in 1 beschriebenen Wechseleinrichtung zwei Anregungsbänder durch Verschieben des Phosphorträgers gewechselt werden können.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 mit einer Sensoreinrichtung 700. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den 1, 5 und 6 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Vorrichtung 100 zusätzlich zu den in den vorangegangenen 1, 5 und 6 beschriebenen Komponenten eine Sensoreinrichtung 700 aufweist. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei der Sensoreinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel um eine Monitordiode. Die Vorrichtung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die am Bandpassfilter 175 reflektierte, ansonsten nicht benötigte Strahlung 705 des Fluoreszenzlichts 140 über den dichroitischen Spiegel 120 auf die Sensoreinrichtung 700 zu lenken. Der dichroitische Spiegel 120 ist lediglich beispielhaft bei diesen Wellenlängen zwar durchlässig, die intrinsische Fresnel-Reflexion an seiner Rückseite ist jedoch ausreichend, um ein Umlenken der reflektierten Strahlung 705 auf die Sensoreinrichtung 700 zu bewirken.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann anstelle des dichroitischen Spiegels (DS) ein Multipassfilter (MPF) eingesetzt sein, der so ausgelegt ist, dass er unter 45° die gewünschten Transmissionsbänder zeigt. Dies würde den dichroitischen Spiegel und den Bandpassfilter in ein Bauteil vereinen.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den 1, 5, 6 und 7 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Lichtquelle 105, das Wechselelement 125 und die Probenkammer 165 sequentiell zueinander angeordnet sind und die Fluoreszenzstrahlung der dem Anregungslicht abgewandten Seite des Leuchtmittels genutzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Anregungslicht 110 mittels eines Linsen-förmigen ersten Strahlformungselements 105 fokussiert und regt lediglich beispielhaft das zweite Leuchtmittel 132 auf dem lediglich beispielhaft als linearer Schieber ausgebildeten Wechselelements 125 an. Das zweite Leuchtmittel 132 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, beispielsweise als Quantenpunktschicht, um Anregungslicht 110 auf einer Anregungslichtseite 800 aufzunehmen und Fluoreszenzlicht 140 auf einer der Anregungslichtseite 800 gegenüberliegend angeordneten Fluoreszenzlichtseite 805 des ersten oder des zweiten Leuchtmittels abzugeben. Eine Blende 160 verhindert in diesem Ausführungsbeispiel ein mögliches ausgeben von weiteren Fluoreszenzlicht durch das erste Leuchtmittel 130 und/oder das dritte Leuchtmittel 134. Die hier dargestellte Variante sieht vor, mit dem Phosphor möglichst nah an die Probenkammer 165 heranzugehen und das konvertierte Licht ohne weitere Kollimation oder Fokussierung in die Probe zu leiten. Da Interferenzfilter in diesem Ausführungsbeispiel wegen ihrer Winkelabhängigkeit nicht mehr einsetzbar sind, ist lediglich beispielhaft ein Farbfilter 810 zwischen der Blende 160 unter Probenkammer 165 angeordnet, bei dem es sich lediglich beispielhaft um ein Farbglas handelt. Der Farbfilter 810 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Anregungswellenlänge des Anregungslichts 110 zu unterdrücken. Die Spektren des Fluoreszenzlichts 140 sind hingegen allein durch die Emissionseigenschaften der Phosphore definiert.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 8 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die Anordnung der einzelnen Komponenten noch kompakter und die Ausführung der Vorrichtung 100 damit noch minimalistischer ist. Anstelle des in 1 und 8 beschriebenen zweiten Strahlformungselements, ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich eine weitere Blende 900 zwischen der Lichtquelle 105 und dem Wechselelement 125 eingesetzt. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei der Lichtquelle 105 um eine LED. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Licht der Halbleiterquelle nicht mehr durch optische Elemente, beziehungsweise allenfalls durch eine integrierte Primäroptik des Diodenpackage, formbar. Dabei sitzt die Lichtquelle 105 möglichst dicht am Phosphor und dieser wiederum möglichst dicht an der Probenkammer 165. Dieses sehr einfache und kompakte Konzept eignet sich als Low-Cost-Lösung. Blenden, vorzugsweise vor und hinter dem Phosphorträger sind hier wichtig.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 8 und 9 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass ein erstes Strahlformungselement 115 zwischen der Lichtquelle 105 und der weiteren Blende 900 angeordnet ist, sowie ein zweites Strahlformungselement zwischen der Blende 160 und einem vor der Probenkammer 165 angeordneten Bandpassfilter 175. In diesem Ausführungsbeispiel ist das in Transmission konvertierte Licht kollimiert, wodurch wieder ein Interferenzfilter als Multibandpass einsetzbar ist. Dies ermöglicht eine homogenere Beleuchtung der Probenkammer 165 als in den in den 8 und 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen. Der Aufbau ist jedoch vergleichsweise komplex und justageintensiv verglichen mit dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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11 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 1, 5, 6 und 7 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass die in 1 beschriebene Wechseleinrichtung in diesem Ausführungsbeispiel einen mechanisch verstellbaren Spiegel 1100 umfasst. Der verstellbare Spiegel 1100 ist nahe des in diesem Ausführungsbeispiel unbeweglichen Wechselelements 125 angeordnet und ausgebildet, um das Anregungslicht 110 auf das erste Leuchtmittel 130 und/oder das zweite Leuchtmittel 132 und/oder das dritte Leuchtmittel 134 und/oder das vierte Leuchtmittel 136 zu lenken. Mit anderen Worten haben die bisherigen Ausführungen sich auf eine mechanische Verschiebung der Phosphore gegenüber der übrigen Optik konzentriert. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines mechanisch verstellbaren Spiegels 1100, um den Anregungslaserstrahl auf verschiedene Phosphore zu lenken. Die hier gezeigte Figur illustriert dies, indem ein fokussierter Strahl auf den verstellbaren Spiegel 110 gelenkt ist, wobei der Brennpunkt je nach Stellung des Spiegels auf einem der Phosphorfelder liegt. Über denselben Strahlengang rückwärts bis zum dichroitischen Spiegel 120 ist auch das Fluoreszenzlicht 140 wieder kollimierbar.
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12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 11 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass der verstellbare Spiegel 1100 in der hier gezeigten Darstellung einen anderen Neigungswinkel einnimmt. Das Anregungslicht 110 ist dadurch auf das vierte Leuchtmittel 136 fokussiert.
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13 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 11 und 12 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass an dem ersten Leuchtmittel 130 eine erste Leuchtmittellinse 1300 angeordnet ist. Die erste Leuchtmittellinse 1300 ist lediglich beispielhaft ausgebildet, um das Anregungslicht 110, beziehungsweise das über den verstellbaren Spiegel 1100 geleitete Laserlicht, auf das erste Leuchtmittel 130 zu fokussieren. Um eine hinreichende räumliche Trennung zu erreichen, ist das Anregungslicht 110 mit relativ langer Brennweite auf die Phosphorfelder fokussiert. Dabei ist der Strahl des Anregungslichts 110 kollimiert, um einen möglichst großen Teil des konvertierten Lichts nutzbar zu machen.
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Entsprechend der ersten Leuchtmittellinse 1300 sind in diesem Ausführungsbeispiel an dem zweiten Leuchtmittel 132 eine zweite Leuchtmittellinse 1305, an dem dritten Leuchtmittel 134 eine dritte Leuchtmittellinse 1310 und an dem vierten Leuchtmittel 136 eine vierte Leuchtmittellinse 1315 angeordnet. Über den Phosphorfeldern ist damit eine Anordnung von Linsen, beziehungsweise ein Linsen-Array, angeordnet, die das Laserlicht auf den jeweils benötigten Phosphor fokussiert und das abgestrahlte Fluoreszenzlicht 140 kollimiert.
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14 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in den vorangegangenen 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass neben der Lichtquelle 105 in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Lichtquelle 1400 angeordnet ist. Dabei handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel sowohl bei der Lichtquelle 105 als auch bei der weiteren Lichtquelle 1400 um Laserdioden. Die Anzahl der in der Vorrichtung 100 verwendeten Laserdioden entspricht der Anzahl der verwendeten Leuchtmittel. Entsprechend sind in diesem Ausführungsbeispiel auch eine dritte Lichtquelle 1405 und eine vierte Lichtquelle 1410 nahe der Lichtquelle 105 und der weiteren Lichtquelle 1400 angeordnet. Dabei ist lediglich beispielhaft die Lichtquelle 105 ausgebildet um Anregungslicht 110 für das erste Leuchtmittel 130 bereitzustellen, während die weitere Lichtquelle 1400 ausgebildet ist, um Anregungslicht 110 für das zweite Leuchtmittel bereitzustellen. Des Weiteren ist mittels der dritten Lichtquelle 1405 Anregungslicht 110 für das dritte Leuchtmittel bereitstellbar und mittels der vierten Lichtquelle 1410 Anregungslicht 110 für das vierte Leuchtmittel 136. Die Auswahl der geeigneten Lichtquelle erfolgt lediglich beispielhaft mittels einer Steuereinrichtung 1420 der in 1 beschriebenen Wechseleinrichtung. In der hier gezeigten Darstellung ist die weitere Lichtquelle 1400 eingeschaltet und das von ihr ausgehende Anregungslicht 110 ist mittels des dichroitischen Spiegels 120 auf das zweite Leuchtmittel 132 gelenkt. In diesem Ausführungsbeispiel kommt die Vorrichtung 100 also völlig ohne bewegliche Teile aus. Als Primärquelle dient eine Anordnung mehrerer Halbleiterquellen, in diesem Fall besonders bevorzugt Laserdioden, für jeden zu verwendenden Phosphor mindestens eine. Über die das erste Strahlformungselement 115 und das zweite Strahlformungselement 155 wird die Ausgangsapertur jeder Diode auf dem entsprechenden Phosphor abgebildet, so dass durch gezieltes Einschalten einzelner Dioden unterschiedliche Phosphore angeregt werden.
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15 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100. Die hier dargestellte Vorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 14 beschriebenen Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass in der hier gezeigten Darstellung die Lichtquelle 105 eingeschaltet ist, die das erste Leuchtmittel 130 anregt. Dabei kollimiert das als Linse ausgebildete zweite Strahlformungselement 155 das Fluoreszenzlicht 140 Richtung des dichroitischen Spiegels 120, der auch als Strahlteiler bezeichnet werden kann, und des Bandpassfilters 175. Es ist zu beachten, dass in diesem Ausführungsbeispiel verschiedene Punktquellen in der Brennebene der besagten Linse zu unterschiedlich geneigten Achsen der kollimierten Strahlbündel führen. Dies hat Auswirkungen auf die Transmissionseigenschaften des Filters und gegebenenfalls die Ausleuchtung der Probe. Beide Effekte sind durch geeignete Anordnungen, wie sie in den nachfolgenden 16 und 17 beschrieben werden, minimierbar.
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16 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optischen Komponente 1600 der Vorrichtung 100. Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, wie es in den vorangegangenen 14 und 15 beschrieben wurde, ist es für ein einheitliches Wirken des Filters vorteilhaft, wenn alle Laserquellen und Phosphorfelder jeweils den gleichen Abstand zu einer optischen Achse des Abbildungssystems haben und damit die kollimierten Strahlbündel den gleichen Winkel zur Oberflächennormalen des Filters. Entsprechend sind in diesem Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 105, die weitere Lichtquelle 1400, die dritte Lichtquelle 1405 und die vierte Lichtquelle 1410 radial gleichmäßig um eine Achse der in dieser Figur abgebildeten optischen Komponente 1600 angeordnet.
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17 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer weiteren optischen Komponente 1700 der Vorrichtung 100. in diesem Ausführungsbeispiel sind das Leuchtmittel 130, das zweite Leuchtmittel 132, das dritte Leuchtmittel 134 und das vierte Leuchtmittel 136 radial gleichmäßig um eine weitere Achse 1705 Decke dargestellten weiteren optischen Komponente 1700 angeordnet. Lediglich beispielhaft ist dabei jedes der Leuchtmittel 130,132,134 und 136 dreifach und mit einem jeweils gleichen Abstand zueinander vorhanden. Für eine zwischen den Kanälen vergleichbare Ausleuchtung der Probe ist es vorteilhaft, wenn pro Kanal mehrere identische Phosphorfelder mit einer gewissen azimutalen Symmetrie um die Achse herum angeordnet sind.
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18 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1800 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das Verfahren 1800 umfasst einen Schritt 1805 des Bereitstellens von Anregungslicht mittels einer Lichtquelle und einen Schritt 1810 des Bewegens des ersten Leuchtmittels oder alternativ des zweiten Leuchtmittels in das Anregungslicht oder in den vorgesehenen Strahlengang des Anregungslichts. Zusätzlich oder alternativ kann in einem anderen Ausführungsbeispiel in diesem Schritt ein Lenken des Anregungslichts auf das erste Leuchtmittel oder alternativ das zweite Leuchtmittel durchgeführt werden. Unter einem Bewegen 1810 des Leuchtmittels in das Anregungslicht kann vorzugsweise auch ein Bewegen des Leuchtmittels in einen vorgesehenen Strahlengang des Anregungslichts verstanden werden. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt nach dem Schritt 1810 des Bewegens ein Schritt 1815 des Ausgebens von Fluoreszenzlicht durch das erste Leuchtmittel oder alternativ durch das zweite Leuchtmittel, um Licht zu konvertieren.
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19 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergerätes 1900 zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einer hier vorgestellten Variante. Das Steuergerät 1900 umfasst eine Einheit 1905 zum Ansteuern eines Bereitstellens von Anregungslicht mittels einer Lichtquelle. Ferner umfasst das Steuergerät 1900 eine Einheit 1910 zum Ansteuern eines Bewegens des ersten Leuchtmittels oder alternativ des zweiten Leuchtmittels in das Anregungslicht und/oder eines Lenkens des Anregungslichts auf das erste Leuchtmittel oder alternativ das zweite Leuchtmittel. Zudem umfasst das Steuergerät 1900 eine Einheit 1915 zum Ansteuern eines Ausgebens von Fluoreszenzlicht durch das erste Leuchtmittel oder alternativ durch das zweite Leuchtmittel.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
