-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls, insbesondere zur Detektion des Detektionslichts in einem Konfokalmikroskop, mit einer Lochblende, einer Einrichtung zum dispersiven Aufspalten des Lichts und einer Detektoranordnung zur Detektion der unterschiedlichen Spektralbereiche, wobei die Detektoranordnung für die jeweiligen Spektralbereiche Detektoren mit unterschiedlichem Abstand zur Detektionsebene umfasst, wobei die Detektoranordnung Spiegelschieber zum Ablenken des spektral aufgespaltenen und aufgefächerten Strahls zu den jeweiligen Detektoren umfasst und wobei die Fokuslinien der jeweiligen Spektralbereiche auf den Spiegelflächen der Spiegelschieber liegen.
-
Vorrichtungen der gattungsbildenden Art sind seit Jahren aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft wird auf die
DE 199 02 625 A1 verwiesen, die eine gattungsbildende Vorrichtung zeigt. Dort wird das Detektionslicht in einem Konfokalmikroskop spektral aufgefächert und in Spektralbereiche aufgespalten. Der aufgefächerte und aufgespaltene Strahl wird über Spiegel zu Detektoren abgelenkt, wobei die Spiegel und/oder Detektoren kaskadiert angeordnet sind. Die Anordnung entsprechender Detektoren wird in der Praxis als Multibanddetektor bezeichnet.
-
Bei dem Multibanddetektor gemäß
DE 199 02 625 A1 handelt es sich entsprechend der Aufspaltung des Detektionslichts um einen mehrkanaligen, variabel farbselektiven Detektor. Ein solcher Detektor ist jedoch in der Praxis insoweit problematisch, als es damit nur für einen Kanal, d. h. für einen vorgegebenen Spektralbereich, möglich ist, die beste, lediglich von der Beugungsbegrenzung limitierte spektrale Auflösung zu erreichen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es im Rahmen der dort realisierten Ausblendung bzw. Umlenkung der unterschiedlichen Spektralbereiche nicht möglich ist, sämtliche Spiegeloberflächen und/oder Detektoren exakt in der Abbildungsebene zu positionieren.
-
Bei einem Konfokalmikroskop könnte es sich bei dem Detektionslicht um reflektiertes Licht oder um Fluoreszenzlicht handeln. Bei der Detektion des Detektionslichts wird dieses durch eine Lochblende gelenkt, aufgefächert und dispersiv aufgespalten. Die Lochblende wird in der Detektionsebene abgebildet. Diese Abbildung wurde bislang mit einem möglichst geringen Farblängsfehler realisiert. Entsprechend erhält man in der Abbildungsebene die beste spektrale Auflösung, jedoch nur dann, wenn der jeweilige Spiegel bzw. Detektor exakt in der Detektionsebene angeordnet ist. Ist eine Aufnahme mit mehreren Kanälen unterschiedlicher Spektralbereiche gewünscht, die sich in unterschiedlichen Ebenen bzw. in unterschiedlichen Abständen zum Fokus befinden, ist die spektrale Auflösung in diesen Kanälen erheblich schlechter.
-
Das Dokument
DD 274 689 A1 betrifft ein Autofokussystem für ein Auflichtmikroskop, bei dem eine Teststruktur
1 – ähnlich einer Blende – zwei unterschiedliche Wellenlängen passieren lässt, die auf ein Objekt
6 und von dort über halbdurchlässige Spiegel
4,
5 und ein bezüglich Farbfehlern unkorrigiertes Objektiv
7 auf ein Sensorelement
10 projiziert werden. Durch das unkorrigierte Objektiv
7 werden die Abbilder der Filterstruktur gemäß den unterschiedlichen Wellenlängen in verschiedenen Brennebenen des Objektivs
7 fokussiert. Die Elektrodenanordnung
10.3 des Sensorelements
10 ist komplementär zur Teststruktur
1 ausgebildet, wobei unter Zusammenwirken dieser Komponenten zur Fokussierung eine Differenzbildung des Intensitätssignals erfolgt. Entsprechend dem Intensitätssignal werden das Objekt
6 oder das Objekt
11 zum Fokussieren bewegt.
-
Aus dem Dokument
US 6 459 484 B1 ist ein konfokales Lasermikroskop vorbekannt, das eine Lochblende
46, mehrere Einrichtungen zum dispersiven Aufspalten des Lichts
39,
44 und eine Detektoranordnung
52a,
52b,
52c,
52d zur Detektion unterschiedlicher Spektralbereiche umfasst. Gemäß dem in
15 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner gezeigt, dass die Detektoranordnung Spiegelschieber
92,
93,
94 zum Ablenken des spektral aufgespaltenen, aufgefächerten Strahls zu den jeweiligen Detektoren umfasst. Bei dieser Vorrichtung ist problematisch, dass bei einer Aufnahme mit mehreren Kanälen unterschiedlicher Spektralbereiche zumindest in einigen Kanälen die Spektralauflösung nicht ausreichen hoch ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine mehrkanalige Detektion bei optimaler Auflösung mit einfachen Mitteln möglich ist.
-
Die voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die gattungsbildende Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines definierten Farblängsfehlers, so dass unterschiedliche Wellenlängenbereiche in unterschiedlichen Abbildungsebenen die jeweils beste spektrale Auflösung haben, wobei die Größe des Farblängsfehlers an eine vorgegebene Anordnung von Detektoren oder die Anordnung von Detektoren an einen vorgegebenen Farblängsfehler angepasst ist.
-
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass man die Auflösung in mehreren Kanälen dadurch verbessern kann, dass man für unterschiedliche Wellenlängebereiche unterschiedliche Detektionsebenen mit jeweils bester spektraler Auflösung generiert, die dann in den Kanälen optimal genutzt werden können. Des Weiteren ist erkannt worden, dass man dazu eine optische Einrichtung verwenden kann, die einen definierten Farblängsfehler erzeugt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dieser Einrichtung um ein ohnehin vorhandenes optisches Bauteil oder eine Gruppe von Bauteilen handeln kann, der der sonst zu vermeidende Farblängsfehler zuzuschreiben ist. Folglich muss es sich bei der Einrichtung keineswegs um ein separates Bauteil handeln. Es ist lediglich sicherzustellen, dass ein definierter Farblängsfehler auftritt, so dass es in Bezug auf die zu detektierenden Wellenlängenbereiche unterschiedliche Abbildungsebenen mit bester spektraler Auflösung gibt. Entsprechend ist die Größe des Farblängsfehlers, d. h. die Verschiebung des jeweiligen Fokus, an eine vorgegebene Anordnung von Detektoren oder ist die Anordnung von Detektoren an einen vorgegebenen Farblängsfehler anzupassen.
-
Im Konkreten kann es sich bei der Einrichtung zum Erzeugen des Farblängsfehlers um eine Linse handeln, die für Licht unterschiedlicher Spektralbereiche unterschiedliche Brennweiten hat. Die Größe des Farblängsfehlers könnte an die technischen Gegebenheiten, so beispielsweise an die Dimension und den Abstand der Detektoren bzw. Ausblendspiegel der verschiedenen Kanäle, angepasst sein.
-
Im Konkreten könnte es sich bei der den Farblängsfehler generierenden Linse um eine in Bezug auf den Farblängsfehler eigentlich „minderwertige” Bikonvexlinse handeln. So lässt sich der sonst zu vermeidende Farblängsfehler in idealer Weise zur gleichzeitigen Detektion mit unterschiedlichen Kanälen nutzen, sofern der Farblängsfehler an eine bestimmte Detektoranordnung oder die Detektoranordnung an einem vorgegebenen Farblängsfehler angepasst ist.
-
In erfindungsgemäßer Weise umfasst die Detektoranordnung, vorzugsweise entsprechend der Anzahl der Kanäle, Spiegelschieber zum Ablenken des spektral aufgespaltenen aufgefächerten Strahls zu den jeweiligen Detektoren. Dabei lassen sich Detektoranordnungen realisieren, wie sie beispielsweise aus der
DE 199 02 625 A1 bekannt sind. Entsprechend der Anpassung gemäß voranstehenden Ausführungen liegen die Fokuslinien der jeweiligen Spektralbereiche auf den Spiegelflächen der Spiegelschieber und werden von dort unmittelbar zu den Detektoren geleitet.
-
Bei Anwendung in einem Scanmikroskop ist es beispielsweise denkbar, einen 3-Kanal-Multibanddetektor zum Einsatz zu bringen. Einer der Kanäle könnte für den blauen, grünen oder den roten Spektralbereich ausgelegt sein. Die für die Ausblendung verantwortliche Spiegelanordnung könnte dann so gewählt werden, dass die Fokuslinien für die jeweiligen Farbkanäle stets auf den Spiegeloberflächen der Spiegelschieber liegen, so dass sich eine optimale spektrale Auflösung in den jeweiligen Spektralbereichen ergibt.
-
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
-
1 in einer schematischen Darstellung, teilweise, den Detektionsstrahlengang in einem Konfokalmikroskop von der Lochblende bis zur Detektionsebene,
-
2 in einer schematischen Darstellung den Versatz der Spiegelflächen der Spiegelschieber bei nahezu einheitlicher Detektionsebene aufgrund unwesentlicher Farblängsfehler und
-
3 in einer schematischen Darstellung unterschiedlich fokussierte Spektralbereiche aufgrund eines definierten Farblängsfehlers, angepasst auf die Position der Spiegelflächen zum Ausblenden der Spektralbereiche.
-
Gemäß der Darstellung in 1 ist ein Teil des Detektionsstrahlengangs gezeigt, wobei das Detektionslicht 1 an einer Lochblende 2 aufgefächert wird. Von der Lochblende 2 aus verläuft der divergente Lichtstrahl 3 durch die Fokussieroptik 4, die hier als Linse dargestellt ist. Der Fokussieroptik 4 folgt ein Prisma 5. Dem Prisma 5 ist abermals eine Fokussieroptik 4 in Form einer Linse nachgeschaltet. Der Lichtstrahl wird auf die Detektionsebene 6 fokussiert.
-
2 lässt deutlich erkennen, dass bei kaskadierter Anordnung der zum Ausblenden und Detektieren vorgesehenen Ausblendspiegel 7 stets nur einer der Ausblendspiegel 7 im Fokus des jeweils zu detektierenden Kanals liegt, nämlich dann, wenn sämtliche zu detektierende Wellenlängebereiche tatsächlich zumindest weitgehend auf der gleichen Abbildungsebene liegen. Die spektrale Auflösung ist dort optimal, wo der jeweilige Spektralbereich exakt auf die Ebene des Ausblendspiegels 7, d. h. auf die entsprechende Detektionsebene bzw. Abbildungsebene 9 fokussiert ist.
-
Gemäß der Darstellung in 3 ist bewusst ein Farblängsfehler hervorgerufen, nämlich durch Verwendung einer entsprechend „minderwertigen” Linse 8. An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich der Farblängsfehler durch zahlreiche optische Bausteine, auch in Kombination, realisieren lässt.
-
Ebenfalls zeigt 3 deutlich, dass die unterschiedlichen Wellenlängenbereiche der jeweiligen Kanäle aufgrund des Farblängsfehlers unterschiedlich fokussiert sind, nämlich auf die unterschiedlichen Abbildungsebenen 9. Genau dort sind die Ausblendspiegel 7 angeordnet, so dass für alle Kanäle eine optimale spektrale Auflösung, lediglich limitiert durch die Beugungsbegrenzung, erzielt werden kann.
-
Schließlich sei angemerkt, dass das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel der beispielhaften Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Detektionslicht
- 2
- Lochblende
- 3
- divergierender Lichtstrahl
- 4
- Fokussieroptik
- 5
- Prisma
- 6
- Detektionsebene
- 7
- Ausblendspiegel
- 8
- Linse
- 9
- Abbildungsebenen unterschiedlicher Kanäle
