DE19841931A1 - Rastersondenmikroskop mit in einer Optik integrierter Sonde - Google Patents

Abstract

Beleuchtungseinrichtung für ein Lichtmikroskop, in deren Zentrum eine rastersondenmikroskopische Sonde integriert ist, wobei die Sonde vorteilhaft an einem Scanner montiert ist, mit einer Optik aus einer oder mehreren Linsen, in deren Zentrum sich die Sonde eines optischen Nahfeldmikroskops befindet.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Rastersondenmikroskop, bei dem die Sonde in einer Optik integriert ist. In einer Ausführungsform ist die Sonde an einem Scanner befestigt, der in die Optik integriert ist. In einer weiteren Ausführungsform wird die Probe bewegt.

Es handelt sich um eine Optik entsprechend einem konventionellen, lichtmikroskopischen Beleuchtungskondensor. Diese Optik wird im Zentrum durchbohrt. In diese Bohrung wird die Sonde und gegebenenfalls der Scanner integriert. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Modifikationen die Beleuchtungs- und Lichtsammeleigenschaften der Optik nur unwesentlich geändert werden.

Dieser Aufbau kann für verschiedene Aufgaben verwendet werden:

• 1) Beim Betrieb eines Rastersondenmikroskops ist es vorteilhaft, wenn die Probe an der Stelle, an der sie mit der Sonde abgetastet wird, parallel mit einem konventionellen Lichtmikroskop beobachtet werden kann (Abb. 2). Um die volle Leistungsfähigkeit eines Lichtmikroskops nutzen zu können, ist eine optimale Beleuchtung der Probe Voraussetzung. Dazu sind in der Literatur verschiedene Aufbauten beschrieben, bei denen die Sonde in ein Objektiv integriert ist und die Probe durch das Objektiv beleuchtet wird (EP 509856). Dieser Aufbau hat verschiedene Nachteile. So ist es nicht möglich, die Probe wie in der Biologie üblich in Transmission zu untersuchen. Durch einen Einbau in ein Objektiv werden die Abbildungseigenschaften wesentlich verschlechtert und das Wechseln des Objektivs ist nicht möglich. In dem vorgeschlagenen Aufbau (s. Abb. 1) können Standardobjektive uneingeschränkt verwendet werden. Der normalerweise verwendete Durchlichtkondensor wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau ersetzt.
• 2) Ein SNOM kann in Reflexion betrieben werden (Abb. 3). In Reflexion erfolgt die Beleuchtung der Probe und das Sammeln des reflektierten Lichts von der selben Seite. In einer Bauform wird die Probe durch die Sonde beleuchtet. Die Probe reflektiert das Licht bzw. wird zur Emission von Licht angeregt. Dieses Licht muß sehr effizient im Fernfeld gesammelt werden. Dazu muß die Optik eine möglichst hohe Apertur haben und die Sonde radial vollkommen umschließen. Diese Aufgabe kann ideal durch die Erfindung gelöst werden.
• 3) Bei einem weiteren Betriebsmodus eines Reflexions-SNOM (Abb. 4) wird die Probe durch eine Fernfeldoptik beleuchtet und die SNOM-Sonde sammelt das Licht im Nahfeld. Hier muß die Beleuchtung möglichst effektiv erfolgen und soll möglichst nur im Bereich der Sonde erfolgen. Diese Aufgabe kann ideal durch die Erfindung gelöst werden.

Abb. 1 zeigt schematisch einen Beleuchtungskondensor mit integriertem Rastersondenmikroskop im Durchlichtmodus. Dargestellt ist der Aufbau des Kondensors innerhalb eines inversen Mikroskops. Die Beleuchtungsoptik, bestehend aus Linse L1 zur Aufweitung des Lichtes einer Lichtquelle LQ und Linse L2 zur Sammlung des Beleuchtungslichtes auf der auf einem transparenten Probenträger PT angeordneten Probe P, ist nur schematisch dargestellt und kann auch aus einer Linsenkombination, entsprechend dem Aufbau eines lichtmikroskopischen Beleuchtungskondensors, bestehen.

Zumindest die Linse L2 befindet sich in einem Gehäuse G, das an seiner Oberseite einen lichtdurchlässigen Abschluß in Form einer Glasplatte GP aufweist.

Die Glasplatte weist in der Mitte ein Loch L auf, in das eine Lichtleitfaser, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt eingeführt werden kann.

Die Linse L2 weist in der Mitte eine Bohrung B auf, in der ein mittels Elektroden E ansteuerbarer zylinderförmiger Scanner SC zur scannenden Bewegung einer Faserspitze einer Nahfeldsonde FS untergebracht sein kann.

Die Faserspitze kann eine gezogene Glasfaser sein, aber auch eine Nahfeldsonde gemäß EP 818699 A1 mit einer auf einem Lichtwellenleiter aufgebrachten Spitze.

Auf der Unterseite des Probenträgers befindet sich das Objektiv O des inversen Mikroskopes, das ein Zwischenbild der betrachteten Probe über ein Spiegel SP in Richtung des nicht dargestellten Okulars oder einer am Ort des Zwischenbildes oder einer durch eine Übertragungsoptik erzeugten optisch konjugierten Position des Zwischenbildes angeordneten Kamera, beispielsweise einer CCD-Matrix.

Abb. 2 zeigt die Aufnahme einer lichtmikroskopischen Abbildung von Probe und SNOM-Sonde.

Die Beleuchtung erfolgt mit einem Aufbau entsprechend der Erfindung. (Objektiv: 100×, NA 1.3/oil, SNOM-Kondensor: 0.5-0.8 Hellfeld).

Abb. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, beschrieben in Abb. 1, im Reflexionsmodus. Die Probe wird durch die Nahfeldsonde beleuchtet, indem das Licht eines externen Lasers LS über eine Lichtleitfaser LF in die Spitze der Nahfeldsonde FS übertragen wird. Das Licht wird entweder reflektiert oder regt die Probe zur Emission an (z. B. durch Fluoreszenz). Das Licht wird hier durch die erfindungsgemäße Lichtsammeloptik L1, L2 gesammelt und gelangt auf einen anstelle der Lichtquelle in Fig. 1 angeordneten Detektor DT.

Abb. 4 zeigt eine weitere Ausführung eines Reflexions- SNOM. Die Probe wird durch die erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik wie in Fig. 1 beleuchtet. Das Licht wird entweder reflektiert oder regt die Probe zur Emission an (z. B. durch Fluoreszenz). Das Licht wird durch die Nahfeldsonde FS gesammelt und zu einem Photodetektor DT1 (z. B. Avalanchephotodiode) über eine Lichtleitfaser LF geleitet.

Das durch die Beleuchtungsoptik L1, L2 erfaßte Gebiet der Probe P kann vorteilhaft variiert werden, entweder durch Austausch der Linsen oder Linsengruppen L1, L2 oder durch Einsatz einer variablen Optik.

Hierdurch kann bei Beleuchtung der Probe über L1, L2 die Probenbelastung durch das Beleuchtungslicht optimiert werden und bei Lichterfassung über L1, L2 die Streulichtvermeidung optimiert werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau ist vorteilhaft universell für verschiedene mikroskopische Betrachtungs-/Auswerteverfahren anwendbar.

Die in Abb. 1 dargestellte Ausführungsform ist dazu geeignet, jedes Rastersondenmikroskop mit einem konventionellen Lichtmikroskop mit Durchtlichtbeleuchtung zu kombinieren. Der Vorteil für den Anwender besteht darin, daß er interessante Probenstellen, die er mit dem Rastersondenmikroskop mit hoher Auflösung untersuchen will, vorher einfach und schnell mit dem Lichtmikroskop lokalisieren.

Die in Abb. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen sind besonders vorteilhafte Ausführungen eines SNOM mit einer nahfeldoptischen SNOM-Sonde.

Claims (9)

1. Beleuchtungseinrichtung für ein Lichtmikroskop, in deren Zentrum eine rastersondenmikroskopische Sonde integriert ist.

2. Rastersondenmikroskop mit einer Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1.

3. Beleuchtungseinrichtung oder Rastersondenmikroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Sonde an einem Scanner montiert ist.

4. Optische Einrichtung, bestehend aus einer Optik aus einer oder mehreren Linsen, in deren Zentrum sich die Sonde eines optischen Nahfeldmikroskops befindet.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Sonde an einem Scanner montiert ist.

6. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Optik zum Sammeln von von der durch die SNOM- Sonde beleuchteten Probe zurückreflektiertem Licht verwendet wird.

7. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die Optik zum Sammeln von von der durch die SNOM-Sonde beleuchteten Probe emittiertem Licht verwendet wird.

8. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Optik zum Beleuchten der Probe verwendet wird.

9. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, wobei eine Objektbeleuchtung über die Linsen und die Sonde erfolgt und auf der anderen Seite einer transparenten Probe ein Mikroskopobjektiv angeordnet ist.