DE3404711A1

DE3404711A1 - Radiation sensor for microscopic photometry

Info

Publication number: DE3404711A1
Application number: DE19843404711
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Baurschmidt; Gerhard Prof. Dr. 7080 Aalen Müller; Jürgen Dr. 7082 Oberkochen Schwarz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-14

Abstract

To complement, or to replace the detecting optical system normally used in microscopic photometry, use is made of a planar waveguide (6, 16) which is laid above or below the sample (4, 14) and contains fluorescent material. A detector (9, 19) is coupled to the waveguide, for example via an optical fibre (8, 18). The detector (9, 19) detects the scattered light of the sample converted in the waveguide into fluorescence radiation. <IMAGE>

Description

Strahlungssensor für die Mikroskop-PhotometrieRadiation sensor for microscope photometry

Herkömmliche Mikroskop-Photometer bestehen im allgemeinen aus einer Beleuchtungsoptik, durch die das Bild einer Leuchtfeldblende auf das Objekt fokussiert wird, und einer Nachweisoptik zur Erzeugung eines Zwischenbildes, in dessen Ebene sich eine Meßblende befindet, durch die das transmittierte oder gestreute Licht zu einem Photomultiplier oder einem Festkörperdetektor gelangt.Conventional microscope photometers generally consist of one Illumination optics through which the image of a field diaphragm focuses on the object is, and a detection optics for generating an intermediate image, in its plane there is a measuring aperture through which the transmitted or scattered light reaches a photomultiplier or a solid-state detector.

Bei heterogenen Proben, die beispielsweise mikrodensitometrisch untersucht werden, tritt oft das Problem auf, daß ein Teil des nicht von der Probe absorbierten Lichtes infolge Mehrfachstreuung nicht mehr von der Nachweisoptik erfaßt wird. Üblicherweise versucht mon diesem Problem durch die Verwendung von Immersionsobjektiven oder Kondensoren mögli.chst hoher Apertur beizukommen. Aber auch die gerade noch erzielbaren Aperturen von 1,4 sind häufig nicht ausreichend, um den genannten Teil der Streustrahlung zu erfassen.In the case of heterogeneous samples, which are examined by microdensitometry, for example there often arises a problem that part of it is not absorbed by the sample Light is no longer detected by the detection optics due to multiple scattering. Usually tried to solve this problem by using immersion objectives or condensers the highest possible aperture. But also the apertures that can just be achieved of 1.4 are often not sufficient to cover the mentioned part of the scattered radiation capture.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt einen Sensor für die Mikroskop-Photometrie zu schaffen, mit dem auch dieser, von üblichen hochaperturigen, linsen- oder spiegeloptischen Systemen nicht nachweisbare Teil der Streustrahlung detektiert werden kann.The invention has set itself the task of a sensor for microscope photometry to create, with the one of the usual high-aperture, lens or mirror optics Systems that cannot detect part of the scattered radiation.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruches dadurch, daß der Sensor aus einem au.f bzw. unter das Objekt gelegten planaren Wellenleiter besteht, der fluoreszierendes Material enthält und an dem ein photoelek-trischer Detektor angekoppelt ist.This problem is solved according to the features in the characterizing part of the main claim in that the sensor consists of a planar waveguide placed on top of or under the object consists, which contains fluorescent material and to which a photoelec-tric Detector is coupled.

Planare Wellenleiter aus fluoreszierendem Material sind an sich bereits bekannt und werden als Solarkollektoren eingesetzt. Solche beispielsweise in der DE-PS 26 29 641, der DE-OS 28 24 888, der US-PS 42 62 206 und der US-PS 43 79 613 beschriebene Solarkollektoren lassen sich jedoch bereits wegen ihrer großen Abmessungen nicht ohne weiteres in einem Mikroskop-Photometer verwenden.In and of themselves, planar waveguides made of fluorescent material are already known and are used as solar collectors. Such as in the DE-PS 26 29 641, DE-OS 28 24 888, US-PS 42 62 206 and US-PS 43 79 613 Solar collectors described can, however, already because of their large dimensions not easily used in a microscope photometer.

Arbeitet man mit dem erfindungsgemäßen Detektor an Durchlichtobjekten, so kann auf die sonst verwendete Nachweisoptik völlig verzichtet wer- den, da der Sensor alles von der Probe transmittierte Licht - unter Berücksichtigung der bei der Quantentransformation in das längerwellige Fluoreszenzlicht auftretenden Verluste - nachweist. Bei Auflichtobjekten dient der Sensor dazu, die nicht ins Objektiv eintretende remittierte Strahlung der Probe zu erfassen, d.h. der Sensor wird dort in umgekehrter Dunkelfeldanordnung betrieben.If you work with the detector according to the invention on transmitted light objects, This means that the detection optics that are otherwise used can be completely dispensed with the, since the sensor takes into account all light transmitted by the sample that which occurs during the quantum transformation into longer-wave fluorescent light Losses - proves. In the case of incident light objects, the sensor is used to prevent the ins Objectively entering reflected radiation from the sample, i.e. the sensor is operated there in the reverse dark field arrangement.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wie sie in den Unteransprüchen aufgeführt sind, werden anhand der nachstehenden Beschreibung der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Further advantageous embodiments of the invention as shown in the Subclaims are listed, based on the following description of the Fig. 1-3 of the accompanying drawings explained in more detail.

Dabei zeigen Fig. 1 eine Schnittzeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 2 das Åusführungsbeispiel aus Fig. 1 in Aufsicht; Fig. 3 eine Schnittzeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.1 shows a sectional drawing of a first exemplary embodiment; FIG. 2 shows the exemplary embodiment from FIG. 1 in plan view; FIG. 3 is a sectional drawing of a second embodiment of the invention.

In dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 befindet sich ein Durchlichtpräparat 4 auf einem Standard-Objektträger 3 unter dem Objektiv 1 eines nicht näher daryestellten Mikroskop-Photometers. Das Objektiv 1 beleuchtet einen punktförmigen Bereich des Objekts 4.In the example according to FIGS. 1 and 2 there is a transmitted light preparation 4 on a standard microscope slide 3 under the objective 1 of an unspecified object Microscope photometer. The lens 1 illuminates a point-shaped area of the Object 4.

Zwischen dem Objekttröger 3 und dem Tisch 2 des Mikroskops ist ein Strahlungssensor in Form eines planaren Wellenleiters 6 angeordnet.Between the slide 3 and the table 2 of the microscope is a Radiation sensor arranged in the form of a planar waveguide 6.

Dieser Wellenleiter besteht aus einer runden Scheibe aus Glas mit einem Brechungsindex n1, das mit fluoreszierendem Material dotiert ist. Beispielsweise kann es sich dabei um Neodymgias oder um einen farbstoffdotierten Kunststoff handeln. Beide Seiten der Scheibe sind mit einer Mantelschicht 7 aus Glas mit einem Brechungsindex n2 versehen, der kleiner als der Brechungsindex n1 der Scheibe 6 ist. Außerdem ist der Umfang der Scheibe 6 mit einer Spiegelschicht 10 belegt. Zwischen der Scheibe 6 und dem Objektträger 3 befindet sich eine Immersionsschicht 5 aus Öl. An den Wellenleiter 6 ist außerdem ein Glasfaserkabel 8 angekoppelt, das diesen optisch mit einem photoelektrischen Detektor 9 verbindet.This waveguide consists of a round disk made of glass with a refractive index n1 doped with fluorescent material. For example it can be neodymium or a dye-doped plastic. Both sides of the pane are covered with a cladding layer 7 of glass with a refractive index n2, which is smaller than the refractive index n1 of the disk 6. Also is the circumference of the disk 6 is covered with a mirror layer 10. Between the pane 6 and the slide 3 is an immersion layer 5 made of oil. To the waveguide 6 a fiber optic cable 8 is also coupled, which this optically with a photoelectric Detector 9 connects.

In der dargestellten Anordnung wird alles von der Probe 4 transmittierte Licht im fluoreszierenden Kern der Scheibe 6 in Fluoreszenzstrahlung umgesetzt, die dann zum größten Teil durch Mehrfachreflexion an der Grenzschicht 6/7 und am Spiegel 10 im Wellenleiter zur Faser 8 geführt wird und schließlich zum Detektor 9 gelangt.In the arrangement shown, everything transmitted by the sample 4 is transmitted Light in the fluorescent core of the disc 6 converted into fluorescent radiation, which are then for the most part due to multiple reflections at the boundary layer 6/7 and am Mirror 10 is guided in the waveguide to the fiber 8 and finally to the detector 9 arrives.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist mit 14 ein Auflichtobjekt bezeichnet, das direkt auf dem Tisch 12 des Mikroskops aufliegt und von einem Immersionsobjektiv 11 punktförmig beleuchtet wird. Die Immersionsschicht trägt'dos Bezuyszeichen 15.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, 14 denotes an incident light object, which rests directly on the table 12 of the microscope and from an immersion objective 11 is illuminated in a point-like manner. The immersion layer bears the Bezuys mark 15.

Um das Objektiv 11 ist ein fluoreszierender Strahlungssensor 16 in Form eines Kreisrings gelegt, der ebenfalls Immersionskontakt mit der Probe 14 hat. Wie der bereits beschriebene Sensor aus Fig. 1 und 2 besitzt auch der Sensor 16 eine Ummantelung 17 aus niedrig brechendem Glas und eine Spiegelschicht 20 am Außenumfang.Around the lens 11 is a fluorescent radiation sensor 16 in Put in the form of a circular ring, which also has immersion contact with the sample 14. Like the sensor from FIGS. 1 and 2 already described, the sensor 16 also has a cladding 17 made of low refractive index glass and a mirror layer 20 on the outer circumference.

Die zentrale Bohrung 21 des Sensors 16, durch die die Frontseite des Objektivs 11 hindurchyeführt ist, hat eine konische Form und ist ebenfalls mit einer Spieyelschicht 22 versehen. Der an den Außenumfang des Sensors 16 angekoppelte Lichtleiter 18 stellt wieder die optische Verbindung zu einem Detektor 19 her.The central bore 21 of the sensor 16, through which the front of the Lens 11 is guided through, has a conical shape and is also with a Spieyelschicht 22 provided. The light guide coupled to the outer circumference of the sensor 16 18 again establishes the optical connection to a detector 19.

In dieser Anordnung wird durch den ringförmigen Sensor 16 dos von der Probe 14 unter einem Winkel oC remittierte Licht nachgewiesen, der größer ist als der Aperturwinkel des Objektivs 11. Das regulär von der Probe 14 reflektierte Licht gelangt wieder in das Objektiv 11 und kann durch eine herkömmliche, hier nicht dargestellte Optik gesammelt und nachgewiesen werden. Während das so konventionell nachgewiesene reflektierte Licht Informationen liefert, die einer Hellfeldbeobachtung entsprechen, erzeuyt das vom Sensor 16 empfangene Streulicht ein "Dunkelfeldsignal". Durch geeignete Verknüpfung beider Signale wie z.B. Meszungen in Subtraktion lassen sich bestimmte Objekteigenschaften wie z.B. die Oberflächenrauhiykeit empfindlicher messen als in reiner Hellfeldanordnung.In this arrangement, the annular sensor 16 dos of the sample 14 detected light remitted at an angle oC which is greater than the aperture angle of the objective 11. That reflected from the sample 14 regularly Light enters the lens 11 again and cannot pass through a conventional one here optics shown can be collected and verified. While that's so conventional Detected reflected light provides information that of a bright field observation correspond, the scattered light received by the sensor 16 generates a "dark field signal". Leave the two signals in subtraction by appropriately combining the two signals, e.g. measuring tongues certain object properties such as the surface roughness are more sensitive measure than in a pure brightfield arrangement.

Neben den vorstehend dargestellten Beispielen sind eine Reihe weiterer Ausführungssysteme möglich, die nur kurz angesprochen werden sollen. So kann beispielsweise in Abwandlung von Fig. 1 die Probe 4 direkt auf dem Sensor 6 plaziert werden bzw. der Objektträger 3 selbst als planarer, fluoreszierender Sensor ausgebildet werden.In addition to the examples presented above, there are a number of others Execution systems possible, which should only be addressed briefly. For example, in a modification 1, the sample 4 can be placed directly on the sensor 6 or the slide 3 itself can be designed as a planar, fluorescent sensor.

Die Mantelschicht 17 des Sensors 16 kann dann entfallen, wenn nicht in Immersion gearbeitet wird.The jacket layer 17 of the sensor 16 can then be omitted, if not working in immersion.

Schließlich können durchaus auch mehrere Lichtleiter 8/18 bzw. Detektoren 9/19 an die Sensoren 6/16 angekoppelt werden. Bei geeigneter Zusammenschaltung sind z.B. richtungsabhängige Streulichteffekte verstärkt nachzuweisen.Finally, several light guides 8/18 or detectors can also be used 9/19 can be coupled to sensors 6/16. With suitable interconnection are E.g. direction-dependent scattered light effects to be increasingly detected.

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Claims

Claims: 9 radiation sensors for microscope photometry, characterized in that the sensor consists of an on or under the object (4, 14) laid, planar waveguide (6,16), which contains fluorescent material and to which a photoelectric detector (9, 19) is coupled.

2. Radiation sensor according to claim 1, characterized in that the Coupling of the detector by means of a front face attached to the sensor (6, 16) Fiber optics (8,18) takes place.

3. Radiation sensor according to claim 1, characterized in that it the planar waveguide is around a circular, radially mirrored disk (6,16) acts.

4. Radiation sensor according to claims 1-3, characterized in that the waveguide with a cladding (7, 17) made of material with a lower refractive index is provided.

5. Radiation sensor according to claims 1-4, characterized in that the waveguide (16) is provided centrally with a conical, mirrored bore (21) is.

6. Radiation sensor according to claims 1-5, characterized in that the planar waveguide (6, 16) is in immersion contact with the one to be examined Sample (14) or its slide (3) is located.