WO2004097491A1 - Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls - Google Patents

Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls Download PDF

Info

Publication number
WO2004097491A1
WO2004097491A1 PCT/DE2004/000255 DE2004000255W WO2004097491A1 WO 2004097491 A1 WO2004097491 A1 WO 2004097491A1 DE 2004000255 W DE2004000255 W DE 2004000255W WO 2004097491 A1 WO2004097491 A1 WO 2004097491A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spectral
detectors
detection
cascades
cascade
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/000255
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Schreiber
Original Assignee
Leica Microsystems Heidelberg 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 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh filed Critical Leica Microsystems Heidelberg Gmbh
Priority to EP04710339A priority Critical patent/EP1623259A1/de
Priority to JP2006504235A priority patent/JP4676956B2/ja
Priority to US10/553,717 priority patent/US7463354B2/en
Publication of WO2004097491A1 publication Critical patent/WO2004097491A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/126—The splitting element being a prism or prismatic array, including systems based on total internal reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/143—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using macroscopically faceted or segmented reflective surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Definitions

  • the invention relates to a device for spectral selection and detection of the spectral ranges of a light beam, the selection device comprising means for spectrally splitting the light beam and means for blanking out a spectral range and for reflecting at least part of the non-blanked spectral range, and wherein the detection device in the beam path of the blanked out spectral range and comprises detectors arranged in the beam path of the reflected spectral range.
  • a generic device for spectral selection and detection of the spectral ranges of a light beam is known from DE 43 30 347 A1. With this known device, the aim was to carry out the selection and detection of the different spectral ranges simultaneously and with high yield.
  • a plurality of spectral regions which block out and reflective means and detectors are arranged in a cascaded manner with respect to one another, so that the respective spectral region which is to be hidden is detected and the respectively reflected spectral region is optionally masked out and likewise detected.
  • a disadvantage of the known device is that it is only suitable for very special applications, since it is only detectors of the same type that are grouped together. Consequently, it is necessary to select a module with a particular detector type in accordance with the specific application in order to have a detection option that is suitable for the application and is suitable there.
  • different detection modules of the generic type have so far been built, which are then - as required - implemented at suitable locations in or on the device - usually in or on a scanning microscope.
  • the present invention is based on the object of providing a device for spectral selection and detection of the spectral ranges of a light beam to design and further develop that it can be used universally regardless of the specific detection method required. A simple construction and thereby a reliable selection and detection of different spectral ranges should be realized.
  • the device according to the invention for spectral selection and detection of the spectral ranges of a light beam achieves the above object through the features of patent claim 1.
  • detectors of different designs with different detection properties or detection methods are provided, so that it is possible to match those detectors according to the respective detection requirements. via the respectively hidden or reflected beam path - to activate, whose detection options are required according to the specific application.
  • detectors of different types are provided in the respective selection branches and can be controlled or acted upon with the spectral range required in each case.
  • a plurality of spectral ranges which hide and reflect means and detectors are arranged in a cascaded manner, so that the respectively hidden or reflected spectral range is detected and the respective reflected or hidden spectral range is again masked out or reflected and then detected.
  • Detectors of different designs are provided in the different cascades, so that a different detection requirement is covered by the control of the respective detectors. In any case, it is essential that detectors of different types are combined in the device according to the invention, which can be any suitable detectors.
  • detectors of the same type in the different cascades with which different spectral ranges can be detected.
  • groups of the same detectors can be combined in cascades, the detectors differing from cascade to cascade.
  • a "mix" of different detectors in the same cascade can also be implemented.
  • At least two spectral ranges can be selected and detected per cascade.
  • the modular combination of the selection devices and detection devices namely the combination in a quasi monolithic module, which can be implemented at a suitable point in or on the device. Due to the monolithic design, any adjustment work with regard to the selection devices and detection devices is unnecessary, since there a fixed assignment of the respective optical modules to one another is predefined.
  • a photomultiplier is provided as a detector.
  • the module should include an arrangement of photodiodes as a detector.
  • an arrangement of APDs is suitable as a detector.
  • APDs are provided, it is particularly advantageous to arrange them in the first cascade, since - according to the current state of the art - they are the most sensitive detectors in the overall arrangement and because the imaging properties generally deteriorate towards the next cascade. In addition, the APD's have small detection areas. As previously mentioned, different detector types can also be used in different cascades.
  • the means for fading out and reflecting will probably be designed in such a way that only one cascade with the detectors provided there is always active. However, it is also possible to activate different cascades simultaneously - simultaneously - the means for hiding and reflecting must be designed accordingly.
  • these means for fading out and reflecting can spectrally divide the light beam in predeterminable ratios, preferably variably. The entire spectrum could be divided into certain parts, for example 10% to 90% spectral part. The split could also be a split with a neutral divider.
  • the selection device for masking out and reflecting the spectral ranges could include mirror slides which can be fully or only partially disclosed. If - as already mentioned by way of example above - only one detector cascade is used, the mirror slides in the first detection branch could be fully open, namely when the second cascade is to be used. If different cascades were used simultaneously, the mirror slides would be partially open, in accordance with the desired division.
  • a very special advantage when using mirror sliders can be seen in the fact that you can quickly switch between the respective cascades by simply moving one or more of the mirror slides. This is particularly important if a confocal overview image is to be taken quickly in order to then carry out FCS or lifetime measurements at a specific point on a sample for which other detectors are used as photomultipliers.
  • the cascades with the respective selection device and detection device could be arranged flat.
  • a spatial arrangement is also conceivable, it being possible to construct the resulting spatial module as small as possible.
  • Optical means for adapting the respective image are provided between the cascades and detection branches. These optical means are used, for example, to map spectrally split focus lines into the next cascade.
  • the optical means comprise lenses or lens arrangements. Immediate in front of a detector, in particular in front of the APDs, optical means can be provided to undo the spectral splitting, especially since the APDs have a very small detection area. In this respect, prisms or the like can be used as optical means.
  • the type - shutters are arranged in the beam path in front of the detectors, which only open when necessary, i.e. for detection.
  • the shutters could be designed such that they close automatically if too much light hits the detectors during the detection. This measure protects the detectors insofar as they are not exposed to light, if they are not used for detection and if too much light would strike the detectors.
  • Cooling is an advantage for any detector and may even be necessary for special design detectors.
  • the detectors are followed by electronics adapted to the respective detector.
  • fast photodiodes require a 50 ⁇ connection.
  • the cabling also plays an important role, so that it is again advantageous to match the cabling of the respective detectors with respect to the cable length, the resistance, the impedance or the like to the respective detector type.
  • the device according to the invention there are very different possible uses for the device according to the invention. Use in. Is particularly advantageous a scanning microscope, which can preferably be a confocal laser scanning microscope.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention with cascaded detection branches in the sense of a block diagram
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention, according to which the detectors of the first cascade are designed as ADPs.
  • the light beam 1 to be spectrally broken down and then detected comprises a selection device 2 which is only indicated schematically and which in turn has means 3 for spectrally breaking down the light beam 1.
  • the spectrally split light 5 strikes a set of mirror sliders 6, henceforth always referred to as mirror slider 6 for the sake of simplicity. From the mirror slide 6, the light 5 can reach a total of three detectors 8 of the first cascade 4 via optical means 7, depending on the position of the mirror slide 6.
  • Optical means 14 are again provided, which are used to adapt the respective imaging education, in particular to reverse the spectral splitting in front of the respective detectors 13.
  • ADPs 15 special detectors are arranged in a first cascade, namely ADPs 15. Two of these ADPs 15 are shown here by way of example only, and receive light that is masked out via a set of mirror slides 16. Via a further set of mirror slides 17, the spectrally split light 5 arrives at two further cascades 18, 19, the cascade 18 including PMT's 20 and the cascade 19 comprising fast photodiodes 21 as detectors, namely similar to the arrangement from FIG. 1.

Abstract

Eine Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls (1), wobei die Selektionseinrichtung (2) Mittel (3) zur spektralen Zerle­gung des Lichtstrahls und Mittel (6, 11) zum Ausblenden eines Spektralbereichs und zur Reflexion zumindest eines Teils des nicht ausgeblendeten Spektralbereichs um­fasst und wobei die Detektionseinrichtung im Strahlengang des ausgeblendeten Spektralbereichs und im Strahlengang des reflektierten Spektralbereichs angeord­nete Detektoren (8) umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass Detektoren (8) unterschiedlicher Bauart mit unterschiedlichen Detektionseigenschaften bzw. Detek­tionsverfahren vorgesehen sind.

Description

„VORRICHTUNG ZUR SPEKTRALEN SELEKTION UND DETEKTION DER SPEKTRALBEREICHE EINES LICHTSTRAHLS"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls, wobei die Selektionseinrichtung Mittel zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls und Mittel zum Ausblenden eines Spektralbereichs und zur Reflexion zumindest eines Teils des nicht ausgeblendeten Spektralbereichs umfasst und wobei die Detektionseinrichtung im Strahlengang des ausgeblendeten Spektralbereichs und im Strahlengang des reflektierten Spektralbereichs angeordnete Detektoren umfasst.
Eine gattungsbildende Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls ist aus der DE 43 30 347 A1 bekannt. Mit dieser bekannten Vorrichtung wurde angestrebt, die Selektion und Detektion der unterschiedlichen Spektralbereiche gleichzeitig und mit hoher Ausbeute vorzunehmen. Unter Bezugnahme auf den dortigen Patentanspruch 5 sind mehrere Spektralbereiche ausblendende und reflektierende Mittel sowie Detektoren kaskadiert zueinander angeordnet, so dass der jeweils ausblendende Spektralbereich detektiert und der jeweils reflektierte Spektralbereich gegebenenfalls abermals ausgeblendet und ebenfalls detektiert wird.
Bei der bekannten Vorrichtung ist nachteilig, dass sich diese - in Fachkreisen auch Multibanddetektor genannt - immer nur für ganz besondere Applikationen eignet, da dort nämlich ausschließlich Detektoren gleicher Bauart zusammengefasst sind. Folglich ist es erforderlich, entsprechend der konkreten Anwendung eine Baugruppe mit einem besonderen Detektortyp auszusuchen, um eine auf den Anwendungsfall bezogene und dort geeignete Detektionsmöglichkeit zu haben. Entsprechend hat man bislang unterschiedliche Detektionsmodule der gattungsbildenden Art gebaut, die dann - je nach Bedarf - an geeigneten Stellen im oder am Gerät - üblicherweise in oder an einem Scannmikroskop - implementiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sie sich ungeachtet des konkret erforderlichen Detektionsverfahrens universell verwenden lässt. Eine einfache Konstruktion und dabei eine zuverlässige Selektion und Detektion unterschiedlicher Spektralbereiche soll realisiert sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach sind Detektoren unterschiedlicher Bauart mit unterschiedlichen Detektionseigenschaften bzw. Detektionsverfahren vorgesehen, so dass es möglich ist, entsprechend dem jeweiligen Detektionsbedarf gerade diejenigen Detektoren - über den jeweils ausgeblendeten bzw. reflektierten Strahlengang - zu aktivieren, deren Detektionsmöglichkeiten entsprechend der konkreten Anwendung benötigt werden. Mit anderen Worten sind in den jeweiligen Selektionszweigen Detektoren unterschiedlicher Bauart vorgesehen, die mit dem jeweils erforderlichen Spektralbereich ansteuerbar bzw. beaufschlagbar sind.
In ganz besonders vorteilhafter Weise sind mehrere Spektralbereiche ausblendende und reflektierende Mittel sowie Detektoren kaskadiert angeordnet, so dass der jeweils ausgeblendete oder reflektierte Spektralbereich detektiert und der jeweils reflektierte oder ausgeblendete Spektralbereich abermals ausgeblendet oder reflektiert und danach detektiert wird. In den unterschiedlichen Kaskaden sind Detektoren unterschiedlicher Bauart vorgesehen, so dass über die Ansteuerung der jeweiligen Detektoren ein unterschiedlicher Detektionsbedarf abgedeckt wird. Wesentlich ist jedenfalls, dass in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Detektoren unterschiedlicher Bauart zusammengefasst sind, wobei es sich dabei um jedwede geeigneten Detektoren handeln kann.
Nun ist es auch möglich, in den unterschiedlichen Kaskaden Detektoren gleicher Bauart vorzusehen, mit denen unterschiedliche Spektralbereiche detektierbar sind. Es lassen sich beispielsweise Gruppen gleicher Detektoren kaskadenweise zusammenfassen, wobei sich die Detektoren von Kaskade zu Kaskade unterscheiden. Ein „Mix" verschiedener Detektoren in der gleichen Kaskade ist ebenso realisierbar.
Je Kaskade sind mindestens zwei Spektralbereiche selektierbar und detektierbar. In vorteilhafter Weise lassen sich durch entsprechende Anordnung von Mitteln zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls und Mitteln zum Ausblenden von Spektralbereichen mindestens drei oder mehr Spektralbereiche selektieren und entsprechend detektieren. Die Variabilität der Vorrichtung lässt sich dadurch ganz erheblich steigern.
Von ganz besonderer Bedeutung ist die modulare Zusammenfassung der Selektionseinrichtungen und Detektionseinrichtungen, nämlich die Zusammenfassung in einem quasi monolithischen Modul, welches an geeigneter Stelle im oder am Gerät implementierbar ist. Aufgrund der monolithischen Bauweise erübrigen sich jedwede Justagearbeiten in Bezug auf die Selektionseinrichtungen und Detektionseinrichtungen, da dort nämlich eine feste Zuordnung der jeweiligen optischen Bausteine zueinander vorgegeben ist.
Zum Zwecke der Fluoreszenzdetektion ist beispielsweise ein Photomultiplier als Detektor vorgesehen. Sind schnelle Messungen erforderlich, so sollte das Modul eine Anordnung von Photodioden als Detektor umfassen. Insbesondere bei schwachen Signalen bietet sich eine Anordnung von APD's (Avalanche Photo-Dioden) als Detektor an. Grundsätzlich ist es möglich, in den Kaskaden jedwede nur denkbaren Detektoren vorzusehen, die sich zu allen nur denkbaren Anwendungen bei jedwedem Detektionsbedarf eignen.
Sofern APD's vorgesehen sind, ist es von besonderem Vorteil, diese in der jeweils ersten Kaskade anzuordnen, da sie - nach derzeitigem Stand der Technik - die empfindlichsten Detektoren in der Gesamtanordnung sind und da die Abbildungseigenschaften zu den nächsten Kaskaden hin grundsätzlich schlechter werden. Im Übrigen haben die APD's kleine Detektionsf lachen. Wie bereits zuvor erwähnt, lassen sich in unterschiedlichen Kaskaden auch unterschiedliche Detektortypen verwenden.
Üblicherweise wird man wohl die Mittel zum Ausblenden und Reflektieren derart auslegen, dass stets nur eine Kaskade mit den dort vorgesehenen Detektoren aktiv ist. Ebenso ist es jedoch auch möglich, unterschiedliche Kaskaden gleichzeitig - simultan - zu aktivieren, wobei die Mittel zum Ausblenden und Reflektieren entsprechend auszulegen sind. In besonders vorteilhafter Weise können diese Mittel zum Ausblenden und Reflektieren den Lichtstrahl in vorgebbaren Verhältnissen - vorzugsweise variabel - spektral aufteilen. Das gesamte Spektrum könnte in bestimmten Anteilen aufgeteilt werden, so beispielsweise 10% zu 90% spektraler Anteil. Ebenso könnte es sich bei der Aufteilung um eine Aufteilung mit einem Neutralteiler handeln. Bei entsprechender Betrachtung würde dies bedeuten, dass etwa 10% aller Spektralanteile in eine „FLIM-Kaskade" (FLIM = Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy) und 90% der Spektralanteile in eine „Imaging-Kaskade" abgelenkt werden. Ebenso ist eine polarisationsabhängige Aufteilung des Spektralbereichs mit einem Polarisationsteiler denkbar. Dabei könnten beispielsweise alle S-Anteile des Spektrums in eine bestimmte Detektionskaskade gelenkt werden und alle P-Anteile in eine andere Detektionskaskade. Die dazu verwendbaren Spiegelschieber müssten geeignet ausgestaltet und angeordnet werden.
Die Selektionseinrichtung zum Ausblenden und Reflektieren der Spektralbereiche könnte ganz oder nur teilweise offenbare Spiegelschieber umfassen. Wird - wie bereits zuvor beispielhaft erwähnt - lediglich eine Detektorkaskade verwendet, so könnten die Spiegelschieber im ersten Detektionszweig voll geöffnet sein, nämlich dann, wenn die zweite Kaskade genutzt werden soll. Bei simultaner Nutzung verschiedener Kaskaden wären die Spiegelschieber teilweise geöffnet, und zwar entsprechend der erwünschten Aufteilung.
Ein ganz besonderer Vorteil bei Anwendung von Spiegelschiebern ist darin zu sehen, dass man zwischen den jeweiligen Kaskaden schnell umschalten kann, indem lediglich einer oder mehrere der Spiegelschieber verschoben werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn auf die Schnelle ein konfokales Übersichtsbild aufgenommen werden soll, um anschließend FCS- oder Lifetime-Messungen an einer bestimmten Stelle auf einer Probe vorzunehmen, für die andere Detektoren als Pho- tomultiplier genutzt werden.
In konstruktiver Hinsicht könnten die Kaskaden mit der jeweiligen Selektionseinrichtung und Detektionseinrichtung flächig angeordnet sein. Eine räumliche Anordnung ist ebenfalls denkbar, wobei es dabei möglich ist, das so entstehende räumliche Modul möglichst klein zu konstruieren. Auch ist es möglich, einzelne Detektionszweige oder Kaskaden - über entsprechende Anschlüsse - zu erweitern, so dass auch nachträglich beispielsweise eine höhere Anzahl an Photomultipliern zum Einsatz kommen kann. Grundsätzlich ist es jedenfalls auch möglich, das Modul - modular - um weitere Detektionsmöglichkeiten zu erweitern, wobei die Erweiterung nicht nur durch Ergänzung weiterer Kaskaden, sondern auch durch Ergänzung von Detektionsästen in den jeweiligen Kaskaden erfolgen kann.
Zwischen den Kaskaden und Detektionszweigen sind optische Mittel zur Anpassung der jeweiligen Abbildung vorgesehen. Diese optischen Mittel dienen beispielsweise zur Abbildung spektral aufgespaltener Fokuslinien in die jeweils nächste Kaskade. Im Konkreten umfassen die optischen Mittel Linsen bzw. Linsenanordnungen. Unmittelbar vor einem Detektor, so insbesondere vor den APD's, können optische Mittel zum Rückgängigmachen der spektralen Aufspaltung vorgesehen sein, zumal die APD's eine sehr kleine Detektionsfläche haben. Insoweit können als optische Mittel Prismen oder dergleichen Verwendung finden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn im Strahlengang vor den Detektoren - ganz gleich welcher Bauart - Shutter angeordnet sind, die nur bei Bedarf öffnen, d.h. zur Detektion. Die Shutter könnten dabei derart ausgebildet sein, dass sie automatisch schließen, wenn zu viel Licht auf die Detektoren während der Detektion auftrifft. Durch diese Maßnahme werden die Detektoren insoweit geschützt, als sie dann jedenfalls nicht mit Licht beaufschlagt werden, wenn sie nicht zur Detektion genutzt werden und wenn zu viel Licht auf die Detektoren auftreffen würde.
In Bezug auf die Detektoren selbst ist es von Vorteil, wenn diese kühlbar sind. Eine Kühlung ist bei jedweden Detektoren von Vorteil und kann bei Detektoren besonderer Bauart sogar erforderlich sein.
Aufgrund der unterschiedlichen Detektortypen ist es weiter von Vorteil, wenn den Detektoren eine auf den jeweiligen Detektor angepasste Elektronik nachgeschaltet ist. So benötigen beispielsweise schnelle Photodioden einen 50Ω-Anschluss. Die Verkabelung spielt darüber hinaus ebenfalls eine wichtige Rolle, so dass es von abermaligem Vorteil ist, die Verkabelung der jeweiligen Detektoren in Bezug auf die Kabellänge, den Widerstand, die Impedanz oder dergleichen auf den jeweiligen Detektortyp abzustimmen.
Weiter sei angemerkt, dass es sehr unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt. Von ganz besonderem Vorteil ist der Einsatz in einem Scannmikroskop, wobei es sich dabei vorzugsweise um ein konfokales Laserscannmikroskop handeln kann.
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 von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit kaskadierten Detektionszweigen im Sinne eines Blockschaltbildes und
Fig. 2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wonach die Detektoren der ersten Kaskade als ADP's ausgeführt sind.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der spektral zu zerlegende und danach zu de- tektierende Lichtstrahl 1 umfasst eine lediglich schematisch angedeutete Selektionseinrichtung 2, die wiederum Mittel 3 zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls 1 aufweist. In der ersten Kaskade 4 trifft das spektral zerlegte Licht 5 auf einen Satz Spiegelschieber 6, fortan stets der Einfachheit halber als Spiegelschieber 6 bezeichnet. Von dem Spiegelschieber 6 aus kann das Licht 5 über optische Mittel 7 zu insgesamt drei Detektoren 8 der ersten Kaskade 4 gelangen kann, und zwar je nach Stellung des Spiegelschiebers 6.
Am Spiegelschieber 6 nicht ausgeblendetes Licht gelangt über weitere optische Mittel 9, 10 zu einem zweiten Satz Spiegelschieber 11 der zweiten Kaskade 12. Auch dieser Satz von Spiegelschiebern 11 wird fortan der Einfachheit halber lediglich als Spiegelschieber 11 bezeichnet. Von dem Spiegelschieber 11 aus wird das Licht 5 zu insgesamt vier Detektoren 13 der zweiten Kaskade 12 ausgeblendet bzw. umgelenkt. Abermals sind optische Mittel 14 vorgesehen, die zur Anpassung der jeweiligen Ab- bildung dienen, insbesondere, um die spektrale Aufspaltung vor den jeweiligen Detektoren 13 rückgängig zu machen.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 2 sind in einer ersten Kaskade 4 besondere Detektoren angeordnet, nämlich ADP's 15. Lediglich beispielhaft sind hier zwei dieser ADP's 15 gezeigt, die über einen Satz von Spiegelschiebern 16 ausgeblendetes Licht erhalten. Über einen weiteren Satz von Spiegelschiebern 17 gelangt das spektralzerlegte Licht 5 zu zwei weiteren Kaskaden 18, 19, wobei die Kaskade 18 PMT's 20 und die Kaskade 19 schnelle Photodioden 21 als Detektoren umfasst, nämlich ähnlich der Anordnung aus Fig. 1.
Die voranstehend erörterten, schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zum besseren Verständnis der beanspruchten Lehre, sollen diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls (1), wobei die Selektionseinrichtung (2) Mittel (3) zur spektralen Zerlegung des Lichtstrahls und Mittel (6, 11) zum Ausblenden eines Spektralbereichs und zur Reflexion zumindest eines Teils des nicht ausgeblendeten Spektralbereichs umfasst und wobei die Detektionseinrichtung im Strahlengang des ausgeblendeten Spektralbereichs und im Strahlengang des reflektierten Spektralbereichs angeordnete Detektoren (8) umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Detektoren (8) unterschiedlicher Bauart mit unterschiedlichen Detektionseigenschaften bzw. Detektionsverfahren vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spektralbereiche ausblendende und reflektierende Mittel (6, 11) sowie Detektoren (8, 13) kaskadiert angeordnet sind, so dass der jeweils ausgeblendete oder reflektierte Spektralbereich detektiert und der jeweils reflektierte oder ausgeblendete Spektralbereich abermals ausgeblendet oder reflektiert und detektiert wird und dass in den unterschiedlichen Kaskaden (4, 12) Detektoren (8, 13) unterschiedlicher Bauart vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den unterschiedlichen Kaskaden (4, 12) Detektoren (8, 13) gleicher Bauart vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass je Kaskade (4, 12) mindestens drei Spektralbereiche selektierbar und detektierbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Spektralbereich in bestimmte, vorgebbare Anteile, so beispielsweise 10% zu 90% spektraler Anteil, aufteilbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralbereich mittels Neutralteiler im Sinne einer neutralen spektralen Aufteilung aufteilbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralbereich polarisationsabhängig aufteilbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionseinrichtungen (2) und Detektionseinrichtungen in einem Modul zusammengefasst sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zum Zwecke der Fluoreszenzdetektion mindestens ein Photomultiplier als Detektor (8, 13) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zum Zwecke schneller Messungen mindestens eine Anordnung von Photodioden als Detektor (8, 13) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei schwachen Signalen mindestens eine Anordnung von APD's (Avalanche Photo-Dioden) als Detektor (8, 13) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die APD's in der ersten Kaskade (4) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 11) zum Ausblenden und Reflektieren derart ausgelegt sind, dass stets nur eine Kaskade (4 oder 12) aktiv ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 11) zum Ausblenden und Reflektieren derart ausgelegt sind, dass mindestens zwei der Kaskaden (4, 12) simultan aktiv sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 11) zum Ausblenden und Reflektieren den Lichtstrahl (5) in vorgebbaren Verhältnissen - vorzugsweise variabel - spektral aufteilen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektionseinrichtung (2) zum Ausblenden und Reflektieren der Spektralbereiche ganz oder nur teilweise offenbare Spiegelschieber (6, 11) umfasst.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskaden (4, 12) flächig angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskaden (4, 12) räumlich angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kaskaden (4, 12) und Detektionszweigen optische Mittel (9, 10) zur Anpassung der jeweiligen Abbildung vorgesehen sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel (9, 10) zur Abbildung aufgespaltener Fokuslinien in die jeweils nächste Kaskade dienen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel (9, 10) Linsen bzw. Linsenanordnungen umfassen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem jeweiligen Detektor (8, 13), insbesondere vor den APD's, optische Mittel (7, 14) zum Rückgängigmachen der spektralen Aufspaltung vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Mittel (7, 14) Prismen vorgesehen sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor den Detektoren (8, 13) Shutter angeordnet sind, die zur Detektion öffnen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Shutter derart ausgeführt sind, dass sie dann automatisch schließen, wenn zu viel Licht auf die Detektoren - während der Detektion - auftrifft.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren (8, 13) kühlbar sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass den Detektoren (8, 13) eine auf den jeweiligen Detektortyp angepasste Elektronik nachgeschaltet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkabelung der jeweiligen Detektoren (8, 13) in Bezug auf die Kabellänge, den Widerstand, die Impedanz oder dgl. auf den jeweiligen Detektortyp abgestimmt ist.
29. Scannmikroskop, vorzugsweise konfokales Laserscannmikroskop, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28.
PCT/DE2004/000255 2003-04-30 2004-02-12 Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls WO2004097491A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04710339A EP1623259A1 (de) 2003-04-30 2004-02-12 Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls
JP2006504235A JP4676956B2 (ja) 2003-04-30 2004-02-12 光ビームのスペクトル領域のスペクトル選択・検出装置
US10/553,717 US7463354B2 (en) 2003-04-30 2004-02-12 Device for the spectral selection and detection of the spectral regions of a light beam

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10319776.1 2003-04-30
DE10319776A DE10319776A1 (de) 2003-04-30 2003-04-30 Vorrichtung zur spektralen Selektion und Detektion der Spektralbereiche eines Lichtstrahls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004097491A1 true WO2004097491A1 (de) 2004-11-11

Family

ID=33305134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/000255 WO2004097491A1 (de) 2003-04-30 2004-02-12 Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7463354B2 (de)
EP (1) EP1623259A1 (de)
JP (1) JP4676956B2 (de)
DE (1) DE10319776A1 (de)
WO (1) WO2004097491A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006154376A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Nikon Corp 顕微鏡
EP2063306A1 (de) * 2007-11-26 2009-05-27 Olympus Corporation Lichtquellenvorrichtung und Laser-Scanning-Mikroskop
EP2068188A1 (de) * 2007-12-04 2009-06-10 Olympus Corporation Beobachtungsgerät
WO2012069443A1 (de) * 2010-11-23 2012-05-31 Leica Microsystems Cms Gmbh Konfokales laser-scanmikroskop und ein verfahren zum untersuchen einer probe

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006030530A1 (de) 2006-07-01 2008-01-03 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Verfahren und Anordnung zur Detektierung von Lichtsignalen
JP2011125598A (ja) * 2009-12-21 2011-06-30 Hoya Corp 内視鏡装置
DE102010036790A1 (de) 2010-08-02 2012-02-02 Leica Microsystems Cms Gmbh Einrichtung zur lückenlosen Einstellung von Spektrometer-Spaltbreiten

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4330347A1 (de) * 1993-09-08 1995-03-16 Leica Lasertechnik Vorrichtung zur Selektion und Detektion mindestens zweier Spektralbereiche eines Lichtstrahls
DE19902625A1 (de) * 1998-01-28 1999-09-30 Leica Microsystems Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls
US6459484B1 (en) * 1999-10-21 2002-10-01 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning optical apparatus
US20020176162A1 (en) * 2000-07-17 2002-11-28 Rolf Borlinghaus Arrangement for spectrally sensitive reflected-light and transmitted-light microscopy

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS576989Y2 (de) * 1975-07-22 1982-02-09
JPH04125430A (ja) * 1990-09-17 1992-04-24 Hitachi Ltd 多波長分光光度計
US5886784A (en) * 1993-09-08 1999-03-23 Leica Lasertechink Gmbh Device for the selection and detection of at least two spectral regions in a beam of light
JPH07146237A (ja) * 1993-11-22 1995-06-06 Olympus Optical Co Ltd 顕微測光装置
DE19622359B4 (de) * 1996-06-04 2007-11-22 Carl Zeiss Jena Gmbh Vorrichtung zur Einkopplung der Strahlung von Kurzpulslasern in einem mikroskopischen Strahlengang
US6628385B1 (en) * 1999-02-05 2003-09-30 Axon Instruments, Inc. High efficiency, large field scanning microscope
US6369928B1 (en) * 2000-11-01 2002-04-09 Optical Biopsy Technologies, Inc. Fiber-coupled, angled-dual-illumination-axis confocal scanning microscopes for performing reflective and two-photon fluorescence imaging
JP2002311027A (ja) * 2001-04-09 2002-10-23 Hitachi Software Eng Co Ltd ビーズ、ビーズ製造方法、フローサイトメータ及びプログラム
DE10120425C2 (de) 2001-04-26 2003-12-18 Leica Microsystems Scanmikroskop

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4330347A1 (de) * 1993-09-08 1995-03-16 Leica Lasertechnik Vorrichtung zur Selektion und Detektion mindestens zweier Spektralbereiche eines Lichtstrahls
DE19902625A1 (de) * 1998-01-28 1999-09-30 Leica Microsystems Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls
US6459484B1 (en) * 1999-10-21 2002-10-01 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning optical apparatus
US20020176162A1 (en) * 2000-07-17 2002-11-28 Rolf Borlinghaus Arrangement for spectrally sensitive reflected-light and transmitted-light microscopy

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIRK H ET AL: "Programmable beam-splitter for confocal laser scanning microscopy", PROC. SPIE - INT. SOC. OPT. ENG. (USA), PROCEEDINGS OF THE SPIE - THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, 2002, SPIE-INT. SOC. OPT. ENG, USA, vol. 4621, May 2002 (2002-05-01), pages 16 - 27, XP002290245, ISSN: 0277-786X *
See also references of EP1623259A1 *
W. BECKER, A. BERGMANN: "LIFETIME IMAGING FOR OPTICAL MICROSCOPY", February 2003 (2003-02-01), XP002290246, Retrieved from the Internet <URL:http://www.becker-hickl.de/pdf/tcvgbh1.pdf> [retrieved on 20040726] *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006154376A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Nikon Corp 顕微鏡
JP4725087B2 (ja) * 2004-11-30 2011-07-13 株式会社ニコン 顕微鏡
EP2063306A1 (de) * 2007-11-26 2009-05-27 Olympus Corporation Lichtquellenvorrichtung und Laser-Scanning-Mikroskop
US8111455B2 (en) 2007-11-26 2012-02-07 Olympus Corporation Light source apparatus and laser scanning microscope
EP2068188A1 (de) * 2007-12-04 2009-06-10 Olympus Corporation Beobachtungsgerät
US8017903B2 (en) 2007-12-04 2011-09-13 Olympus Corporation Observation apparatus
WO2012069443A1 (de) * 2010-11-23 2012-05-31 Leica Microsystems Cms Gmbh Konfokales laser-scanmikroskop und ein verfahren zum untersuchen einer probe
US8922776B2 (en) 2010-11-23 2014-12-30 Leica Microsystems Cms Gmbh Confocal laser scanning microscope and a method for investigating a sample

Also Published As

Publication number Publication date
JP4676956B2 (ja) 2011-04-27
EP1623259A1 (de) 2006-02-08
US7463354B2 (en) 2008-12-09
US20060203241A1 (en) 2006-09-14
JP2006524802A (ja) 2006-11-02
DE10319776A1 (de) 2004-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4330347C2 (de) Verwendung einer Vorrichtung zur Selektion und Detektion mindestens zweier Spektralbereiche eines Lichtstrahls
EP3532885B1 (de) Optische anordnung, multispot-scanning-mikroskop und verfahren zum betreiben eines mikroskops
DE102012023024B4 (de) Lichtmikroskop und Mikroskopieverfahren
DE10127284A1 (de) Autofokussiereinrichtung für ein optisches Gerät
DE10038049A1 (de) Optische Anordnung zur Selektion und Detektion des Spektalbereichs eines Lichtstrahls
WO2012034852A1 (de) Optisches abbildungssystem zur multispektralen bildgebung
DE19944355A1 (de) Optische Anordnung
EP2535756A1 (de) Mikroskop und Verfahren zur bildgebenden Fluoreszenzmikroskopie
DE102004028001A1 (de) Echelle-Spektrometer mit verbesserter Detektorausnutzung
DE102005042890B4 (de) Konfokalmikroskop und Verfahren zur Detektion mit einem Konfokalmikroskop
DE10004233B4 (de) Mikroskop-Aufbau
DE102013002423A1 (de) Optikanordnung und Lichtmikroskop
WO2004097491A1 (de) Vorrichtung zur spektralen selektion und detektion der spektralbereiche eines lichtstrahls
EP3271694A1 (de) Lichtemissionsmessgerät und verfahren zur messung von lichtemission
DE2536923A1 (de) Optische steuer- oder ueberwachungsvorrichtung
DE60001848T2 (de) Vorrichtung zur erzeugung spektroskopischer bilder
EP2555040B1 (de) Einrichtung zur variablen Umlenkung von Licht
WO2006000173A1 (de) Optische anordnung zum spektralselektiven nachweis von licht eines lichtstrahls
DE102004058408B4 (de) Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften
DE102017129096B4 (de) Verfahren zur spektralen Aufspaltung eines Lichtstrahls und Fluoreszenzlichtmikroskop zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE102005059986B4 (de) Chopperscheibe
DE102022133184B3 (de) Filteranordnung, kopplungsanordnung, system, und detektionseinrichtung für ein lichtmikroskop und verfahren zum spektralen zerlegen eines eingangslichtstrahls
EP3864446B1 (de) Bandpassfilter für licht mit variabler unterer und oberer grenzwellenlänge
DE10340020B4 (de) Vorrichtung zum selektiven Nachweis bestimmter Wellenlängenanteile eines Lichtstrahls
EP2600100B1 (de) Vorrichtung und ein Verfahren zur Abstands- oder Dickenmessung eines Objekts

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004710339

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10553717

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006504235

Country of ref document: JP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004710339

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10553717

Country of ref document: US