WO2006008304A1 - Rastermikroskop - Google Patents

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WO2006008304A1
WO2006008304A1 PCT/EP2005/053505 EP2005053505W WO2006008304A1 WO 2006008304 A1 WO2006008304 A1 WO 2006008304A1 EP 2005053505 W EP2005053505 W EP 2005053505W WO 2006008304 A1 WO2006008304 A1 WO 2006008304A1
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WO
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detector
scanning microscope
microscope according
scanning
detection light
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/053505
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Knebel
Bernd Widzgowski
Original Assignee
Leica Microsystems Cms Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0064—Optical details of the image generation multi-spectral or wavelength-selective arrangements, e.g. wavelength fan-out, chromatic profiling
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    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers

Definitions

  • the invention relates to a scanning microscope with a beam deflector, which passes an illumination light beam over or through a sample, and with a detector for receiving from the sample emanating detection light.
  • a sample is illuminated with a light beam to observe the reflected or fluorescent light emitted by the sample.
  • the focus of an illumination light beam is moved by means of a controllable beam deflection device, generally by tilting two mirrors, in an object plane, wherein the deflection axes are usually perpendicular to one another, so that one mirror deflects in the x direction and the other in the y direction.
  • the tilting of the mirror is accomplished, for example, with the help of galvanometer actuators.
  • the power of the light coming from the object is measured as a function of the position of the scanning beam.
  • the control elements are equipped with sensors for determining the current mirror position.
  • an object with the focus of a light beam is scanned in three dimensions.
  • a confocal scanning microscope generally comprises a light source, a focusing optics, with which the light of the source is focused on a pinhole - the so-called excitation diaphragm, a beam splitter, a beam deflector for beam control, a microscope optics, a detection aperture and the detectors for detecting the detection - or fluorescent light.
  • the illumination light is coupled in via a beam splitter.
  • the fluorescence or reflection light coming from the object passes back to the beam splitter via the beam deflector, passes through it, and is subsequently focused onto the detection aperture behind which the detectors are located.
  • Detection light that does not come directly from the focus region takes a different light path and does not pass through the detection aperture, so as to obtain point information that results in a three-dimensional image by sequentially scanning the object.
  • a three-dimensional image is achieved by layered image data acquisition, wherein the path of the scanning light beam on or in the object ideally describes a meander. (Scanning a line in the x-direction at a constant y-position, then pause x-scan and swivel to the next line to be scanned by y-adjustment and then, at a constant y-position, scan this line in negative x-direction and so on).
  • the sample stage or the objective is displaced after the scanning of one layer and the next layer to be scanned is thus brought into the focal plane of the objective.
  • DE 202 16 583 U1 discloses a microscope with a light source which emits light for illuminating a specimen and with a spectrometer which receives detection light emanating from the specimen.
  • the microscope has an optical arrangement with an acousto-optic component that directs the light from the light source to the sample and supplies the spectrally unbiased detection light emanating from the sample to the spectrometer.
  • This object is achieved by a scanning microscope, which is characterized in that the scanning microscope has a Auskoppelport or another detector and that a deflection device is provided which is synchronized with the beam deflection device and the detection light in dependence on the deflection position of the beam deflecting device either to the detector or to the decoupling port or the further detector directs.
  • a further detector can be coupled to the decoupling port.
  • the further detector may, for example, be a single detector or a spectrometer.
  • the further detector can also be designed as a multiband detector.
  • the deflection device comprises an acousto-optical component.
  • the deflection device is rotatable or pivotable.
  • the deflection device comprises a mirror, which can advantageously be configured as a segment mirror.
  • the deflection device preferably includes a filter and / or a filter coating.
  • a coated substrate may be provided, which is coated in segments such that some segments reflect light of the illumination light wavelength, others allow this light to pass.
  • the segments could ideally be designed for a sequential line scan with illumination light of different wavelengths such that one segment as the excitation filter (blocking light of the excitation wavelength, high transmission for the respective longer wavelength fluorescent light) is effective for the illumination light wavelength currently being activated.
  • the segments can be designed, for example, as a bandpass filter.
  • a segment is designed as a polarization filter, in particular as a pole analyzer.
  • the pole analyzer preferably has a passage direction rotated by 90 degrees for orientation of the excitation light.
  • Another segment also has a pole analyzer with a passage direction crossed to the first pole analyzer.
  • a third segment may include a third pole analyzer under special orientation (e.g., magic angle). This arrangement provides the ability to measure fluorescence depolarization. Preferably, this is switched line by line between the segments.
  • the back side of a mirror or filter substrate is antireflection-coated.
  • a drive means for rotating and / or pivoting the deflection device is provided.
  • the drive means may preferably be designed as a galvanometer or as a motor.
  • the deflection device includes a round substrate which is cake-piece-like cement-coated.
  • the round substrate is supported at its center perpendicular to a rotary shaft rotated by a motor synchronized with the beam deflector.
  • the substrate is struck by the detection light beam at an oblique angle (preferably 45 degrees).
  • the imaginary extension of the rotary shaft intersects the optical axis of the detection light beam as a function of the deflection position of the beam deflection device, in this variant, the various segments are rotated by the motor in the beam path of the detection light.
  • a stationary detection beam is obtained, while the use of a mirror which can be swiveled into the steel path leads to a moving detection light beam which can be imaged, for example, on a line detector or on a streak camera (eg for FLIM examinations).
  • the sample can be scanned plane by level. It can be provided that a switching of the steering of the detection light to the detector or to the Auskoppelport takes place synchronously with the plane-wise scanning. By way of example, scanning of the sample may first be performed when it is detected by the detector, while subsequent detection of the further detector may take place when the same plane or another plane is scanned.
  • the sample is scanned line by line.
  • switching of the steering of the detection light to the detector or to the decoupling port or to the further detector takes place synchronously with the line-wise scanning.
  • the design of the substrate coating of the deflection means is designed in this variant as two-thirds / one-third division, so that for the duration for scanning two scan lines of the external detector and for the period for scanning the respective subsequent scan line the detector is subjected to detection light.
  • the detector can also be designed as a single detector and / or as a spectrometer and / or as a multiband detector.
  • the sample is bi-directionally scanned.
  • the detection light is directed to the detector during the forward scan of the bidirectional scanning and to the decoupling port or to the further detector during the return of the bidirectional scanning.
  • the deflecting means may also include a "chopper disc.” This has the advantage that no optical beam offset is caused, for example, webs of the chopper disc can be mirrored, the division of webs and free segments being freely selectable different divisions of webs and free segments. By moving the chopper disc parallel to the axis of rotation different operating modes can thus be selected.
  • the scanning microscope is designed as a confocal scanning microscope.
  • FIG. 1 shows a scanning microscope according to the invention
  • FIG. 2 shows another scanning microscope according to the invention
  • FIG. 1 shows a scanning microscope according to the invention
  • FIG. 2 shows another scanning microscope according to the invention
  • FIG. 3 is a detailed view of a deflection device
  • Fig. 4 is a detail of a deflection
  • 5 shows the scan field of a sample to be scanned.
  • Fig. 1 shows a scanning microscope according to the invention with a light source 1, which is designed as a multi-line laser 3.
  • the multi-line laser 3 emits an illuminating light beam 5 including several wavelengths of light. After passing through the illuminating aperture 7, the illuminating light beam 5 reaches the main beam splitter 9, which directs the illuminating light beam 5 to the beam deflecting device 11.
  • the beam deflection device 1 1 includes a gimbal-mounted scanning mirror 13, which guides the illumination light beam 5 through the scanning optics 15, the tube optics 17 and through the microscope objective 19 via or through the sample 21.
  • the detection light 23 emanating from the sample passes on the same light path, namely through the microscope objective 19, the tube lens 17 and the scanning optics 15 back to the beam deflector 1 1 and the main beam splitter 9, passes this and the subsequent detection pinhole 25 and finally reaches the deflection device 27th
  • the deflection device 27 includes a vibrating mirror 29 driven by a galvanometer, not shown, whose pivot axis lies away from the optical axis of the detection light 23.
  • the deflection device 27 is via the electronic Synchronization unit 31 with the beam deflection device 1 1 synchronized such that the detection light 23 in response to the deflection of the beam deflection device 1 1 either to the detector 33, which is designed as a multi-band detector 35, or to the other detector 37, which in this embodiment configured as a spectrometer is.
  • the galvanometer In order to direct the detection light 23 to the further detector 37, the galvanometer, not shown, rotates the oscillating mirror 29 into the beam path of the detection light 23. In order to allow the detection light 23 to reach the multiband detector 35, the oscillating mirror 29 is rotated out of the beam path of the detection light 23 , In the drawing, just the position is illustrated, in which the detection light 23 is directed to the spectrometer 39.
  • the multiband detector 35 includes a prism 41 that fills the detection light 23 spatially spectrally.
  • the spatially spectrally fanned detection light 23 is focused with the field lens 43 to a focus line in which a first mirror slide 45 and a second mirror slide 47 are arranged.
  • the spectral component transmitted by the mirror slides is detected by a first photomultiplier 49.
  • the proportion of the detection light 23, which is reflected by the second mirror slide 47, passes to the second photomultipler 53 after passing through another diaphragm arrangement 51.
  • the arrangement of the multiband detector 35 may include further mirror slides and detectors and accordingly be cascaded further. For the sake of clarity, two detection channels were illustrated here.
  • FIG. 2 shows another scanning microscope 55 according to the invention with a light source 1, which is designed as a multiline light source 57.
  • the light source 1 which is designed as a multiline light source 57.
  • Multi-line light source 57 emits one more
  • Illuminating light wavelengths containing illumination light beam 5 the is guided over or through the sample analogously to the illustrated in Fig. 1 scanning microscope.
  • the scanning microscope illustrated in FIG. 2 has a deflection device 27 with a chopper disc 59, which is rotated by a motor 63 via a rotation shaft 61.
  • the chopper disk 59 has a cake-like segmentation, not shown in this figure, so that depending on which segment is just rotated in the beam path of the detection light 23, the detection light depending on the deflection of the beam deflector 1 1 either to the detector 33, which is a multi-band detector 35 is executed or is directed via the deflection mirror 65 to the Auskoppelport 67.
  • a further detector 37 which is designed as a spectrometer 39, coupled.
  • FIG. 3 shows a deflection device 27, which consists of a cake-like segmented coated substrate 69, which is rotated by a motor 63 via a rotary shaft 61.
  • the substrate 69 has a first segment 71, which allows the detection light 23 to pass unhindered.
  • the substrate 69 has a second segment 73 coated in such a way that the light which can pass a wavelength above a first illumination light wavelength (for example 488 nm) and block off detection light components of the first illumination light wavelength.
  • the substrate 69 has a third segment 75 that passes light above a second illumination light wavelength (eg, 561 nm) and blocks light of that wavelength and below that wavelength.
  • a second illumination light wavelength eg, 561 nm
  • the substrate 69 further includes a fourth segment 77 which passes light above a third illumination light wavelength of, for example, 630 nm and blocks detection light having wavelengths below the third illumination light wavelength.
  • the detection light transmitted by the segment 71 could subsequently pass to a spectrometer, for example, while the second, third and fourth segments 73, 75, 77 redirect the detection light 23 to another detector, which could be designed as a multiband detector, as well it is illustrated in Fig. 4.
  • Fig. 5 shows the scan field 79 within one with the focus of a Illuminating light beam to be scanned sample.
  • the focus of the illumination light beam is performed along a scan path 81.
  • the scan path 81 is not ideally meandering, but is more similar due to the inertia of the beam deflector rather a sinusoid.
  • the generated detection light a detector, which may be a multi-band detector, for example, during the return, so when running the focus of the illumination light beam in the negative X direction resulting detection light to another detector, which may be for example a spectrometer supplied.

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Abstract

Ein Rastermikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung (11), die einen Beleuchtungslichtstrahl (5) über bzw. durch eine Probe (21) führt, und mit einem Detektor (33) zum Empfangen von von der Probe ausgehendem Detektionslicht (23), weist einen Auskoppelport (67) oder einen weiteren Detektor (37) und eine Umlenkvorrichtung (27) auf, die mit der Strahlablenkeinrichtung synchronisiert ist und die das Detektionslicht in Abhängigkeit von der Ablenk-Stellung der Strahlablenkeinrichtung entweder zu dem Detektor oder zu dem Auskoppelport beziehungsweise zu dem weiteren Detektor lenkt.

Description

Rastermikroskop
Die Erfindung betrifft ein Rastermikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung, die einen Beleuchtungslichtstrahl über oder durch eine Probe führt, und mit einem Detektor zum Empfangen von von der Probe ausgehendem Detektionslicht.
In der Rastermikroskopie (Scanmikroskopie) wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet, um das von der Probe emittierte Reflexions- oder Fluoreszenzlicht zu beobachten. Der Fokus eines Beleuchtungslichtstrahles wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, im Allgemeinen durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Objektebene bewegt, wobei die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen, so dass ein Spiegel in x-, der andere in y-Richtung ablenkt. Die Verkippung der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes wird in Abhängigkeit von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente mit Sensoren zur Ermittlung der aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet.
Speziell in der konfokalen Scanmikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahles in drei Dimensionen abgetastet.
Ein konfokales Rastermikroskop umfasst im Allgemeinen eine Lichtquelle, eine Fokussieroptik, mit der das Licht der Quelle auf eine Lochblende - die sog. Anregungsblende - fokussiert wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung, eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht wird über einen Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz- oder Reflexionslicht gelangt über die Strahlablenkeinrichtung zurück zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Detektionslicht, das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so dass man eine Punktinformation erhält, die durch sequentielles Abtasten des Objekts zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales Bild durch schichtweise Bilddatennahme erzielt, wobei die Bahn des Abtastlichtstrahles auf bzw. in dem Objekt idealerweise einen Mäander beschreibt. (Abtasten einer Zeile in x-Richtung bei konstanter y-Position, anschließend x-Abtastung anhalten und per y- Verstellung auf die nächste abzutastende Zeile schwenken und dann, bei konstanter y-Position, diese Zeile in negativer x-Richtung abtasten u.s.w.). Um eine schichtweise Bilddatennahme zu ermöglichen, wird der Probentisch oder das Objektiv nach dem Abtasten einer Schicht verschoben und so die nächste abzutastende Schicht in die Fokusebene des Objektivs gebracht.
Aus DE 202 16 583 U1 ist ein Mikroskop mit einer Lichtquelle, die Licht zur Beleuchtung einer Probe emittiert und mit einem Spektrometer, das von der Probe ausgehendes Detektionslicht empfängt, bekannt. Das Mikroskop weist eine optische Anordnung mit einem akustooptischen Bauteil auf, die das Licht der Lichtquelle zur Probe leitet und das von der Probe ausgehende Detektionslicht spektral unaufgespalten dem Spektrometer zuführt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rastermikroskop mit einer universellen Detektionsmöglichkeit anzugeben, um während der Bildaufnahme möglichst viele verschiedene Informationen erhalten zu können. Diese Aufgabe wird durch ein Rastermikroskop gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rastermikroskop einen Auskoppelport oder einen weiteren Detektor aufweist und dass eine Umlenkvorrichtung vorgesehen ist, die mit der Strahlablenkeinrichtung synchronisiert ist und die das Detektionslicht in Abhängigkeit von der Ablenk-Stellung der Strahlablenkeinrichtung entweder zu dem Detektor oder zu dem Auskoppelport oder dem weiteren Detektor lenkt.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, das während der Bildaufnahme gezielt zwischen Detektoren unterschiedlicher Bauart umgeschaltet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist an den Auskoppelport ein weiterer Detektor ankoppelbar. Bei dem weiteren Detektor kann es sich beispielsweise um einen Einzeldetektor, oder um ein Spektrometer handeln. Der weitere Detektor kann auch als Multibanddetektor ausgestaltet sein.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rastermikroskops umfasst die Umlenkvorrichtung ein akustooptisches Bauteil. Vorzugsweise ist die Umlenkvorrichtung drehbar oder schwenkbar angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante umfasst die Umlenkvorrichtung einen Spiegel, der vorteilhafterweise als Segmentspiegel ausgestaltet sein kann.
Die Umlenkvorrichtung beinhaltet vorzugsweise einen Filter und/oder eine Filterbeschichtung. So kann beispielsweise ein beschichtetes Substrat vorgesehen sein, das segmentweise derart beschichtet ist, dass einige Segmente Licht der Beleuchtungslichtwellenlänge reflektieren, andere dieses Licht passieren lassen. In einer besonderen Variante könnten die Segmente ideal für einen sequenziellen Linienscan mit Beleuchtungslicht unterschiedlicher Wellenlängen derart ausgelegt sein, dass jeweils ein Segment als Anregungsfilter (Blocken von Licht der Anregungswellenlänge, hohe Transmission für das jeweilige langwelligere Fluoreszenzlicht) für die gerade eingeschaltete Beleuchtungslichtwellenlänge wirksam ist. Die Segmente können beispielsweise als Bandpassfilter ausgeführt sein.
In einer Ausführungsvariante ist ein Segment als Polariationsfilter, insbesondere als Pol-Analysator, ausgeführt. Der Pol-Analysator weist hierbei vorzugsweise eine um 90 Grad gedrehte Durchlassrichtung zur Orientierung des Anregungslichtes auf. Ein weiteres Segment weist ebenfalls einen Pol- Analysator mit einer zum ersten Pol-Analysator gekreuzten Durchlassrichtung auf. Ferner kann ein drittes Segment einen dritten Pol-Analysator unter spezieller Orientierung (z.B. magic angle) aufweisen. Diese Anordnung bietet die Möglichkeit zur Messung von Fluoreszenzdepolarisation. Vorzugsweise wird hierbei zeilenweise zwischen den Segmenten umgeschaltet.
Vorzugsweise ist die Rückseite eines Spiegel bzw. Filtersubstrats antireflexbeschichtet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform ist ein Antriebsmittel zum Drehen und/oder Schwenken der Umlenkvorrichtung vorgesehen. Das Antriebsmittel kann vorzugsweise als Galvanometer oder als Motor ausgestaltet sein.
In einer besonderen Variante beinhaltet die Umlenkvorrichtung ein rundes Substrat, das kuchenstückartig sementweise beschichtet ist. Das runde Substrat ist in seinem Mittelpunkt senkrecht auf einer Drehwelle gelagert, die von einem Motor, der mit der Strahlablenkeinrichtung synchronisiert ist, gedreht wird. Das Substrat wird von dem Detektionslichtstrahl unter schiefem Winkel (vorzugsweise 45 Grad) getroffen. Die gedachte Verlängerung der Drehwelle schneidet die optische Achse des Detektionslichtstrahls in Abhängigkeit von der Ablenkstellung der Strahlablenkeinrichtung, wird in dieser Variante durch den Motor die verschiedenen Segmente in den Strahlengang des Detektionslichts gedreht.
Bei dieser Variante erhält man einen ortsfesten Detektionsstrahl, während die Verwendung eines eines in den Stahlengang schwenkbaren Spiegels zu einem bewegten Detektionslichtstrahl führt, der beispielsweise auf einen Zeilendetektor oder auf eine Streakkamera (z.B. Für FLIM Untersuchungen) abgebildet werden kann. In einer bevorzugten Variante ist die Probe ebenenweise abtastbar. Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Umschaltung der Lenkung des Detektionslichts zu dem Detektor bzw. zu dem Auskoppelport synchron mit der ebenenweisen Abtastung erfolgt. Beispielsweise kann zunächst eine Abtastung der Probe bei Detektion mit dem Detektor erfolgen, während anschließend beim Abtasten der selben Ebene oder einer weiteren Ebene die Detektion über den weiteren Detektor erfolgt.
In einer anderen ganz besonders bevorzugten Variante ist die Probe linienweise abtastbar. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Umschaltung der Lenkung des Detektionslichts zu dem Detektor bzw. zu dem Auskoppelport bzw. zu dem weiteren Detektor synchron mit der linienweisen Abtastung erfolgt. In dieser Variante ist es beispielsweise ermöglicht, in regelmäßiger Folge je zwei Scanlinien nacheinander mit dem weiteren Detektor und eine dritte Scanlinie mit dem Detektor zu detektieren. Die Ausgestaltung der Substratbeschichtung des Umlenkmittels ist in dieser Variante als Zweidrittel/Eindrittelunterteilung ausgeführt, so dass für die Dauer zum Abscannen von zwei Scanzeilen der externe Detektor und für die Zeitdauer zum Abscannen der jeweils folgenden Scanzeile der Detektor mit Detektionslicht beaufschlagt wird. Auch der Detektor kann ebenso wie der weitere Detektor als Einzeldetektor und/oder als Spektrometer und/oder als Multibanddetektor ausgeführt sein.
In einer ganz besonders vorteilhaften Variante ist die Probe bidirektional abtastbar. Hierbei kann vorgesehen sein, dass Detektionslicht beim Hinlauf der bidirektionalen Abtastung zu dem Detektor und beim Rücklauf der bidirektionalen Abtastung zu dem Auskoppelport bzw. zu dem weiteren Detektor zu lenken.
Das Umlenkmittel kann auch eine „Chopperscheibe" beinhalten. Dies hat den Vorteil, dass kein optischer Strahlversatz hervorgerufen wird. Stege der Chopperscheibe können beispielsweise verspiegelt sein. Die Aufteilung von Stegen und freien Segmenten ist hierbei frei wählbar. Es ist auch denkbar, dass unterschiedliche Kreisausschnitte verschiedene Aufteilungen von Stegen und freien Segmenten aufweisen. Durch Verschieben der Chopperscheibe parallel zur Drehachse können somit unterschiedliche Betriebsarten ausgewählt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Rastermikroskop als konfokales Rastermikroskop ausgeführt.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleich wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rastermikroskop, Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Rastermikroskop,
Fig. 3 eine Detaildarstellung einer Umlenkvorrichtung,
Fig. 4 eine Detaildarstellung einer Umlenkvorrichtung und
Fig. 5 das Scanfeld einer abzutastenden Probe.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rastermikroskop mit einer Lichtquelle 1 , die als Mehrlinienlaser 3 ausgeführt ist. Der Mehrlinienlaser 3 emittiert einen mehrere Lichtwellenlängen beinhaltenden Beleuchtungslichtstrahl 5. Der Beleuchtungslichtstrahl 5 gelangt nach Passieren der Beleuchtungslochblende 7 zu dem Hauptstrahlteiler 9, der den Beleuchtungslichtstrahl 5 zur Strahlablenkeinrichtung 1 1 lenkt. Die Strahlablenkeinrichtung 1 1 beinhaltet einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 13, der den Beleuchtungslichtstrahl 5 durch die Scanoptik 15, die Tubusoptik 17 sowie durch das Mikroskopobjektiv 19 über bzw. durch die Probe 21 führt. Das von der Probe ausgehende Detektionslicht 23 gelangt auf dem selben Lichtweg, nämlich durch das Mikroskopobjektiv 19, die Tubuslinse 17 sowie die Scanoptik 15 zurück zur Strahlablenkeinrichtung 1 1 und zum Hauptstrahlteiler 9, passiert diesen und die nachfolgende Detektionslochblende 25 und gelangt schließlich zur Umlenkvorrichtung 27. Die Umlenkvorrichtung 27 beinhaltet einen von einem nicht gezeigten Galvanometer angetriebenen Schwingspiegel 29, dessen Schwenkachse abseits der optischen Achse des Detektionslichts 23 liegt. Die Umlenkvorrichtung 27 ist über die elektronische Synchronisationseinheit 31 mit der Strahlablenkeinrichtung 1 1 derart synchronisiert, dass das Detektionslicht 23 in Abhängigkeit von der Ablenkstellung der Strahlablenkeinrichtung 1 1 entweder zu dem Detektor 33, der als Multibanddetektor 35 ausgeführt ist, oder zu dem weiteren Detektor 37, der in diesem Ausführungsbeispiel als Spektrometer ausgestaltet ist. Um das Detektionslicht 23 zu dem weiteren Detektor 37 zu lenken, dreht das nicht gezeigte Galvanometer den Schwingspiegel 29 in den Strahlengang des Detektionslichts 23. Um das Detektionslicht 23 zu dem Multibanddetektor 35 gelangen zu lassen, wird der Schwingspiegel 29 aus dem Strahlengang des Detektionslichts 23 gedreht. In der Zeichnung ist gerade die Stellung illustriert, bei der das Detektionslicht 23 zum Spektrometer 39 gelenkt wird. In den Zeiten, in denen der Schwingspiegel 29 aus dem Strahlengang des Detektionslichts 23 herausgedreht ist, verläuft das Detektionslichts so, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Der Multibanddetektor 35 beinhaltet ein Prisma 41 , dass das Detektionslicht 23 räumlich spektral auffächert. Das räumlich spektral aufgefächerte Detektionslicht 23 wird mit der Feldlinse 43 zu einer Fokuslinie fokussiert, in der ein erster Spiegelschieber 45 und ein zweiter Spiegelschieber 47 angeordnet sind. Der spektrale Anteil, der von den Spiegelschiebern durchgelassen wird, wird von einem ersten Photomultipler 49 detektiert. Der Anteil des Detektionslichts 23, der von dem zweiten Spiegelschieber 47 reflektiert wird, gelangt nach Passieren einer weiteren Blendenanordnung 51 zu dem zweiten Photomultipler 53. Durch Einstellen der Spiegelschieber 45, 47, 51 kann eingestellt werden, welche Spektralanteile des Detektionslichts 23 zu dem ersten Photomultipler 49 bzw. zu dem zweiten Photomultipler 53 gelangen. Die Anordnung des Multibanddetektors 35 kann noch weitere Spiegelschieber und Detektoren beinhalten und demgemäss noch weiter kaskadiert sein. Der besseren Übersichtlichkeit halber wurden hier noch zwei Detektionskanäle illustriert.
Fig. 2 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Rastermikroskop 55 mit einer Lichtquelle 1 , die als Mehrlinienlichtquelle 57 ausgeführt ist. Die
Mehrlinienlichtquelle 57 emittiert einen mehrere
Beleuchtungslichtwellenlängen beinhaltenden Beleuchtungslichtstrahl 5, der analog zu dem in Fig. 1 illustrierten Rastermikroskop über bzw. durch die Probe geführt wird. Das in Fig. 2 dargestellte Rastermikroskop weist eine Umlenkvorrichtung 27 mit einer Chopperscheibe 59, die über eine Drehwelle 61 von einem Motor 63 gedreht wird, auf. Die Chopperscheibe 59 weist eine in dieser Figur nicht gezeigte kuchenstückartige Segmentierung auf, so dass je nachdem welches Segment gerade in den Strahlengang des Detektionslichts 23 gedreht ist, das Detektionslicht in Abhängigkeit von der Ablenkstellung der Strahlablenkeinrichtung 1 1 entweder zu dem Detektor 33, der als Multibanddetektor 35 ausgeführt ist oder über den Umlenkspiegel 65 zu dem Auskoppelport 67 gelenkt wird. An den Auskoppelport 67 ist ein weiterer Detektor 37, der als Spektrometer 39 ausgeführt ist, angekoppelt.
Fig. 3 zeigt eine Umlenkvorrichtung 27, die aus einem kuchenstückartig segmentiert beschichteten Substrat 69, das über eine Drehwelle 61 von einem Motor 63 gedreht wird, besteht. Das Substrat 69 weist ein erstes Segment 71 auf, das das Detektionslicht 23 ungehindert passieren läßt. Das Substrat 69 weist ein zweites Segment 73 auf, das derart beschichtet ist, das Licht, das eine Wellenlänge oberhalb einer ersten Beleuchtungslichtwellenlänge (beispielsweise 488 nm) passieren kann und Detektionslichtanteile der ersten Beleuchtungslichtwellenlänge abblockt werden. Das Substrat 69 weist ein drittes Segment 75, das Licht oberhalb einer zweiten Beleuchtungslichtwellenlänge (z. B. 561 nm) passieren läßt und Licht dieser Wellenlänge und unterhalb dieser Wellenlänge abblockt, auf. Das Substrat 69 weist darüber hinaus ein viertes Segment 77 auf, das Licht oberhalb einer dritten Beleuchtungslichtwellenlänge von beispielsweise 630 nm passieren läßt und Detektionslicht mit Wellenlängen unterhalb der dritten Beleuchtungslichtwellenlänge abblockt. In diesem Beispiel könnte das von dem Segment 71 durchgelassene Detektionslicht anschließend beispielsweise zu einem Spektrometer gelangen, während das zweite, dritte und vierte Segment 73, 75, 77 das Detektionslicht 23 zu einem weiteren Detektor, der als Multibanddetektor ausgeführt sein könnte, umlenkt, so wie es in Fig. 4 illustriert ist.
Fig. 5 zeigt das Scanfeld 79 innerhalb einer mit dem Fokus eines Beleuchtungslichtstrahls abzutastenden Probe. Der Fokus des Beleuchtungslichtstrahls wird entlang einer Scanbahn 81 durchgeführt. Die Scanbahn 81 ist nicht ideal mäanderförmig, sondern gleicht im wesentlichen aufgrund der Trägheit der Strahlablenkeinrichtung eher einer Sinuskurve. In diesem Ausführungsbeispiel wird beim jeweiligen Hinlauf, also beim Lauf des Fokus des Beleuchtungslichtstrahls in positiver X-Richtung das erzeugte Detektionslicht einem Detektor, der beispielsweise ein Multibanddetektor sein kann, während das beim Rücklauf, also beim Lauf des Fokus des Beleuchtungslichtstrahls in negativer X-Richtung entstehende Detektionslicht einem weiteren Detektor, der beispielsweise ein Spektrometer sein kann, zugeführt.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Lichtquelle
3 Mehrlinienlaser
5 Beleuchtungslichtstrahl
7 Beleuchtungslochblende
9 Hauptstrahlteiler
11 Strahlablenkeinrichtung
13 Scanspiegel
15 Scanoptik
17 Tubusoptik
19 Mikroskopobjektiv
21 Probe
23 Detektionslicht
25 Detektionslochblende
27 Umlenkvorrichtung
29 Schwingspiegel
31 Synchronisationseinheit
33 Detektor
35 Multibanddetektor
37 Detektor
39 Spektrometer
41 Prisma
43 Feldlinse
45 erster Spiegelschieber 47 zweiter Spiegelschieber
49 erster Photomultipler
51 Blendenanordnung
53 zweiter Photomultipler 55 Rastermikroskop
57 Mehrlinienlichtquelle
59 Chopperscheibe
61 Drehwelle
63 Motor 65 Umlenkspiegel
67 Auskoppelport
69 Substrat
71 erstes Segment
73 zweites Segment 75 drittes Segment
77 viertes Segment
79 Scanfeld
81 Scanbahn

Claims

Patentansprüche
1 . Rastermikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung, die einen Beleuchtungslichtstrahl über oder durch eine Probe führt, und mit einem Detektor zum Empfangen von von der Probe ausgehendem Detektionslicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastermikroskop einen Auskoppelport oder einen weiteren Detektor aufweist und dass eine Umlenkvorrichtung vorgesehen ist, die mit der Strahlablenkeinrichtung synchronisiert ist und die das Detektionslicht in Abhängigkeit von der Ablenk-Stellung der Strahlablenkeinrichtung entweder zu dem Detektor oder zu dem Auskoppelport beziehungsweise zu dem weiteren Detektor lenkt.
2. Rastermikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am dem Auskoppelport ein weiterer Detektor ankoppelbar ist.
3. Rastermikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Detektor einen Einzeldetektor und/oder ein Spektrometer und/oder einen Multibanddetektor und/oder einen Zeilendetektor und/oder eine Streakkamera umfasst.
4. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung drehbar oder schwenkbar ist.
5. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung ein akustooptisches Bauteil umfasst.
6. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung einen Spiegel, insbesondere einen Segmentspiegel, umfasst.
7. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung einen Filter umfasst.
8. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmittel zum Drehen und/oder Schwenken der Umlenkvorrichtung vorgesehen ist.
9. Rastermikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel einen Galvanometer und/oder einem Motor umfasst.
10. Rastermikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionslicht die Drehachse bzw. Schwenkachse schneidet.
1 1 . Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe ebenenweise abtastbar ist.
12. Rastermikroskop nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Lenkung des Detektionslicht zu dem Detektor bzw. zu dem weiteren Detektor oder zu dem Auskoppelport synchron mit der ebenenweisen Abtastung erfolgt.
13. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe linienweise abtastbar ist.
14. Rastermikroskop nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Lenkung des Detektionslicht zu dem Detektor bzw. zu dem weiteren Detektor oder zu dem Auskoppelport synchron mit der linienweisen Abtastung erfolgt.
15. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe bidirektional abtastbar ist.
16. Rastermikroskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionslicht beim Hinlauf der bidirektionalen Abtastung zu dem
Detektor und beim Rücklauf der bidirektionalen Abtastung zu dem Auskoppelport bzw. zu dem weiteren Detektor gelangt.
17. Rastermikroskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionslicht beim Hinlauf der bidirektionalen Abtastung zu dem Auskoppelport bzw. zu dem weiteren Detektor und beim Rücklauf der bidirektionalen Abtastung zu dem Detektor gelangt.
18. Rastermikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastermikroskop ein konfokales Rastermikroskop ist.
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