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Die
Erfindung betrifft einen Photosensor-Chip. Im Besonderen betrifft
die Erfindung einen Photosensor-Chip der einen lichtempfindlichen
Bereich und einen lichtunempfindlichen Bereich ausgebildet hat.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit Photosensor-Chip. Im besonderen
betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit mindestens einer Lichtquelle,
die einen Beleuchtungslichtstrahl emittiert, der durch die Optik
hindurch über
eine Scaneinrichtung eine Probe punktweise, punktrasterartig oder zeilenweise
beleuchtet, und einem dispersiven Element, das einen von der Probe
ausgehenden Detektionslichtstrahl räumlich spektral aufspaltet
und zumindest teilweise auf einen lichtempfindlichen Bereich eines
Photosensor-Chips richtet.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auslesen eines
Photosensor-Chips. Der Photosensor-Chip hat einen lichtempfindlichen
Bereich und einen lichtunempfindlichen Bereich ausgebildet.
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Das
U.S. Patent 6,157,408 A offenbart
eine lichtempfindliche Fläche
eines Photosensor-Chips, die aus einer Vielzahl von Pixeln gebildet
ist. Jedes der Pixel besitzt dabei einen Sensor zur Erzeugung eines
elektrischen Signals in Abhängigkeit
von der Helligkeit des auf den Sensor einfallenden Lichts. Mit den
Sensoren sind Speicher- und Auslese-CCDs (CCD = charge coupled device)
verbunden, wobei jeder Sensor eine Vielzahl von Ladungsspeichern
umfasst. Eine Vielzahl von linear ausgebildeten Speicher- und Auslese-CCD's sind parallel zur
Breite eines jeden Pixels angeordnet. Diese Druckschrift erwähnt jedoch
nichts von der zeilenförmigen,
bzw. zeilenartigen Ausgestaltung des lichtsensitiven Bereichs eines
CCD-Sensors.
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Das
U.S. Patent 5,355,165 A offenbart
einen flächenartigen
CCD-Bildsensor, der die einzelnen Pixeln in Reihen und Spalten angeordnet
hat. Jedem photoempfindlichen Element ist ein Speicherregister zugeordnet,
das als lokaler Speicher fungiert. Dabei umfasst jedes Speicherregister
N-Speicherelemente und N kann dabei einige 100 Speicherelemente
umfassen. Dies ermöglicht
eine schnelle Übertragung der
durch die Detektorelemente des CCD-Chips aufgenommenen elektrischen
Signale zu den jeweiligen Speicherelementen. Somit ist eine schnelle
Bildrate möglich.
Dieses Dokument erwähnt
ebenfalls nichts von einer zeilenförmigen, bzw. zeilenartigen
Anordnung der lichtempfindlichen Elemente eines bildgebenden Sensors.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 103 12 682 A1 offenbart eine Mikroskopanordnung
zur Abbildung eines Objekts. Die Mikroskopanordnung kann einen ortsauflösenden Strahlungsdetektor,
eine Abbildungsoptik zur Abbildung des auf dem Objekt erzeugten
wenigstens einen Lichtflecks auf dem ortsauflösenden Strahlungsdetektor und
eine Schaltung zur Auswertung des detektierten Lichtflecks und Ausgabe
eines Fokussiersignals auf der Grundlage einer Gestalt des Lichtflecks
umfassen. Dabei ist erwähnt, dass
aus Kostengründen
der ortsauflösende
Strahlungsdetektor auch ein zeilenförmiger Detektor sein kann.
Bei dem hier verwendeten zeilenförmigen
Detektor ist jedoch nichts erwähnt
von evtl. Speichereinheiten, bzw. nicht lichtempfindlichen Elementen
eines CCD-Chips, die den lichtempfindlichen Elementen des zeilenförmigen Detektors
zur Speicherung in den lichtempfindlichen Elementen generierten
Signale zugeordnet sind.
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Das
U.S. Patent 6,038,023 A offenbart
ein System zur Fluoreszenzdetektion oder Fluoreszenzspektroskopie.
Das von einer Probe kommende Licht wird dabei mittels eines Prismas
spektral aufgespaltet und auf ein Detektorarray gerichtet.
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Ebenso
beschreibt das
U.S. Patent 4,674,880 ein
Spektrophotometer, bei dem das zu analysierende Licht auf einen
Detektor trifft, der eine Vielzahl von Detektorelementen besitzt.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
41 11 903 A1 offenbart eine Erfindung zur spektroskopiekorrelierten
Licht-Rastermikroskopie. Der Spektrograph enthält ein gekühltes, zweidimensionales CCD-Array,
an Hand dessen das Messlicht detek tiert wird.
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Es
gibt drei wesentliche Architekturen von CCD-Chips, nämlich die
Fullframe-, Frametransfer- und Interlinetransfer-Chips.
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Das
spektral aufgespaltete Detektionslicht in einem Laserscan-Mikroskop
soll mit einem CCD- oder vorzugsweise EMCCD-Zeilendetektor (EMCCD =
electron multiplying charge coupled device) nachgewiesen werden.
Allerdings sind derartige CCD- oder EMCCD-Detektoren nach dem Stand
der Technik in Hinblick auf die für viele Anwendungen erforderliche
Bildaufnahmerate zu langsam.
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Bei
den Fullframe-Chips wird die komplette Fläche zur Bilderzeugung genutzt.
Wird ein fertig belichtetes Bild ausgelesen, sind die noch nicht
ausgelesenen Pixel weiterhin der Belichtung ausgesetzt. Ohne mechanischen
Verschluss ergeben sich somit Schmiereffekte.
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Beim
Frametransfer-Chip ist eine Hälfte
der Chipfläche
durch eine lichtundurchlässige
Maske abgeschirmt. Die Bildinformation wird nach der Belichtung
komplett in diesen lichtunempfindlichen Teil des Chips verschoben.
Da für
diesen Verschiebevorgang wesentlich weniger Zeit benötigt wird
als für
das anschließende
Auslesen des Chips, werden dadurch die Schmiereffekte erheblich
reduziert.
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Eine
weitere Verringerung des Schmiereffektes ist bei den Interlinetransfer-Chips realisiert.
Bei diesen ist jede zweite Spalte des Chips lichtundurchlässig maskiert.
Das Bild muss nach der Belichtung nur um eine Spaltenbreite verschoben
werden.
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Bei
den Fullframe-Chips ist die minimale Zeit zwischen zwei aufeinander
folgenden Belichtungsvorgängen,
der so genannte Bildabstand, generell gleich der Auslesezeit der
Bildinformation aus dem Chip. Sowohl bei Frametransfer-, als auch
bei Interlinetransfer-Chips kann die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Belichtungen höchstens
einmalig kürzer
sein als die Zeit, die zum Auslesen der Bildinformation benötigt wird.
Bei einer Zeitserie mit mehr als zwei Bildern ist auch bei diesen
Chips der minimale Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Belichtungen
gleich der Auslesezeit der jeweiligen Daten aus den maskierten Bereichen.
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Die
Bauart von Frametransfer- und Interlinetransfer-Chips ist darauf
optimiert, Schmiereffekte, die während
des Auslesevorgangs der Bildinformationen entstehen können, zu
vermeiden. Der minimale Abstand von aufeinanderfolgenden Belichtungen,
d. h. der Bildabstand und damit auch letztendlich die Bildwiederholrate
wird durch die Bauart dieser Chips nicht beeinflusst.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gegebener Taktrate des
CCD-Chips und gegebener
Anzahl von Ausleseregistern den minimalen Abstand aufeinanderfolgender
Belichtungszeiten zu reduzieren bzw. die Bildaufnahmerate eines
Photosensor-Chips zu erhöhen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen Photosensor-Chip, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop zu schaffen,
mit dem bei gegebener Taktrate und Anzahl von Ausleseregistern der Bildabstand
reduziert bzw. Bildaufnahmerate eines Photosensor-Chips erhöht wird.
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Die
objektive Aufgabe wird durch ein Mikroskop gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs
9 aufweist.
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Zusätzlich liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit
dem bei gegebener Taktrate und Anzahl von Ausleseregistern der minimale
Bildabstand reduziert bzw. die Bildaufnahmerate eines Photosensor-Chips erhöht wird.
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Die
objektive Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale der Patentansprüche 18 oder
19 aufweist.
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Selbstverständlich lässt sich
die Bildaufnahmerate weiter erhöhen,
indem man sofern möglich die
Auslesezeit reduziert (z. B. durch eine höhere Taktrate oder mehrere
parallel angeordnete Ausleseregister).
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Der
Photosensor-Chip wird derart ausgestaltet, dass der lichtempfindliche
Bereich als zeilenförmiger
Detektor mit nicht mehr als drei Einzelzeilen ausgebildet ist, und
dass mindestens ein erster und ein zweiter lichtunempfindlicher
zeilenförmiger
Bereich als Zwischenspeicher vorgesehen sind, von denen jeder mindestens
die gleiche Zahl an Einzelzeilen wie der lichtempfindliche Bereich
umfasst und der lichtunempfindliche Bereich eine Fläche einnimmt, die
mindestens dem zweifachen der Fläche
des lichtempfindliche Bereichs entspricht.
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Es
ist vorteilhaft, diesen Photosensor-Chip in einem Mikroskop zu verwenden.
Das Mikroskop ist mit mindestens einer Lichtquelle versehen, die
einen Beleuchtungslichtstrahl emittiert, der durch die Optik hindurch über eine
Scaneinrichtung eine Probe punktweise, punktrasterweise oder zeilenweise
beleuchtet. Ein dispersives Element ist im Strahlengang angeordnet,
das einen von der Probe ausgehenden Detektionslichtstrahl räumlich spektral
aufspaltet und auf einen lichtempfindlichen Bereich des Photosensor-Chips
richtet. Der Photosensor-Chip ist derart ausgestaltet, dass zusätzlich zum
lichtempfindlichen Bereich ein lichtunempfindlicher Bereich ausgebildet ist,
wobei der lichtempfindliche Bereich als zeilenförmiger Detektor mit nicht mehr
als drei Einzelzeilen ausgebildet ist, und dass mindestens ein erster
und ein zweiter lichtunempfindlicher zeilenförmiger Bereich als Zwischenspeicher
vorgesehen ist, von denen jeder mindestens die gleiche Zahl an Einzelzeilen
wie der lichtempfindliche Bereich umfasst.
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Weiterhin
ist ein Verfahren zum Auslesen eines Photosensor-Chips vorteilhaft,
bei dem der Photosensor-Chip,
so ausgebildet ist, dass der
lichtempfindliche Bereich als zeilenförmiger Detektor mit nicht mehr
als drei Einzelzeilen ausgebildet ist, und dass mindestens ein erster
und ein zweiter lichtunempfindlicher zeilenförmiger Bereich als Zwischenspeicher
vorgesehen ist, von denen jeder mindestens die gleiche Zahl an Einzelzeilen
wie der lichtempfindliche Bereich umfasst, wobei der lichtunempfindliche
Bereich mit einer Fläche
ausgebildet ist, die mindestens dem zweifachen einer Fläche des
lichtempfindlichen Bereichs entspricht und dass das Auslesen so
durchgeführt
wird, dass nacheinander die zu unterschiedlichen Zeitpunkten entstandene
Ladung in Detektorelementen des Photosensor-Chips des zeilenförmige Bereichs des
lichtempfindlichen Bereichs in mindestens einen Zwischenspeicherbereich
des lichtunempfindlichen Bereichs auf dem Photosensor-Chip überführt wird, und
anschließend
von dort ausgelesen wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Photosensor-Chips ist, dass der lichtempfindliche Bereich aus
einer Einzelzeile besteht und dass die Zeilenzahl des Zwischenspeichers
einer Anzahl der einzelnen Detektorelemente des Photosensor-Chips
in der lichtempfindlichen Zeile entspricht.
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Der
lichtempfindlichen Zeile kann auf beiden Seiten ein erster und ein
zweiter Zwischenspeicher zugeordnet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
kann der lichtempfindliche Bereich des Photosensor-Chips aus einem
Block bestehen, der weniger als drei Zeilen umfasst, und wobei der
lichtunempfindliche Zwischenspeicher aus mehreren Blöcken besteht,
die jeweils die gleiche Anzahl an lichtunempfindlichen Zeilen umfassen
wie der Block der lichtempfindlichen Zeilen. Natürlich können diese mehreren Blöcke körperlich
als ein einziger, entsprechend großer Block realisiert sein,
aber in der Funktion entsprechend mehreren Blöcken betrieben werden.
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Der
lichtunempfindliche Bereich des Detektors besitzt vorzugsweise eine
Fläche,
die mehr als ¾ der
Fläche
des Detektors abdeckt. Der Photosensor-Chip ist ein CCD-Chip, CMOS-Chip oder
besonders vorteilhaft ein EMCCD-Chip.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den
Unteransprüchen
entnommen werden.
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Die
Figuren beschreiben nachfolgend den Stand der Technik und die Erfindung.
Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Scanmikroskops mit einem Photosensor-Chip
zum Aufnehmen der Signale aus dem Detektionslicht;
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2 eine
schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten
Photosensor-Chips mit einer Detektorzeile und mit einem Zwischenspeicher;
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3 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Photosensor-Chips mit einer Detektorzeile
mit zwei Zwischenspeichern;
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4 eine
schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten
Photosensor-Chips mit einer Detektorzeile und einem Zwischenspeicher
mit nicht quadratischen Pixeln;
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5 eine
schematische Darstellung eines Photosensor-Chips mit einem Detektorbereich
aus mehreren Detektorzeilen und mit ebenso angeordneten blockweisen
Zwischenspeichern; und
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6 eine
schematische Darstellung des Photosensor-Chips mit einem Detektorbereich
aus mehreren Detektorzeilen und mit Binning im Zwischenspeicher.
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In 1 zeigt
den schematischen Aufbau eines konfokalen Scanmikroskops 1,
in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung
des Photosensor-Chips 19 Verwendung findet. Der von mindestens
einem Beleuchtungssystem 2 kommende Beleuchtungslichtstrahl 3 wird
von einem Strahlteiler oder einem geeigneten Umlenkmittel 5 zu
einer Scaneinrichtung 7 geleitet. Bevor der Beleuchtungslichtstrahl 3 auf das
Umlenkmittel 5 trifft, passiert dieser ein Beleuchtungspinhole 6.
Die Scaneinrichtung 7 umfasst einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 9,
der den Beleuchtungslichtstrahl 3 durch eine Scanoptik 12 und eine
Mikroskopoptik 13 hindurch über bzw. durch ein Objekt 15 führt. Der
Beleuchtungslichtstrahl 3 wird bei nicht transparenten
Objekten 15 über
die Objektoberfläche
geführt.
Bei biologischen Objekten 15 (Präparaten) oder transparenten
Objekten kann der Beleuchtungslichtstrahl 3 auch durch
das Objekt 15 geführt
werden. Zu diesen Zwecken werden nicht leuchtende Präparate ggf.
mit einem geeigneten Farbstoff präpariert (nicht dargestellt,
da etablierter Stand der Technik). Die in dem Objekt 15 vorhandenen
Farbstoffe werden durch den Beleuchtungslichtstrahl 3 angeregt
und senden Licht in einem ihnen eigenen charakteristischen Bereich
des Spektrums aus. Dieses vom Objekt 15 ausgehende Licht
definiert einen Detektionslichtstrahl 17. Dieser gelangt durch
die Mikroskopoptik 13, die Scanoptik 12 und über das
Scanmodul 7 zum Umlenkmittel 5, passiert dieses
und gelangt über
ein Detektionspinhole 18 auf mindestens einen Photosensor-Chips 19,
der als CCD-Chip
oder EMCCD-Chip ausgeführt
ist. Der vom Objekt 15 ausgehende bzw. definierte Detektionslichtstrahl 17 ist
in 1 als gestrichelte Linie dargestellt. Im Photosensor-Chip 19 werden
elektrische, zur Leistung des vom Objekt 15 ausgehenden Lichtes
weitgehend proportionale Detektionssignale erzeugt. Da, wie bereits
oben erwähnt,
vom Objekt 15 Licht nicht nur einer Wellenlänge ausgesandt
wird, ist es sinnvoll vor dem Photosensor-Chip 19 ein dispersives
Element 20 anzuordnen. Das dispersive Element 20 spaltet
der Detektionslichtstrahl spektral auf, so dass die einzelnen Wellenlängen des
Detektionslichts räumlich
spektral getrennt sind. Dem dispersiven Element 20 ist
eine Linse 21 vorgeschaltet, die den Detektionslichtstrahl 17 aufweitet
und parallelisiert. Dem dispersiven Element 20 ist eine
weitere Linse 22 nachgeschaltet, die die spektral getrennten Strahlen 24, 25 des
Detektionslichtstrahls 17 auf den Photosensor-Chip 19 fokussiert.
Die spektral getrennten Strahlen 24, 25 unterscheiden
sich hinsichtlich der Wellenlänge
und treffen somit auf unterschiedliche Bereiche auf dem Photosensor-Chip 19.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines bereits bekannten Photosensor-Chips 19 mit einer
Detektorzeile 30 und mit einem Zwischenspeicher 31,
der auch in der Verwendung für
ein Mikroskop bereits bekannt ist. Der Photosensor-Chip 19 hat einen
lichtempfindlichen Bereich 191 und
einen lichtunempfindlichen Bereich 192 ausgebildet.
Der lichtunempfindliche Bereich 192 nimmt
eine Fläche
ein, die mindestens das Zweifache einer Fläche des lichtempfindlichen
Bereichs 191 entspricht. Die Detektorzeile 30 ist
im lichtempfindlichen Bereich 191 ausgebildet,
und der Zwischenspeicher 31 ist im lichtunempfindlichen
Bereich 192 ausgebildet. Die Fläche des
lichtunempfindlichen bzw. lichtundurchlässigen Bereichs 192 ist um ein Vielfaches größer als
die Fläche
des lichtempfindlichen oder lichtempfindlichen Bereichs 191 . Dies bedeutet, dass die Bildinformation aus
dem lichtempfindlichen Bereich 191 mehr
als einmal in den lichtunempfindlichen Bereich 192 verschoben
werden kann, bevor die Daten aus dem Photosensor-Chip 19 ausgelesen
werden. Der lichtunempfindliche Bereich 192 fungiert
somit als schneller Zwischenspeicher. Die minimale Belichtungszeit
reduziert sich bei diesem Verfahren auf die Zeit, die benötigt wird,
um die Daten vom lichtempfindlichen Bereich 191 in
den lichtunempfindlichen Bereich 192 (Zwischenspeicher)
zu verschieben. Die minimale Belichtungszeit ist somit unabhängig von
der Auslesezeit. Die Anzahl der Bilder, die zwischengespeichert
werden können,
ist gegeben durch das Verhältnis
zwischen der Größe des Zwischenspeichers 31 und
der Detektorzeile 30 des lichtempfindlichen Bereichs 191 des Photosensor-Chips 19.
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Im
Stand der Technik ist der lichtempfindliche Bereich 191 des Photosensor-Chips 19 als Zeilendetektor
ausgebildet, der Photosensor-Chip 19 weist einen Zwischenspeicher
auf und findet in einem Laserscan-Mikroskop Anwendung. Die Zeilenzahl
des Zwischenspeichers 31 auf dem Photosensor-Chip 19 entspricht
dabei der maximalen Anzahl von Pixeln im Konfokalbild. Die Daten
werden zwischen der Aufnahme zweier Scanzeilen aus dem Zwischenspeicher 31 ausgelesen.
Abhängig
von der Pause zwischen den Scanzeilen können die Belichtungszeiten pro
Detektorelement 301 , 302 , ..., 30n mit
dem erfindungsgemäßen Photosensor-Chip 19 stark
verkürzt werden.
Bei unidirektionalem Scan mit dem Mikroskop und einem Tastverhältnis von ¼ wird
dadurch die mögliche
Belichtungszeit um den Faktor 7 verkürzt. Das Auslesen erfolgt in
Ausleseregister 32.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Photosensor-Chips 19 mit einer
Detektorzeile 30 mit einem ersten Zwischenspeicher 41 und
eine zweiten Zwischenspeicher 42. Diese Anordnung stellt
eine besonders vorteilhafte Anordnung der zwei erfindungsgemäßen Zwischenspeicher
dar. Der erste Zwischenspeicher 41 ist auf der einen Seite 43 der
Detektorzeile 30 und der zweite Zwischenspeicher 42 ist
auf der anderen Seite 44 der Detektorzeile 30 angeordnet.
Die Daten vom lichtempfindlichen Bereich 191 des
Photosensor-Chips 19 können
somit in mehr als einen Zwischenspeicher 41, 42 geschrieben
werden. Somit ist es möglich,
die Daten aus dem ersten Zwischenspeicher 41 auszulesen,
während
gleichzeitig weitere Daten in den zweiten Zwischenspeicher 42 geschrieben
werden. Durch diese Konfiguration mit zwei Zwischenspeichern werden
die gleichen Spezifikationen mit einem insgesamt kleineren Zwischenspeicher als im
Vergleich zur Konfiguration mit nur einem Zwischenspeicher erreicht.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Photosensor-Chips 19 gemäß dem Stand
der Technik mit einer Detektorzeile 30 aus lichtempfindlichen
Pixeln 501 , 502 ,
..., 50n und einem Zwischenspeicher
mit nicht quadratischen lichtunempfindlichen Elementen 551 , 552 ,
... 55n (Pixeln). Die hier beschriebene
Anordnung entspricht der Anordnung aus 2. Um die
Fläche
des Photosensor-Chips 19 zu reduzieren und die Transferzeiten
zu minimieren, werden die Elemente im Zwischenspeicher nicht quadratisch
gestaltet. Das Auslesen erfolgt in Ausleseregister 52.
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5 ist
eine schematische Darstellung eines Photosensor-Chips 19 mit
einem Detektorbereich 60 aus mehreren Detektorzeilen 30 und
mit ebenso angeordneten Zwischenspeicherblöcken 611 , 612 , ...; 61n .
Die hier beschriebene Anordnung entspricht der Anordnung aus 2 mit
dem Unterschied, dass der lichtempfindliche Bereich 191 aus mehreren Detektorzeilen 30 besteht.
Der lichtunempfindliche Bereich 192 (Zwischenspeicher)
ist aus mehreren Zwischenspeicherblöcken 611 , 612 , ...; 61n aufgebaut,
von denen jeder aus N Zwischenspeicherzeilen 30 aufgebaut
ist, wobei die Zahl N der Zahl Detektorzeilen 30 im lichtempfindlichen
Bereich 191 entspricht. Der lichtempfindliche
Bereich 191 ist als Flächendetektor
mit entsprechenden blockweisen Zwischenspeichern ausgebildet. Das
Auslesen erfolgt in Ausleseregister 62.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Photosensor-Chips 19 mit
einem Detektorbereich 70 aus mehreren Detektorzeilen 30 und
mit Binning im Zwischenspeicher 71. Die Informationen aus dem
lichtempfindlichen Bereich 191 werden
im Zwischenspeicher 71 durch Binning vor dem Auslesen komprimiert.
Das Auslesen erfolgt in Ausleseregister 72.
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Der
Einsatz eines erfindungsgemäßen Photosensor-Chips 19 mit
zwei Zwischenspeicher als spektrale Detektionseinheit in einem Laserscan-Mikroskop,
siehe 1, in Verbindung mit einem dispersiven Element,
wie z. B. Prisma, Gitter, Hologramm ermöglichen eine schnelle, spektrale
Detektion der Signale vom Mikroskop. Der erfindungsgemäße Photosensor-Chips 19 ist
in bzw. nahe der Fokalebene angeordnet. Die Daten werden von dem
Photosensor-Chip 19 ausgelesen. Das Auslesen des Speicherregisters
erfolgt während
der Zeitpunkte, zu denen kein Licht auf den Detektor fällt (z.
B. während der
Umkehr des Scanmoduls 7 (bzw. des Galvos) im Laserscan-Mikroskop
oder während
des Laser-Blankings.
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Die
lichtunempfindlichen Bereiche des Photosensor-Chips 19,
der die beiden Zwischenspeicher darstellt, werden durch eine lichtundurchlässige Maske
auf dem Chip realisiert. Die lichtundurchlässige Maske deckt mehr als ¾ der Fläche des
Photosensor-Chips 19 ab. Zur Rauschreduzierung kann eine Kühlung des
Zwischenspeichers bzw. des ganzen CCD/EMCCD-Chip mit Peltier-, Flüssigkeits-,
Luft- oder mehrstufiger Kühlung
oder vergleichbaren Mitteln erfolgen.
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Durch
die Anordnung von Detektorelementen und den Speicherelementen zweier
Zwischenspeicher auf dem Photosensor-Chip 19 erfolgt ein gleichzeitiges
Auslesen von Bildinformationen aus einem Zwischenspeicher und Verschieben
von Bildinformationen in einen zweiten Zwischenspeicher. Die Zwischenspeicher
des als CCD-Chip ausgebildeten Photosensor-Chips 19 kann
durch mehrere Ausleseregister ausgelesen werden. Den Ausleseregistern des
als EMCCD-Chip ausgebildeten Photosensor-Chips 19 können mehrere
elektronenvervielfachende Verstärkerregister
nachgeordnet sein.
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Je
nach Ausgestaltung des Photosensor-Chips 19 erfolgt die
Art der Speicherung. Bei einem Photosensor-Chip 19 mit
einer Detektorzeile 30 wird die Bildinformation einer Scanzeile
(des Konfokalbildes) in einem der Zwischenspeicher des CCD Chips
oder EMCCD-Chips gespeichert. Ebenso kann die Bildinformation eines
Scanbereichs (im Konfokalbild) in einem der Zwischenspeicher des
CCD-Chips oder des EMCCD-Chips gespeichert werden. Das Speichern
der Bildinformation einer Zeitserie (gemessen in einem Punkt im
Konfokalbild) ist ebenfalls im Zwischenspeicher eines CCD-Chips
oder EMCCD-Chips
möglich.
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In
der Regel erfolgt das Auslesen des Zwischenspeichers während des
Zeilenrücklaufs
(im Konfokalbild). Bei einem lichtempfindlichen Bereich 191 von mehr als einer Detektorzeile erfolgt
das Auslesen des Zwischenspeichers während des Framerücklaufs
(im Konfokalbild).
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Die
Zwischenspeicher setzen sich aus Speicherelementen (Pixeln) anderer
Größe als der
lichtempfindliche Bereich 191 des
CCD-Chips oder des EMCCD-Chips zusammen. Um die Chipfläche und die
Transferzeiten zu minimieren, werden die Pixel in dem Zwischenspeicher
nicht quadratisch gestaltet.