DE102009038028B4 - Detektoranordnung mit erhöhter Empfindlichkeit durch Lichtablenkelemente mit einer ebenen Lichteintrittsfläche - Google Patents

Detektoranordnung mit erhöhter Empfindlichkeit durch Lichtablenkelemente mit einer ebenen Lichteintrittsfläche Download PDF

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Abstract

Detektoranordnung mit einem Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) aufweisenden Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805), welches einfallendes Licht durch Refraktion auf lichtempfindliche Bereiche (304, 404, 504, 604, 804) eines Detektors (302, 402, 502, 602, 802) ablenkt, wobei eine der Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) als ebene Fläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) aus PMMA besteht und auf ein Glassubstrat (703) aufgebracht ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Detektion von Licht, insbesondere von einer Probe ausgehenden Lichts in einem Mikroskop, vorzugsweise einem Laser-Scanning-Mikroskop.
  • Stand der Technik
  • Zur Detektion von Licht können verschiedene Arten von Detektoren verwendet werden.
  • Hierzu gehören beispielsweise CCD-Sensoren, Photovervielfacher (engl. Photomultiplier Tube, PMT) Lawinenphotodioden (engl. Avalanche-Photodiode APD). Häufig werden Einzeldetektoren zu ein- oder zweidimensionalen Anordnungen kombiniert (Zeilen- oder Flächendetektoren). Konstruktionsbedingt sind dann die individuellen Detektorelemente, auch Detektorzellen genannt, voneinander beabstandet. Dadurch besitzen derartige Detektoranordnungen in der Regel keine homogene lichtempfindliche Fläche. Es gibt lichtempfindliche Bereiche, die von lichtunempfindlichen Bereichen unterbrochen werden. Wird eine solche Detektoranordnung von einem Lichtstrahlenbündel getroffen, so wird nur derjenige Anteil des Lichtes detektiert, der auf die lichtempfindlichen Bereiche trifft. Licht, dass auf die unempfindlichen Bereiche trifft, kann nicht detektiert werden. Dadurch wird die Effizienz der Detektionsanordnung herabgesetzt.
  • Zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist es bekannt, diejenigen Lichtanteile, die ohne weitere Maßnahmen auf die lichtunempfindlichen Bereiche der Detektoranordnung treffen würden, mittels Lichtablenkelementen auf die lichtempfindlichen Bereiche abzulenken. Dadurch erhöht sich die Detektionseffizienz des Empfängers, im Idealfall bis zur Effizienz eines Detektors ohne lichtunempfindliche Bereiche.
  • Generell wird eine möglichst homogene Ausleuchtung der lichtempfindlichen Bereiche, oftmals eine exakte Fokussierung des Lichts auf dieselben angestrebt. Als Lichtablenkelemente werden dann häufig so genannte Linsenraster (engl. Lensarrays) verwendet, die einfallendes Licht mittels sphärischen Elementen fokussieren, und so ein Lichtpunktraster erzeugen. Der Detektor ist dann so angeordnet, dass die lichtempfindlichen Bereiche mit dem Lichtpunktraster zusammenfallen. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der US 6157017 bekannt. Ein Nachteil der beschriebenen Linsenraster ist, dass sie sphärische, also gekrümmte, Flächen aufweisen. Solche Flächen sind wesentlich aufwändiger in der Herstellung als ebene Flächen.
  • Die Verwendung von Linsenrastern im Detektionsstrahlengang eines Laser Scanning Mikroskops ist aus der DE 100 38 528 A1 bekannt.
  • Eine weitere Lösung ist in der US 5 952 645 A beschrieben. Hier werden Spiegelkeile als Lichtablenkelemente verwendet. Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist zum einem die mechanische Empfindlichkeit der schmalen Spiegelkeile. Zum anderen wird die Ablagerung von Staub zwischen den Keilen und damit auf den lichtempfindlichen Bereichen begünstigt.
  • Vorteilhaft sind Detektoranordnungen mit Lichtablenkelementen mit einer ebenen Lichteintrittsfläche wie in JP 2000-106425 A und US 5682266 A beschrieben.
  • Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Detektoranordnung bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet, insbesondere kostengünstig sowie mit geringem Aufwand herstellbar ist.
  • Die Erfindung umfasst dabei eine Detektoranordnung mit einem Lichteintrittsflächen aufweisenden Lichtablenkelement, welches einfallendes Licht durch Refraktion auf lichtempfindliche Bereiche eines Detektors ablenkt, wobei eine der Lichteintrittsflächen als ebene Fläche ausgebildet ist und das Lichtablenkelement aus PMMA besteht und auf ein Glassubstrat aufgebracht ist, wobei der Detektor ein gekühlter PMT-Detektor mit Glasfenster ist und das Glassubstrat mit dem Glasfenster des PMT-Detektors verklebt ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei bestimmten Anwendungen ist eine exakte Ausleuchtung der lichtempfindlichen Bereiche oder eine exakte Fokussierung auf die lichtempfindlichen Bereiche der Detektoranordnung nicht nötig. Wesentlich ist lediglich, dass das Licht die lichtempfindlichen Bereiche der Detektoranordnung überhaupt erreicht. Je nach Art des Detektors kann eine möglichst flächige Ausleuchtung des Detektorelementes sogar vorteilhaft sein, weil dadurch Intensitätsspitzen des Lichtes auf den lichtempfindlichen Bereichen vermieden werden und so das Risiko von nichtlinearen Detektorsignalen oder sogar möglicher Strahlenschäden minimiert wird.
  • Es können Optiken mit im Wesentlichen ebenen Flächen verwendet werden, die auch in kleinen Stückzahlen einfach und kostengünstig herzustellen sind.
  • Die Erfindung soll an den folgenden Zeichnungen erläutert werden:
    • 1 zeigt einen 1-dimensionalen (zeilenförmigen) Lichtempfänger (Zeilendetektor 102 mit lichtunempfindlichen Bereichen 103 und lichtempfindlichen Bereichen 104. Licht 101 fällt sowohl auf die lichtunempfindlichen Bereiche 103 und die lichtempfindlichen Bereiche 104. Somit kann nur ein Teil des einfallenden Lichts detektiert werden.
    • 2 zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik im Fall eines 1-dimensionalen (zeilenförmigen) Lichtempfängers. Das Linsenraster 205 mit sphärischen Linsen befindet sich oberhalb der Detektorzeile 202 und bündelt das Licht 201 auf diese. Auch Licht, das oberhalb der lichtunempfindlichen schwarzen Bereiche 203 auf die Linsen trifft, wird auf die lichtempfindlichen Bereiche 204 umgelenkt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass die Herstellung des Linsenrasters 205 mit sphärischen Oberflächen aufwendig und insbesondere bei kleinen Stückzahlen kostenintensiv ist.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 3. Es ist eine Anordnung für einen 1-dimensionalen (zeilenförmigen) Lichtempfänger (Zeilendetektor 302). Oberhalb der lichtempfindlichen Bereiche 304 ist die Lichteintrittsfläche 305a senkrecht oder nahezu senkrecht zum einfallenden Licht angeordnet. Licht, dass auf diese Bereiche trifft, wird durch die Refraktion des Lichtablenkelementes 305 nicht oder kaum abgelenkt und trifft so auf die darunter liegenden lichtempfindlichen Bereiche 304. Oberhalb der lichtunempfindlichen Bereiche 303 sind die Lichteintrittsflächen 305b des Lichtablenkelementes 305 so zum einfallenden Licht und zu den Lichteintrittsflächen 305a geneigt, dass das Licht beim Durchtritt durch die Lichteintrittsfläche 305b durch Refraktion auf die lichtempfindlichen Bereiche 304 des Detektors 302 abgelenkt wird. Die Neigung der Lichteintrittsfläche bestimmt sich durch die Größe und Anordnung der lichtempfindlichen und lichtunempfindlichen Bereiche, durch die Dicke und den Brechungsindex des Lichtablenkelements 305, sowie durch den Abstand des Lichtablenkelements von den lichtempfindlichen Bereichen. Das Lichtablenkelement 305 besteht bis auf herstellungsbedingt gekrümmten Flächen nur aus ebenen Flächen und ist somit einfach herstellbar, da keine sphärischen Flächen mit fest vorgegebenen Toleranzen erzeugt werden müssen.
  • Das Lichtablenkelement 305 kann wie in 3 gezeigt direkt auf dem Zeilendetektor 302 positioniert werden. Alternativ lässt sich das Element in einer eigenen Fassung vom Zeilendetektor beabstandet positionieren.
  • In 8 ist das Prinzip des Lichtablenkelements nochmals anhand eines einzelnen Detektorelements 802 dargestellt. Das Detektorelement 802 besteht aus einem lichtunempfindlichen Bereich 803 und einem lichtempfindlichen Bereich 804, über dem sich das Lichtablenkelement 805 befindet. Oberhalb des lichtempfindlichen Bereichs 804 ist die ist die Lichteintrittsfläche 805a im Wesentlichen senkrecht zum einfallenden Licht 801a, 801b angeordnet. Licht 801a, dass auf diese Bereiche trifft, wird durch die Refraktion des Lichtablenkelementes 805 nicht oder kaum abgelenkt und trifft so auf die darunter liegenden lichtempfindlichen Bereiche 804. Oberhalb der lichtunempfindlichen Bereiche 803 sind die Lichteintrittsflächen 805b des Lichtablenkelementes 805 so zum einfallenden Licht 801b und zur Lichteintrittsfläche 805a geneigt, dass das Licht 801b beim Durchtritt durch die Lichteintrittsfläche 805b durch Refraktion auf den lichtempfindlichen Bereich 804 des Detektors 802 abgelenkt wird. Die Neigung der Lichteintrittsfläche 805b bestimmt sich dabei durch ihren Abstand von Detektor 802, der Größe des lichtempfindlichen Bereichs 804 und dem Brechungsindex n' des Lichtablenkelements 805. Die Neigung der Lichteintrittsfläche 805b wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass auch Licht, welches an den Rändern der Lichteintrittsfläche 805b auftrifft, noch auf den lichtempfindlichen Bereichs 804 trifft.
  • 3 zeigt eine zu den lichtempfindlichen Bereichen 304 symmetrische Anordnung, bei der Licht bis zur Hälfte des lichtunempfindlichen Bereiches auf den links liegenden, Licht, dass auf die andere Hälfte fällt, auf den rechts liegenden lichtempfindlichen Bereich gelenkt wird.
    In analoger Weise ist es möglich, alles Licht, das die lichtunempfindlichen Bereiche treffen würde, in eine Richtung abzulenken. Dies ist in 4 dargestellt. Hier wird alles Licht welches auf die lichtunempfindlichen Bereiche fallen würde, auf die jeweils links liegenden lichtempfindlichen Bereiche abgelenkt.
  • Die Erfindung ist nicht auf 1-dimensionale Detektoren beschränkt. Dazu zeigt 5 einen 2-dimensionalen, flächigen Detektor. Alle lichtempfindlichen Bereiche 504 sind durch lichtunempfindliche Stege 503 voneinander getrennt. Ein dazu passendes Lichtablenkelement 505 ist ebenfalls dargestellt. Das Element funktioniert im Prinzip genauso wie das in 3 dargestellte: Licht, das auf Lichteintrittsflächen 505b oberhalb der lichtunempfindlichen Bereiche auftrifft, wird seitlich abgelenkt und gelangt so auf die lichtempfindlichen Bereiche 504.
    Analog zu den 1-dimensionalen Elementen sind auch asymmetrische und/oder reflektierende Elemente möglich.
  • Lichtablenkelemente gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen aus Polymethylmethacrylat (PMMA), da es sich leicht und präzise bearbeiten lässt. Die Herstellung erfindungsgemäßer Lichtablenkelemente kann durch Fräsen der Lichteintrittsflächen in ein zusammenhängendes transparentes Material erfolgen. Alternativ können auch Einzelelemente, beispielsweise Prismen, zu einem Lichtablenkelement zusammengesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, zur spektralen Detektion mit einem PMT-Zeilendetektor in einem Laser Scanning Mikroskop (LSM) verwendet werden.
  • In 6 ist eine Anordnung zur spektralen Detektion mit einem PMT-Zeilendetektor in einem Laser Scanning Mikroskop gemäß DE 10033180 A1 dargestellt. Der optische Aufbau beschreibt im Wesentlichen einen Cerny Turner Aufbau. Bei einer konfokalen Detektion wird das Licht L der Probe mit der Pinholeoptik PO durch die konfokale Blende PH fokussiert. Bei einer nicht-descannten Detektion im Falle einer Mehrphotonen-Absorption kann diese Blende auch entfallen. Der erste abbildende Spiegel S1 kollimiert das Fluoreszenzlicht. Anschließend trifft das Licht auf ein Liniengitter G, beispielsweise ein Gitter mit einer Linienzahl von 651 Linien pro mm. Das Gitter beugt das Licht entsprechend seiner Wellenlange in verschiedene Richtungen. Der zweite abbildende Spiegel S2 fokussiert die einzelnen spektral aufgespalteten Wellenlängenanteile auf die entsprechenden Kanäle eines PMT-Zeilendetektors DE, beispielsweise einen Zeilen- Photovervielfacher (engl. Photomultiplier Tube, PMT) der Firma Hamamatsu H7260. Der Detektor besitzt 32 Kanale und eine hohe Empfindlichkeit. Der freie Spektralbereich der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt etwa 350 nm. Der freie Spektralbereich wird in dieser Anordnung gleichmäßig auf die 32 Kanale des Zeilendetektors verteilt, wodurch sich eine optische Auflösung von etwa 10 nm ergibt. Der Einsatz der Anordnung ist in einem bildgebenden System vorteilhaft, da das Signal pro Detektionskanal aufgrund des relativ breiten detektierten Spektralbandes noch relativ groß ist. Eine Verschiebung des freien Spektralbereiches kann zusätzlich durch eine Verdrehung beispielsweise des Gitters oder eine Verschiebung des Detektors erfolgen.
  • Der o. g. Zeilendetektor besitzt zwischen den aneinander grenzenden Einzelkanälen (lichtempfindliche Bereiche) Stege (lichtunempfindliche Bereiche) mit einer Breite von 0.2 mm. In 6 ist die Fokussierung auf den Detektor für zwei diskrete Wellenlängen gezeigt. Das von der Probe kommende Fluoreszenzlicht erzeugt jedoch in der Regel ein kontinuierliches Spektrum, so das auch Licht auf die Stege zwischen den Einzelkanälen fokussiert wird. Diese Stege wirken sich daher negativ auf die Effizienz der Detektionseinrichtung aus
  • Durch Verwendung eines Lichtablenkelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird Detektionslicht, welches auf die Stege fokussiert würde, auf die Einzelkanäle des Zeilendetektors abgelenkt und die Detektionseffizienz erhöht.
  • Beim Auftreffen auf die Stege kann das Detektionslicht auch unkontrolliert auf jeweils benachbarte Einzelkanäle gestreut werden. Durch dieses sogenannte Übersprechen (engl. Cross-Talk) zwischen den Einzelkanälen kann das Messergebnis verfälscht werden.
  • Auch dieses Übersprechen kann durch die Verwendung eines Lichtablenkelements minimiert werden.
  • Das Lichtablenkelement wird mit dem Eintrittsfenster des PMT-Zeilendetektor verklebt. So wird eine Dejustage vermieden.
  • Bei der Fertigung einer solchen Anordnung stößt man auf das Problem, das Lichtablenkelement mit dem Detektor durch eine Klebung zu verbinden, welche starke Temperaturschwankungen (Δ35°C@1 min) übersteht, wenn der PMT-Zeilendetektor gekühlt wird, beispielsweise durch aktive Peltierkühlung. Das für das Lichtablenkelement vorzugsweise verwendete PMMA hat einen wesentlich anderen Ausdehnungskoeffizienten als Glas, z.B. Borosilikat welches für das Eintrittsfenster des PMT-Zeilendetektors verwendet wird. Zwar sind optische Kleber für solche Anforderungen verfügbar, aber diese müssen unter starkem UV-Licht härten. Allerdings ist zum einen PMMA für diese Wellenlängen undurchsichtig, zum andern befindet sich auf der Glasseite bereits der PMT-Zeilendetektor, welcher sehr empfindlich gegenüber starker Strahlenbelastung ist, die bei einer entsprechenden Klebung auftreten. Eine direkte Montage ist somit ausgeschlossen.
  • Dieses Problem wird durch eine Sandwich-Struktur, wie in 7 dargestellt gelöst. Das aus PMMA gefertigte Lichtablenkelement 701 wird zunächst mittels einer ersten Klebung 702, bevorzugt einer UV-Klebung, mit einem separaten Glaskörper 703 verbunden. Der Glaskörper wird im Verhältnis zum PMMA Lichtablenkelement so stark ausgelegt, dass er die mech. Kräfte vom PMMA aufnehmen und im Bedarfsfall das PMMA verformen kann. Anschließend wird das PMMA-Glas-Element mittels einer Glas-Glas-Klebung 704 mit dem Eintrittsfenster 705 des PMT-Zeilendetektors 706 verbunden. Diese Glas-Glas-Klebung 704 kann bevorzugt mittels lufthärtenden Glasklebern erfolgen.

Claims (12)

  1. Detektoranordnung mit einem Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) aufweisenden Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805), welches einfallendes Licht durch Refraktion auf lichtempfindliche Bereiche (304, 404, 504, 604, 804) eines Detektors (302, 402, 502, 602, 802) ablenkt, wobei eine der Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) als ebene Fläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) aus PMMA besteht und auf ein Glassubstrat (703) aufgebracht ist.
  2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) mehrere, gegeneinander geneigte Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a, 305b, 405b, 505b, 805b) aufweist.
  3. Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt ist.
  4. Detektoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) Licht ablenkende Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) und Licht nicht ablenkende Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) aufweist.
  5. Detektoranordnung nach Anspruch 4, wobei die Licht ablenkenden Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) und die Licht nicht ablenkenden Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) periodisch angeordnet sind.
  6. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) erste Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) und zusätzlich zweite Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) aufweist, wobei auch die zweiten Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) als ebene Flächen ausgebildet sind, und die zweiten Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) gegenüber den ersten Lichteintrittsflächen (305b, 405b, 505b, 805b) geneigt sind.
  7. Detektoranordnung nach Anspruch 6, wobei die zweiten Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a) einfallendes Licht beim Durchgang im Wesentlichen nicht beeinflussen.
  8. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Detektor (302, 402, 502, 602, 802) als Detektorzeile ausgebildet ist.
  9. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Detektor (302, 402, 502, 602, 802) als Flächendetektor ausgebildet ist.
  10. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das Lichtablenkelement (305, 405, 505, 701, 805) aus einem zusammenhängenden Element mit mehreren ebenen Lichteintrittsflächen (305a, 405a, 505a, 805a, 305b, 405b, 505b, 805b) besteht.
  11. Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor ein gekühlter PMT-Detektor (706) mit Glasfenster (705) ist und das Glassubstrat (703) mit dem Glasfenster (705) des PMT-Detektors (706) verklebt ist.
  12. Mikroskop, vorzugsweise Laser-Scanning-Mikroskop, aufweisend eine Detektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009038028B4 (de) * 2009-08-18 2024-06-27 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Detektoranordnung mit erhöhter Empfindlichkeit durch Lichtablenkelemente mit einer ebenen Lichteintrittsfläche
DE102011114377A1 (de) * 2011-09-23 2013-03-28 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Durchlichtbeleuchtung für Lichtmikroskope und Mikroskopsystem
US20150107671A1 (en) * 2012-01-24 2015-04-23 AMI Research & Development, LLC Monolithic broadband energy collector with dichroic filters and mirrors embedded in waveguide
US9281424B2 (en) 2012-01-24 2016-03-08 AMI Research & Development, LLC Wideband light energy waveguide and detector
US9557480B2 (en) 2013-11-06 2017-01-31 R.A. Miller Industries, Inc. Graphene coupled MIM rectifier especially for use in monolithic broadband infrared energy collector
JP2015138078A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 セイコーエプソン株式会社 マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの製造方法、電気光学装置、及び電子機器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682266A (en) 1995-04-05 1997-10-28 Eastman Kodak Company Blur filter for eliminating aliasing in electrically sampled images
US5719623A (en) 1993-03-23 1998-02-17 Hamamatsu Photonics K.K. Streak tube
US5952645A (en) 1996-08-27 1999-09-14 California Institute Of Technology Light-sensing array with wedge-like reflective optical concentrators
JP2000106425A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Sanyo Electric Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
US6157017A (en) 1998-03-05 2000-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid-state imaging devices having combined microlens and light dispersion layers for improved light gathering capability and methods of forming same
JP2001141906A (ja) 1999-11-10 2001-05-25 Dainippon Printing Co Ltd マイクロレンズ基板およびその製造法
DE10038528A1 (de) 2000-08-08 2002-02-21 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Erhöhung der spektralen und räumlichen Detektorauflösung
DE10033180A1 (de) 2000-06-29 2002-05-29 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur optischen Erfassung von charakteristischen Größen des wellenlängenabhängigen Verhaltens einer beleuchteten Probe
WO2007099564A1 (en) 2006-03-01 2007-09-07 Garbagnati, Francesco Fiber-optic light collector with vacuum chamber

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55124366A (en) * 1979-03-19 1980-09-25 Fuji Photo Film Co Ltd Pickup device
US4689291A (en) * 1985-08-30 1987-08-25 Xerox Corporation Pedestal-type microlens fabrication process
DE3717906A1 (de) * 1987-05-27 1988-12-08 Zeiss Carl Fa Weitwinkel-beobachtungsfenster
US5028802A (en) * 1990-01-11 1991-07-02 Eye Research Institute Of Retina Foundation Imaging apparatus and methods utilizing scannable microlaser source
US5300263A (en) * 1992-10-28 1994-04-05 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of making a microlens array and mold
US5439621A (en) * 1993-04-12 1995-08-08 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of making an array of variable focal length microlenses
JPH08190889A (ja) * 1995-01-09 1996-07-23 Advantest Corp 冷却型光電子増倍管
US6326998B1 (en) * 1997-10-08 2001-12-04 Eastman Kodak Company Optical blur filter having a four-feature pattern
DE20100418U1 (de) 2000-01-15 2001-04-26 Agilent Technologies Inc Photodetektor
JP3693162B2 (ja) * 2001-03-14 2005-09-07 シャープ株式会社 固体撮像装置
US7351977B2 (en) * 2002-11-08 2008-04-01 L-3 Communications Cincinnati Electronics Corporation Methods and systems for distinguishing multiple wavelengths of radiation and increasing detected signals in a detection system using micro-optic structures
US7339148B2 (en) * 2002-12-16 2008-03-04 Olympus America Inc. Confocal microscope
DE10313606A1 (de) * 2003-03-26 2004-10-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Mechanische Mikrostrukturierung eines Halbleiterchips
WO2007137102A2 (en) * 2006-05-18 2007-11-29 3M Innovative Properties Company Process for making light guides with extraction structures and light guides produced thereby
DE102006039073A1 (de) * 2006-08-09 2008-02-14 Opsolution Gmbh Vorrichtung zur Untersuchung der spektralen und örtlichen Verteilung einer elektromagnetischen, von einem Gegenstand ausgehenden Strahlung
DE102007062523A1 (de) * 2007-12-20 2009-07-16 Erco Gmbh Prismenscheibe und Leuchte
DE102008007452A1 (de) * 2008-01-31 2009-08-06 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Laser-Scanning-Mikroskop und Baugruppe zur non-descannten Detektion
DE102009038028B4 (de) * 2009-08-18 2024-06-27 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Detektoranordnung mit erhöhter Empfindlichkeit durch Lichtablenkelemente mit einer ebenen Lichteintrittsfläche

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719623A (en) 1993-03-23 1998-02-17 Hamamatsu Photonics K.K. Streak tube
US5682266A (en) 1995-04-05 1997-10-28 Eastman Kodak Company Blur filter for eliminating aliasing in electrically sampled images
US5952645A (en) 1996-08-27 1999-09-14 California Institute Of Technology Light-sensing array with wedge-like reflective optical concentrators
US6157017A (en) 1998-03-05 2000-12-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Solid-state imaging devices having combined microlens and light dispersion layers for improved light gathering capability and methods of forming same
JP2000106425A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Sanyo Electric Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
JP2001141906A (ja) 1999-11-10 2001-05-25 Dainippon Printing Co Ltd マイクロレンズ基板およびその製造法
DE10033180A1 (de) 2000-06-29 2002-05-29 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur optischen Erfassung von charakteristischen Größen des wellenlängenabhängigen Verhaltens einer beleuchteten Probe
DE10038528A1 (de) 2000-08-08 2002-02-21 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Erhöhung der spektralen und räumlichen Detektorauflösung
WO2007099564A1 (en) 2006-03-01 2007-09-07 Garbagnati, Francesco Fiber-optic light collector with vacuum chamber

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JP2011040721A (ja) 2011-02-24
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