EP2737288A1 - Konfokales spektrometer und verfahren zur bildgebung in einem konfokalen spektrometer - Google Patents

Konfokales spektrometer und verfahren zur bildgebung in einem konfokalen spektrometer

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EP2737288A1
EP2737288A1 EP12769615.1A EP12769615A EP2737288A1 EP 2737288 A1 EP2737288 A1 EP 2737288A1 EP 12769615 A EP12769615 A EP 12769615A EP 2737288 A1 EP2737288 A1 EP 2737288A1
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EP
European Patent Office
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light
light source
spectrometer
gap
imaging
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Withdrawn
Application number
EP12769615.1A
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French (fr)
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Anton Schick
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP2737288A1 publication Critical patent/EP2737288A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
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    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
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    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
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    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J2003/425—Reflectance

Definitions

  • the present invention relates to a confocal Spektrome ⁇ ter and a method for imaging in a confocal spectrometer.
  • Confocal spectrometers work on the basis of optical systems, which have a common focus. As a result, a spatially pointwise measurement of scattered light can be made on an object to be imaged.
  • Previous single-channel spectrometers generally use a line scan camera to record the spectrum for a channel. Therefore, it is only possible by rasterization of the object surface, that is, to capture a spatially resolved image of the object over a temporal scan.
  • Multi-channel spectrometers use a camera chip for the cell-like scanning of a surface, with a spectral resolution on the camera chip in a direction perpendicular to the spatial resolution.
  • Such systems are also known as so-called hyperspectral imaging systems ("hyperspectral imaging").
  • hyperspectral imaging Even with these systems, a rasterization of the object surface for imaging the object is necessary.
  • Document EP 1 984 770 B1 discloses a confocal spectroscopy system wherein a coding of a profile of an object takes place via the spectral profile of a polychromatic light source.
  • an imaging optical system is used with chronic matic aberration to witness a wavelength dependent position of the mapping focus along the optical axis to he ⁇ .
  • Document DE 697 300 30 T2 discloses a confocal spectroscopic imaging system in which modulator means are used for imaging an illumination pattern onto an object to be imaged so that a spatial resolution of the object is possible via the illumination pattern sequence.
  • Spectrum of the reflected or scattered light to produce an image contrast provides.
  • One aspect of the present invention to a confocal spectrometer with a broadband light source, arranged in front of the light source first mask device with a first gap grid of a main splitting direction which is adapted to a gap-shaped Mus ⁇ ter the light source to generate a first Ab Struktursop- tik, which is designed to focus the slit-shaped pattern of the light source on an object to be imaged, and a detector system, which has a detector device which is adapted to the reflected from the object
  • a second imaging optical system which is designed to focus the reflected light onto the detector device , and a dispersion element which is arranged in front of the second imaging optical system, and which is designed to spectrally disperse the light reflected by the object along a dispersion axis perpendicular to the optical axis of the second imaging optics.
  • An essential idea of the invention is to provide a complete spatial resolution simultaneously with a complete spectral resolution of the image of an object in one
  • the confocal technique is used with an imaging diaphragm device, wherein the Aperture device has a gap pattern, which projects a split screen on the entire object. If the reflected by the projected slit raster of the object kon ⁇ focal is imaged onto a detector device, a spectral resolution in the interstices of the slit grid can be done. This allows a spectrally dispersive element that reflected light can be spectrally resolved in the map depending ⁇ twisted gap spaces.
  • the detector system may further comprise a second aperture device having a second gap grid of the main gap direction of the first gap grid, which is arranged between the dispersion element and the Detektorein ⁇ direction, and which is adapted to a spectral selection of the incident on the detector means reflected light to meet.
  • the second diaphragm device can be displaceable along the dispersion axis direction. This advantageously allows the mecha ⁇ African selecting a wavelength of reflected light to be imaged.
  • the second gap may scanning a plurality of first columns, which are offset in relation to the columns of the first gap grid to a first relieve ⁇ agreed distance perpendicular to the main cleavage direction, and a plurality of second columns comprise what to in relation the columns of the first gap grid are offset by a different distance from the first second predetermined Dis ⁇ dance perpendicular to the main cleavage direction.
  • the first diaphragm device may comprise a multiplicity of cylindrical lenses which are designed to image light from the light source onto the gaps of the first slotted screen. This offers the advantage that the light intensity of the light source can be maximally exploited, since almost all the light of the light source can be collimated onto the gap grid.
  • the spectrometer may further comprise a beam splitter element, which in the
  • Beam path of the first imaging optics is arranged, and which is adapted to direct the reflected light of the object from the ⁇ beam path of the first imaging optics in the detector system.
  • the dispersion element may comprise a prism, a diffraction grating, an interference filter or an acousto-optic modulator.
  • the detector device may comprise a CCD sensor array, a CMOS sensor array or an avalanche photodiode array.
  • the detec tor driving ⁇ be designed to spectrally resolve reflected pixels of the object along an array axis. This is particularly advantageous because individual image pixels of the Ob ⁇ jekts can be mapped to a respective sub-array of pixels of the array of the detector device.
  • the light source may be a white light source.
  • each spectral component is equally available for detection in the reflected light spectrum at any time during imaging. In particular, can thereby be construed simultaneously ER- different Wel ⁇ lendorfn of the reflected light spectrum.
  • the present invention provides in another aspect a method for imaging in a confocal spectrometer ter, comprising the steps of mapping a broadband light source to a first diaphragm device with a ers ⁇ th gap grid of a main gap direction for generating a gap pattern of focusing the gap pattern on a ERS-forming property, the spectral dispersion of the light reflected by the object light along a dispersion axis that is perpendicular to the main cleavage direction, the focus ⁇ Sierens of the spectrally dispersed reflected light onto a detector means, and detecting the reflected light in the detector means for Generating a spectrally resolved image of the object.
  • the method may further comprise the step of focusing the spectrally dispersed reflected light onto a second aperture device having a second cleavage pattern of the main cleavage direction of the first cleavage frame disposed in front of the detector device.
  • the method may include the step of shifting the second aperture device along the dispersion axis direction to select the wavelength of the detected light. As a result, different wavelengths of the reflected light spectrum can be selectively selected during the spectroscopic recording for detection. Further modifications and variations will be apparent from the features of the dependent claims.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a confocal
  • a spectrometer according to one aspect of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a diaphragm device of a confocal spectrometer according to a further aspect of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of an image of a
  • Figure 4 is a schematic representation of a shutter device of a confocal spectrometer according to a white ⁇ more advanced aspect of the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of an image of a
  • Figure 6 is a schematic representation of a shutter device of a confocal spectrometer according to a white ⁇ more advanced aspect of the invention.
  • Fig. 7 is a schematic representation of a method for
  • FIG. 8 is a schematic representation of a confocal
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a diaphragm device of a confocal spectrometer
  • Fig. 10 is a schematic representation of a confocal
  • FIG. 11 is a schematic representation of a method for
  • Imaging in a confocal spectrometer shows.
  • the spectrometer 100 comprises an image training system 1, which is adapted to focus on a Sieren to spectroscopy rendes object 16 light from a light source ⁇ . 11
  • the spectrometer 100 further comprises a detector system 2, which is designed to detect light scattered and / or reflected by the object 16 and to generate therefrom an image of the object 16.
  • the imaging system 1 comprises a light source 11.
  • Light source 11 may be a broadband or polychromatic see light source 11, that is, a light source 11 emits the light over a wide frequency or wavelength range.
  • the light source 11 may be a white ⁇ light source, a globar, a Nernst lamp, a nickel-chromium Wendel, a halogen gas discharge lamp, a xenon gas discharge lamp, a superluminescent diode, an LED or a similar polychromatic light source.
  • the spectral wavelength range which the emission spectrum of the light source 11 comprises can be in the UV range, in the range of visible light and / or in the infrared range.
  • the light emitted by the light source 11 can be collimated via a lens 12 to a parallel beam and directed to a first aperture device 14.
  • the first diaphragm device 14 may have a slit-shaped or slot-shaped grid. An example of such a gap-shaped grid is schematically Darge provides ⁇ in Fig. 2.
  • the first diaphragm device 14 in FIG. 2 has a structure of passage slots 14 k .
  • the passage slots may be arranged in a slit pattern such that two adjacent passage gaps 14k and 14k + i are spaced by a lateral predetermined distance.
  • the number of passage gaps 14 k can be arbitrarily large.
  • the width of the passage gaps 14 k can be arbitrarily large.
  • the passage gaps 14k can have a County ⁇ ge, which may correspond to the length of the region on the object to be dissolved sixteenth It can be provided in the imaging system 1 that the collimated light is focused on cylindrical lenses 13a in a cylindrical lens arrangement 13 on the column of the slit raster 14 k of the first diaphragm device 14. It can be assigned to each one of the cylindrical lenses 13a each passage gap 14 k.
  • the cylindrical lens assembly 13 may be integrally connected to the first aperture device 14. Through the cylindrical lenses 13, a higher proportion of the light of the light source 11 for the projection of the
  • Spattrasters 14 k of the first aperture device 14 are used on the object 16.
  • the light passing through the first diaphragm device 14 can be focused onto the object 16 via a first imaging optical system 15.
  • the object 16 is illuminated on its surface on a focal point 16a by the light of the light source 11.
  • the illumination takes place in the pattern of the gap ⁇ structure of the first aperture device 14.
  • a tube optics 15a and 15j Obj ektivlinsenvor- direction can be used.
  • a beam splitter element may be disposed 15c, which may be at ⁇ game as a polarizing beam splitter, an interference filter or the like, an incident light beam dividing optical element.
  • the scattered or reflected light is directed into the detector system 2 via a beam path with an optical axis.
  • the detector system 2 has a spectrally dispersive element 21, which effects a spectral splitting of the broadband-reflected light of the object along a dispersion direction.
  • the dispersion direction axis D can be perpendicular to the optical axis A, so that the spectral ⁇ rale information of the scattered or reflected light along the dispersion direction axis D is resolved.
  • the Dispersion element 21 may comprise, for example, a prism, a diffraction grating, a holographic grating, a blaze grating, an acousto-optic modulator, an interference filter or the like.
  • the spectrally dispersed light can be focused on a second diaphragm device 23 via a focusing lens 22.
  • the second diaphragm device 23 can in particular have a slot grid similar to the first diaphragm device 14.
  • the spectrally dispersed light is imaged through the second aperture device 23 onto a detector device 24.
  • detector device 24 It may be possible to use a one-dimensional sensor array, for example a CCD, as detector device 24.
  • a one-dimensional sensor array for example a CCD, as detector device 24.
  • CMOS sensor array a CMOS sensor array, an avalanche photodiode array or a similar line array of photosensitive sensor elements
  • Can be the detecting means 24 can be moved in this case to the second diaphragm device 23 together along the dispersion direction of axis D, so that selected by the second diaphragm device 23 are each a portion of the spectrally dispersed light of the Dispersionsele ⁇ ments 21 and obtain ⁇ formed on the detector means 24 ,
  • a second aperture device 23 it may also be possible not to use a second aperture device 23.
  • a two-dimensional sensor array for example a CCD sensor array, a CMOS sensor array, an avalanche photodiode array or a similar planar matrix of photosensitive sensor elements can then be used as detector device 24.
  • each wavelength portion of the spectrally dispersed light along the array axis parallel to the dispersion direction axis D can be detected.
  • the spectrally dispersed light can be focused directly on the detector device 24 via the focusing lens 22.
  • An exemplary embodiment of such a detector device Fig. 24 is schematically illustrated in Fig. 3 for illustrative purposes.
  • FIG. 3 shows a detector device 24, which has an array 24a of detector pixels.
  • the detector pixels can grasp as to ⁇ for example, individual sensor elements of the array 24a ⁇ .
  • the beam grid 14 k of the first diaphragm device 14 is thereby confocal imaged onto the detector array 24 a. Since ⁇ at arises, for example, a beam pattern of Spaltabbil- fertilize 25 k -
  • the gap 25 shown pictures k respectively correspond to a specific wavelength of the reflected and spectrally dispersed light.
  • a pixel of the object 16 is in a subarray 26 k , n of the detector array 24 a to ⁇ forms.
  • a spatial resolution of the object 16 takes place in the vertical direction, while along an array axis S a spectral resolution can take place.
  • the neighboring pixel 26 k + i, n forms a pixel of the object 16 following the pixel 26 k , n in a lateral spatial direction, while the Neighboring pixels 26k, n + i, a pixel of the object 16 following the pixel 26k, n in the vertical spatial direction.
  • a spectral resolution of the respective image point of the object 16 can be done within each under Ar ⁇ rays because the spectrally dispersive element 21 causes a spectral splitting of the object image along the Dis ⁇ persions therapiessachse D, which can coincide for instance with the array axis S.
  • the selection of the range to be determined spectral of the reflected light k may, for example, via the electronic control of the lying respectively along the array axis S spectrally zugeord ⁇ Neten pixels within the sub-arrays 26, take place n.
  • a second diaphragm device 23 only one spectral portion of the spectrally dispersing ⁇ th light is respectively directed to the detector means 24 which the lateral offset of the second diaphragm device 23 along the dispersion direction axis D with respect to the position of the first diaphragm device 13 corresponds.
  • a lateral offset of the slit grid of the second diaphragm device 23 a spectral selection of the reflected light can be made so that only part of a two-dimensional detector device 24 is illuminated.
  • the second diaphragm device 23 may have a gap raster 23k, which may correspond to the gap raster of the first diaphragm device 14.
  • the second diaphragm device 23 can select a specific spectrally split part of the reflected light.
  • the displacement of the second diaphragm device 23 to different predetermined distances d the entire spectrum of GE ⁇ scattered or reflected light can along the array axis S of sub-arrays 26k, n of the detector array 24a shown ⁇ the.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a beispielhaf ⁇ th illustration of a spectral component of the image of the object 16.
  • a by a predetermined distance d with respect to the first mask device 14 laterally displaced diaphragm device 23 reflect a gap pattern 23k on the Detek- torarray 24a.
  • This gap pattern 23k is displaced with respect to the gap pattern 25k along the array axis S and at the same time forms another spectral range of the scattered or reflected light of the object on the detector array 24a.
  • n the Detektorein ⁇ direction 24 at the same time a spatial resolution of the object, that is, imaging, and carried out a spectral resolution of the object.
  • the spectral image acquisition can take place, for example, via a scanning lateral offset movement of the diaphragm device 23.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a second diaphragm device 23 which, in addition to a first fissure grid 23 k, has a second gap grid 27 k , which is offset from the first fissure grid 23 k by a predetermined distance.
  • the number of gap height is, in Fig 6 only exemplary ones shown, two -. It can, in principle, any number of gap ⁇ rasterize be used to select a plurality of resolved wavelengths.
  • one-dimensional detector array 24a can be high Lichtempfind ⁇ friendliness, sets as Tan-, for example, avalanche photodiode arrays, since in any case only a predetermined gap area of the detector device 24 can be used for detecting the light from the object sixteenth
  • a conceivable application is the achievement of spectral contrast between benign tissue and tumor tissue in imaging tissue diagnostics.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a method 200 for imaging in a confocal spectrometer, in particular in a confocal spectrometer 100, as shown in FIG.
  • the method 200 includes, as a first step 201, mapping a broadband light source to a first aperture device having a first cleavage pattern of a main cleavage direction to produce a cleavage pattern.
  • the light source may be, for example, a white light source or a poly be a chromatic light source.
  • the imaging of the light source can take place in such a way that the light source is imaged onto the column of the first slit grid by means of a plurality of cylinder lenses assigned to the columns.
  • a spectral dispersion of the light reflected by the object takes place along a dispersion axis which is perpendicular to the main-gap direction.
  • the prospectus ⁇ rale dispersion can for example be performed using a prism, a diffraction grating, an interference filter, or an acousto-optic modulator.
  • the spectrally dispersed reflected light can be focused on a detector device.
  • a fifth step 205 the reflected light is detected to generate a spectrally resolved image of the object.
  • the detection of the reflected light can be carried out, for example, with a two-dimensional CCD sensor array, a CMOS sensor array or an avalanche photodiode array.
  • the re ⁇ inflected image points of the object can be resolved along an array axis spectrally.
  • a second diaphragm device to select the wavelength of the detected light, it may be possible to shift the second diaphragm device along the dispersion axis direction for selecting the wavelength of the detected light.
  • a one-dimensional sensor array for example a sensitive one-dimensional sensor array, can also be used as detector device.
  • Avalanche photodiode array can be used, which can be moved together with the second aperture device along the dispersion axis direction.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a confocal spectrometer 300.
  • the spectrometer 300 comprises a Abbil ⁇ training system 1, which is adapted to light of a
  • the spectrometer 300 further comprises a detector system 2, which is designed to detect light which is scattered and / or reflected by the object 16 and to generate therefrom an image of the object 16.
  • the imaging system 1 comprises a light source 11.
  • Light source 11 may be a broadband or polychromatic ⁇ cal light source 11, that is, a light source 11 emits the light over a wide frequency or wavelength range.
  • the light source 11 may be a white ⁇ light source, a globar, a Nernst lamp, a nickel-chromium Wendel, a halogen gas discharge lamp, a xenon gas discharge lamp, a superluminescent diode, an LED or a similar polychromatic light source.
  • the spectral wavelength range which the emission spectrum of the light source 11 comprises can be in the UV range, in the range of visible light and / or in the infrared range.
  • the light emitted by the light source 11 can be collimated via a lens 12 to a parallel beam and directed to a first aperture device 34.
  • the first diaphragm device 34 may have a structured arrangement of a multiplicity of through-holes, so-called pinholes. Is shown an example of such a struc tured ⁇ arrangement may be a Nipkow disc, such as by way of example in Fig. 9.
  • the first diaphragm device 34 in FIG. 9 is circular and has a structure of through-holes 35 k .
  • the Through holes 35k may be disposed along circular concentric paths 36k of different diameters so that two adjacent through holes 35k and 35k + i are spaced along the circumference of the first aperture 34 by a predetermined distance.
  • the number of through holes 35 k can be arbitrarily large.
  • each through hole 34 k may each be associated with one of the lenses 33 a.
  • the lens assembly 33 may be integrally connected to the first aperture device 34.
  • the light passing through the first diaphragm device 14 can be focused onto the object 16 via a first imaging optical system 15.
  • the object 16 is illuminated on its surface on a focal point 16a by the light of the light source 11.
  • the illumination takes place via a rotation of the first diaphragm device 34 over the entire field of view of the object 16.
  • a tube optic 15a and an objective lens device 15b can be used.
  • a beam splitter element may be disposed 15c, which may be at ⁇ game as a polarizing beam splitter, an interference filter or the like, an incident light beam dividing optical element.
  • the scattered or reflected light is directed via a beam path with an op ⁇ tables axis A in the detector system. 2
  • the detector system 2 has a spectrally dispersive element 41, which causes a spectral splitting of the broadband reflected light of the object along a dispersion ⁇ direction.
  • the dispersion direction axis D can be perpendicular to the optical axis A, so that the spectral ⁇ rale information of the scattered or reflected light along the dispersion direction axis D is resolved.
  • the dispersion element 41 may comprise, for example, a prism, a diffraction grating, a holographic grating, a blaze grating, an acousto-optic modulator, an interference filter or the like.
  • the spectrally dispersed light can se a sierlin- 22 to a second diaphragm device 43 focuses the ⁇ .
  • the second shutter device 43 can thereby insbesonde ⁇ re comprise a first shutter device 34 similar transit hole pattern 35 k.
  • the detector device 24 may for example comprise a two-dimensional CCD array, a CMOS sensor array, an avalanche photodiode array or a matrix similar to lichtempfind ⁇ union sensor elements.
  • the second diaphragm device 43 can rotate about an axis B, so that the rotation of the through-holes coincides with those of the through-holes 35 k of the first diaphragm device 34.
  • confocal reflected by the object 16 or confused with the first diaphragm device 43 can be imaged. This means that a Selection can be made, since only pixels on the object 16, which lie within the depth of focus of the focus point 16 gene ⁇ , can be imaged through the second aperture device 43 therethrough.
  • a lateral offset of the second diaphragm device 43 along this dispersion direction axis D to a spectral selection of the confocal detected light of the object 16 can take place.
  • a full lateral resolution of the object 16 at the same time a spectral resolution of the object 16 is possible by a lateral offset between the first diaphragm device 34 and the second diaphragm device 43 is adjusted with respect to the optical axis A.
  • a prism 41 can be rotated, or an acousto-optic modulator 41 can be driven accordingly.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of another confocal spectrometer 400.
  • the spectrometer 400 in FIG. 10 essentially differs from the spectrometer 300 in FIG. 8 in that the first diaphragm device 34 is used as a common illumination and imaging device.
  • the first mask device 34 is an imaging optical system 45 is provided, 45e in the lerimplantation by Strahltei- 45a, 45b, 45c, 45d and 45f mirror elements and different beam paths of the incident and re ⁇ inflected light can be realized.
  • a polarizer 41 can be provided behind the lens 12, which linearly polarizes the light emitted by the light source 11. The incident light passes through
  • Beam splitters 45a and 45b rectilinear when these polarization-dependent beam splitters, for example s-polarizing Have beam splitter. Via the p-polarizing beam splitters 45c and 45d and the mirror elements 45e and 45f, the incident light is guided along the beam path W to the object. With the aid of a lambda / 4 plate 46, a phase rotation of the polarization can take place by 90 °.
  • the optical path lengths over the beam paths W and X can be identical.
  • a spectrally dispersive element 43 such as a prism, which causes a spectral splitting of the reflected or scattered light of the object.
  • a spectral selection of the reflected or scattered light can be made, which is guided via the diaphragm device 34 onto a beam splitter 42 and from there through a focusing lens 22 is directed onto the detector device 24.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a method 500 for imaging in a confocal spectrometer, in particular in a confocal spectrometer 300 or 400, as explained in connection with FIGS. 8 to 10.
  • a wide-band light source is imaged by a rotatable diaphragm device with a structured arrangement of a multiplicity of through-holes.
  • the light source may comprise a white light source or a polychromatic light source.
  • the rotatable diaphragm device may comprise, for example, a Nipkow disc.
  • the imaging of the light source may include imaging the light source onto the structured arrangement of the plurality of through holes by means of a multiplicity of lenses assigned to the through holes.
  • a spectral dispersants carried yawing of the object by the reflected light by using egg ⁇ nes dispersion element such as a prism, a diffraction grating, an interference filter or an acousto-optical modulator.
  • the spectrally dispersed reflected light is focused on a rotatable diaphragm device having a structured arrangement of a multiplicity of through holes.
  • the rotatable diaphragm device can be displaced perpendicular to the optical axis of the spectrometer for selecting the wavelength of the detected light.
  • the dispersion element may be displaced perpendicular to the optical axis of the spectrometer for selecting the wavelength of the detected light.
  • a fifth step 505 the reflected light passing through the rotatable diaphragm device is detected to produce a spectrally resolved image of the object.
  • Detecting the reflected light can be carried out with a CCD sensor array, a CMOS sensor array or an AVA lanche photodiode array so that the re ⁇ inflected image points of the object can be resolved along an array axis spectrally.
  • the invention relates to a confocal spectrometer with a broadband light source, one in front of the light source angeord ⁇ Neten first mask device with a first gap grid of a main splitting direction which is adapted to produce a slit-shaped pattern of the light source, a ers ⁇ th imaging optics, which adapted is to focus the cleavage pattern of the light source on an object to be imaged, and a detector system, which comprises a detector device which is adapted to detect the light reflected from the object for generating a spectrally resolved image of the object, a second imaging optics, which is adapted to focus the reflected light on the second aperture device, and a dispersion element, which is arranged in front of the second imaging optics, and

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein konfokales Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeordneten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster der Lichtquelle zu erzeugen, einer ersten Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement aufweist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren.

Description

Beschreibung
Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein konfokales Spektrome¬ ter und ein Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer . Stand der Technik
Konfokale Spektrometer arbeiten auf der Basis optischer Systeme, welche einen gemeinsamen Fokus aufweisen. Dadurch kann eine räumlich punktweise Messung gestreuten Lichts an einem abzubildenden Objekt vorgenommen werden. Bisherige einkanali- ge Spektrometer nutzen in der Regel eine Zeilenkamera zur Aufnahme des Spektrums für einen Kanal. Daher ist es erst durch Rasterung der Objektoberfläche möglich, das heißt, über einen zeitlichen Scan, ein räumlich aufgelöstes Bild des Ob- jekts zu erfassen.
Mehrkanalige Spektrometer nutzen einen Kamerachip zur zellenförmigen Abtastung einer Oberfläche, wobei eine spektrale Auflösung auf dem Kamerachip in einer Richtung senkrecht zu der räumlichen Auflösung erfolgt. Derartige Systeme sind auch als sogenannte hyperspektrale Bildgebungssysteme ("Hy- perspectral Imaging") bekannt. Auch bei diesen Systemen ist eine Rasterung der Objektoberfläche zur bildgebenden Erfassung des Objekts notwendig.
Die Druckschrift EP 1 984 770 Bl offenbart ein konfokales Spektroskopiesystem, wobei eine Kodierung eines Profils eines Objekts über den Spektralverlauf einer polychromatischen Lichtquelle erfolgt. Dazu wird eine Abbildungsoptik mit chro- matischer Aberration verwendet, um eine wellenlängenabhängige Lage des Abbildungsfokus entlang der optischen Achse zu er¬ zeugen . Die Druckschrift DE 697 300 30 T2 offenbart ein konfokales spektroskopisches Abbildungssystem, bei dem Modulatormittel zur Abbildung eines Beleuchtungsmuster auf ein abzubildendes Objekt eingesetzt werden, so dass über die Beleuchtungsmus- tersequenz eine räumliche Auflösung des Objekts möglich ist.
Es besteht ein Bedarf an einem bildgebenden Spektrometer, welches für ein ruhendes Objekt für jeden Bildpunkt ein
Spektrum des reflektierten bzw. gestreuten Lichts zur Erzeu- gung eines Bildkontrastes liefert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht daher in einem konfokalen Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeordneten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Mus¬ ter der Lichtquelle zu erzeugen, einer ersten Abbildungsop- tik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte
Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Ob- jekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektorein¬ richtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement auf¬ weist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt re- flektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren .
Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, eine voll- ständige räumliche Auflösung zeitgleich mit einer vollständig spektralen Auflösung des Bildes eines Objekts in einem
Spektrometer zu ermöglichen. Dazu wird die Konfokaltechnik mit einer Abbildungsblendenvorrichtung eingesetzt, wobei die Blendenvorrichtung ein Spaltmuster aufweist, welches ein Spaltraster auf das gesamte Objekt projiziert. Wenn das durch das projizierte Spaltraster von dem Objekt reflektierte kon¬ fokal auf eine Detektoreinrichtung abgebildet wird, kann eine spektrale Auflösung in den Zwischenräumen des Spaltrasters erfolgen. Dies ermöglicht ein spektral dispersives Element, welches das reflektierte Licht spektral aufgelöst in die je¬ weiligen SpaltZwischenräume abbilden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann das Detektorsystem weiterhin eine zweite Blendenvorrichtung mit einem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters aufweisen, welche zwischen dem Dispersionselement und der Detektorein¬ richtung angeordnet ist, und welche dazu ausgelegt ist, eine spektrale Auswahl des auf die Detektoreinrichtung treffenden reflektierten Lichts zu treffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die zweite Blendenvorrichtung entlang der Dispersionsachsenrichtung ver- schiebbar sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die mecha¬ nische Auswahl einer abzubildenden Wellenlänge des reflektierten Lichts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Spalt- raster eine Vielzahl von ersten Spalten, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters um eine erste vorbe¬ stimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung versetzt sind, und eine Vielzahl von zweiten Spalten aufweisen, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters um eine von der ersten Distanz verschiedene zweite vorbestimmte Dis¬ tanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung versetzt sind. Dies bietet den Vorteil, dass für bestimmte Anwendungen, in denen besondere Wellenlängen des reflektierten Lichts von Interesse sind, beispielsweise medizinische Bildgebungsverfahren in der Chirurgie oder Gewebediagnostik, eine vordefinierte Selektion einer Anzahl von Wellenlängen vorgenommen werden kann, ohne dass die zweite Blendenvorrichtung mechanisch entlang der Dispersionsachse verschoben werden muss. Dadurch können in sehr kurzer Zeit komplette räumlich und spektral aufgelöste Bilder eines Objekts konfokal erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Blenden- Vorrichtung eine Vielzahl von Zylinderlinsen aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, Licht der Lichtquelle auf die Spalte des ersten Spaltrasters abzubilden. Dies bietet den Vorteil, dass die Lichtintensität der Lichtquelle maximal ausgenutzt werden kann, da nahezu das gesamte Licht der Lichtquelle auf das Spaltraster kollimiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Spektrometer weiterhin ein Strahlteilerelement aufweisen, welches im
Strahlengang der ersten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht des Ob¬ jekts aus dem Strahlengang der ersten Abbildungsoptik in das Detektorsystem zu lenken. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine physische Entkopplung des Detektorsystems von dem Abbil¬ dungssystem möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Dispersionselement ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Interferenzfilter oder einen akusto-optischen Modulator umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Detektoreinrichtung ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray oder ein Avalanche-Photodiodenarray aufweisen. Dabei kann die Detek¬ toreinrichtung dazu ausgelegt sein, reflektierte Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufzulösen. Dies ist besonders vorteilhaft, da einzelne Bildpixel des Ob¬ jekts jeweils auf ein Unterarray von Pixeln des Arrays der Detektoreinrichtung abgebildet werden können. Mithilfe dieser Unterarrays von Pixeln können dann sowohl räumlich als auch spektral aufgelöste Bilder eines Objekts erstellt werden, was besonders für medizinische bildgebende Anwendungen eine In¬ formationsanreicherung in räumlichen Darstellungen von Objekten bedeutet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle eine Weißlichtquelle sein. Dadurch steht in vorteilhafterweise zu jedem Zeitpunkt der Bildgebung jede spektrale Komponente gleichermaßen im reflektierten Lichtspektrum zur Erfassung zur Verfügung. Insbesondere können dadurch verschiedene Wel¬ lenlängen des reflektierten Lichtspektrums gleichzeitig er- fasst werden.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrome- ter, mit den Schritten des Abbildens einer breitbandigen Lichtquelle auf eine erste Blendenvorrichtung mit einem ers¬ ten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters, des Fokussierens des Spaltmusters auf ein abzu- bildendes Objekt, des spektralen Dispergierens des durch das Objekt reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse, welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung steht, des Fokus¬ sierens des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung, und des Detektierens des reflek- tierten Lichts in der Detektoreinrichtung zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Fokussierens des spektral dispergierten reflek- tierten Lichts auf eine zweite Blendenvorrichtung mit einem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters, welche vor der Detektoreinrichtung angeordnet ist, umfassen . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt des Verschiebens der zweiten Blendenvorrichtung entlang der Dispersionsachsenrichtung zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts umfassen. Dadurch können verschiedene Wellenlängen des reflektierten Lichtspektrums gezielt während der spektroskopischen Aufnahme zur Erfassung ausgewählt werden. Weitere Modifikationen und Variationen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Figuren
Verschiedene Ausführungsformen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konfokalen
Spektrometers gemäß einem Aspekt der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem wei- teren Aspekt der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Abbildung eines
Spaltrasters auf einer Detektoreinrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem wei¬ teren Aspekt der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Abbildung eines
Spaltrasters auf einer Detektoreinrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers gemäß einem wei¬ teren Aspekt der Erfindung; Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung; Fig. 8 eine schematische Darstellung eines konfokalen
Spektrometers ;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Blendenvorrichtung eines konfokalen Spektrometers;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines konfokalen
Spektrometers; und Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer zeigt.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Wei- tere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genann- ten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen.
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen be¬ zeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten. Die im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie "oben", "unten", "rechts", "links", "vorne", "hinten" und dergleichen wird lediglich zum leichteren Verständnis der Zeichnungen eingesetzt und stellt keine Beschränkung der Allgemeinheit dar. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers 100. Das Spektrometer 100 umfasst ein Abbil- dungssystem 1, welches dazu ausgelegt ist, Licht einer Licht¬ quelle 11 auf ein zu spektroskopierendes Objekt 16 zu fokus- sieren. Das Spektrometer 100 umfasst außerdem ein Detektorsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, Licht, welches durch das Objekt 16 gestreut und/oder reflektiert wird, zu erfassen und daraus ein Bild der Objekts 16 zu erzeugen.
Das Abbildungssystem 1 umfasst eine Lichtquelle 11. Die
Lichtquelle 11 kann eine breitbandige oder auch polychromati- sehe Lichtquelle 11 sein, das heißt, eine Lichtquelle 11 die Licht über einen weiten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich abgibt. Beispielsweise kann die Lichtquelle 11 eine Wei߬ lichtquelle, ein Globar, eine Nernstlampe, eine Nickel-Chrom- Wendel, eine Halogen-Gasentladungslampe, eine Xenon- Gasentladungslampe, eine Superlumineszenzdiode, eine LED oder eine ähnliche polychromatische Lichtquelle sein. Weiterhin kann der spektrale Wellenlängenbereich, den das Emissionsspektrum der Lichtquelle 11 umfasst, im UV-Bereich, im Bereich des sichtbaren Lichts und/oder im Infrarotbereich lie- gen.
Das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht kann über eine Linse 12 zu einem parallelen Strahlenbündel kollimiert werden und auf eine erste Blendenvorrichtung 14 gerichtet werden. Die erste Blendenvorrichtung 14 kann ein spaltförmiges bzw. schlitzförmiges Raster aufweisen. Ein Beispiel für ein derartiges spaltförmiges Raster ist schematisch in Fig. 2 darge¬ stellt. Die erste Blendenvorrichtung 14 in Fig. 2 weist eine Struktur aus Durchgangsschlitzen 14k auf. Die Durchgangs- schlitze können in einem spaltförmigen Muster angeordnet sein, so dass zwei benachbart gelegene Durchgangsspalte 14k und 14k+i um einen lateralen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Die Anzahl der Durchgangsspalte 14k kann dabei beliebig groß sein. Ebenso kann die Breite der Durchgangsspalte 14k beliebig groß sein. Die Durchgangsspalte 14k können eine Län¬ ge aufweisen, welche der Länge des aufzulösenden Bereichs auf dem Objekt 16 entsprechen kann. Es kann in dem Abbildungssystem 1 vorgesehen sein, dass das kollimierte Licht über Zylinderlinsen 13a in einer Zylinderlinsenanordnung 13 auf die Spalte des Spaltrasters 14k der ersten Blendenvorrichtung 14 fokussiert werden. Dabei kann jedem Durchgangsspalt 14k jeweils eine der Zylinderlinsen 13a zugeordnet sein. Die Zylinderlinsenanordnung 13 kann beispielsweise integral mit der ersten Blendenvorrichtung 14 verbunden sein. Durch die Zylinderlinsen 13 kann ein höherer Anteil des Lichts der Lichtquelle 11 zur Projektion des
Spaltrasters 14k der ersten Blendenvorrichtung 14 auf das Objekt 16 genutzt werden.
Das die erste Blendenvorrichtung 14 passierende Licht kann über eine erste Abbildungsoptik 15 auf das Objekt 16 fokus- siert werden. Dabei wird das Objekt 16 auf seiner Oberfläche auf einem Fokuspunkt 16a durch das Licht der Lichtquelle 11 beleuchtet. Die Beleuchtung erfolgt in dem Muster der Spalt¬ struktur der ersten Blendenvorrichtung 14. Dazu können beispielsweise eine Tubusoptik 15a sowie eine Obj ektivlinsenvor- richtung 15b eingesetzt werden.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch die Objektivlinsenvorrichtung 15b wieder zurück in die Abbildungsoptik 15 geführt. In der Abbildungsoptik 15 kann ein Strahlteilerelement 15c angeordnet sein, welches bei¬ spielsweise ein polarisierender Strahlteiler, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches, einen einfallenden Lichtstrahl teilendes optisches Bauelement sein kann. Das gestreute bzw. reflektierte Licht wird über einen Strahlengang mit einer op- tischen Achse in das Detektorsystem 2 gelenkt.
Das Detektorsystem 2 weist ein spektral dispersives Element 21 auf, welches eine spektrale Aufspaltung des breitbandig reflektierten Lichts des Objekts entlang einer Dispersions- richtung bewirkt. Die Dispersionsrichtungsachse D kann dabei senkrecht zu der optischen Achse A stehen, so dass die spekt¬ rale Information des gestreuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Dispersionsrichtungsachse D aufgelöst ist. Das Dispersionselement 21 kann beispielsweise ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein holografisches Gitter, ein Blazegitter, einen akusto-optischer Modulator, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches Element aufweisen.
Das spektral dispergierte Licht kann über eine Fokussierlinse 22 auf eine zweite Blendenvorrichtung 23 fokussiert werden. Die zweite Blendenvorrichtung 23 kann dabei insbesondere ein der ersten Blendenvorrichtung 14 ähnliches Spaltraster auf- weisen. Das spektral dispergierte Licht wird durch die zweite Blendenvorrichtung 23 hindurch auf eine Detektoreinrichtung 24 abgebildet.
Es kann dabei möglich sein, als Detektoreinrichtung 24 ein eindimensionales Sensorarray, beispielsweise ein CCD-
Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche-Photodioden- Array oder eine ähnliche Zeilenmatrix an lichtempfindlichen Sensorelementen aufweisen. Die Detektoreinrichtung 24 kann in diesem Fall mit der zweiten Blendenvorrichtung 23 gemeinsam entlang der Dispersionsrichtungsachse D verschoben werden, so dass durch die zweite Blendenvorrichtung 23 jeweils ein Anteil des spektral dispergierten Lichts des Dispersionsele¬ ments 21 ausgewählt und auf die Detektoreinrichtung 24 abge¬ bildet werden kann.
Alternativ kann es auch möglich sein, keine zweite Blendenvorrichtung 23 zu verwenden. Dabei kann dann ein zweidimensionales Sensorarray, beispielsweise ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche-Photodioden-Array oder eine ähnliche flächige Matrix an lichtempfindlichen Sensorelementen als Detektoreinrichtung 24 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann jede Wellenlängenanteil des spektral dispergierten Lichts entlang der Arrayachse erfasst werden, die parallel zu der Dispersionsrichtungsachse D verläuft. Dazu kann das spektral dispergierte Licht über die Fokussierlinse 22 direkt auf die Detektoreinrichtung 24 fokussiert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Detektoreinrichtung 24 ist in Fig. 3 zur Veranschaulichung schematisch dargestellt .
Fig. 3 zeigt eine Detektoreinrichtung 24, welche ein Array 24a aus Detektorpixeln aufweist. Die Detektorpixel können da¬ bei beispielsweise einzelne Sensorelemente des Arrays 24a um¬ fassen. Das Strahlraster 14k der ersten Blendenvorrichtung 14 wird dabei konfokal auf das Detektorarray 24a abgebildet. Da¬ bei entsteht beispielsweise ein Strahlmuster aus Spaltabbil- düngen 25k- Die gezeigten Spaltabbildungen 25k entsprechen dabei jeweils einer bestimmten Wellenlänge des reflektierten und spektral dispergierten Lichts. Ein Bildpunkt des Objekts 16 wird in ein Unterarray 26k, n des Detektorarrays 24a abge¬ bildet. In einer Hauptspaltrichtung R erfolgt dabei eine räumliche Auflösung des Objekts 16 in vertikaler Richtung, während entlang einer Arrayachse S eine spektrale Auflösung erfolgen kann.
Gezeigt sind in gestrichelten Umrandung zwei Nachbarpixel
26k+i , n und 26k, n+i des Unterarrays 26k, n - Der Nachbarpixel 26k+i , n bildet dabei einen auf den Pixel 26k, n in lateraler räumlicher Richtung folgenden Bildpunkt des Objekts 16 ab, während der Nachbarpixel 26k, n+i einen auf den Pixel 26k, n in vertikaler räumlicher Richtung folgenden Bildpunkt des Objekts 16 abbil- det. Entlang der Arrayachse S kann innerhalb jedes Unterar¬ rays eine spektrale Auflösung des jeweiligen Bildpunkt des Objekts 16 erfolgen, da das spektral dispersive Element 21 eine spektrale Aufspaltung des Objektbilds entlang der Dis¬ persionsrichtungsachse D verursacht, welche beispielsweise mit der Arrayachse S zusammenfallen kann. Die Auswahl des zu bestimmenden spektralen Bereichs des reflektierten Lichts kann beispielsweise über die elektronische Ansteuerung der jeweils entlang der Arrayachse S liegenden spektral zugeord¬ neten Pixel innerhalb der Unterarrays 26k, n erfolgen.
Wenn eine zweite Blendenvorrichtung 23 eingesetzt wird, wird jeweils nur derjenige spektrale Teil des spektral dispergier¬ ten Lichts auf die Detektoreinrichtung 24 gelenkt, welcher dem lateralen Versatz der zweiten Blendenvorrichtung 23 entlang der Dispersionsrichtungsachse D im Bezug auf die Lage der ersten Blendenvorrichtung 13 entspricht. Mit anderen Worten, durch einen lateralen Versatz des Spaltrasters der zwei- ten Blendenvorrichtung 23 kann eine spektrale Auswahl des reflektierten Lichts getroffen werden, so dass nur ein Teil einer zweidimensionalen Detektoreinrichtung 24 beleuchtet wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Blendenvorrichtung 23. Die zweite Blendenvorrichtung 23 kann dabei ein Spaltraster 23k aufweisen, welches dem Spaltraster der ersten Blendenvorrichtung 14 entsprechen kann. Durch einen lateralen Versatz um eine vorbestimmte Distanz d entlang der Dispersionsrichtungsachse D kann die zweite Blendenvor- richtung 23 einen bestimmten spektral aufgespaltenen Teil des reflektierten Lichts selektieren. Durch eine Variation des Versatzes der zweiten Blendenvorrichtung 23 um verschiedene vorbestimmte Distanzen d kann das gesamte Spektrum des ge¬ streuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Arrayachse S eines Unterarrays 26k, n des Detektorarrays 24a abgebildet wer¬ den .
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaf¬ ten Abbildung eines spektralen Anteils des Bildes des Objekts 16. Beispielsweise wird eine um eine vorbestimmte Distanz d gegenüber der ersten Blendenvorrichtung 14 lateral verschobene Blendenvorrichtung 23 ein Spaltmuster 23k auf dem Detek- torarray 24a abbilden. Dieses Spaltmuster 23k ist gegenüber dem Spaltmuster 25k entlang der Arrayachse S verschoben und bildet gleichzeitig einen anderen spektralen Bereich des gestreuten bzw. reflektierten Lichts des Objekts auf dem Detek- torarray 24a ab. Dadurch kann über die Aufweitung der Bildpunkte des Objekts 16 in Unterarrays 26k, n der Detektorein¬ richtung 24 zugleich eine räumliche Auflösung des Objekts, das heißt, eine Bildgebung, und eine spektrale Auflösung des Objekts erfolgen. Die spektrale Bilderfassung kann beispielsweise über eine scannende laterale Versatzbewegung der Blendenvorrichtung 23 erfolgen. Alternativ kann es möglich sein, über eine elektronische Ansteuerung der Pixel der Detektoreinrichtung 24 eine spektrale Auswahl zu treffen.
Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise im medizinischen Bereich, kann es sinnvoll sein, eine Vorauswahl an aufzulösenden spektralen Bereichen zu treffen. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Blendenvorrichtung 23, welche neben einem ersten Spaltraster 23k ein zweites Spalt¬ raster 27k aufweist, welches gegenüber dem ersten Spaltraster 23k um eine vorbestimmte Distanz versetzt ist. Die Anzahl der Spaltraster ist in Fig. 6 nur beispielhaft mit zwei darge- stellt - es kann prinzipiell jede beliebige Anzahl von Spalt¬ rastern zur Auswahl einer Vielzahl von aufzulösenden Wellenlängenbereichen verwendet werden. Durch die Vorauswahl der Wellenlängenbereiche ist es nicht mehr nötig, die zweite Blendenvorrichtung 23 zu bewegen, da jedes Spaltraster 23k und 27k den ihm zugewiesenen spektral dispergierten Wellenlängenbereich auf disjunkte Pixelbereiche des Detektorarrays 24a projizieren können. Auf diese Weise können beispielsweise eindimensionale Detektorarrays 24a mit hoher Lichtempfind¬ lichkeit, wie zum Beispiel Avalanche-Photodiodenarrays einge- setzt werden, da ohnehin nur ein vorbestimmter Spaltbereich der Detektoreinrichtung 24 zur Erfassung des Lichts von dem Objekt 16 genutzt werden kann. Eine denkbare Anwendung ist die Erzielung von spektralem Kontrast zwischen gutartigem Gewebe und Tumorgewebe in der bildgebenden Gewebediagnostik.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 200 zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, insbesondere in einem konfokalen Spektrometer 100, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Verfahren 200 umfasst als ersten Schritt 201 ein Abbilden einer breitbandigen Lichtquelle auf eine erste Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters. Die Lichtquelle kann dabei beispielsweise ein Weißlichtquelle oder eine poly- chromatische Lichtquelle sein. Das Abbilden der Lichtquelle kann dabei derart erfolgen, dass die Lichtquelle auf die Spalte des ersten Spaltrasters mithilfe einer Vielzahl von den Spalten zugeordneten Zylinderlinsen abgebildet wird.
In einem zweiten Schritt 202 erfolgt ein Fokussieren des Spaltmusters auf ein abzubildendes Objekt. In einem dritten Schritt 203 erfolgt ein spektrales Dispergieren des durch das Objekt reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse, welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung steht. Das spekt¬ rale Dispergieren kann beispielsweise mithilfe eines Prismas, eines Beugungsgitters, eines Interferenzfilters oder eines akusto-optischen Modulators durchgeführt werden. In einem vierten Schritt 204 kann ein Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung erfolgen. Dabei kann es möglich sein, das spektral dispergierte Licht auf eine zweite Blendenvorrichtung mit ei¬ nem zweiten Spaltraster der Hauptspaltrichtung des ersten Spaltrasters zu fokussieren. Es ist dabei möglich, dass ein Teilen des von dem Objekt reflektierten Lichts mit einem Strahlteilerelement aus dem Strahlengang der Abbildung des Spaltmusters erfolgt. In einem fünften Schritt 205 erfolgt ein Detektieren des reflektierten Lichts zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts. Das Detektieren des reflektierten Lichts kann beispielsweise mit einem zweidimensionalen CCD- Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Avalanche- Photodiodenarray durchgeführt werden. Dabei können die re¬ flektierten Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufgelöst werden. Wenn eine zweite Blendenvorrich¬ tung verwendet wird, kann es zur Auswahl der Wellenlänge des detektierten Lichts möglich sein, die zweite Blendenvorrich- tung entlang der Dispersionsachsenrichtung zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts zu verschieben. In diesem Fall kann als Detektoreinrichtung auch ein eindimensionales Sensorarray, beispielsweise ein empfindliches eindimensiona- les Avalanche-Photodiodenarray verwendet werden, welches mit der zweiten Blendenvorrichtung zusammen entlang der Dispersionsachsenrichtung verschoben werden kann. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines konfokalen Spektrometers 300. Das Spektrometer 300 umfasst ein Abbil¬ dungssystem 1, welches dazu ausgelegt ist, Licht einer
Lichtquelle 11 auf ein zu spektroskopierendes Objekt 16 zu fokussieren. Das Spektrometer 300 umfasst außerdem ein De- tektorsystem 2, welches dazu ausgelegt ist, Licht, welches durch das Objekt 16 gestreut und/oder reflektiert wird, zu erfassen und daraus ein Bild der Objekts 16 zu erzeugen.
Das Abbildungssystem 1 umfasst eine Lichtquelle 11. Die
Lichtquelle 11 kann eine breitbandige oder auch polychromati¬ sche Lichtquelle 11 sein, das heißt, eine Lichtquelle 11 die Licht über einen weiten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich abgibt. Beispielsweise kann die Lichtquelle 11 eine Wei߬ lichtquelle, ein Globar, eine Nernstlampe, eine Nickel-Chrom- Wendel, eine Halogen-Gasentladungslampe, eine Xenon- Gasentladungslampe, eine Superlumineszenzdiode, eine LED oder eine ähnliche polychromatische Lichtquelle sein. Weiterhin kann der spektrale Wellenlängenbereich, den das Emissionsspektrum der Lichtquelle 11 umfasst, im UV-Bereich, im Be- reich des sichtbaren Lichts und/oder im Infrarotbereich liegen .
Das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht kann über eine Linse 12 zu einem parallelen Strahlenbündel kollimiert werden und auf eine erste Blendenvorrichtung 34 gerichtet werden. Die erste Blendenvorrichtung 34 kann eine strukturierte Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern, sogenannten Pinholes aufweisen. Ein Beispiel für eine derartige struktu¬ rierte Anordnung kann eine Nipkow-Scheibe sein, wie sie bei- spielhaft in Fig. 9 dargestellt ist.
Die erste Blendenvorrichtung 34 in Fig. 9 ist kreisförmig und weist eine Struktur aus Durchgangslöchern 35k auf. Die Durchgangslöcher 35k können entlang kreisförmiger, konzentrischer Bahnen 36k unterschiedlichen Durchmessers angeordnet sein, so dass zwei benachbart gelegene Durchgangslöcher 35k und 35k+i entlang des Umfangs der ersten Blendenvorrichtung 34 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Die Anzahl der Durchgangslöcher 35k kann dabei beliebig groß sein. Durch eine schnelle Drehung der ersten Blendenvorrichtung 34 kann das gesamte Objekt 16 über die gesamte Blendenvorrichtung 34 hinweg zeitlich abgescannt werden, da jeder Bildpunkt des Ob- jekts 16 durch die gestaffelte Anordnung der Bahnen 36k von mindestens einem Durchgangsloch 35k während einer vollständi¬ gen Umdrehung der Blendenvorrichtung 34 einmal überstrichen wird. Eine Blendenvorrichtung 34 kann auch als Nipkow-Scheibe bezeichnet werden.
Es kann in dem Abbildungssystem 1 vorgesehen sein, dass das kollimierte Licht über Linsen 33a in einer Linsenanordnung 33 auf die Durchgangslöcher der ersten Blendenvorrichtung 34 fo- kussiert werden. Dabei kann jedem Durchgangsloch 34k jeweils eine der Linsen 33a zugeordnet sein. Die Linsenanordnung 33 kann beispielsweise integral mit der ersten Blendenvorrichtung 34 verbunden sein. Durch die Linsen 33 kann ein höherer Anteil des Lichts der Lichtquelle 11 zur Projektion des
Struktur aus Durchgangslöchern 34k der ersten Blendenvorrich- tung 34 auf das Objekt 16 genutzt werden.
Das die erste Blendenvorrichtung 14 passierende Licht kann über eine erste Abbildungsoptik 15 auf das Objekt 16 fokus- siert werden. Dabei wird das Objekt 16 auf seiner Oberfläche auf einem Fokuspunkt 16a durch das Licht der Lichtquelle 11 beleuchtet. Die Beleuchtung erfolgt über eine Drehung der ersten Blendenvorrichtung 34 über das gesamte Gesichtsfeld des Objekts 16. Dazu können beispielsweise eine Tubusoptik 15a sowie eine Objektivlinsenvorrichtung 15b eingesetzt wer- den.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch die Objektivlinsenvorrichtung 15b wieder zurück in die Abbildungsoptik 15 geführt. In der Abbildungsoptik 15 kann ein Strahlteilerelement 15c angeordnet sein, welches bei¬ spielsweise ein polarisierender Strahlteiler, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches, einen einfallenden Lichtstrahl teilendes optisches Bauelement sein kann. Das gestreute bzw. reflektierte Licht wird über einen Strahlengang mit einer op¬ tischen Achse A in das Detektorsystem 2 gelenkt.
Das Detektorsystem 2 weist ein spektral dispersives Element 41 auf, welches eine spektrale Aufspaltung des breitbandig reflektierten Lichts des Objekts entlang einer Dispersions¬ richtung bewirkt. Die Dispersionsrichtungsachse D kann dabei senkrecht zu der optischen Achse A stehen, so dass die spekt¬ rale Information des gestreuten bzw. reflektierten Lichts entlang der Dispersionsrichtungsachse D aufgelöst ist. Das Dispersionselement 41 kann beispielsweise ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein holografisches Gitter, ein Blazegitter, einen akusto-optischer Modulator, ein Interferenzfilter oder ein ähnliches Element aufweisen.
Das spektral dispergierte Licht kann über eine Fokussierlin- se 22 auf eine zweite Blendenvorrichtung 43 fokussiert wer¬ den. Die zweite Blendenvorrichtung 43 kann dabei insbesonde¬ re ein der ersten Blendenvorrichtung 34 ähnliches Durch- gangslochmuster 35k aufweisen. Das spektral dispergierte
Licht wird durch die zweite Blendenvorrichtung 43 hindurch auf eine Detektoreinrichtung 24 abgebildet. Die Detektoreinrichtung 24 kann beispielsweise ein zweidimensionales CCD- Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray, ein Avalanche- Photodioden-Array oder ein ähnliche Matrix an lichtempfind¬ lichen Sensorelementen aufweisen.
Die zweite Blendenvorrichtung 43 kann dabei um eine Achse B rotieren, so dass die Rotation der Durchgangslöcher mit de- nen der Durchgangslöcher 35k der ersten Blendenvorrichtung 34 übereinstimmt. Dadurch kann kann durch das Objekt 16 reflektierte bzw. gestreute konfokal mit der ersten Blendenvor¬ richtung 43 abgebildet werden. Dies bedeutet, dass eine Tie- fenselektion erfolgen kann, da nur Bildpunkte auf dem Objekt 16, welche innerhalb der Fokustiefe des Fokuspunkts 16 lie¬ gen, durch die zweite Blendenvorrichtung 43 hindurch abgebildet werden können.
Durch die spektrale Dispersion des Dispersionselements 41 entlang der Dispersionsachse D kann ein lateraler Versatz der zweiten Blendenvorrichtung 43 entlang dieser Dispersionsrichtungsachse D zu einer spektralen Auswahl des konfokal erfassten Lichts des Objekts 16 erfolgen. Mit anderen Worten ist zugleich mit einer vollen lateralen Auflösung des Objekts 16 zugleich eine spektrale Auflösung des Objekts 16 möglich, indem ein lateraler Versatz zwischen der ersten Blendenvorrichtung 34 und der zweiten Blendenvorrichtung 43 mit Bezug auf die optische Achse A eingestellt wird.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, durch Manipulation des Dispersionselements 41 eine Verschiebung des Spektrums bezüglich der optischen Achse zu erreichen. Beispielsweise kann ein Prisma 41 gedreht werden, oder ein akusto-optischer Modulator 41 entsprechend angesteuert werden.
In Fig. 10 ist in schematischer Darstellung ein weiteres konfokales Spektrometer 400 gezeigt. Das Spektrometer 400 in Fig. 10 unterscheidet sich von dem Spektrometer 300 in Fig. 8 im Wesentlichen darin, dass die erste Blendenvorrichtung 34 als gemeinsame Beleuchtungs- und Abbildungsvorrichtung genutzt wird. Dazu ist nach der ersten Blendenvorrichtung 34 eine Abbildungsoptik 45 vorgesehen, in der durch Strahltei- lerelemente 45a, 45b, 45c, 45d und Spiegelelemente 45e und 45f unterschiedliche Strahlengänge des einfallenden und re¬ flektierten Lichts realisiert werden.
Dazu kann hinter der Linse 12 ein Polarisator 41 vorgesehen sein, welcher das von der Lichtquelle 11 ausgehende Licht linear polarisiert. Das einfallende Licht passiert die
Strahlteiler 45a und 45b geradlinig, wenn diese polarisationsabhängige Strahlteiler, beispielsweise s-polarisierende Strahlteiler aufweisen. Über die p-polarisierenden Strahlteiler 45c und 45d sowie die Spiegelelemente 45e und 45f wird das einfallende Licht entlang des Strahlengangs W zu dem Objekt geleitet. Mithilfe eines Lambda/4-Plättchens 46 kann eine Phasendrehung der Polarisation um 90° erfolgen.
Das von dem Objekt 16 gestreute bzw. reflektierte Licht wird durch das Lambda/4-Plättchen 46 erneut um 90° phasenverscho¬ ben, so dass das reflektierte Licht die p-polarisierenden Strahlteiler 45d und 45c ungehindert geradlinig passieren kann, und es an dem Strahlteiler 45b entlang des Strahlengangs X abgelenkt wird. Die optischen Weglängen über die Strahlengänge W und X können dabei identisch sein. Im Strahlengang X befindet sich ein spektral dispersives Element 43, beispielsweise ein Prisma, welches eine spektral Aufspaltung des reflektierten bzw. gestreuten Lichts des Objekts bewirkt. Über eine Drehung des Strahlteilers 45a kann eine spektrale Auswahl des reflektierten bzw. gestreuten Lichts vorgenommen werden, welches über die Blendenvorrichtung 34 auf einen Strahlteiler 42 geleitet und von dort durch eine Fokussierlinse 22 auf die Detektoreinrichtung 24 gelenkt wird. Alternativ kann es möglich sein, über eine Drehung des spektral dispersiven Elements 41 eine Wellenlängenselektion zur Abbildung auf die Detektoreinrichtung 24 zu erreichen.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 500 zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer, insbesondere in einem konfokalen Spektrometer 300 oder 400, wie im Zusammenhang mit den Fig. 8 bis 10 erläutert.
In einem ersten Schritt 501 erfolgt ein Abbilden einer breit- bandigen Lichtquelle durch eine drehbare Blendenvorrichtung mit einer strukturierten Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern. Die Lichtquelle kann dabei eine Weißlichtquelle oder eine polychromatische Lichtquelle umfassen. Die drehbare Blendenvorrichtung kann dabei beispielsweise eine Nipkow- Scheibe umfassen. In einem zweiten Schritt 502 erfolgt ein Fokussieren der Abbildung der strukturierten Anordnung der Vielzahl von Durchgangslöchern auf ein abzubildendes Objekt. Dabei kann das Abbilden der Lichtquelle ein Abbilden der Lichtquelle auf die strukturierte Anordnung der Vielzahl von Durchgangslöchern mithilfe einer Vielzahl von den Durchgangs- löchern zugeordneten Linsen umfassen.
In einem dritten Schritt 503 erfolgt ein spektrales Disper- gieren des durch das Objekt reflektierten Lichts mithilfe ei¬ nes Dispersionselements, beispielsweise eines Prismas, eines Beugungsgitters, eines Interferenzfilters oder eines akusto- optischen Modulators. In einem vierten Schritt 504 erfolgt ein Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine drehbare Blendenvorrichtung mit einer strukturierten Anordnung einer Vielzahl von Durchgangslöchern. Da- bei kann die drehbaren Blendenvorrichtung senkrecht zur optischen Achse des Spektrometers zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts verschoben werden. Alternativ kann das Dispersionselement senkrecht zur optischen Achse des Spektrometers zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts verschoben werden.
In einem fünften Schritt 505 erfolgt ein Detektieren des durch die drehbare Blendenvorrichtung tretenden reflektierten Lichts zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Ob- jekts. Das Detektieren des reflektierten Lichts kann mit einem CCD-Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Ava- lanche-Photodiodenarray durchgeführt werden, so dass die re¬ flektierten Bildpunkte des Objekts entlang einer Arrayachse spektral aufgelöst werden können.
Obschon Prinzipien, technische Effekte und Merkmale nur mit Bezug auf eine der Figuren dargestellt und erläutert worden sind, ist es jedoch ohne weiteres möglich, Ausgestaltungsva¬ riationen und -modifikationen von einer in einer der Figuren erläuterten Ausführungsform auf jede andere der Ausführungsformen der übrigen Figuren zu übertragen. Die Erfindung betrifft ein konfokales Spektrometer, mit einer breitbandigen Lichtquelle, einer vor der Lichtquelle angeord¬ neten ersten Blendenvorrichtung mit einem ersten Spaltraster einer Hauptspaltrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster der Lichtquelle zu erzeugen, einer ers¬ ten Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das spaltför- mige Muster der Lichtquelle auf ein abzubildendes Objekt zu fokussieren, und einem Detektorsystem, welches eine Detektoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts zu erfassen, eine zweite Abbildungsoptik, welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die zweite Blendenvorrichtung zu fokussieren, und ein Dispersionselement aufweist, welches vor der zweiten Abbildungsoptik angeordnet ist, und welches dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Abbildungsoptik spektral zu dispergieren .

Claims

Konfokales Spektrometer (100), mit:
einer breitbandigen Lichtquelle (11);
einer vor der Lichtquelle (11) angeordneten ersten Blendenvorrichtung (14) mit einem ersten Spaltraster (14k) einer Hauptspaltrichtung (R) , welche dazu ausgelegt ist, ein spaltförmiges Muster (25k) der Lichtquelle (11) zu erzeugen ;
einer ersten Abbildungsoptik (15), welche dazu ausgelegt ist, das spaltförmige Muster (25k) der Lichtquelle (11) auf ein abzubildendes Objekt (16) zu fokussieren; und einem Detektorsystem (2), welches aufweist:
eine Detektoreinrichtung (24), welche dazu ausgelegt ist, das von dem Objekt (16) reflektierte Licht zum Erzeugen eines spektral aufgelösten Bildes des Objekts (16) zu er¬ fassen;
eine zweite Abbildungsoptik (22), welche dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung (24) zu fokussieren; und
ein Dispersionselement (21), welches vor der zweiten Ab¬ bildungsoptik (22) angeordnet ist, und welches dazu aus¬ gelegt ist, das von dem Objekt (16) reflektierte Licht entlang einer Dispersionsachse (D) senkrecht zu der opti¬ schen Achse (A) der zweiten Abbildungsoptik (22) spektral zu dispergieren .
Spektrometer (100) nach Anspruch 1, wobei das Detektorsystem (2) weiterhin eine zweite Blendenvorrichtung (23) mit einem zweiten Spaltraster (23k) der Hauptspaltrichtung (R) des ersten Spaltrasters (14k) aufweist, welche zwischen dem Dispersionselement (21) und der Detektoreinrichtung (24) angeordnet ist, und welche dazu ausgelegt ist, eine spektrale Auswahl des auf die Detektoreinrich¬ tung (24) treffenden reflektierten Lichts zu treffen.
3. Spektrometer (100) nach Anspruch 2, wobei die zweite
Blendenvorrichtung (23) zur Auswahl der Wellenlänge des auf die Detektoreinrichtung (24) treffenden reflektierten Lichts entlang der Dispersionsachsenrichtung (D) verschiebbar ist.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei das zweite Spaltraster (23k) eine Vielzahl von ersten Spalten (23k) , welche in Relation zu den Spalten des ers¬ ten Spaltrasters (14k) um eine erste vorbestimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung (R) versetzt sind, und eine Vielzahl von zweiten Spalten (27k) aufweist, welche in Relation zu den Spalten des ersten Spaltrasters (14k) um eine von der ersten Distanz verschiedene zweite vorbe¬ stimmte Distanz senkrecht zur Hauptspaltrichtung (R) versetzt sind.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Blendenvorrichtung (14) eine Vielzahl von Zylinderlinsen (13a) aufweist, welche dazu ausgelegt sind, Licht der Lichtquelle (11) auf die Spalte des ers¬ ten Spaltrasters (14k) abzubilden.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wei¬ terhin mit:
einem Strahlteilerelement (15c), welches im Strahlengang der ersten Abbildungsoptik (15) angeordnet ist, und wel¬ ches dazu ausgelegt ist, das reflektierte Licht des Ob¬ jekts (16) aus dem Strahlengang der ersten Abbildungsop¬ tik (15) in das Detektorsystem (2) zu lenken.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Dispersionselement (21) ein Prisma, ein Beugungs¬ gitter, ein Interferenzfilter oder einen akusto-optischen Modulator umfasst.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Detektoreinrichtung (24) ein CCD-Sensorarray, ein CMOS-Sensorarray oder ein Avalanche-Photodiodenarray auf¬ weist, und wobei die Detektoreinrichtung (24) dazu ausge- legt ist, reflektierte Bildpunkte des Objekts (16) ent¬ lang einer Arrayachse (S) spektral aufzulösen.
Spektrometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquelle (11) eine Weißlichtquelle ist.
Verfahren (200) zur Bildgebung in einem konfokalen
Spektrometer, mit den Schritten:
Abbilden (201) einer breitbandigen Lichtquelle (11) auf eine erste Blendenvorrichtung (14) mit einem ersten Spaltraster (14k) einer Hauptspaltrichtung zum Erzeugen eines Spaltmusters (25k) ;
Fokussieren (202) des Spaltmusters (25k) auf ein abzubil¬ dendes Objekt (16);
spektrales Dispergieren (203) des durch das Objekt (16) reflektierten Lichts entlang einer Dispersionsachse (D) , welche senkrecht zu der Hauptspaltrichtung (R) steht; Fokussieren (204) des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine Detektoreinrichtung (24); und
Detektieren (205) des reflektierten Lichts in der Detektoreinrichtung (24) zum Erzeugen eines spektral aufgelös ten Bildes des Objekts (16) .
Verfahren (200) nach Anspruch 10, weiterhin mit dem Schritt :
Fokussieren des spektral dispergierten reflektierten Lichts auf eine zweite Blendenvorrichtung (23) mit einem zweiten Spaltraster (23k) der Hauptspaltrichtung (R) des ersten Spaltrasters (14k), welche vor der Detektorein¬ richtung (24) angeordnet ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 11, weiterhin mit dem Schritt :
Verschieben der zweiten Blendenvorrichtung (23) entlang der Dispersionsachsenrichtung (D) zum Auswählen der Wellenlänge des detektierten Lichts.
13. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wei¬ terhin mit dem Schritt:
Teilen des von dem Objekt (16) reflektierten Lichts mit einem Strahlteilerelement (15c) aus dem Strahlengang der Abbildung des Spaltmusters.
14. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Detektieren des reflektierten Lichts mit einem CCD- Sensorarray, einem CMOS-Sensorarray oder einem Avalanche- Photodiodenarray durchgeführt wird, und wobei die reflek¬ tierten Bildpunkte des Objekts (16) entlang einer Array- achse (S) spektral aufgelöst werden.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Abbilden (201) der Lichtquelle (11) ein Abbilden der Lichtquelle (11) auf die Spalte des ersten Spaltrasters mithilfe einer Vielzahl von den Spalten zugeordneten Zylinderlinsen (13a) umfasst.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6928623B2 (ja) 2016-07-01 2021-09-01 シライト プロプライエタリー リミテッド 分散型構造化照明を使用する共焦点顕微鏡法のための装置及び方法
US9606000B1 (en) * 2016-08-10 2017-03-28 Essential Products, Inc. Ambient light sensor
CN109945797B (zh) * 2017-12-20 2024-03-26 北京卓立汉光仪器有限公司 一种表面形貌测量装置
CN108020171B (zh) * 2017-12-25 2023-06-20 东莞市三姆森光电科技有限公司 基于光谱共焦的手机曲面外壳轮廓测量方法及其测量设备
TWI653440B (zh) 2017-12-27 2019-03-11 國立臺灣大學 光譜影像相關比對式共焦形貌量測系統及方法
US10753734B2 (en) 2018-06-08 2020-08-25 Dentsply Sirona Inc. Device, method and system for generating dynamic projection patterns in a confocal camera
CN111879239B (zh) * 2020-06-11 2022-09-02 东莞市神州视觉科技有限公司 光谱共焦测量装置及测量方法
CN112147622B (zh) * 2020-09-02 2024-02-06 Oppo广东移动通信有限公司 测距装置、测距方法、摄像头及电子设备
CN115876447B (zh) * 2023-02-17 2023-06-06 聚时科技(深圳)有限公司 一种单波长光学器件检测装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5257086A (en) * 1992-06-09 1993-10-26 D.O.M. Associates Int'l Optical spectrophotometer having a multi-element light source
DE19510102C1 (de) * 1995-03-20 1996-10-02 Rainer Dr Uhl Konfokales Fluoreszenzmikroskop
ATE272224T1 (de) * 1997-11-17 2004-08-15 Max Planck Gesellschaft Konfokales spektroskopiesystem und -verfahren
JP2000321138A (ja) * 1999-05-07 2000-11-24 Suzuki Motor Corp 分光計
EP1983331B1 (de) * 1999-05-28 2011-07-13 Yokogawa Electric Corporation Optische Anordnung zur Auswertung eines Biochips
JP2001041821A (ja) * 1999-08-02 2001-02-16 Hamamatsu Photonics Kk スリット像検出装置
GB2380344B (en) * 2000-04-26 2005-04-06 Arete Associates Very fast time resolved imaging in multiparameter measurement space
GB0221014D0 (en) * 2002-09-11 2002-10-23 Medical Res Council Spectral discrimination apparatus and method
WO2005121724A2 (en) * 2004-01-21 2005-12-22 Optical Insights, Llc Method and apparatus for multi-mode spectral imaging
DE102004031049A1 (de) * 2004-06-25 2006-01-12 Leica Microsystems Cms Gmbh Optische Anordnung zum spektralselektiven Nachweis von Licht eines Lichtstrahls
DE102006007172B4 (de) * 2006-02-08 2013-01-17 Universität Stuttgart Verfahren und Anordnung zur schnellen, ortsaufgelösten, flächigen, spektroskopischen Analyse, bzw. zum Spectral Imaging oder zur 3D-Erfassung mittels Spektroskopie
DE102006007170B4 (de) * 2006-02-08 2009-06-10 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren und Anordnung zur schnellen und robusten chromatisch konfokalen 3D-Messtechnik
DE102007019267A1 (de) * 2007-04-24 2008-10-30 Degudent Gmbh Messanordnung sowie Verfahren zum dreidimensionalen Messen eines Objekts
DE102011083726A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
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DE102011083718A1 (de) 2013-04-04
JP6084620B2 (ja) 2017-02-22
JP2014532173A (ja) 2014-12-04
US20140218731A1 (en) 2014-08-07
WO2013045250A1 (de) 2013-04-04

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