WO2019120965A1

WO2019120965A1 - Secondary electron multiplier and use thereof

Info

Publication number: WO2019120965A1
Application number: PCT/EP2018/083325
Authority: WO
Inventors: Mirko Liedtke; Jörg STEINERT
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy Gmbh
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-06-27
Also published as: DE102017223115A1

Abstract

The invention relates to a secondary electron multiplier (72), which is sensitive to radiation of at least one wavelength in the range of visible light (VIS) and has a radiation entry window (73) designed as a detection surface. According to the invention, the radiation entry window (73) has a layer of a conversion material (71), wherein radiation of at least one wavelength in the range of near-infrared radiation (NIR), incident from a detection direction (D) on the conversion material (71), is converted by the effect of the conversion material (71) into secondary radiation (VIS) of at least one wavelength in the range of visible light and emitted by the conversion material (71). The invention furthermore relates to a use of the conversion material (71), a microscope (M) having a secondary electron multiplier (72) according to the invention, and a method for operating a microscope (M) according to the invention.

Description

Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung Secondary electron multiplier and its use

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Konversionsmaterials mit einem Sekundärelektronenvervielfacher, ein Mikroskop mit einem solchen Sekundärelektronenvervielfacher sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mikroskops. The invention also relates to a use of a conversion material with a photomultiplier tube, a microscope with such a photomultiplier tube and a method for operating such a microscope.

Die Detektion von Licht im Wellenlängenbereich nahen Infrarots (NIR; über 780 bis 1400 nm) stellt eine Herausforderung für die Sensortechnik dar. Diese resultieren hierbei vor allem aus dem stetig wachsenden Bedarf an Untersuchungen an lebendem Gewebe, für die besonders schonende Bildgebungsverfahren im NIR Anwendung finden. Bei Silizium-basierten Empfängern, die prinzipiell ihr The detection of light in the near-infrared wavelength range (NIR, above 780 to 1400 nm) poses a challenge for sensor technology, resulting in particular from the steadily growing demand for live tissue studies for which particularly gentle NIR imaging is used , For silicon-based receivers that are in principle theirs

Empfindlichkeitsmaximum in diesem NIR-Bereich erreichen, kann durch Anpassung technologischer Parameter der Empfindlichkeitsbereich zwar gezielt verschoben werden, jedoch wird das Signal mit zunehmender Sensorfläche von enormem Although sensitivity can be maximized in this NIR range, the sensitivity range can be selectively adjusted by adapting technological parameters, but the signal becomes enormous as the sensor surface area increases

Rauschen überdeckt und erfordert deshalb eine starke Kühlung. Noise covers and therefore requires a strong cooling.

Für die Detektion schwacher Lichtsignale, wie sie beispielsweise bei der For the detection of weak light signals, such as those in the

Fluoreszenz-Laserscanningmikroskopie insbesondere im Bereich zwischen 800 nm und 1200 nm, vorzugsweise sogar noch enger auf den Bereich zwischen 900 nm und 1000 nm eingegrenzt, auftreten, sind das Mittel der Wahl jedoch nach wie vor Sekundärelektronenvervielfacher (Photonenvervielfacherröhren, Photomultiplizier, Photomultilplier, photomultiplier tubes, PMT) mit einem äußerst vorteilhaften Fluorescence laser scanning microscopy, in particular in the range between 800 nm and 1200 nm, preferably even narrower to the range between 900 nm and 1000 nm, occur, however, the means of choice are still secondary electron multipliers (photomultiplier tubes, photomultipliers, photomultipliers, photomultiplier tubes, PMT) with a very advantageous

Verhältnis von aktiver Fläche (Detektionsfläche) zu auftretendem Rauschen. Ratio of active area (detection area) to noise occurring.

Leider sind nur wenige Kathodenmaterialien für Strahlung einer Wellenlänge oberhalb von 900 nm sensitiv. Diese Materialien sind nur sehr schwach sensitiv und erfordern eine vergleichsweise hohe Intensität der auftreffenden Strahlung. Unfortunately, only a few cathode materials are sensitive to radiation of wavelength above 900 nm. These materials are only very weakly sensitive and require a comparatively high intensity of the incident radiation.

Lediglich beispielsweise sei ein auf dem Markt kommerziell verfügbares NIR-PMT- System (Hersteller: HAMAMATSU, Produkt: H10330B-Serie) angeführt. Dieses weist eine Restempfindlichkeit von wenigen Prozent auf und ist im Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1700 nm anwendbar. Die erforderliche Kühlung lässt Volumen und Gewicht des Systems erheblich groß ausfallen. Für kurzwellige Spektralbereiche, nämlich für Aufnahmen von UV-, DUV-, EUV- oder Röntgenbildern ist aus der US 5 498 923 A bekannt, von einem vorgegebenen kurzwelligen Spektralbereich bereits im Strahlengang vor einem verwendeten For example, only one commercially available on the market NIR-PMT system (manufacturer: HAMAMATSU, product: H10330B series) is listed. This has a residual sensitivity of a few percent and is applicable in the wavelength range from 950 nm to 1700 nm. The required cooling makes the volume and weight of the system considerably large. For short-wave spectral ranges, namely for taking pictures of UV, DUV, EUV or X-ray images, it is known from US Pat. No. 5,498,923 A to already use a predetermined short-wave spectral range in the beam path in front of a used one

Detektor eine Wellenlängenkonversion zu längeren Wellenlängen im sichtbaren Spektrum vorzunehmen, um gewöhnliche Glasoptiken und Eintrittsfenster für die Beobachtung von UV- bis Röntgenbildern im Strahlengang einsetzen zu können.Detector a wavelength conversion to longer wavelengths in the visible spectrum in order to use ordinary glass optics and entrance window for the observation of UV to X-ray images in the beam path can.

Eine ähnliche Vorgehensweise ist aus der EP 1 471 385 A1 bekannt, bei der zur EUV-lnspektion von Lithographiemasken der Halbleiterchipherstellung das von der Maske kommende kurzwellige Licht im Strahlengang abseits des Detektors durch ein Wandlerelement in längerwellige Strahlung im UV- oder sichtbaren Spektralbereich umgewandelt wird, bevor es auf eine CCD-Kamera fällt. Dabei ist das A similar procedure is known from EP 1 471 385 A1, in which, for EUV inspection of lithographic masks of semiconductor chip production, the short-wave light coming from the mask is converted in the beam path away from the detector by a transducer element into longer-wave radiation in the UV or visible spectral range, before it falls on a CCD camera. That's it

Wandlerelement vorzugsweise großflächig und so ausgebildet, dass der Auftreffort für die kurzwellige Strahlung mehrfach gewechselt werden kann, um Transducer element preferably over a large area and designed so that the point of impact for the short-wave radiation can be changed several times to

Alterungsprozessen der dafür verwendeten Szintillationsschichten Rechnung zu tragen. To account for the aging processes of the scintillation layers used for this purpose.

Die vorgenannten Lösungen sind vorrangig als Schutzmaßnahmen gegen The aforementioned solutions are primarily as protective measures against

kurzwellige energiereiche Strahlung vorgesehen und erlauben zudem entlang des Strahlengangs für sichtbares Licht geeignete optische Elemente zu verwenden. short-wave high-energy radiation provided and also allow along the beam path for visible light to use suitable optical elements.

Verwendete Szintillationsschirme sind in Form von anorganischen Einkristallen ausgeführt, um Bildaufnahmen mit herkömmlichen Matrixempfängern auswerten zu können. Scintillation screens used are in the form of inorganic single crystals in order to evaluate image recordings with conventional matrix receivers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Detektion von schwachen Signalen im NIR-Bereich vorzuschlagen, mittels der das Rauschen bei hoher Empfindlichkeit der Sensoren möglichst ohne Kühlung gering gehalten werden kann. The invention has for its object to propose a way to detect weak signals in the NIR range, by means of which the noise can be kept low with high sensitivity of the sensors as possible without cooling.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 , 9, 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the subject-matter of independent claims 1, 9, 10 and 11. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Nachfolgend wird ein Sekundärelektronenvervielfacher auch vereinfachend als PMT (photomultiplier tube) bezeichnet. Der Wellenlängenbereich des Nah-Infrarots wird nachfolgend auch kurz als NIR und Nah- Infrarotstrahlung entsprechend als NIR- Strahlung bezeichnet. In the following, a secondary electron multiplier will also be referred to simply as PMT (photomultiplier tube). The wavelength range of the near infrared is hereinafter also referred to as NIR and near infrared radiation correspondingly as NIR radiation.

Der Sekundärelektronenvervielfacher oder PMT ist für Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; 360 bis 780 nm) empfindlich. Das verwendete Material der Kathoden des PMT bewirken also beim Auftreffen einer Strahlung hinreichender Intensität der mindestens einen Wellenlänge einen The photomultiplier or PMT is sensitive to radiation of at least one wavelength in the range of visible light (VIS, 360 to 780 nm). The used material of the cathodes of the PMT thus cause when hitting a radiation of sufficient intensity of the at least one wavelength

Vervielfältigungseffekt von Sekundärelektronen, wie dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der PMT weist ein als Detektionsfläche ausgebildetes Duplication effect of secondary electrons, as well known in the art. The PMT has a trained as a detection surface

Strahlungseintrittsfenster auf. Radiation entrance window on.

Erfindungsgemäß ist das Strahlungseintrittsfenster mit einer Schicht eines According to the invention, the radiation entrance window is provided with a layer of a

Konversionsmaterials versehen. Aus einer Detektionsrichtung auf das Conversion material provided. From a detection direction on the

Konversionsmaterial auftreffende Strahlung im Bereich der NIR-Strahlung (near- infrared-radiation; near-infrared) wird durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; visible light) umgewandelt und von dem Konversionsmaterial emittiert Conversion material incident radiation in the range of NIR radiation (near-infrared radiation, near-infrared) is converted by the action of the conversion material in secondary radiation of at least one wavelength in the visible light range (VIS, visible light) and emitted by the conversion material

beziehungsweise ist durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) umwandelbar und von dem Konversionsmaterial emittierbar. or can be converted by the action of the conversion material into secondary radiation of at least one wavelength in the range of visible light (VIS) and emitted by the conversion material.

NIR-Strahlung umfasst insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm, beispielsweise 900 nm bis 1100 nm, 900 nm bis 1050 nm oder 900 nm bis 1000 nm. Die NIR-Strahlung ist von dem In particular, NIR radiation comprises radiation having a wavelength in a range from 900 nm to 1200 nm, for example 900 nm to 1100 nm, 900 nm to 1050 nm or 900 nm to 1000 nm. The NIR radiation is of the

Konversionsmaterial in die Sekundärstrahlung umwandelbar. Die konkreten Conversion material into the secondary radiation convertible. The concrete ones

Wellenlängenbereiche sind von dem gewählten Konversionsmaterial abhängig.Wavelength ranges depend on the chosen conversion material.

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen PMT liegt mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm. In diesem Bereich zeigen übliche Kathodenmaterialien ihre größte In an advantageous embodiment of the PMT according to the invention, at least one wavelength of the secondary radiation is in a wavelength range of 550 to 700 nm. In this range, conventional cathode materials exhibit their largest

Empfindlichkeit. Sensitivity.

Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise PMT^'s derart modifiziert, dass diese eine hinreichende spektrale Empfindlichkeit im NIR aufweisen. Die mögliche With the invention s to be modified such that they have sufficient spectral sensitivity in the NIR advantageously PMT ^'. The possible

Modifikation bekannter PMT mit einem Konversionsmaterial erlaubt nun auch Strahlung im Bereich des NIR als Signale zu detektieren, selbst wenn diese geringe Intensitäten aufweisen. Zugleich bleibt vorteilhaft das hohe Signal-Rausch-Verhältnis des PMT gänzlich oder weitestgehend erhalten, sodass durch die Erfindung bis dato nicht miteinander kombinierbare technische Vorteile gemeinsam nutzbar werden. So kann ein erfindungsgemäßer PMT für die Detektion schwacher Fluoreszenzsignale im nahen Infrarotbereich verwendet werden, für die herkömmliche CCD-Detektoren nicht die notwendige (Rest-)Empfindlichkeit aufweisen beziehungsweise kein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis besitzen, nicht zu vergessen deren begrenzte Auslesegeschwindigkeit. Modification of known PMT with a conversion material now also allows radiation in the region of the NIR to be detected as signals, even if these have low intensities. At the same time, the high signal-to-noise ratio of the PMT advantageously remains wholly or largely preserved, so that technical advantages that can not be combined with one another until now can be shared by the invention. Thus, a PMT according to the invention can be used for the detection of weak fluorescence signals in the near infrared range for which conventional CCD detectors do not have the necessary (residual) sensitivity or none have a sufficiently high signal-to-noise ratio, not to mention their limited readout speed.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher die Verwendung eines Another aspect of the invention is therefore the use of a

Konversionsmaterials als Schicht auf einem als Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster eines PMT. Es ist dabei vorteilhaft möglich, bereits vorhandene PMT zu modifizieren, indem entweder das Konversionsmaterial auf das Strahlungseintrittsfenster aufgebracht wird oder das bisherige Conversion material as a layer on a functioning as a detection surface radiation entrance window of a PMT. It is advantageously possible to modify existing PMT by either the conversion material is applied to the radiation entrance window or the previous

Strahlungseintrittsfenster gegen ein mit dem Konversionsmaterial versehenen Strahlungseintrittsfenster ausgetauscht wird. Radiation entrance window is exchanged for a provided with the conversion material radiation entrance window.

Da PMTs grundsätzlich ein niedriges Dunkelrauschen aufweisen und somit keine Kühlung erfordern, kann beispielsweise ein bereits vorhandenes Detektionssystem für Phosphoreszenzstrahlung und/oder Fluoreszenzstrahlung weitgehend Since PMTs generally have a low dark noise and thus do not require cooling, for example, an already existing detection system for phosphorescence radiation and / or fluorescence radiation to a large extent

unverändert bleiben, jedoch wird durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen PMT dessen spektraler Detektionsbereich erweitert beziehungsweise in den NIR- Bereich verschoben. Detektionssysteme sind beispielsweise Mikroskope, remain unchanged, but is expanded by the use of a PMT according to the invention whose spectral detection range or moved to the NIR range. Detection systems are, for example, microscopes,

insbesondere Laserscanningmikroskope. in particular laser scanning microscopes.

Das Konversionsmaterial ist auf dem Strahlungseintrittsfenster des PMT, The conversion material is on the radiation entrance window of the PMT,

beispielsweise einer Glasplatte, als eine Schicht aufgebracht, sodass ein möglichst großer Raumwinkelanteil der im Konversionsmaterial erzeugten Kugelwelle der Sekundärstrahlung auf das Kathodenmaterial des PMT trifft. Die Ausdehnung des Eintrittsfensters kann groß, beispielsweise entsprechend der Größe einer For example, a glass plate, applied as a layer, so that the largest possible solid angle portion of the spherical wave generated in the conversion material of the secondary radiation strikes the cathode material of the PMT. The extent of the entrance window can be large, for example, according to the size of a

Detektionsfläche eines nicht-descannten Detektors (non-descanned detector, NDD) gewählt werden. Damit ist vorteilhaft eine große Fläche zum Empfang auch schwacher NIR-Strahlung bereitgestellt und eine hohe Sensitivität des PMT erreicht.Detection surface of a non-descanned detector (NDD) are selected. This advantageously provides a large area for receiving even weak NIR radiation and achieves a high sensitivity of the PMT.

Als Konversionsmaterialien können beispielsweise Yttriumsulfid (Y2S3) oder As conversion materials, for example, yttrium sulfide (Y2S3) or

Kalziumsulfid (CaS) verwendet sein. Beide Materialien ermöglichen die Erzeugung von Sekundärstrahlung mit mindestens einer Wellenlänge mitten im idealen Calcium sulfide (CaS) may be used. Both materials enable the generation of secondary radiation with at least one wavelength in the middle of the ideal

Fangbereich gängiger Kathodenmaterialien von PMTs. Mit solchen Catch range of common cathode materials of PMTs. With such

Konversionsmaterialien versehene PMTs können beispielsweise für die Conversion materials provided PMTs can, for example, for the

Phosphoreszenzlebensdauermikroskopie (phosphorescence lifetime imaging microscopy, PLIM) eingesetzt werden. Phosphorescence lifetime imaging microscopy (PLIM).

Weitere mögliche Konversionsmaterialien, zum Beispiel Strontiumsulfid (SrS), dotiert mit Europium (Eu) und Samarium (Sm) oder mit Selen (Se) und Samarium (Sm) müssen mittels Energiezufuhr aktiviert werden, um eine Konversion langwelliger Strahlung in Strahlung kürzerer Wellenlängen zu erlauben. Diese auch als Further possible conversion materials, for example strontium sulfide (SrS), doped with europium (Eu) and samarium (Sm) or with selenium (Se) and samarium (Sm) must be activated by means of energy supply to allow conversion of long-wave radiation into radiation of shorter wavelengths. This as well

Pumpvorgang zu bezeichnende Aktivierung des Konversionsmaterials kann zum Beispiel infolge des Beleuchtens mit einer Aktivierungsstrahlung erfolgen. Die Konversion auftreffender NIR-Strahlung erfolgt dann durch Wirkung des aktivierten Konversionsmaterials. Activation of the conversion material to be characterized by pumping may occur, for example, as a result of illumination with an activation radiation. The conversion of incident NIR radiation is then effected by the action of the activated conversion material.

Diese Ausführung des erfindungsgemäßen PMT ist beispielsweise für die This embodiment of the PMT according to the invention is, for example, for

Ausführung der Fluoreszenzlebensdauermikroskopie (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) von Vorteil. Die aktivierten Konversionsmaterialien erlauben eine Umwandlung der NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung innerhalb ausreichend kurzer Zeitspannen. Execution of fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) advantage. The activated conversion materials allow conversion of the NIR radiation into secondary radiation within a sufficiently short period of time.

In möglichen Ausführungen des erfindungsgemäßen PMT ist das In possible embodiments of the PMT according to the invention is the

Konversionsmaterial bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung in einem Conversion material when exposed to activation radiation in one

Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar. Als ultraviolette Strahlung wird im Sinne dieser Beschreibung Strahlung mit Wellenlängen kleiner 360 nm, insbesondere aber kleiner 260 nm verstanden. Wavelength range of ultraviolet radiation activatable. For the purposes of this description, ultraviolet radiation is understood to mean radiation having wavelengths of less than 360 nm, but in particular less than 260 nm.

Um zu vermeiden, dass die Aktivierungsstrahlung fälschlicherweise die To avoid that the activation radiation mistakenly the

Vervielfältigungskaskade des PMT auslöst, ist das Konversionsmaterial in einer weiteren möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen PMT bei Beaufschlagung mit der Aktivierungsstrahlung in einem Wellenlängenbereich aktivierbar, in dem der PMT unempfindlich beziehungsweise das Strahlungseintrittsfenster blind, also nicht transparent, ist. Trifft die Aktivierungsstrahlung auf das Kathodenmaterial, werden in diesem also keine Sekundärelektronen freigesetzt. In a further possible embodiment of the PMT according to the invention, the conversion material can be activated on exposure to the activation radiation in a wavelength range in which the PMT is insensitive or the radiation entrance window is blind, ie not transparent. If the activation radiation strikes the cathode material, no secondary electrons are released in it.

Ein unerwünschtes Auslösen der Kaskade des PMT kann in weiteren An undesired triggering of the cascade of the PMT can in further

Ausführungsmöglichkeiten vermieden werden, indem alternativ oder zusätzlich zur Auswahl der Empfindlichkeit des PMT geeignete Filter mit dem Design options are avoided by alternatively or in addition to selecting the sensitivity of the PMT suitable filter with the

Strahlungseintrittsfenster kombiniert werden und/oder das Strahlungseintrittsfenster selbst als ein Filter ausgebildet wird. Combined radiation entrance window and / or the radiation entrance window itself is formed as a filter.

Für PMT mit Konversionsmaterial das nicht aktiviert werden muss, kann das For PMT with conversion material that does not need to be activated, the

Strahlungseintrittsfenster mit mindestens einer Filterschicht versehen sein, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung abgewandt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Strahlungseintrittsfenster selbst als eine solche Filterschicht ausgebildet sein. Dazu kann das Material des Strahlungseintrittsfensters Radiation entrance window may be provided with at least one filter layer, by the action of radiation in a wavelength range of ultraviolet radiation is blocked, the filter layer facing the detection direction and the layer of the conversion material facing away from the detection direction. alternative or additionally, the radiation entrance window itself may be formed as such a filter layer. This may be the material of the radiation entrance window

entsprechend ausgewählt und/oder mit Materialien dotiert oder gemischt sein, die eine entsprechende Filterwirkung zeigen. Die Orientierung der Filterschicht in selected and / or doped or mixed with materials that show a corresponding filter effect. The orientation of the filter layer in

Detektionsrichtung bewirkt, dass ultraviolette Strahlung bereits vor dem Auftreffen auf dem Konversionsmaterial geblockt wird. Detection direction causes ultraviolet radiation is blocked before impinging on the conversion material.

Soll das Konversionsmaterial allerdings mittels der Aktivierungsstrahlung aktiviert werden, ist die mindestens eine Filterschicht der Detektionsrichtung abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung zugewandt ist. Dadurch ist erreicht, dass die Aktivierungsstrahlung ungehindert auf das Konversionsmaterial trifft, nicht aber auf das Kathodenmaterial des PMT gelangen kann. However, if the conversion material is to be activated by means of the activation radiation, the at least one filter layer is remote from the detection direction and the layer of the conversion material faces the detection direction. This ensures that the activation radiation hits the conversion material unhindered, but can not reach the cathode material of the PMT.

Ein erfindungsgemäßer PMT kann vorteilhaft in einem Mikroskop, insbesondere in einem Laserscanningmikroskop (laser-scanning-microscope, LSM) als Detektor verwendet sein. A PMT according to the invention can advantageously be used as a detector in a microscope, in particular in a laser scanning microscope (LSM).

In einer Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen In one embodiment of a method for operating such

Laserscanningmikroskops kann die Aktivierung des Konversionsmaterials während der gesamten Betriebsdauer des PMT erfolgen. Laser scanning microscopy, the activation of the conversion material throughout the service life of the PMT done.

Um Störungen der eigentlichen Signalerfassung durch Übersprechen oder andere von der Aktivierungsstrahlung verursachte Probleme zu vermeiden, kann in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens eine Aktivierung der In order to avoid disturbances of the actual signal detection by crosstalk or other problems caused by the activation radiation, in a further possible embodiment of the method, activation of the

Konversionsschicht in einem Zeitfenster erfolgen, in dem der PMT nicht zur Messung verwendet wird. Beispielsweise kann eine Detektion spontaner Conversion layer in a time window in which the PMT is not used for measurement. For example, detection may be more spontaneous

Fluoreszenzereignisse von Materialien oder Elementen des PMT vorteilhaft reduziert oder ganz vermieden werden. Mit einer solchen zeitlichen Steuerung der Aktivierung des Konversionsmaterials, insbesondere durch Beaufschlagung mit der Fluorescence events of materials or elements of the PMT can advantageously be reduced or avoided altogether. With such a timing of the activation of the conversion material, in particular by exposure to the

Aktivierungsstrahlung, können Aktivierungs- und Detektionsvorgänge zeitlich getrennt werden. Activation radiation, activation and detection processes can be separated in time.

Eine Aktivierung des Konversionsmaterials kann beispielsweise ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung eines unidirektional An activation of the conversion material, for example, only in time windows of the line retrace the scanning of a unidirectional

zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen. line by scan scanners of the microscope done.

Alternativ kann die Aktivierung des Konversionsmaterials ausschließlich in Alternatively, the activation of the conversion material exclusively in

Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung eines bidirektional zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen. Durch die Erfindung wird eine neue Möglichkeit zur Detektion von schwachen Time windows of the line reversal of the scanning movement of a bi-directionally line-by-line scanning microscope scanner done. The invention provides a new possibility for the detection of weak ones

Signalen im Bereich der NIR-Strahlung vorgeschlagen, die ohne eine aufwändige Kühlung zur Rauschunterdrückung eine hohe Empfindlichkeit der Detektion erreicht, wie sie für schonende Bildgebungsverfahren an lebendem Gewebe notwendig ist.Proposed signals in the field of NIR radiation, which achieves a high sensitivity of detection without expensive cooling for noise suppression, as it is necessary for gentle imaging processes on living tissue.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und The invention will be described below with reference to exemplary embodiments and

Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Drawings explained in more detail. Showing:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT; 1 is a schematic representation of a first embodiment of a laser scanning microscope according to the invention with a PMT according to the invention;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines PMT mit VIS- transparentem Eintrittsfenster, das eine Innenbeschichtung mit Kathodenmaterial aufweist und eine erfindungsgemäße Außenbeschichtung mit einem Konversionsmaterial, das einfallende NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung im VIS-Bereich konvertiert; und 2 is a schematic representation of a detail of a PMT with VIS-transparent entrance window, which has an inner coating with cathode material and an outer coating according to the invention with a conversion material which converts incident NIR radiation into secondary radiation in the VIS range; and

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT, wobei eine Schicht eines Konversionsmaterials des PMT durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle aktivierbar ist. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a laser scanning microscope according to the invention with a PMT according to the invention, wherein a layer of a conversion material of the PMT can be activated by irradiation with a UV radiation source.

Die Erfindung ist Bestandteil eines in Fig. 1 nicht vollständig dargestellten The invention is part of a not completely shown in Fig. 1

Mikroskops M, im Beispiel eines Laser-Scanning-Mikroskops M, und enthält eine Beleuchtungseinrichtung 1 zur wiederholten Beleuchtung eines Probenbereichs 21 einer abzubildenden Probe 2 mittels eines Beleuchtungsstrahls 11 . Die Microscope M, in the example of a laser scanning microscope M, and contains a lighting device 1 for repeated illumination of a sample area 21 of a sample to be imaged 2 by means of an illumination beam 11th The

Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst als Lichtquelle einen Laser 14 sowie ein Lighting device 1 comprises as a light source a laser 14 and a

Schaltelement 13 zur gesteuerten Beeinflussung des Beleuchtungsstrahls 11. Der Beleuchtungsstrahl 11 wird mit dem Schaltelement 13, beispielsweise einer Switching element 13 for the controlled influencing of the illumination beam 11. The illumination beam 11 is connected to the switching element 13, for example a

Abtasteinheit wie einem Scanner und/oder einem räumlichen Lichtmodulator (spatial light modulator, SLM), hinsichtlich seiner Intensität und/oder seiner Lage auf der Probe 2 manipuliert. Der Beleuchtungsstrahl 11 trifft auf einen Farbteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels 42 und wird mittels des halbdurchlässigen Scanning unit such as a scanner and / or a spatial light modulator (SLM), with respect to its intensity and / or its location on the sample 2 manipulated. The illumination beam 11 strikes a color divider in the form of a semitransparent mirror 42 and is by means of the semipermeable

Spiegels 42 durch ein Objektiv 33 in den Probenbereich 21 der Probe 2 reflektiert. In dem beleuchteten Probenbereich 21 wird durch die Wirkung des Beleuchtungsstrahls 11 ein Detektionslicht erzeugt. Beispielsweise werden Moleküle der Probe 2 zur Emission von Fluoreszenzstrahlung angeregt. Das Detektionslicht gelangt durch das Objektiv 33 entlang der optischen Achse 31 (siehe Fig. 3) zum halbdurchlässigen Spiegel 42 zurück, der für die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts transmittierend ist, und fällt auf den Detektor 7 des Mikroskops M. Der Detektor 7 ist auf seinem Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe Fig. 2) mit einer Schicht eines Mirror 42 is reflected by a lens 33 in the sample area 21 of the sample 2. In the illuminated sample area 21, the effect of the Illumination beam 11 generates a detection light. For example, molecules of sample 2 are excited to emit fluorescence radiation. The detection light passes back through the objective 33 along the optical axis 31 (see FIG. 3) to the semitransparent mirror 42, which is transmissive to the wavelength of the fluorescent light, and is incident on the detector 7 of the microscope M. The detector 7 is on its radiation entrance window 73 (see FIG. 2) with a layer of a

Konversionsmaterials 71 versehen. Conversion material 71 provided.

Weiterhin sind ein Spektralfilter 4 zur spektralen Filterung des Furthermore, a spectral filter 4 for the spectral filtering of

Beleuchtungsstrahls 11 , eine Bildaufnahmeeinheit 8 sowie eine Illumination beam 11, an image pickup unit 8 and a

Bildaufnahmesteuerung 82 vorhanden. Die Bildaufnahmesteuerung 82 ist in einer für die Übermittlung von Steuerbefehlen und Daten geeigneten Weise mit dem Image capture control 82 available. The image capture controller 82 is in a manner suitable for the transmission of control commands and data with the

Detektor 7 und dem Schaltelement 13 verbunden. Detector 7 and the switching element 13 connected.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen PMT 72 mit einem Fig. 2 shows a part of a PMT 72 according to the invention with a

Strahlungseintrittsfenster 73. Das Strahlungseintrittsfenster 73 ist auf der Innenseite mit einer Photokathode 74 belegt und weist auf der Außenseite eine lumineszierende oder fluoreszierende Beschichtung in Form einer Schicht eines Radiation entrance window 73. The radiation entrance window 73 is covered on the inside with a photocathode 74 and has on the outside a luminescent or fluorescent coating in the form of a layer of a

Konversionsmaterials 71 zur Konversion entlang einer Detektionsrichtung D (durch eine Pfeil symbolisiert) einfallender NIR-Strahlung NIR in Sekundärstrahlung VIS mit mindestens einer Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich auf. Das Conversion material 71 for conversion along a detection direction D (symbolized by an arrow) NIR radiation NIR in secondary radiation VIS with at least one wavelength in the visible wavelength range on. The

Konversionsmaterial 71 wird durch Aktivierungsstrahlung UV in Form von Conversion material 71 is activated by UV radiation in the form of

ultravioletter Strahlung aktiviert, die auf das Konversionsmaterial 71 auftrifft. In diesem aktivierten Konversionsmaterial 71 wird an Stellen der punktuell auftreffenden NIR-Strahlung jeweils eine Kugelwelle sichtbaren Lichts erzeugt und von dem activated ultraviolet radiation, which impinges on the conversion material 71. In this activated conversion material 71, in each case a spherical wave of visible light is generated at points of the incident NIR radiation and of the

Konversionsmaterial 71 als Sekundärstrahlung VIS emittiert. Die Kugelwelle trifft mit einem großen Raumwinkelanteil auf die nur zwischen 100 pm und 1 mm entfernt angeordnete Photokathode 74. Das Material der Photokathode 74 ist für die Conversion material 71 emitted as secondary radiation VIS. The spherical wave strikes with a large solid angle component on only between 100 .mu.m and 1 mm away arranged photocathode 74. The material of the photocathode 74 is for the

Sekundärstrahlung VIS empfindlich. Die Sekundärstrahlung VIS löst in dem Material der Photokathode 74 Elektronen aus, die anschließend an den Dynoden 75 Secondary radiation VIS sensitive. The secondary radiation VIS triggers electrons in the material of the photocathode 74, which are subsequently connected to the dynodes 75

(beispielhaft nur drei davon gezeigt) des PMT 72 vervielfacht werden. Das Material des Strahlungseintrittsfensters 73 ist optional als eine Filterschicht ausgebildet, welche die auftreffende Aktivierungsstrahlung UV blockiert. (shown by way of example only three of them) of the PMT 72 are multiplied. The material of the radiation entrance window 73 is optionally formed as a filter layer which blocks the incident activation radiation UV.

In weiteren Ausführungsmöglichkeiten des PMT 72 muss das In further execution possibilities of the PMT 72 the

Konversionsmaterial 71 nicht aktiviert werden, was durch die Darstellung der Aktivierungsstrahlung UV mit unterbrochener Volllinie symbolisiert ist. Außerdem kann mindestens eine zusätzliche Filterschicht auf der der Detektionsrichtung D abgewandten Seite oder auf der der Detektionsrichtung D zugewandten Seite des Strahlungseintrittsfensters 73 vorhanden sein. Conversion material 71 are not activated, which is indicated by the representation of the Activation radiation UV is symbolized with broken solid line. In addition, at least one additional filter layer may be present on the side facing away from the detection direction D or on the side of the radiation entrance window 73 facing the detection direction D.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikroskops M in einer Teildarstellung gezeigt. Entlang der optischen Achse 31 sind die Probe 2 in einer Objektebene 32, das Objektiv 33, eine Abtasteinheit 6 (Scanner), eine In Fig. 3, a second embodiment of a microscope according to the invention M is shown in a partial view. Along the optical axis 31, the sample 2 in an object plane 32, the lens 33, a scanning unit 6 (scanner), a

Tubuslinse 34 und ein erfindungsgemäßer PMT 72 als Detektor 7 angeordnet. Der PMT 72 ist mit der Schicht Konversionsmaterial 71 auf seinem Tubus lens 34 and an inventive PMT 72 arranged as a detector 7. The PMT 72 is with the layer conversion material 71 on his

Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe Fig. 2) versehen. Radiation entrance window 73 (see Fig. 2) provided.

Um das Konversionsmaterial 71 zu aktivieren kann mittels einer ansteuerbaren Aktivierungseinheit 79 das Konversionsmaterial 71 mit einer To activate the conversion material 71 can by means of a controllable activation unit 79, the conversion material 71 with a

Aktivierungsstrahlung UV (siehe Fig. 2) beaufschlagt werden. Activation radiation UV (see Fig. 2) are acted upon.

Die Aktivierungseinheit 79 ist durch eine Anordnung einer Strahlungsquelle der Aktivierungsstrahlung UV in Form einer UV-Strahlung emittierenden Diode realisiert. Diese strahlt gesteuert die Aktivierungsstrahlung UV seitlich in das The activation unit 79 is realized by an arrangement of a radiation source of the activation radiation UV in the form of a UV radiation emitting diode. This radiates controlled activation UV radiation laterally into the

Konversionsmaterial 71 ein. In weiteren Ausführungsformen ist die Conversion material 71 a. In other embodiments, the

Aktivierungseinheit 79 durch mehrere Strahlungsquellen, insbesondere durch mehrere UV-Strahlung emittierenden Dioden gegeben. Die Dioden können als ein Array oder ringförmig um die optische Achse 31 angeordnet sein. Activation unit 79 by multiple radiation sources, in particular given by several UV-emitting diodes. The diodes may be arranged as an array or annular around the optical axis 31.

Eine Steuerung der Aktivierungseinheit 79 kann mittels einer Steuerungseinheit 12 erfolgen. Diese ist mit der Abtasteinheit 6 in Form eines Scanners, mit dem A control of the activation unit 79 can take place by means of a control unit 12. This is with the scanning unit 6 in the form of a scanner, with the

Detektor 7 und mit der Aktivierungseinheit 79 verbunden. Die Aktivierungseinheit 79 kann angesteuert und über Dauern von Zeitfenstern eingeschalten werden, in denen sich die Abtasteinheit 6 in einer Zeilenumkehr oder in einem Zeilenrücklauf befindet. Optional kann in diesen Zeitfenstern die Detektion mittels des Detektors 7 Detector 7 and connected to the activation unit 79. The activation unit 79 can be activated and switched on over durations of time windows in which the scanning unit 6 is in a line reversal or in a line return. Optionally, in these time windows, the detection by means of the detector 7

unterbrochen werden. to be interrupted.

In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die In further embodiments of the method according to the invention, the

Aktivierung des Konversionsmaterials 71 permanent erfolgen. Bezugszeichen Activation of the conversion material 71 permanent. reference numeral

1 Beleuchtungseinrichtung 1 lighting device

11 Beleuchtungsstrahl 11 illumination beam

12 Steuerungseinheit 12 control unit

13 Schaltelement 13 switching element

14 Laser 14 lasers

2 Probe 2 samples

31 optische Achse 31 optical axis

32 Objektebene 32 object level

33 Objektiv 33 lens

34 Tubuslinse 34 tube lens

4 Spektralfiltereinheit 4 spectral filter unit

42 halbdurchlässiger Spiegel (Farbteiler) 42 semitransparent mirror (color divider)

6 Scanner, Abtasteinheit 6 scanner, scanning unit

7 Detektor 7 detector

71 Konversionsmaterial 71 conversion material

72 PMT 72 PMT

73 Strahlungseintrittsfenster 73 radiation entrance window

74 Photokathode 74 photocathode

75 Dynoden 75 dynodes

79 Aktivierungseinheit 79 activation unit

8 Bildaufnahme 8 image recording

82 Bildaufnahmesteuerung 82 Image Capture Control

M Mikroskop M microscope

D Detektionsrichtung D detection direction

VIS Sekundärstrahlung VIS secondary radiation

UV Aktivierungsstrahlung UV activation radiation

NIR Nah-Infrarot-Strahlung NIR near-infrared radiation

Claims

Patentansprüche claims

1. Sekundärelektronenvervielfacher (72) der für Strahlung mindestens einer 1. Secondary electron multiplier (72) for radiation at least one

Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) empfindlich ist und ein als Wavelength in the visible light range (VIS) is sensitive and as

Detektionsfläche ausgebildetes Strahlungseintrittsfenster (73) aufweist, Detection surface trained radiation entrance window (73),

dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that

das Strahlungseintrittsfenster (73) mit einer Schicht eines Konversionsmaterials (71 ) versehen ist, wobei aus einer Detektionsrichtung (D) auf das the radiation entrance window (73) is provided with a layer of a conversion material (71), wherein from a detection direction (D) on the

Konversionsmaterial (71 ) auftreffende Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich der Nah-Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Conversion material (71) incident radiation of at least one wavelength in the range of near-infrared radiation (NIR) by the action of

Konversionsmaterials (71 ) in Sekundärstrahlung (VIS) mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71 ) emittiert wird. Conversion material (71) is converted into secondary radiation (VIS) at least one wavelength in the visible light range and emitted by the conversion material (71).

2. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) NIR-Strahlung (NIR) mindestens einer Second secondary electron multiplier (72) according to claim 1, characterized in that the conversion material (71) NIR radiation (NIR) at least one

Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm in Sekundärstrahlung (VIS) umwandelt. Wavelength in a range of 900 nm to 1200 nm converted into secondary radiation (VIS).

3. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung (VIS) in einem 3. secondary electron multiplier (72) according to claim 2, characterized in that the at least one wavelength of the secondary radiation (VIS) in a

Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm liegt. Wavelength range of 550 to 700 nm.

4. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden 4. secondary electron multiplier (72) according to one of the preceding

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit einer Aktivierungsstrahlung (UV) aktivierbar ist und die Claims, characterized in that the conversion material (71) upon activation with an activation radiation (UV) can be activated and the

Konversion auftreffender NIR-Strahlung (NIR) durch Wirkung des aktivierten Conversion of incident NIR radiation (NIR) by action of the activated

Konversionsmaterials (71 ) erfolgt. Conversion material (71) takes place.

5. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar ist. 5. secondary electron multiplier (72) according to claim 4, characterized in that the conversion material (71) when exposed to Activation radiation (UV) in a wavelength range of ultraviolet radiation is activated.

6. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 6. secondary electron multiplier (72) according to claim 4 or 5, characterized

gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit characterized in that the conversion material (71) when exposed to

Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich aktivierbar ist, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) unempfindlich ist. Activation radiation (UV) is activated in a wavelength range in which the secondary electron multiplier (72) is insensitive.

7. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden 7. secondary electron multiplier (72) according to one of the preceding

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das Claims, characterized in that the radiation entrance window (73) is provided with at least one filter layer and / or the

Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71 ) der Detektionsrichtung (D) zugewandt ist. Radiation entrance window (73) itself is designed as a filter layer, by the action of radiation in a wavelength range of ultraviolet radiation is blocked, the filter layer of the detection direction (D) facing away and the layer of the conversion material (71) of the detection direction (D) faces.

8. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem 8. secondary electron multiplier (72) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radiation entrance window (73) is provided with at least one filter layer and / or the radiation entrance window (73) itself is formed as a filter layer, by the action of radiation in one

Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71 ) der Detektionsrichtung (D) abgewandt ist. Wavelength range of ultraviolet radiation is blocked, wherein the filter layer facing the detection direction (D) and the layer of the conversion material (71) of the detection direction (D) facing away.

9. Verwendung eines Konversionsmaterials (71 ) als Schicht auf einem als 9. Use of a conversion material (71) as a layer on a than

Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster (73) eines Detection surface acting radiation entrance window (73) of a

Sekundärelektronenvervielfachers (72), wobei durch das Konversionsmaterial (71 ) auftreffende Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der Nah- Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Konversionsmaterials (71 ) in Sekundärstrahlung (VIS) Secondary electron multiplier (72), wherein radiation incident on the conversion material (71) with wavelengths in the range of the near-infrared radiation (NIR) by the effect of the conversion material (71) in secondary radiation (VIS)

mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71 ) emittiert wird. converted at least one wavelength in the visible light range and emitted by the conversion material (71).

10. Mikroskop (M) aufweisend wenigstens einen 10. Microscope (M) comprising at least one

Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 8. A secondary electron multiplier (72) according to any one of claims 1 to 8.

11. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in einem Zeitfenster erfolgt, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) nicht zur Detektion von NIR-Strahlung (NIR) verwendet wird. 11. A method for operating a microscope (M) according to claim 10, characterized in that an activation of the conversion material (71) takes place exclusively in a time window in which the secondary electron multiplier (72) is not used for the detection of NIR radiation (NIR) ,

12. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung einer unidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt. 12. A method for operating a microscope (M) according to claim 11, characterized in that an activation of the conversion material (71) takes place exclusively in time windows of the line return of the scanning of a unidirectional line by line scanning scanning unit (6).

13. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung einer bidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt. 13. A method for operating a microscope (M) according to claim 11, characterized in that an activation of the conversion material (71) takes place exclusively in time windows of the line reversal of the scanning of a bi-directionally scanning line scanning unit (6).