WO2023057123A1 - Anordnung mit einem detektor - Google Patents

Anordnung mit einem detektor Download PDF

Info

Publication number
WO2023057123A1
WO2023057123A1 PCT/EP2022/073182 EP2022073182W WO2023057123A1 WO 2023057123 A1 WO2023057123 A1 WO 2023057123A1 EP 2022073182 W EP2022073182 W EP 2022073182W WO 2023057123 A1 WO2023057123 A1 WO 2023057123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spectral
light
arrangement according
detection
segments
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/073182
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Brosche
Tobias HARION-NIKITKA
Original Assignee
Heidelberg Engineering Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelberg Engineering Gmbh filed Critical Heidelberg Engineering Gmbh
Publication of WO2023057123A1 publication Critical patent/WO2023057123A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/008—Details of detection or image processing, including general computer control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14—Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0064—Optical details of the image generation multi-spectral or wavelength-selective arrangements, e.g. wavelength fan-out, chromatic profiling
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
  • Arrangements are already known which comprise a light-sensitive detector and a device for focusing and/or geometrically delimiting light onto a detection path.
  • Various technologies can be used for spectrally sensitive light detection, particularly in conventional laser scanning systems.
  • a single detector for non-simultaneous imaging, with the colors red, green and blue being detected alternately.
  • a filter wheel for a single detector with a notch filter for fluorescence imaging.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an arrangement with a detector which can generate images as quickly as possible with high light sensitivity.
  • the present invention solves the aforementioned problem by the features of claim 1.
  • a device must be provided in a detection path, by means of which light can be split spectrally, at least one optical component being provided, by means of which the spectrally split light can be directed onto a detection line of a detector.
  • Spectral splitting allows light to be split into light beams with different wavelengths. In this way, a wide color spectrum can be generated, the individual wavelengths of which can be assigned to different areas on the detection line.
  • the detection line must have fields that are struck by light with different wavelengths in each case in order to be able to analyze and evaluate individual fields separately from one another. In this way, a large number of wavelengths of light can be detected simultaneously with high sensitivity and processed for imaging.
  • the arrangement mentioned is very flexible because the fields mentioned can be assigned to spectral segments whose geometries or light sensitivities can be adapted to the requirements of different applications.
  • Such spectral segments from fields of the detection line can be read out individually or completely interconnected or partially interconnected.
  • a device with an arrangement of the type described here can manage with significantly fewer segments or spectral ranges, which are however relevant for the application.
  • a significantly lower spectral resolution is required, for example only six spectral segments can be provided.
  • a lower optical resolution is advantageously required, and the arrangement is more light-sensitive than a conventional line camera.
  • the detector could be designed as a line detector whose detection line can be dynamically divided into individual spectral segments by an analog or digital circuit, with each spectral segment being configurable for the detection or with regard to the sensitivity of a specific spectral range and/or with regard to its spectral quantum efficiency is configurable.
  • the arrangement mentioned is very flexible through the use of suitable electronics, because each segment can only be adapted electronically to the requirements of a specific application. The arrangement does not have to be physically adapted to specific applications by changing the optical structure, in particular a beam path.
  • the fields of the detection line could be assigned to a number of sequential spectral segments or form such spectral segments. In this way, the spatial or geometric extension of a spectral segment can be adjusted.
  • the detection line could be divided into different spectral segments, each of which detects light from different spectral ranges or with different wavelengths. In this way, the detection line can be adapted to the expected light to be detected or its wavelength distribution.
  • Individual spectral segments can be created that are sensitive to very specific light wavelengths or spectral ranges. At least two or more spectral segments could differ from one another in terms of their size or spatial, in particular linear and/or two-dimensional extent, so that spectral segments of different sizes detect light from spectral ranges of different lengths or from wavelength intervals of different sizes.
  • the detection line can be adapted to the spectral splitting behavior of the device for spectral splitting of light, for example to the characteristics of a prism.
  • a readout device could be provided which connects individual fields of the detection line together in an analog or digital manner to form a spectral segment or to form a plurality of spectral segments.
  • the readout device could read out the detection signals of a spectral segment individually, or read out the detection signals of all spectral segments completely interconnected, or read out the detection signals of individual spectral segments interconnected to form a group.
  • the readout device could process the detection signals and/or connect them to an output channel and work together with an image creation device that creates an image or multiple images that are generated in parallel and/or simultaneously from one spectral segment or multiple spectral segments received detection signals is generated or are.
  • an image creation device that creates an image or multiple images that are generated in parallel and/or simultaneously from one spectral segment or multiple spectral segments received detection signals is generated or are.
  • the device for limiting light onto the detection path could be in the form of a pinhole diaphragm. This enables point detection in a confocal system.
  • the detector can be used as a point detector.
  • a pinhole is also referred to as a "pinhole" in English.
  • the device for spectrally splitting the light could be in the form of a prism or a grating.
  • a prism is mechanically robust and can easily be turned, rotated, or tilted within an array.
  • a grid can be used in an arrangement in a particularly space-saving manner.
  • the optical component could be configured as a lens or as a series of multiple lenses, preferably multiple cylindrical lenses.
  • a lens can be used to focus light without any problems.
  • the detection line could z. B. be made of silicon photomultipliers (SiPM). These devices have proven to be particularly reliable for reliably detecting light with high sensitivity.
  • a device for the simultaneous recording and/or display of an image or multiple images based on simultaneously detected light from different spectral ranges could have an arrangement of the type described here.
  • the device could simultaneously record and/or display real color images from three color channels, preferably from the color channels red, green and blue (R, G, B). This enables rapid color imaging.
  • the device is also suitable for capturing images outside the visible wavelength range (e.g. infrared).
  • the device could record and/or display fluorescence and reflection images simultaneously.
  • different light sources can be used in the optical detection of organic structures. Images for diagnostic purposes and images for orientation purposes when examining organic tissue can be recorded and displayed simultaneously.
  • the arrangement described here or the aforementioned device could be used to carry out an oximetry, namely to detect oxygen in human or animal blood.
  • the arrangement described here or the aforementioned device could be used to carry out a spectrally resolved autofluorescence analysis in order to identify substances and/or to detect structures, in particular in human or animal tissue.
  • the detector described here is a photodetector that can advantageously operate in a spectrally sensitive manner in the manner of a line camera with a variable segment size.
  • the detector advantageously includes a photodetector array for spectrally sensitive light detection.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device which a
  • Arrangement having a detector with a detection line comprises, which has fields on which light with respectively different wavelengths impinges, and
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a detection line, in which different fields are combined to form different spectral segments of different sizes, and at the top of FIG Gradations continuously extended after the light was split by a prism as shown in FIG.
  • FIG. 1 shows an arrangement, in particular for use in a confocal laser scanning device, comprising a light-sensitive detector 1 and a device 2 for focusing and/or geometrically limiting light onto a detection path 3.
  • a device 4 provided in the detection path 3 , which splits the light spectrally, at least one optical component 5 being provided, which directs the spectrally split light onto a detection line 6 of the detector 1.
  • FIG. 2 shows that such a detection line 6 has fields 6i on which light with respectively different wavelengths impinges.
  • Fig. 1 shows that the detector 1 is designed as a line detector whose detection line 6 can be dynamically divided into individual spectral segments 6a-f by an analog or digital circuit 7, with each spectral segment 6a-f for the detection or with regard to the Sensitivity of a specific spectral range can be configured and/or can be configured in terms of its spectral quantum efficiency.
  • the fields 6i of the detection line 6 according to FIG. 1 or FIG. 2 are electronically several consecutive spectral segments 6a-f or 6a-e assigned and form such spectral segments 6a-f and 6a-e. According to FIG. 1, only six spectral segments 6a-f are provided. 2 shows a detection line 6 with only five spectral segments 6a-e.
  • the detection line 6 according to FIG. 1 or FIG. 2 is divided into different spectral segments 6a-f or 6a-e, which each detect light from different spectral ranges or with different wavelengths. All fields 6i are the same size.
  • spectral segments 6a-f or 6a-e differ from one another in terms of their size or spatial, namely linear and/or two-dimensional extent, so that spectral segments 6a-f or 6a-e detect light from different spectral ranges or from different large intervals of the wavelengths of the split light.
  • the spectrum 12 with blue, green and red spectral ranges is shown schematically at the top of FIG. It is shown further below in FIG. 2 that the first spectral segment 6a comprises four fields 6i and the subsequent spectral segment 6b comprises only three fields 6i.
  • the first spectral segment 6a with four fields 6i detects light with a wavelength interval from the blue spectral range
  • the fifth spectral segment 6e with three fields 6i detects light with a wavelength interval from the red spectral range.
  • a read-out device 8 which electronically interconnects individual fields 6i of the detection line 6 analogously or digitally to form a spectral segment 6a-f or a plurality of spectral segments 6a-f.
  • the readout device 8 can read out the detection signals of a spectral segment 6a-f individually or read out the detection signals of all spectral segments 6a-f completely interconnected or read out the detection signals of individual spectral segments 6a-f interconnected to form a group.
  • the readout device 8 processes the detection signals and/or connects them to an output channel and works together with an image creation device 9, which creates an image 10 or multiple images 10, which is or are based on parallel and/or detection signals obtained at the same time from a spectral segment 6a-f or from a plurality of spectral segments 6a-f are generated.
  • the device 2 for limiting light onto the detection path 3 is designed as a pinhole.
  • the device 4 for spectral splitting of the light is designed as a prism.
  • the light is spectrally split after the pinhole diaphragm and imaged onto the detection line 6 via an optical component 5 .
  • the detection line 6 according to FIG. 1 consists of several, in the specific example six, light-sensitive spectral segments 6a-f, which are lined up directly, almost without gaps. Individual spectral segments 6a-f differ from one another in terms of their size and correspondingly cover spectral ranges of different sizes. The spectral segments 6a-f can be read out individually, completely interconnected or partially interconnected.
  • the optical component 5 is designed as a lens.
  • the detection line 6 is made of silicon photomultipliers (SiPM).
  • FIG. 1 shows a device 11 for the simultaneous recording and/or display of an image 10 or a plurality of images 10 on the basis of simultaneously detected light in different spectral ranges, which has an arrangement of the type described above.
  • the device 11 simultaneously records and/or displays real-color images from three color channels, preferably from the color channels red, green and blue (R, G, B).
  • Other non-visible wavelengths e.g. infrared and/or or ultraviolet
  • the device 11 can record and/or display fluorescence and reflection images simultaneously.
  • the dynamic configuration of the spectral segments 6a-f or 6a-e in order to adapt them to the respective application or the relevant spectral range is of particular importance here.
  • composition of the detector 1 of the device in spectral segments 6a-f or 6a-e is implemented dynamically by an analog or digital circuit. Thus, no detector with fixed or unchangeable spectral segments is required for different applications, but rather the detector 1 can be dynamically configured for each application.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Eine Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einer konfokalen Laser-Scanning-Vorrichtung, umfassend einen lichtsensitiven Detektor (1) und eine Einrichtung (2) zum Fokussieren und/ oder geometrischen Begrenzen von Licht auf einen Detektionspfad (3), ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung mit einem Detektor anzugeben, welche bei hoher Lichtempfindlichkeit Bilder möglichst schnell erzeugen kann, dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionspfad (3) eine Einrichtung (4) vorgesehen ist, welche das Licht spektral aufspaltet, wobei mindestens eine optische Komponente (5) vorgesehen ist, welche das spektral aufgespaltete Licht auf eine Detektionszeile (6) des Detektors (1) lenkt, und wobei die Detektionszeile (6) Felder (6i) aufweist, auf die jeweils Licht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auftrifft.

Description

Anordnung mit einem Detektor
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Anordnungen bekannt, die einen lichtsensitiven Detektor und eine Einrichtung zum Fokussieren und/ oder geometrischen Begrenzen von Licht auf einen Detektionspfad umfassen. Insbesondere in konventionellen Laser-Scanning-Systemen können zur spektral sensitiven Lichtdetektion verschiedene Technologien verwendet werden.
So ist es beispielsweise bekannt, einen Einzeldetektor für eine nicht simultane Bildgebung zu verwenden, wobei eine Erfassung der Farben Rot, Grün und Blau abwechselnd erfolgt. Es ist auch bekannt, für eine Fluoreszenzbildgebung ein Filterrad für einen Einzeldetektor mit einem Sperrfilter zu verwenden. Weiter ist es bekannt, Licht über einen Strahlteiler auf mehrere Detektionskanäle eines Detektors zu verteilen. Auch ist es bekannt, ein Spektrometer mit einem Gitter zur spektralen Verteilung von Licht auf sehr viele Felder eines Detektors mit gleicher Größe zu verwenden. Einigen bekannten Technologien haftet der Nachteil an, dass eine relativ langsame Aufnahmegeschwindigkeit bei der Bildgebung gegeben ist. Weiter kann es bei manchen Technologien nachteilig sein, dass Licht teilweise geblockt wird und nicht zur Bildgebung genutzt werden kann. Manche Technologien sind auch optisch relativ aufwändig zu realisieren und im Hinblick auf die Anzahl zu verwendender Detektionskanäle bei der Bildgebung begrenzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung mit einem Detektor anzugeben, welche bei hoher Lichtempfindlichkeit Bilder möglichst schnell erzeugen kann.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 .
Zunächst ist erkannt worden, dass einige bekannte Technologien aufwändig, teuer und/ oder in der Regel relativ wenig lichtempfindlich sind und daher ein Bedarf nach einer Technologie besteht, die eine hohe Geschwindigkeit bei der Bildgebung durch parallele Nutzung von Detektorkanälen realisiert. Weiter ist erkannt worden, dass Lichtverluste durch Sperrfilter möglichst zu vermeiden oder völlig zu vermeiden sind. Weiter ist erkannt worden, dass ein Bedarf nach relativ einfachen und kompakten Aufbauten besteht, auch wenn diese viele Detektorkanäle zur Bildgebung aufweisen. Auch ist erkannt worden, dass ein Bedarf nach einem relativ einfach aufgebauten Spektrometer besteht, bei dem eine geringere optische und spektrale Auflösung erforderlich ist, um relativ problemlos eine hohe Lichtempfindlichkeit zu erreichen.
Vor diesem Hintergrund ist erkannt worden, dass bei einer Technologie, welche die Nachteile des Stands der Technik vermeidet, in einem Detektionspfad eine Einrichtung vorgesehen sein muss, mittels welcher Licht spektral aufspaltbar ist, wobei mindestens eine optische Komponente vorgesehen ist, mittels welcher das spektral aufgespaltete Licht auf eine Detektionszeile eines Detektors lenkbar ist. Durch die spektrale Aufspaltung kann Licht in Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufgespaltet werden. So kann ein weites Farbspektrum erzeugt werden, dessen einzelne Wellenlängen unterschiedlichen Bereichen auf der Detektionszeile zugeordnet werden können. Darauf ist erkannt worden, dass die Detektionszeile Felder aufweisen muss, auf die jeweils Licht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auftrifft, um so einzelne Felder getrennt voneinander analysieren und auswerten zu können. So kann simultan eine Vielzahl von Wellenlängen des Lichts mit hoher Empfindlichkeit detektiert und zur Bildgebung verarbeitet werden.
Durch die genannte Anordnung ist vorteilhaft kein mechanisches Filterrad erforderlich, und es geht auch kein Licht durch Sperrfilter verloren. Es ist eine simultane Aufnahme verschiedener Bildmodi ohne Geschwindigkeitsverlust möglich, und Bilder verschiedener Bildmodi können exakt zeitgleich aufgenommen werden, so dass sie besser kombinierbar und untereinander vergleichbar sind als mit Anordnungen des Stands der Technik.
Die genannte Anordnung ist sehr flexibel, weil die genannten Felder spektralen Segmenten zuordenbar sind, deren Geometrien oder Lichtempfindlichkeiten an die Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden können.
Solche spektralen Segmente aus Feldern der Detektionszeile können einzeln oder komplett zusammengeschaltet oder teilweise zusammengeschaltet ausgelesen werden.
Im Vergleich zu einem Standard-Spektrometer kann eine Vorrichtung mit einer Anordnung der hier beschriebenen Art mit wesentlich weniger Segmenten bzw. Spektralbereichen, welche jedoch für die Anwendung von Relevanz sind, auskommen. Es ist überdies eine deutlich geringere spektrale Auflösung erforderlich, beispielsweise können nur sechs spektrale Segmente vorgesehen sein. Es ist vorteilhaft eine geringere optische Auflösung erforderlich, und die Anordnung ist lichtsensitiver als eine konventionelle Zeilenkamera.
Vor diesem Hintergrund könnte der Detektor als Zeilendetektor ausgestaltet sein, dessen Detektionszeile durch eine analoge oder digitale Schaltung dynamisch in einzelne spektrale Segmente aufteilbar ist, wobei jedes spektrale Segment für die Erfassung oder im Hinblick auf die Sensitivität eines bestimmten Spektralbereichs konfigurierbar und/ oder im Hinblick auf seine spektrale Quanteneffizienz konfigurierbar ist. Hierdurch ist die genannte Anordnung durch Verwendung einer geeigneten Elektronik sehr flexibel, weil jedes Segment an die Anforderung einer bestimmten Anwendung nur elektronisch angepasst werden kann. Die Anordnung muss nicht durch Änderung des optischen Aufbaus, insbesondere eines Strahlengangs, körperlich an bestimmte Anwendungen angepasst werden.
Die Felder der Detektionszeile könnten mehreren aufeinander folgenden spektralen Segmenten zugeordnet sein oder solche spektralen Segmente bilden. So kann die räumliche oder geometrische Erstreckung eines spektralen Segments eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich könnte die Detektionszeile in verschiedene spektrale Segmente unterteilt sein, die jeweils Licht aus verschiedenen Spektralbereichen oder mit verschiedenen Wellenlängen erfassen. So kann die Detektionszeile an das erwartete zu erfassende Licht bzw. dessen Wellenlängenverteilung angepasst werden. Es können individuelle spektrale Segmente geschaffen werden, die für ganz bestimmte Lichtwellenlängen- oder Spektralbereiche empfindlich sind. Mindestens zwei oder mehr spektrale Segmente könnten sich in ihrer Größe oder räumlichen, insbesondere linearen und/ oder flächigen, Erstreckung voneinander unterscheiden, so dass unterschiedlich große spektrale Segmente Licht aus sich unterschiedlich weit erstreckenden Spektralbereichen oder aus unterschiedlich großen Intervallen der Wellenlängen detektieren.
Außerdem ist es denkbar, die Detektionszeile an eine Intensitätsverteilung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen anzupassen. Spektralbereiche mit erwartet geringerer Intensität könnten beispielsweise durch größere spektrale Segmente erfasst werden, um so die Lichtempfindlichkeit zu steigern. Die Detektionszeile kann an das spektrale Aufspaltungsverhalten der Einrichtung zum spektralen Aufspalten von Licht, beispielsweise an die Charakteristiken eines Prismas, angepasst werden.
Es könnte eine Ausleseeinrichtung vorgesehen sein, welche einzelne Felder der Detektionszeile analog oder digital zu einem spektralen Segment oder zu mehreren spektralen Segmenten zusammenschaltet. Alternativ oder zusätzlich könnte die Ausleseeinrichtung die Detektionssignale eines spektralen Segments einzeln auslesen oder die Detektionssignale aller spektralen Segmente komplett zusammengeschaltet auslesen oder die Detektionssignale einzelner zu einer Gruppe zusammen geschalteter spektralen Segmente auslesen.
Vor diesem Hintergrund könnte die Ausleseeinrichtung die Detektionssignale verarbeiten und/ oder zu einem Ausgangskanal zusammen schalten und mit einer Bilderstellungseinrichtung Zusammenarbeiten, welche ein Bild oder mehrere Bilder erstellt, das bzw. die anhand von parallel und/ oder zeitgleich aus einem spektralen Segment oder mehreren spektralen Segmenten erhaltenen Detektionssignalen erzeugt ist bzw. sind. So ist eine schnelle Bildgebung mit hoher spezifischer Lichtempfindlichkeit realisiert. Die Einrichtung zum Begrenzen von Licht auf den Detektionspfad könnte als Lochblende ausgestaltet sein. Hierdurch ist eine Punktdetektion in einem konfokalen System möglich. Der Detektor ist als Punktdetektor verwendbar. Eine Lochblende wird im Englischen auch als „Pinhole“ bezeichnet.
Die Einrichtung zum spektralen Aufspalten des Lichts könnte als ein Prisma oder ein Gitter ausgestaltet sein. Ein Prisma ist mechanisch robust und kann problemlos innerhalb einer Anordnung gedreht, rotiert oder geneigt werden. Ein Gitter kann besonders platzsparend in einer Anordnung eingesetzt sein.
Die optische Komponente könnte als Linse oder als Hintereinanderschaltung mehrerer Linsen, bevorzugt mehrerer Zylinderlinsen, ausgestaltet sein. Durch eine Linse ist eine Fokussierung von Licht problemlos möglich.
Die Detektionszeile könnte z. B. aus Silicon-Photomultipliern (SiPM) gefertigt sein. Diese Einrichtungen haben sich als besonders zuverlässig erwiesen, um Licht mit hoher Empfindlichkeit sicher zu detektieren.
Eine Vorrichtung zur simultanen Aufnahme und/ oder Darstellung eines Bildes oder mehrerer Bilder auf Basis von simultan detektiertem Licht verschiedener Spektralbereiche, könnte eine Anordnung der hier beschriebenen Art aufweisen.
Die Vorrichtung könnte simultan Echtfarbenbilder aus drei Farbkanälen, bevorzugt aus den Farbkanälen Rot, Grün und Blau (R, G, B), aufnehmen und/ oder darstellen. So ist eine schnelle farbige Bildgebung ermöglicht. In gleicher Weise ist die Vorrichtung auch zur Erfassung von Bildern außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs (z. B. Infrarot) geeignet. Die Vorrichtung könnte simultan Fluoreszenz- und Reflexionsbilder aufnehmen und/ oder darstellen. Hierdurch können verschiedene Lichtquellen bei der optischen Erfassung von organischen Strukturen verwendet werden. Es können simultan Bilder zu Diagnosezwecken und Bilder zu Orientierungszwecken bei der Untersuchung von organischem Gewebe aufgezeichnet und dargestellt werden.
Die hier beschriebene Anordnung oder die zuvor genannte Vorrichtung könnte zur Durchführung einer Oxymetrie verwendet werden, nämlich um Sauerstoff im menschlichen oder tierischen Blut zu erfassen.
Die hier beschriebene Anordnung oder die zuvor genannte Vorrichtung könnte zur Durchführung einer spektral aufgelösten Autofluoreszenzanalyse verwendet werden, um Stoffe zu identifizieren und/ oder um Strukturen, insbesondere im menschlichen oder tierischen Gewebe, zu erfassen.
Die hier beschriebene Anordnung oder die zuvor genannte Vorrichtung könnte in einem Fluorescence-Lifetime-Imaging-Ophtalmoscope (FLIO) verwendet werden.
Der hier beschriebene Detektor ist ein Photodetektor, der spektral sensitiv vorteilhaft nach Art einer Zeilenkamera mit variabler Segmentgröße arbeiten kann. Vorteilhaft umfasst der Detektor ein Photodetektor-Array zur spektral sensitiven Lichtdetektion.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, welche eine
Anordnung aufweist, welche einen Detektor mit einer Detektionszeile umfasst, die Felder aufweist, auf die jeweils Licht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auftrifft, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Detektionszeile, bei der verschiedene Felder zu verschiedenen, unterschiedlich großen spektralen Segmenten zusammengefasst sind, und oben in Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Lichtspektrums, welches sich von der Farbe Blau über die Farbe Grün zur Farbe Rot in farblichen Abstufungen kontinuierlich erstreckt, nachdem das Licht durch ein Prisma gemäß Fig. 1 aufgespalten wurde.
Fig. 1 zeigt insoweit eine Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einer konfokalen Laser-Scanning-Vorrichtung, umfassend einen lichtsensitiven Detektor 1 und eine Einrichtung 2 zum Fokussieren und/ oder geometrischen Begrenzen von Licht auf einen Detektionspfad 3. Im Detektionspfad 3 ist eine Einrichtung 4 vorgesehen, welche das Licht spektral aufspaltet, wobei mindestens eine optische Komponente 5 vorgesehen ist, welche das spektral aufgespaltete Licht auf eine Detektionszeile 6 des Detektors 1 lenkt. Fig. 2 zeigt ergänzend zu Fig. 1 , dass eine solche Detektionszeile 6 Felder 6i aufweist, auf die jeweils Licht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auftrifft.
Fig. 1 zeigt, dass der Detektor 1 als Zeilendetektor ausgestaltet ist, dessen Detektionszeile 6 durch eine analoge oder digitale Schaltung 7 dynamisch in einzelne spektrale Segmente 6a-f aufteilbar ist, wobei jedes spektrale Segment 6a-f für die Erfassung oder im Hinblick auf die Sensitivität eines bestimmten Spektralbereichs konfigurierbar und/ oder im Hinblick auf seine spektrale Quanteneffizienz konfigurierbar ist.
Die Felder 6i der Detektionszeile 6 gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 sind elektronisch mehreren aufeinander folgenden spektralen Segmenten 6a-f bzw. 6a-e zugeordnet und bilden solche spektralen Segmente 6a-f bzw. 6a-e. Es sind gemäß Fig. 1 nur sechs spektrale Segmente 6a-f vorgesehen. Fig. 2 zeigt eine Detektionszeile 6 mit nur fünf spektralen Segmenten 6a-e.
Die Detektionszeile 6 gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 ist in verschiedene spektrale Segmente 6a-f bzw. 6a-e unterteilt, die jeweils Licht aus verschiedenen Spektralbereichen oder mit verschiedenen Wellenlängen erfassen. Alle Felder 6i sind gleich groß.
Fig. 1 und 2 zeigen, dass sich mindestens mehr als zwei spektrale Segmente 6a-f bzw. 6a-e in ihrer Größe oder räumlichen, nämlich linearen und/ oder flächigen, Erstreckung voneinander unterscheiden, so dass unterschiedlich große spektrale Segmente 6a-f bzw. 6a-e Licht aus sich unterschiedlich weit erstreckenden Spektralbereichen oder aus unterschiedlich großen Intervallen der Wellenlängen des aufgespaltenen Lichts detektieren.
Das Spektrum 12 mit blauen, grünen und roten Spektralbereichen ist oben in Fig. 2 schematisch dargestellt. Weiter unten in Fig. 2 ist dargestellt, dass das erste spektrale Segment 6a vier Felder 6i und das sich daran anschließende spektrale Segment 6b nur drei Felder 6i umfasst.
Das erste spektrale Segment 6a mit vier Feldern 6i detektiert Licht mit einem Wellenlängenintervall aus dem blauen Spektralbereich, das fünfte spektrale Segment 6e mit drei Feldern 6i detektiert Licht mit einem Wellenlängenintervall aus dem roten Spektralbereich.
Fig. 1 zeigt auch, dass eine Ausleseeinrichtung 8 vorgesehen ist, welche einzelne Felder 6i der Detektionszeile 6 analog oder digital zu einem spektralen Segment 6a-f oder zu mehreren spektralen Segmenten 6a-f elektronisch zusammenschaltet. Die Ausleseeinrichtung 8 kann die Detektionssignale eines spektralen Segments 6a-f einzeln auslesen oder die Detektionssignale aller spektralen Segmente 6a-f komplett zusammengeschaltet auslesen oder die Detektionssignale einzelner zu einer Gruppe zusammen geschalteter spektralen Segmente 6a-f auslesen.
Unter Anwendung einer und/ oder mehrerer der vorgenannten Möglichkeiten verarbeitet die Ausleseeinrichtung 8 die Detektionssignale und/ oder schaltet diese zu einem Ausgangskanal zusammen und arbeitet mit einer Bilderstellungseinrichtung 9 zusammen, welche ein Bild 10 oder mehrere Bilder 10 erstellt, das bzw. die anhand von parallel und/ oder zeitgleich aus einem spektralen Segment 6a-f oder mehreren spektralen Segmenten 6a-f erhaltenen Detektionssignalen erzeugt ist bzw. sind.
Konkret ist die Einrichtung 2 zum Begrenzen von Licht auf den Detektionspfad 3 als Lochblende ausgestaltet. Die Einrichtung 4 zum spektralen Aufspalten des Lichts ist als ein Prisma ausgestaltet. Das Licht wird in der als Detektionseinheit fungierenden Anordnung nach der Lochblende spektral zerlegt und über eine optische Komponente 5 auf die Detektionszeile 6 abgebildet.
Die Detektionszeile 6 gemäß Fig. 1 besteht aus mehreren, im konkreten Beispiel sechs, lichtempfindlichen spektralen Segmenten 6a-f, welche direkt, nahezu lückenlos aneinandergereiht sind. Einzelne spektrale Segmente 6a-f unterscheiden sich bezüglich ihrer Größe voneinander und decken entsprechend unterschiedlich große Spektralbereiche ab. Die spektralen Segmente 6a-f können einzeln, komplett zusammengeschaltet oder teilweise zusammengeschaltet ausgelesen werden. Die optische Komponente 5 ist als Linse ausgestaltet. Die Detektionszeile 6 ist aus Silicon-Photomultipliern (SiPM) gefertigt.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 11 zur simultanen Aufnahme und/ oder Darstellung eines Bildes 10 oder mehrerer Bilder 10 auf Basis von simultan detektiertem Licht verschiedener Spektralbereiche, die eine Anordnung der zuvor beschriebenen Art aufweist.
Die Vorrichtung 11 nimmt simultan Echtfarbenbilder aus drei Farbkanälen, bevorzugt aus den Farbkanälen Rot, Grün und Blau (R, G, B), auf und/ oder stellt diese dar. Simultan können auch weitere nicht sichtbare Wellenlängen (z. B. Infrarot und/oder Ultraviolett) erfasst werden.
Die Vorrichtung 11 kann simultan Fluoreszenz- und Reflexionsbilder aufnehmen und/ oder darstellen. Die dynamische Konfiguration der spektralen Segmente 6a-f bzw. 6a-e, um sie an die jeweilige Anwendung bzw. den relevanten Spektralbereich anzupassen ist hier von besonderer Bedeutung.
Die Zusammensetzung des Detektors 1 der Vorrichtung in spektrale Segmente 6a-f bzw. 6a-e wird durch eine analoge oder digitale Schaltung dynamisch realisiert. Somit wird für unterschiedliche Anwendungen kein Detektor mit festen bzw. unveränderlichen spektralen Segmenten benötigt, sondern der Detektor 1 lässt sich für jede Anwendung dynamisch konfigurieren.
Bezugszeichenliste:
1 Detektor
2 Einrichtung zum Fokussieren
3 Detektionspfad
4 Einrichtung zum spektralen Aufspalten
5 Optische Komponente
6 Detektionszeile
6i Feld von 6
6a-f spektrales Segment
7 Schaltung
8 Ausleseeinrichtung
9 Bilderstellungseinrichtung
10 Bild
11 Vorrichtung
12 Spektrum von Blau nach Rot

Claims

Patentansprüche Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einer konfokalen Laser- Scanning-Vorrichtung, umfassend einen lichtsensitiven Detektor (1 ) und eine Einrichtung
(2) zum Fokussieren und/ oder geometrischen Begrenzen von Licht auf einen Detektionspfad (3), dadurch gekennzeichnet, dass im Detektionspfad
(3) eine Einrichtung (4) vorgesehen ist, welche das Licht spektral aufspaltet, wobei mindestens eine optische Komponente
(5) vorgesehen ist, welche das spektral aufgespaltete Licht auf eine Detektionszeile (6) des Detektors (1 ) lenkt, und wobei die Detektionszeile
(6) Felder (6i) aufweist, auf die jeweils Licht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auftrifft. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (1 ) als Zeilendetektor ausgestaltet ist, dessen Detektionszeile (6) durch eine analoge oder digitale Schaltung (7) dynamisch in einzelne spektrale Segmente (6a-f) aufteilbar ist, wobei jedes spektrale Segment (6a-f) für die Erfassung oder im Hinblick auf die Sensitivität eines bestimmten Spektralbereichs konfigurierbar und/ oder im Hinblick auf seine spektrale Quanteneffizienz konfigurierbar ist. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Felder (6i) der Detektionszeile (6) mehreren aufeinander folgenden spektralen Segmenten (6a-f) zugeordnet sind oder solche spektralen Segmente (6a-f) bilden und/ oder wobei die Detektionszeile (6) in verschiedene spektrale Segmente (6a-f) unterteilt ist, die jeweils Licht aus verschiedenen Spektralbereichen oder mit verschiedenen Wellenlängen erfassen.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei oder mehr spektrale Segmente (6a-f) in ihrer Größe oder räumlichen, insbesondere linearen und/ oder flächigen, Erstreckung voneinander unterscheiden, so dass unterschiedlich große spektrale Segmente (6a-f) Licht aus sich unterschiedlich weit erstreckenden Spektralbereichen oder aus unterschiedlich großen Intervallen der Wellenlängen detektieren.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausleseeinrichtung (8) vorgesehen ist, welche einzelne Felder (6i) der Detektionszeile (6) analog oder digital zu einem spektralen Segment (6a-f) oder zu mehreren spektralen Segmenten (6a-f) zusammenschaltet und/ oder dass die Ausleseeinrichtung (8) die Detektionssignale eines spektralen Segments (6a-f) einzeln ausliest oder die Detektionssignale aller spektralen Segmente (6a-f) komplett zusammengeschaltet ausliest oder die Detektionssignale einzelner zu einer Gruppe zusammen geschalteter spektralen Segmente (6a-f) ausliest.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseeinrichtung (8) die Detektionssignale verarbeitet und/ oder zu einem Ausgangskanal zusammen schaltet und mit einer Bilderstellungseinrichtung (9) zusammenarbeitet, welche ein Bild (10) oder mehrere Bilder (10) erstellt, das bzw. die anhand von parallel und/ oder zeitgleich aus einem spektralen Segment (6a-f) oder mehreren spektralen Segmenten (6a-f) erhaltenen Detektionssignalen erzeugt ist bzw. sind.
7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (2) zum Begrenzen von Licht auf den Detektionspfad (3) als Lochblende ausgestaltet ist. 15
8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zum spektralen Aufspalten des Lichts als ein Prisma oder ein Gitter ausgestaltet ist.
9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (5) als Linse oder als Hintereinanderschaltung mehrerer Linsen, bevorzugt mehrerer Zylinderlinsen, ausgestaltet ist.
10. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionszeile (6) aus Silicon-Photomultipliern (SiPM) gefertigt ist.
11 .Vorrichtung (11 ) zur simultanen Aufnahme und/ oder Darstellung eines Bildes (10) oder mehrerer Bilder (10) auf Basis von simultan detektiertem Licht verschiedener Spektralbereiche, welche eine Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
12. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11 ) simultan Echtfarbenbilder aus drei Farbkanälen, bevorzugt aus den Farbkanälen Rot, Grün und Blau (R, G, B), aufnimmt und/ oder darstellt.
13. Vorrichtung (11 ) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11 ) simultan Fluoreszenz- und Reflexionsbilder aufnimmt und/ oder darstellt.
14. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung (11 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 zur Durchführung einer Oxymetrie, nämlich um Sauerstoff im menschlichen oder tierischen Blut zu erfassen. 16 Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung (11 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 zur Durchführung einer spektral aufgelösten Autofluoreszenzanalyse, um Stoffe zu identifizieren und/ oder um Strukturen, insbesondere im menschlichen oder tierischen Gewebe, zu erfassen. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung (11 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 in einem Fluorescence-Lifetime-Imaging-Ophtalmoscope (FLIO).
PCT/EP2022/073182 2021-10-08 2022-08-19 Anordnung mit einem detektor WO2023057123A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021126145.7 2021-10-08
DE102021126145.7A DE102021126145A1 (de) 2021-10-08 2021-10-08 Anordnung mit einem Detektor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023057123A1 true WO2023057123A1 (de) 2023-04-13

Family

ID=83271380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/073182 WO2023057123A1 (de) 2021-10-08 2022-08-19 Anordnung mit einem detektor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021126145A1 (de)
WO (1) WO2023057123A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000006979A1 (en) * 1998-07-31 2000-02-10 The Research Foundation Of State University Of New York Sensors for detection and spectroscopy
DE10151216A1 (de) * 2001-10-16 2003-04-24 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren zur optischen Erfassung von charakteristischen Größen einer beleuchteten Probe
US7084973B1 (en) * 2002-06-11 2006-08-01 Dalsa Inc. Variable binning CCD for spectroscopy
EP2546621A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-16 Leica Microsystems CMS GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren von Licht

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10038526B4 (de) 2000-08-08 2004-09-02 Carl Zeiss Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Erfassung des wellenlängenabhängigen Verhaltens einer beleuchteten Probe
DE10151217B4 (de) 2001-10-16 2012-05-16 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Laser-Scanning-Mikroskops
DE10200499A1 (de) 2002-01-03 2003-07-10 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und/oder Anordnung zur Identifikation von fluoreszierenden, lumineszierenden und/oder absorbierenden Substanzen auf und/oder in Probenträgern

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000006979A1 (en) * 1998-07-31 2000-02-10 The Research Foundation Of State University Of New York Sensors for detection and spectroscopy
DE10151216A1 (de) * 2001-10-16 2003-04-24 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren zur optischen Erfassung von charakteristischen Größen einer beleuchteten Probe
US7084973B1 (en) * 2002-06-11 2006-08-01 Dalsa Inc. Variable binning CCD for spectroscopy
EP2546621A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-16 Leica Microsystems CMS GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren von Licht

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021126145A1 (de) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3177957B1 (de) Hochauflösende scanning-mikroskopie mit der unterscheidung mindestens zweier wellenlängenbereiche
EP1264169B1 (de) Verbesserung der spektralen und/oder räumlichen auflösung in einem laser-scanning mikroskop
EP1307726B2 (de) Verfahren zur erfassung des wellenlängenabhängigen verhaltens einer beleuchteten probe
DE102005034332A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Beobachtung, Dokumentation und/oder Diagnose des Augenhintergrundes
WO2012034852A1 (de) Optisches abbildungssystem zur multispektralen bildgebung
EP1754032A1 (de) Echelle-spektrometer mit verbesserter detektorausnutzung durch die verwendung zweier spektrometeranordnungen
DE102009043745A1 (de) Spektraldetektor mit variabler Filterung durch räumliche Farbtrennung und Laser-Scanning- Mikroskop
DE102014106974A1 (de) Räumlich und spektral auflösende Hyperspektralkamera und Verfahren
WO2018234453A1 (de) Hochauflösende scanning-mikroskopie mit der unterscheidung mindestens zweier wellenlängenbereiche
DE102011083718A1 (de) Konfokales Spektrometer und Verfahren zur Bildgebung in einem konfokalen Spektrometer
DE102015111702A1 (de) Hochauflösende, spektral selektive Scanning-Mikroskopie einer Probe
EP1542051A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Trennen unterschiedlicher Emissionswellenlängen in einem Scanmikroskop
EP0466979A1 (de) Anordnung zur simultanen konfokalen Bilderzeugung
WO2007039054A1 (de) Verfahren zur erzeugung von darstellungsbildern aus erfassten aufnahmebildern und mittel zur durchführung des verfahrens
DE102019135521A1 (de) Messanordnung, Lichtmikroskop und Messverfahren zur bildgebenden Tiefenmessung
DE102013105102A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Merkmalen an Messobjekten
WO2023057123A1 (de) Anordnung mit einem detektor
DE10132638A1 (de) Scanmikroskop und Verfahren zur wellenlängenabhängigen Detektion
EP4189358A1 (de) Verfahren zum detektieren von emissionslicht, detektionsvorrichtung und laserscanning-mikroskop
DE102006057309A1 (de) Abbildende und spektral auflösende optische Aufnahmevorrichtung und -verfahren
DE10017825A1 (de) Polychromatische Fluoreszenz-Meßvorrichtung
DE19728966A1 (de) Bildgebendes Spektrometer
DE102016008884B4 (de) Spektroskopievorrichtung und -verfahren
EP1523667A1 (de) Dunkelfeld-abbildungsvorrichtung zur ortsaufgelösten dunkelfeldabbildung einer probe und untersuchungsverfahren
DE10102033A1 (de) Vorrichtung und Scanmikroskop zur gleichzeitigen Detektion mehrerer Spektralbereiche eines Lichtstrahls

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22768357

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022768357

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022768357

Country of ref document: EP

Effective date: 20240508