DE102004038321A1

DE102004038321A1 - Lichtfalle

Info

Publication number: DE102004038321A1
Application number: DE102004038321A
Authority: DE
Inventors: Ingo Böhm; Holger Dr. Birk; Volker Leimbach; Roland Seifert
Original assignee: Leica Microsystems Heidelberg GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2024-08-07
Also published as: DE102004038321B4

Abstract

Eine Lichtfalle mit einem Hohlelement zur Aufnahme von unerwünschtem Licht weist ein in das Hohlelement mündendes Zuführelement auf, das das unerwünschte Licht in das Hohlelement leitet. Die Innenfläche des Hohlelements ist vorzugsweise absorbierend und/oder streuend ausgebildet, während das Zuführelement vorzugsweise eine reflektierende Innenfläche aufweist. Die Lichtfalle ist dadurch gekennzeichnet, dass jede von der Innenfläche des Hohlelements nach innen ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtfalle mit einem Hohlelement zur Aufnahme von unerwünschtem Licht, wobei ein in das Hohlelement mündendes Zuführelement vorgesehen ist, das das unerwünschte Licht in das Hohlelement leitet.

Aus DE 197 23 170 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Licht bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem Hohlkörper mit einer lichtabsorbierenden Innenfläche, in den das zu beseitigende Licht durch eine Lichteintrittsöffnung eingebracht wird. Innerhalb des Hohlkörpers befindet sich eine Reflexionsfläche, die derart ausgestaltet und positioniert ist, dass das von der Reflexionsfläche zurückgeworfene Licht nicht in sich selbst reflektiert wird. Durch die Reflexionsfläche soll gewährleistet werden, das ein möglichst geringer Anteil des zurückgeworfenen Lichts als Streulicht des von der Reflexionsfläche zurückgeworfenen Lichts auf die Innenfläche des Hohlkörpers gelangt und dort absorbiert wird.

Die Vorrichtung hat den Nachteil, dass an der Innenfläche gestreutes und nicht absorbiertes Licht über die Reflexionsfläche durch die Lichteintrittsöffnung nach außen gelangen kann, außerdem ist die Herstellung der Vorrichtung aufwendig.

Aus JP 1-146386 ist ein Laser Beam Dump bekannt, der aus einem in einem Zylinder eingebetteten Kegel besteht. Ein zentral auf die Kegelspitze gerichteter Laserstrahl wird hierbei stufenweise in dem enger werdenden Spaltraum zwischen dem Kegel und dem Zylinder absorbiert. Der Beam Dump ist primär dazu geeignet, energiereiche Laserstrahlen in Wärme umzuwandeln, wobei jedoch ein erhebliches Maß an Streulicht erzeugt wird, das den Beam Dump weitgehend ungehindert wieder verlässt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlfalle anzugeben, die bei vereinfachter Konstruktion weitgehend kein eingebrachtes Licht mehr entkommen lässt.

Die Aufgabe wird durch eine Lichtfalle gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jede von der Innenfläche des Hohlelements nach innen ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet.

Die erfindungsgemäße Lichtfalle hat den Vorteil einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Streulichtunterdrückung. Diese Konstruktion der Lichtfalle verhindert insbesondere, dass ein Lichtstrahl nach weniger als zwei Reflektionen und/oder Streuungen wieder aus dem Volumen der Lichtfalle entkommt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das Hohlelement eine absorbierende und oder streuende Innenfläche auf. Vorzugsweise ist die Innenfläche schwarz und aufgerauht ausgebildet. Es kann sich beispielsweise um eine schwarz gefärbte Innenfläche, eine gerußte Innenfläche oder auch um geschwärztes Milchglas handeln. Auch das Zuführelement kann eine absorbierende und oder streuende Innenfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist das Zuführelement eine reflektierende Innenfläche auf, die gewährleistet, dass es nicht schon beim ersten Auftreffen von unerwünschtem Licht auf die Lichtfalle zu Streuungen kommt; vielmehr ist durch eine reflektierende Innenfläche des Zuführelements gewährleistet, dass einfallendes, zu beseitigendes Licht streuungsfrei in das absorbierende Hohlelement gelangt. Die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lichtfallen bestehende Möglichkeit, dass beim ersten Auftreffen des unerwünschten Lichts entstehendes Streulicht die Lichtfalle wieder verlässt, ist bei der erfindungsgemäßen Lichtfalle weitgehend vermindert. Erfindungsgemäß kommt es erst innerhalb des Hohlelements zu Streuungen, wobei das entstehende Streulicht nur mit verminderter Wahrscheinlichkeit das Hohlelement verlassen kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform mündet das Zuführelement schräg in das Hohlelement, vorzugsweise der Gestalt, dass der der Einmündung gegenüberliegende Teil der Innenfläche des Hohlelements zur Innenfläche des Zuführelements gerichtet ist. Hierdurch ist vermieden, dass dort – an der der Einmündung gegenüberliegenden Innenfläche des Hohlelements – entstehendes Streulicht auf direktem Wege die Lichtfalle wieder verlassen kann.

Vorzugsweise ist das Zuführelement trichterförmig ausgestaltet. Hierdurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Eintrittsöffnung in das Hohlelement besonders klein ausgeführt sein kann, während der Einfangbereich der Strahlfalle gleichzeitig sehr groß sein kann. Durch diese besondere Ausgestaltung kann das Verhältnis der Gesamtinnenfläche des Hohlelements zur Fläche der Eintrittsöffnung besonders groß sein, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Entkommens von Streulicht erheblich reduziert ist. Die erfindungsgemäße Lichtfalle ist infolgedessen auch für Lichtstrahlenbündel geeignet, deren Durchmesser weit größer als die Eintrittsöffnung des Hohlelements ist.

In einer anderen Ausgestaltungsvariante ist das Zuführelement zylinderförmig ausgebildet.

Eine besondere Ausführungsvariante sieht vor, dass das Hohlelement kugelförmig ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass jede von dem Mittelpunkt des Hohlelements ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet. Diese Konstruktion der Lichtfalle verhindert besonders effizient, dass ein Lichtstrahl nach weniger als zwei Reflektionen und/oder Streuungen wieder aus dem Volumen der Lichtfalle entkommt.

In einer anderen Variante ist das Hohlelement zylinderförmig ausgebildet, wobei vorzugsweise jede von der Mittelachse des Hohlelements ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet. Als Zuführelement können in dieser Variante zwei vorzugsweise reflektierend ausgebildete Platten vorgesehen sein, die unter vorzugsweise zueinander spitzem Winkel in eine schlitzförmige Öffnung des zylinderförmigen Hohlelements münden.

In einer anderen Variante ist die Lichtfalle derart angeordnet, das sie zumindest einen Teil des von einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Laserlichtquelle ausgehenden Beleuchtungslichts aufnimmt.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind das Hohlelement und das Zuführelement gemeinsam aus einem einzigen Stück gefertigt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um schwarze Keramik oder um schwarzen vorzugsweise temperaturfesten Kunststoff, der beispielsweise im Bereich des Zuführelements reflektierend beschichtet sein kann.

In einer besonderen Variante ist ein Mittel zum Kühlen der Strahlfalle, beispielsweise eine Wasserkühlung oder eine Peltierkühlung vorgesehen. Diese Variante ist insbesondere zur Beseitigung von energiereicher unerwünschter Laserstrahlung geeignet.

Die erfindungsgemäße Lichtfalle ist insbesondere in einem Mikroskop, einem Rastermikroskop oder einem konfokalen Rastermikroskop einsetzbar. In einer vorteilhaften Variante eines solchen Mikroskops nimmt die Lichtfalle zumindest einen Teil des von einer Probe ausgehenden Lichts auf.

In der Rastermikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet, um das von der Probe emittierte Detektionslicht, als Reflexions- oder Fluoreszenzlicht, zu beobachten. Der Fokus eines Beleuchtungslichtstrahlenbündels wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, im Allgemeinen durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Probenebene bewegt, wobei die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen, so dass ein Spiegel in x-, der andere in y-Richtung ablenkt. Die Verkippung der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Detektionslichtes wird in Abhängigkeit von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente mit Sensoren zur Ermittlung der aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet. Speziell in der konfokalen Rastermikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahls in drei Dimensionen abgetastet.

Ein konfokales Rastermikroskop umfasst im Allgemeinen eine Lichtquelle, eine Fokussieroptik, mit der das Licht der Quelle auf eine Lochblende – die sog. Anregungsblende – fokussiert wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung, eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht wird über einen Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz- oder Reflexionslicht gelangt über die Strahlablenkeinrichtung zurück zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Diese Detektionsanordnung wird Descan-Anordnung genannt. Detektionslicht, das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so dass man eine Punktinformation erhält, die durch sequentielles Abtasten des Objekts mit dem Fokus des Beleuchtungslichtstrahlenbündels zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales Bild durch schichtweise Bilddatennahme erzielt.

Bei der Detektion des von einer in einem konfokalen Rastermikroskop zu untersuchten Probe ausgehende Detektionslicht wird durch die Detektionslochblende gelenkt und räumlich spektral aufgespalten, so dass die Abbildung der Detektionslochblende in der Detektionsebene, abhängig von der Wellenlänge, an verschiedenen Orten erfolgt. Durch bewegliche Spiegel wird von dort das Licht verschiedener Wellenlängenbereiche auf verschiedene Detektoren gelenkt. Das Licht der Wellenlängenbereiche, die nicht detektiert werden sollen (z.B. gestreutes/reflektiertes Anregungslicht) wird in der erfindungsgemäßen Lichtfalle absorbiert. Vorteilhafter Weise wird hierdurch das Signal/Rausch-Verhältnis durch die verbesserte Streulichtunterdrückung gesteigert.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 bis 5 verschiedene Ausführungen von erfindungsgemäßen Lichtfallen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtfalle 1 mit einem Hohlelement 3 zur Aufnahme von unerwünschtem Licht. Die Lichtfalle 1 beinhaltet ein kugelförmiges Hohlelement 3 und ein seitlich in das Hohlelement 3 mündendes Zuführelement 5. Das Hohlelement 3 weist eine absorbierende Innenfläche 7 und das Zuführelement 5 eine reflektierende Innenfläche 9 auf. Ein einfallender Lichtstrahl 11 wird von dem Zuführelement 5 in das kugelförmig ausgebildete Hohlelement 3 geleitet. Mit Hilfe des Zuführelements 5 können Lichtbündel in das Hohlelement 3 geleitet werden, deren Durchmesser größer ist, als die Eintrittsöffnung 13 des Hohlelements 3. Die Lichtfalle 1 ist derart ausgebildet, dass jede durch von dem Mittelpunkt 15 des Hohlelements 3 ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche 7 des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet, wodurch besonders wirksam ein Entweichen von Licht aus der Lichtfalle 1 vermieden ist.
2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtfalle 1 mit einem Hohlelement 3 und einem Zuführelement 5. Auch diese Lichtfalle 1 ist aus einem Stück, nämlich aus schwarzem Kunststoff gefertigt.
3 zeigt eine andere Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Lichtfalle 1 mit einem Hohlelement 3 und einem Zuführelement 5.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtfalle 1 weist ein relativ großes Hohlelement 3 mit einem seitlich einmündenden trichterförmigen Zuführelement 5 auf. Das Verhältnis der Gesamtinnenfläche 7 des Hohlelementes 3 zur Fläche der Eintrittsöffnung 13 ist besonders groß, wodurch besonders wirkungsvoll die Wahrscheinlichkeit des Entweichens von Licht aus der Lichtfalle vermieden ist.
5 zeigt eine aus einem Stück gefertigte erfindungsgemäße Lichtfalle 1 bei der das Hohlelement 3 zylinderförmig ausgestaltet ist und das Zuführelement 5 aus zwei zueinander in spitzem Winkel angeordneten Reflektionsplatten 17, 19, besteht. Diese Lichtfalle 1 ist besonders einfach durch eine Bohrung und eine Kegelfräsung herstellbar. Die Seitenflächen sind der besseren Anschaulichkeit wegen offen gezeichnet. Tatsächlich sind die Seitenflächen verschlossen um das seitliche Entweichen von Streulicht zu vermeiden.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

1: Lichtfalle
3: Hohlelement
5: Zuführelement
7: Innenfläche
9: Innenfläche
11: Lichtstrahl
13: Eintrittsöffnung
15: Mittelpunkt
17: Reflektionsplatte
19: Reflektionsplatte

Claims

Lichtfalle mit einem Hohlelement zur Aufnahme von unerwünschtem Licht, wobei ein in das Hohlelement mündendes Zuführelement vorgesehen ist, das das unerwünschte Licht in das Hohlelement leitet, dadurch gekennzeichnet, dass jede von der Innenfläche des Hohlelements nach innen ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet.
Lichtfalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement eine absorbierende und/oder streuende Innenfläche aufweist.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführelement eine reflektierende Innenfläche aufweist.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführelement schräg in das Hohlelement mündet.
Lichtfalle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der der Einmündung gegenüber liegende Teil der Innenfläche des Hohlelements zur Innenfläche des Zuführelements gerichtet ist.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführelement trichterförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement kugelförmig ausgebildet ist.
Lichtfalle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede durch von dem Mittelpunkt des Hohlelements ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement zylinderförmig ausgebildet ist.
Lichtfalle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede von der Mittelachse des Hohlelements ausgehende gedachte Halbgerade die Innenfläche des Hohlelements und/oder die Innenfläche des Zuführelements schneidet.
Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlelement und das Zuführelement einstückig sind.
Mikroskop, insbesondere Rastermikroskop oder konfokales Rastermikroskop, mit einer Lichtfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Mikroskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfalle zumindest einen Teil des von einer Probe ausgehenden Lichts aufnimmt.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfalle zumindest einen Teil des von einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Laserlichtquelle, ausgehenden Beleuchtungslichts aufnimmt.