[go: up one dir, main page]

DE102024107205B3 - Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object - Google Patents

Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object Download PDF

Info

Publication number
DE102024107205B3
DE102024107205B3 DE102024107205.9A DE102024107205A DE102024107205B3 DE 102024107205 B3 DE102024107205 B3 DE 102024107205B3 DE 102024107205 A DE102024107205 A DE 102024107205A DE 102024107205 B3 DE102024107205 B3 DE 102024107205B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
transverse direction
phase singularity
line detector
point
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102024107205.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Stefan W. Hell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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 Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority to DE102024107205.9A priority Critical patent/DE102024107205B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102024107205B3 publication Critical patent/DE102024107205B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • 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
    • G02B21/0056—Optical details of the image generation based on optical coherence, e.g. phase-contrast arrangements, interference arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/14—Condensers affording illumination for phase-contrast observation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4709—Backscatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4792—Polarisation of scatter light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/129—Using chemometrical methods
    • G01N2201/1296—Using chemometrical methods using neural networks

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Zum Messen einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts, wird kohärentes Licht (14) aus einer Beleuchtungsrichtung derart in eine Fokalebene (21) eines Objektivs (20) fokussiert, dass das kohärente Licht (14) in einer Querrichtung (x), die quer zu der Beleuchtungsrichtung in der Fokalebene (21) verläuft, eine Phasensingularität (5) mit einem Phasensprung von (2m+1)π, wobei m eine ganze Zahl ist, und eine zu der Phasensingularität (5) symmetrische Lichtintensitätsverteilung aufweist. Das Messobjekt wird in der Querrichtung (x) mit der Phasensingularität (5) abgetastet, wobei ein Anteil (22) des Lichts (14), der von dem Messobjekt entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreut wird, mit einem konfokal zu der Phasensingularität (5) angeordneten Punkt- oder Liniendetektor (6) registriert wird. Ein Verlauf (11, 12) der Intensität des registrierten Anteils (22) des zurückgestreuten Lichts (14) über den Positionen der Phasensingularität (5) in der Querrichtung (x) wird ausgewertet; und aus dem Verlauf (11, 12) wird auf den Wert der Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung (x) geschlossen.

Figure DE102024107205B3_0000
To measure a measurand of a light-scattering measurement object, coherent light (14) from a direction of illumination is focused into a focal plane (21) of an objective (20) such that the coherent light (14) has a phase singularity (5) with a phase jump of (2m+1)π, where m is an integer, in a transverse direction (x) running transversely to the direction of illumination in the focal plane (21), and a light intensity distribution symmetrical to the phase singularity (5). The measurement object is scanned in the transverse direction (x) with the phase singularity (5), wherein a portion (22) of the light (14) that is backscattered by the measurement object opposite to the direction of illumination is registered with a point or line detector (6) arranged confocally to the phase singularity (5). A curve (11, 12) of the intensity of the registered portion (22) of the backscattered light (14) over the positions of the phase singularity (5) in the transverse direction (x) is evaluated; and the value of the measured variable of the measurement object in the transverse direction (x) is inferred from the curve (11, 12).
Figure DE102024107205B3_0000

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts. Bei dem Messobjekt kann es sich beispielsweise um ein nanoskaliges Teilchen handeln, das gemessen wird, um eine Ausdehnung des nanoskaligen Teilchens zu messen, die ein Hinweis auf seine Masse ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Messobjekt eine Oberfläche, die gemessen wird, um eine nanoskalige Strukturierung der Oberfläche beispielsweise hinsichtlich ihrer Raumfrequenzen zu bestimmen.The invention relates to a method for measuring a measurand of a light-scattering measurement object. The measurement object can be, for example, a nanoscale particle that is measured to determine an extension of the nanoscale particle, which is an indication of its mass. In another embodiment, the measurement object is a surface that is measured to determine a nanoscale structuring of the surface, for example, with regard to its spatial frequencies.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der WO 2015/097000 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Orte einzelner Moleküle einer Substanz in einer Probe bekannt, wobei sich die einzelnen Moleküle der Substanz in einem fluoreszenten Zustand befinden, in dem sie mit Anregungslicht zur Emission von Fluoreszenzlicht anregbar sind, und wobei Abstände der einzelnen Moleküle der Substanz in einem interessierenden Bereich der Probe einen Mindestwert einhalten. Die einzelnen Moleküle der Substanz werden mit dem Anregungslicht zur Emission von Fluoreszenzlicht angeregt, wobei eine Intensitätsverteilung des Anregungslichts ein lokales Minimum aufweist. Das Fluoreszenzlicht von den angeregten einzelnen Molekülen der Substanz wird für verschiedene Positionen des Minimums in dem interessierenden Bereich der Probe registriert; und die Orte der einzelnen Moleküle der Substanz werden aus dem Verlauf der Intensität des Fluoreszenzlichts von dem jeweiligen Molekül über den Positionen des Minimums abgeleitet. Mit diesem Verfahren können die Orte der einzelnen Moleküle auch dann aufgelöst werden, wenn sie näher als λ/2nsinα beieinander liegen, wobei λ die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts ist, n der Brechungsindex des optischen Materials zwischen einer Probe und einem Objektiv, mit dem das Anregungslicht auf die Probe gerichtet wird, und α der halbe Öffnungswinkel des Objektivs. Mit dem bekannten Verfahren können aber nur die Orte von Molekülen bestimmt werden, die sich in einem fluoreszenten Zustand befinden. Die meisten in biologischen Untersuchungen interessierende Moleküle weisen von sich aus keinen fluoreszenten Zustand auf. Um ihre Orte mit dem bekannten Verfahren bestimmen zu können, müssen sie daher zunächst mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert werden.From the WO 2015/097000 A1 A method is known for determining the locations of individual molecules of a substance in a sample, wherein the individual molecules of the substance are in a fluorescent state in which they can be excited to emit fluorescent light using excitation light, and wherein the distances between the individual molecules of the substance in a region of interest in the sample maintain a minimum value. The individual molecules of the substance are excited to emit fluorescent light using the excitation light, whereby an intensity distribution of the excitation light has a local minimum. The fluorescent light from the excited individual molecules of the substance is registered for various positions of the minimum in the region of interest in the sample; and the locations of the individual molecules of the substance are derived from the course of the intensity of the fluorescent light from the respective molecule over the positions of the minimum. Using this method, the locations of individual molecules can be resolved even when they are closer than λ/2nsinα to each other, where λ is the wavelength of the fluorescent light, n is the refractive index of the optical material between a sample and an objective lens used to direct the excitation light onto the sample, and α is half the aperture angle of the objective lens. However, this known method can only determine the locations of molecules that are in a fluorescent state. Most molecules of interest in biological studies do not exhibit a fluorescent state by themselves. In order to determine their locations using this known method, they must therefore first be labeled with a fluorescent dye.

Aus der WO 2018/069283 A1 sind Verfahren zum räumlich hochaufgelösten Bestimmen des Orts eines vereinzelten Moleküls, das mit Anregungslicht zur Emission von Lumineszenzlicht anregbar ist, in einer oder mehreren Raumrichtungen in einer Probe bekannt. Das Anregungslicht wird mit einer Intensitätsverteilung auf die Probe gerichtet, die eine Nullstelle und Intensitätsanstiegsbereich aufweist, welche in jeder der Raumrichtungen beidseitig an die Nullstelle angrenzen. Zu jeder von verschiedenen Positionen der Nullstelle in der Probe wird das von dem Molekül emittierte Lumineszenzlicht registriert; und der Ort des Moleküls in der Probe wird von den Intensitäten des zu verschiedenen Positionen der Nullstelle registrierten Lumineszenzlichts abgeleitet. Diese als MINFLUX (minimal photon fluxes)-Mikroskopie bekannten Verfahren benötigen nur wenige Photonen des Lumineszenzlichts von dem jeweiligen Molekül, um seine Position mit einer besseren Genauigkeit als λ/2nsinα zu bestimmen, wobei λ die Wellenlänge des Lumineszenzlichts ist und auch ansonsten dieselben Definitionen wie oben gelten. Auch hier gilt jedoch, dass das Molekül mit Anregungslicht zur Emission von Lumineszenzlicht anregbar sein muss, was für die meisten Moleküle als solche nicht gilt.From the WO 2018/069283 A1 Methods are known for the spatially high-resolution determination of the location of an isolated molecule, which can be excited to emit luminescent light using excitation light, in one or more spatial directions in a sample. The excitation light is directed onto the sample with an intensity distribution that has a zero point and a range of intensity increases that border the zero point on both sides in each of the spatial directions. The luminescent light emitted by the molecule is recorded at each of the different positions of the zero point in the sample; and the location of the molecule in the sample is derived from the intensities of the luminescent light recorded at different positions of the zero point. These methods, known as MINFLUX (minimal photon fluxes) microscopy, require only a few photons of luminescent light from the respective molecule to determine its position with an accuracy better than λ/2nsinα, where λ is the wavelength of the luminescent light and the same definitions as above apply. Here too, however, the molecule must be excitable with excitation light to emit luminescent light, which is not the case for most molecules as such.

Aus der EP 3 347 711 B1 ist ein Verfahren zum Detektieren von Partikeln bekannt, bei dem in einem Detektionsschritt eine interferometrische Streudetektion einer Serie von einzelnen Lichtstreuereignissen erfolgt, welche von den einzelnen Partikeln in einem Detektionsvolumen erzeugt werden. Während des Detektionsschritts werden die Partikel an eine Detektionsoberfläche des Detektionsvolumens gebunden oder durch das Detektionsvolumen bewegt. Streulichtsignale, die von der interferometrischen Streudetektion erhalten werden, werden analysiert, um eine Partikelmasse oder ein Partikelvolumen aus einem Kontrast von Spots von Streuquellen in den Streulichtsignalen zu erhalten. Die interferometrische Streudetektion kann dabei nach einer iSCAT (interferometric detection of scattering) genannten Technik erfolgen. Die interferometrische Streudetektion nutzt die Streuung von Licht durch die Partikel aus, die immer auftritt, und ist daher nicht auf lumineszente oder fluoreszente Partikel angewiesen.From the EP 3 347 711 B1 A method for detecting particles is known in which, in a detection step, an interferometric scattering detection of a series of individual light scattering events is carried out, which are generated by the individual particles in a detection volume. During the detection step, the particles are bound to a detection surface of the detection volume or moved through the detection volume. Scattered light signals obtained from the interferometric scattering detection are analyzed to obtain a particle mass or particle volume from a contrast of spots from scattering sources in the scattered light signals. The interferometric scattering detection can be carried out using a technique called iSCAT (interferometric detection of scattering). Interferometric scattering detection exploits the scattering of light by the particles, which always occurs, and is therefore not dependent on luminescent or fluorescent particles.

Bei iSCAT, siehe PILIARIK, Marek ; SHANDOGHDAR, Vahid: Direct optical sensing of single unlabled proteins and super-resolution imaging of their binding sides, Nature Communications, Vol. 5, 2014, Article-No.: 4495 , wird die Interferenz zwischen einem ersten Anteil von einfallendem Licht, der von einer Referenzoberfläche reflektiert wird, und einem zweiten Anteil des einfallenden Lichts, der von dem jeweiligen Partikel gestreut wird, genutzt, um ein Messsignal zu erhalten, dessen Intensität im Verhältnis zur Intensität des reflektierten Anteils größer ist als die Intensität des gestreuten Anteils. Die Intensität des von nanoskaligen Partikeln gestreuten Anteils ist verglichen mit den Intensitäten aller reflektierten Anteile des einfallenden Lichts nur sehr klein. Aber auch das bei iSCAT genutzte Messsignal tritt gegenüber dem intensitätsstarken reflektierten Anteil des einfallenden Lichts nur bei Differenzbildung zwischen solchen Intensitätsverteilungen von registriertem Licht, die nicht durch den jeweiligen Partikel beeinflusst sind, und Intensitätsverteilungen von registriertem Licht hervor, die durch den jeweiligen Partikel beeinflusst sind.For iSCAT, see PILIARIK, Marek ; SHANDOGHDAR, Vahid: Direct optical sensing of single unlabeled proteins and super-resolution imaging of their binding sides, Nature Communications, Vol. 5, 2014, Article No.: 4495 , the interference between a first portion of incident light, which is reflected by a reference surface, and a second portion of the incident light, which is scattered by the respective particle, is used to obtain a measurement signal whose intensity is greater than the intensity of the scattered portion in relation to the intensity of the reflected portion. The intensity of the portion scattered by nanoscale particles is very small compared to the intensities of all reflected portions of the incident light. But the measurement used in iSCAT signal only becomes apparent in relation to the high-intensity reflected portion of the incident light when the difference is formed between intensity distributions of registered light that are not influenced by the respective particle and intensity distributions of registered light that are influenced by the respective particle.

Aus KÜPPERS, Michelle [et al.]: Confocal interferometric scattering microscopy reveals 3D nanoscopic structure and dynamics in live cells, Nature Communications, Vol. 14, 2023, Article-No.: 1962 , ist eine konfokale iSCAT-Variante bekannt, bei der wie bei der konfokalen Rasterfluoreszenzlichtmikroskopie Licht auf den jeweiligen Partikel mit einem Objektiv in einen Fokusbereich fokussiert wird und Licht aus dem Fokusbereich konfokal registriert wird, während ein räumlicher Bereich, in dem sich der Partikel befindet, mit dem Fokusbereich abgetastet wird. Dabei kommt zur Trennung des Messsignals von nahe beieinander liegenden Partikeln eine konfokal angeordnete Lochblende mit einer Öffnung von 0,3 AU (Airy Units) zum Einsatz, wobei 1 AU = 1,22 λ/NA mit der numerischen Apertur NA des Objektivs gilt. Die Verwendung dieser als nahezu geschlossen bezeichneten Lochblende soll möglich sein, weil das Messsignal dennoch über dem Detektorrauschen liegt. Für die konfokale Rasterfluoreszenzlichtmikroskopie wird wegen des begrenzten Signals zu Rauschen-Verhältnisses eine typische Größe der konfokal angeordneten Lochblende mit 1,2 AU angegeben.Out of KÜPPERS, Michelle [et al.]: Confocal interferometric scattering microscopy reveals 3D nanoscopic structure and dynamics in live cells, Nature Communications, Vol. 14, 2023, Article No.: 1962 , a confocal iSCAT variant is known in which, as in confocal scanning fluorescence light microscopy, light is focused onto the respective particle with an objective into a focus area and light from the focus area is confocally registered, while a spatial area in which the particle is located is scanned with the focus area. To separate the measurement signal from closely spaced particles, a confocally arranged pinhole with an aperture of 0.3 AU (Airy Units) is used, where 1 AU = 1.22 λ/NA with the numerical aperture NA of the objective. The use of this pinhole, described as almost closed, is said to be possible because the measurement signal is still above the detector noise. For confocal scanning fluorescence light microscopy, a typical size of the confocally arranged pinhole is given as 1.2 AU due to the limited signal-to-noise ratio.

Aus SHAMIR, Joseph: Singular beams in metrology and nanotechnology, Opt. Eng. 51(7) 073605 (6 July 2012 ) ist die Nutzung optischer Singularitäten zur Bestimmung einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts bekannt. Unter optischen Singularitäten werden lokalisierte Regionen in einem Lichtfeld verstanden, in denen ein oder mehrere Feldparameter, wie beispielsweise die Phase oder Polarisation, in einer Nullstelle singulär werden, d. h. eine Singularität aufweisen. Wenn das Lichtfeld in einen kleinen Spot fokussiert wird, weist das elektromagnetische Feld um die Singularität interessante Eigenschaften auf, insbesondere wenn es mit Materie wechselwirkt. Das von einem Messobjekt in dem stark variierenden optischen Feld um die Singularität gestreute Licht soll extrem empfindlich gegenüber Veränderungen sein und zu Messzwecken mit hoher Empfindlichkeit und zum Studium physikalischer Prozesse auf einer Nanometer-Skala verwendet werden können. Bei der so genannten Singular Beam Metrology (SBM) wird ein Messobjekt mit einem singulären Strahl abgetastet. Dazu werden die Phasenfronten eines einfallenden kohärenten Lichtstrahls mit einer Phasenmaske, die einen Phasensprung von π aufweist, modifiziert und der Lichtstrahl wird fokussiert, so dass der singuläre Strahl, mit dem das Messobjekt abgetastet wird, in einer Detektionsebene eine linienförmige Nullstelle zwischen zwei angrenzenden Intensitätsmaxima aufweist. In Transmissions-Konfiguration hinter dem Messobjekt ist ein Detektor angeordnet. Wenn ein kleiner Detektor im dunklen Bereich der Nullstelle der Intensitätsverteilung angeordnet ist, streut ein kleines Messobjekt Licht in den Detektor, ähnlich wie bei der Dunkelfeldmikroskopie. Wegen der von dem Objekt induzierten Phasenstörung ist der Detektor ist auch empfindlich gegenüber einer kleinen Verschiebung des gesamten Musters. Zwei über den an die Nullstelle angrenzenden Bereichen mit hohen Gradienten der Lichtintensität angeordnete Detektoren erhöhen die Empfindlichkeit gegenüber solchen Änderungen. Wenn die beiden Detektoren differenzial verschaltet werden, wird die Messordnung gegenüber Lichtintensitätsfluktuationen und Rauschen weitgehend immun.Out of SHAMIR, Joseph: Singular beams in metrology and nanotechnology, Opt. Eng. 51(7) 073605 (July 6, 2012 ) the use of optical singularities to determine a measurand of a light-scattering measurement object is known. Optical singularities are localized regions in a light field in which one or more field parameters, such as the phase or polarization, become singular at a zero point, i.e. exhibit a singularity. If the light field is focused into a small spot, the electromagnetic field around the singularity exhibits interesting properties, particularly when it interacts with matter. The light scattered by a measurement object in the strongly varying optical field around the singularity is said to be extremely sensitive to changes and can be used for measurement purposes with high sensitivity and for studying physical processes on a nanometer scale. In so-called singular beam metrology (SBM), a measurement object is scanned with a singular beam. To do this, the phase fronts of an incident coherent light beam are modified with a phase mask exhibiting a phase shift of π, and the light beam is focused so that the singular beam scanning the target exhibits a linear zero between two adjacent intensity maxima in a detection plane. A detector is arranged behind the target in a transmission configuration. If a small detector is positioned in the dark region of the zero of the intensity distribution, a small target scatters light into the detector, similar to dark-field microscopy. Due to the phase disturbance induced by the target, the detector is also sensitive to a small shift of the entire pattern. Two detectors positioned over the regions adjacent to the zero with high light intensity gradients increase the sensitivity to such changes. If the two detectors are differentially connected, the measurement system becomes largely immune to light intensity fluctuations and noise.

Ein Verfahren zur Partikelgrößen- und -konzentrationsmessung, das von der SBM in Transmissions-Konfiguration unter Verwendung von zwei differenzial verschalteten Detektoren Gebrauch macht, ist auch aus der US 2008 / 0037004 A1 bekannt.A method for particle size and concentration measurement, which uses the SBM in transmission configuration using two differentially connected detectors, is also known from US 2008 / 0037004 A1 known.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts aufzuzeigen, bei dem das Signal zu Rauschen-Verhältnis des Messsignals durch signifikante Reduktion des Rauschens verbessert ist.The invention is based on the object of demonstrating a method for measuring a measured variable of a light-scattering measurement object, in which the signal-to-noise ratio of the measurement signal is improved by significantly reducing the noise.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The object of the invention is achieved by a method having the features of independent patent claim 1. The dependent patent claims relate to preferred embodiments of the method according to the invention.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts wird kohärentes Licht aus einer Beleuchtungsrichtung derart in eine Fokalebene eines Objektivs fokussiert, dass das kohärente Licht in einer Querrichtung, die quer zu der Beleuchtungsrichtung in der Fokalebene verläuft, eine Phasensingularität mit einem Phasensprung von (2m+1)π, wobei m eine ganze Zahl ist, und eine zu der Phasensingularität symmetrische Lichtintensitätsverteilung aufweist. Das Messobjekt wird in der Querrichtung mit der Phasensingularität abgetastet. Ein Anteil des Lichts, der von dem Messobjekt entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreut wird, wird mit einem konfokal zu der Phasensingularität angeordneten Punkt- oder Liniendetektor registriert. Wenn der Liniendetektor verwendet wird, wird er an eine Form und eine Orientierung der Phasensingularität in der Fokalebene angepasst. Ein Verlauf der Intensität des registrierten Anteils des zurückgestreuten Lichts über den Positionen der Phasensingularität in der Querrichtung wird ausgewertet, und aus dem Verlauf wird auf den Wert der interessierenden Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung geschlossen. Insbesondere kann durch Vergleich mit Vergleichsverläufen für bekannte Werte der Messgröße von Vergleichsobjekten in der Querrichtung auf dem interessierenden Wert der Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung geschlossen werden.In a method according to the invention for measuring a measurand of a light-scattering measurement object, coherent light from an illumination direction is focused into a focal plane of an objective lens such that the coherent light has a phase singularity in a transverse direction, which runs transversely to the illumination direction in the focal plane, with a phase jump of (2m+1)π, where m is an integer, and a light intensity distribution symmetrical to the phase singularity. The measurement object is scanned in the transverse direction with the phase singularity. A portion of the light that is backscattered by the measurement object opposite to the illumination direction is recorded with a point or line detector arranged confocally to the phase singularity. If the line detector is used, it is adapted to the shape and orientation of the phase singularity in the focal plane. A curve of the intensity of the recorded portion of the backscattered light over the positions of the phase singularity in the transverse direction is evaluated, and the value of the measured quantity of interest of the measurement object in the transverse direction is deduced from this curve. In particular, the value of interest of the measured quantity of the measurement object in the transverse direction can be deduced by comparing the curves with reference curves for known values of the measured quantity of comparison objects in the transverse direction.

Die Phasensingularität mit dem Phasensprung von π oder einem ungeradzahligen Vielfachen von π, die das kohärente Licht in der Querrichtung aufweist, hat zur Folge, dass sich Anteile des kohärenten Lichts, die von beiden Seiten der Phasensingularität zurückgestreut werden, auf dem Punkt- oder Liniendetektor, auf den im Folgenden ohne Unterscheidung zwischen Punkt- und Liniendetektor als „Detektor“ Bezug genommen wird, destruktiv überlagern. Dasselbe gilt auch für auf beiden Seiten der Phasensingularität reflektierte Anteile des kohärenten Lichts. Da zudem die Lichtintensitätsverteilung des kohärenten Lichts zu der Phasensingularität symmetrisch ist, löschen sich dann, wenn die entsprechenden Streuzentren und Reflektoren auf beiden Seiten der Phasensingularität homogen oder zumindest gleich verteilt sind, die von beiden Seiten der Phasensingularität stammenden zurückgestreuten beziehungsweise zurückreflektierten Anteile des kohärenten Lichts auf dem Detektor gegenseitig aus. Auf diese Weise wird der Signaluntergrund, das heißt die Intensität des zurückgestreuten oder -reflektierten Lichts auf dem Detektor im Idealfall auf null reduziert.The phase singularity with the phase jump of π or an odd multiple of π, which the coherent light exhibits in the transverse direction, results in the destructive superposition of components of the coherent light that are backscattered from both sides of the phase singularity on the point or line detector, which will be referred to as the "detector" without distinction between point and line detectors. The same applies to components of the coherent light reflected on both sides of the phase singularity. Furthermore, since the light intensity distribution of the coherent light is symmetrical to the phase singularity, if the corresponding scattering centers and reflectors on both sides of the phase singularity are homogeneous or at least equally distributed, the backscattered or reflected components of the coherent light originating from both sides of the phase singularity cancel each other out on the detector. In this way, the signal background, i.e. the intensity of the backscattered or reflected light on the detector, is ideally reduced to zero.

Durch das lichtstreuende Messobjekt kommt es beim Abtasten in der Querrichtung zu einer Ungleichverteilung des von beiden Seiten der Phasensingularität zurückgestreuten Lichts. Diese Ungleichverteilung tritt allerdings nicht auf, wenn die Phasensingularität mit dem Schwerpunkt des Streuquerschnitts des lichtstreuenden Messobjekts oder eines lichtstreuenden Merkmals des lichtstreuenden Messobjekts zusammenfällt, sondern dann, wenn dieser Schwerpunkt und insbesondere wenn das gesamte lichtstreuende Messobjekts oder das gesamte lichtstreuende Merkmal des lichtstreuenden Messobjekts in der Querrichtung auf einer Seite der Phasensingularität liegt. Das lichtstreuende Messobjekt beziehungsweise lichtstreuende Merkmal des lichtstreuenden Messobjekts führt also zu einem Messsignal, das zwischenzeitlich zu null wird, wenn der Schwerpunkt seines Streuquerschnitts und die Phasensingularität in der Querrichtung zusammenfallen.The light-scattering measurement object causes an uneven distribution of the light scattered from both sides of the phase singularity when scanning in the transverse direction. However, this uneven distribution does not occur when the phase singularity coincides with the centroid of the scattering cross section of the light-scattering measurement object or a light-scattering feature of the light-scattering measurement object, but rather when this centroid, and in particular when the entire light-scattering measurement object or the entire light-scattering feature of the light-scattering measurement object lies on one side of the phase singularity in the transverse direction. The light-scattering measurement object or the light-scattering feature of the light-scattering measurement object therefore leads to a measurement signal that temporarily becomes zero when the centroid of its scattering cross section and the phase singularity coincide in the transverse direction.

Praktisch kann der Verlauf des Messsignals über den Positionen der Phasensingularität in der Querrichtung von Rauschen überlagert sein, weil die Streuzentren und Reflektoren auf beiden Seiten der Phasensingularität doch nicht gleichverteilt sind. Dieses Rauschen kann jedoch anhand der Intensität des mit dem Detektor registrierten Lichts beim Zusammenfallen von Streuquerschnitt des lichtstreuenden Messobjekts und der Phasensingularität abgeschätzt werden. So kann eine Korrektur der Intensität des registrierten Lichts erfolgen. Oftmals kann aber auch schon ohne eine solche Korrektur durch Vergleich mit Vergleichsverläufen für bekannte Werte der Messgröße von Vergleichsobjekten in der Querrichtung aus dem Verlauf der Intensität des registrierten Anteils des zurückgestreuten Lichts über den Positionen der Phasensingularität in der Querrichtung erfolgreich auf den Wert der Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung geschlossen werden. Eine entsprechende Auswerteroutine kann durch Machine Learning trainiert werden.In practice, the course of the measurement signal over the positions of the phase singularity in the transverse direction can be overlaid with noise because the scattering centers and reflectors on either side of the phase singularity are not evenly distributed. However, this noise can be estimated based on the intensity of the light registered by the detector when the scattering cross section of the light-scattering measurement object and the phase singularity coincide. This allows a correction of the intensity of the registered light. Often, however, even without such a correction, the value of the measurement variable of the measurement object in the transverse direction can be successfully deduced from the course of the intensity of the registered portion of the backscattered light over the positions of the phase singularity in the transverse direction by comparing it with comparison curves for known values of the measurement variable of comparison objects in the transverse direction. A corresponding evaluation routine can be trained using machine learning.

Die Phasensingularität mit der zu der Phasensingularität symmetrischen Lichtintensitätsverteilung ist in grundsätzlich bekannter Weise realisierbar, indem eine Lichtintensitätsverteilung des kohärenten Lichts mit zentraler Nullstelle in der Fokalebene ausgebildet wird, wenn dazu die Phasenfronten des kohärenten Lichts vor dem Fokussieren mit einem entsprechenden Phasensprung versehen werden. Konkrete Beispiele hierfür sind dem Fachmann aus dem Bereich der STED-Fluoreszenzlichtmikroskopie zur Formung der Intensitätsverteilung des STED-Lichts oder aus der MINFLUX-Fluoreszenzlichtmikroskopie zur Formung der Intensitätsverteilung des Anregungslichts jeweils mit einer zentralen Nullstelle bekannt. In der Regel fällt also die Phasensingularität mit einer zentralen Nullstelle der Intensitätsverteilung des kohärenten Lichts in der Fokalebene zusammen.The phase singularity with the light intensity distribution symmetrical to the phase singularity can be realized in a fundamentally known manner by forming a light intensity distribution of the coherent light with a central zero in the focal plane. For this purpose, the phase fronts of the coherent light are provided with a corresponding phase shift before focusing. Specific examples of this are known to those skilled in the art from the field of STED fluorescence light microscopy for shaping the intensity distribution of the STED light or from MINFLUX fluorescence light microscopy for shaping the intensity distribution of the excitation light, each with a central zero. As a rule, the phase singularity therefore coincides with a central zero of the intensity distribution of the coherent light in the focal plane.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist eine lichtempfindliche Fläche des Punkt- oder Liniendetektors in der Querrichtung eine Ausdehnung von nicht mehr als Mλ/3NA auf. Dabei ist M ein Vergrößerungsfaktor zwischen der Fokalebene des Objektivs und dem Punkt- oder Liniendetektor; λ ist die Wellenlänge des kohärenten Lichts; und NA ist die numerische Apertur des Objektivs. Diese numerische Apertur NA ist gleich nsinα, wobei n der Brechungsindex des optischen Materials zwischen dem Messobjekt und dem Objektiv ist und α der halbe Öffnungswinkel des Objektivs ist. In Airy Units (AU) mit 1 AU = 1,22 λ/NA ist λ/3NA gleich 0,27 AU, also kleiner als 0,30 AU. Diese sehr kleine lichtempfindliche Fläche des Detektors in der Querrichtung stellt sicher, dass sich die Anteile des kohärenten Lichts, die von über beide Seiten der Phasensingularität gleichverteilten Streuzentren oder Reflektoren auf den Detektor gelangen, auf der lichtempfindlichen Fläche des Detektor durch destruktive Interferenz auslöschen. Ideale Voraussetzungen hierfür werden bei noch kleinerer Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des Detektors in der Querrichtung von nicht mehr als Mλ/4NA gleich 0,20 AU, von nicht mehr als Mλ/5NA gleich 0,16 AU, von nicht mehr als Mλ/6NA gleich 0,14 AU, von nicht mehr als Mλ/7NA gleich 0,12 AU oder von nicht mehr als Mλ/8NA gleich 0,10 AU aufweist. Allerdings geht mit der Fläche des Detektors auch die Anzahl der registrierten Photonen zurück. Dieser Effekt kann zwar durch eine Erhöhung der Intensität des kohärenten Lichts über große Intensitätsbereiche hinweg ausgeglichen werden. Es erweist sich jedoch in der Regel als nicht praktikabel, die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des Detektors in der Querrichtung kleiner als Mλ/16NA, das heißt kleiner als 0,05 AU, oder gar kleiner als Mλ/32NA, das heißt kleiner als 0,025 AU zu wählen.In the method according to the invention, a light-sensitive surface of the point or line detector has an extension in the transverse direction of no more than Mλ/3NA. Here, M is a magnification factor between the focal plane of the objective and the point or line detector; λ is the wavelength of the coherent light; and NA is the numerical aperture of the objective. This numerical aperture NA is equal to nsinα, where n is the refractive index of the optical material between the measurement object and the objective and α is half the aperture angle of the objective. In Airy Units (AU), with 1 AU = 1.22 λ/NA, λ/3NA is equal to 0.27 AU, i.e., less than 0.30 AU. This very small light-sensitive area of the detector in the transverse direction ensures that the portions of the coherent light that reach the detector from scattering centers or reflectors evenly distributed on both sides of the phase singularity, on the light-sensitive surface of the detector are canceled out by destructive interference. Ideal conditions for this are achieved with an even smaller extension of the light-sensitive surface of the detector in the transverse direction of no more than Mλ/4NA equal to 0.20 AU, no more than Mλ/5NA equal to 0.16 AU, no more than Mλ/6NA equal to 0.14 AU, no more than Mλ/7NA equal to 0.12 AU or no more than Mλ/8NA equal to 0.10 AU. However, as the area of the detector decreases, so does the number of registered photons. This effect can be compensated for by increasing the intensity of the coherent light over large intensity ranges. However, it is usually not practical to choose the extension of the light-sensitive area of the detector in the transverse direction smaller than Mλ/16NA, i.e. smaller than 0.05 AU, or even smaller than Mλ/32NA, i.e. smaller than 0.025 AU.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mindestens ein weiterer entgegen der Beleuchtungsrichtung gestreuter Anteil des Lichts mit mindestens einem weiteren Punkt- oder Liniendetektor registriert werden, der konfokal zu einem Bereich der Fokalebene angeordnet ist. Bei diesem Bereich der Fokalebene kann es sich um die Phasensingularität handeln.In the method according to the invention, at least one additional portion of the light scattered counter to the illumination direction can be registered with at least one additional point or line detector arranged confocally to a region of the focal plane. This region of the focal plane can be the phase singularity.

Eine lichtempfindliche Fläche des mindestens einen weiteren Punkt- oder Liniendetektors kann in der Querrichtung eine Ausdehnung aufweisen, die mindestens 1,5-mal so groß ist wie die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des Detektors in der Querrichtung. Vorzugsweise ist die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des weiteren Detektors in der Querrichtung mindestens 2-mal so groß, mehr bevorzugt mindestens 3-mal so groß, und noch mehr bevorzugt mindestens 4-mal so groß, mindestens 5-mal so groß oder mindestens 6-mal so groß wie die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des Detektors in der Querrichtung. Absolut betrachtet beträgt die Ausdehnung des weiteren Punkt- oder Liniendetektors in der Querrichtung typischerweise nicht mehr als 3 Mλ/NA und vorzugsweise nicht mehr als 2 Mλ/NA. Die lichtempfindliche Fläche weist damit eine Ausdehnung in de Querrichtung auf, die derjenigen einer typischen konfokal angeordneten Lochblende in der konfokalen Rasterfluoreszenzlichtmikroskopie entspricht oder auch kleiner ist.A light-sensitive area of the at least one further point or line detector can have an extension in the transverse direction that is at least 1.5 times as large as the extension of the light-sensitive area of the detector in the transverse direction. Preferably, the extension of the light-sensitive area of the further detector in the transverse direction is at least 2 times as large, more preferably at least 3 times as large, and even more preferably at least 4 times as large, at least 5 times as large, or at least 6 times as large as the extension of the light-sensitive area of the detector in the transverse direction. In absolute terms, the extension of the further point or line detector in the transverse direction is typically no more than 3 Mλ/NA and preferably no more than 2 Mλ/NA. The light-sensitive area thus has an extension in the transverse direction that corresponds to or is smaller than that of a typical confocally arranged pinhole in confocal scanning fluorescence light microscopy.

Der weitere Detektor erfasst mehr Licht aus den auf beiden Seiten an die Phasensingularität angrenzenden Bereichen der Lichtintensitätsverteilung des kohärenten Lichts in der Fokalebene. Dieses Licht kann zusätzliche Informationen über die interessierende Messgröße des Messobjekts enthalten. Wenn der weitere Detektor konfokal zu einem Teilbereich eines in der Fokalebene in der Querrichtung an die Phasensingularität angrenzenden Intensitätsmaximums der Intensitätsverteilung des kohärenten Lichts angeordnet ist, kann der weitere Detektor dieses Licht auch dann und insbesondere selektiv erfassen, wenn seine lichtempfindliche Fläche nicht größer als die lichtempfindliche Fläche des konfokal zu der Phasensingularität angeordneten Detektors ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei weitere Detektoren konfokal zu Teilbereichen der Fokalebene auf beiden Seiten der Phasensingularität angeordnet.The additional detector detects more light from the regions of the light intensity distribution of the coherent light in the focal plane adjacent to the phase singularity on both sides. This light can contain additional information about the measurement parameter of interest on the measurement object. If the additional detector is arranged confocally to a sub-region of an intensity maximum of the intensity distribution of the coherent light adjacent to the phase singularity in the focal plane in the transverse direction, the additional detector can detect this light, in particular selectively, even if its light-sensitive area is no larger than the light-sensitive area of the detector arranged confocally to the phase singularity. In a preferred embodiment, two additional detectors are arranged confocally to sub-regions of the focal plane on both sides of the phase singularity.

Beim Schließen auf den Wert der Messgröße kann der Verlauf der Intensität des registrierten Anteils mit einem Verlauf der Intensität des mindestens einen weiteren registrierten Anteils des kohärenten Lichts verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Verlauf der Intensität des mindestens einen weiteren registrierten Anteils beim Vergleich mit Vergleichsverläufen für bekannte Werte der Messgröße von Vergleichsobjekten berücksichtigt werden. Dazu sind vorzugsweise weitere Vergleichsverläufe für die bekannten Werte der Messgröße der Vergleichsobjekte abgelegt.When inferring the value of the measured quantity, the intensity profile of the recorded component can be compared with the intensity profile of at least one other recorded component of the coherent light. Alternatively or additionally, the intensity profile of the at least one other recorded component can be taken into account when comparing with comparison profiles for known values of the measured quantity of comparison objects. For this purpose, additional comparison profiles for the known values of the measured quantity of the comparison objects are preferably stored.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jeder Punkt- oder Liniendetektor mit Hilfe einer Loch- oder Schlitzblende und/oder mit einer kleinen Anzahl von Pixeln eines Bildsensorarrays ausgebildet werden. Die kleine Anzahl von Pixeln des Bildsensorarrays umfasst vorzugsweise nicht mehr als 21 und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 7 nächstbenachbarte Pixel bei einem Punktdetektor und Pixel in nicht mehr als 5 nächstbenachbarten Reihen von Pixeln, vorzugsweise in nicht mehr als 3 nächstbenachbarten Reihen von Pixeln bei einem Liniendetektor. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die lichtempfindliche Fläche des Detektors durch eine Loch- oder Schlitzblende definiert wird.In the method according to the invention, each point or line detector can be formed using a pinhole or slit aperture and/or with a small number of pixels of an image sensor array. The small number of pixels of the image sensor array preferably comprises no more than 21, and even more preferably no more than 7, nearest adjacent pixels for a point detector and pixels in no more than 5 nearest adjacent rows of pixels, preferably in no more than 3 nearest adjacent rows of pixels for a line detector. However, it is particularly preferred if the light-sensitive area of the detector is defined by a pinhole or slit aperture.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Licht vor dem Fokussieren polarisiert werden; und der entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreute Anteil des Lichts kann polarisationsselektiv registriert werden. Auf diese Weise kann in grundsätzlich bekannter Weise das von dem Messobjekt gestreute Licht von Licht abgetrennt werden das nicht polarisationserhaltend an Streuzentren gestreut, sondern unter Polarisationsänderungen von Reflektoren reflektiert wurde.In the method according to the invention, the light can be polarized before focusing; and the portion of the light scattered back against the direction of illumination can be recorded using polarization-selective methods. In this way, in a generally known manner, the light scattered by the measurement object can be separated from light that was not scattered at scattering centers in a polarization-preserving manner, but was reflected by reflectors with changes in polarization.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren weist das kohärente Licht mindestens eine erste Komponente einer ersten Wellenlänge und eine zweite Komponente einer zweiten Wellenlänge auf, wobei sich die zweite Wellenlänge von der ersten Wellenlänge so unterscheidet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente des entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreuten Anteils des Lichts getrennt registriert werden können. Mit Hilfe der verschiedenen Komponenten des Lichts können verschiedene Werte der Messgröße des Messobjekts für unterschiedliche Wellenlängen des kohärenten Lichts bestimmt werden. So kann beispielsweise eine Chromatizität der interessierenden Messgröße des Messobjekts bestimmt werden.In one embodiment of the method according to the invention, the coherent light has at least a first component of a first wavelength and a second component of a second wavelength, wherein the second wavelength differs from the first wavelength in such a way that the first component and the second component of the portion of the light scattered back against the direction of illumination are registered separately. Using the various components of light, different values of the measured quantity of the measurement object can be determined for different wavelengths of coherent light. For example, the chromaticity of the measured quantity of interest can be determined.

Jede Wellenlänge des kohärenten Lichts kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so ausgewählt werden, dass die nicht in eine Absorptionsbande des Messobjekts fällt und/oder keiner Plasmafrequenz des Messobjekts entspricht. In einer Absorptionsbande und bei der Plasmafrequenz kann die Phase des gestreuten Lichts in einer das erfindungsgemäße Verfahren beeinträchtigenden Weise von dem Messobjekt beeinflusst sein. Zwei Wellenlängen von zwei Komponenten des kohärenten Lichts können mit vorzugsweise gleichem Abstand auf beiden Seiten einer Absorptionsbande oder einer Plasmafrequenz des Messobjekts angeordnet werden.In the method according to the invention, each wavelength of the coherent light can be selected such that it does not fall within an absorption band of the measurement object and/or does not correspond to a plasma frequency of the measurement object. In an absorption band and at the plasma frequency, the phase of the scattered light can be influenced by the measurement object in a way that impairs the method according to the invention. Two wavelengths of two components of the coherent light can be arranged, preferably at equal spacing, on either side of an absorption band or a plasma frequency of the measurement object.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Phasensingularität mit einer in der Beleuchtungsrichtung verlaufenden Linienform oder einer in der Beleuchtungsrichtung und der Querrichtung verlaufenden Blattform ausgebildet werden. So kann das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Tiefenschärfe in der Beleuchtungsrichtung aufweisen. Dabei kann es zur Ausnutzung der Tiefenschärfe vorteilhaft sein, die Lage des jeweiligen Messobjekts in der Beleuchtungsrichtung durch zusätzliche Verfahrensschritte zu erfassen, die auf grundsätzlich bekannten Techniken basieren können. Die derart erfasste Lage des Messobjekts in der Beleuchtungsrichtung kann bei der Auswertung des Verlaufs der Intensität des registrierten Anteils des zurückgestreuten Lichts über den Positionen der Phasensingularität in der Querrichtung berücksichtigt werden.In the method according to the invention, the phase singularity can be formed with a line shape running in the direction of illumination or with a sheet shape running in the direction of illumination and the transverse direction. Thus, the method according to the invention can have a considerable depth of field in the direction of illumination. To utilize the depth of field, it can be advantageous to detect the position of the respective measurement object in the direction of illumination using additional method steps that can be based on fundamentally known techniques. The position of the measurement object in the direction of illumination detected in this way can be taken into account when evaluating the curve of the intensity of the recorded portion of the backscattered light over the positions of the phase singularity in the transverse direction.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Messobjekt vorzugsweise unter verschiedenen Ausrichtungen der Querrichtung mit der Phasensingularität abgetastet. Auf diese Weise kann die Messgröße für die verschiedenen Raumrichtungen bestimmt werden. Unterschiedliche Werte der Messgröße in den verschiedenen Raumrichtungen treten bei allen Messobjekten auf, die nicht rotationssymmetrisch zu einer parallel zu der Beleuchtungsrichtung verlaufenden Rotationsachse ausgebildet sind.In the method according to the invention, the measurement object is preferably scanned at different orientations of the transverse direction with the phase singularity. In this way, the measured variable can be determined for the different spatial directions. Different values of the measured variable in the different spatial directions occur for all measurement objects that are not rotationally symmetrical to a rotation axis running parallel to the illumination direction.

Wie bereits angesprochen wurde, kann das Messobjekt ein nanoskaliges Teilchen sein, wobei die Messgröße eine Ausdehnung des nanoskaligen Teilchens in der Querrichtung ist. In diesem Fall kann eine Schwerpunktposition des nanoskaligen Teilchens in der Querrichtung als die Position bestimmt werden, an der der Verlauf der Intensität des registrierten Anteils des zurückgestreuten Lichts ein lokales Minimum und vorzugsweise eine Nullstelle aufweist. Das lokale Minimum tritt genau dann auf, wenn das gestreute Licht zu gleichen Teilen von beiden Seiten der Phasensingularität stammt.As already mentioned, the measurement object can be a nanoscale particle, where the measurand is the extension of the nanoscale particle in the transverse direction. In this case, a center of gravity position of the nanoscale particle in the transverse direction can be determined as the position at which the intensity profile of the recorded portion of the backscattered light exhibits a local minimum and, preferably, a zero. The local minimum occurs precisely when the scattered light originates equally from both sides of the phase singularity.

Konkret kann das nanoskalige Teilchen an einer Oberfläche angeordnet sein, die einen kleineren Brechungsindex als das nanoskalige Teilchen aufweist, oder das nanoskalige Teilchen kann in einer Flüssigkeit dispergiert werden, die einen kleinere Brechungsindex als das nanoskalige Teilchen aufweist. Der jeweils kleinere Brechungsindex der Oberfläche beziehungsweise der Flüssigkeit sorgt für einen Brechungsindexunterschied des nanoskaligen Teilchens und seiner Umgebung, der Voraussetzung für die Streuung des Lichts ist. Das Teilchen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insoweit nanoskalig, als dass es das kohärente Licht tatsächlich streut, also so klein, dass es zu Rayleigh-Streuung kommt. Dazu muss das nanoskalige Teilchen klein im Vergleich zur Wellenlänge λ des kohärenten Lichts sein.Specifically, the nanoscale particle can be arranged on a surface that has a lower refractive index than the nanoscale particle, or the nanoscale particle can be dispersed in a liquid that has a lower refractive index than the nanoscale particle. The smaller refractive index of the surface or the liquid creates a refractive index difference between the nanoscale particle and its surroundings, which is a prerequisite for the scattering of light. In the method according to the invention, the particle is nanoscale in the sense that it actually scatters the coherent light, i.e., so small that Rayleigh scattering occurs. For this to happen, the nanoscale particle must be small compared to the wavelength λ of the coherent light.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Messobjekt eine Oberfläche und die Messgröße ist eine nanoskalige Strukturierung der Oberfläche in der Querrichtung. Interessierende Werte dieser Messgröße können Raumfrequenzen der Strukturierung in der Querrichtung sein.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the measurement object is a surface, and the measured variable is a nanoscale structuring of the surface in the transverse direction. Values of interest for this measured variable can be spatial frequencies of the structuring in the transverse direction.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Advantageous further developments of the invention emerge from the patent claims, the description and the drawings.

Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.The advantages of features and combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can be used alternatively or cumulatively without the advantages necessarily having to be achieved by embodiments according to the invention.

Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.With regard to the disclosure content - not the scope of protection - of the original application documents and the patent, the following applies: Further features can be found in the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another as well as their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different patent claims is also possible, deviating from the selected references of the patent claims, and is hereby suggested. This also applies to features that are illustrated in separate drawings or mentioned in their description. These features can also be combined with features of different patent claims. Likewise, features listed in the patent claims times for further embodiments of the invention, but this does not apply to the independent patent claims of the granted patent.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Detektor die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Detektor, zwei Detektoren oder mehr Detektoren vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die der Gegenstand des jeweiligen Patentanspruchs aufweist.The number of features mentioned in the patent claims and the description is to be understood as meaning that exactly this number or a greater number than the stated number is present, without the need for the explicit use of the adverb "at least." Thus, for example, if reference is made to one detector, this is to be understood as meaning that exactly one detector, two detectors, or more detectors are present. The features mentioned in the patent claims may be supplemented by further features or may be the only features present in the subject matter of the respective patent claim.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference signs contained in the patent claims do not represent a limitation of the scope of the subject-matter protected by the patent claims. They serve only the purpose of making the patent claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE CHARACTERS

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

  • 1 zeigt verschiedene Auftragungen zu einem bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fokalebene eines Objektivs erzeugten Interferenzmuster von kohärentem Licht. 1A zeigt mit Blickrichtung auf die Fokalebene eine linienförmige Nullstelle und daran in einer Querrichtung beidseitig angrenzende Intensitätsmaxima erster Ordnung sowie beidseitig folgende Intensitätsmaxima zweiter Ordnung. 1B zeigt die Verteilung der Intensität des kohärenten Lichts in einem Schnitt durch die Fokalebene längs der Querrichtung. 1C zeigt die zu der Intensitätsverteilung gemäß 1B zugehörige Amplitudenverteilung des elektrischen Felds des kohärenten Lichts und 1D die zugehörigen Phasen. 1E zeigt die Relativlage eines konfokalen Detektors zu einer zentralen Phasensingularität in der Querrichtung.
  • 2 zeigt zwei Verläufe von Intensitäten von Anteilen des kohärenten Lichts gemäß 1, die von zwei unterschiedlich großen lichtstreuenden Teilchen zurückgestreut und mit dem konfokalen Detektor gemäß 1 beim Abscannen des jeweiligen lichtstreuenden Teilchens mit der Phasensingularität gemäß 1 registriert werden.
  • 3 zeigt schematisch den Aufbau eines konfokalen Rasterlichtmikroskops zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 4 zeigt Details einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4A zeigt zwei nebeneinander in eine Eintrittspupille des Objektivs gerichtete und einen Phasenversatz von π aufweisende Teilstrahlen des kohärenten Lichts. 4B zeigt die resultierende Verteilung der Amplitude des kohärenten Lichts in der Fokalebene des Objektivs längs der Querrichtung, wobei diese Verteilung 1C entspricht; und 4C zeigt die Relativanordnung von drei konfokalen Detektoren zu der Verteilung gemäß 4B.
In the following, the invention is further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
  • 1 shows various plots of an interference pattern of coherent light generated in a focal plane of an objective when carrying out the method according to the invention. 1A When viewed in the direction of the focal plane, it shows a linear zero point and, in a transverse direction, first-order intensity maxima adjacent to it on both sides as well as second-order intensity maxima following on both sides. 1B shows the distribution of the intensity of the coherent light in a section through the focal plane along the transverse direction. 1C shows the intensity distribution according to 1B corresponding amplitude distribution of the electric field of the coherent light and 1D the corresponding phases. 1E shows the relative position of a confocal detector to a central phase singularity in the transverse direction.
  • 2 shows two curves of intensities of parts of the coherent light according to 1 which are scattered back by two differently sized light-scattering particles and detected by the confocal detector according to 1 when scanning the respective light-scattering particle with the phase singularity according to 1 be registered.
  • 3 shows schematically the structure of a confocal scanning light microscope for carrying out the method according to the invention.
  • 4 shows details of another embodiment of the method according to the invention. 4A shows two partial beams of coherent light directed side by side into an entrance pupil of the objective and having a phase shift of π. 4B shows the resulting distribution of the amplitude of the coherent light in the focal plane of the lens along the transverse direction, this distribution 1C corresponds; and 4C shows the relative arrangement of three confocal detectors to the distribution according to 4B .

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

Das in den 1A bis 1D in unterschiedlichen Aspekten illustrierte Interferenzmuster 10 von kohärentem Licht in einer Fokalebene eines das kohärente Licht fokussierenden Objektivs wird wegen der Form seiner eine linienförmige Nullstelle 1 beidseitig begrenzenden Intensitätsmaxima 2 auch als „Brötchen-Mode“ bezeichnet. Die 1A und 1B, die die Intensitätsverteilung des kohärenten Lichts in der Fokalebene und längs der Querrichtung x zu der linienförmigen Nullstelle 1 beschreiben, lassen anders als die Darstellung der Amplitude A des elektrischen Felds des Lichts gemäß 1C nicht erkennen, dass sich das Vorzeichen der Amplitude, „-“ beziehungsweise „+“, in der Nullstelle 1, die eine Nullstelle nullter Ordnung ist, und auch in Nullstellen 2 zwischen den Maxima 2 erster Ordnung und sich in der Querrichtung x anschließenden Maxima 4 zweiter Ordnung umkehrt. Hieraus resultiert die Phasenverteilung gemäß 1D mit einer Phasensingularität 5 in Form eines Phasensprungs von π oder einem ungeradzahligen Vielfachen von π in der Nullstelle 1. Zu dieser Phasensingularität 5 ist die Lichtintensitätsverteilung gemäß 1A und 1B in der Querrichtung x betrachtet, symmetrisch. Von beiden Seiten der Phasensingularität 5 aus der Fokaleben zurückgestreutes Licht überlagert sich auf Grund des Phasensprungs auf einem gemäß 1E konfokal zu der Phasensingularität 5 angeordneten Detektor 6 destruktiv. Dasselbe gilt für von beiden Seiten der Phasensingularität 5 aus der Fokalebene zurückreflektiertes Licht. Wenn die entsprechenden Streuzentren, die das Licht zurückstreuen, beziehungsweise Reflektoren, die das Licht zurückreflektieren, auf beiden Seiten der Phasensingularität 5 in der Fokalebne gleich verteilt sind, führt diese destruktive Überlagerung zu einem Auslöschen des gestreuten Lichts und des reflektierten Lichts auf dem Detektor 6. Wenn jedoch die Gleichverteilung der Streuung beziehungsweise Reflektion durch ein lichtstreuendes Teilchen im Bereich des Interferenzmusters des kohärenten Lichts gestört wird, registriert der Detektor 6 ein Messsignal in Form der Intensität des nicht ausgelöschten Lichts. Wenn das lichtstreuende Teilchen mit der Phasensingularität 5 in der Querrichtung x abgetastet wird, ist der resultierende Verlauf der Intensität des von dem Detektor 6 registrierten rückgestreuten Anteils des Lichts abhängig von der Ausdehnung des Teilchens in der Querrichtung x. In 1E ist der Detektor 6 als Photonenvervielfacherröhre (Photon multiplier tube - PMT) 7 mit vorgeschalteter Lochblende 8 mit einer Blendenöffnung 9 illustriert. Die Blendenöffnung 9 ist konfokal zu der Phasensingularität 5 angeordnet und ihre Größe bestimmt die lichtempfindliche Fläche des Detektors 6. Die Ausdehnung dieser lichtempfindlichen Fläche 6 in der Querrichtung x ist, um die erläuterte Auslöschung von um die Phasensingularität 5 gleich verteilter Rückstreuung von Licht zu bewirken, mit nicht mehr als Mλ/4NA und vorzugsweise nicht mehr als Mλ/6NA vergleichsweise klein. Dabei ist M die Vergrößerung zwischen der Fokalebene des Objektivs und dem Detektor 6, λ die Wellenlänge des Lichts und NA die numerische Apertur des Objektivs.The 1A until 1D The interference pattern 10 of coherent light in a focal plane of a lens focusing the coherent light, illustrated in different aspects, is also called the “bun mode” due to the shape of its intensity maxima 2 that border a linear zero point 1 on both sides. 1A and 1B , which describe the intensity distribution of the coherent light in the focal plane and along the transverse direction x to the line-shaped zero point 1, unlike the representation of the amplitude A of the electric field of the light according to 1C not recognize that the sign of the amplitude, "-" or "+", is reversed in zero 1, which is a zero-order zero, and also in zero 2 between the first-order maxima 2 and the second-order maxima 4 following in the transverse direction x. This results in the phase distribution according to 1D with a phase singularity 5 in the form of a phase jump of π or an odd multiple of π in the zero 1. For this phase singularity 5, the light intensity distribution is according to 1A and 1B symmetrical in the transverse direction x. Light scattered back from the focal plane from both sides of the phase singularity 5 is superimposed due to the phase jump on a 1E confocally arranged to the phase singularity 5, the detector 6 is destructive. The same applies to light reflected back from the focal plane from both sides of the phase singularity 5. If the corresponding scattering centers that scatter the light back, or reflectors that reflect the light back, are equally distributed on both sides of the phase singularity 5 in the focal plane, this destructive superposition leads to an extinction of the scattered light and the reflected light on the detector 6. However, if the uniform distribution of the scattering or reflection is disturbed by a light-scattering particle in the area of the interference pattern of the coherent light, the detector 6 registers a measurement signal in the form of the intensity of the non- extinguished light. If the light-scattering particle with the phase singularity 5 is scanned in the transverse direction x, the resulting intensity profile of the backscattered portion of the light registered by the detector 6 depends on the extension of the particle in the transverse direction x. In 1E The detector 6 is illustrated as a photon multiplier tube (PMT) 7 with an upstream pinhole 8 having an aperture 9. The aperture 9 is arranged confocally to the phase singularity 5, and its size determines the light-sensitive area of the detector 6. The extent of this light-sensitive area 6 in the transverse direction x is comparatively small, at no more than Mλ/4NA and preferably no more than Mλ/6NA, in order to effect the explained extinction of backscattering of light evenly distributed around the phase singularity 5. M is the magnification between the focal plane of the objective and the detector 6, λ is the wavelength of the light, and NA is the numerical aperture of the objective.

2 zeigt zwei Verläufe 11 und 12 der von dem Detektor 6 registrierten Intensität IReg des von zwei unterschiedlich großen lichtstreuenden Teilchen zurückgestreuten Anteils des Lichts, wenn diese jeweils mit der Phasensingularität 5 in der Querrichtung x angetastet werden. Wenn die Phasensingularität 5 mit einer Schwerpunktposition P des jeweiligen Teilchens zusammenfällt, weist der jeweilige Verlauf 11 beziehungsweise 12 eine Nullstelle auf, weil dann das von dem jeweiligen Teilchen 11 zurückgestreute und auf den Detektor 6 fallende Licht zu gleichen Teilen von beiden Seiten der Phasensingularität 5 stammt und sich damit auf dem Detektor 6 auslöscht. Sobald sich jedoch das jeweilige Teilchen in der Querrichtung x überwiegend oder ganz auf einer Seite der Singularität 5 befindet, tritt diese Auslöschung nicht auf, und mit dem Detektor 6 wird eine ansteigende Intensität IReg registriert, die dann wieder abfällt, wenn das jeweilige lichtstreuende Teilchen den Bereich einer der Nullstellen 3 erster Ordnung erreicht. Aus dem jeweiligen Verlauf 11 beziehungsweise 12 sind Rückschlüsse auf die Größe des jeweiligen lichtstreuenden Teilchens möglich, von dem das Licht zurückgestreut wird. Diese Rückschlüsse können praktisch dadurch gezogen werden, dass die Verläufe 11 und 12 mit Vergleichsverläufen verglichen werden, die zu Teilchen bekannter Größe aufgenommen wurden. Dabei kann die Zuordnung der Größe zu dem jeweiligen Verlauf 11 und 12 durch einen Kl-Algorithmus erfolgen, der mit Hilfe der Vergleichsverläufe im Rahmen von sogenanntem Machine Learning trainiert wurde. Die in 2 gezeigten Verläufe 11 und 12 sind schematisch zu verstehen und müssen nicht in jedem Detail realen Verläufen der mit den Detektor 6 registrierten Intensitäten IReg entsprechen. 2 shows two curves 11 and 12 of the intensity I Reg of the portion of light backscattered by two differently sized light-scattering particles, as recorded by the detector 6, when these are each scanned by the phase singularity 5 in the transverse direction x. If the phase singularity 5 coincides with a center of gravity position P of the respective particle, the respective curve 11 or 12 has a zero point, because the light backscattered by the respective particle 11 and incident on the detector 6 then originates equally from both sides of the phase singularity 5 and is thus canceled out on the detector 6. However, as soon as the respective particle is located predominantly or entirely on one side of the singularity 5 in the transverse direction x, this cancellation does not occur, and the detector 6 registers an increasing intensity I Reg , which then decreases again when the respective light-scattering particle reaches the region of one of the first-order zero points 3. From the respective curves 11 and 12, conclusions can be drawn about the size of the respective light-scattering particle from which the light is scattered. These conclusions can be drawn practically by comparing curves 11 and 12 with reference curves recorded for particles of known size. The assignment of the size to the respective curves 11 and 12 can be performed by a Kl algorithm, which was trained using the reference curves as part of so-called machine learning. 2 The curves 11 and 12 shown are to be understood schematically and do not have to correspond in every detail to real curves of the intensities I Reg registered with the detector 6.

3 zeigt ein konfokales Rasterlichtmikroskop 13, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Das kohärente Licht 14 wird von einem Laser 15 bereitgestellt und mit einer nur unvollständig dargestellten Aufweiteoptik 16 zu einem aufgeweiteten kollimierten Strahl 17 aufgeweitet. Die Phasenfronten des aufgeweiteten kollimierten Strahls 17 werden mit einer Phasenplatte 18 moduliert, die den Phasenfronten einen den Strahlquerschnitt halbierenden Phasensprung von π aufprägt. Durch einen Strahlteiler 19 tritt das Licht in eine Eintrittspupille des Objektivs 20 ein, das das Licht in einer Beleuchtungsrichtung in seine Fokalebene 21 fokussiert. In der Fokalebene 21 bildet sich das Interferenzmuster 10 mit der zentralen Phasensingularität 5 aus. In 3 ist gemäß 1C über der Querrichtung x die Amplitude A des Lichts in der Fokalebene 21 aufgetragen. Ein entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreuter Anteil 22 des Lichts gelangt durch das Objektiv 20, über den Strahlteiler 19 und durch eine Fokussieroptik 23 auf dem Detektor 6 mit der Lochblende 8, deren Blendenöffnung 9 konfokal zu der Phasensingularität 5 in der Fokalebene 21 angeordnet ist. In 3 ist ein Scanner des Rasterlichtmikroskops, mit dem ein lichtstreuendes Teilchen mit der Phasensingularität 5 in der Querrichtung x abgetastet wird, nicht gezeigt. Ein solcher Scanner kann ein optischer Scanner sein, der im Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 19 und dem Objektiv 20 angeordnet ist und so auch das zurückgestreute Licht entscannt. Alternativ oder zusätzlich kann der Scanner ein mechanischer Scanner sein, der eine Probe mit dem Teilchen gegenüber dem Objektiv 20 bewegt. Weiterhin kann der Strahlteiler ein Polarisationsstrahlteiler sein oder das mit dem Objektiv 20 in die Fokalebene 21 fokussierte Licht auf andere Weise polarisiert sein, wobei der zurückgestreute Anteil 22 des Lichts polarisationsselektiv registriert wird. Dabei kann ein Polarisationsstrahlteiler in grundsätzlich bekannter Weise mit einer λ/4-Platte im Strahlengang zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem Objektiv 20 kombiniert werden, wobei die λ/4-Platte vorzugsweise um die Strahlachse drehbar ist. Durch polarisiertes kohärentes Licht 14 und polarisationsselektive Registrierung seines zurückgestreuten Anteils 22 kann das von dem interessierenden Teilchen zurückgestreute Licht von aus der Umgebung des Teilchens reflektiertem Licht abgetrennt werden, wenn letzteres bei seiner Reflektion eine Polarisationsänderung erfährt. 3 shows a confocal scanning light microscope 13 with which the method according to the invention can be carried out. The coherent light 14 is provided by a laser 15 and expanded into an expanded, collimated beam 17 by an only partially shown expansion optics 16. The phase fronts of the expanded, collimated beam 17 are modulated by a phase plate 18, which imposes a phase shift of π on the phase fronts, halving the beam cross-section. The light enters an entrance pupil of the objective 20 through a beam splitter 19, which focuses the light in one illumination direction into its focal plane 21. The interference pattern 10 with the central phase singularity 5 is formed in the focal plane 21. 3 is in accordance with 1C The amplitude A of the light in the focal plane 21 is plotted over the transverse direction x. A portion 22 of the light scattered back against the direction of illumination passes through the lens 20, via the beam splitter 19 and through a focusing optics 23 on the detector 6 with the pinhole 8, whose aperture 9 is arranged confocally to the phase singularity 5 in the focal plane 21. In 3 A scanner of the scanning light microscope, with which a light-scattering particle with the phase singularity 5 is scanned in the transverse direction x, is not shown. Such a scanner can be an optical scanner arranged in the beam path between the beam splitter 19 and the objective 20 and thus also descans the backscattered light. Alternatively or additionally, the scanner can be a mechanical scanner that moves a sample with the particle relative to the objective 20. Furthermore, the beam splitter can be a polarization beam splitter, or the light focused into the focal plane 21 by the objective 20 can be polarized in another way, with the backscattered portion 22 of the light being registered in a polarization-selective manner. In this case, a polarization beam splitter can be combined in a fundamentally known manner with a λ/4 plate in the beam path between the polarization beam splitter and the objective 20, wherein the λ/4 plate is preferably rotatable about the beam axis. By means of polarized coherent light 14 and polarization-selective registration of its backscattered portion 22, the light backscattered by the particle of interest can be separated from light reflected from the environment of the particle if the latter undergoes a change in polarization upon reflection.

4A zeigt die Eintrittspupille 24 des Objektivs 20, in die hier zwei Teilstrahlen 25 und 26 des kohärenten Lichts 14 gerichtet werden, die zueinander ein Phasenversatz von π aufweisen. Auch hieraus resultiert ein Interferenzmuster mit einer zentralen Intensitätsnullstelle 1, an der die Phasensingularität 5 mit dem Phasensprung von π auftritt, und mit angrenzenden Intensitätsmaxima 2 erster Ordnung sowie folgenden Intensitätsnullstellen 3 erster Ordnung und Intensitätsmaxima 4 zweiter Ordnung. 4B zeigt die entsprechende Verteilung der Amplitude A des elektrischen Felds des Lichts 14 aufgetragen über der Querrichtung x. 4C zeigt neben dem Detektor 6, dessen Lochblende 8 die konfokal zu der Phasensingularität 5 angeordnete Blendeöffnung 9 aufweist, zwei weitere Detektoren 27 mit Photonenvervielfacherröhren 28 und Lochblenden 29, deren Blendenöffnungen 30 jeweils konfokal zu einem Teilbereich eines der Intensitätsmaxima 2 erster Ordnung angeordnet sind. Darüber hinaus sind die Blendenöffnungen 30 deutlich größer als die Blendenöffnung 9. Mit den weiteren Detektoren 27 werden weitere Anteile des von einem lichtstreuenden Teilchen zurückgestreuten Lichts beim Abtasten des Teilchens mit der Phasensingularität 5 registriert. Daraus resultieren weitere Informationen für die Bestimmung der Größe des Teilchens. Bei den lichtstreuenden Teilchen, deren Größe mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann, handelt es sich um kleine Teilchen, die das Licht 14 durch Rayleigh-Streuung zurückstreuen, oder auch um entsprechend kleine lichtstreuende Merkmale einer lichtstreuenden Oberfläche. Im letzteren Fall kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Strukturierung der lichtstreuenden Oberfläche in der Querrichtung bestimmt werden, beispielsweise hinsichtlich der Raumfrequenzen der Strukturierung. 4A shows the entrance pupil 24 of the objective 20, into which two partial beams 25 and 26 of the coherent light 14 are directed, which have a phase shift of π. This also results in an interference pattern with a central intensity zero 1, at which the phase singularity 5 with the phase jump of π occurs, and with adjacent first-order intensity maxima 2 and subsequent intensity zeros 3 first order and second order intensity maxima 4. 4B shows the corresponding distribution of the amplitude A of the electric field of the light 14 plotted against the transverse direction x. 4C shows, in addition to the detector 6, whose pinhole 8 has the aperture 9 arranged confocally to the phase singularity 5, two further detectors 27 with photon multiplier tubes 28 and pinhole diaphragms 29, whose apertures 30 are each arranged confocally to a partial area of one of the first-order intensity maxima 2. Furthermore, the apertures 30 are significantly larger than the aperture 9. The further detectors 27 register further portions of the light backscattered by a light-scattering particle when the particle with the phase singularity 5 is scanned. This results in further information for determining the size of the particle. The light-scattering particles, the size of which can be determined using the method according to the invention, are small particles that backscatter the light 14 by Rayleigh scattering, or correspondingly small light-scattering features of a light-scattering surface. In the latter case, the method according to the invention can be used to determine a structuring of the light-scattering surface in the transverse direction, for example with regard to the spatial frequencies of the structuring.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

11
Intensitätsnullstelle nullter OrdnungZero-order intensity zero
22
Intensitätsmaximum erster OrdnungFirst-order intensity maximum
33
Intensitätsnullstelle erster OrdnungFirst-order intensity zero
44
Intensitätsmaximum zweiter OrdnungSecond-order intensity maximum
55
PhasensingularitätPhase singularity
66
Detektordetector
77
PhotonenvervielfacherröhrePhoton multiplier tube
88
Lochblendepinhole
99
BlendenöffnungAperture
1010
InterferenzmusterInterference pattern
1111
VerlaufCourse
1212
VerlaufCourse
1313
konfokales Rasterlichtmikroskopconfocal scanning light microscope
1414
kohärentes Lichtcoherent light
1515
LaserLaser
1616
AufweiteoptikExpanding optics
1717
aufgeweiteter kollimierter Strahlexpanded collimated beam
1818
PhasenplattePhase plate
1919
Strahlteilerbeam splitter
2020
Objektivlens
2121
FokalebeneFocal plane
2222
rückgestreuter Anteilbackscattered portion
2323
FokussieroptikFocusing optics
2424
EintrittspupilleEntrance pupil
2525
Teilstrahlpartial beam
2626
Teilstrahlpartial beam
2727
weiterer Detektoradditional detector
2828
PhotonenvervielfacherröhrePhoton multiplier tube
2929
Lochblendepinhole
3030
BlendenöffnungAperture
II
Intensitätintensity
AA
Amplitudeamplitude
φφ
PhasenwinkelPhase angle
xx
Querrichtungtransverse direction
PP
SchwerpunktpositionCenter of gravity position

Claims (15)

Verfahren zum Messen einer Messgröße eines lichtstreuenden Messobjekts, - wobei kohärentes Licht (14) aus einer Beleuchtungsrichtung derart in eine Fokalebene (21) eines Objektivs (20) fokussiert wird, - dass das kohärente Licht (14) in einer Querrichtung (x), die quer zu der Beleuchtungsrichtung in der Fokalebene (21) verläuft, - eine Phasensingularität (5) mit einem Phasensprung von (2m+1)π, wobei m eine ganze Zahl ist, und - eine zu der Phasensingularität (5) symmetrische Lichtintensitätsverteilung aufweist, - wobei das Messobjekt in der Querrichtung (x) mit der Phasensingularität (5) abgetastet wird, - wobei ein Anteil (22) des Lichts (14), der von dem Messobjekt gestreut wird, mit einem konfokal zu der Phasensingularität (5) angeordneten Punkt- oder Liniendetektor (6) registriert wird, wobei der Liniendetektor wenn vorhanden an eine Form und eine Orientierung der Phasensingularität (5) in der Fokalebene (21) angepasst wird, - wobei ein Verlauf (11, 12) der Intensität des registrierten Anteils (22) des zurückgestreuten Lichts (14) über den Positionen der Phasensingularität (5) in der Querrichtung (x) ausgewertet wird und - wobei aus dem Verlauf (11, 12) auf den Wert der Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung (x) geschlossen wird dadurch gekennzeichnet, - dass der Anteil (22) des Lichts (14), der mit dem konfokal zu der Phasensingularität (5) angeordneten Punkt- oder Liniendetektor (6) registriert wird, von dem Messobjekt entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreut wird, und - dass eine lichtempfindliche Fläche des Punkt- oder Liniendetektors (6) in der Querrichtung (x) eine Ausdehnung von nicht mehr als Mλ/3NA aufweist, wobei M ein Vergrößerungsfaktor zwischen der Fokalebene (21) des Objektivs (20) und dem Punkt- oder Liniendetektor (6) ist, λ die Wellenlänge des Lichts (14) ist und NA die numerische Apertur des Objektivs (20) ist. Method for measuring a measurand of a light-scattering measurement object, - wherein coherent light (14) from an illumination direction is focused into a focal plane (21) of an objective (20) in such a way that the coherent light (14) in a transverse direction (x) extending transversely to the illumination direction in the focal plane (21) has a phase singularity (5) with a phase jump of (2m+1)π, where m is an integer, and a light intensity distribution symmetrical to the phase singularity (5), - wherein the measurement object is scanned in the transverse direction (x) with the phase singularity (5), - wherein a portion (22) of the light (14) scattered by the measurement object is registered with a point or line detector (6) arranged confocally to the phase singularity (5), wherein the line detector, if present, is adapted to a shape and an orientation of the phase singularity (5). in the focal plane (21), - wherein a profile (11, 12) of the intensity of the registered portion (22) of the backscattered light (14) is evaluated over the positions of the phase singularity (5) in the transverse direction (x), and - wherein the value of the measured variable of the measurement object in the transverse direction (x) is deduced from the profile (11, 12), characterized in that - the portion (22) of the light (14) that is registered with the point or line detector (6) arranged confocally to the phase singularity (5) is backscattered by the measurement object opposite to the direction of illumination, and - that a light-sensitive surface of the point or line detector (6) has an extension in the transverse direction (x) of not more than Mλ/3NA, where M is a magnification factor between the focal plane (21) of the objective (20) and the point or line detector (6), λ is the wavelength of the light (14) and NA is the numerical aperture of the objective (20). Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch Vergleich mit Vergleichsverläufen für bekannte Werte der Messgröße von Vergleichsobjekten in der Querrichtung (x) aus dem Verlauf (11, 12) auf den Wert der Messgröße des Messobjekts in der Querrichtung (x) geschlossen wird.Procedure according to Claim 1 , whereby by comparison with comparison curves for known values of the measured quantity of comparison objects in the transverse direction (x), the value of the measured quantity of the measuring object in the transverse direction (x) is deduced from the curve (11, 12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die lichtempfindliche Fläche des Punkt- oder Liniendetektors (6) in der Querrichtung (x) eine Ausdehnung von nicht mehr als Mλ/4NA, bevorzugt von nicht mehr als Mλ/5NA, mehr bevorzugt von nicht mehr als Mλ/6NA, noch mehr bevorzugt von nicht mehr als Mλ/7NA und am meisten bevorzugt von nicht mehr als Mλ/8NA aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the light-sensitive surface of the point or line detector (6) has an extension in the transverse direction (x) of not more than Mλ/4NA, preferably of not more than Mλ/5NA, more preferably of not more than Mλ/6NA, even more preferably of not more than Mλ/7NA and most preferably of not more than Mλ/8NA. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer entgegen der Beleuchtungsrichtung gestreuter Anteil des Lichts (14) mit mindestens einem weiteren Punkt- oder Liniendetektor (27) registriert wird, der konfokal zu einem Bereich der Fokalebene (21) angeordnet ist, wobei eine lichtempfindliche Fläche des mindestens einen weiteren Punkt- oder Liniendetektors (27) in der Querrichtung (x) eine Ausdehnung aufweist, die mindestens 1,5-mal so groß, vorzugsweise mindestens 2-mal so groß, mehr bevorzugt mindestens 3-mal so groß, noch mehr bevorzugt mindestens 4-mal so groß, noch mehr bevorzugt mindestens 5-mal so groß und am meisten bevorzugt mindestens 6-mal so groß ist wie die Ausdehnung der lichtempfindlichen Fläche des Punkt- oder Liniendetektors (6) in der Querrichtung (x) und wobei die Ausdehnung des weiteren Punkt- oder Liniendetektors (27) in der Querrichtung (x) nicht mehr als 3Mλ/NA und vorzugsweise nicht mehr als 2Mλ/NA beträgt, wobei M ein Vergrößerungsfaktor zwischen der Fokalebene (21) des Objektivs (20) und dem weiteren Punkt- oder Liniendetektor (27) ist, λ die Wellenlänge des Lichts (14) ist und NA die numerische Apertur des Objektivs (20) ist, wobei der mindestens eine weitere Liniendetektor wenn vorhanden an eine Form und eine Orientierung der Phasensingularität (5) in der Fokalebene (21) angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one further portion of the light (14) scattered counter to the illumination direction is registered with at least one further point or line detector (27) which is arranged confocally to a region of the focal plane (21), wherein a light-sensitive surface of the at least one further point or line detector (27) in the transverse direction (x) has an extent which is at least 1.5 times as large, preferably at least 2 times as large, more preferably at least 3 times as large, even more preferably at least 4 times as large, even more preferably at least 5 times as large and most preferably at least 6 times as large as the extent of the light-sensitive surface of the point or line detector (6) in the transverse direction (x), and wherein the extent of the further point or line detector (27) in the transverse direction (x) is not more than 3Mλ/NA and preferably not more than 2Mλ/NA, where M is a magnification factor between the focal plane (21) of the objective (20) and the further point or line detector (27), λ is the wavelength of the light (14) and NA is the numerical aperture of the objective (20), wherein the at least one further line detector, if present, is adapted to a shape and an orientation of the phase singularity (5) in the focal plane (21). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein weiterer entgegen der Beleuchtungsrichtung gestreuter Anteil des Lichts (14) mit mindestens einem weiteren Punkt- oder Liniendetektor (27) registriert wird, der konfokal zu einem Teilbereich eines in der Fokalebene (21) in der Querrichtung (x) an die Phasensingularität (5) angrenzenden Intensitätsmaximums (2) angeordnet ist, wobei der mindestens eine weitere Liniendetektor wenn vorhanden an eine Form und eine Orientierung der Phasensingularität (5) in der Fokalebene (21) angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one further portion of the light (14) scattered counter to the illumination direction is registered with at least one further point or line detector (27) which is arranged confocally to a partial region of an intensity maximum (2) adjacent to the phase singularity (5) in the focal plane (21) in the transverse direction (x), wherein the at least one further line detector, if present, is adapted to a shape and an orientation of the phase singularity (5) in the focal plane (21). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Verlauf (11, 12) der Intensität des registrierten Anteils mit einem Verlauf einer Intensität des mindestens einen weiteren registrierten Anteils verglichen wird.Procedure according to Claim 4 or 5 , wherein the course (11, 12) of the intensity of the registered portion is compared with a course of an intensity of the at least one further registered portion. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Punkt- oder Liniendetektor (6, 27) mit einer Lochblende (8, 29) oder Schlitzblende und/oder mit einer kleinen Anzahl von Pixeln eines Bildsensorarrays von vorzugsweise nicht mehr als 21 nächstbenachbarten Pixeln bei einem Punktdetektor und in vorzugsweise nicht mehr als fünf nächstbenachbarten Reihen von Pixeln bei einem Liniendetektor ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein each point or line detector (6, 27) is formed with a pinhole (8, 29) or slit diaphragm and/or with a small number of pixels of an image sensor array of preferably no more than 21 nearest neighboring pixels for a point detector and in preferably no more than five nearest neighboring rows of pixels for a line detector. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht (14) vor dem Fokussieren polarisiert wird und der entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreute Anteil (22) des Lichts (14) polarisationsselektiv registriert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the light (14) is polarized before focusing and the portion (22) of the light (14) scattered back against the direction of illumination is registered in a polarization-selective manner. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht (14) mindestens eine erste Komponente einer ersten Wellenlänge und eine zweite Komponente einer zweiten Wellenlänge aufweist, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente des entgegen der Beleuchtungsrichtung zurückgestreute Anteils (22) des Lichts (14) getrennt registriert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the light (14) has at least a first component of a first wavelength and a second component of a second wavelength, wherein the first component and the second component of the portion (22) of the light (14) scattered back against the direction of illumination are registered separately. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasensingularität (5) mit einer in der Beleuchtungsrichtung verlaufenden Linienform oder einer in der Beleuchtungsrichtung und der Querrichtung (x) verlaufenden Blattform ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the phase singularity (5) is formed with a line shape running in the illumination direction or a sheet shape running in the illumination direction and the transverse direction (x). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messobjekt unter verschiedenen Ausrichtungen der Querrichtung (x) in verschiedenen Raumrichtungen mit der Phasensingularität (5) abgetastet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement object is scanned with the phase singularity (5) under different orientations of the transverse direction (x) in different spatial directions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messobjekt ein nanoskaligen Teilchens ist und die Messgröße eine Ausdehnung des nanoskaligen Teilchens in der Querrichtung (x) ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement object is a nanoscale particle and the measurement variable is an extension of the nanoscale particle in the transverse direction (x). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schwerpunktposition (P) des nanoskaligen Teilchens in der Querrichtung (x) als die Position bestimmt wird, an der der Verlauf (11, 12) der Intensität des registrierten Anteils (22) des zurückgestreuten Lichts (14) ein lokales Minimum und vorzugsweise eine Nullstelle aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein a center of gravity position (P) of the nanoscale particle in the transverse direction (x) is determined as the position at which the profile (11, 12) of the intensity of the registered portion (22) of the backscattered light (14) has a local minimum and preferably a zero point. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das nanoskalige Teilchen - an einer Oberfläche angeordnet ist, die einen kleineren Brechungsindex als das nanoskalige Teilchen aufweist, oder - in einer Flüssigkeit dispergiert wird, die einen kleineren Brechungsindex als das nanoskalige Teilchen aufweist.Procedure according to Claim 12 or 13 , wherein the nanoscale particle - is arranged on a surface which has a smaller refractive index than the nanoscale particle, or - is dispersed in a liquid which has a smaller refractive index than the nanoscale particle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Messobjekt eine Oberfläche ist und die Messgröße eine nanoskalige Strukturierung der Oberfläche in der Querrichtung (x) ist.Method according to one of the Claims 1 until 11 , where the measuring object is a surface and the measured quantity is a nanoscale structuring of the surface in the transverse direction (x).
DE102024107205.9A 2024-03-13 2024-03-13 Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object Active DE102024107205B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024107205.9A DE102024107205B3 (en) 2024-03-13 2024-03-13 Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024107205.9A DE102024107205B3 (en) 2024-03-13 2024-03-13 Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102024107205B3 true DE102024107205B3 (en) 2025-05-22

Family

ID=94772159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102024107205.9A Active DE102024107205B3 (en) 2024-03-13 2024-03-13 Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102024107205B3 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080037004A1 (en) * 2003-07-09 2008-02-14 Joseph Shamir Method for Particle Size and Concentration Measurement
WO2015097000A1 (en) * 2013-12-23 2015-07-02 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. High-resolution fluorescence microscopy with a structured excitation beam
WO2018069283A1 (en) * 2016-10-10 2018-04-19 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method for the high spatial resolution localization of an individualized molecule which can be excited with excitation light in order to emit luminescent light in a sample
US10921229B2 (en) * 2011-12-01 2021-02-16 Particle Measuring Systems, Inc. Detection scheme for particle size and concentration measurement
EP3347711B1 (en) * 2015-09-07 2023-11-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method and apparatus for detecting particles, like biological macromolecules or nanoparticles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080037004A1 (en) * 2003-07-09 2008-02-14 Joseph Shamir Method for Particle Size and Concentration Measurement
US10921229B2 (en) * 2011-12-01 2021-02-16 Particle Measuring Systems, Inc. Detection scheme for particle size and concentration measurement
WO2015097000A1 (en) * 2013-12-23 2015-07-02 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. High-resolution fluorescence microscopy with a structured excitation beam
EP3347711B1 (en) * 2015-09-07 2023-11-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method and apparatus for detecting particles, like biological macromolecules or nanoparticles
WO2018069283A1 (en) * 2016-10-10 2018-04-19 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method for the high spatial resolution localization of an individualized molecule which can be excited with excitation light in order to emit luminescent light in a sample

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Joseph Shamir: Singular beams in metrology and nanotechnology. Opt. Eng. 51(7) 073605 (6 July 2012) https://doi.org/10.1117/1.OE.51.7.073605 *
KÜPPERS, Michelle [et al.]: Confocal interferometric scattering microscopy reveals 3D nanoscopic structure and dynamics in live cells. In: Nature Communications, Vol. 14, 2023, Article-No.: 1962, S. 1-12. DOI: 10.1038/s41467-023-37497-7. *
PILIARIK, Marek ; SANDOGHDAR, Vahid: Direct optical sensing of single unlabelled proteins and super-resolution imaging of their binding sites. In: Nature Communications, Vol. 5, 2014, Article-No.: 4495, S. 1-8. DOI: 10.1038/ncomms5495. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69901516T2 (en) DEVICE FOR SCANING A WAVE FRONT
DE102013114860B3 (en) Method and device for determining the locations of individual molecules of a substance in a sample
DE69032497T2 (en) Device for counting particles suspended in a liquid
DE60129920T2 (en) Interference microscope and method for operating an interference microscope
DE69828345T2 (en) Cross-correlation method and device for suppressing the effects of multiple scattering
EP3948392B1 (en) Method and device for detecting movements of a sample with respect to a lens
DE102007017598A1 (en) Method and arrangement for positioning a light sheet in the focal plane of a detection optical system
EP2016392A1 (en) Method and fluorescent light microscope for the high-resolution three-dimensional representation of the structure of a specimen
EP1359452B1 (en) Confocal microscope having two micro-lens arrays and a pinhole array
EP2592461A2 (en) Microscopic device and method for three-dimensional localization of punctiform objects in a sample
DE4206499A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR HIGHLY ACCURATE MEASUREMENT CHANGING DISTANCES BETWEEN AN OBJECT, e.g. A CLAMPED WORKPIECE, AND A REFERENCE POINT
DE102009036383B3 (en) Apparatus and method for angle-resolved scattered light measurement
DE4326473A1 (en) Scanning microscope for viewing at an angle relative to the illumination
DE60036467T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR DOPPLER SPEED MEASUREMENT
EP3374755B1 (en) Light microscope and method for determining a wavelength-dependent refractive index of a sample medium
DE102024107205B3 (en) Method for measuring a measurand of a light-scattering measuring object
DE102015221991A1 (en) Microscopy method for determining a contrast image and microscope
WO2016071033A1 (en) Method for generating an image of a sample
DE202019104338U1 (en) Multi-angle light scattering detector based on a photodiode array
DE102022123632A1 (en) METHOD, LIGHT MICROSCOPE AND COMPUTER PROGRAM FOR LOCALIZING OR TRACKING EMMITTERS IN A SAMPLE
WO2020144228A1 (en) Angle-variable illumination for phase-contrast imaging with an absorption filter
EP0950893A2 (en) Apparatus for the detection of a fluorescent dye
DE69429553T2 (en) Method and device for microscopic imaging
WO2020127647A1 (en) Fluorescent light microscopy with increased axial resolution
EP2871463B1 (en) Device and method for analysing one or more phase objects

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division