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Title:
SECONDARY ELECTRON MULTIPLIER AND USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/120965
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a secondary electron multiplier (72), which is sensitive to radiation of at least one wavelength in the range of visible light (VIS) and has a radiation entry window (73) designed as a detection surface. According to the invention, the radiation entry window (73) has a layer of a conversion material (71), wherein radiation of at least one wavelength in the range of near-infrared radiation (NIR), incident from a detection direction (D) on the conversion material (71), is converted by the effect of the conversion material (71) into secondary radiation (VIS) of at least one wavelength in the range of visible light and emitted by the conversion material (71). The invention furthermore relates to a use of the conversion material (71), a microscope (M) having a secondary electron multiplier (72) according to the invention, and a method for operating a microscope (M) according to the invention.

Inventors:
LIEDTKE, Mirko (Im Planer 66, Jena, 07745, DE)
STEINERT, Jörg (Am König 30, Jena, 07751, DE)
Application Number:
EP2018/083325
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
December 03, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH (Carl-Zeiss-Promenade 10, Jena, 07745, DE)
International Classes:
H01J40/18; H01J43/04
Foreign References:
US5012098A1991-04-30
US20080035834A12008-02-14
US5498923A1996-03-12
EP1471385A12004-10-27
Other References:
VAN MUNSTER ERIK B ET AL: "Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM)", ADVANCES IN BIOCHEMICAL ENGINEERING, BIOTECHNOL, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 95, 1 January 2005 (2005-01-01), pages 143 - 175, XP008105148, ISSN: 0724-6145, [retrieved on 20050602], DOI: 10.1007/B102213
Attorney, Agent or Firm:
MEYER, Jork (Carl Zeiss AG, PatentabteilungCarl-Zeiss-Promenade 10, Jena, 07745, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Sekundärelektronenvervielfacher (72) der für Strahlung mindestens einer

Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) empfindlich ist und ein als

Detektionsfläche ausgebildetes Strahlungseintrittsfenster (73) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Strahlungseintrittsfenster (73) mit einer Schicht eines Konversionsmaterials (71 ) versehen ist, wobei aus einer Detektionsrichtung (D) auf das

Konversionsmaterial (71 ) auftreffende Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich der Nah-Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des

Konversionsmaterials (71 ) in Sekundärstrahlung (VIS) mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71 ) emittiert wird.

2. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) NIR-Strahlung (NIR) mindestens einer

Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm in Sekundärstrahlung (VIS) umwandelt.

3. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung (VIS) in einem

Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm liegt.

4. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit einer Aktivierungsstrahlung (UV) aktivierbar ist und die

Konversion auftreffender NIR-Strahlung (NIR) durch Wirkung des aktivierten

Konversionsmaterials (71 ) erfolgt.

5. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar ist.

6. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, dass das Konversionsmaterial (71 ) bei Beaufschlagung mit

Aktivierungsstrahlung (UV) in einem Wellenlängenbereich aktivierbar ist, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) unempfindlich ist.

7. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das

Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71 ) der Detektionsrichtung (D) zugewandt ist.

8. Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungseintrittsfenster (73) mit mindestens einer Filterschicht versehen ist und/oder das Strahlungseintrittsfenster (73) selbst als eine Filterschicht ausgebildet ist, durch deren Wirkung Strahlung in einem

Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung (D) zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials (71 ) der Detektionsrichtung (D) abgewandt ist.

9. Verwendung eines Konversionsmaterials (71 ) als Schicht auf einem als

Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster (73) eines

Sekundärelektronenvervielfachers (72), wobei durch das Konversionsmaterial (71 ) auftreffende Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der Nah- Infrarot-Strahlung (NIR) durch Wirkung des Konversionsmaterials (71 ) in Sekundärstrahlung (VIS)

mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts umgewandelt und von dem Konversionsmaterial (71 ) emittiert wird.

10. Mikroskop (M) aufweisend wenigstens einen

Sekundärelektronenvervielfacher (72) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

11. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in einem Zeitfenster erfolgt, in dem der Sekundärelektronenvervielfacher (72) nicht zur Detektion von NIR-Strahlung (NIR) verwendet wird.

12. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung einer unidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt.

13. Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops (M) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des Konversionsmaterials (71 ) ausschließlich in Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung einer bidirektional zeilenweise abtastenden Abtasteinheit (6) erfolgt.

Description:
Sekundärelektronenvervielfacher und dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenvervielfacher gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Konversionsmaterials mit einem Sekundärelektronenvervielfacher, ein Mikroskop mit einem solchen Sekundärelektronenvervielfacher sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mikroskops.

Die Detektion von Licht im Wellenlängenbereich nahen Infrarots (NIR; über 780 bis 1400 nm) stellt eine Herausforderung für die Sensortechnik dar. Diese resultieren hierbei vor allem aus dem stetig wachsenden Bedarf an Untersuchungen an lebendem Gewebe, für die besonders schonende Bildgebungsverfahren im NIR Anwendung finden. Bei Silizium-basierten Empfängern, die prinzipiell ihr

Empfindlichkeitsmaximum in diesem NIR-Bereich erreichen, kann durch Anpassung technologischer Parameter der Empfindlichkeitsbereich zwar gezielt verschoben werden, jedoch wird das Signal mit zunehmender Sensorfläche von enormem

Rauschen überdeckt und erfordert deshalb eine starke Kühlung.

Für die Detektion schwacher Lichtsignale, wie sie beispielsweise bei der

Fluoreszenz-Laserscanningmikroskopie insbesondere im Bereich zwischen 800 nm und 1200 nm, vorzugsweise sogar noch enger auf den Bereich zwischen 900 nm und 1000 nm eingegrenzt, auftreten, sind das Mittel der Wahl jedoch nach wie vor Sekundärelektronenvervielfacher (Photonenvervielfacherröhren, Photomultiplizier, Photomultilplier, photomultiplier tubes, PMT) mit einem äußerst vorteilhaften

Verhältnis von aktiver Fläche (Detektionsfläche) zu auftretendem Rauschen.

Leider sind nur wenige Kathodenmaterialien für Strahlung einer Wellenlänge oberhalb von 900 nm sensitiv. Diese Materialien sind nur sehr schwach sensitiv und erfordern eine vergleichsweise hohe Intensität der auftreffenden Strahlung.

Lediglich beispielsweise sei ein auf dem Markt kommerziell verfügbares NIR-PMT- System (Hersteller: HAMAMATSU, Produkt: H10330B-Serie) angeführt. Dieses weist eine Restempfindlichkeit von wenigen Prozent auf und ist im Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1700 nm anwendbar. Die erforderliche Kühlung lässt Volumen und Gewicht des Systems erheblich groß ausfallen. Für kurzwellige Spektralbereiche, nämlich für Aufnahmen von UV-, DUV-, EUV- oder Röntgenbildern ist aus der US 5 498 923 A bekannt, von einem vorgegebenen kurzwelligen Spektralbereich bereits im Strahlengang vor einem verwendeten

Detektor eine Wellenlängenkonversion zu längeren Wellenlängen im sichtbaren Spektrum vorzunehmen, um gewöhnliche Glasoptiken und Eintrittsfenster für die Beobachtung von UV- bis Röntgenbildern im Strahlengang einsetzen zu können.

Eine ähnliche Vorgehensweise ist aus der EP 1 471 385 A1 bekannt, bei der zur EUV-lnspektion von Lithographiemasken der Halbleiterchipherstellung das von der Maske kommende kurzwellige Licht im Strahlengang abseits des Detektors durch ein Wandlerelement in längerwellige Strahlung im UV- oder sichtbaren Spektralbereich umgewandelt wird, bevor es auf eine CCD-Kamera fällt. Dabei ist das

Wandlerelement vorzugsweise großflächig und so ausgebildet, dass der Auftreffort für die kurzwellige Strahlung mehrfach gewechselt werden kann, um

Alterungsprozessen der dafür verwendeten Szintillationsschichten Rechnung zu tragen.

Die vorgenannten Lösungen sind vorrangig als Schutzmaßnahmen gegen

kurzwellige energiereiche Strahlung vorgesehen und erlauben zudem entlang des Strahlengangs für sichtbares Licht geeignete optische Elemente zu verwenden.

Verwendete Szintillationsschirme sind in Form von anorganischen Einkristallen ausgeführt, um Bildaufnahmen mit herkömmlichen Matrixempfängern auswerten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Detektion von schwachen Signalen im NIR-Bereich vorzuschlagen, mittels der das Rauschen bei hoher Empfindlichkeit der Sensoren möglichst ohne Kühlung gering gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 , 9, 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Nachfolgend wird ein Sekundärelektronenvervielfacher auch vereinfachend als PMT (photomultiplier tube) bezeichnet. Der Wellenlängenbereich des Nah-Infrarots wird nachfolgend auch kurz als NIR und Nah- Infrarotstrahlung entsprechend als NIR- Strahlung bezeichnet.

Der Sekundärelektronenvervielfacher oder PMT ist für Strahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; 360 bis 780 nm) empfindlich. Das verwendete Material der Kathoden des PMT bewirken also beim Auftreffen einer Strahlung hinreichender Intensität der mindestens einen Wellenlänge einen

Vervielfältigungseffekt von Sekundärelektronen, wie dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Der PMT weist ein als Detektionsfläche ausgebildetes

Strahlungseintrittsfenster auf.

Erfindungsgemäß ist das Strahlungseintrittsfenster mit einer Schicht eines

Konversionsmaterials versehen. Aus einer Detektionsrichtung auf das

Konversionsmaterial auftreffende Strahlung im Bereich der NIR-Strahlung (near- infrared-radiation; near-infrared) wird durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS; visible light) umgewandelt und von dem Konversionsmaterial emittiert

beziehungsweise ist durch Wirkung des Konversionsmaterials in Sekundärstrahlung mindestens einer Wellenlänge im Bereich sichtbaren Lichts (VIS) umwandelbar und von dem Konversionsmaterial emittierbar.

NIR-Strahlung umfasst insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1200 nm, beispielsweise 900 nm bis 1100 nm, 900 nm bis 1050 nm oder 900 nm bis 1000 nm. Die NIR-Strahlung ist von dem

Konversionsmaterial in die Sekundärstrahlung umwandelbar. Die konkreten

Wellenlängenbereiche sind von dem gewählten Konversionsmaterial abhängig.

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen PMT liegt mindestens eine Wellenlänge der Sekundärstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 550 bis 700 nm. In diesem Bereich zeigen übliche Kathodenmaterialien ihre größte

Empfindlichkeit.

Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise PMT ' s derart modifiziert, dass diese eine hinreichende spektrale Empfindlichkeit im NIR aufweisen. Die mögliche

Modifikation bekannter PMT mit einem Konversionsmaterial erlaubt nun auch Strahlung im Bereich des NIR als Signale zu detektieren, selbst wenn diese geringe Intensitäten aufweisen. Zugleich bleibt vorteilhaft das hohe Signal-Rausch-Verhältnis des PMT gänzlich oder weitestgehend erhalten, sodass durch die Erfindung bis dato nicht miteinander kombinierbare technische Vorteile gemeinsam nutzbar werden. So kann ein erfindungsgemäßer PMT für die Detektion schwacher Fluoreszenzsignale im nahen Infrarotbereich verwendet werden, für die herkömmliche CCD-Detektoren nicht die notwendige (Rest-)Empfindlichkeit aufweisen beziehungsweise kein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis besitzen, nicht zu vergessen deren begrenzte Auslesegeschwindigkeit.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher die Verwendung eines

Konversionsmaterials als Schicht auf einem als Detektionsfläche fungierendem Strahlungseintrittsfenster eines PMT. Es ist dabei vorteilhaft möglich, bereits vorhandene PMT zu modifizieren, indem entweder das Konversionsmaterial auf das Strahlungseintrittsfenster aufgebracht wird oder das bisherige

Strahlungseintrittsfenster gegen ein mit dem Konversionsmaterial versehenen Strahlungseintrittsfenster ausgetauscht wird.

Da PMTs grundsätzlich ein niedriges Dunkelrauschen aufweisen und somit keine Kühlung erfordern, kann beispielsweise ein bereits vorhandenes Detektionssystem für Phosphoreszenzstrahlung und/oder Fluoreszenzstrahlung weitgehend

unverändert bleiben, jedoch wird durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen PMT dessen spektraler Detektionsbereich erweitert beziehungsweise in den NIR- Bereich verschoben. Detektionssysteme sind beispielsweise Mikroskope,

insbesondere Laserscanningmikroskope.

Das Konversionsmaterial ist auf dem Strahlungseintrittsfenster des PMT,

beispielsweise einer Glasplatte, als eine Schicht aufgebracht, sodass ein möglichst großer Raumwinkelanteil der im Konversionsmaterial erzeugten Kugelwelle der Sekundärstrahlung auf das Kathodenmaterial des PMT trifft. Die Ausdehnung des Eintrittsfensters kann groß, beispielsweise entsprechend der Größe einer

Detektionsfläche eines nicht-descannten Detektors (non-descanned detector, NDD) gewählt werden. Damit ist vorteilhaft eine große Fläche zum Empfang auch schwacher NIR-Strahlung bereitgestellt und eine hohe Sensitivität des PMT erreicht.

Als Konversionsmaterialien können beispielsweise Yttriumsulfid (Y2S3) oder

Kalziumsulfid (CaS) verwendet sein. Beide Materialien ermöglichen die Erzeugung von Sekundärstrahlung mit mindestens einer Wellenlänge mitten im idealen

Fangbereich gängiger Kathodenmaterialien von PMTs. Mit solchen

Konversionsmaterialien versehene PMTs können beispielsweise für die

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

Weitere mögliche Konversionsmaterialien, zum Beispiel Strontiumsulfid (SrS), dotiert mit Europium (Eu) und Samarium (Sm) oder mit Selen (Se) und Samarium (Sm) müssen mittels Energiezufuhr aktiviert werden, um eine Konversion langwelliger Strahlung in Strahlung kürzerer Wellenlängen zu erlauben. Diese auch als

Pumpvorgang zu bezeichnende Aktivierung des Konversionsmaterials kann zum Beispiel infolge des Beleuchtens mit einer Aktivierungsstrahlung erfolgen. Die Konversion auftreffender NIR-Strahlung erfolgt dann durch Wirkung des aktivierten Konversionsmaterials.

Diese Ausführung des erfindungsgemäßen PMT ist beispielsweise für die

Ausführung der Fluoreszenzlebensdauermikroskopie (fluorescence lifetime imaging microscopy, FLIM) von Vorteil. Die aktivierten Konversionsmaterialien erlauben eine Umwandlung der NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung innerhalb ausreichend kurzer Zeitspannen.

In möglichen Ausführungen des erfindungsgemäßen PMT ist das

Konversionsmaterial bei Beaufschlagung mit Aktivierungsstrahlung in einem

Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung aktivierbar. Als ultraviolette Strahlung wird im Sinne dieser Beschreibung Strahlung mit Wellenlängen kleiner 360 nm, insbesondere aber kleiner 260 nm verstanden.

Um zu vermeiden, dass die Aktivierungsstrahlung fälschlicherweise die

Vervielfältigungskaskade des PMT auslöst, ist das Konversionsmaterial in einer weiteren möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen PMT bei Beaufschlagung mit der Aktivierungsstrahlung in einem Wellenlängenbereich aktivierbar, in dem der PMT unempfindlich beziehungsweise das Strahlungseintrittsfenster blind, also nicht transparent, ist. Trifft die Aktivierungsstrahlung auf das Kathodenmaterial, werden in diesem also keine Sekundärelektronen freigesetzt.

Ein unerwünschtes Auslösen der Kaskade des PMT kann in weiteren

Ausführungsmöglichkeiten vermieden werden, indem alternativ oder zusätzlich zur Auswahl der Empfindlichkeit des PMT geeignete Filter mit dem

Strahlungseintrittsfenster kombiniert werden und/oder das Strahlungseintrittsfenster selbst als ein Filter ausgebildet wird.

Für PMT mit Konversionsmaterial das nicht aktiviert werden muss, kann das

Strahlungseintrittsfenster mit mindestens einer Filterschicht versehen sein, durch deren Wirkung Strahlung in einem Wellenlängenbereich ultravioletter Strahlung blockiert ist, wobei die Filterschicht der Detektionsrichtung zugewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung abgewandt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Strahlungseintrittsfenster selbst als eine solche Filterschicht ausgebildet sein. Dazu kann das Material des Strahlungseintrittsfensters

entsprechend ausgewählt und/oder mit Materialien dotiert oder gemischt sein, die eine entsprechende Filterwirkung zeigen. Die Orientierung der Filterschicht in

Detektionsrichtung bewirkt, dass ultraviolette Strahlung bereits vor dem Auftreffen auf dem Konversionsmaterial geblockt wird.

Soll das Konversionsmaterial allerdings mittels der Aktivierungsstrahlung aktiviert werden, ist die mindestens eine Filterschicht der Detektionsrichtung abgewandt und die Schicht des Konversionsmaterials der Detektionsrichtung zugewandt ist. Dadurch ist erreicht, dass die Aktivierungsstrahlung ungehindert auf das Konversionsmaterial trifft, nicht aber auf das Kathodenmaterial des PMT gelangen kann.

Ein erfindungsgemäßer PMT kann vorteilhaft in einem Mikroskop, insbesondere in einem Laserscanningmikroskop (laser-scanning-microscope, LSM) als Detektor verwendet sein.

In einer Ausgestaltung eines Verfahrens zum Betrieb eines solchen

Laserscanningmikroskops kann die Aktivierung des Konversionsmaterials während der gesamten Betriebsdauer des PMT erfolgen.

Um Störungen der eigentlichen Signalerfassung durch Übersprechen oder andere von der Aktivierungsstrahlung verursachte Probleme zu vermeiden, kann in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens eine Aktivierung der

Konversionsschicht in einem Zeitfenster erfolgen, in dem der PMT nicht zur Messung verwendet wird. Beispielsweise kann eine Detektion spontaner

Fluoreszenzereignisse von Materialien oder Elementen des PMT vorteilhaft reduziert oder ganz vermieden werden. Mit einer solchen zeitlichen Steuerung der Aktivierung des Konversionsmaterials, insbesondere durch Beaufschlagung mit der

Aktivierungsstrahlung, können Aktivierungs- und Detektionsvorgänge zeitlich getrennt werden.

Eine Aktivierung des Konversionsmaterials kann beispielsweise ausschließlich in Zeitfenstern des Zeilenrücklaufs der Abtastbewegung eines unidirektional

zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen.

Alternativ kann die Aktivierung des Konversionsmaterials ausschließlich in

Zeitfenstern der Zeilenumkehr der Abtastbewegung eines bidirektional zeilenweise abtastenden Scanners des Mikroskops erfolgen. Durch die Erfindung wird eine neue Möglichkeit zur Detektion von schwachen

Signalen im Bereich der NIR-Strahlung vorgeschlagen, die ohne eine aufwändige Kühlung zur Rauschunterdrückung eine hohe Empfindlichkeit der Detektion erreicht, wie sie für schonende Bildgebungsverfahren an lebendem Gewebe notwendig ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und

Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines PMT mit VIS- transparentem Eintrittsfenster, das eine Innenbeschichtung mit Kathodenmaterial aufweist und eine erfindungsgemäße Außenbeschichtung mit einem Konversionsmaterial, das einfallende NIR-Strahlung in Sekundärstrahlung im VIS-Bereich konvertiert; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserscanningmikroskops mit einem erfindungsgemäßen PMT, wobei eine Schicht eines Konversionsmaterials des PMT durch Bestrahlung mit einer UV-Strahlungsquelle aktivierbar ist.

Die Erfindung ist Bestandteil eines in Fig. 1 nicht vollständig dargestellten

Mikroskops M, im Beispiel eines Laser-Scanning-Mikroskops M, und enthält eine Beleuchtungseinrichtung 1 zur wiederholten Beleuchtung eines Probenbereichs 21 einer abzubildenden Probe 2 mittels eines Beleuchtungsstrahls 11 . Die

Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst als Lichtquelle einen Laser 14 sowie ein

Schaltelement 13 zur gesteuerten Beeinflussung des Beleuchtungsstrahls 11. Der Beleuchtungsstrahl 11 wird mit dem Schaltelement 13, beispielsweise einer

Abtasteinheit wie einem Scanner und/oder einem räumlichen Lichtmodulator (spatial light modulator, SLM), hinsichtlich seiner Intensität und/oder seiner Lage auf der Probe 2 manipuliert. Der Beleuchtungsstrahl 11 trifft auf einen Farbteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels 42 und wird mittels des halbdurchlässigen

Spiegels 42 durch ein Objektiv 33 in den Probenbereich 21 der Probe 2 reflektiert. In dem beleuchteten Probenbereich 21 wird durch die Wirkung des Beleuchtungsstrahls 11 ein Detektionslicht erzeugt. Beispielsweise werden Moleküle der Probe 2 zur Emission von Fluoreszenzstrahlung angeregt. Das Detektionslicht gelangt durch das Objektiv 33 entlang der optischen Achse 31 (siehe Fig. 3) zum halbdurchlässigen Spiegel 42 zurück, der für die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts transmittierend ist, und fällt auf den Detektor 7 des Mikroskops M. Der Detektor 7 ist auf seinem Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe Fig. 2) mit einer Schicht eines

Konversionsmaterials 71 versehen.

Weiterhin sind ein Spektralfilter 4 zur spektralen Filterung des

Beleuchtungsstrahls 11 , eine Bildaufnahmeeinheit 8 sowie eine

Bildaufnahmesteuerung 82 vorhanden. Die Bildaufnahmesteuerung 82 ist in einer für die Übermittlung von Steuerbefehlen und Daten geeigneten Weise mit dem

Detektor 7 und dem Schaltelement 13 verbunden.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen PMT 72 mit einem

Strahlungseintrittsfenster 73. Das Strahlungseintrittsfenster 73 ist auf der Innenseite mit einer Photokathode 74 belegt und weist auf der Außenseite eine lumineszierende oder fluoreszierende Beschichtung in Form einer Schicht eines

Konversionsmaterials 71 zur Konversion entlang einer Detektionsrichtung D (durch eine Pfeil symbolisiert) einfallender NIR-Strahlung NIR in Sekundärstrahlung VIS mit mindestens einer Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich auf. Das

Konversionsmaterial 71 wird durch Aktivierungsstrahlung UV in Form von

ultravioletter Strahlung aktiviert, die auf das Konversionsmaterial 71 auftrifft. In diesem aktivierten Konversionsmaterial 71 wird an Stellen der punktuell auftreffenden NIR-Strahlung jeweils eine Kugelwelle sichtbaren Lichts erzeugt und von dem

Konversionsmaterial 71 als Sekundärstrahlung VIS emittiert. Die Kugelwelle trifft mit einem großen Raumwinkelanteil auf die nur zwischen 100 pm und 1 mm entfernt angeordnete Photokathode 74. Das Material der Photokathode 74 ist für die

Sekundärstrahlung VIS empfindlich. Die Sekundärstrahlung VIS löst in dem Material der Photokathode 74 Elektronen aus, die anschließend an den Dynoden 75

(beispielhaft nur drei davon gezeigt) des PMT 72 vervielfacht werden. Das Material des Strahlungseintrittsfensters 73 ist optional als eine Filterschicht ausgebildet, welche die auftreffende Aktivierungsstrahlung UV blockiert.

In weiteren Ausführungsmöglichkeiten des PMT 72 muss das

Konversionsmaterial 71 nicht aktiviert werden, was durch die Darstellung der Aktivierungsstrahlung UV mit unterbrochener Volllinie symbolisiert ist. Außerdem kann mindestens eine zusätzliche Filterschicht auf der der Detektionsrichtung D abgewandten Seite oder auf der der Detektionsrichtung D zugewandten Seite des Strahlungseintrittsfensters 73 vorhanden sein.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikroskops M in einer Teildarstellung gezeigt. Entlang der optischen Achse 31 sind die Probe 2 in einer Objektebene 32, das Objektiv 33, eine Abtasteinheit 6 (Scanner), eine

Tubuslinse 34 und ein erfindungsgemäßer PMT 72 als Detektor 7 angeordnet. Der PMT 72 ist mit der Schicht Konversionsmaterial 71 auf seinem

Strahlungseintrittsfenster 73 (siehe Fig. 2) versehen.

Um das Konversionsmaterial 71 zu aktivieren kann mittels einer ansteuerbaren Aktivierungseinheit 79 das Konversionsmaterial 71 mit einer

Aktivierungsstrahlung UV (siehe Fig. 2) beaufschlagt werden.

Die Aktivierungseinheit 79 ist durch eine Anordnung einer Strahlungsquelle der Aktivierungsstrahlung UV in Form einer UV-Strahlung emittierenden Diode realisiert. Diese strahlt gesteuert die Aktivierungsstrahlung UV seitlich in das

Konversionsmaterial 71 ein. In weiteren Ausführungsformen ist die

Aktivierungseinheit 79 durch mehrere Strahlungsquellen, insbesondere durch mehrere UV-Strahlung emittierenden Dioden gegeben. Die Dioden können als ein Array oder ringförmig um die optische Achse 31 angeordnet sein.

Eine Steuerung der Aktivierungseinheit 79 kann mittels einer Steuerungseinheit 12 erfolgen. Diese ist mit der Abtasteinheit 6 in Form eines Scanners, mit dem

Detektor 7 und mit der Aktivierungseinheit 79 verbunden. Die Aktivierungseinheit 79 kann angesteuert und über Dauern von Zeitfenstern eingeschalten werden, in denen sich die Abtasteinheit 6 in einer Zeilenumkehr oder in einem Zeilenrücklauf befindet. Optional kann in diesen Zeitfenstern die Detektion mittels des Detektors 7

unterbrochen werden.

In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die

Aktivierung des Konversionsmaterials 71 permanent erfolgen. Bezugszeichen

1 Beleuchtungseinrichtung

11 Beleuchtungsstrahl

12 Steuerungseinheit

13 Schaltelement

14 Laser

2 Probe

31 optische Achse

32 Objektebene

33 Objektiv

34 Tubuslinse

4 Spektralfiltereinheit

42 halbdurchlässiger Spiegel (Farbteiler)

6 Scanner, Abtasteinheit

7 Detektor

71 Konversionsmaterial

72 PMT

73 Strahlungseintrittsfenster

74 Photokathode

75 Dynoden

79 Aktivierungseinheit

8 Bildaufnahme

82 Bildaufnahmesteuerung

M Mikroskop

D Detektionsrichtung

VIS Sekundärstrahlung

UV Aktivierungsstrahlung

NIR Nah-Infrarot-Strahlung