光辐射设备和用于测量光辐射的方法与流程

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光辐射设备和用于测量光辐射的方法与流程

根据现有技术得到的辐射测量设备通常要么作为发射光谱仪要么作为发射式电子显微镜使用。在已知的发射光谱仪中通常使用宽波段或者说宽(频)带的光源用于对样本进行辐射,其中,光源的辐射光谱与样本的至少一个吸收波段重叠。通过光的吸收,在样本中激发了相对于吸收波长光谱移动的辐射,所述辐射随即能够在分散为其光谱成分的情况下利用探测单元与波长相关地被探测。这种辐射例如可以涉及荧光辐射、光致辐射或磷光辐射。在所述辐射机制中,在光吸收时被样本吸收的能量的一部分无辐射地消耗,因此发出的辐射在光谱上朝波长更长的辐射的方向改变。作为备选,还可以利用发射光谱仪通过相应的方式分析样本的拉曼散射。在此还在激励辐射与所发射的辐射之间出现光谱变化。

为了能够尽可能有目的地激发样本的待测量的光辐射,有利的是,激励辐射以尽可能大的程度与样本的吸收波段相叠。激励光辐射中额外的光谱成分在此则对测量造成干扰,因为首先激励辐射的长波部分能够与待测量的辐射相叠。为了对此进行避免,根据现有技术对不同的样本分别使用不同的光谱选择性吸收滤器,以便将激励光的不期望的部分、尤其长波的光谱成分滤除。

为了对发射光进行尽可能准确的探测和光谱分析,此外还有利的是,尽可能大程度地滤除为激励发射所使用的辐射的波长,因为否则的话部分极弱的发射波段会被强大的背景信号覆盖。因此为了实现测量的良好信噪比和较高的光谱分辨率,激励辐射的与发射波段相比波长较短的部分同样被光学吸收过滤器滤除。

通过与上述发射光谱仪类似的方式,在发射式电子显微镜中利用短波的照明单元激励样本发射,并且由样本发出的辐射随后这样成像在图面上,从而能够呈现出辐射在样本的不同区域中的空间分布。取代如在发射光谱仪中对发射光谱的与波长相关的测量,在发射式电子显微镜中实现了对发射中心的空间成像。在此特别普遍的是通过荧光显微镜对荧光发射区域的成像。所述发射光谱仪和发射式电子显微镜的两种方法原则上也能够相互结合。

根据现有技术在发射光谱仪和发射式电子显微镜中的弊端在于,为了与待测量样本适配地过滤激发辐射,并且为了与激励光谱适配地过滤待探测的辐射,必须移动或相互更换宏观的光学部件(呈光谱选择过滤器的形式)。该光学部件的更换要求根据待分析样本持续地、相对繁琐地改装测量设备。这一方面可能导致在每次改装之后都需要对其余光学部件进行再校准,以便仍旧能实现较高的测量质量。另一方面针对多种配置结构替换或组合地安装在辐射路径或者说光路中的不同光学过滤器在测量设备中的空间需求总体上相对较高。

因此本发明所要解决的技术问题在于,提供一种能够克服上述弊端的辐射测量设备。尤其应该提供一种辐射测量设备,其设备更简单、更节省空间地构造,更易于自适应和/或能更广泛地使用。另一技术问题在于,提供一种带有上述优点的用于测量光辐射的方法。

所述技术问题通过权利要求1所述的辐射测量设备和权利要求8所述的测量方法解决。

根据本发明的辐射测量设备具有样本区域、用于对能够定位在样本区域中的样本进行照射的照明单元和用于利用辐射探测器探测由样本发出的辐射的探测单元。照明单元在此包括辐射源、沿辐射方向布置在辐射源之后的用于将辐射分解为其光谱成分的第一色散元件、沿辐射方向布置在第一色散元件之后的用于选择光谱成分的第一微镜场和沿辐射方向布置在第一微镜场之后的用于将被选择的光谱成分汇聚成共同的激励辐射的第二色散元件。

所述辐射方向在此应该分别理解为在辐射测量设备中的局部的光学辐射方向,而与辐射过程中辐射路径的空间定向是否改变无关。不应通过所述各个光学部件的空间布置(所述光学部件沿辐射方向布置在其它部件“之前”或“之后”),给定在前进的统一方向上的位置,而是仅给定光辐射在光学辐射路径上的通过的顺序,所述光学辐射路径总体上从辐射源经过样本导引至辐射探测器,换言之给定在辐射路径中的光学上的“前”或“后”。

根据本发明的辐射测量设备的主要优点在于,通过借助第一微镜场对光谱成分的选择能够根据待测量样本的光学性质调整激励辐射的光谱性质,而在辐射路径中不需要光谱选择吸收过滤器。事实上,可以根据样本和/或预设的测量任务来从光谱上调整激励光谱,而不必为此移动宏观的光学部件。取代移入和移出在现有技术中已知的光学过滤器,可以通过第一微镜场明显更简单、空间更紧凑地、更自动化和更精确地实现光谱选择。

由辐射源发出的辐射首先到达第一色散元件,通过所述第一色散元件能够将其在空间上分解为不同的光谱成分。也就是说,第一色散元件改变属于各个光谱成分的部分光束的方向和/或空间位置,并且由此使辐射在空间上发散。辐射在第一色散元件之后到达第一微镜场,所述第一微镜场通过各个单独的镜片的位置实现对不同的光谱成分的选择。本发明的色散元件总体上能够例如实施为光学棱镜或光栅。

第一微镜场例如是多个小光学镜片的规则布置。该微镜能够通过数字控制单元被单独地自动控制,其中,镜片在两个预定的定向之间偏转,所述两个定向分别对应于“开(ON)”和“关(OFF)”状态,也就是说激活和未激活状态。这种微镜场能够从美国德州仪器公司购得并且以商品名DLP(数字光学处理)被提供。微镜场迄今主要用于数字图像和视频投影。

本发明的核心思想在于,将这种微镜场用于在发射光谱仪中光谱地形成激励光辐射。通过激励光在第一色散元件之后的空间发散,在此分别为每个微镜组分配了光谱成分、即激励光的波长光谱的较小的子区域。根据微镜场在辐射路径中的定向,微镜的激活或未激活的状态能够导致投射在该微镜上的部分光束或者说子辐射被选择。这样选择的子辐射随后通过接着布置在辐射路径上的第二色散元件重新汇聚成共同的激励辐射,从而之后基本上不再存在成为单独光谱成分的发散。也就是通过第一色散元件的光谱发散仅作为中间步骤实施,以便通过微镜场实现光谱选择,并且随后通过第二色散元件重新复原。其余微镜(分别处于相反的连接状态下)的未被选择的子辐射朝其它方向偏转,从而使未被选择的子辐射从激励光辐射中射出。通过激励光辐射的这样实现的选择和光谱合成,能够根据样本的光学性质和根据分别预设的测量目标实现精确调整。尤其还可以在用于不同测量的不同激励光谱之间特别简单地切换。

在根据本发明的用于测量光辐射的方法中使用根据本发明的辐射测量设备。该方法的特征在于,借助第一微镜场的单独微镜的激活和/或去激活对激励光辐射的光谱组成进行选择。根据本发明的方法的优点与针对根据本发明的辐射测量设备所述的优点类似。

本发明的有利的设计方式和改进方式由权利要求1和8的从属权利要求以及以下说明给出。在此,所述辐射测量设备和测量方法的所述设计方案能够有利地相互结合。

辐射测量设备的照明单元可以具有至少一个聚焦单元,所述聚焦单元沿辐射方向布置在辐射源与第一色散元件之间。作为备选或补充,这种聚焦单元还可以在辐射路径中布置在第二色散元件与样本区域之间。这种类型的聚焦单元能够例如包括光学透镜、透镜系统和/或凹面镜。也就是说聚焦单元能够例如具有至少一个聚焦透镜或聚焦镜面。通过布置在辐射源与第一色散元件之间的聚焦单元,能够实现与光谱成分相对应的各个子辐射在微镜场的不同配属区域上的汇集。该聚焦允许精确的光谱选择。额外地布置在第二色散元件与样本区域之间的聚焦单元能够有利地使通常分散地离开第二色散元件的辐射汇聚成定义的准直的激励光辐射。

除了所述聚焦单元之外,还可以有利地与该聚焦单元相邻地分别沿辐射路径在聚焦单元之前或者在聚焦单元之后布置光阑。例如可以在辐射源侧的聚焦单元之后布置入射狭缝,以便实现辐射在微镜场中的精确成像,并且由此实现微镜场的各个狭缝或行列与相应的光谱成分的精确对应。

辐射测量设备的探测单元可以有利地具有在辐射路径中布置在样本区域之后的第三色散元件,用于将所发出的辐射分解为其光谱成分。探测单元可以具有在辐射路径中随后布置的用于对单独的光谱成分进行选择的第二微镜场和还在辐射路径中随后布置的辐射探测器。在该实施方式中,由样本发出的辐射光可以在探测单元内部借助第三色散元件发生光谱分解,并且随后借助第二微镜场进行光谱选择。该选择可以类似于在第一微镜场中的方式由此进行,即,与确定的光谱成分相对应的微镜被激活和/或去激活。在第二微镜场与探测器之间的其它辐射路径则可以定向为,使得例如要么子辐射通过去激活的微镜偏转至探测器,要么子辐射通过激活的微镜偏转至探测器。镜片的处于相应相反的激活状态下的子辐射则可以相应地从探测辐射路径射出。被第二微镜场选择的子辐射在此原则上能够要么同时要么单独地或者成组地先后依次偏转至辐射探测器。

在探测单元中带有第二微镜场的实施方式的主要优点在于,能够在探测之前通过不选择或者说取消相应的微镜将激励辐射的短波光谱部分(spektrale Anteil)从入射探测单元的辐射中滤除。由样本、例如通过荧光体或磷光体发出的二次或者说次级辐射通常与激励光辐射相比向更长的光波长移动。然而根据探测单元相对于样本和相对于激励辐射的辐射路径的布置,激励光辐射的的反射和/或散射的和由此光谱上未移动的辐射部分也附加地到达探测单元。因此,为了避免长波的发射辐射与短波的激励辐射在实际测量中在探测器中发生叠加,在探测单元内部的光谱过滤是相宜的。通过使用第二微镜场,避免了使用在现有技术中所应用的可更换的吸收过滤器。在此实现和之前针对照明单元在利用色散元件和微镜场的组合替代吸收过滤器方面所描述的类似优点。

通过结合照明单元中的第一微镜场和探测单元中的第二微镜场,可以以特别简单和精确的方式根据待研究样本的光谱性质实现对整个测量设备的调整。尤其能够在照明侧和探测侧实现光谱过滤的调整适配,而总体上无需移动宏观的光学部件和/或无需使用光谱选择性的吸收过滤器。

探测单元的其它设计方式可以不同,视辐射测量设备是发射管光谱仪还是用于使辐射图案成像的设备、也就是例如发射式电子显微镜而定。在发射管光谱仪中设置了用于分辨光谱地测量辐射强度的探测单元。为此可以使辐射射线的已经通过第三色散元件分散的子辐射在其选择之后通过微镜场保持分散为其光谱成分,并且由此偏转至辐射探测器的成像平面。辐射探测器可以例如是指一维或二维探测场,利用所述探测场能够同时测量不同的光谱成分的子辐射。这样能够同时确定整个发射光谱或其中一个区段的强度。

作为备选还可行的是,辐射探测器仅具有唯一一个探测通道,并且由微镜场选择的不同光谱成分的子辐射先后依次偏转至该唯一一个探测通道的探测面上。这样可以先后依次地测量不同波长范围的强度。在后者所述方案中,用于光谱分解待测量的辐射的第二微镜场的工作方式与专利文献EP0548830B1中所述光谱仪类似。然而对光谱的不期望的部分、尤其是探测辐射的短波且与激励光谱叠加的部分的消除或者说过滤的额外效果是有新颖性的。

在辐射成像仪、即在用于空间辐射分布的成像的辐射测量设备中,在探测单元中在第二微镜场与辐射探测器之间的辐射路径中布置了另一个、即第四色散元件。该第四色散元件则用于将选择的光谱成分汇聚成共同的经过滤的发射辐射或者说放射射线。所述过滤的发射辐射可以偏转至辐射探测器,从而形成发出辐射的样本的空间成像。例如辐射探测器可以具有一维或二维的像素化传感器场,样本在所述传感器场的成像平面中成像。作为备选,样本的图像还可以通过依次在单独的探测通道上的扫描成像。探测单元可以额外地设有放大光学元件,由此能够将辐射测量设备作为发射式电子显微镜、尤其荧光显微镜使用。

总体上,辐射测量设备可以设计为发射光谱仪或辐射成像仪。其实现方式例如在于,离开第二微镜场的子辐射沿一个空间方向根据其波长保持分散,然而沿其它空间方向偏转至探测器的成像平面,从而使关于发射辐射的初始位置的信息沿该方向保持不变。为此,辐射探测器可以相宜地具有二维传感器场。

与带有聚焦单元的照明单元的实施方式类似,探测单元也可以具有一个或多个聚焦单元。在此聚焦单元也可以分别包括至少一个聚焦透镜和/或凹面镜。这种聚焦单元例如可以光学上布置在样本区域与第三色散元件之间,以便能够使与光谱成分相对应的各个子辐射汇聚在第二微镜场的不同的对应区域上。该聚焦允许精确的光谱选择。额外地布置在第二微镜场与辐射探测器之间的聚焦单元有利地实现了通常分散地离开第二微镜场的辐射朝辐射探测器的成像平面方向的汇聚。这种聚焦允许在发射光谱仪中实现精确的波长分辨或者在辐射成像仪中实现精确的空间分辨。

为了改进光谱分辨和/或成像质量,探测单元还可以额外地设有一个或多个光阑,类似于在照明单元的确定实施方式中的光阑。因此探测单元例如可以在辐射路径中在第三色散元件之前具有光阑、优选狭缝。

辐射探测器总体上可以有利地仅具有一个单独的传感器通道。例如该传感器通道可以具有面状的光电二极管或光电倍增管。

作为备选,探测单元可以具有一维或二维像素化的传感器场。在此例如涉及CCD场、pin二极管场、CMOS传感器或焦平面阵列。除了硅基的传感器材料之外,例如InGaAs(铟砷化镓)和MCT(汞镉碲化物)也可以是用于光学传感器的有利材料。

在照明单元和/或探测单元中可以有利地不具有光谱选择性的光学吸收过滤器。

辐射测量设备可以设计用于借助可见光、紫外线和/或红外线进行测量。辐射源则可以涉及光源、紫外线辐射源和/或红外线辐射源。有利地,辐射源可以涉及宽带发出的辐射源、例如宽带的发光二极管或宽带的激光器、尤其量子联级激光器或卤灯。

辐射测量设备总体上可以设计为,使得由样本发出的辐射能够沿与激励辐射的入射方向相反的方向分量入射进探测单元。辐射测量则可以设计为倒退方向的二次辐射的测量。这可以例如通过辐射分光器在样本区域附近的布置实现,所述辐射分光器将激励辐射和探测辐射的光学路径相互分离。

作为备选,辐射测量设备总体上可以设计为,使得由样本发出的辐射沿与激励辐射的入射方向相应的方向分量入射进探测单元中。为此,样本可以在几何上布置在照射到其上的激励辐射与发射辐射的能入射进探测单元中的部分之间。这可以指的是用于测量前进辐射的布置。但辐射测量设备或者可以设计用于沿垂直于激励辐射的入射方向的主方向使发射辐射入射。

在用于测量光辐射的方法中,可以通过第一微镜场对辐射的光谱成分的单独的连贯或者说组合的子集进行选择,并且其余的辐射则从后续的辐射光路中射出。换言之,第一微镜场可以结合第一和第二色散元件发挥带通过滤器的作用,利用所述带通过滤器选择给定的连贯波长区域、也就是说波长带。激励光谱的这种带通过滤可以例如相宜地用于针对激励选择光谱带,所述光谱带具有与待研究样本的一个或多个吸收带的重叠。不需要用于激励样本的光谱成分通过该方式被屏蔽并且由此不在后续的辐射光路中产生干扰的光学作用。作为备选,可以通过第一微镜场以类似方式成组地选择多个光谱带。

作为备选还可以通过第一微镜场使辐射的光谱成分的单独的连贯的子集从辐射光路中射出,并且其余的辐射被选择。换言之,第一微镜场结合第一和第二色散元件可以发挥带阻过滤器的作用,利用所述带阻过滤器将给定的连贯的波长区域、也即波长带屏蔽。这可以是有利的,以便将激励光谱的确定的子区域屏蔽,所述子区域在后续的辐射光路中被认为是极具干扰性的。

作为备选,还可以通过第一微镜场使辐射的不高于确定的波长阈值的所有短波光谱成分被选择,并且其余的长波辐射从辐射光路中射出。换言之,第一微镜场结合第一和第二色散元件可以发挥短通过滤器的作用,所述短通过滤器仅允许低于规定阈值的较短波长通过后续的辐射光路。该实施例可以例如是有利的,以便使不高于样本的最长波长的待激励吸收带的短波辐射传导至样本区域。

作为备选,还可以通过第一微镜场使高于确定的波长阈值的所有长波光谱成分被选择,并且其余辐射从辐射光路中射出。换言之,第一微镜场可以结合第一和第二色散元件发挥长通过滤器的作用,所述长通过滤器仅允许高于规定阈值的较长波长通过后续的辐射光路。

在所述测量方法中,由样本发出的辐射可以借助布置在探测单元中的第二微镜场借助单独微镜的激活和/或去激活有利地进行光谱选择。换言之,还可以在探测单元中借助微镜场进行光谱过滤,以便例如将激励辐射的光谱成分从探测单元的后续的辐射路径中屏蔽。所述方法的该实施方式的优点类似于辐射测量设备的前述相应实施方式的优点。

而且就探测单元内部的这种光谱过滤而言,如上针对照明单元所述,通过镜面位置调整的过滤器的配置可以与带通过滤器、多带过滤器、带阻过滤器、短通过滤器、长通过滤器以及上述过滤器类型的组合相对应。特别有利地,第二微镜场可以控制和调整为,使得针对进入探测单元的辐射进行带通过滤或长通过滤,以便将短波的、与激励光谱相叠的光谱成分从辐射光路的后续路径中、尤其从辐射探测器的区域中屏蔽。

在测量方法中,当至少在辐射的波长光谱的子区域中,通过第一微镜场被选择的光谱成分的选择样式和通过第二微镜场被选择的光谱成分的选择样式相互补时,照明单元和探测单元的功能尤其有利地相互补充。这种设计可以用于,利用照明单元选择由辐射源发出的用于激励样本的辐射的短波子区域,并且随即准确地将该光谱子区域在辐射探测器之前滤除,以避免在测量中长波移动的发射辐射的干扰性叠加。此外,作为备选或补充,样本的发射带的区域中的长波光谱成分可以在照明单元中从激励辐射的波长光谱中滤除,因为长波光谱成分通常不利于辐射的激励。所述长波成分能够在探测单元内被选择,并且偏转至辐射探测器,因为长波成分主要有助于产生期望的信号。特别有利地,第一微镜场和第二微镜场的选择样式甚至可以基本上个完全互补。然而在多数情况下,这种互补的选择样式存在于辐射的波长光谱的部分区域中就足够了,例如存在于与样本的光谱吸收带和/或样本的发射带相应的区域中。

总体上测量方法可以设计为,使得辐射测量设备针对激励放射的辐射的不同波长区域和/或所发射的辐射的不同波长区域的切换在不移动宏观光学部件的情况下进行。这尤其可以由此实现,即,分别根据样本调整适配的光谱过滤不通过光谱选择性的吸收过滤器实现,而是通过可数字控制的微镜场实现。

通过第一和/第二微镜场对光谱成分的所述过滤总体上不一定作为对给定光谱成分的完全选择或消除二元地进行。事实上,在过滤中还可以有利地调整灰度,从而也能够按比例地选择确定的光谱成分。这种灰度在过滤中可以通过不同方式实现:

特别有利地,对预设的光谱成分的按比例选择可以通过在二维的第一和/第二微镜场的配属于相应光谱成分的行或列中选择预定比例的微镜实现。换言之,光谱成分可以分别借助在先连接的色散元件这样偏转至二维的微镜场中,从而分别使微镜场的行或列对应于光谱成分,即确定的波长区域。然而这种几乎单色照射的行或列的各个微镜不必具有相同的激活状态。为了实施按比例选择,在这种光谱分组(也即:行或列)中的微镜的预定子集也可以有助于相应光谱成分的选择。这种分组的不同连接的微镜在此原则上可以根据激活状态被分组或者也可以在空间上混合。

在备选的设计方式中,光谱成分的按比例选择还可以通过单独微镜的激活状态在时间上快速重复的改变实现。所述时间上的改变例如可以针对光谱分组的微镜周期性地或者同时地进行。光谱选择的准确比例则通过激活状态与去激活状态的持续时长之间的比例确定。

作为上述两种针对确定的光谱成分的按比例选择的方法的备选或补充,还可以通过在相应的光辐射分散为不同光谱成分时的模糊实现成分选择的软化。而且由此即使属于确定的光谱成分的分组被完全选择或消除,在实际实施中通常例如针对在边缘附近的边缘过滤器的设计对确定的光谱成分也形成不完全的选择或消除。

所述测量方法可以有利地涉及用于对光辐射进行光谱分辨测量的方法。作为备选或补充,还可以涉及用于光辐射的空间分布的成像的方法。例如可以涉及发射式电子显微成像的方法。

以下参照附图结合若干实施例对本发明进行阐述,在附图中:

图1示出在根据第一实施例的辐射测量设备中的光路的示意图,

图2示出在根据第二实施例的辐射测量设备中的光路的示意图,

图3示出根据第三实施例的光学过滤单元的示意图,

图4示出根据第四实施例的光学过滤单元的示意图,

图5示出根据第五实施例的光学过滤单元的示意图并且

图6示出根据第六实施例的光学过滤单元的示意图。

在图1中示出根据本发明第一实施例的辐射测量设备1的示意性框图。辐射测量设备1在此设计为荧光光谱仪,利用所述荧光光谱仪能够测量由样本5发出的荧光的光谱组成。辐射测量设备1具有照明单元7和探测单元35,其部件分别示出在所配属的框图内。此外,辐射测量设备1还具有样本区域3,待测量的样本5能够定位在所述样本区域中。辐射测量设备1的光学部件以下基本上沿光学辐射路径被描述。照明单元7总体上用于提供为照射样本5所需的激励辐射25。为此使用由辐射源9发出的辐射11,其中,该辐射可以指的是可见光、红外光或紫外光辐射。发出的辐射11通过不同的光学部件进行光谱过滤。为此辐射通过聚焦单元13偏转至第一色散元件15。聚焦单元13用于将辐射汇聚至第一色散元件15上。如图1示意性示出,聚焦单元13可以例如由多个聚焦透镜13a组成。由此,辐射11偏转至第一色散元件15上,并且光通过该色散元件15分散为其光谱成分。例如在图1中示出针对六个不同光谱成分λ1至λ6的辐射路径。在第一色散元件15之后,在照明单元7的辐射光路中布置第一微镜场17。该第一微镜场17是可数字控制的微镜的二维场,所述微镜能够在两个规定状态之间切换。微镜可以是激活的或者去激活的,换言之微镜能够处于ON或OFF状态。通过第一色散元件15,辐射在光谱上分散,从而使各个单独光谱成分基本上聚焦在微镜场17的列上。如图1所示,微镜场17的列能够整合为单独的被消除的区域17a和被选择的区域17b。被选择的区域在此相当于微镜的相互一致的列状态。被消除的区域17a则相当于微镜的其它状态。投射到被选择的区域17b中的子辐射在后续的辐射路径中偏转至第二色散元件21。在图1中,该辐射束通过λ2标注。然而在此指的不是固定波长,而是发射的辐射11的波长光谱的部分区段。其它的光谱成分λ1和λ3至λ6从后续的辐射路径中射出,并且例如偏转至此处未详细示出的吸收器或其它辐射槽。辐射阻断器19用于使尽可能少的散射辐射通过不同于所规定的辐射路径的方式到达第二色散元件21。通过与第一色散元件15的共同作用,微镜场17在此发挥带通过滤器的作用,通过所述带通过滤器仅选择光谱λ2的子区域。通过第二色散元件21,在所述子区域λ2中略微不同的波长也汇聚成共同的激励辐射25。第二聚焦单元23用于实现该激励辐射25在空间上良好定义的辐射轮廓。照明单元7总体上具有光学过滤单元,利用所述光学过滤单元数字控制地调整激励辐射25的光谱性质。为此不需要可活动的光学吸收过滤器。

从照明单元7射出的激励辐射在后续的辐射路径中被标注为25a。该激励辐射基本上具有第二光谱成分λ2。激励辐射通过镜片27和辐射分光器33到达待测量样本5,所述样本可以定位在测量设备的样本区域3中。在规定的测量区域29中,利用相对较短波长的光谱成分λ2照射样本5。由此样本5通过荧光体发出较长波的辐射,例如具有成分λ3至λ5的辐射。该成分还与具有原始波长λ2的散射辐射叠加。所发射的辐射总体上通过附图标记31被标注。发射辐射穿过辐射分光器33并且穿过入射狭缝37入射进探测单元35。探测单元35具有辐射探测器47和若干其它共同地同样用于对入射的发射辐射31a进行光谱过滤的光学部件。首先,第三聚焦单元39使得入射的发射辐射31a汇聚在第三色散元件41上。通过第三色散元件41还将辐射按照其不同的光谱成分λ2至λ5分散。由此分散的辐射根据其光谱成分分布到第二微镜场43的不同列上。在此也指的是二维的可数字控制的微镜场,类似于照明单元7的第一微镜场17。在所示实施例中第二微镜场43设计为,使得由第二光谱成分λ2照射的子区域是被取消的子区域43a。其余的光谱成分λ3至λ5投射第二微镜场43上的被选择的子区域43b中。由此,与光谱成分λ2相比波长较长的荧光成分λ3至λ5在后续的辐射路径中朝辐射探测器47的方向偏转。为了改进在辐射探测器47上的聚焦还使用第四聚焦单元45,例如聚焦透镜。而短波光谱成分λ2则从后续的辐射路径中射出,并且例如偏转至此处未详细示出的辐射槽中。在此辐射阻断器49也用于避免不期望的散射光入射到辐射探测器47的区域中。在探测单元35内部,第二微镜场43结合色散元件41共同发挥光谱过滤器的作用,利用所述光谱过滤器能够将激励光辐射λ2的光谱成分滤除。至少在光谱成分λ2和长波成分λ3至λ5的子区域中,第一微镜场17和第二微镜场43互补地配置。通过探测单元35内部的光谱过滤实现的是,短波的光谱成分λ2不影响利用辐射探测器47对较长波的成分λ3至λ5的测量。

在图1的实施例中,待测量的光谱成分λ3至λ5同时偏转至辐射探测器47。在此相宜地是指像素化的探测器,利用所述探测器能够分辨位置地测量单独光谱成分。由此所述第一实施例的测量设备适合作为发射光谱仪。作为所示实施例(其中单独的光谱成分λ2至λ5被同时测量)的备选,还可以使所述光谱成分在时间上先后依次通过第二微镜场43被选择,并且由此先后依次偏转至辐射探测器47。此外,辐射探测器47还可以相宜地是指单独的探测通道,所述探测通道不是分辨位置地、而是在时间上错移地测量不同的光谱部分。为此,第二微镜场43作为带通过滤器通过时间上变化的波长调整运行。

在图2中示出根据本发明第二实施例的辐射测量设备1的示意性框图。类似和作用相同的部件在此被标注以与图1相同的附图标记。在此激励辐射25也从照明单元7射出并且偏转至待测量的样本5上。从该处由样本发出的辐射通过入射狭缝37入射到探测单元35,在探测单元中辐射通过辐射探测器47测量。与第一实施例的主要区别在于两个微镜场17和43的设计。第一微镜场17在此与第一色散元件15共同作为多通过滤器使用。存在三个单独的被选择的子区域17b,在所述子区域内部微镜使入射的辐射继续朝第二色散元件21的方向偏转。在由辐射源9发出的辐射11的相对较宽的光谱中,三个不同的波长带相应于三个光谱成分λ1、λ3和λ5被选择。而其余在此示意性示出的成分λ2、λ4和λ6则从辐射光路中射出。在此通过第二色散元件21,三个被选择的波长成分λ1、λ3和λ5又汇聚成共同延伸的激励辐射25。从照明单元7射出的激励辐射25a偏转至样本5,在所述样本中能够通过激励辐射的三个光谱成分激励不同的发射机制。这样例如可以通过不同的光谱成分λ1、λ3和λ5,使得样本5的不同化学成分以多通道激励的方式被激励以进行放射。在此,可以通过可数字控制的第一微镜场针对待研究的化合物调整光谱成分。例如样本5可以包含三个不同的成分,所述三个成分分别通过激励辐射25a的三个光谱成分激发出略微长波移动的荧光。这样例如产生具有三个新的光谱成分λ2、λ4和λ6的光辐射。这样构成的发射辐射31随即又可以经过辐射分光器33和入射狭缝37入射进探测单元35中。在该实施例中,与辐射的光谱成分λ2、λ4和λ6相叠的是作为散射的辐射部分的激励辐射的光谱成分λ1、λ3和λ5。然而出于简洁原因所述成分在发射辐射31中未标注。

在此,探测单元35也具有第三色散元件41和第二微镜场43,所述第三色散元件和第二微镜场共同发挥对入射的发射辐射31a的光谱过滤作用。发射辐射的三个光谱成分λ2、λ4和λ6例如能够先后依次地被第二微镜场43选择。在图2所示的设计方式相当于对光谱成分λ4的选择,其中,其余的组成λ2和λ6通过第二微镜场43的未选择区域43a从后续的辐射路径中射出。出于简洁原因,在图2中未再示出探测单元35内部的激励光辐射的光谱成分λ1、λ3和λ5。然而在此激励光辐射的部分也能够通过光散射到达探测单元35并且能够通过调整第二微镜场43的配置同样也从后续的辐射路径中射出,从而使激励光辐射的这些成分不会到达辐射探测器47。待由辐射探测器47测量的光谱成分λ2、λ4和λ6在此也能够原则上同时或者先后依次地偏转至辐射探测器47。作为在此所示实施例的备选,还可以将这种辐射测量设备1作为成像测量设备运行。为此可以在探测单元35内部在第二微镜场43之后分别连接另一个色散元件,所述色散元件将发射辐射的被选择的光谱成分重新汇聚成共同的子辐射,由此能够在辐射探测器47上形成样本5的表面的空间成像。

以下四个附图示出另外四个实施例,然而所述附图不完全示出辐射测量设备,而是示出单独的光学过滤单元51,所述光学过滤单元与在上述实施例中类似地能够作为光学过滤单元使用在照明单元和/或探测单元中。在此,图3至图6分别示出同类型的光学部件,然而微镜场17的控制则设计不同。

这样,图3示出光学过滤单元51,其中,入射光53的辐射被光谱选择。这样形成了具有可调整的光谱组成的出射光55。入射光通过聚焦单元13偏转至第一色散元件15。通过该色散元件15,辐射分散为其单独的光谱成分,在此例如通过λ1至λ6示出。各个光谱成分的子辐射投射至微镜场17,微镜场的微镜多数具有选择开关状态。在两个被选择的子区域17b旁边设置了单独的被取消的子区域17a,在所述被取消的子区域中,所配属的微镜使入射的辐射从后续的辐射路径和由此出射光55中射出。被取消的子区域17a被相应于第五光谱成分λ5的辐射击中。其余的光谱成分λ1至λ4和λ6随后通过第二色散元件21重新汇聚成共同的出射光55,该出射光的光谱成分则减少了被取消的光谱成分λ5。总体上所示配置涉及带阻过滤器。如果在探测前不必再将不同的光谱成分汇聚成共同的光辐射,则在探测单元内使用光学过滤单元51的情况下也可以取消第二色散元件21。这也适用于光学过滤单元51的以下实施例。

图4示出根据本发明第四实施例的另一光学过滤单元51。该过滤单元51与上述实施例的区别在于微镜场17的配置。在此微镜场17设计为,使得在仅一个单独的被选择的子区域17b的两侧形成两个大面积的被取消的子区域17a。在此仅入射光53的光谱的相对较小的区段被过滤通过至出射光55。在图4示意性示出的实施例中,这例如是原始光谱成分λ1至λ6的集合中的示例性光谱成分λ2。其余的光谱成分λ1和λ3至λ6通过微镜场17的被取消的子区域17a偏转至在此未示出的辐射槽,并且由此不再为出射光55所用。由此可以通过简单的方式配置带通过滤器。

图5示出另一种示例性配置的类似的光学过滤单元51。在此,微镜场17结合色散元件15和21作为边缘过滤器使用,其中,具有低于光谱边缘17c的波长的辐射能够通过。微镜场17具有仅一个被选择的子区域17b和被取消的子区域17a,其中,被选择的子区域17b对应于短波的光谱成分λ1至λ3。相应地,短波的成分λ1至λ3汇聚成出射光55。

图6示出光学过滤单元51的另一种实施例,所述光学过滤单元也设计为光学边缘过滤器。而且在此边缘17c构成微镜场的被取消的子区域17a与被选择的子区域17b之间的分界线。在该实施例中,被选择的子区域17b对应于入射光53的长波成分λ4至λ6,从而使光学过滤元件总体上作为长通过滤器发挥作用。

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