具有单色器和阶数选择滤光器的光谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于对微孔板的孔中的样品进行吸收光谱测定的具有单色器和 阶数选择滤光器的光谱仪，以及涉及一种用于检测微孔板孔中的样品的吸收光谱的扫描方 法，其中使用了装备有单色器和这种阶数选择滤光器的光谱仪。
【背景技术】
[0002] 具有单色器的光谱仪已被获知了较长一段时间，并且被用于例如产生具有特定波 长的照明光，以检查澄清的低分子溶液的吸收特性。光谱仪也被用于检测并测量宽波长范 围内的光，包括电磁光谱的近红外光、可见光和紫外光。
[0003] 从美国专利No. 4, 225, 233获知一种特殊的快速扫描分光光度计，其依赖于向扫 描元件发射的控制电压信号来产生具有预定波长的照明光。与常规的光谱仪相反，被设置 在分光光度计的光栅像平面中的扫描元件被形成为固定到检流计的转子的小反射镜。所述 检流计的角位置由闭环电子控制电路来精确地控制。由该反射镜反射的光谱被引导通过狭 缝，由此提供具有处于50到300nm或者甚至50到600nm范围内的预定波长的光。该波长 范围被线性地扫描。然而，在较高的波长范围内，由于检流计的驱动器的限制，必须接受降 低的波长精度。
[0004] 不同于由用于偏转单色器所提供的光谱的反射镜来生成照明光束以检查样品，在 美国专利No. 7, 924, 422 B2中，在对从被检物体反射的光进行光谱测定期间，阶数选择滤光 器（OSF)被提供在所使用的色散光栅的下游。该文献公开了一种用于光学计量的校准方 法。举例说明的OSF包括三个滤光区，但它也可以包括更少或更多的滤光区。例举的三个 滤光区中的每一个充当一个长波通或带通滤光器，以防止位于正下方的阵列探测器（例如 CCD或CMOS传感器）的像素接收具有高于被测衍射阶（典型地，第一阶+/-1中的一个）的 衍射阶的光。所公开的OSF能够被用于从电磁光谱的近红外光（NIR)经由可见光（VIS)和 紫外光（UV) -直达到深紫外光（DUV)的波长范围。从美国专利No. 7, 924, 422 B2获知具有 三个区域的阶数选择滤光器，其传输范围由薄膜滤光器堆叠产生，这些薄膜滤光器全部都 被设置在一个公用的光学透明基板上并且至少部分地被设置在底层上。附图在图IA中示 出了具有相互邻接的薄膜滤光器堆叠的阶数选择滤光器（参见美国专利No. 7, 924, 422 B2 的图8)，并在图IB中示出了具有相互部分重叠的薄膜滤光器堆叠的阶数选择滤光器（参见 US 7, 924, 422 B2 的图 9)。
[0005] 文献US 3, 711，708公开了一种用于检测气相色谱仪的输出处的红外光谱的快速 扫描仪，文献EP 0 015 607 Al公开了一种用于光谱仪的经改良Ebert单色器，并且文献 W093/22636 Al公开了一种单色器，所述单色器被设置在一个单独的壳体上，并且包括一个 相应的固定入口和出口缝隙、衍射光栅和边缘滤光器，所述边缘滤光器被光栅驱动器连续 地驱动并且相对于光栅具有角同步。
[0006] 文献US6, 313, 471 Bl公开了一种用于确定位于试管内或微孔板的孔内的样品的 荧光性、发光性或吸收性的设备。所述设备包括宽带光源、设置在单独壳体中的单色器以及 具有用于控制撞击到探测器上的光的波长的多个单独的带通和/或边缘滤光器的滤光轮。 激发光和发射光被带进一个光纤内，各自接近于孔内的样品或接近于探测器。
[0007] 微孔板读出器已长期被认为是用于检测微孔板的孔内的样品的荧光性、发光性和 /或吸收性的光学测量系统，并且在市场上是可获得的，例如能以本专利申请人的产品的形 式获得。Infinite?:系列的微孔板读出器包括用于选择用于照射微孔板孔内的样品的光的 特定波长或更正确的说波长范围的装置（单色器、滤光器）。从样品到达的光也可以借助滤 光器或单色器而被细分为优选的波长范围，并且可以被提供到相应的探测器。
[0008] 所有的多孔板都被称为本发明范围内的微孔板，其包括被设置成阵列的多个孔或 容器。特别优选的微孔板至少具有根据如美国国家标准协会公布的SBS标准（ANSI_SBS 1-2-3-4-2004)的微孔板的质量和脚印（footprint)。微孔板是已知的，例如微孔板的孔装 备有圆形底部、平坦底部或V底部。这些孔可以被设置为"正常孔"，或者也可被设置为"深 孔"。
[0009] 形状为截锥或截棱锥形式的孔通常是已知的。具有不同孔形状的所有微孔板的共 同特征是它们具有标准化的底部面积，即它们具有标准化的"脚印（footprint) "，并且设置 成阵列的孔的轴向距离也是标准化的。该轴向间距例如在24孔（4X6)板中是18mm，在96 孔（8X12)板中是9mm，在384孔（16X24)板中是4. 5mm，并且在1536孔（32X48)板中是 2. 25mm。微孔板的高度可取决于类型而大大改变，并且通常在10. 4mm(例如，1536V底部深 孔板）和44mm(例如，来自Greiner的96孔Masterblock?:)之间。
[0010] 如果光谱仪的所用波长范围在大于一倍频程上延伸，则具有该波长的一半的某一 部分光被附加地混合到具有设定的所需波长的光。所述部分源自光栅的次高衍射阶，该不 合需的光无法从所需光中几何地分离出（见图2)。为了使所述不合需的部分保持离开由单 色器产生的波长或波长范围，光谱分离已知通过在光路中布置长波通滤光器（阶数选择滤 光器）来实现。根据选定的波长必须使用相应的滤光器。例如，具有350nm的边缘波长的 长波通滤光器是适合的，以便使处于大约360nm到680nm范围的所需单色器波长与具有较 高阶数的不合需光（小于340nm)分离。因此，如果常规的光谱仪将在宽波长范围内进行扫 描，则需要进行若干次滤光器改变。例如，200nm至1000 nm的扫描范围在多于两倍频程上延 伸，并且因此需要三个不同的长波通滤光器，这导致滤光器的两次改变。滤光器的每次改变 都需要时间，其中停止单色器光栅的移动也是必要的。如果想要在200nm至1000 nm的宽波 长范围上进行对测量的快速扫描，则通过改变滤光器而导致的这种中断是耗时的并且不可 接受的。
【发明内容】
[0011] 本发明的一个目的是提供一种用于对微孔板的孔中的样品进行吸收光谱测定的 光谱仪，所述光谱仪包括单色器和阶数选择滤光器的组合，并且允许在200nm至1000 nm的 波长范围内进行连续扫描，而无需扫描期间停止单色器的衍射光栅。该目的通过根据独立 权利要求1的特征的光谱仪得以实现。
[0012] 本发明的另一目的是提供一种扫描方法，其中使用具有单色器和阶数选择滤光器 组合的光谱仪来在200nm至1000 nm的波长范围内的快速扫描期间，对微孔板的孔中的样品 进行吸收光谱测定，而无需在该扫描期间停止单色器的衍射光栅。该目的通过根据独立权 利要求17的特征的扫描方法得以实现。
[0013] 进一步优选的和发明的特征在相应的从属权利要求中提供。
[0014] 根据本发明的光谱仪、根据本发明的阶数选择滤光器以及根据本发明的扫描方法 包括以下优势：
[0015] 对能够连续地并且和单色器的衍射光栅一起同步移动的阶数选择滤光器的使用 允许在例如200nm到1000 nm波长范围内连续检测吸收光谱。
[0016] 以Inm的步长在200nm至1000 nm的波长范围内检测吸收光谱需要小于5秒钟。
[0017] 用于在200至1000 nm的波长范围内检测吸收光谱的阶数选择滤光器的简单配置 (其中仅两个具有涉及不同光谱传输特性的光学薄膜以交替的方式被应用到石英基板）与 常规的线性可变滤光器或无缝地接合的滤光器组合相比允许便宜制造。
[0018] 阶数选择滤光器可以使用四个或多个区域，用于在甚至更宽的波长范围内检测吸 收光谱，其中各邻接的区域是根据相同的原理以交替的方式被应用至基板的前侧和后侧 的。
[0019] 与常规的无缝地接合的滤光器组合相比，两个光学薄膜的部分空间重叠降低了对 用于移动阶数选择滤光器的驱动器的精度所设的要求。
[0020] 在基板的相对侧上的两个薄膜之间的大间距（大约Imm厚）防止了重叠区域中的 干涉和衍射效应，所述效应在其中薄膜在一个基板侧的重叠区域中位于彼此顶部的阶数选 择滤光器中发生（参见US7, 924, 422 B2)。
【附图说明】
[0021] 通过示意图显示了根据本发明的示例性阶数选择滤光器或者更准确的根据本发 明的示例性光谱仪。这些图记录了本发明主题的选定实施例，但不限制本发明的范围，其 中：
[0022] 图IA示出了从现有技术状态中已知的包括三个区域的阶数选择滤光器，这三个 区域的传输范围是通过将薄膜滤光器堆叠邻接而产生的，这三个区域全部被设置在公用的 光学透明基板上并且至少部分地在底层上；
[0023] 图IB示出了具有相互部分重叠的薄膜滤光器堆叠的根据图IA的阶数选择滤光 器；
[0024] 图2示出了从现有技术中已知的衍射光的衍射阶的示意图，该衍射光通过在单色 器的衍射光栅上散射入射光而被分离；
[0025] 图3示出了穿过根据本发明的阶数选择滤光器的示意性纵向截面图，该阶数选 择滤光器基本上为矩形并且包括被形成为矩形且被交替地应用的三个区域和长波通滤光 器；
[0026] 图4示出了根据图3设置的阶数选择滤光器的俯视图；
[0027] 图5示出了穿过根据本发明的光谱仪的示意性纵向截面图，该光谱仪具有用于对 微孔板的孔中的样品进行吸收光谱测定的单色器和阶数选择滤光器的组合；
[0028] 图6A示出了根据本发明被设置成可旋转的滤光盘并且包括被交替应用的扇形形 状的长波通滤光器的阶数选择滤光器的俯视图；
[0029] 图6B示出了根据本发明被设置成可旋转的滤光筒并且包括长波通滤光器的阶数 选择滤光器的3D视图，这些长波通滤光器被设置为部分护套表面并且被交替地应用；
[0030] 图7A示出了一图示，其中示出了取决于所用光源的波长和位置的第一和第二光 学薄膜以及重叠区域的传输，其中示出了基于根据本发明的阶数选择滤光器