用于发射受控光谱的光束的发射装置制造方法

用于发射受控光谱的光束的发射装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于发射具有受控光谱的光束的装置(1)。所述发射装置包括：-至少两个分离的光源(S1到SN)，每个光源分别发射波长为λ1或λ2的光束；以及-光谱复用装置(25)。所述光谱复用装置(25)包括由至少一个透镜(25)和/或光学棱镜形成的光学组合件(25)。所述光学组合件(25)具有色散特性性能并且将使所述光束移动为在空间上更靠在一起。而且，具有至少波长λ1或λ2的每束光束在自由空间中从相应的光源(S1到SN)传播至所述光学组合件(25)。因此，发射装置(1)特别耐用。它可以具有小的尺寸，并且可以以低成本制造。
【专利说明】用于发射受控光谱的光束的发射装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用新型光谱复用装置的、用于发射具有受控光谱的光束的装置。光 谱复用是指几束光束的空间上的结合，所述几束光束各自构成结合光束的最终光谱组成的 一部分。
[0002] 本发明的领域更特别地为、但不限于各自由分离的光源发射的至少两种波长的光 谱复用领域。分离的光源特别为准单色源。
[0003] 现有技术状态
[0004] 在现有技术中已知用于发射具有受控光谱的光束的多种装置。
[0005]例如，由G.K.KurupandA.S.Basu的文献"Multispectralabsorbance photometrywithasinglelightdetectorusingfrequencydivision multiplexing"（第14届化学和生命科学小型化系统国际会议（14thInternational ConferenceonMiniaturizedSystemsforChemistryandLifeSciences),2010年10 月3日至7日，格罗宁根，荷兰）已知一种分光光度计，其包括发射如下的不同波长的光的 多个发光二极管（在下文称为LED,即英语的"Light-EmittingDiode"的缩写）：470nm的 蓝光，574nm的绿光，636nm的红光。
[0006] 根据该文献，由三个LED发射的不同的光束各自与对应的光纤耦合，然后光纤复 用器（或"光纤分束器"）将这些不同的光束组合并混合。
[0007] 这样的装置的缺点在于其难以利用光纤来有效地耦合由LED发射的光束，所述光 纤的数值孔径相对于由LED发射的光束的发散通常是有限的。因此，光强度的损失严重。而 且，LED与对应光纤的对准必须非常精确，这限制了工业生产的可能性和对准的可重复性。 此外，光纤分束器成本高昂。
[0008] 还已知由蔡司公司销售的Colibrimicroscope光源，其中分别为400nm、470nm、 530nm和625nm的四束光束利用包括分色反射体和反射镜的单元来组合。利用内反射组件， 四束光束在输出处形成单个白光光束。
[0009] 这样的装置的缺点在于可以结合的光束的数目有限，并且在数目超过四个时会存 在困难。而且，所期望组合的光束的数目越大，则分色镜的布置越复杂且成本越高，并且能 效越低。
[0010] 本发明的一个目的是提出一种没有现有技术的缺点的、用于发射受控光谱光束的 装置。特别地，它的光谱复用装置没有现有技术的缺点。
[0011] 特别地，本发明的一个目的是提出一种原理上和生产中简单的用于发射受控光谱 光束的装置，所述装置特别具有在几个实施例中以良好可重复性生产的能力。
[0012] 本发明的另一目的是提出一种用于发射受控光谱光束的装置，其使得能够混合多 于三束乃至四束光束，例如十二束光束。
[0013] 本发明的另一目的是提出一种低成本的用于发射受控光谱光束的装置。
[0014] 本发明的另一目的是提出一种具有良好的能效的用于发射受控光谱光束的装置， 其中能量损失被最小化。


【发明内容】

[0015]该目的利用用于发射受控光谱光束的装置来实现，所述装置包括至少两个分离的 光源，每个光源分别发射至少一个波长为A1或\ 2的光束；以及光谱复用装置。
[0016] 根据本发明，光谱复用装置包括由至少一个透镜和/或光学棱镜形成的光学组合 件，所述光学组合件具有色散特性并且布置以供来自分离的光源的光束穿过，而没有光谱 选择性反射，以及布置以将所述光束移动为在空间上更靠在一起，使得光谱复用装置在空 间上叠加所述光束。
[0017] 根据本发明，发射装置还布置为使得至少一个波长为A1* λ2的每束光束分别在 自由空间中从相应的光源传播到光学组合件。
[0018] 各对应的波长与每个光源相关联。在下文中，当提及光源的波长、或来自光源的发 射的波长、或者光源的各自的波长A1* \2时，会指定该相关联的波长。每个光源可以以 与该关联的波长不同的其他波长发射。至少一个波长为λi或λ2的每束光束在任何情况 下分别具有一定的光谱宽度。
[0019]叠加的光束形成被称为叠加光束或复用光束的光束。光束可以在点处叠加，或者 优选在无限远处叠加，然后形成单个准直复用光束。
[0020] 由于其色散特性，光学组合件可将多色光束（即包括至少两种波长）转变成每束 为各自的波长的至少两束光束。
[0021] 因而，通过光的逆向返回原理，在光学组合件的输出处可以将每束为至少一种波 长的光束移动为在空间上更靠在一起。按照这种用途含义做出了在根据本发明的装置中使 用光学组合件的选择。根据本发明的装置可以被视为"逆向光谱仪"，其既不利用衍射光栅， 也不利用滤光轮。
[0022] 根据本发明的术语"色散"包括色差。
[0023] 光学组合件由至少一个透镜和/或光学棱镜形成，并且没有光谱选择性反射（即 仅反射某些波长的光束部分，其他波长的光束部分沿另外的优选方向透射或偏转）。特别 地，没有分色反射镜或衍射光栅。因此，根据本发明的发射装置具有简单的设计。根据本发 明的光谱选择性反射不包括可以存在于任何光学系统中、特别是在界面处且因而可以通过 抗反射处理而降低的杂散反射。
[0024] 光学组合件的色散特性以及光逆向返回原理使得可以将光束移动为在空间上更 靠在一起。因此，这样的装置的生产成本有所降低。而且，因此可以以多于四束光束的简单 方式进行光谱复用，所述光束各自的光谱的每个以各自的波长为中心。
[0025] 由关联的光源发射的光束从所述光源到光学组合件的传播发生在自由空间中。 "自由空间"是指用于为信号提供路径的任何空间介质：空气、星际介质、真空等，其与材料 传输介质、例如光纤或有线传输线或同轴传输线完全不同。因而，在由光源发射的光束和 波导之间没有耦合。没有被称为"光纤对光纤"的耦合，其例如可以存在于现有技术的装置 中。因而，根据本发明的装置几乎没有能量损失。光束被有效混合，并且叠加的光束的强度 高。而且，该特征为光源的定位提供了更大的自由度，这降低了根据本发明的装置的生产成 本并且使得能够进行批量生产。
[0026] 优选地，光源发射位于可见区域（400nm至800nm)内的波长。
[0027]光源可发射光谱宽度大于6nm的光束。
[0028]根据本发明的一个有利变化方案，光谱复用装置仅由光学组合件形成。在该变化 方案中，光学组合件单独使光束移动为在空间上更为靠在一起并且使它们叠加。
[0029]有利地，将每个光源放置在光学组合件的物方焦点上，其中所述物方焦点与由该 光源发射的光束的波长相对应，使得在光学组合件的输出处使光束在空间上叠加并且准 直。
[0030] 该变化方案的一个优点在于其需要最少的光学元件。因而根据本发明的装置的生 产成本降低。该变化方案可以被称为"无穷远点"变化方案。
[0031]例如，在这种常规配置中，光学组合件将具有平行光线（称为"准直"光束）的并 且为多色（即包括至少两种波长）的光束转变成至少两束光束，所述至少两束光束分别会 聚在光学组合件的两个不同的且分离的焦点上并且对应于该多色光束的两种波长。
[0032]通过光的逆向返回原理，如果将各自发射光束的两个光源放置在与其各自的发射 波长对应的物方焦点处，则离开光学组合件的光束会是准直光束，其中由光源中的每一个 发射的光束相叠加并且混合。然后，在根据本发明的装置中使用该第二配置。
[0033] 作为替代方案，将每个光源放置在光学组合件的物点处，其中所述物点与由该光 源发射的光束的波长对应，使得在光学组合件的输出处光束在单个像点处在空间上叠加。[0034] 该替代方案与"无穷远点"变化方案的"点对点"结合中的等同方案对应。
[0035]根据本发明的另一变化方案，光谱复用装置包括光学组合件、均匀化波导和光学 准直装置，所述光学组合件布置为将光束发送至均匀化波导、即光学准直装置位于其输出 处的均匀化波导的输入处。
[0036]均匀化波导使得可以执行由光学组合件移动为在空间上更为靠在一起的不同光 束的均匀化的功能。在均匀化波导的输出处，获得均匀的光束，该光束被光学准直装置准 直。
[0037]均匀化波导通常具有大于或等于Imm的纤芯直径，这使得可以实施不能通过"常 规"光纤执行的这种均匀化功能。
[0038] 光学准直装置优选为消色差的。
[0039]均匀化波导可以由液芯光纤形成。这样的光纤的一个优点是其大的直径（例如直 径为5mm至最高达IOmm)，从而确保即使在分布于大的体积（例如，直径5mm和厚3mm的圆 柱）内时光束也位于光纤的输入处。由光学组合件实施的使光束在空间上更为靠在一起的 较小移动可以通过使用这样的均匀化波导来补偿。
[0040]根据一个变化方案，均匀化波导可以由六边形均匀化杆形成。有时使用术语"光导 管"。例如，可以使用由N-BK7材料制成的τ「（?κ均匀化杆。
[0041]根据另一变化方案，空间滤波系统可以用于实施均匀化功能。例如，光学组合件将 光束聚集在焦点上或在其层面上存在简单滤波孔的聚焦区上。
[0042]优选地，分离的光源布置为共面的。
[0043] 分离的光源可以排在一条直线上并且以分别为λ i或λ 2的波长的增序（即按与 光源相关联的波长的增序）排列。
[0044]根据本发明的一个特别实施方案，光学组合件包括至少一个离轴使用且具有横向 色差的光学系统。该横向色差形成根据本发明的色散特性。
[0045] 离轴使用突出了波长的横向空间色散，乃至导致其消失。这也可以被称为表观等 级的色差。
[0046] 这样的光学系统的成本通常低，其原因是，从本质上讲，如果没有利用光学设计中 的已知解决方案来专门校正这种色差，则离轴使用的任何光学系统都存在横向色差。
[0047] 可以将光源分别放置在与波长λ^Ρλ2对应的光学系统的焦点处，使得在光学系 统的输出处对它们的光束进行复用。
[0048] 光学系统被称为"离轴使用"，即离开其光轴。换言之，会聚于光学系统的物方焦点 的入射光束并没有平行于光学系统的光轴来离开所述系统。因而，对应于不同波长的光学 系统的焦点充分分开，以便能够将相应的光源放置在这些焦点的位置处。这样，光谱复用通 过离轴使用的偏离光学系统精确地和自动地执行。
[0049] 根据一个变化方案，光学组合件包括至少一个轴上使用且具有横向色差的光学系 统。
[0050] 光源可以为准单色的，每个光源发射波长分别为λi或λ2的光束。
[0051] 发射装置可以形成吸收光谱仪的光源部分，根据本发明的光谱复用装置能够将光 束混合以形成用以照射待分析样品的复用（或叠加）光束。
[0052] 根据该实施方案的一个变化方案，光学组合件包括通常用于校正色差的双合透镜 或三合透镜。双合透镜或三合透镜因而是在其设计用途之外被采用的。例如，冠牌-火石 双合透镜（来自两种类型的玻璃的名字，所述玻璃用于双合透镜中的每一个）。
[0053] 根据该实施方案的另一变化方案，光学组合件包括光学棱镜和光学聚焦装置和/ 或光学准直装置。通常，光学组合件包括：
[0054] -光学准直装置，其布置以形成准直光束并将其从光源导向光学棱镜；和
[0055]-光学聚焦装置，其布置为以将来自棱镜的光束引导至共聚焦点。
[0056] 可以考虑的是，可以使用在逆向方向上使用的、包括至少一个透镜和/或光学棱 镜的光谱分解用的任意光学系统作为根据本发明的光学组合件。
[0057] 优选地，每个光源都是发光二极管（LED)。LED是发射发散光束的准点光源。
[0058] 根据本发明的发射装置可以包含多于三个光源，例如至少五个、八个或十二个，乃 至至少十二个光源。甚至可以设想几十个光源。
[0059] 光源的波长可以为340nm至800nm。
[0060] 根据本发明的发射装置还可以包括布置为以彼此不同的频率对至少两个光源的 光强度进行调制的调制装置。
[0061] 特别地，根据本发明的装置包括布置为彼此独立地对每个光源的光强度进行调制 的调制装置。
[0062] 因而可以通过使用频率滤波检测、例如同步检测来容易地发现复用光束中每个光 源的贡献。因而可以改善接收复用光束的检测器的信噪比，特别是当信号仅经受来自观察 频率下的噪声的干扰时如此。
[0063] 优选地，根据本发明的装置还包括用于彼此独立地控制至少两个光源的光强度的 装直。
[0064] 特别地，根据本发明的装置包括用于彼此独立地控制每个光源的光强度的装置。
[0065] 因而可以容易地控制在复用光束中每个光源的能量贡献。
[0066]获得了光谱受控的多光谱光源，每个光谱贡献的强度被独立控制。
[0067]例如，根据本发明的光源可以依次单独打开。在每个时刻，除一个之外的所有的光 源的能量贡献为零。这样的实施方案使得可以例如制造用于发射吸收光谱仪的用于发射光 束的装置。在这样的光谱仪中，不是将在穿过样品之后其波长必须被分解的白光发送到样 品，而是在每个时刻仅发射单个波长（当然，这取决于每个光源的光谱宽度）。因而，省去了 光谱分解的最后步骤。选择了控制发射装置，而不是分离由样品透射的光束中的波长。作 为替代方案，可以同时开启所有的光源，但是使用上文定义的调制装置，仍然通过吸收光谱 仪中的空间分离来省去光谱分解的最后步骤。
[0068] 光强度控制装置还可以使得能够使每个光源的光强度适于被样品吸收和/或适 于检测器的响应。
[0069]本发明还涉及用于发射受控光谱光束的结构M2，其包括根据本发明的用于发射受 控光谱光束的至少两个装置M，每个装置M供给被称为叠加光束的光束，用于发射受控光谱 光束的结构M2还包括辅助光谱复用装置，其布置以将用于发射受控光谱光束的每个装置M 的各自的叠加光束在空间上叠加。
[0070] 因而可以叠加更多的光束，特别是准单色光束。特别地，与根据本发明的发射装置 相比可以叠加至少两倍的光束。
[0071] 辅助光谱复用装置有利地包括任意的常规复用装置。下面给出几个实例。
[0072] 辅助光谱复用装置可包括至少一个分色镜的组合件。利用反射或透射组，可以将 每个与各自的发射装置相关联的光束在空间上叠加。
[0073] 辅助光谱复用装置可以包括布置为使得将来源于其几个输入光纤的光束复用在 一起的光纤复用器。术语"光纤分束器"可用于这样的光纤复用器。
[0074] 用于发射受控光谱光束的每个装置可以包括各自的波导和与用于发射受控光谱 光束的其他装置共用的光学准直装置，和布置用来复用来源于每个波导的光束的辅助光谱 复用装置。特别地，用于发射受控光谱光束的每个装置都可包括各自的均匀化波导。在这 些变化方案中，波导（任选地为均匀化波导）与通过相应的光学组合件移动为更靠在一起 的或叠加的光束在其中传播的每个发射装置相对应。通过光纤分束器复用（或混合）不同 波导的输出，然后通过共用的光学准直装置将其准直。
[0075] 本发明还涉及一种用于分析至少一个样品的光谱仪，其包括用于照射样品的装 置。用于照射样品的装置包括根据本发明的用于发射受控光谱光束的装置M或根据本发明 的用于发射受控光谱光束的结构M2。
[0076] 根据本发明的光谱仪可以形成吸收光谱仪，并且包括：
[0077]-至少一个检测器，其能够收集由待分析样品透射的光束并且对与由该检测器接 收的光通量相关的、波长分别为A1或\ 2的信号进行传递，和
[0078]-能够确定待分析样品对波长分别为λi或λ2的每个信号的吸收的信号处理装 置。
[0079]与常规的吸收光谱仪不同，由于根据本发明的吸收光谱仪不使用昂贵的和体积大 的光学部件、例如衍射光栅或多通道线性检测器（例如CCD传感器或光电二极管阵列），所 以其成本保持为受控的。
[0080]而且，根据本发明的光谱仪直接并入光源。根据本发明的吸收光谱仪可以包括布 置以彼此不同的频率对每个光源的光强度进行调制的调制装置和布置为用于解调由检测 器与光源同步传递的信号的信号处理装置。
[0081]有利地，根据本发明的吸收光谱仪包括根据本发明的发射装置或发射结构的变 体，其包括用于彼此独立地控制至少两个光源的光强度的装置。
[0082] 因而，如前所述，所实施的原理从根本上不同，这是因为其包括控制发射（通过调 制或一次激活单个源），而不是沿检测线光谱分解由待分析样品透射的光束。因而，根据本 发明的吸收光谱仪具有许多其他优点：
[0083]-其对干扰光的灵敏度有限，但是其测量动态范围大并且其检测阈值相对于利用 光衍射光栅的吸收光谱仪而言低，和
[0084]-其测量速度相对于涉及扫描测量光谱的机械运动的单色光谱仪（滤波轮或衍射 光栅单色仪）得到提高。该速度在利用光强度调制的变化方案中甚至更佳。
[0085] 实际上，在现有技术中，由样品透射的光束的光谱分解并不理想。在检测线上的给 定位置处，已经发现：主要部分（不是全部）为波长λi的分量，并且存在在透射光束的所 有其他波长下的干扰光。该干扰光主要是由于衍射光栅的使用而引入的漫射引起的。包括 操作而不是控制发射的原理改变解决了该缺点。
[0086] 根据本发明的吸收光谱仪可以包括照射待分析样品的复用光束在其中耦合的至 少一个光纤。
[0087]根据本发明的吸收光谱仪可以包括布置在根据本发明的装置或结构的输出处以 将准直光束引导为朝向样品的光学准直装置。
[0088] 根据本发明的吸收光谱仪可以包括能够根据待分析样品对每个波长λρλ2(并 且，如果适用的话，Ai$N,i>2)的吸收来改变每个光源的光强度的反馈装置。因而，确保了在 检测器的灵敏度和直线性的最佳区域中的操作。这样，信噪比得到了改善。
[0089]根据本发明的光谱仪可以形成荧光光谱仪，并且可以包括：
[0090]-布置为用于收集由待分析样品发射的荧光光束的至少一个检测器，和[0091]-布置为根据由样品接收的来传递与由检测器接收的（荧光光束）光通量相关的、 波长分别为A1或λ2的信号的信号处理装置。
[0092] 分别由样品接收的波长λi或λ2通常被称为激发波长。
[0093]检测器可以布置为仅检测预定的光谱带。
[0094]在根据本发明的发射装置（或发射结构）包括用于至少两个光源的光强度的装置 的变化方案中，荧光光谱仪是特别有利的。在该情况下，信号处理装置根据每个波长分别为 X1或λ2的给定（激发）强度和根据激发的持续时间来传递与由检测器接收的光通量相 关的信号。激发的持续时间通过光强度控制装置来控制。因而可以实现时间分辨荧光。根 据激发的持续时间，不同的分子不经受相同的激发。与基于非快速检测的工作相比，基于快 速激发时间的工作较不昂贵。本发明使得可以优选地基于快速激发时间来工作，例如通过 使用LED。
[0095]例如，检测器包括简单的强度检测器，并且信号处理装置根据激发波长（由样品 接收的分别为A1或λ2的波长）来传递由检测器接收的荧光光束总强度相关的信号。 [0096] 作为替代方案，或者另外地，检测器可以包括光谱仪，并且信号处理装置根据激发 波长来传递与由检测器接收的荧光光束的荧光光谱相关的信号。
[0097] 荧光光谱仪可以包括能够根据响应于分别为λi或λ2的相应波长的吸收而由样 品发射的荧光光束的强度来改变每个光源的光强度的反馈装置。
[0098] 根据本发明的荧光光谱仪可以包括布置为以彼此不同的频率调制每个光源的光 强度的调制装置和布置为用于解调由检测器与光源同步传递的信号的信号处理装置。
[0099] 根据本发明的吸收光谱仪或根据本发明的荧光光谱仪可以包括参考通道：由用于 照射样品的装置发射的光束的一部分不被引导朝向待分析样品，而是引导朝向参考样品。 因而，可以获得参考，以根据由样品接收的分别为A1或\ 2的波长来分别计算与由检测器 接收的光通量相关的信号的吸收。在没有参考样品的情况下，可以提供简单的空位置（环 境空气），这使得可以容易地将参考通道并入光谱仪中。
[0100] 作为替代方案，可以通过首先分析参考样品、然后分析待分析样品来进行校准。
[0101] 本发明还涉及荧光或吸收成像设备，其包括用于照射样品的装置。用于照射样品 的装置包括根据本发明的用于发射受控光谱光束的装置M或根据本发明的用于发射受控 光谱光束的结构M2。
[0102] 根据本发明的成像设备可以形成荧光显微镜设备并且包括：
[0103] -布置用于收集返回信号的收集装置，所述返回信号包含由待分析样品发射的荧 光光束，和
[0104] -用于将返回信号光学放大的装置。
[0105] 类似地，根据本发明的成像设备可以形成吸收光谱仪显微镜设备并且包括：
[0106] -布置为用于收集返回信号的收集装置，所述返回信号包含由待分析样品反射或 散射回来的光束，和
[0107] -用于将返回信号光学放大的装置。
[0108] 根据本发明的荧光显微镜设备可以包括能够响应于分别为λi或λ2的对应波长 的吸收而根据由样品发射的荧光光束的强度来改变每个光源的光强度的反馈装置。
[0109] 类似地，根据本发明的吸收显微镜设备可以包括能够响应于分别为A1*λ2的对 应波长的吸收而根据由样品反射或散射回来的光束的强度来改变每个光源的光强度的反 馈装置。
[0110] 根据本发明的荧光或吸收显微镜设备可以包括布置为以彼此不同的频率调制每 个光源的光强度的调制装置。可以布置信号处理装置以用于解调由检测器（例如显示装 置）与光源同步地传递的信号。
[0111] 本发明还涉及一种用于观察被不同波长的光束接连照射的至少一个样品的多光 谱成像设备，其包括：
[0112] -用于照射样品的装置，其包括根据本发明的用于发射受控光谱光束的装置M或 根据本发明的用于发射受控光谱光束的结构Μ2，
[0113] -用于分开的光源的控制装置，其布置以在每个时刻每次一个地启动单个光源，和
[0114] -成像装置。
[0115] 本发明通常涉及根据本发明的用于发射受控光谱光束的装置M或根据本发明的 用于发射受控光谱光束的结构M2的用途，以便形成在任意设备、例如光谱仪设备或成像设 备中的照明装置。关于根据本发明发射装置所陈述的所有优点在于这些不同的用途（特别 地，发射的适用性，以及发射的光谱控制）。
[0116] 本发明还可以涉及根据本发明的发射装置M或根据本发明的发射结构M2的用途， 其用于形成优化物体（在博物馆、珠宝店、用于牙医用途的检查牙齿的设备中，等）的显色 性的照明装置。
[0117] 最后，本发明涉及一种光发射单元，其包括至少三个半导体芯片，每个半导体芯片 发射发射波长分别为A1或\ 2或λ3的准单色光束。这些半导体芯片根据它们的发射波 长来以按颜色次序排列。
[0118] 芯片的发射波长是与其发射光谱范围内其最大强度相对应的波长。如果芯片的发 射光谱为钟形，则该波长通常在其发射光谱的中央。
[0119] 在术语"芯片"是指半导体芯片。更具体而言，可以使用术语"微型芯片"。术语 "LED芯片"也可用于指发射光束的半导体芯片。
[0120] 根据本发明的光发射单元采用多芯LED(在英语中称为"多芯片LED"）的一般原 理，但是有所修改。在现有技术中，生产多芯LED以优化LED的发射强度。因而，每个半导 体芯片具有一个相同的发射谱。根据本发明，与此相反，期望的是每个半导体芯片应具有完 全不同的发射波长。而且，根据本发明，半导体芯片根据其发射波长来放置。而且，根据本 发明，半导体芯片可以为多个，例如，可以在同一个光源中提供十二个。
[0121] 半导体芯片可以是共面的。
[0122] 更特别地，半导体芯片可以对齐。也可以使它们沿圆弧、椭圆弧或任意其他锥形弧 分布。
[0123] 优选地，半导体芯片的宽度小于1mm，例如为90μm至500μm，乃至为90μm至 200μm。在提及半导体芯片的宽度时，指的是沿其最小尺寸测量的尺寸。
[0124] 两个相邻二极管之间的距离有利地为90μm至500μm。该距离可以特别地根据每 个半导体芯片的光谱宽度和两个相邻半导体芯片的发射波长之差而变化。该距离取决于在 根据本发明的光源中期望使用的半导体芯片的数目。
[0125] 两个相邻的二极管之间的距离可以固定。
[0126] 作为替代方案，第一二极管和相邻二极管之间的距离随第一二极管的发射波长和 相邻二极管的发射波长变化。
[0127] 特别地，根据本发明的光发射单元能够被用于根据本发明的用于发射受控光谱光 束的装置中以形成光源。因而，本发明可涉及例如前文所述的用于发射受控光谱光束的装 置，其中光源由这样的光发射单元形成。
[0128] 附图和实施方案的描述
[0129] 根据阅读绝非限制性的实现和实施方案的详细描述，以及根据以下附图，本发明 的其他优点和特征会变得明显：
[0130]-图1示出了在根据本发明的用于发射受控光谱光束的装置中使用的两个光源的 发射光谱；
[0131]-图2示出了根据本发明的发射装置的第一实施方案，
[0132]-图3示出了根据本发明的发射装置的第二实施方案，
[0133]-图4示出了根据本发明的发射装置的第三实施方案，
[0134]-图5示出了根据本发明的发射装置的第四实施方案，
[0135]-图6示出了根据本发明的发射结构的一个实施方案，
[0136] -图7示出了根据本发明的吸收光谱仪的一个实施方案，
[0137] -图8示出了根据本发明的荧光光谱仪的一个实施方案，
[0138] -图9示出了根据本发明的荧光显微设备的一个实施方案。
[0139] -图10示出了根据本发明的多光谱成像设备的一个实施方案；和
[0140] -图11示出了根据本发明的光发射单元的一个实施方案。
[0141] 首先，参考图1，将描述用于根据本发明的发射装置中的两个光源的发射谱。
[0142] 两个光源的光强度分别标记为I1U)或Ι2(λ)，波长分别为A1或入2的两个光 源是准单色的。每个光谱I1U)或ι2(λ)各自均为"钟形的"（例如高斯分布），其在被称 为工作波长的分别为A1或λ2的波长处具有峰值。该峰值具有相对于工作波长较小的半 峰宽。
[0143] 因而，第一光源Sl具有带有以下特征的钟形发射光谱：
[0144]-对于λi= 340nm的工作波长，峰高为I1，最大（光强度I1 (λ)的最大值，即I1,最大 U1)),和
[0145] -峰值λ丨附近的半峰宽Λλ丨，此处等于l〇nm。
[0146] 同样地，第二光源S2具有带有以下特征的钟形发射光谱：
[0147] -对于λ2 = 405ηπι的工作波长，峰高为I2，最大（光强度12(入）的最大值，I2，最大 (入2))，和
[0148] -峰值λ2附近的半峰宽Λλ2，此处等于l〇nm。
[0149] 然后光源SI和S2可以被视为准单色的，这是因为：
[0150] -由于Δλ/λ,〈1，光源Sl的半峰宽Δλi相对于波长λi较小
[0151] -由于Δλ2/λ2〈〈1，光源S2的半峰宽Δλ2相对于波长λ2较小。
[0152] 还可以使用具有其他光谱形状的多色光源。根据本发明，根据光源的位置，将仅使 用其光谱中以被称为工作或发射波长为中心的部分。因此，可以使用多色光源，前提是其光 谱在该工作波长处具有高强度。
[0153] 此处的光源包括发光二极管（"LED"，S卩"发光二极管")。发光二极管的使用使得 可以降低失效的风险，LED是具有比通常用于例如光谱仪的装置、例如白炽或放电源的光源 长的寿命。而且，LED具有尺寸较小的优点。
[0154] 参考图2,将描述根据本发明的受控光谱光束发射装置1的第一实施方案。
[0155] 在该实施方案中，存在十二个光源。为了图的易读性，仅示出了五个光源：S1、S2、 Si、SN,其中N= 12。然而，在期望的情况下，可以规定尽可能多的光源。
[0156] 光源Sl至S12被视为准单色光源，每个发射波长分别为λi至λ12的光束。
[0157] 准单色光源是指其发射光谱的波长窄的光源。这可以参考图1来理解，图1中示 出了发光二极管Sl和S2的发射光谱。
[0158] 除了参照图1描述的光源Sl和S2之外，另外十个光源S3至S12发射以下波长的 光束：
[0159] -光源 S3: λ3 = 450nm ;
[0160] -光源 S4: λ4 = 480nm ;
[0161] -光源 S5: λ5= 505nm ;
[0162] -光源 S6: λ6 = 546nm ;
[0163]-光源 S7:λ7 = 570nm;
[0164]-光源 S8:λ8 = 605nm;
[0165]-光源 S9:λ9 = 660nm;
[0166]-光源 SlO:λ10 = 700nm
[0167]-光源 SII:λn = 750nm
[0168]-光源 S12:λ12 = 800nm
[0169] 因此光源SI至S12按色度的增序排列。
[0170] 作为一个变化方案，可以使用适于所用应用的任意其它波长。
[0171] 优选地，光源的波长包含340nm至800nm。
[0172] 在该第一实施方案中，光源SI至S12有利地选择为使得它们各自的发射光谱不重 叠。仍然以其各自的光谱在图1中示出的光源Sl和S2为例，这意味着：
[0173]-对于波长λ2，光源Sl的光强度I1 (λ2)相对于峰值12, 而言非常低，例如低于 该峰值的5 %，优选低于该峰值的1 %，并且
[0174]-对于波长λi，光源S2的光强度Ι2(λ2)相对于峰值I1; 而言非常低，例如低于 该峰值的5 %，优选低于该峰值的1 %。
[0175] 有利地，光源可各自包括放置在其前方的光纤，使得可以更进一步限制它们各自 的半峰宽。该光纤为本领域的普通技术人员已知的光谱滤波器，其使得光束能够仅在被称 为其"通带"的特定波长范围内透射。该滤波器可以例如是吸收滤波器或干扰滤波器。
[0176] 在图2中示出的本发明实施方案中，十二个光源Sl至S12是封装型发光二极管。 封装型发光二极管是指发光二极管Sl至S12在此处各自包含发射光并且放置在包装中的 芯片（或"LED芯片"），从而使得一方面能够使芯片发光时由其释放的热耗散，并且另一方 面能够将电力送到芯片以供其运行。
[0177] 因此，包装通常由耐热的和电绝缘的材料、例如环氧聚合物如环氧树脂或者陶瓷 构成。
[0178] 其通常包括通过两个焊点焊至印制电路板21上的两个金属销，这些焊点使得可 以在一方面将发光二极管固定至印制电路板，并且在另一方面可以为LED供给电流。
[0179] 作为一个变化方案，同一个包装可以包含几个芯片（"多芯片LED")，那么，包装通 常包含与包装中并入的芯片一样多对的金属销。于是，这被称为多芯LED。该包装的不同芯 片是相同的。
[0180] 在每个变化方案中，可以规定用简单导电表面替换金属销，并且使用被称为"表面 安装器件"的SMD技术。
[0181] 下面将参照图11描述用于生产根据本发明的光源的另一可能方案。
[0182] 印制电路板21或PCB(英语"PrintedCircuitBoard"的缩写）21在此处由在本 领域中公知的"FR4"型玻璃纤维增强环氧树脂制成。
[0183] 为了提供必要的电力，印制电路板21包括连接器22。为了附图的易读性，在所有 的图中都没有示出连接器22。参照图7,应当注意的是，该连接器22与电缆23相连接，该 电缆23连至为每个发光二极管供给调节电流的控制箱24和电源。
[0184] 发光二极管Sl至S12各自发射它们的发射波长λi至λ12的光束。每束光束通 常都为发散光束，LED为以准朗伯方式发射的光源。
[0185] 发射装置1包括将光源SI至S12的光束混合以形成复用光束26的光谱复用装置。
[0186] 在图2中示出的本发明实施方案中，这些光谱复用装置由光学组合件自身形成， 所述光学组合件由具有光轴Al的厚双凹透镜25形成。已知这样的透镜25在偏离其光轴 Al工作时具有横向色差。
[0187] 实际上，透镜25具有与波长A1至λ12的相对应的焦点Fl至F12。由于横向色 差，这些焦点不同且分开，在与透镜25的光轴Al相交的直线上排列。
[0188] 透镜25的这些奇异点的光学特征为源于这些点的光束由透镜25透射并且转变为 具有平行光线的光束形式，其被称为"准直的"光束。
[0189] 因而，从焦点Fl沿透镜25的方向以波长λi发射的光束作为平行光束以相同波 长λi从透镜25出来。同样地，从焦点F2沿透镜25的方向以波长λ2发射的光束作为平 行光束以相同的波长λ2从透镜25出来，叠加在为波长A1的平行光束上。因此，由焦点Fl 和F2发射的两束光束在透镜25的输出处被混合，或者"被复用"。
[0190] 这样应理解的是，通过将光源Sl至S12分别放置在与具有色差的透镜25的波长 λ1至λ12相对应的焦点Fl至F12的位置中，由LEDSl至S12发射的光束在透镜25的输 出处被复用，以形成复用光束26,本文中该光束26为准直光束的形式。
[0191] 因此，复用光束26为多色光束，这是因为其包含几种混合的波长。
[0192] 图3示出了根据本发明的发射装置1的第二实施方案。
[0193] 下面将仅描述图3与图2的不同之处。
[0194] 虽然在图2示出的实施方案中光源Sl至S12位于与透镜25的波长\1至λ12相 对应的焦点Fl至F12的位置处，但是在该实施方案中不是这种情况。因此，使用"点对点" 光学共轭，而不是"聚焦无限远"。光源Sl至S12位于使得透镜25在光源和共用的像点37 之间执行光学共轭的位置处。放置在该像点37处的空间滤波孔39使得可以对由透镜25 出来的光束实施空间滤波。
[0195] 消色差准直透镜38放置为使得共用像点37被放置在其物方焦点处，这使得可以 获得经准直的复用光束26。
[0196] 图4示出了根据本发明的发射装置的第三实施方案。
[0197] 将仅相对于其与图3的不同之处来描述图4。
[0198] 在图4中示出的实施例中，透镜25的几何像差为使得对于光源Sl至S12不获得 共用像点。
[0199] 每个光源在各自的图像点4〇i至4012处通过透镜25成像。尽管透镜25并没有使 光源Sl至S12在一个点处成像，但是其将源于每个光源的光束移动为更靠在一起。因此， 点4〇i至4012在具有小尺寸的焦点空间、例如直径为几毫米和高度为几毫米的厚盘中结合。 因此，均匀化波导41放置为使得形成像点4〇i至4012的光束进入波导41内。例如，波导为 液芯光纤，其直径为3mm，长度为75mm。源于光源Sl至S12中的每个的光束在波导内部混 合，使得在波导的输出处获得均匀化的光束。该光束被称为均匀化的是由于为各自波长的 每束光束的贡献在空间上被混合。在波导的输出处，消色差准直器38使得可以获得经准直 的复用光束26。液芯光纤的直径比常规光纤的直径（几百微米）大得多。选择直径为约 3mm、通常为2mm至6mm的液芯光纤，以确保光纤中的有效f禹合且同时确保在光纤输出处良 好品质的准直。
[0200] 图5示出了根据本发明的发射装置1的第四实施方案。
[0201] 将仅描述图5与图2的不同之处。
[0202] 在该实施方案中，光谱复用装置包括由被准直透镜55和聚焦透镜52围绕的光学 棱镜51形成的光学组合件。准直透镜使得可以准直从光源Sl至S12中的每一个出来的光 束。因而，几个经准直的光束被导向棱镜51。在该阶段，几个经准直的光束可以在空间上分 开，或者部分叠加。棱镜51使在棱镜的相反面出来的这些光束在空间上更为靠在一起，使 得它们被引导为朝向聚焦透镜52,所述聚焦透镜52使由不同的光源发射的光束在像点53 处在空间上结合。
[0203] 棱镜和透镜组合件通常在光谱仪的环境中使用，用于在空间上将不同的波长分 开。此处正相反，通过采用光的逆向返回原理它们用于使不同波长的光束在空间上更靠在 一起。
[0204] 像点53位于消色差准直透镜38的物方焦点处，使得在该透镜38的输出处获得复 用准直光束26。
[0205] 可以设想将参照图5描述的实施方案与参照图4描述的实施方案相结合。特别地， 如果没有获得单像点53,而是获得位于具有小尺寸的空间中的一组像点4〇i到40N的话。
[0206] 参照图6,现在将描述根据本发明的发射结构60的一个实施方案。
[0207] 根据本发明的发射结构60包括三个根据本发明的发射装置1。
[0208] 更确切地说，在图6中示出的实施方案中，发射结构60包括：
[0209] -三个光源单元，每个光源单元包括单个光源S1至Sn，其中N大于5 ;
[0210] -对于每个光源单元的如前所述的、特别是参照图3、4、5描述的光学组合件61 ;
[0211] -在每个光学组合件61的输出处，与每个光源单元相对应的光束被聚焦在单个点 或在具有小空间的聚焦区域（例如直径为5_和高2_的厚盘）中结合的多个点上。与每 个光源单元对应的光束各自进入可以为均匀化波导的各自的波导41中。
[0212] -光纤分束器63,其在光纤分束器63的输出处的单个波导64中将在每个波导41 中传播的光束在空间上结合。
[0213] -三个发射装置1共用的准直光学器件38。
[0214] 结合了每个发射装置1的每个光源的发射波长，因此在输出处获得了多色准直复 用光束65。
[0215] 还可以提供该实施方案的一个变化方案，其中专用的准直光学器件38与每个发 射装置1相对应，在该情况下位于光学分束器63上游。在该变化方案中，可以有利地用分 色镜替换光纤分束器。
[0216] 利用参照图2至5描述的几个发射装置1，可以设想所有可能的变化方案。
[0217] 参照图7,现在将描述根据本发明的吸收光谱仪70的实施方案。这样的光谱仪使 得可以进行样品的精确化学分析。
[0218] 根据本发明的吸收光谱仪70具有由根据本发明的发射装置1形成的照明装置。
[0219] 复用光束26使得可以照射待分析样品11，所述待分析样品在此处包含放置在室 12中的血液样品，其特征将在下文描述。
[0220] 可以提供单个样品，其中操作员在两次测量之间用一个样品替换另一个样品，或 者平行放置的一组样品，以在两次测量之间简单地转换单个支撑体。
[0221] 可以为光源提供偏振滤波器，其放置在复用光束26的路径上的样品前方。作为替 代方案，光源可各自包括放置在其前方的偏振滤波器。该偏振滤波器使得可以通过在透射 穿过待分析样品11之后将由其吸收的光与最终由荧光重新发射的光分离来增加信噪比。
[0222] 而且，这样的偏振滤波器会使得还可以测量待分析样品的旋光率，如果由此表现 出来的话。
[0223] 复用光束26传播以用光照射待分析样品11。
[0224] 样品11例如被放置在室12中，其壁是透明的，但是对于在发射装置1中使用的波 长不是非常吸收。在此处，室12由用石英制造的平行六面体管形成。
[0225] 复用光束26然后穿过样品11，其中它沿其路径被吸收。更确切地说，复用光束26 的波长为λi至λ12的光束中每一个都被样品11吸收，所述吸收为对于波长λi至λ12中 的每一个而言不同的先验。
[0226] 有利地，可以向待分析样品11添加一种或更多种化学试剂，使得可以进行待分析 样品11的滴定。
[0227] 在从室12的输出处，获得了由待分析样品透射的光束34,该透射光束34的光谱为 样品11的特性，如同其化学组成的部分签名。
[0228] 然后，由"检测器单元"检测并分析透射光束34。
[0229] 特别地，检测器单元包括检测器31，例如"单通道"检测器，其收集由待分析样品 11透射的光束34。检测器31在此处为硅型的半导体光电二极管。
[0230] 作为一个变化方案，检测器可以是雪崩光电二极管、光电倍增管或CCD或CMOS传 感器。
[0231] 检测器31然后传递与为波长\1至λ12中的每一个接收的光通量相关的信号。在 给定波长下接收的光通量与样品11对该波长的吸收水平相关联。
[0232] 与由检测器31接收的光通量相关的信号被传输至信号处理装置32,其确定由待 分析样品对波长λi至λ12中的每一个的吸收。然后对于所讨论的波长而言，将样品11的 分析结果传输至显示装置33,其以吸收光谱的形式呈现结果，在所述吸收光谱中波长在水 平轴上示出，样品11的吸收水平在纵轴上示出，例如作为百分比示出。
[0233] 电源和控制装置24布置以控制每个光源的光强度，例如以调制其频率。
[0234] 因而可以以彼此不同的频率来对光源Sl至S12中的每一个的光强度进行调制。如 上文解释的，因而在检测期间可以区分源于每个光源的信号。通常，调制频率为1千赫兹至 1千兆赫兹。然后信号处理装置32解调由检测器31与光源Sl至S12同步传递的信号。这 使得可以特别地使用信号检测器来进行测量。
[0235] 作为替代方案，可以仅打开或关闭每个光源，使得每个时刻仅有光源中的一个发 射光。
[0236] 可以组合这两个实施方案。
[0237] 这可以被称为复用光束26的光谱和时间控制。
[0238] 通过以该方式分开不同的光源Sl至S12 (通过频率调制或依次打开），对待分析样 品11的吸收的测量具有更大的精确度。特别地，如前所述，检测噪声被大幅降低。
[0239]LED的响应时间非常迅速，为约100ns，通常为IOns至1000ns。与该响应时间同 样快速的光谱控制可以被称为时间分辨光谱学。因而这样的电源和控制装置24使得可以 观察非常快速的现象。LED的响应时间与适当选择出的光电二极管的响应时间为同一数量 级。由于这两种响应时间都在发射和接收侧，可以观察非常快速的现象，这是因为响应时间 (例如为约几百纳秒）与分子的振动和转动状态的寿命为同一数量级。可以例如观察随时 间的吸收现象。可以例如观察分子的能级以什么速度被激发和去激发。
[0240]吸收光谱仪70还包括根据待分析样品11对波长λi、λ2中的每一个的吸收来改 变光源Sl至S12中每一个的光强度的反馈装置。
[0241] 反馈装置特别包括：
[0242]-电源和控制装置24;
[0243]-在信号处理装置32与电源和控制装置24之间的连接电缆35;
[0244]-能够实施反馈的计算装置。
[0245] 实际上，信号处理装置32经由连接电缆35向电源和控制装置24传输与待分析样 品11对波长λi至λ12中每一个的吸收的测量相关的信号。
[0246] 因而连接电缆35在发射装置和检测单元之间建立反馈回路。该反馈回路使得可 以调节每个波长的强度以在检测器31的灵敏度和线性度的最佳区域中工作。
[0247] 下文中将对操作员实施以通过图7中示出的吸收光谱仪进行吸收测量的过程进 行描述。
[0248] 校准步骤：
[0249] 在该步骤中，操作员打开电源和控制装置24,使得能够向包括十二个LEDSl至 S12的印制电路板供电，所述十二个LEDSl至S12然后每个以其各自的波长A1至λ12发 射发散光束。然后形成复用光束26,该复用光束传播至室12以照射它。
[0250] 然后操作员进行"空"测量，即在该步骤中，吸收光谱仪的室12是空的，没有容纳 待分析样品11。因此，复用光束26几乎全部被室12透射为透射光束34。
[0251] 作为一个变化方案，操作员可以利用充满了pH=7(氢电位）的水的室来进行该 校准步骤，水的吸收光谱是已知的。
[0252] 然后检测器31收集透射光束34并且将与由不同的LEDSl至S12发射的每束光 束的光强度相关联的信号传递至记录该信号的信号处理装置32。
[0253] 在该校准步骤结束时，信号处理装置已经将由光源Sl至S12中的每一个发射并透 射通过吸收光谱仪的空室12的光束中的每一个的光强度的校准值存储在存储器中。
[0254] 测量步骤：
[0255] 在该步骤中，操作员进行新的测量，注意了将待分析样品11放置在吸收光谱仪的 室12中。
[0256] 因而，在该测量步骤结束时，信号处理装置因此已经将光源Sl至S12中的每一个 发射并透射通过吸收光谱仪10的、用待测量样品11填充的室12的光束中的每一个的光强 度的校准值存储在存储器中。
[0257] 然后，对于波长λi至λ12中的每一个，信号处理装置32确定校准步骤中校准的 值和测量步骤中测量的值之比，该比例与形成复用光束26的每个单色光束的吸收相关联。
[0258] 然后将结果以操作员可以查看的图表形式显示在显示装置33上。
[0259] 根据从一个波长到另一波长的相对吸收水平，操作员可以从其推断样品11的性 质。每种化合物具有已知的吸收光谱。因此，样品11的光谱为通过浓度加权的已知光谱的 叠加。通过解卷积，可以找出样品的光谱中每种化合物的分数。本发明提供的高测量灵敏 度（如上文所述的）提高了化学组成分析的精确度。
[0260] 参照图8,现在将描述根据本发明的荧光光谱仪80。
[0261] 将仅描述图8与图7的不同之处。
[0262] 在该实施方案中，将复用光束26引导为朝向样品11。响应于复用光束26的吸收， 样品发射荧光束81。
[0263] 检测器82接收该荧光束81。检测器82可以例如由光电二极管或光谱仪构成。荧 光光谱的测量使得可以识别样品11的成分。
[0264] 检测器82与信号处理装置83相连。如果检测器82为光谱仪，则信号处理装置可 以形成光谱仪的组成部分。
[0265] 可以提供反馈装置（未示出），其特别包括：
[0266]-电源和控制装置24 ;
[0267]-在信号处理装置83与电源和控制装置24之间的连接电缆（未示出）；
[0268] -能够实施反馈的计算装置。
[0269] 信号处理装置83实际上经由连接电缆35将与和波长λi至λ12中的每一个相关 的荧光信号的测量相关的信号传输至电源和控制装置24。
[0270] 这样的反馈回路使得可以在检测器82的灵敏度和线性度的最佳区域中工作。
[0271] 参照图9,现在将描述根据本发明的荧光显微镜设备90。
[0272] 将仅描述图9与图8的不同之处。
[0273] 样品11可由生物组织构成。
[0274] 将荧光束81引导为朝向收集装置91，使得至少一个透镜的布置可以完全收集荧 光束81。
[0275] 然后，荧光束81被引导至光学放大装置92，其将样品11的观察区的放大图像聚焦 在例如观察者眼睛的视网膜上。因而可以获得由样品11发射的荧光信号的图像，例如以定 位样品内已经预先用荧光分子标记的成分。
[0276] 参照图10,现在将描述根据本发明的多光谱成像设备100。
[0277] 根据本发明的多光谱成像设备100具有由根据本发明的发射装置1形成的照明装 置。
[0278] 复用光束26使得可以照射位于体内观察环境中的、在此处由人组织样品构成的 待分析样品11。
[0279] 聚焦透镜105将复用光束26聚焦在待分析样品11的特定位置上。
[0280] 在多光谱成像中，获得几个图像，每个图像与非常窄的光谱带相对应。因而实现了 由表面反射的光的精确得多的定义，并且可以获得对裸眼不可见的特性。光谱带可以根据 为待分析材料或产品的特性的波长来选择。这可以通过选择不同的光源Sl至S12来完成。
[0281] 因此多光谱成像设备100包括控制装置101，其包括用于光源的电源和控制装置 以及布置以连续激活几个光源之一的计算装置。连续的激活可以手动控制，或者可以是自 动的。
[0282] 聚焦的光束26在样品11上被反射为反射光束102,并且传播到包括例如透镜组和 合适情况下的显示屏的成像装置103。
[0283] 因而可以监测非常快速的事件，特别是在体内观察的环境中。
[0284] 图7至图10示出了根据本发明的发射装置的不同应用。可以设想这些应用的所 有可能的组合和参照图2至5描述的发射装置的不同实施方案。还可以设想，在参照图7 至10描述的每个实施例中，用根据本发明的发射结构（图6)替换根据本发明的发射装置。
[0285] 最后，参照图11，现在将描述根据本发明的光发射单元110的一个实施方案。
[0286] 光发射单元110包括三个半导体芯片114,其以阴影设计示出。半导体芯片的掺杂 使得可以确定芯片的中心发射波长，以及发射宽度。芯片被并入单个组件内。该组件可由 塑料或陶瓷制成。每个芯片利用电绝缘的胶黏剂黏结到衬底（例如铝）上，乃至有时直接 黏结到电极上。每个芯片都通过锡焊以金线分别微锡焊至两个专用电极115i*1152。光 发射单元的生产不会再进一步描述，因为本发明在于发射单元的芯片的选择和布置。
[0287] 根据本发明的光发射单元110是SMD部件。图11示出了连至分别包括金属销Iiei 或1162的支撑体112的光发射单元。每个金属销IW1或1162分别电连接至电极IK1或 1152。这些金属销使得能够简化印制电路板上的布线。
[0288] 例如，每个半导体芯片114为边长500μm的正方形形式。两个半导体芯片114之 间的距离为约I. 5mm。该距离是沿直线117测量的，半导体芯片沿直线117对齐。
[0289] 当然，本发明不限于已经描述的实施例，而且在不超出相应发明的范围的情况下 可以对这些实施例进行许多调整。
[0290] 特别地，前文描述的所有特征、形式、变化方案和实施方案都可以以不同的组合结 合在一起，只要它们不相互不兼容或排斥。
[0291] 还可以设想被称为"多通道"的变化方案，即另外包括用于将复用光束分离成相同 光谱的几个光束的装置。
【权利要求】
1. 一种用于发射具有受控光谱的光束的装置（1)，其包含至少两个分离的光源（Si 到3^，每个光源分别发射至少一个波长为^或^的光束；以及光谱复用装置（25; 51，55, 52 ;25, 41)，该发射装置的特征在于： -所述光谱复用装置（25 ;51，55, 52 ;25, 41)包括由至少一个透镜（25 ;51，52)和/或 光学棱镜（51)形成的光学组合件（25 ;51，55, 52)，所述光学组合件（25 ;51，55, 52)具有色 散特性并且布置以供来自所述分离的光源（Si到5^的光束穿过而没有光谱选择性反射，并 且布置以使所述光束移动为在空间上更靠在一起，使得所述光谱复用装置（25 ;51，55, 52 ; 25,41)在空间上叠加所述光束；和 -发射装置（1)布置为使得至少一个波长为Ai或A2的每束光束分别在自由空间中 从相应的光源（Si到SN)传播至所述光学组合件（25 ;51，55, 52)。
2. 根据权利要求1所述的装置（1)，其特征在于所述光谱复用装置仅由光学组合件 (25)形成。
3. 根据权利要求1或2所述的装置（1)，其特征在于每个光源（Si到SN)被放置在所述 光学组合件（25)的物方焦点上，其中所述物方焦点与由该光源（Si至5^发射的光束的波 长相对应，使得在所述光学组合件（25)的输出处所述光束在空间上叠加且准直。
4. 根据权利要求1或2所述的装置（1)，其特征在于每个光源（Si到SN)被放置在所述 光学组合件（25)的物点上，其中所述物点与由该光源发射的光束的波长相对应，并且使得 在所述光学组合件的输出处所述光束在单像点（53)处在空间上叠加。
5. 根据权利要求1所述的装置（1)，其特征在于所述光谱复用装置包括所述光学组合 件（25)、均匀化波导（41)和光学准直装置（38)，所述光学组合件（25)布置为以将所述光 束发送到所述均匀化波导（41)的输入处，所述光学准直装置（38)位于所述均匀化波导的 输出处。
6. 根据权利要求5所述的装置（1)，其特征在于所述波导（41)由液芯光纤形成。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于所述分离的光源（Si到51<) 布置为彼此共面。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于所述分离的光源（Si到51<) 排在一条线上并且分别以波长入i或A2的增序排列。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于所述光学组合件包括至少 一个离轴使用并且具有横向色差的光学系统（25)。
10. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置（1)，其特征在于所述光学组合件包括通 常用于校正色差的双合透镜或三合透镜。
11. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置（1)，其特征在于所述光学组合件包括光 学棱镜（51)和光学聚焦装置（52)和/或光学准直装置（55)。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于每个光源（Si到5^都是 发光二极管。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于其包括至少十二个光源 以到SN)。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于其还包括布置为以彼此 不同的频率对所述光源（Si到3^中至少两个的光强度进行调制的调制装置（24)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1)，其特征在于其还包括彼此独立的、所 述光源中至少两个的光强度的控制装置（24)。
【文档编号】G01J3/02GK104380065SQ201380024317
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年4月30日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】麦杰·尼西利 申请人:阿奇麦杰科技公司