DE10392315T5

DE10392315T5 - Optische Konfiguration und Verfahren für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen

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Publication number: DE10392315T5
Application number: DE10392315T
Authority: DE
Inventors: Robert C. Atkinson; Keshav D. Sharma; Thomas E. Ryan; Michael J. Byrne
Original assignee: Reichert Inc
Current assignee: Reichert Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP3919749B2; GB2404248B; WO2003076911A1; GB2404248A; US20030169417A1; DE10392315B4; JP2005533242A; US6717663B2; GB0418507D0

Abstract

Optische Konfiguration zur Verwendung beim Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe, wobei die optische Konfiguration aufweist:
einen optischen Pfad;
eine erste optische Übergangsfläche, die mit der Testprobe zusammenhängt;
eine zweite optische Übergangsfläche, die mit der Referenzprobe zusammenhängt; ein Beleuchtungsbündel, das entlang dem optischen Pfad verläuft, wobei Licht von dem Beleuchtungsbündel auf die erste und die zweite optische Übergangsfläche einfällt, um ein erstes Teilbündel, das durch den Brechungskoeffizienten der ersten Testprobe definiert ist, und zweites Teilbündel bereitstellt, das durch den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe definiert ist;
eine linear abgetastete Anordnung, die eine Mehrzahl von photoelektrischen Zellen aufweist, die jeweils während des Abtastens einen Austrittspuls mit einer Amplitude bereitstellen, die durch den Beleuchtungsgrad der jeweiligen Zelle durch einfallendes Licht bestimmt ist; und
ein optisches Mittel zum Richten des ersten und des zweiten Teilbündels, um unterschiedliche jeweilige Segmente der linear abgetasteten Anordnung zu beleuchten, wobei das...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich optische Instrumente zum Messen des Brechungskoeffizienten einer Substanz und insbesondere eine optische Konfiguration und ein Verfahren zum Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf differenzielle Refraktometer und Oberflächenplasmonresonanz-Biosensor-Einrichtungen (engl.: surface plasmon resonance, SPR).
Beschreibung des Standes der Technik
Refraktometer messen den Grenzwinkel der Totalreflektion durch Richten eines schief einfallenden, nicht parallel gerichteten Lichtbündels auf eine Oberfläche-Oberfläche Begrenzung zwischen einem Prisma mit hohem Brechungskoeffizienten und einer Probe, um einen Anteil des Lichts nach der Wechselwirkung an der Begrenzung zu beobachten. In Durchlichtrefraktometer wird Licht beobachtet, das durch die Probe und das Prisma durchgelassen wird, während im Reflektionslichtrefraktometer Licht beobachtet wird, das aufgrund von Totalreflektion an der Oberfläche-Oberfläche Begrenzung reflektiert wird. In beiden Fällen wird ein beleuchteter Bereich in einem Abschnitt eines Erfassungssichtfelds erzeugt und der Ort der Schattenlinie zwischen dem beleuchteten Bereich und dem angrenzenden dunklen Bereich in dem Erfassungssichtfeld ermöglicht ein geometrisches Ableiten des Brechungskoeffizienten der Probe. Differentielle Refraktometer, die beispielsweise in US 5,157,454 offenbart sind, wurden zum Messen der Brechungskoeffizientendiferenz zwischen einer Testprobe und einer bekannten Referenzprobe entwickelt, wobei variable Testbedingungen, die das Meßergebnis beeinflussen, wie beispielsweise die Temperatur der Probe, das Beleuchtungsniveau, etc., "abgezogen" werden können, um ein genaueres und präziseres Meßergebnis zu erhalten. Die aus dem Stand der Technik bekannten differentiellen Refraktometer, die den Anmeldern bekannt sind, enthalten bewegte Teile, die versagen oder mit der Zeit verschleißen und/oder auf die Durchlichtvielfältigkeit beschränkt sind, um Messungen von Proben mit relativ hoher Lichtdurchlässigkeit zu unterbinden.
Optische Biosensor-Einrichtungen, die für die Analyse der Bindung von Analytmolekülen an eine Bindungsschicht durch Beobachten der Veränderungen der internen Reflektion an einer Abtastoberfläche konstruiert sind, sind auch Teil des herangezogenen Standes der Technik. Insbesondere wird in US 5,313,264 von Ivarsson et al. ein optisches Biosensorsystem beschrieben, das eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Abtastoberflächen 39A–D, die durch einen Lichtstreifen 5 beleuchtet werden, der quer über die Abtastoberflächen sich erstreckt, und ein Verzerrungslinsensystem 6 aufweist, durch das Lichtstrahlen, die von den jeweiligen Abtastoberflächen reflektiert werden, auf korrespondierende Kolonnen einer zweidimensionalen Anordnung 7 von photoempfindlichen Elementen abgebildet werden. Dementsprechend können die Signale von den photoempfindlichen Elementen verarbeitet werden, um das Minimum des Reflektionsgrads zu bestimmen, das mit dem Resonanzwinkel an jeder Abtastoberfläche zusammenhängt. Obwohl das in US 5,313,264 beschriebene System die Verwendung von bewegten Teilen vermeidet, ist es nichtsdestotrotz optisch komplex und erfordert eine zweidimensionale Anordnung, also Faktoren, die von erhöhten Kosten begleitet sind.
Schließlich sei bemerkt, daß eindimensionale (lineare) Anordnungen von photoempfindlichen Elementzellen üblich in automatischen Refraktometern verwendet werden, die konstruiert sind nicht-differentielle Ablesungen hinsichtlich einer einzelnen Testprobe zu machen. Beispiele sind auch in US 4,640,616 (Michalik) und US 6,172,746 (Byrne et al.) gezeigt. Jedoch kennen die Anmelder eine Grenzwinkel-Optikeinrichtung für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen nicht, die unter Verwendung einer linearen Anordnung arbeitet, trotz der erkannten von dieser Art Anordnung gebotenen Wirtschaftlichkeit.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine optische Konfiguration für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen bereitzustellen, wobei eine Testprobe und eine Referenzprobe durch ein einzelnes Beleuchtungsbündel beleuchtet werden.
Es ist ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Konfiguration für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen bereitzustellen, wobei sich die Konfiguration nicht auf bewegte Teile stützt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Konfiguration für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen bereitzustellen, wobei erfaßtes Licht eher reflektiert als an einer optischen Übergangsfläche der Konfiguration durchgelassen worden ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Konfiguration für differentielle Grenzwinkel-Brechungskoeffizientenmessungen bereitzustellen, wobei Licht, das an einer ersten und einer zweiten optischen Übergangsfläche wechselwirkt, die einer Testprobe und einer Referenzprobe entsprechen, durch eine einzelne linear abgetastete Anordnung aus photoelektrischen Zellen erfaßt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Konfiguration für differentielle Brechungskoeffizientenmessungen gemäß den vorhergehenden Zielen bereitzustellen, wobei die Konfiguration basierend auf dem Oberflächenplasmonresonanzprinzip zur Verwendung in einer Biosensor-Einrichtung arbeitet.
Eine gemäß einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten optischen Konfiguration weist einen optischen Pfad auf, der die Meridionalebene der Konfiguration definiert. Ein Prisma mit hohem Koeffizienten in dem optischen Pfad weist eine Probenoberfläche auf, die durch eine Partition aufgeteilt ist, die in der Meridionalebene angesiedelt ist, so daß eine Testprobe und eine Referenzprobe, die von der Probenoberfläche abgestützt sind, an gegenüberliegenden Seiten der Meridionalebene angeordnet sind, um eine erste optische Übergangsfläche zu bilden, die mit der Testprobe zusammenhängt, und eine zweite optische Übergangsfläche zu bilden, die mit der Referenzprobe zusammenhängt. Ein Beleuchtungsbündel, das entlang dem optischen Pfad verläuft, beleuchtet gleichzeitig beide optischen Übergangsflächen, um ein erstes Teilbündel bereitzustellen, das durch den Brechungskoeffizienten der Testprobe definiert wird, und ein zweites Teilbündel bereitzustellen, das durch den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe definiert wird. Ein optisches Mittel richtet das erste und das zweite Teilbündel, um unterschiedliche jeweilige Segmente einer linear abgetasteten Anordnung von photoelektrischen Zellen zu beleuchten, die in der Meridionalebene ausgerichtet sind, wobei ein Unterschied im Brechungskoeffizienten durch einen Unterschied im Ort der Schattenlinie auf der Anordnung bestimmt werden kann. In der ersten Ausführungsform weist das optische Mittel einen einzelnen Keil auf, der auf der Austrittsoberfläche des Prismas in dem Pfad des ersten Teilbündels befestigt ist, um dessen Ablenkung relativ zu dem zweiten Teilbündel zu verursachen.
In einer der ersten Ausführungsform ähnlichen zweiten Ausführungsform ist ein zusätzlicher Keil an der Austrittsoberfläche des Prismas in dem Pfad des zweiten Teilbündels befestigt und in entgegengesetzter Orientierung relativ zu dem ersten Keil, um eine größere Trennung zwischen den Teilbündeln zu erreichen.
Eine auf der ersten und der zweiten Ausführungsform basierende dritte Ausführungsform ist eine Anpassung der Basiskonfiguration, um Molekularwechselwirkungen zu beobachten, insbesondere die spezifische Bindung von Analytmolekülen an eine Bindungsschicht unter Anwendung des Prinzips der Oberflächenplasmonresonanz. Gemäß der dritten Ausführungsform ist ein dünner metallischer Film auf ein Dia angebracht, das auf der Probenoberfläche oder direkt an der Probenoberfläche angebracht ist und die Testprobe und die Referenzprobe sind in Kontakt mit dem metallischen Film gebracht, um eine erste und eine zweite infinitesimale Wellenoptikübergangsfläche zu definieren. In dieser Ausführungsform werden die Orte der Resonanzminima dargestellt und durch das erste und das zweite Teilbündel erfaßt.
Wie gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, kann das optische Mittel ein Paar von Zweiachsenkeilen aufweisen, die in gegenüberliegender Art und Weise jeweils in dem Pfad des ersten bzw. des zweiten Teilbündels angeordnet sind zum sowohl Trennen der Teilbündel entlang der Achse der linear abgetasteten Anordnung als auch zum Konvergieren der Teilbündel in Richtung zur Meridionalebene, um an der linear abgetasteten Anordnung anzukommen. Als Alternative zur Verwendung von Zweiachsenkeilen kann ein Paar von Einachsenkeilen in Kombination mit einer Zylinderlinse oder ein Bi-Prismas zwischen dem Prisma und der linear abgetasteten Anordnung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner Verfahren zum Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe basierend auf den spezifizierten optischen Konfigurationen.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen
Die Natur und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird nun mit mehr Einzelheiten in der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der:
1A und 1B seitliche schematische Ansichten einer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten optischen Konfiguration zum Durchführen von differentiellen Brechungskoeffizientenmessungen basierend auf dem Grenzwinkelprinzip sind, wobei Strahlpfade für eine Testprobe (1A) und einer Referenzprobe (1B) jeweils gezeigt sind, wobei sowohl die Testprobe als auch die Referenzprobe Wasser sind;
2 eine schematische Draufsicht eines optischen Übergangsflächenabschnitts der in 1A und 1B gezeigten optischen Konfiguration ist;
3 eine Ansicht ähnlich der in 2 ist, wobei jedoch die Testprobe eine Substanz ist, die einen höheren Brechungskoeffizienten hat als die Referenzprobe;
4 eine schematische Vorderansicht des in 2 gezeigten optischen Übergangsflächenabschnitts ist;
5 eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel eines Beleuchtungsmusters zeigt, das auf einer linear abgetasteten Anordnung gemäß der optischen Konfiguration der ersten Ausführungsform ausgebildet wird;
6A und 6B schematische Seitenansichten einer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich der ersten Ausführungsform ausgebildeten optischen Konfiguration sind, wobei Strahlspuren für eine Testprobe (6A) und einer Referenzprobe (6B) jeweils gezeigt sind, wobei sowohl die Testprobe als auch die Referenzprobe Wasser sind;
7 eine schematische Draufsicht eines optischen Übergangsflächenabschnitts der 6A und 6B gezeigten optischen Konfiguration ist;
8 eine schematische Vorderansicht des in 7 gezeigten optischen Übergangsflächenabschnitts ist;
9 eine schematische Draufsicht eines optischen Übergangsflächenabschnitts einer optischen Konfiguration ist, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Durchführen von differentiellen Brechungskoeffizientenmessungen basierend auf dem Oberflächenplasmonresonanzprinzip basiert;
10A eine schematische Ansicht hauptsächlich entlang der Linie A-A in 9 ist;
10B eine schematische Ansicht hauptsächlich entlang der Linie B-B in 9 ist;
11 eine Ansicht ähnlich der in 10A ist, wobei eine Variation des optischen Übergangsflächenabschnitts der optischen Konfiguration der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
12 ein Graph der Lichtintensität als Funktion der Zellenanzahl basierend auf Signalen von einer linear abgetasteten Anordnung gemäß einer optischen Konfiguration der dritten Ausführungsform ist, wobei Wasser sowohl als Testprobe als auch als Referenzprobe dient;
13 eine schematische Seitenansicht einer optischen Konfiguration ist, die gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
14 eine schematische Draufsicht der in 13 gezeigten optischen Konfiguration ist;
15 eine vergrößerte Detailansicht ist, die auf optische Mittel der in 13 gezeigten optischen Konfiguration ist;
16 eine Ansicht ähnlich der in 14 ist, wobei eine Variation der optischen Konfiguration in 13 und 14 gezeigt ist, in der ein Bi-Prisma als Teil des optischen Mittels verwendet wird;
17 eine Ansicht ähnlich der in 13 ist, wobei eine Variation der in 13 und 14 gezeigten optischen Konfiguration gezeigt ist, in der gegenüberliegende Zweiachsenkeile als das optische Mittel verwendet werden; und
18 eine perspektivische Ansicht ist, wobei ein der in der Variation in 17 verwendeter Zweiachsenkeil gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildete optische Konfiguration wird jetzt unter Bezugnahme auf 1A bis 6 der Zeichnung beschrieben. Die optische Konfiguration der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich in 1A und 1B gezeigt und ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die optische Konfiguration 10 weist ein Beleuchtungsbündel 12 auf, das entlang dem optischen Pfad OP von dem Bündelursprung einer Lichtquelle 11 verläuft. Das Beleuchtungsbündel 12 verläuft nacheinander durch einen Diffuser 14, einen Polarisator 16, eine Kollimatorlinse 18, einen monochromatischen Filter 20, der zum Durchlassen einer engen Bandbreite von Licht mit einer zentralen Wellenlänge von 589 nm nahe der Kollimatorlinse 18 angeordnet ist, und eine nahe dem Filter 20 angeordnete Fokussierlinse 22. Das konvergente Beleuchtungsbündel wird dann von einem Spiegel 24 in Richtung eines Prismas 26 mit hohem Brechungskoeffizienten umgerichtet.
Das Prisma 26, das in Draufsicht in 2 gezeigt ist, weist eine Lichteintritts-/austrittsoberfläche 26A, eine erste innere Reflektionsoberfläche 26B, eine Probenoberfläche 26C und eine zweite innere Reflektionsoberfläche 26D auf. Die Probenoberfläche 26C ist von einer Partition 27 in einen ersten Bereich zum Aufnehmen einer Testprobe TS und einen zweiten Bereich zum Aufnehmen einer Referenzprobe RS aufgeteilt. Nach Reflektion durch den Spiegel 24 tritt das Beleuchtungsbündel 12 in das Prisma 26 durch die Lichteintritts-/austrittsoberfläche 26A ein und wird an der ersten inneren Reflektionsoberfläche 26B reflektiert, so daß das Beleuchtungsbündel schief auf die Probenoberfläche 26C einfällt. Insbesondere nähert sich das Beleuchtungsbündel 12 der Probenoberfläche als ein Bündel von nicht parallelen Lichtstrahlen, in diesem Fall divergente Lichtstrahlen, die schief auf die Probenoberfläche 26C in verschiedenen Einfallswinkeln innerhalb eines Winkelbereichs einfallen. Wie am besten aus 2 ersichtlich ist, ist die Partition 27 koplanar zum optischen Pfad OP, da sich der optische Pfad der Probenoberfläche 26C nähert, so daß die das Beleuchtungsbündel 12 zusammensetzenden Lichtstrahlen symmetrisch zwischen einer ersten optischen Übergangsfläche 30A, die mit der Testprobe TS zusammenhängt, und einer zweiten optischen Übergangsfläche 30B verteilt sind, die mit der Referenzprobe RS zusammenhängt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste optische Übergangsfläche 30A und die zweite optische Übergangsfläche 30B optische Grenzwinkel-Übergangsflächen, die jeweils durch den Kontaktbereich der Testprobe TS mit der Probenoberfläche 26C und den Kontaktbereich der Referenzprobe RS mit der Probenoberfläche 26C definiert sind. Diese Kontaktbereiche können durch Tropfen der Testprobe TS und der Referenzprobe RS auf die Probenoberfläche 26C auf gegenüberliegenden Seiten der Partition 27 gebildet werden unter Verwendung einer Strömungszelle, die konstruiert ist, die Testprobe TS und die Referenzprobe RS mit der Probenoberfläche 26C an gegenüberliegenden Seiten der Partition 27 in Kontakt zu bringen, oder unter anderweitigem Anbringen der Testprobe TS und der Referenzprobe RS an den jeweiligen Bereich der Probenoberfläche 26C. Der Abschnitt des Beleuchtungsbündels 12, der die erste optische Übergangsfläche 30A erreicht, wird an dieser Übergangsfläche gemäß dem Snell-Gesetz wechselwirken, wobei mit einem Winkel größer oder gleich dem Grenzwinkel einfallende Strahlen innen an der Probenoberfläche 26C total reflektiert werden und mit einem Winkel kleiner als der Grenzwinkel einfallende Strahlen gebrochen und durch die Testprobe und aus dem optischen System durchgelassen werden. Dementsprechend bildet das innen reflektierte Licht ein erstes Teilbündel 13A aus, das durch den Brechungskoeffizienten der Testprobe TS definiert ist. Eine ähnliche Wechselwirkung tritt hinsichtlich des Abschnitts des Beleuchtungsbündels 12 auf, der die zweite optische Übergangsfläche 30B erreicht, wobei innen reflektiertes Licht ein zweites Teilbündel 13B ausbildet, das durch den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe RS definiert wird. Dies kann besser durch Vergleichen der 2 und 3 verstanden werden. In 2 haben die Testprobe TS und die Referenzprobe RS den gleichen Brechungskoeffizienten, wobei in 3 die Testprobe TS und die Referenzprobe RS unterschiedliche Brechungskoeffizienten haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Mittel 40 zum Richten des ersten Teilbündels 13A und des zweiten Teilbündels 13B vorgesehen, um unterschiedliche jeweilige Segmente einer linear abgetasteten Anordnung 38 von photoelektrischen Zellen zu beleuchten. In der nun beschriebenen ersten Ausführungsform weist das optische Mittel 40 einen einfachen "Einachsen-"Keil 42, der bevorzugt an der Lichteintritts-/austrittsoberfläche 26A des Prismas 26 angehaftet ist, beispielsweise durch optischen Zement, eine Sammellinse 44, die zum Kompensieren von optischen Variationen in dem Prisma 26 dient, und einen Spiegel 46 zum Umrichten des Lichts in Richtung der linear abgetasteten Anordnung 38 auf. Der Keil 42 ist derart angeordnet, daß er nur das erste Teilbündel 13A aufnimmt und bricht und nicht das zweite Teilbündel 13B aufnimmt und bricht. Im Gegensatz dazu empfangen und beeinflussen die Sammellinse 44 und der Spiegel 46 sowohl das erste Teilbündel 13A als auch das zweite Teilbündel 13B. Bezogen nur auf das erste Teilbündel 13A entsprechend der ersten Testprobe TS beleuchtet das erste Teilbündel 13A als Folge der ausschließlichen Verwendung des Keils 42 ein unterschiedliches Segment der linear abgetasteten Anordnung 38 als es das zweite Teilbündel 13B tut, sogar wenn die Testprobe und die Referenzprobe den gleichen Brechungskoeffizienten haben.
Der optische Pfad OP definiert die Meridionalebene MP, in der der optische Pfad angesiedelt ist. Die Partition 27 ist in der Meridionalebene MP ausgerichtet, so daß die optische Konfiguration von der Meridionalebene in ein optisches Testprobensystem auf der einen Seite der Meridionalebene und in ein optisches Referenzprobensystem auf der gegenüberliegenden Seite der Meridionalebene aufgeteilt ist. Die Zellenreihe in der linear abgetasteten Anordnung 38 ist bevorzugt in der Meridionalebene MP angesiedelt. Es wird realisiert, daß, wo die Lichtquelle 11 sich einer wirklichen Punktquelle annähert, weder das erste Teilbündel 13A noch das zweite Teilbündel 13B geeignet auf der linear abgetasteten Anordnung abgebildet werden, weil sie jeweils auf der Anordnung auf gegenüberliegenden Lateralseiten der Zellenreihe ankommen. Jedoch wird bei der ersten Ausführungsform eine Halogenglühlampe als Lichtquelle 11 verwendet, so daß die Lateraldefinition des ersten Teilbündels 13A und des zweiten Teilbündels 13B nicht scharf genug ist, um zu verhindern, daß die Teilbündel die Zellen der linear abgetasteten Anordnung 38 beleuchten. Folglich stellt das optische Mittel 40 kein laterales Umrichten des ersten Teilbündels 13A oder des zweiten Teilbündels 13B bereit.
Wie es auf dem Gebiet der Grenzwinkel-Brechungsmessung gut verstanden wird und unter Bezugnahme auf 5 wird das erste Teilbündel 13A an einem ersten Ort auf der linear abgetasteten Anordnung 38 eine Schattenlinie 15A ausbilden, die auf den Brechungskoeffizienten der Testprobe TS hinweist. In ähnlicher Art und Weise wird das zweite Teilbündel 13B an einem zweiten Ort auf der linear abgetasteten Anordnung 38 eine Schattenlinie 15B ausbilden, die auf den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe RS hinweist. Wenn die Testprobe TS und die Referenzprobe RS den gleichen Brechungskoeffizienten haben, sind die Schattenlinien 15A und 15B durch eine Basisdistanz voneinander getrennt, die sich durch den Einfluß des Keils 42 auf das ersten Teilbündel 13A bestimmt. Ist einmal die Basisdistanz durch Kalibrieren bekannt, ist es möglich, die Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer beliebigen Testprobe TS und einer beliebigen Referenzprobe RS zu berechnen durch Beobachten der Distanz zwischen den jeweiligen Schattenlinien, die auf der linear abgetasteten Anordnung 38 abgebildet werden, und durch Bestimmung des Grads, um den die beobachtete Distanz von der Basisdistanz abweicht. Wenn der Brechungskoeffizient der Referenzprobe RS für bestimmte Testbedingungen bekannt ist, kann der Brechungskoeffizient der Testprobe TS aus der gemessenen Differenz der Brechungskoeffizienten berechnet werden.
Es sei hier bemerkt, daß verschiedene Algorithmen zur Bestimmung des Orts der Schattenlinie auf einer linear abgetasteten Anordnung anwendbar sind, wie beispielsweise in US 4,640,616 , US 5,617,201 und US 6,172,746 und in der US-Patentanmeldung 09/794,991 , eingereicht am 27. Februar 2001, gelehrt wird, wobei hiermit jedes dieser Dokumente durch Zitat in die vorliegende Beschreibung mit einbezogen werden soll. Es sei ferner bemerkt, daß die vorhergehend beschriebene erste Ausführungsform praktiziert wurde durch Modifizierung einer existierenden Leica AR600 Automatikrefraktometer, erhältlich von Leica Microsystems Inc., um wie vorhergehend beschrieben eine Partition 27 und einen Keil 42 zu erhalten. Rein als nicht beschränkendes Beispiel wurde ein optischer Glaskeil mit einem Brechungskoeffizienten von N_D = 1,517, einer Abbeschen Zahl von V = 64,5 und einem Keilwinkel von 5° 25' verwendet und es wurde eine Partition 27 durch Anbringen von RTV-Silikon, das bei Raumtemperatur vulkanisiert, auf die Probenoberfläche 26C ausgebildet. Natürlich stellen andere synthetische Gummidichtungsmaterialien, beispielsweise die synthetische Gummimischung VITON^®, eine geeignete Barriere bereit.
6A bis 8 zeigen eine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten optische Konfiguration, die durch das Bezugszeichen 110 bezeichnet ist. Die optische Konfiguration 110 ist ähnlich der optischen Konfiguration 10 der ersten Ausführungsform, außer daß ein zweiter Keil hinzugefügt ist, um das zweite Teilbündel 13B in einer Art und Weise entgegengesetzt zum ersten Teilbündel 13A umzurichten, um eine größere Trennung der Teilbündel zu erreichen, was zu einer größeren Basisdistanz an der linear abgetasteten Anordnung 38 führt. Insbesondere weist das optische Mittel 40 einen ersten Keil 42A, der angeordnet ist, um das erste Teilbündel 13A zu empfangen, und einen zweiten Keil 42B, der angeordnet ist, um das zweite Teilbündel 13B zu empfangen. Der erste und der zweite Keil 42A und 42B sind bevorzugt hinsichtlich des Materials und der Geometrie identisch, um Kosten einzusparen, jedoch ist der zweite Keil 42B um 180° relativ zu dem ersten Keil 42A gedreht. Dementsprechend ist das dicke Ende des ersten Keils 42A näher an dem Zentrum der Lichteintritts-/austrittsoberfläche 26A, während das dicke Ende des zweiten Keils 42B näher an der äußeren Kante der Lichteintritts-/austrittsoberfläche 26A ist.
Es ist aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, daß das optische Mittel 40 zum Richten des ersten und des zweiten Teilbündels 13A und 13B zum Beleuchten unterschiedlicher jeweiliger Segmente der linear abgetasteten Einrichtung 38 durch Beeinflussung der Richtung entweder des ersten Teilbündels 13A oder des zweiten Teilbündels 13B arbeiten kann oder durch Beeinflussen der Richtung der beiden Teilbündel. Während das optische Mittel 40 als einen einzigen Keil 42 oder ein Keilpaar 42A, 42B aufweisend beschrieben wird, wird erkannt, daß andere Arten von optischen Elementen verwenden werden können, um die Richtung von einem oder beiden Teilbündeln zu beeinflussen, eingeschlossen, jedoch nicht begrenzend, sind Prismen, Linsen und Spiegel.
9, 10A und 10B sind vergrößerte schematische Ansichten eines optischen Übergangsflächenabschnitts einer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten optischen Konfiguration zum Durchführen von differentiellen Brechungsmessungen basierend auf dem Oberflächenplasmonresonanzprinzip. Die dritte Ausführungsform ist in jeder Hinsicht der vorhergehend beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich, außer, daß die jeweiligen optischen Übergangsflächen 130A und 130B für die Testprobe TS und die Referenzprobe RS eher optische Übergangsflächen mit herabgesetzter kritischer Frequenz als optische Grenzwinkel-Übergangsflächen sind und enge Bandpaßfilter 18 bevorzugt Licht mit einer zentralen Wellenlänge von 780 nm durchlassen. Ein Glasdia 50 ist auf seiner nach oben gewandten Oberfläche mit einem dünnen metallischen Film 52 versehen. In der vorliegenden Ausführungsform weist der metallische Film 52 eine Chromschicht von ungefähr 10 Angström Dicke auf zur Adhesion mit der Glasoberfläche des Dia 50 und eine Goldschicht mit einer Dicke von ungefähr 50 nm auf. Ein Dichtungsmaterial, wie beispielsweise RTV-Silikon, ist an dem metallischen Film 52 angebracht, um die Partition 27 bereitzustellen. Der metallische Film 52 ist optisch indirekt mit der Priosmenprobenoberfläche 26C durch das transparente Glasdia 50 gekoppelt und eine dünne Schicht von transparentem Öl 54 ist zwischen der Unterseite des Glasdia 50 und der Probenoberfläche 26C vorgesehen. Natürlich kann der metallische Film 52 mit der Probenoberfläche 26C durch Anbringen des Films direkt an der Probenoberfläche 26C optisch gekoppelt werden, wie aus 11 ersichtlich ist. Die Testprobe TS und die Referenzprobe RS sind mit einer metallischen Beschichtung 52 an den gegenüberliegenden Seiten der Partition 27 in Kontakt gebracht, so daß jeweils eine erste und eine zweite optische Übergangsfläche ausgebildet wird. Wenn Licht von dem Beleuchtungsbündel 12 den metallischen Film 52 an der ersten optischen Übergangsfläche erreicht, werden bestimmte Strahlen bei einem Resonanzwinkel einfallen, der durch den Brechungskoeffizienten der Testprobe TS bestimmt ist, und Energie, die mit diesen Strahlen zusammenhängt, wird absorbiert, während die restlichen Strahlen innen von dem metallischen Film 52 reflektiert werden. Folglich zeigt das erste Teilbündel 13A ein Resonanzminimum an einem ersten Ort auf der linear abgetasteten Anordnung 38 auf, was auf den Brechungskoeffizienten der Testprobe TS hinweist. Ebenfalls wird das zweite Teilbündel 13B ein Resonanzminimum an einem zweiten Ort auf der linear abgetasteten Anordnung 38 aufzeigen, was auf den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe RS hinweist.
Wenn die Testprobe TS und die Referenzprobe RS den gleichen Brechungskoeffizienten haben, werden die Resonanzminima durch eine Basisdistanz getrennt, die durch den Einfluß des Keils 42 auf das erste Teilbündel 13A bestimmt ist. Sobald die Basisdistanz durch Kalibrieren bekannt ist, ist es möglich, die Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer beliebigen Testprobe TS und einer beliebigen Referenzprobe RS durch Beobachten der Distanz zwischen den jeweiligen Resonanzminima zu berechnen, die auf die linear abgetastete Anordnung 38 abgebildet werden, und den Grad zu bestimmen, bis zu dem diese beobachtete Distanz von der Basisdistanz abweicht. Wenn der Brechungskoeffizient der Referenzprobe RS für die speziellen Testbedingungen bekannt ist, kann der Brechungskoeffizient der Testprobe TS mit der gemessenen Brechungskoeffizientendifferenz berechnet werden. Die Beleuchtungskurve, die in 12 aufgetragen ist, demonstriert das Auftreten von erfaßbaren Resonanzminima 17A und 17B an dem ersten und dem zweiten Ort entlang der linear abgetasteten Anordnung 38A.
Die vorliegende Erfindung, die auf das Prinzip des Herabsetzens kritischer Frequenz basiert, findet nützliche Anwendung in der Beobachtung von molekularen Wechselwirkungen, insbesondere in der Analyse der spezifischen Bindung von Analytmolekülen an einer Bindungsschicht. Dementsprechend können präparierte Dias mit einer vorherbestimmten, anwendungsspezifischen Bindungsschicht, die auf dem metallischen Film 52 angebracht ist, für die Anwendung mit einer Vielfalt von Analyten produziert werden.
13 bis 18 zeigen eine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten optischen Konfiguration 210. Die optische Konfiguration 210 weist eine Beleuchtungsquelle 211 auf, die ein Beleuchtungsbündel 212 bereitstellt, das entlang einem optischen Pfad OP verläuft, nacheinander durch einen Diffuser 214, eine Kollimatorlinse 215, einen schmalen Bandpaßfilter 216, einen linearen Polarisator 218 und eine Fokussierlinse 220. Eine Punktlochöffnung 222 ist in der Fokusebene der Fokuslinse 220 angeordnet. Das divergente Bündel 212 wird dann durch eine Glaslinse 224 mit hohem Brechungskoeffizienten wieder fokussiert, bevor es in ein Prisma 216 mit hohem Brechungskoeffizienten eintritt, das eine Lichteintrittsoberfläche 226A, eine Probenoberfläche 226B, die mit der Testprobe TS und der Referenzprobe RS in Kontakt steht, und eine Lichtaustrittsoberfläche 226C aufweist. Bevorzugt ist die Linse 225 mit optischem Zement an der Lichteintrittsoberfläche 226A des Prismas 226 befestigt. Das Beleuchtungslicht wird in einem Punkt innerhalb des Prismas 226 nahe der Probenoberfläche 226B fokussiert, wobei nach diesem Punkt das Bündel wieder divergent wird. Wie aus 15 ersichtlich ist, fällt das divergente Bündel schief auf die Probenoberfläche 226B ein, so daß nicht-parallele Lichtstrahlen auf die Probenoberfläche 226B in verschiedenen Einfallswinkeln innerhalb eines Winkelbereichs schief einfallen.
Ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Probenoberfläche 226B von einer linearen Partition 227 aufgeteilt, die koplanar mit der Meridionalebene ist, die durch den optischen Pfad OP definiert ist, so daß die Lichtstrahlen ein Beleuchtungsbündel 212 ausbilden, das symmetrisch zwischen einer ersten optischen Übergangsfläche 230A, die mit der Testprobe TS zusammenhängt, und einer zweiten optischen Übergangsfläche 230B verteilt ist, die mit der Referenzprobe RS zusammenhängt. Der Abschnitt des Beleuchtungsbündels 212, der innen an der optischen Übergangsfläche 230A reflektiert wird, wird das erste Teilbündel 213A und der Abschnitt des Beleuchtungsbündels 212, der innen an der optischen Übergangsfläche 230B reflektiert wird, wird das zweite Teilbündel 213B. Der erste und der zweite Bündelabschnitt 230A und 230B verlassen das Prisma 226 durch die Lichtaustrittsoberfläche 226C.
Das optische Mittel 240 ist zum Richten des ersten Teilbündels 213A und des zweiten Teilbündels 213B vorgesehen, um verschiedene jeweilige Segmente einer linear abgetasteten Anordnung 238 aus photoelektrischen Zellen zu beleuchten. In der vorliegenden Ausführungsform geht das Beleuchtungsbündel 212 von einer wohl definierten Punktquelle aus und das optische Mittel 240 hat die Funktion die Teilbündel 213A und 213B in Konvergenz-X-Achsenrichtungen seitlich innerhalb in Richtung zu der Meridionalebene MP der Konfiguration zum Empfang von den Zellen der linear abgetasteten Anordnung 238 und in Divergent-Y-Achsenrichtungen zu richten, so dass die Teilbündel unterschiedliche Segmente der Anordnung beleuchten. In der Ausführungsform in 13 bis 16 wird die Funktion des Trennens der Teilbündel entlang der Y-Achse (Anordnung der Zellenreihe) des Systems durch ein Paar von identischen aber gegenüberliegend angeordneten Einachsenkeilen 242A, 242B durchgeführt, die bevorzugt an der Lichtaustrittsoberfläche 226C unter Verwendung von optischem Zement befestigt sind und angeordnet sind, um jeweils die Teilbündel 213A und 213B zu empfangen. Diesbezüglich ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der zweiten Ausführungsform, die vorhergehend unter Bezugnahme auf 7A bis 9 beschrieben ist. 15 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Trenneinfluß der Keile 242A und 242B auf die Teilbündel 213A und 213B zeigt. Zusätzlich zu dem Keilepaar 242A und 242B weist das optische Mittel 240 ein drittes optisches Element 243 auf, das nach den Keilen 242A und 242B zum Empfangen der beiden Teilbündel angeordnet ist, wobei verursacht wird, dass die Teilbündel von gegenüberliegenden Lateralseiten der Meridionalebene MP in Richtung zur linear abgetasteten Anordnung 238A konvergieren. Das dritte optische Element 243 ist bevorzugt eine Zylinderlinse, wie in 13 und 14 gezeigt ist, oder ein Bi-Prisma, wie in 16 gezeigt ist, wobei das optische Element 243 ausgewählt und positioniert ist, so dass die Teilbündel 213A und 213B lateral nach innen in Richtung zur Meridionalebene MP gerichtet werden, um die Zellen der linear abgetasteten Anordnung 238A zu beleuchten.
In der in 17 gezeigten Alternative weist das optische Mittel 240 ein Paar von gegenüberliegend angeordneten Zweiachsenkeilen 245A und 245B auf, die in zwei orthogonale Richtungen geneigt sind. Ein Zweiachsenkeil ist detaillierter in 18 gezeigt. Der Winkel α und der Winkel β können abhängig von der Systemgeometrie gleiche oder ungleiche Winkel sein. Deshalb lassen die Keile 245A und 245B die Teilbündel entlang der Y-Achse des Systems divergieren und die Bündel entlang der X-Achse des Systems konvergieren, um entsprechende Segmente der linear abgetasteten Anordnung 238 zu beleuchten.
Es wird bemerkt, dass die optischen Basisanordnungen aus 13 bis 18 in Verbindung mit optischen Übergangsflächen mit herabgesetzter kritischer Frequenz eher verwendet werden als optische Grenzwinkelübergangsflächen durch Koppeln eines Glasdia mit einem dünnen metallischen Film mit der Probenoberfläche 226B oder durch direktes Beschichten der Probenoberfläche 226B mit einem dünnen metallischen Film in einer Art und Weise analog zu der vorhergehend beschriebenen dritten Ausführungsform.
Zusammenfassung
Eine optische Konfiguration für differentielle Brechungskoeffizientenmessung einer Testprobe relativ zu einer Referenzprobe weist auf einen optischen Pfad, entlang dem ein Beleuchtungsbündel verläuft, um gleichzeitig zwei optische Übergangsflächen auf gegenüberliegenden Seiten der Meridionalebene zu beleuchten, die jeweils mit der Testprobe und der Referenzprobe korrespondieren. Teilbündel, die die optischen Übergangsflächen verlassen, werden durch ein optisches Mittel umgerichtet, um unterschiedliche Segmente einer linear abgetasteten Anordnung zu beleuchten, die in der Meridionalebene ausgerichtet ist. Die Unterschiede im Ort der beiden Schattenlinien oder der beiden Resonanzminima, die durch die Teilbündel auf der Anordnung ausgebildet werden, stellen einen Hinweis auf den Unterschied der Brechungskoeffizienten bereit.

Claims

Optische Konfiguration zur Verwendung beim Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe, wobei die optische Konfiguration aufweist: einen optischen Pfad; eine erste optische Übergangsfläche, die mit der Testprobe zusammenhängt; eine zweite optische Übergangsfläche, die mit der Referenzprobe zusammenhängt; ein Beleuchtungsbündel, das entlang dem optischen Pfad verläuft, wobei Licht von dem Beleuchtungsbündel auf die erste und die zweite optische Übergangsfläche einfällt, um ein erstes Teilbündel, das durch den Brechungskoeffizienten der ersten Testprobe definiert ist, und zweites Teilbündel bereitstellt, das durch den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe definiert ist; eine linear abgetastete Anordnung, die eine Mehrzahl von photoelektrischen Zellen aufweist, die jeweils während des Abtastens einen Austrittspuls mit einer Amplitude bereitstellen, die durch den Beleuchtungsgrad der jeweiligen Zelle durch einfallendes Licht bestimmt ist; und ein optisches Mittel zum Richten des ersten und des zweiten Teilbündels, um unterschiedliche jeweilige Segmente der linear abgetasteten Anordnung zu beleuchten, wobei das erste Teilbündel ein erstes Merkmal aufzeigt, das an einem ersten Ort auf der Anordnung auf den Brechungskoeffizienten der Testprobe hinweist, und wobei das zweite Teilbündel ein Merkmal aufzeigt, das an einem zweiten Ort auf der Anordnung auf den Brechungskoeffizienten der Referenzprobe hinweist; wobei die Brechungskoeffizientendifferenz aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ort auf der Anordnung bestimmt werden können.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 1, wobei der optische Pfad eine Y-Z-Meridionalebene der optischen Konfiguration definiert und die erste und die zweite optische Übergangsfläche an gegenüberliegenden Seiten der Y-Z-Meridionalebene angeordnet sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 2, wobei die linear abgetastete Anordnung in der Y-Z-Meridionalebene ausgerichtet ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite optische Übergangsfläche optische Grenzwinkelübergangsflächen sind, so dass das erste Teilbündel eine Schattenlinie an dem ersten Ort auf der Anordnung aufzeigt und das zweite Teilbündel eine Schattenlinie an dem zweiten Ort auf der Anordnung aufzeigt.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite optische Übergangsfläche optische Übergangsflächen mit herabgesetzter kritischer Frequenz sind, so dass das erste Teilbündel ein Resonanzminimum an dem ersten Ort auf der Anordnung aufzeigt und das zweite Teilbündel ein Resonanzminimum an dem zweiten Ort auf der Anordnung aufzeigt.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite optische Übergangsfläche auf einem Dia bereitgestellt sind, das wahlweise in und aus den optischen Pfad bewegbar ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 3, wobei die optische Konfiguration ferner ein Prisma aufweist mit einer Lichteintrittsoberfläche, einer Lichtaustrittsoberfläche und der Probenoberfläche, wobei das Beleuchtungsbündel in das Prisma durch die Lichteintrittsoberfläche eintritt und das erste und das zweite Teilbündel aus dem Prisma durch die Lichtaustrittsoberfläche austreten.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei die erste und die zweite optische Übergangsfläche durch in Kontakt stehen eines ersten Bereichs der Probenoberfläche mit der Testprobe und durch in Kontakt stehen eines zweiten Bereichs der Probenoberfläche mit der Referenzprobe ausgebildet sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 8, wobei die optische Konfiguration ferner eine Partition zum Aufteilen der Probenoberfläche des Prismas entlang der Y-Z-Meridionalebene aufweist, um ein Vermischen der Testprobe und der Referenzprobe zu unterbinden.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 9, wobei die Partition aus synthetischem Gummi ausgebildet ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei die erste und die zweite optische Übergangsfläche durch Koppeln eines metallischen Films mit der Probenoberfläche ausgebildet ist, wobei der metallische Film einen ersten Bereich hat, der mit der Testprobe in Kontakt steht, und einen zweiten Bereich hat, der mit der Referenzprobe in Kontakt steht.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 11, wobei der metallische Film mit der Probenoberfläche indirekt gekoppelt ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 11, wobei der metallische Film mit der Probenoberfläche direkt gekoppelt ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei das optische Mittel ein optisches Element nach der Lichtaustrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen und Umrichten des ersten Teilbündels relativ zu dem zweiten Teilbündel aufweist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 14, wobei das optische Element an der Austrittsoberfläche des Prismas befestigt ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 14, wobei das optische Element ein Keil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 16, wobei der Keil ein Einachsenkeil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 16, wobei der Keil ein Zweiachsenkeil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei das optische Mittel ein optisches Element nach der Lichtaustrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen und umrichten des zweiten Teilbündels relativ zu dem ersten Teilbündel aufweist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 19, wobei das optische Element an die Austrittsoberfläche des Prismas befestigt ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 19, wobei das optische Element ein Keil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 21, wobei der Keil ein Einachsenkeil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 21, wobei der Keil ein Zweiachsenkeil ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei das optische Mittel ein erstes optisches Element nach der Lichtaustrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen und umrichten des ersten Teilbündels relativ zu dem zweiten Teilbündel und ein zweites optisches Element nach der Lichtaustrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen und umrichten des zweiten Teilbündels relativ zu dem ersten Teilbündel aufweist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 24, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element jeweils an der Austrittsoberfläche des Prismas befestigt sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 24, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element jeweils ein Keil sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 26, wobei das erste und das zweite optische Element identische Einachsenkeile sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 26, wobei das erste und das zweite optische Element identische Zweiachsenkeile sind.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei das optische Mittel ein optisches Element aufweist, das nach der Austrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen des ersten und des zweiten Teilbündels und zum Umrichten des ersten und des zweiten Teilbündels entlang den konvergenten X-Achsenrichtungen angeordnet ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 29, wobei das optische Element eine Zylinderlinse ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 29, wobei das optische Element ein Bi-Prisma ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 24, wobei das optische Mittel ein drittes optisches Element aufweist, das nach der Austrittsoberfläche des Prismas zum Empfangen des ersten und des zweiten Teilbündels und zum Umrichten des ersten und des zweiten Teilbündels entlang den konvergenten X-Achsenrichtungen angeordnet ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 32, wobei das dritte optische Element nach dem ersten und dem zweiten optischen Element angeordnet ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 32, wobei das dritte optische Element eine Zylinderlinse ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 32, wobei das dritte optische Element ein Bi-Prisma ist.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 7, wobei die optische Konfiguration ferner eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Beleuchtungsbündels in einem Punkt innerhalb des Prismas aufweist, wobei das Lichtbündel ein divergenter Lichtkonus wird, der entsprechende symmetrische Abschnitte auf gegenüberliegenden Seiten der Meridionalebene hat, die auf die erste und die zweite optische Übergangsfläche einfallen.
Optische Konfiguration gemäß Anspruch 36, wobei die Fokussierlinse an die Lichteintrittsoberfläche des Prismas befestigt ist.
Verfahren zum Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: A) Bereitstellen eines transparenten Mediums mit einer Probenoberfläche; B) einen ersten Bereich der Probenoberfläche mit einer Testprobe und einen zweiten Bereich der Probenoberfläche mit einer Referenzprobe in Kontakt bringen; C) Beleuchten der Übergangsfläche des transparenten Mediums und der Testprobe und der Übergangsfläche des transparenten Mediums und der Referenzprobe mit einem Lichtbündel mit schief einfallenden divergenten Strahlen; D) Ermitteln der ersten Grenzwinkelschattenlinie, die mit der ersten Testprobe zusammenhängt, und einer zweiten Grenzwinkelschattenlinie, die mit der Referenzprobe zusammenhängt, auf einer einzelnen linear abgetasteten Anordnung von photoelektrischen Zellen; und E) Bestimmen der Brechungskoeffizientendifferenz basierend auf einer Distanz zwischen der ersten Grenzwinkelschattenlinie und der zweiten Grenzwinkelschattenlinie auf der linear abgetasteten Anordnung.
Verfahren zum Messen der Brechungskoeffizientendifferenz zwischen einer Testprobe und einer Referenzprobe, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: A) Bereitstellen eines transparenten Mediums mit einem daran anhaftenden Metallfilm; B) einen ersten Bereich des Metallfilms mit einer Testprobe und einen zweiten Bereichs des Metallfilms mit einer Referenzprobe in Kontakt bringen; C) Beleuchten einer Übergangsfläche des transparenten Mediums und des Metallfilms mit einem Lichtbündel mit divergenten Strahlen, die schief auf die Übergangsfläche einfallen, wobei das Lichtbündel gleichzeitig die Übergangsfläche an einer ersten Region gegenüberliegend dem ersten Bereich und einer zweiten Region gegenüberliegend dem zweiten Bereich bestrahlt; D) Bestimmen des ersten Resonanzinduktionsflußminimums, das mit der Testprobe zusammenhängt und des zweiten Resonanzinduktionsflußminimums, das mit der Referenzprobe zusammenhängt, auf einer einzelnen linear abgetasteten Anordnung von photoelektrischen Zellen; und E) Ermitteln der Brechungskoeffizientendifferenz basierend auf der Differenz zwischen dem ersten Resonanzinduktionsflußminimum und dem zweiten Resonanzinduktionsflußminimum auf der linear abgetasteten Anordnung.