JP2005500539A - 光ビームの導光および補正 - Google Patents

Abstract

【課題】非点収差を補正する導光用の装置を提供すること。
【解決手段】この装置は、球面鏡または凹面回折格子のような２つの凹面屈折要素を含み、両要素の中心を結ぶ接続線分は、第１要素(2)の主軸に対して０を超える入射角を形成する。第２要素(5)の主軸と接続線分は、接続線分と第１要素の主軸から定まる平面に直交する平面内で、同じ大きさの入射角を形成する。これによって、非点収差が補正される。本発明は、たとえば、測定光をサンプルに向けてまたはサンプルから導光するための光学分析器に適用することができる。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲面を有する光学屈折装置に関し、特に球面鏡または凹面回折格子によって光を導光することに関する。本発明は、たとえば、臨床化学において容器中に配置されたサンプルから放射される放射光を測定するために使用される分析器のような、光学分析器に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
光学分析器において、測定光の導光は、一般的にはレンズ系を使用して実施される。たとえば、特許文献１には、サンプルウエル中の定められた領域からの測定光が、平面鏡およびレンズによって検出器に供給される蛍光光度計（fluorometer）が開示されている。このような装置で処理される光は、典型的には３２０〜８００ｎｍの範囲の波長を有している。たとえば分散のようなレンズの結像誤差は、レンズ光学系によってかなりの広範囲に渡って最小化することができるが、通常、その補正を最適に実施できるのは、特定の波長に対してだけである。より広い波長範囲を要する場合、レンズ系の適用は非常に不便なものになる。
【特許文献１】
国際特許公開第ＷＯ ９７／１１３５４号
【特許文献２】
国際特許公開第ＷＯ ００／６３６８０号
【特許文献３】
国際特許公開第ＷＯ ９７／１１３５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レンズ光学系では、分散は、異なる種類のガラスを組み合わせることによって補正される。非常に広い波長範囲（たとえば、２００〜１０００ｎｍ）が所望の場合、適用可能なレンズ材料は事実上合成シリカのみである。しかし、合成シリカも、問題の要因となる分散を有し、色補正を実施することは非常に困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、光を導光するための請求項１に記載された装置が発明された。この発明のいくつかの実施形態は、他の請求項に開示されている。
【０００５】
光軸外に存在する点の像を形成するために凹面鏡を使用する場合、光ビームの様々な平面内を伝播する光線は、距離が様々に異なる点に結像する。その点および主軸によって定まる平面（水平面）内を伝播する光線と、その平面に直交する平面（垂直面）内を伝播する光線が両極端の場合である。水平面内を伝播する光線の焦点が最も近くにあり、垂直面内を伝播する光線の焦点は最も遠くにある。垂直面では、鏡の曲面がより広範囲に投影され、その結果、結像点が遠くに形成される。この現象は、非点収差と呼ばれる。
【０００６】
凹面鏡の１つの応用は、回折格子と共に使用して導光することである。回折格子は、近接して配置された複数の溝からなり、それによって、異なる波長の光を異なる角度に回折させるものである。透過型回折格子と屈折型回折格子があるが、実用上、より一般的なのは屈折型回折格子である。通常、屈折型回折格子は平面である。このような回折格子は、比較的容易に作製できる形状を有し、その作用はほぼ理想的なものである。この場合、回折格子に導く平行光を形成し、回折格子からの所望の光を集光するために、付加的な光学系が必要となる。この付加的な光学系は、周知のツェルニ−ターナー（Ｃｚｅｒｎｙ−Ｔｕｒｎｅｒ）型回折格子光学系のように、通常、２つの球面鏡からなる。第１の鏡は、回折格子に入射する前にビームを平行にするために使用され、第２の鏡は、出力ビームを焦点に集束するものである。平面回折格子で使用される別の周知の配置は、エバート−ファスティ（Ｅｂｅｒｔ−Ｆａｓｔｉｅ）光学系である。この配置構成では、円錐ビームが光軸外凹面鏡に導かれ、ビームがコリメートされて回折格子へと反射される。回折格子からの光は鏡の反対側の領域に導かれる。この場合でも、非点収差は顕著な問題である。
【０００７】
回折格子に対してさらなる光学系を使用することを回避するため、凹面回折格子が使用される。円錐状の光ビームがこのような回折格子に導かれ、回折格子は、波長に応じて異なる角度で集束する円錐状の光ビームを形成する。したがって、この回折格子は、凹面鏡のように作用する。この場合でも、非点収差は重要な問題である。波長の選択のために回転が使用される場合には、通常は入射軸と出射軸との角度が、典型的には２０〜６０°、たとえば３０〜５０°など、非常に大きくなるため、この問題は特に顕著になる。凹面回折格子は、点状物体から線状の像を形成する。たとえば、多くの種類の光学分析器では、単色光を形成し、それを小容器中のサンプルのような所望の場所に小さなドットとして導光する必要がある。同様なことは、たとえば小さなサンプルから単色光を導光する場合にも発生する。光学系が線状の像を形成する場合、使用できるのはその一部のみであり、望ましくない減衰が生じる。非点収差を回避するために、回折格子の表面を非球面にすることができるが、このような回折格子を作製することは困難である。可能な別の手段として、非均一な密度で配置された溝を使用することがあり、こちらの方が作製は容易である。しかし、このような補正においても、満足すべき結果が得られるのは特定の波長領域のみであり、他の領域はかなり未補正のままになる。
【０００８】
多くの光学系では、拡散光を低減するために、直列に配列された２つの回折格子が使用されている。拡散光は、溝の表面が完全に滑らかではないことによって生じ、それによって、所望の波長に加えて他の波長の光も伝達される。このような拡散光のレベルは、たとえば１：１００〜１：１０００の範囲である。２つの凹面回折格子を直列に使用すると、非点収差はさらに増大する。したがって、たとえば小さなサンプルウエルを励起する場合の蛍光測定など、多くの場合において非点収差は許容限度を超えるものとなる。
【０００９】
本発明の配置構成は、凹面鏡または回折格子のような２つの凹面要素を含む。これらの要素の中心を結ぶ接続線分は、第１要素の主軸に対しては０ではない入射角を形成し、第２要素の主軸に対しては、第１要素の主軸とこの接続線分によって定まる平面に直交する平面において、同一の入射角を形成する。これによって、光学系の光軸外に存在する点の結像で発生する非点収差を解消することができる。
【００１０】
実際の光学要素の配置では、鏡への入射角は、典型的には５〜２０°、特に１０〜１５°である。
【００１１】
本発明によれば、屈折要素の主軸外に存在する物体の像を正確に形成することができる。物体は、焦点面よりも遠くに配置することもできる。したがって、像の比率（image ratio）は、たとえば０．５〜２：１、典型的には約１：１である。物体を第１要素の焦点面に配置してもよく、この場合、第１要素は無限遠に像を形成し、そこから第２要素によって焦点面上に像が形成される。
【００１２】
本発明の利点は、精細に定められた小領域からまたはこのような小領域に対して、それぞれ光を案内すなわち導くことができることである。これによって、たとえば、非常に小さなサンプルまたは非常に近接して配置されたサンプルを測定することが可能となる。形成される像または結像される物体の直径は、たとえば０．５〜２ｍｍ、特に約１ｍｍとすることができる。
【００１３】
本発明の別の利点は、すべての波長の光に対して等しく良好に作用することである。したがって、１つの同一の装置によって、非常に異なる波長の光を同様に誤差のない方法で処理することができる。たとえば、従来の分析器において２００〜１０００ｎｍの波長範囲が必要な場合がある。鏡面をできるだけ広い領域に渡って利用し、したがってできるだけ大きな立体角を使用することの結果として、効果が高まる。大きな立体角によって、光信号の減衰が抑制されると共に、測定感度が向上する。
【００１４】
本発明は、光がサンプルに向けてまたはサンプルから導光される光学分析器に対して、特に好適に適用される。このような分析器には、たとえば、光度計（photometer）、蛍光光度計（fluorometer）、発光光度計（luminometer）が含まれる。たとえば、臨床化学、生化学、および分子生物学における分析では、直径が２ｍｍしかないウエルを備えたサンプルプレートを使用する場合がある。たとえば位置に対する公差を考えると、この場合のウエルにおいて、光学分析で使用可能な測定範囲の直径は約１ｍｍである。さらに、ウエルの入口は、狭いトンネル状の通路の形に形成されている。本発明によれば、これを取り扱うことができ、さらに、ウエルによって与えられる全立体角を使用することができる。光を正確に焦点に集束させることによって、ウエル間のクロストークの問題も回避することができる。
【００１５】
本発明に従って結像過程が二度実施される場合、像がサンプルに対して光学系の反対外に形成されるように、結像方向を精密に構成することができる。
【００１６】
サンプル上の焦点に集束される光は、通常、モノクロメータを通して導かれるかまたは案内される。モノクロメータは、特に回折格子とすることができる。回折格子モジュールは、回折格子モジュール中のスリットのサイズの出射面を有して発散する光束（light pencil）を生成する。回折格子モジュールからの出射光束は、本発明に従ってサンプル上に結像される。出射スリットが適切なサイズである場合、像の比率を、たとえば１：１とすることができる。スリットのサイズをさらに調整し、像の比率をサンプルのサイズにできるだけ適合するように変化させることもできる。特に狭い波長帯域を実現するために、いくつかの、特に２つの、回折格子を直列に結合させてもよい（特許文献２参照）。サンプルから放射される光も、通常モノクロメータを通して導かれる。出射光のためのモノクロメータは、入射光のためのモノクロメータと同様のものとすることができ、そのモノクロメータ内を光は反対方向に進行する。高い波長分解能および良好な測定感度のために、回折格子のかなり広い領域を使用する必要があるため、回折格子モノクロメータに結合される光学系は、光束をかなり広角に受光しなければならない。本発明によれば、これを良好に実現できる。
【００１７】
円錐回折格子を含む配置構成において、非点収差は鏡の場合に該当する方法、すなわち、第２の回折格子の平面を９０°傾けることによって、補正することができる。これは、２つの回折格子、または複数の異なる格子領域を使用する１つの回折格子によって達成できる。球面鏡には小さな結像誤差が生じ、これによってシステムの最小スポットサイズが定まる。回折格子が１つの場合、迷光レベルによってシステムの最小スポットサイズが定まる場合があり、その迷光レベルが大きくなり過ぎる可能性がある。これは、２つの回折格子を直列に使用することによって顕著に低減させることができる。
【００１８】
両方の回折格子は、非点収差または他の光学誤差に対して未補正であっても、または（部分的に）補正されていてもよい。
【００１９】
回折格子同士の間には、通常、選択された光ビームを第２の回折格子に貫通させるための開口部がある。これによって、迷光の伝達が最小限に抑えられる。回折格子同士の間に２つの焦線がある場合、２つのスリットを使用することができ、これによって、消去される迷光がさらに増大する。
【００２０】
光度計は、サンプルを通過する光の吸光度を測定するために使用される。本発明は、光源からサンプルへまたはサンプルから検出器へ光を導光するために、適用することができる。光度測定において、濃度についての高い測定感度を達成するには、サンプル容器を通過する光ビームの通路を制御することが特に重要である。
【００２１】
蛍光光度計では、サンプルに励起光が照射され、それによってサンプル内で発生した放射光が検出器に伝達される。本発明は、励起光および放射光のいずれか、または特に好適には両方に、適用することができる。これは、１つの同一の配置構成によって達成することができ、特に、励起光を、サンプルから放射される放射光のビーム内でサンプルへ導光することによって達成できる。これは、たとえば、ダイクロイックミラーを適切に配置することによって達成される（特許文献１参照）。ダイクロイックミラーは、特に第１の球面鏡の上流に配置することができる。両方の球面鏡は二度作用するものの、励起フォトンおよび放射フォトンが異なる方向に進行する際のクロストークは生じない。
【００２２】
励起ビームおよび放射ビームが互いに重なり合っている場合において、ビームよりも小さな平面鏡によって励起ビームと放射ビームを互いに分離することもできる。放射ビームよりも小さな平面鏡を使用して、放射ビームにその鏡の外側を通過させることが特に有用である。
【００２３】
蛍光測定における特に望ましい利点には、クロストークを排除して測定結果の安定性を改善することが含まれる。直径が２ｍｍよりも小さい非常に小さなウエルからでも、測定を実施することができる。励起光と放射光の両方に、１組の同一の鏡を使用することによって、部材コストが低減する。光軸が一致しているため、結像光学系の調整も容易である。配置構成中にレンズが全く存在しないことによって、一般にレンズに伴う背景蛍光の問題が消失する。
【００２４】
発光光度計は、サンプル内で発生する発光を測定するために使用され、これは、本発明の配置構成によって実施することができる。
【００２５】
サンプルは、複数のウエルからなるサンプルプレートのウエル中に配置することができ、このサンプルプレートは、各ウエルが順番に測定位置に来るように操作することができる。このプレートは、特許文献３に記載されているように、たとえば、装置の下側部分に存在する漏洩光のない（light-tight）空間内で操作されるフレーム上に取り付けることができる。このプレートは、たとえば、９ｍｍピッチの１２×８個のウエルを備えた従来のマイクロ滴定プレート（microtitration plate）とすることができる。しかし、このプレートは、たとえば、等しい面積に３８４個または最大で１５３６個のウエルを備えた、より小さなウエルを有するように設計することもできる。本発明によれば、プレートに対する通常の位置公差の範囲内におけるウエル間のクロストークを回避することができる。しかし、光度計への適用では、実用上、蛍光光度計または発光光度計への適用で使用されるものと同程度に小さいウエルからの測定を実行することはできない。
【００２６】
光学分析器において、本発明に係る測定光学系は、光を測定光学系からサンプルへまたはサンプルから測定光学系へ導光するための適切な配置構成を備えたハウジング中に配置されることが特に好ましい。この配置構成は、光を通過させるための平面窓を含んでいてもよい。この窓は、好ましくはシリカからなるものである。この窓を、光路に対して適切に傾いた配向で配置することによって、光の一部は対応する角度で反射され、この反射光を参照光として容易に使用することができる。この窓は、たとえば５〜２０％、特に約８％の反射率を有する。入射角は、たとえば１０〜４０°、特に約２５°とすることができる。窓は、ハウジングの壁に含めることもでき、必要な場合には、特殊な測定のために取り外し可能にすることもできる。
【００２７】
測定光学系は、好ましくはサンプル上に点状またはドット状の像を形成するものである。
【００２８】
ハウジングは、さらに、測定光学系からの（放射）光を、読み取り光学系に導光するための出力アパーチャを備えていてもよい。最適な例では、測定光学系は、出力アパーチャ中に、好ましくは点状の、像を形成するものである。出力アパーチャは、好ましくは光路に垂直な平面内に配置されている。
【００２９】
さらに、ハウジングは、光源光学系（励起光学系）からの（励起）光を、測定光学系に導光するための入力アパーチャを備えていてもよい。光源光学系は、好ましくは入力アパーチャ中に点状の像を形成するものである。入力アパーチャは、好ましくは光路に垂直な平面内に配置されている。
【００３０】
光が鏡同士の間を平行光として伝播するときに、物体の距離の変動によって測定値に発生する誤差を補正するために、適切に配置された制限器（delimiter）を使用することができる。適切な距離は、物体の結像のために使用される第１の鏡の曲率半径のおよそ半分である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００３２】
球面鏡によって結像させる物体が光軸外にある場合、点状物体が線分として結像される非点収差が発生する。これは、物体から様々な平面に沿って放射される光ビームが異なる角度で鏡に到達し、したがって、異なる角度で反射されるからである。両極端の場合は点状物体と主軸によって定まる面（水平面）内、およびその面に直交する面（垂直面）内を伝播するビームによって生じ、水平面内を伝播するビームの焦点は最も近くにあり、垂直面内を伝播するビームの焦点は最も遠くにある。
【００３３】
図１は、非点収差の発生を示す図である。結像させる物体１は、凹状球面鏡２の回転面（水平面）内では点３に集束する。垂直面では、遠くの焦点４に像が形成され、焦点３には垂直な線分が現れる。焦点４には、水平面内を伝播するビームによって水平な線分が現れる。鏡面によって形成される像は、最適な焦点すなわち点３と点４との中間地点においても、ピントがぼけたものになる。焦点間の距離は、鏡の回転角度が増大する程増大する。
【００３４】
非点収差は、鏡を非球面に研磨することによって補正できる。しかし、要求される面が一様な回転対称性を有さないため、そのような研磨加工は非常に困難な工程となる。さらに、この工程では、特定の点から発生する非点収差を補正できるだけである。研磨によって鏡面の光学特性が損なわれるおそれもある。
【００３５】
図２に示す配置構成には、２つの同一半径（Ｒ）の凹状球面鏡、すなわち第１の鏡２と第２の鏡５が含まれている。物体１は、第１の鏡２の曲率中心、したがって第１の鏡からの距離がＲの地点に配置されている。鏡同士の間の距離は２Ｒであり、第１の鏡によって形成される像３、４が、第２の鏡に対する物体を構成する。第２の鏡は、第２の鏡からの距離がＲの地点に像６を形成する。第１の鏡は水平面内を回転する（すなわち、回転面は水平面である）。第２の鏡は、この水平面に直交する面内で同じ角度だけ回転する。
【００３６】
図１に示すように、第１の鏡２は、２つの焦点３、４を順次的に形成する。点３は、水平部分によって形成される像を含み、点４は、垂直部分によって形成される像を有する。点６には、非点収差が補正された完全に点状の像が形成される。
【００３７】
鏡の間の散乱光または拡散光の伝播を制限するために、仮の焦点３、４の間に円状の中間アパーチャを配置することもできる。中間アパーチャを点３または点４の位置に正確に配置することもでき、この場合、アパーチャは、物体の線状の像に適合するスリットの形状にすることができる。それぞれの仮の焦線に対して個別に線状アパーチャを配置することを含む、幾種類かの組み合せを考えることもできる。
【００３８】
鏡２および鏡５が、物体および像からそれぞれの曲率半径の距離に配置され、また仮の焦点３、４からもそれぞれの曲率半径の距離に配置されている場合、この結像過程で球面収差は発生しない。
【００３９】
図３に示す配置構成には、第１の鏡２および第２の鏡５が含まれ、それらの鏡は、図４に適合するような方法で互いに回転する。第１の鏡は水平面内で回転し（すなわち、水平面を定め）、第２の鏡は垂直面内で同じ角度だけ回転する。物体１．１は、第１の鏡の焦点に配置され、この鏡から反射されたビームは、ほぼ平行光線になって無限遠に像が形成される。第１の鏡から発する光ビームの経路は、第２の鏡によって遮られる。それぞれの鏡は、結像において非点収差を発生させるが、その非点収差は解消され、点状またはドット状の像６．１が形成される。
【００４０】
図３の配置構成の特に有利な点は、物体と像の位置が鏡光学系の両側にあることであり、それによって光学系の配置が容易になる。図２の解決手段では、物体と像とは互いに近接し、配置空間に関する問題が発生し易い。この問題の解決方法は、たとえば、平面鏡によってビームを偏向することである。
【００４１】
図３の場合、球面収差による誤差のため、像は、図２の場合のように正確にドット状にはならない。この場合でも、単一の鏡によって達成されるものよりも像をかなり小さくすることができ、少なくとも、後述する適用例では、この結像誤差は問題にならない。
【００４２】
結像される物体の光エネルギーの伝達は、距離の２乗に比例する。これは、たとえば蛍光測定において、物体の距離の変動に応じて放射光が検出される立体角が変化するため、問題となる可能性がある。これは、たとえばサンプルウエルプレートの使用において、窪みごとに液体の容積が異なる場合、誤差の主要な要因となる可能性がある。たとえば希釈の設定において、容積を意図的に変動させる場合もある。誤差は、プレートの通常の公差および曲率の偏差からも発生する。光学系の測定範囲がたとえば１００ｍｍの場合、範囲または距離における１ｍｍの誤差によって、約２％の測定誤差が発生する。
【００４３】
図３の配置構成において、距離の変動の影響は、第２の鏡５の周りに遮蔽リム（shading rim）または円環７を取り付けることによって相殺することができる。この遮蔽リムは、口径食の結果として光学系に対する立体角を定める。鏡同士の間の距離を適切に選択することの結果として、口径食の効果は物体が近付く程増大し、遠ざかる程減少する。これによって、物体の距離変動の影響を相殺することができ、たとえば、放射光の測定は常に一定の立体角で実施される。鏡同士の間の距離は、最も好ましくは鏡の曲率半径の半分、すなわちＲ／２である。
【００４４】
口径食の詳細を図４に示す。鏡２の半径は２００ｍｍである。物体１．１ａは９７ｍｍの距離に配置され、物体１．１ｂは７７ｍｍの距離に配置されている。鏡から１００ｍｍの距離には、アパーチャリング７ａ、７ｂが配置されている。図から分かるように、大きなアパーチャリング７ａを使用する場合、直線８Ａおよび直線８Ｂは平行であるため、物体の位置の変動（１．１ａ→１．１ｂ）によって、物体から見込む立体角の大きさは変化しない。立体角は、様々なアパーチャリングの直径においても物体の位置の変化に依存せずに維持される（小さなアパーチャリング７ｂにおける１組の直線９Ａ、９Ｂ）。
【００４５】
図５ａおよび図５ｂは、蛍光測定器に適用された本発明に係る光学系の配置構成を示す図である。これらの図では、分かりやすくするために、励起光と放射光の光路が個別に示されている。
【００４６】
励起光は、励起光学系１０から測定光学系へ供給され、測定光学系は、直方性多面体（rectangular polyhedron）の形状を有するハウジング内に取り付けられている。ハウジングは、その頂部に横方向の入力アパーチャ１１を備え、入力アパーチャ１１には、それに直交する方向に励起光学系から励起光が供給されて点状物体が構成される。光ビームはハウジングの側壁に対して斜めに到達するため、側壁には、光ビームに垂直な受光面を有しかつ入力アパーチャを備えた出窓（bracket）１２が形成されている。
【００４７】
入力アパーチャ１１からの光ビームは、小さな平面鏡１３で第１の凹面鏡２へと反射され、この第１の凹面鏡２は、同様の第２の凹面鏡５へ平行光を発する。第２の凹面鏡５は、第１の鏡の傾斜面に対して９０°をなす傾斜面を有している。この配置構成では、非点収差は相殺され、第２の凹面鏡は、測定されるサンプルが収容された下方の測定ウエル１５にガラス窓１４を通じてドット状の像を形成する。
【００４８】
ガラス窓１４は、光路に対して僅かに傾斜している。励起光の一部は、この窓面から参照検出器１６に反射される。参照検出器は、測定ウエルと同様に光学系によって設定された像面内に存在する。参照検出器は、光源の強度変動を監視するために使用され、この強度変動は、蛍光を計算する際に考慮される。光束は、ウエル１５に向かって集束する過程にあるため、参照検出器に到達する光束も同様に集束する。窓が約８％の反射を有する場合、全信号損失は２０％よりも小さい。これは、装置の感度をほとんど損なわない。背景蛍光の可能性を回避するために、窓はできるだけ薄くすることができる。
【００４９】
窓は、測定光学系のシールドとしても機能し、それによって、サンプルウエルは密閉された空間に収容され、そこからの蒸気または他の噴気が光学系内に入り込めなくなる。窓の材料は、最も好適にはシリカである。窓は、計量装置からの飛び跳ね（spatter）が窓面に到達できないように、測定ウエル１５上に十分な距離をおいて配置しなければならない。
【００５０】
測定ウエル１５内で発生した放射光は、第２の鏡５から第１の鏡２へと伝播し、その後、平面鏡１３に伝播する。放射光の一部は、この平面鏡の外側を通過して直進し、ハウジング面の突出部１７中のアパーチャ１８に、非点収差が補正されたドット状の像が形成され、そこから、放射光読み取り光学系１９に導かれる。
【００５１】
したがって、平面鏡１３の機能は、放射光から励起光を分離することである。最大効率のために、分岐比は、最も好適には約５０％−５０％である。
【００５２】
図６は、測定光学系に導光するための励起光学系１０を示す図である。光は、ランプ２０（たとえば、閃光キセノンランプ）から、凹面鏡２１と２つの凹面回折格子２２、２３を経由して測定光学系の入力アパーチャ１１に供給される。拡散光を消去するため、鏡と最初の回折格子との間の結像点には中間スリット２４があり、回折格子同士の間には中間スリット２５がある。最初の中間スリットの上流には、さらに回折格子の次数読み取りフィルタ（order reading filter）２６が備えられている。
【００５３】
図７は、図５ｂに示す測定光学系と一体化された放射光読み取り光学系１９を示す図である。光は、測定光学系の出力アパーチャ１８から、２つの凹面回折格子２７、２８を経由して検出器２９（光電子増倍管）に案内される。回折格子同士の間には、中間スリット２０がある。検出器の前には、スリット３１とフィルタ３２がある。
【００５４】
図８は、図５ａおよび図５ｂに示す光学系の光度計による測定への適用例を示す図である。
【００５５】
測定ウエル１５．１は透光性の底部を有しており、（励起）光はウエルを通過し、続いて、サンプル中で吸収された放射光の量が測定される。吸光度を測定するには、ウエル内の光ビームと励起面とを正確に制御する必要がある。励起面は参照検出器１６によって測定され、参照検出器では、測定されるウエル内に供給される光ビームと全く同じ光ビームを見ることができる。光ビームは測定ウエルを通じて伝播する。ウエルの通過後に拡散する光ビームは、２つの対向する平凸レンズからなる光学系３３および制限プレート３４中の円形アパーチャ３５を通じて検出器３６に導かれる。レンズ光学系からの距離が十分に短くかつ検出器の領域が十分である場合、光ビームが常に検出面に到達できる限り、レンズ材料（好ましくはシリカ）の分散は測定結果に影響を及ぼさない、
【００５６】
ウエルの下流における光ビームの集光は、測定光学系の場合と同様に、完全に分散のない作用のための角度に設定された２つの鏡によって実施することもできる。
【００５７】
図９は、図５ａおよび図５ｂの光学系を発光光度計による測定へ適用した例を示す図である。
【００５８】
発光測定では、光はウエル１５．２中で励起することなく発生する。
【００５９】
発光光度計による測定では、読み取り光学系１９．２に含まれる検出器２９（光電子増倍管）の上流でフィルタ３７を使用することができる。このフィルタに加えて、底部レベルの測定のために光路遮蔽器を備える必要がある場合もある。フィルタ機構に適切なプラグまたはシャッターを組み込むことができる（１つのフィルタ＝プラグ）。
【００６０】
図１０は、球面鏡３８および平面鏡３９を備えた配置構成を示している。光は、物体１．１´から球面鏡の中心から外れた第１の反射領域２´に導かれ、この第１の領域から平行光として平面鏡に、そして平面鏡から第２の領域５´に導かれて、この第２の領域から像６．１´が形成される。平面鏡は、ビームが第１の領域から鏡上の９０°右または左へ反射されるように傾斜している。これによって、非点収差が補正される。この例では、必要な球面鏡は、比較的大きなものにはなるものの、１枚だけである。平面鏡は、球面鏡の光軸に対してその中心を一致させて配置され、２つの反射領域は、球面鏡の中心から同一の距離にある。
【００６１】
図１１は、凹面回折格子４０による非点収差の形成を示す図である。点状物体１から、焦点面３´に線分が形成される。
【００６２】
図１２は、凹面回折格子４０および平面鏡４１を備えた配置構成を示している。光は物体１から回折格子の中心から外れた第１の格子領域４０ａに導かれ、この第１の領域から所望の波長の光が、平行光からなる平面状の光束として平面鏡に導かれ、平面鏡から第２の領域４０ｂに導かれる。中心から第２の領域への距離は、中心から第１の領域および平面鏡への距離と同一になるように配置され、２つの領域は、たとえば正面から見たときに、互いに９０°の角度をなしている。これによって、非点収差は補正され、点状の像６´が形成される。
【００６３】
図１３に示す配置構成では、光は、点１から第１の球面鏡２、第１の平面回折格子４２、第２の平面回折格子４３、そして第２の球面鏡５へ導かれて、単色性の高い光による点状の像６が形成される。非点収差を解消するために、上述したように、鏡同士は９０°に配置されている。中間の焦点には、スリット４４が配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、球面鏡における軸外の点からの像形成を水平面で示す図である。
【図２】図２は、球面鏡によって導光するための本発明に係る配置構成を示す図である。
【図３】図３は、球面鏡によって導光するための本発明に係る別の配置構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に適合する配置構成における口径食を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、蛍光測定器における本発明に係る配置構成を示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、蛍光測定器における本発明に係る配置構成を示す図である。
【図６】図６は、図５ａおよび図５ｂの蛍光光度計で使用できる励起光の伝播を示す図である。
【図７】図７は、放射光を処理するための１つの配置構成内に組み込まれた蛍光光度計において、図５ｂの配置構成を示す図である。
【図８】図８は、光度計における本発明に係る配置構成を示す図である。
【図９】図９は、発光光度計における本発明に係る配置構成を示す図である。
【図１０】図１０は、１つの球面鏡と１つの平面鏡とを備えた本発明に係る配置構成を示す図である。
【図１１】図１１は、凹面回折格子による非点収差の発生を示す図である。
【図１２】図１２は、１つの凹面回折格子と１つの平面鏡とを備えた本発明に係る配置構成を示す図である。
【図１３】図１３は、２つの球面鏡と２つの平面回折格子とを備えた本発明に係る配置構成を示す図である。

Claims (18)

1. 第１の凹面屈折要素と第２の凹面屈折要素とを含み、一方の前記要素から他方の前記要素へと光が伝播できる導光用の装置であって、
   前記要素同士の中心を結ぶ接続線分は、前記第１要素(2;2')の主軸に対しては０を超える入射角を形成し、前記第２要素(5;5')の主軸に対しては、前記接続線分と前記第１要素の主軸によって定まる平面に対して直交する平面内で、同一の大きさを有する入射角を形成することを特徴とする装置。
2. 物体(1;1.1;11;1.1')から像（6;6.1;18;1.1';6'）を形成することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記物体(1)は前記第１要素の曲率中心に配置されるか、または、前記物体(1.1;11;1.1')は前記第１要素の焦点に配置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 点状物体(1;1.1;11;1.1')から像（6;6.1;18;6'）を形成することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記第１要素(2;2';40a)の焦点面に存在する物体(1;1.1;11)から像(6.1;18)を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 前記屈折要素は球面鏡(2,5;2',5')かまたは凹面回折格子(40;40a,40b)であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記屈折要素は球面鏡であり、前記入射角は５〜２０°、特に１０〜１５°であるか、または、前記屈折要素は凹面回折格子であり、前記入射角は２０〜６０°、特に３０〜５０°であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 光は前記屈折要素同士の間の制限器を通過することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
9. 少なくとも１つの前記屈折要素は、遮蔽リム(7)を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の装置。
10. 第１の凹面屈折要素と第２の凹面屈折要素とを含み、一方の前記要素から他方の前記要素へと光が伝播でき、測定光をサンプル(15;15.1)に向けてまたはサンプル(15;15.2)から導光するための装置であって、
    前記要素同士の中心を結ぶ接続線分は、前記第１要素(2)の主軸に対しては０を超える入射角を形成し、前記第２要素(5)の主軸に対しては、前記接続線分と前記第１要素の主軸によって定まる平面に対して直交する平面内で、同一の大きさを有する入射角を形成することを特徴とする装置。
11. 第１の凹面屈折要素と第２の凹面屈折要素とを含み、一方の前記要素から他方の前記要素へと光が伝播でき、測定光をサンプル(15;15.1)に向けてまたはサンプル(15;15.2)から導光するための測定光学系を備えた光学分析器であって、
    前記要素同士の中心を結ぶ接続線分は、前記第１要素(2)の主軸に対しては０を超える入射角を形成し、前記第２要素(5)の主軸に対しては、前記接続線分と前記第１要素の主軸によって定まる平面に対して直交する平面内で、同一の大きさを有する入射角を形成することを特徴とする光学分析器。
12. 前記測定光学系は、前記測定光学系へ導光するための入力アパーチャ(11)かまたは前記測定光学系から導光するための出力アパーチャ(18)を備えたハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学分析器。
13. 前記測定光を案内して前記入力アパーチャ(11)中に点状物体を形成する光源光学系(10)を含むか、または、前記測定光学系は前記出力アパーチャ(18)中に点状の像を形成することを特徴とする請求項１２に記載の光学分析器。
14. 前記測定光学系は、光を前記測定光学系からサンプルに向けてまたはサンプルから前記測定光学系へ案内するための窓(14)を備えたハウジング内に配置され、前記窓は、好ましくは前記窓を通過する光路に対して傾いて配置されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１つに記載の光学分析器。
15. 前記測定光学系は、導光のための平面鏡(13)を備えることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１つに記載の光学分析器。
16. 鏡によって形成される光学系の像の比率は、０．５〜２：１、特に約１：１であることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１つに記載の光学分析器。
17. 前記測定光を前記サンプル(15)へおよび前記サンプル(15)から導光し、前記サンプルへの前記測定光は励起光であり、前記サンプルからの前記測定光は放射光であることを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１つに記載の光学分析器。
18. 前記励起光および前記放射光は、互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１７に記載の光学分析器。