WO2010133485A1 - Miniaturisiertes konfokales spektrometer - Google Patents

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WO2010133485A1
WO2010133485A1 PCT/EP2010/056495 EP2010056495W WO2010133485A1 WO 2010133485 A1 WO2010133485 A1 WO 2010133485A1 EP 2010056495 W EP2010056495 W EP 2010056495W WO 2010133485 A1 WO2010133485 A1 WO 2010133485A1
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illumination
illumination beam
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Andreas Bablich
Dirk Baxmann
Robert James Kennedy
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Boehringer Ingelheim Microparts Gmbh
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    • G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence

Definitions

  • the invention relates to a miniaturized confocal spectrometer with integrated illumination device for radiation emitted by an optically active object.
  • the invention aims to increase the sensitivity achieved so far with known miniaturized spectrometers and to expand the fields of application of such spectrometers for low-intensity radiation sources, such as backscattering objects with light-induced emission spectra such as Raman scattering or fluorescence radiation from molecules or atoms the amount of substance available is in the range of micrograms or nanograms.
  • confocal optical devices - such as microscopes and spectrometers - is the output-side focal point of the illumination beam path in the input-side focal point of the imaging or detection beam path.
  • the optical axis of this beam path may coincide with the axis of the illumination beam path, or both axes may be inclined to each other.
  • the illumination beam path includes a light source, a pinhole, a collimator, a bandpass filter, a dichroic beam splitter, and a condenser lens.
  • the pinhole lies in the input side focal point of the collimator.
  • the converging lens forms the pinhole in the output side focal point of the illumination beam path.
  • the focus is on or in the object to be examined.
  • the axis of the dichroic beam splitter is inclined to the axis of the illumination beam path.
  • the detection beam path starts at the output focal point of the condenser lens (confocal image).
  • the optical axis of the detection beam path first passes through ⁇ k, converging lens at the end of the illumination beam path; this axis becomes the dichokitic Beam splitter deflected from the optical axis of the illumination beam path.
  • the detection beam path may optionally include a deflection mirror.
  • the detection beam path includes an edge filter and a condenser lens which collects the light at its output focal point.
  • the bandpass filter filters out the wavelength range suitable for the excitation of the emitted radiation.
  • the dichroic beam splitter With the dichroic beam splitter, the light emitted from a object to be examined, which is located at the focal point of the illumination beam path, and the reflected illumination light are deflected.
  • the edge filter Long-pass or short-pass filter filters out the appropriate wavelength range in which the wavelength of the radiation emitted by the object to be examined is located.
  • the size of the light source and its heat development require a certain distance between the light source and the miniaturized spectrometer. This distance is generally bridged with an optical fiber.
  • the light is preferably supplied via this optical fiber whose end is located at the focal point of the collimator at the entrance to the illumination beam path.
  • the light emanating from an illuminated object is preferably supplied from the detection beam path via a further optical fiber to the entrance slit of the spectrometer.
  • the beginning of the further optical fiber lies at the focal point of the convergent lens at the output of the detection beam path.
  • the spectrometer generates the spectrum of the radiation emitted by an illuminated object.
  • the spectrum can be viewed visually on a screen, or it can be evaluated and displayed electronically.
  • Microspectrometer includes an entrance slit, a planar waveguide for incident and spectrally resolved light, a self-focusing reflection grating and other optical functional elements.
  • the spectrally split light falls on a diode array from which the spectrum is fed to an evaluation unit.
  • the miniaturized spectrometer should not require any subsequent adjustment by the user.
  • the miniaturized spectrometer should also be suitable for the investigation of objects containing a low concentration of the substance to be detected (molecules or atoms), and which tolerate only a low radiation dose or are heat-sensitive. Furthermore, it should be mobile and used under difficult conditions and can be used by untrained people.
  • the inventive miniaturized confocal spectrometer for the spectral examination of a radiation emitted by an optically active object comprises the following components:
  • a known microspectrometer as one of the assemblies of the miniaturized confocal spectrometer.
  • the light source may be a conventional thermal light source, or one of the known laser light sources.
  • the radiation of the light source is collected in the input-side focal point of the illumination beam path.
  • the illumination beam path comprises a converging lens at its input, optionally a bandpass filter, a dichroic beam splitter and a converging lens at its output.
  • a bandpass filter can be filtered out of the radiation of the light source, a desired spectral range, which is suitable for exciting the emission radiation of the object.
  • the dichroic beam splitter is tilted against the optical axis of the illumination beam path.
  • the angle of inclination of the beam splitter against the optical axis of the illumination beam path can be from 30 ° to 60 °.
  • the optical axis of the detection beam path is thus deflected by an angle of 60 ° to 120 °, preferably of 90 °, from the optical axis of the illumination beam path.
  • the radiation of the light source is collected in the output side focal point of the illumination beam path.
  • the object to be examined is arranged in the vicinity of this focal point.
  • the illumination radiation excites emission radiation of the object.
  • the detection beam path begins at the output-side focal point of the illumination beam path and passes through the converging lens at the output of the illumination beam path. With the dichroic beam splitter, the emission radiation emanating from the object to be examined is deflected out of the illumination beam path.
  • an edge filter (long-pass filter or short-pass filter) is arranged in the detection beam path.
  • the position of the filter edge is matched to the wavelength of the emission radiation to be examined.
  • the radiation emitted by the object to be examined is conducted by means of a converging lens at the output of the detection beam path to the entrance slit of the microspectrometer.
  • the input of the detection beam path coincides from the confocal focal point to the dichroic beam splitter with the output of the illumination beam path.
  • the spectrum of the emission radiation entering the entrance slit of the examined object is generated.
  • the microspectrometer preferably comprises a self-focussing corrected reflection grating with unsymmetrical threefold furrows.
  • the spectrum is preferably located on a diode array, with which it is read out and evaluated.
  • a slit diaphragm with an oblong slit is located in the vicinity of the input-side focal point of the illumination beam path.
  • the radiation of the thermal light source is focused on the gap in the slit diaphragm.
  • the slit diaphragm is located in or near the entrance-side focal point of the converging lens of the illumination beam path. This creates a bundle of rays whose cross section has the shape of an elongated ellipse.
  • the gap in the slit may be from 10 to 100 microns wide and from 50 to 500 microns high.
  • the cross section of the light beam emerging from the gap has the shape of an elongated ellipse.
  • the length ratio of the two major axes of the ellipse can be from 2 to 1 to 10 to 1.
  • a diode edge emitter can be used, preferably with stabilized wavelength.
  • a surface of the edge emitter emitting the illumination radiation is arranged in the vicinity of the input-side focal point of the illumination beam path.
  • the radiator surface can be 2 to 5 square microns in size. In this case, neither a sierangs adopted for emanating from the edge radiator radiation nor a slit diaphragm are required.
  • the edge radiator produces a diverging light beam.
  • the divergence angles of the beam are different in size in two directions of the beam cross section.
  • the beam receives an elongated elliptical cross section.
  • the length ratio of the two main axes of the ellipse can be from 2 to 1 to 10 to 1.
  • no slit diaphragm is used.
  • the beam entering the illumination beam path has an elongated elliptical cross section, with which an elliptical light spot is produced on the object to be examined at the exit of the illumination beam path.
  • the object emits a radiation whose spectrum is to be investigated.
  • the radiation emitted by the object has a different wavelength than the incident via the illumination beam path excitation radiation. A portion of this emitted radiation exits the object to be examined in the direction of the converging lens at the output of the detection beam path.
  • the emitted beam also has an elongated elliptical cross section. This beam passes through the condenser lens at the exit of the illumination beam path and falls on the dichroic beam splitter, which redirects the emitted beam into the detection beam path. Due to the converging lens at the output of the detection beam path, the beam emitted by the object with an elliptical cross section is directed to the entrance slit of the microspectrometer.
  • the major major axis of the elliptical cross section of the beam falling on the entrance slit of the microspectrometer is parallel to the longitudinal axis of the entrance slit.
  • the entrance slit of the microspectrometer is preferably complete and in its entirety Surface illuminated approximately evenly.
  • the elliptical cross section of the beam is preferably only slightly larger than the area of the entrance slit.
  • the converging lenses in the illumination beam path and in the detection beam path can be conventional refractive ground single collector lenses or one conventional system each of refractive ground lenses made of optical glass or plastic. Instead, diffractive lenses (Fresnel zone plates) can be used as converging lenses. Furthermore, glass tips with flat-ground ends and with a radial gradient of the refractive index (GRIN lenses) can be used as converging lenses.
  • the typical diameter of GRIN lenses is from 0.5 to 5 millimeters, and the typical length is from 2 to 20 millimeters.
  • the dichroic beam splitter may be composed of two 45 degree prisms. On the inner surface of one of the prisms, the dichroic splitter mirror is applied (for example by vapor deposition). The inner surfaces of the two prisms lie on each other. Further, the dichroic beam splitter mirror may be mounted on a transparent plate which lies between the inner surfaces of both prisms.
  • the dichroic beam splitter made up of two 45-degree prisms, allows a very compact design and facilitates the composition of the optical system when using GRIN lenses and plate-shaped filters.
  • the microspectrometer has a self-focusing - and preferably corrected - reflex ionsgitter.
  • the reflection grating preferably has triangular-shaped asymmetrical grooves.
  • the entrance slit of the microspectrometer lies in the focal point of the converging lens at the exit of the detection beam path or in the immediate vicinity of this focal point.
  • the spectrum generated at the reflection grating preferably falls on a diode array.
  • the illumination beam with the cross-section of an elongated ellipse generates a light spot with an elliptical cross-section on the object to be examined at the output-side focal point of the illumination beam path.
  • the beam emitted by the object in this light spot also has an elliptical cross section.
  • This elliptical light spot is imaged via the detection beam path on the entrance slit of the microspectrometer.
  • the large main axis of the elliptical cross section of the steel bundle in the detection beam path runs parallel to the longitudinal axis of the entrance slit of the microspectrometer.
  • the entrance slit of the microspectrometer is completely and approximately evenly illuminated by the radiation emitted by the object under investigation.
  • the cross-sectional area of the beam on the entrance slit is only slightly larger than the area of the entrance slit.
  • the radiation emitted by the object being examined, which is picked up by the converging lens at the entrance of the detection beam path, is collimated with only a small loss on the entrance slit of the spectrometer.
  • the entrance slit is fully illuminated.
  • the entrance slit of the microspectrometer is typically from 10 to 100 microns wide and from 150 to 500 microns high.
  • the assemblies of the miniaturized spectrometer include the illumination unit, the optical components for the illumination beam path, the optical components for the detection beam path, the concave reflection grating micro-spectrometer and with - preferably electronic - readout unit for the spectrum. These assemblies are optically adjusted during assembly. They are rigidly connected with each other and permanently.
  • the miniaturized spectrometer is - from the user's point of view - a "one-piece" device. Typical external dimensions are 20 millimeters wide, 60 millimeters long and 10 millimeters thick.
  • the miniaturized spectrometer may preferably be used for the investigation an object which emits radiation of a different frequency under the action of the incident excitation radiation, for example as Raman radiation or as fluorescence radiation. It is particularly suitable for examining low-faint emission sources, for example surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), preferably on microscopically small objects.
  • SERS surface-enhanced Raman spectroscopy
  • the miniaturized confocal spectrometer according to the invention has the following advantages: 0
  • the beam bundle of elliptical cross section entering the illumination beam path from the light source falls completely on the object to be examined.
  • the object emits a beam of elliptical cross-section which uniformly illuminates the entrance slit of the microspectrometer, but has only a low intensity next to this entrance slit.
  • the optical sensitivity of the miniaturized spectrometer according to the invention is greater by a factor of 10 to 100 than the sensitivity of a fiber-based miniaturized spectrometer.
  • the miniaturized spectrometer is mechanically and thermally robust due to the quasi-monolithic structure.
  • the radiation losses of the radiation emitted by an object at the entrance slit of the microspectrometer are low.
  • the low-power illumination allows the further miniaturization of the known miniaturized spectrometer and results in a lower thermal load of the object to be examined a Because of short transmission paths, the risk of parasitic spectra is low.
  • Filtering of the laser light in the illumination beam path are dispensed with. ° It is particularly suitable for on-site microanalysis, for example for the Point of
  • the miniaturized spectrometer is suitable for the microspectroscopic analysis of small amounts of substances as well as for the trace analysis of atoms or molecules present in an object in very low concentrations.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a miniaturized spectrometer according to the prior art.
  • the radiation of the light source (101) is conducted by means of the optical fiber (102) to the input-side focal point (103) of the converging lens (104) of the illumination beam path.
  • a bandpass filter (105) may be present in the illumination beam path.
  • the light passes through the inclined against the optical axis of the illumination beam path dichroic beam splitter (106) on the converging lens (107) at the output of the illumination beam path.
  • the illumination radiation is collected in the output-side focal point (108) of the illumination beam path. At this focal point an object to be examined (109) is attached.
  • the illumination radiation can excite atoms or molecules in the object.
  • the radiation emitted by the object for example Raman scattered radiation or fluorescence radiation, is the detection radiation. This starts from the object in the confocal focal point (108) and steps in the detection beam path. From the converging lens (107) at the entrance of the detection beam path, the detection radiation strikes the dichroic beam splitter (106). The beam splitter deflects the detection radiation together with the deflecting mirror (110). In the illustrated arrangement, the optical axis of the detection beam path runs, for example, parallel to the optical axis of the B ⁇ leuchtungsstrahienganges.
  • an edge filter (11 1) and a condenser lens (112) are further attached at the end of the detection beam path.
  • the converging lens (112) collects the emitted radiation at its focal point (1 13). From the focal point (113), the detection radiation is conducted by means of an optical fiber (114) to the entrance slit of the spectrometer (115).
  • the illumination beam path extends from the light source (101) to the confocal focal point (108).
  • the detection beam path extends from the confocal focal point (108) to the spectrometer (115).
  • Fig. 2 shows an exemplary arrangement of the optical components of the miniaturized spectrometer according to the invention.
  • the light of a thermal light source (201) is collected at the focal point (203) by means of a focusing device.
  • a slit diaphragm is arranged at the focal point (203).
  • the focal point (203) is simultaneously the input side focal point of the collecting lens (204) of the illumination beam path.
  • the dichroic beam splitter (206) the illumination radiation is directed to the converging lens (207). This converging lens collects the illumination radiation in the output-side focal point (208) of the illumination beam path.
  • the object to be examined (209) is arranged.
  • the radiation emitted by the object (209) is the detection radiation.
  • the detection radiation impinges on the dichroic beam splitter (206).
  • the beam splitter deflects the detection radiation from the illumination beam path.
  • This converging lens collects the detection radiation at the focal point (213), at which the entrance slit of the microspectrometer (215) is located.
  • the components of the miniaturized spectrometer are the light source (A), the illumination beam (B) and the microspectrometer (C).
  • a laser diode can be used instead of a thermal light source. Its exit window is arranged in the focal point (203). In this case, no slit diaphragm is required.
  • FIG 3 shows an embodiment of a dichroic beam splitter (206).
  • This embodiment comprises two 45 degree prisms (301 and 302), the inner surfaces (303) of which lie on top of each other. Preferably, one of these surfaces carries an optically active coating.
  • a GRIN lens (305) and a band pass filter (306) are located at the entrance to the illumination beam path, ahead of which the light source lies in the assembly (A).
  • a GRIN lens (307) forms the output of the illumination beam path in front of which the object is located.
  • the beam splitter inner surface (303) the radiation emitted by the object is deflected into the detection beam path.
  • the edge filter (308) and a GRIN lens (309) the emitted radiation falls on the entrance slit of the microspectrometer in the assembly (C).
  • Fig. 4 shows another embodiment of the dichroic beam splitter. Between the two 45 degree prisms (401 and 402) is a plate (403) bearing a dichroic layer on one of its faces.

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Abstract

Für die Untersuchung des Spektrums der Emissionsstrahlung, die in einem Objekt durch einfallende Strahlung angeregt worden ist, sind für den mobilen Einsatz miniaturisierte Spektrometer bekannt. Diese Geräte umfassen eine Lichtquelle mit Lochblende, einen Beleuchtungsstrahlengang, einen Detektionsstrahlengang und ein Spektrometer. Für das erfindungsgemäße miniaturisierte Spektrometer wird bevorzugt ein Diodenlaser als Kantenstrahler (ohne Lochblende) eingesetzt. Das Fenster des Kantenstrahlers wird im Brennpunkt der Sammellinse am Eingang in den Beleuchtungsstrahlengang (ohne Lichtleitfaser) angeordnet, vorzugsweise ohne Lochblende. Der Kantenstrahler erzeugt ein divergentes Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt. Das Längenverhältnis der Hauptachsen der Ellipse beträgt mehr als 2 zu 1. Die große Hauptachse der Ellipse verläuft parallel zur Längsachse des Eintrittsspaltes des Mikrospektrometers. Das miniaturisierte Spektrometer hat eine verminderte Größe und eine erhöhte Empfindlichkeit für eine Emissionsstrahlung mit geringer Intensität. Die Anregungsstrahlung belastet das Objekt wenig. Objekte im Mikroliter- oder Milligramm-Bereich können schonend untersucht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein miniaturisiertes konfokales Spektrometer mit integrierter Beleuchtungsvorrichtung für von einem optisch aktiven Objekt emittierte Strahlung.
Die Erfindung bezweckt, die mit bekannten miniaturiserten Spektrometern bisher erreichte Empfindlichkeit zu erhöhen und das Einsatzgebiete derartiger Spektrometer für Strahlungsquellen geringer Intensität - wie zum Beispiel für rückwärts streuende Objekte mit lichtinduziertem Emissionspektrum wie Raman-Streuung oder Fluoreszenzstrahlung von Molekülen oder Atomen - zu erweitern, auch wenn die zur Verfügung stehende Substanzmenge im Bereich von Mikrogramm oder Nanogramm liegt.
Bei konfokalen optischen Geräten - wie Mikroskope und Spektrometer - liegt der ausgangs- seitige Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges im eingangsseitigen Brennpunkt des Abbildungs- oder Detektionsstrahlenganges. Die optische Achse dieses Strahlenganges kann mit der Achse des Beleuchtungsstrahlenganges übereinstimmen, oder beide Achsen können gegeneinander geneigt sein.
Miniaturisierte Geräte mit konfokaler Anordnung des Beleuchtungsstrahlenganges und des Detektionsstrahlenganges sind bekannt. Im Allgemeinen umfasst der Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle, eine Lochblende, einen Kollimator, ein Bandpassfilter, einen dichroitischen Strahlteiler und eine Sammellinse. Die Lochblende liegt im eingangsseitigen Brennpunkt des Kollimators. Die Sammellinse bildet die Lochblende im ausgangsseitigen Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlengangs ab. Der Brennpunkt liegt auf oder in dem zu untersuchenden Objekt. Die Achse des dichroitischen Strahlteilers ist gegen die Achse des Beleuchtungsstrahlenganges geneigt.
Der Detβktionsstrahlengang beginnt im ausgangsseitigen Brennpunkt der Sammellinse (konfokale Abbildung)., Die optische Achse des Detektionsstrahlenganges läuft zunächst durch ύk, Sammellinse am Ende des Beleuchtungsstrahlenganges; diese Achse wird am dichκ>itischen Strahlteiler aus der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges abgelenkt. Der Detektions- strahlengang kann gegebenenfalls einen Umlenkspiegel enthalten. Der Detektionsstrahlengang umfasst ein Kantenfilter und eine Sammellinse, die das Licht in ihrem ausgangsseitigen Brennpunkt sammelt.
Sofern eine weiße oder eine spektral unsaubere monochromatische Lichtquelle benutzt wird, wird mit dem Bandpassfilter der für die Anregung der emittierten Strahlung geeignete Wellenlängenbereich ausgefiltert. Mit dem dichroitischen Strahlteiler wird das von einem zu untersuchenden Objekt, welches sich im Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges befindet, emittierte Licht und remittierte Beleuchtungslicht umgelenkt. Mit dem Kantenfilter (Langpassoder Kurzpassfüter) wird je nach Art der Benutzumg des miniaturisierten Spektrometers der geeignete Wellenlängenbereich herausgefiltert, in dem die Wellenlänge der von dem zu untersuchenden Objekt emittierten Strahlung liegt.
Die Größe der Lichtquelle und ihre Wärmeentwicklung verlangen einen gewissen Abstand zwischen Lichtquelle und miniaturisiertem Spektrometer. Dieser Abstand wird im Allgemeinen mit einer Lichtleitfaser überbrückt. Das Licht wird bevorzugt über diese Lichtleitfaser zugeführt, deren Ende im Brennpunkt des Kollimators am Eintritt in den Beleuchtungsstrahlengang liegt.
Das von einem beleuchteten Objekt ausgehende Licht wird aus dem Detektionsstrahlengang bevorzugt über eine weitere Lichtleitfaser dem Eintrittsspalt des Spektrometers zugeführt. Der Anfang der weiteren Lichtleitfaser liegt im Brennpunkt der Sammellinse am Ausgang des Detek- tionsstrahlenganges.
Im Spektrometer wird das Spektrum der von einem beleuchteten Objekt emittierten Strahlung erzeugt. Das Spektrum kann auf einem Bildschirm visuell betrachtet werden, oder es kann auf elektronischem Wege ausgewertet und dargestellt werden.
In DE 100 10 514 (STEAG microparts und Forschungszentrum Karlsruhe) ist ein optoelektronisches Mikrospektrometer als hybrid integrierte Funktionseinheit beschrieben. Das
Mikrospektrometer enthält einen Eintrittsspalt, einen planaren Wellenleiter für das einfallende und für das spektral zerlegte Licht, ein selbstfokussierendes Reflexionsgitter sowie weitere optische Funktionselemente. Das spektral zerlegte Licht fällt auf eine Diodenzeile, von der das Spektrum zu einer Auswertungseinheit geführt wird. Damit stellt sich die Aufgabe, ein miniaturisiertes konfokales Spektrometer anzugeben, das deutlich kleiner ist als bekannte miniaturisierte Spektrometer, und das möglichst kompakt gebaut ist. Das miniaturisierte Spektrometer soll keine nachträgliche Justierung durch den Benutzer erfordern. Das miniaturisierte Spektrometer soll auch zur Untersuchung von Objekten geeignet sein, die eine geringe Konzentration der zu delektierenden Substanz (Moleküle oder Atome) enthalten, und die eine nur geringe Strahlungsdosis vertragen oder die wärmeempfländlich sind. Ferner soll es mobil und unter erschwerten Bedingungen einsetzbar sein und von ungeübten Personen benutzt werden können.
Das erfmdungsgemäße miniaturisierte konfokale Spektrometer für die Spektraluntersuchung einer von einem optisch aktiven Objekt emittierten Strahlung umfasst folgende Baugruppen:
• eine Lichtquelle, deren Strahlung auf ein zu untersuchendes Objekt gerichtet ist, und dort die Emissionsstrahlung anregt; und φ einen Beleuchtungsstrahlengang, der mit einem Detektionsstrahlengang gekoppelt ist; der ausgangsseitige Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges ist identisch mit dem eingangs- seitigen Brennpunkt des Detektionsstrahlenganges (konfokale Anordnung); und
• ein bekanntes Mikrospektrometer als eine der Baugruppen des miniaturisierten konfokalen Spektrometers.
Die Lichtquelle kann eine konventionelle thermische Lichtquelle sein, oder eine der bekannten Laserlichtquellen. Die Strahlung der Lichtquelle wird im eingangsseitige Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges gesammelt.
Der Beleuchtungsstrahlengang umfasst eine Sammellinse an seinem Eingang, gegebenenfalls ein Bandpassfilter, einen dichroitischen Strahlteiler und eine Sammellinse an seinem Ausgang. Mit dem Bandpassfilter kann aus der Strahlung der Lichtquelle ein gewünschter Spektralbereich ausgefiltert werden, der zur Anregung der Emissionsstrahlung des Objektes geeignet ist.
Der dichroitische Strahlteiler ist gegen die optische Achse des Beleuchtungstrahlenganges geneigt. Der Neigungswinkel des Strahlteilers gegen die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenganges kann von 30° bis 60° betragen. Die optische Achse des Detektionsstrahlenganges wird damit um einen Winkel von 60° bis 120°, bevorzugt von 90°, aus der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges umgelenkt. Die Strahlung der Lichtquelle wird im ausgangsseitigen Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges gesammelt. Das zu untersuchende Objekt ist in der Umgebung dieses Brennpunktes angeordnet. Die Beleuchtungsstrahlung regt eine Emissionsstrahlung des Objektes an.
Der Detektionsstrahlengang beginnt am ausgangsseitigen Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges und passiert die Sammellinse am Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges. Mit dem dichroitischen Strahlteiler wird die vom zu untersuchenden Objekt ausgehende Emissionsstrahlung aus dem Beleuchtungsstrahlengang umgelenkt.
Im Detektionsstrahlengang ist ein Kantenfilter (Langpassfilter oder Kurzpassfilter) angeordnet. Die Lage der Filterkante wird auf die Wellenlänge der zu untersuchenden Emissionsstrahlung abgestimmt. Die vom zu untersuchenden Objekt emittierte Strahlung wird mittels einer Sammellinse am Ausgang des Detektionsstrahlenganges auf den Eintrittsspalt des Mikro- spektrometers geleitet.
Der Eingang des Detektionsstrahlenganges stimmt vom konfokalen Brennpunkt bis zum dichroitischen Strahlteiler mit dem Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges überein.
Im Mikrospektrometer wird das Spektrum der durch den Eintrittsspalt eintretenden Emissionsstrahlung des untersuchten Objektes erzeugt. Das Mikrospektrometer umfasst bevorzugt ein selbstfokussierendes korrigiertes Reflexionsgitter mit unsymmetrischen dreickigen Furchen. Das Spektrum liegt bevorzugt auf einer Diodenzeile, mit der es ausgelesen und ausgewertet wird.
Falls eine thermische Lichtquelle benutzt wird, befindet sich in der Umgebung des eingangs- seitigen Brennpunktes des Beleuchtungsstrahlenganges eine Spaltblende mit einem länglichen Spalt. Die Strahlung der thermischen Lichtquelle wird auf den Spalt in der Spaltblende fokussiert.
Die Spaltblende befindet sich im oder in der Nähe des eintrittsseitigen Brennpunktes der Sammellinse des Beleuchtungsstrahlenganges. Damit entsteht ein Strahlenbündel, dessen Querschnitt die Form einer länglichen Ellipse hat. Der Spalt in der Spaltblende kann von 10 bis 100 Mikrometer breit und von 50 bis 500 Mikrometer hoch sein. Der Querschnitt des aus dem Spalt austretenden Lichtbündels hat die Form einer länglichen Ellipse . Das Längen Verhältnis der beiden Hauptachsen der Ellipse kann von 2 zu 1 bis 10 zu 1 betragen. Als Diodenlaser-Lichtquelle kann ein Dioden-Kantenstrahler verwendet werden, bevorzugt mit stabilisierter Wellenlänge .. Eine die Beleuchtungsstrahlung emittierende Fläche des Kantenstrahlers wird in der Umgebung des eingangsseitigen Brennpunktes des Belβuchtungs- strahlenganges angeordnet. Die Strahlerfläche kann 2 bis 5 Quadratmikrometer groß sein. In diesem Fall sind weder eine Fokussierangseinrichtung für die vom Kantenstrahler ausgehende Strahlung noch eine Spaltblende erforderlich.
Der Kantenstrahler erzeugt ein divergierendes Lichtbündel. Die Divergenzwinkel des Strahlenbündels sind in zwei Richtungen des Strahlenbündelquerschnitts unterschiedlich groß. Dadurch erhält das Strahlenbündel einen länglichen elliptischen Querschnitt. Das Längen- verhältnis der beiden Hauptachsen der Ellipse kann von 2 zu 1 bis 10 zu 1 betragen. Bei einem Kantenstrahler als Lichtquelle wird keine Spaltblende benutzt.
Bei beiden Lichtquellen hat das in den Beleuchtungsstrahlengang eintretende Strahlenbündel einen länglichen elliptischen Querschnitt, mit dem am Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges ein elliptischer Lichtfleck auf dem zu untersuchenden Objekt erzeugt wird. Das Objekt emittiert eine Strahlung, deren Spektrum zu untersuchen ist. Die vom Objekt emittierte Strahlung hat eine andere Wellenlänge als die über den Beleuchtungsstrahlengang einfallende Anregungsstrahlung. Ein Teil dieser emittierten Strahlung tritt in Richtung auf die Sammellinse am Ausgang des Detektionsstrahlenganges aus dem zu untersuchenden Objekt aus. Das emittierte Strahlenbündel hat ebenfalls einen länglichen elliptischen Querschnitt. Dieses Strahlenbündel passiert die Sammellinse am Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges und fallt auf den dichroitischen Strahlteiler, welcher das emittierte Strahlenbündel indenDetektionsstrahlengang umlenkt. Durch die Sammellinse am Ausgang des Detektionsstrahlenganges wird das vom Objekt emittierte Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt auf den Eintrittspalt des Mikrospektrometers geleitet.
Die große Hauptachse des elliptischen Querschnittes des Strahlenbündels, das auf den Eintrittsspalt des Mikrospektrometers fallt, verläuft parallel zur Längsachse des Eintrittsspaltes. Der Eintrittsspalt des Mikrospektrometers wird bevorzugt vollständig und in seiner gesamten Fläche annähernd gleichmäßig ausgeleuchtet. Der elliptische Querschnitt des Strahlenbündels ist bevorzugt nur wenig größer als die Fläche des Eintrittsspaltes. Damit bleibt der Lichtstrom der emittierten Strahlung, die in den Detektionsstrahlengang eingetreten ist, annähernd verlustfrei erhalten.
Diese Bedingung wird erfüllt, wenn (während des Zusammensetzens der drei Baugruppen) der Kantenstrahler oder die Spaltblende und damit die Richtung der großen Hauptachse des Strahlenbündels mit elliptischen Querschnitt entsprechend ausgerichtet wird.
Die Sammellinsen im Beleuchtungsstrahlengang und im Detektionsstrahlengang können konventionelle refraktive geschliffene einzelne Sammellinsen oder jeweils ein konventionelles System aus refraktiven geschliffenen Linsen aus optischem Glas oder Kunststoff sein. Statt dessen können diffraktive Linsen (Fresnelsche Zonenplatten) als Sammellinsen verwendet werden. Weiter können Glasstäbchen mit plan geschliffenen Enden und mit radialem Gradienten des Brechungsindex (GRIN-Linsen) als Sammellinsen verwendet werden. Der typische Durchmesser der GRIN-Linsen beträgt von 0,5 bis 5 Millimeter, und die typische Länge beträgt von 2 bis 20 Millimeter.
Beim Zusammensetzen der drei Baugruppen (Beleuchtungsseinheit, Beleuchtungsstrahlengang mit Detektionsstrahlengang, und Mikrospektrometer mit Ausleseeinheit) werden diese optisch justiert und starr miteinander verbunden.
Der dichroitische Strahlteiler kann aus zwei 45 Grad-Prismen zusammengesetzt sein. Auf die innere Fläche eines der Prismen ist der dichroitische Teilerspiegel aufgebracht (zum Beispiel durch Bedampfen). Die inneren Flächen der beiden Prismen liegen aufeinander. Weiter kann der dichroitische Strahlteilerspiegel auf eine transparente Platte aufgebracht sein, die zwischen den inneren Flächen beider Prismen liegt.
Der dichroitische Strahlteiler aus zwei 45 Grad-Prismen erlaubt eine sehr kompakte Bauweise und erleichtert die Zusammensetzung des optischen Systems bei Verwendung von GRIN- Linsen und plattenförmigen Filtern.
Das Mikrospektrometer hat ein selbstfokussierendes - und bevorzugt korrigiertes - Reflex- ionsgitter. Das Reflexionsgitter hat bevorzugt dreieckformige unsymmetrische Furchen. Der Eintrittsspalt des Mikrospektrometers liegt im Brennpunkt der Sammellinse am Ausgang des Detektionsstrahlenganges oder in der nahen Umgebung dieses Brennpunktes. Das am Reflexionsgitter erzeugte Spektrum fällt bevorzugt auf eine Diodenzeile.
Das Beleuchtungsbündel mit dem Querschnitt einer länglichen Ellipse erzeugt auf dem zu untersuchenden Objekt am ausgangsseitigen Brennpunkt des Beleuchtungsstrahlenganges einen Lichtfleck mit elliptischem Querschnitt. Das in diesem Lichtfleck von dem Objekt emittierte Strahlenbündel hat ebenfalls einen elliptischen Querschnitt. Dieser elliptische Lichtfleck wird über den Detektionsstrahlengang auf dem Eintrittsspalt des Mikrospektrometers abgebildet. Die große Hauptachse des elliptischen Querschnitts des Stahlenbündels im Detektionsstrahlengang verläuft parallel zu der Längsachse des Eintrittsspaltes des Mikrospektrometers.
Der Eintrittsspalt des Mikrospektrometers ist vollständig und annähernd gleichmäßig von der Strahlung, die das untersuchte Objekt emittiert hat, ausgeleuchtet. Die Querschnittsfläche des Strahlenbündels auf dem Eintrittsspalt ist nur wenig größer als die Fläche des Eintrittspaltes. Die von dem untersuchten Objekt emittierte Strahlung, die durch die Sammellinse am Eingang des Detektionsstrahlenganges aufgenommen wird, wird mit einem nur geringen Verlust auf dem Eintrittsspalt des Spektrometers gebündelt. Der Eintrittsspalt ist vollständig ausgeleuchtet.
Der Eintrittsspalt des Mikrospektrometers ist typischerweise von 10 bis 100 Mikrometer breit und von 150 bis 500 Mikrometer hoch.
Die Baugruppen des miniaturisierten Spektrometers umfassen die Beleuchtungseinheit, die optischen Bauteile für den Beleuchtungsstrahlengang, die optischen Bauteile für den Detektionsstrahlengang, das Mikrospektrometer mit konkavem Reflexionsgitter und mit - bevorzugt elektronischer - Ausleseeinheit für das Spektrum. Diese Baugruppen werden während des Zusammenbaues optisch justiert. Sie werden starr miteinander und dauerhaft verbunden. Das miniaturisierte Spektrometer ist - vom Benutzer aus gesehen - ein "einstückiges" Gerät. Typische äußere Abmessungen sind 20 Millimeter Breite, 60 Millimeter Länge und 10 Millimeter Dicke.
Das miniaturisierte Spektrometer kann bevorzugt verwendet werden für die Untersuchung eines Objektes, das unter Einwirkung der einfallenden Anregungsstrahlung eine Strahlung mit anderer Frequenz emittiert, zum Beispiel als Raman- Strahlung oder als Fluoreszensstrahlung. Es ist speziell geeignet zur Untersuchung lichtschwacher Emissionsquellen, zum Beispiel für die an einer Oberfläche verstärkte Raman- Streuung (SERS, surface-enhanced Raman spectroscopy), bevorzugt an mikroskopisch kleinen Objekten.
Das erfindungsgemäße miniaturisierte konfokale Spektrometer hat folgende Vorteile: 0 Das von der Lichtquelle in den Beleuchtungsstrahlengang eintretende Strahlenbündel mit elliptischen Querschnitt fallt vollständig auf das zu untersuchende Objekt. Das Objekt emittiert ein Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt, das den Eintrittsspalt des Mikrospektrometers gleichmäßig ausleuchtet, jedoch neben diesem Eintrittsspalt nur eine geringe Intensität hat.
• Es wird nur eine solche Emissionsstrahlung nach räumlicher Verteilung und nach Intensität erzeugt, wie für die Ausleuchtung des Eintrittsspaltes des Mikrospektrometers erforderlich ist. β Die starr miteinander verbundenen Baugruppen sind gegeneinander optimal und bleibend justiert und dauerhaft fixiert.
• Die optische Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen miniaturisierten Spektrometers ist um den Faktor 10 bis 100 größer als die Empfindlichkeit eines faserbasierten miniaturisierten Spektrometers.
• Das miniaturisierte Spektrometer ist wegen des quasimonolithischen Aufbaus mechanisch und thermisch robust im Gebrauch.
• Es ist kostengünstig in großer Stückzahl herzustellen und kann bei der Herstellung an einen vorgesehenen speziellen Verwendungszweck angepaßt werden.
• Aktiv-optische Justierprozesse während der Montage werden vermieden oder erfordern nur einen geringen Aufwand. β Das Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt wird verlustarm über das zu untersuchende Objekt auf den Eintrittsspalt des Mikrospektrometers geleitet. Die bei faserbasierten Sonden unvermeidbaren Übertragungsverluste treten nicht auf.
• Die Strahlungsverluste der von einem Objekt emittierten Strahlung am Eintrittsspalt des Mikrospektrometers sind gering. Θ Die leistungsarme Beleuchtung ermöglich die weitere Miniaturisierung der bekannten miniaturisierten Spektrometer und ergibt eine geringere thermische Belastung des zu untersuchenden Objektes a Wegen kurzer Übertragungswege ist das Risiko für das Auftreten parasitärer Spektren gering.
Diese können durch Wechselwirkung der Beleucfatungsstrahlung mit Material. (zum Beispiel mit einer lichtleitenden Faser) entstehen. β Bei Verwendung eines Diodenlasers kann im Einzelfall auf die typischerweise notwendige
Filterung des Laserlichtes im Beleuchtungsstrahlengang verzichtet werden. ° Es ist besonders geeignet für eine Mikroanalytik vor Ort, zum Beispiel für die Point of
Care- Diagnostik. 0 Auch Objekte mit extrem kleinem Volumen im Bereich weniger Mikroliter oder Objekte mit extrem kleiner Masse im Bereich von Bruchteilen eines Milligrammes können untersucht werden. s Das miniaturiserte Spektrometer ist geeignet für die Mikrospektralanalyse kleiner Substanz- mengen sowie für die Spurenanalyse von Atomen oder Molekülen, die in einem Objekt in sehr geringer Konzentration vorliegen.
Das erfindungsgemäße miniaturisierte Spektrometer wird an Hnad der folgenden Figuren weiter erläutert.
Fi.g 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines miniaturisierten Spektrometers nach dem Stand der Technik . Die Strahlung der Lichtquelle (101) wird mittels der Lichtleitfaser ( 102) zum eingangs- seitigen Brennpunkt (103) der Sammellinse (104) des Beleuchtungsstrahlenganges geleitet. Im Beleuchtungsstrahlengang kann ein Bandpassfilter (105) vorhanden sein. Das Licht gelangt durch den gegen die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenganges geneigten dichroitischen Strahlteiler (106) auf die Sammellinse (107) am Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges. Die Beleuchtungsstrahlung wird im ausgangsseitigen Brennpunkt (108) des Beleuchtungs- strahlenganges gesammelt. An diesem Brennpunkt wird ein zu untersuchendes Objekt (109) angebracht.
Die Beleuchtungsstrahlung kann Atome oder Moleküle im Objekt anregen. Die vom Objekt emittierte Strahlung, zum Beispiel Raman-Streustrahlung oder Fluoreszenzstrahlung, ist die Detektionsstrahlung. Diese geht von dem Objekt im konfokalen Brennpunkt (108) aus und tritt in den Detektionsstrahlengang ein. Von der Sammellinse (107) am Eingang des Detektions- strahlengang trifft die Detektionsstrahlung auf den dichroitischen StraWteiler (106). Der Strahlteiler lenkt gemeinsam mit dem Umlenkspiegel (110) die Detektionsstrahlung um. In der dargestellten Anordnung läuft die optische Achse des Detektionsstrahlenganges beispielsweise parallel zur optischen Achse des Bβleuchtungsstrahienganges.
Im Detektionsstrahlengang sind weiter ein Kantenfilter (11 1) sowie eine Sammellinse (112) am Ende des Detektionsstrahlenganges angebracht. Die Sammellinse (112) sammelt die emittierte Strahlung in ihrem Brennpunkt (1 13). Vom Brennpunkt (113) aus wird die Detektionsstrahlung mittels einer Lichtleitfaser (114) zum Eintrittsspalt des Spektrometers (115) geleitet.
Der Beleuchtungsstrahlengang reicht von der Lichtquelle (101) bis zum konfokalen Brennpunkt (108). Der Detektionsstrahlengang reicht vom konfikalen Brennpunkt (108) bis zum Spektrometer (115).
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der optischen Bauteile des erfindungsgemäßen miniaturisierten Spektrometers. Das Licht einer thermischen Lichtquelle (201) wird im Brennpunkt (203) mittels einer Fokussiereinrichtung gesammelt. Im Brennpunkt (203) ist eine Spaltblende angeordnet. Der Brennpunkt (203) ist gleichzeitig der eingangsseitige Brennpunkt derSammellmse(204)arriEmgangdesBeleuchtungsstraMenganges.ImBeleuchtungsstrahlengang kann ein Bandpassfilter (205) vorhanden sein. Ober den dichroitischen StraWteiler (206) wird die Beleuchtungsstrahlung zur Sammellinse (207) geleitet. Diese Sammellinse sammelt die Beleuchtungsstrahlung im ausgangsseitigen Brennpunkt (208) des Beleuchtungsstrahlenganges. Dort wird das zu untersuchende Objekt (209) angeordnet.
Die vom Objekt (209) emittierte Strahlung, zum Beispiel Raman-Streustrahlung oder Fluoreszenzstrahlung, ist die Detektionsstrahlung. Diese geht von dem Objekt im konfokalen Brennpunkt (20S) aus und tritt in den Detektionsstrahlengang ein. Von der Sammellinse (207) am Eingang des Detektionsstrahlenganges trifft die Detektionsstrahlung auf den dichroitischen Strahlteiler (206). Der Strahlteiler lenkt die Detektionsstrahlung aus dem Beleuchtungsstrahlengang ab. Ober ein Kantenfilter (211) trifft die Detektionsstrahlung auf die Sammellinse (212) am Ausgang des Detektionsstrahlenganges. Diese Sammellinse sammelt die Detektionsstrahlung im Brennpunkt (213), an dem der Eintrittsspalt des Mikrospektrometers (215) liegt. Die Baugruppen des miniaturisierten Spektrometers sind die Lichtquelle (A), der Beleuch- tungsstrahJengang (B) und das Mikrospektrometer (C).
An Stelle einer thermischen Lichtquelle kann eine Laser-Diode verwendet werden. Deren Austrittsfenster wird im Brennpunkt (203) angeordnet. In diesem Fall ist keine Spaltblende erforderlich.
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform eines dichroitischen Strahlteilers (206). Diese Ausführung umfasst zwei 45 Grad-Prismen (301 und 302), deren innere Flächen (303) aufeinander liegen. Bevorzugt eine dieser Flächen trägt eine optisch aktive Beschichtung. Eine GRIN-Linse (305) und ein Bandpassfilter (306) befinden sich am Eingang in den Beleuchtungsstrahlengang, vordem die Lichtquelle in der Baugruppe (A) liegt. Eine GRIN-Linse (307) bildet den Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges, vor dem sich das Objekt befindet. An der Strahlteiler-Innenfläche (303) wird die vom Objekt emittierte Strahlung in den Detektionsstrahlengang umgelenkt. Durch das Kantenfilter (308) und eine GRIN-Linse (309) fällt die emittierte Strahlung auf den Eintrittsspalt des Mikrospektrometers in der Baugruppe (C).
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des dichroitischen Strahlteilers. Zwischen den beiden 45 Grad-Prismen (401 und 402) befindet sich eine Platte (403), die auf einer ihrer Flächen eine dichroitische Schicht trägt.
Die Größe der Figuren gibt keinen Hinweis auf die erheblichen Unterschiede in der Größe zwischen einem erfindungsgemäßen miniaturisierten Spektrometer und einem miniaturisierten Spektrometer nach dem Stand der Technik.

Claims

Miniaturisiertes konfokales Spektroraeter, umfassend eine Lichtquelle, einen Beleuchtungsstrahlengang mit je einer Sammellinse an seinem Eingang und am Ausgang, einen Detektionsstrahlengang mit je einer Sammellinse an seinem Eingang und am Ausgang, einen dichroitischen Strahlteiler, durch den eine emittierte Strahlung des Objektes aus dem Beleuchtungsstrahlengang in den Betektionsstrahlengang abgelenkt wird, sowie ein Mikro- spektrometer mit einem Eintrittspalt und einer Beobachtungsvorrichtung für das Spektrum der von dem Objekt emittierten Strahlung, wobei die Sammellinse am Ausgang des Beleuchtungsstrahlenganges identisch ist mit der Sammellinse am Eingang des Detek- tionsstrahlenganges (konfokale Anordnung), und das zu untersuchende Objekt imNahbereich des gemeinsamen Brennpunktes des Beleuchtungsstrahlenganges und des Detektions- strahlenganges angeordnet ist, gekennzeichnet durch β eineLichtquellejderendivergierendesStrahlenbündeleinenlänglichenelliptischenQuer- schnitt hat, und s eine ausgerichtete große Hauptachse des elliptischen Strahlenbündels, das IndenBeleuch- tungsstrahlengang eintritt, in eine Richtung, bei der die große Hauptachse des elliptischen Strahlenbündels, das auf den Eintrittsspalt des Mikrospektrometers fallt, parallel zur Längsachse des Eintrittsspaltes verläuft, und gegeneinander bleibend justierte Baugruppen, die miteinander starr und dauerhaft verbunden sind, umfassend die Beleuchtungssvorrichtung, den BeleuchtungsstraMen- gang, den Detektionsstrahlengang und das Mikrospektrometer mit Ausleseeinheit.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1 , wobei die Lichtquelle ein Dioden-Kantenstrahler ist , der ein etwa quadratisches Fenster hat, und φ das Fenster des Kantenstrahlers in der Umgebung des Brennpunktes am Eingang des
Beleuchtungsstrahlenganges angeordnet ist, und β der ein Strahlenbündel erzeugt, das einen länglichen elliptischen Querschnitt hat. Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 2, wobei
• das etwa rechteckige Fenster des Kantenstrahlers eine Fläche von 2 bis 5 Quadratmikrometer hat, und
• das Längenverhältnis der großen Hauptachse zur kleinen Hauptachse des elliptischen Bündelquerschnitts von 2 zu 1 bis 10 zu 1 beträgt.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch 1 , wobei
• die Lichtquelle eine thermische Lichtquelle ist, a mit einer Spaltblende, die in der Umgebung des Brennpunktes am Eingang des Beleuchtungsstrahlenganges angeordnet ist, und die thermische Lichtquelle auf den Spalt fokussiert ist.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch 4, wobei
" der Spalt in der Spaltblende eine Breite von 10 bis 100 Mikrometer und eine Höhe von 50 bis 500 Mikrometer hat.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch I5 wobei β das Längenverhältnis der großen Hauptachse zur kleinen Hauptaches des elliptischen Querschnittes des Beleuchtungsstrahlenbündels von 2 zu 1 bis 10 zu 1 beträgt,
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch 1 , wobei
• der UmJenkwinkel zwischen den optischen Achsen des Beleuchtungs- und des Detektionsstrahlenganges am dichroitischen Strahlteiler von 60 Grad bis 120 Grad, bevorzugt von 80 Grad bis 100 Grad, speziell von 90 Grad.beträgt.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch 1, wobei Θ ein Bandpassfilter im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist.
Miniaturisiertes koefokales Spektrometer nach Anspruch 1 , wobei e ein Kantenfilter im Detektionsstrahlengang angeordnet ist. Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Anspruch 1 , wobei die Sammellinsen konventionelle refraktive Linsen sind.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1 , wobei
Θ die Sammellinsen diffraktive Linsen (wie Fresnelsche Zonenplatten) sind.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1, wobei
• die Sammellinsen zylindrisch sind und einen radialen Gradienten des Brechungsindex haben.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1, wobei
• der dichroitische Strahlteilerspiegel auf die innere Fläche eines der beiden Prismen aufgebracht ist, und die inneren Flächen beider Prismen aufeinander liegen.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1 , wobei
Θ der dichroitische Strahlteilerspiegel auf eine transparente Trägerplatte aufgebracht ist, die zwischen den inneren Flächen beider Prismen liegt.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1 , wobei β der Spektrometerspalt von 250 bis 500 Mikrometer hoch und von 30 bis 100 Mikrometer breit ist.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1, wobei β das selbstfokussierende Reflexionsgitter ein korrigiertes Gitter mit bevorzugt dreieck- formigen unsymmetrischen Furchen ist.
Miniaturisiertes konfokales Spektrometer nach Ansprach 1 , wobei β die Detektionsvorrichtung für das Spektrum der von dem Objekt emittierten Strahlung eine Diodenzeile mit angeschlossener elektronischen Auslesevorrichtung ist.
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