WO2016173662A1 - Lichtemissionsmessgerät und verfahren zur messung von lichtemission - Google Patents

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Remigiusz Pastusiak
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Definitions

  • the present invention relates to an emission measuring device having a sample area, a lighting unit for irradiating a sample which can be positioned in the sample area, and a detection unit for detecting the radiation emitted by the sample with a radiation detector. Furthermore, the invention relates to a method for measuring the light emission of a sample with such an emission measuring device.
  • emission measuring devices are frequently used either as emission spectrometers or emission microscopes.
  • a broadband light source is typically used to irradiate a sample, wherein the radiation spectrum of the light source overlaps with at least one absorption band of the sample.
  • a compared to the absorption wavelength spectrally strigobe ⁇ ne emission is excited in the sample, which can then be detected in a wavelength depending on a detection unit under decomposition into their spectral components.
  • Such an emission may, for example, be fluorescence emission, photoluminescence emission or phosphorescence emission.
  • an emission spectrometer can similarly analyze the Raman scattering of a sample.
  • the ANRE ⁇ constricting radiation as much as possible with the absorption band which overlaps the sample. Additional spectral components in the excitation light beam have a disturbing effect on the measurement since, in particular, the longer-wavelength components of the excitation beam can cover the emission to be measured. To prevent this, the art for various samples are used in each different spectrally be selected from ⁇ sorption filter to filter out the unwanted, in particular the longer-wave spectral components of the exciting light according to the state.
  • the shorter-wavelength portions of the exciting radiation relative to the emission bands are also filtered out by optical absorption filters.
  • a sample having a short-wave illumination unit for the emission is excited reasonable at the emission microscopy, and the light emitted from the sample radiation is it ⁇ out so imaged on an image plane that a spatial distribution of emission in the different areas of the sample is visualized.
  • an emission microscope thus achieves spatial imaging of the emission centers. Particularly widespread here is the imaging of fluorescent areas by a fluorescence microscope.
  • the two methods of emission spectroscopy and emission microscopy can in principle also be combined with one another.
  • a disadvantage of the emission spectrometers and emission micro ⁇ microscopes according to the prior art that for the sample to be measured adapted filtering of the excitation beam ⁇ ment and for the then adapted to the excitation spectrum filtering the radiation to be detected macroscopic optical components (in the form of spectrally selective filters) must be moved and replaced with each other.
  • the replacement of these optical components requires a constant, relatively complicated conversion of the measuring device depending on the sample to be analyzed. On the one hand, this can entail a readjustment of the remaining optical components after each conversion, in order nevertheless to achieve a high measuring quality.
  • the space required in the measuring device for the different, for the different configurations, alternatively or combined in the beam path to be introduced optical filter is a total of relatively high.
  • the object of the invention is therefore to provide an emission measuring device which overcomes the disadvantages mentioned.
  • ⁇ sondere is to be made available, which is based in terms of apparatus easier listed space saving, easily adaptable and / or universally applicable is an emission measuring device.
  • Another object is to provide a method of measuring light emission with these advantages.
  • the emissivity measuring device has a Probenbe ⁇ rich, an illumination unit for irradiating a ben Scheme positionable in the product sample, and a detection unit for detecting the emitted radiation from the sample with a radiation detector.
  • the lighting unit in this case comprises a radiation source, a valve disposed in the beam direction of the radiation source first dispersive element for separation of the radiation into its spectral components, a valve disposed in the beam direction, after the first dispersive element first micromirror array for selecting spektra ⁇ len components and in the beam direction according to the first Micro-mirror array arranged second dispersive element for combining the selected spectral components in a common excitation beam.
  • the local optical beam direction in the emission measuring device should be understood as meaning the beam direction mentioned, regardless of whether the spatial orientation of the beam path changes during the beam path.
  • Components by means of the first micromirror field Anpas ⁇ sung the spectral properties of the excitation beam on the optical properties of the sample to be measured can be done without spectrally selecting absorption filter in the beam path are needed. Rather, the spectral adaptation of the excitation spectrum to the sample and / or to the predetermined measurement task can take place without macroscopic optical components having to be moved for this purpose. Instead of pushing in and pushing out the optical filters known in the prior art, a spectral selection can be carried out much simpler, more space-saving, more automated and also more precise over the first micromirror field.
  • the radiation emitted by the radiation source first reaches the first dispersive element, by which it is spatially separated into its various spectral components.
  • the first dispersive element thus changes the direction and / or spatial position of the individual to the individual spectral Components associated partial beams and thus fan out the radiation spatially.
  • the radiation reaches the first micromirror field, which makes it possible to select the various spectral components as a result of the position of the individual mirrors.
  • the dispersive elements of the present invention may be generally configured, for example, as an optical prism or as an optical grating.
  • the first micromirror array for example, a PERIODIC ⁇ ge arranging a plurality of small optical mirrors.
  • micromirrors can be automatically controlled by a digital control unit, wherein the mirrors are tilted between two predetermined orientations which respectively correspond to an "ON” and an "OFF” state, ie an activated and a non-activated state.
  • a digital control unit wherein the mirrors are tilted between two predetermined orientations which respectively correspond to an "ON” and an "OFF” state, ie an activated and a non-activated state.
  • Such Mikrospiegelfeider are commercially available from the company Texas Instru ⁇ ment and (Digital Light Processing) under the brand name "DLP" are offered. They are so far mainly used for digital image and video projection.
  • the core idea of the present invention is to use such a micromirror field for the spectral shaping of the excitation light beam in an emission spectrometer. Due to the spatial fanning of the excitation light after the first dispersive element, in each case a spectral component, that is to say a small subregion of the wavelength spectrum of the excitation light, is assigned to a group of micromirrors. Depending on the orientation of the micromirror field in the
  • Beam path can then cause either the activated or non-activated state of a micromirror that the incident thereon sub-beam is selected.
  • the sub-beams selected in this way are then bundled again into a common excitation beam by the second dispersive element subsequently arranged in the beam path in such a way that substantially no further fanning out into individual spectral components occurs thereafter.
  • the spectral fanning The first dispersive element is thus introduced only as an interim step in order to enable a spectral selection by the micromirror field, and is then reversed by the second dispersive element.
  • the non-selected partial beams of the remaining micromirrors are deflected in a different direction, so that they are coupled out of the excitation light beam. Due to the selection and spectral composition of the excitation light beam thus achieved, a very precise adaptation to the optical properties of the
  • an emission measuring device according to the invention is used.
  • the method is characterized by the selection of the spectral composition of the excitation light beam by activating and / or deactivating the individual micromirrors of the first micromirror field.
  • the advantages of the OF INVENTION ⁇ to the invention method are analogous to the above described advantages of the inventive measuring device emission.
  • the lighting unit of the emission measuring device can have little ⁇ least a focusing unit which is in the beam direction between the radiation source and the first dispersive element at ⁇ sorted.
  • a focusing unit may be arranged in the beam path between the second dispersive element and the sample area.
  • Such focus Sizing units may include, for example, optical lenses, lens systems and / or concave mirrors. They can thus have at ⁇ play, at least a focusing lens or a focus sierspiegel.
  • a focusing unit arranged between the radiation source and the first dispersive element a bundling of the individual partial beams corresponding to the spectral components on the different associated areas of the micromirror field can be achieved. This focusing allows a more precise spectral selection.
  • An additionally arranged between the second dispersive element and sample area focusing unit advantageously allows bundling of the typically divergent leaving the second dispersive element beam in a defined, collimated excitation light beam.
  • optical shutters it is advantageously possible for optical shutters to be arranged adjacent thereto, in each case either in the beam path before or afterwards.
  • an entrance slit may be arranged after the radiation-source side FOCUSSING purity to allow a precise ⁇ re mapping of the beam to the micromirror array and thus a more accurate assignment of individual columns or rows of the micro mirror array to the respective spectral components.
  • the detection unit of the emission measuring device may advantageously comprise a ⁇ way arranged in the beam path after the sample region third dispersive element for separation of the emitted radiation into its spectral components. It may subsequently have a second micromirror field in the beam path for selecting individual spectral components and in turn following the radiation detector in the beam path.
  • the light emitted from the specimen emission light can spectrally dispersed within the detection unit with the aid of the third dispersive element and then be spectrally selec ⁇ advantage with the aid of the second micro mirror array.
  • this selection can be achieved by using the micromirrors, the are associated with a particular spectral component, acti ⁇ allocatet and / or disabled.
  • the further beam path between the second micromirror field and the detector can then be aligned such that, for example, either the partial beams are deflected by the deactivated micromirrors or the partial beams are deflected by the activated micromirrors onto the detector.
  • the partial beams of the respectively reverse activation state of the mirrors can then be decoupled correspondingly from the detection beam path.
  • the partial beams selected by the second micromirror field can be directed onto the radiation detector either simultaneously or individually or in groups.
  • the main advantage of the embodiments with a two ⁇ th micromirror array in the detection unit is the fact that the shorter wavelength spectral components of the excitation ⁇ beam can be filtered out prior to the detection of the incident in the detection unit radiation by deselection of the corresponding micro mirror.
  • the secondary radiation emitted by the sample for example by fluorescence or phosphorescence, is typically shifted towards longer wavelengths of light relative to the excitation light beam.
  • depending pass from the arrangement of the detection unit relative to the sample and to the beam path of the excitation beam also additionally reflected and / or scattered and thus not spectrally shifted radiation components of Anre ⁇ supply light beam in the detection unit.
  • the detection unit may fail under ⁇ differently, depending on whether it is in the emission measuring an emission spectrometer or a device for mapping emission patterns, that is, for example, an emission microscope.
  • the detection unit is designed for the spectrally resolved measurement of the emission intensity.
  • the radiation detector can be, for example, a one-dimensional or two-dimensional detector field with which the partial beams of the different spectral components can be measured simultaneously.
  • the intensities for the entire emission spectrum or just a portion of it can be determined simultaneously.
  • the radiation detector has only a single detection channel and that the partial beams of the different spectral components selected by the micromirror field are directed successively onto the detection surface of this individual detection channel. So then the intensities for the different wavelength ranges can be measured one after the other.
  • the mode of action of the second micromirror field for the spectral decomposition of the radiation to be measured is similar to the spectrometer described in EP0548830B1. What is new is the additional benefit of de-selection, ie, the filtering of an unwanted portion of the spectrum, especially the short-wave and with the supply Anre ⁇ spectrum overlapping portion of the detection beam.
  • a further, ie fourth dispersive element can be arranged in the detection unit in the beam path between the second micro mirror field and the radiation detector.
  • This fourth dispersive element then serves to combine the selected spectral components in a common filtered emission beam.
  • This filtered emission beam can then be directed onto the radiation detector so that a spatial image of the emitting sample is generated.
  • the radiation detector can have a one-dimensional or two-dimensional pixelated sensor field on the image plane of which the sample is imaged.
  • the image of the sample can also be sequentially imaged by scanning on a single detector channel.
  • the detection unit may be provided to additionally ⁇ with a magnifying optical system, whereby the emission measuring device can be used as the emission microscope, in particular a fluorescence microscope.
  • the emission measuring device can also be configured both as an emission spectrometer and as an emission imager. This is possible, for example, by the second
  • the radiation detector may expediently have a two-dimensional sensor field.
  • the detection unit can also have one or more focusing units.
  • these focusing units can each comprise at least one focusing lens and / or one concave mirror.
  • such a focusing optical Zvi ⁇ 's sample region and the third dispersive element may be arranged to erzie ⁇ len a bundling of the individual corresponding to the spectral components on the different sub-beams corresponding regions of the second micro mirror array.
  • This focus allows a more precise spectral Se ⁇ lesson.
  • An additionally arranged between the second micromirror field and radiation detector focusing ⁇ light advantageously bundling the typically divergent leaving the second micromirror field beam in the direction of an image plane of the radiation detector.
  • Such a focus ⁇ tion allows either a more precise wavelength resolution in an emission spectrometer or a more precise spatial resolution in an emission imager.
  • the detection unit can additionally be provided with one or more optical stops, similar to the screens in certain embodiments of the illumination unit.
  • the detection unit may have an optical stop, preferably a gap, in the beam path in front of the third dispersive element.
  • the radiation detector may generally advantageously have only a single sensor channel.
  • this sensor channel may have a planar photodiode or a photomultiplier.
  • the radiation detector may generally have a one- or two-dimensional pixelated sensor array.
  • This can be, for example, a CCD field, a pin diode field, a CMOS sensor or a focal plane array.
  • silicon-based sensor materials For example, InGaAs (indium gallium arsenide) and MCT (mercury-cadmium telluride) are advantageous materials for the photosensor.
  • the illumination unit and / or the detection unit can advantageously be free from spectrally selecting optical absorption filters.
  • the emission measuring device can be designed for measurement with the aid of visible light, ultraviolet radiation and / or infrared radiation.
  • the radiation source can thus be a light source, an ultraviolet radiation source and / or an infrared source.
  • a broadband emitt Schlieren- de radiation source such as a broadband light ⁇ diode or a broadband laser, in particular a QCL or a halogen lamp.
  • the emission measuring device can generally be designed such that radiation emitted by the sample can be coupled into the detection unit with a direction component which opposes the direction of incidence of the excitation beam.
  • the emission measurement can thus be configured as a measurement of the reverse-directed secondary radiation. This can be as examples game achieved by the arrangement of a beam splitter in the vicinity of the sample region, which separates the optical path of the excitation beam and detection beam from ⁇ today.
  • the emission measuring device may be generally so out ⁇ staltet that emitted by the sample radiation with a direction of incidence of the excitation beam direction corresponding component is coupled into the detection unit.
  • the sample can be arranged geometrically between the excitation beam impinging thereon and the part of the emission beam which can be coupled into the detection unit.
  • the emission meter can be designed for coupling emission radiation with a main direction perpendicular to the direction of incidence of the excitation beam.
  • a single coherent subset of spectral components of the radiation can be selected by the first micromirror field and the remaining radiation can be coupled out of the further beam path.
  • the first micromirror field in combination with the first and second dispersive elements can act as a bandpass filter with which a predefined coherent wavelength range, that is to say a wavelength band, is selected.
  • bandpass filtering of the excitation spectrum may be useful, for example, to select a spectral band for the excitation, which has an overlap with one or more absorption bands of the sample to be examined.
  • spectral components not required for the excitation of this sample are masked out in this way and thus do not contribute to disturbing optical effects in the further beam path.
  • a group of multiple spectral bands may similarly be selected by the first micromirror field in a similar manner.
  • a single contiguous subset of spectral components can be generated by the first micromirror field
  • the first micromirror field in combination with the first and second dispersive elements, can act as a bandstop filter with which a predefined coherent wavelength range, that is to say a wavelength band, is masked out. This may be advantageous in order to hide a specific subarea of the excitation spectrum, which would be particularly disturbing in the further course of the beam path.
  • all short- wave spectral components of the radiation can be selected up to a defined threshold value of the wavelength by the first micromirror field and the remaining, longer-wave radiation from the beam path are coupled out.
  • the first micromirror field in combination with the first and second disperse elements can act as a short-pass filter, which only allows the short wavelengths below a defined threshold to pass into the further beam path.
  • This embodiment may be advantageous for example to direct short-wave Strah ⁇ development up to the longest-wavelength absorption band to be excited of a sample in the sample region.
  • all long-wave spectral components above a defined threshold value of the wavelength can be selected by the first micromirror field and the remaining radiation can be coupled out of the beam path.
  • the first micromirror array in combi nation ⁇ can interact with the first and second dispersive element as a long pass filter that allows only the long wavelengths above a defined threshold in the further beam path.
  • the radiation emitted by the sample can advantageously be spectrally selected by means of a second micromirror field arranged in the detection unit by activating and / or deactivating the individual micromirrors.
  • spectral filtering means micromirror field can also be performed in the detection unit, for example, spectral components of the excitation radiation Comp ⁇ hide from the further beam path of the detection unit.
  • the profile of the set by the mirrors Posi ⁇ tions filter as previously described for the lighting ⁇ unit can a band pass filter, multi-pass filter, a band elimination filter, a short-pass filter, a longpass filter as well as a combination of the mentioned filter types.
  • the second micromirror field can be controlled or adjusted in such a way that bandpass filtering or long-pass filtering results for the radiation reaching the detection unit, so that the short-wave spectral components overlapping the excitation spectrum from the further course of the beam path, especially from the field of radiation detector, from fade.
  • the functions of the illumination unit and the detection unit a selection pattern of the selected by the first micromirror array spectral components complement especially before ⁇ geous when at least in a partial region of the wavelength spectrum of the radiation to a selection pattern of the se ⁇ lected by the second micromirror array spectral components complementarily is.
  • a selection pattern of the selected by the first micromirror array spectral components complement especially before ⁇ geous when at least in a partial region of the wavelength spectrum of the radiation to a selection pattern of the se ⁇ lected by the second micromirror array spectral components complementarily is.
  • the long-wave spectral components in the region of the emission bands of the sample in the illumination unit can be filtered out of the wavelength spectrum of the exciting radiation, since these typically do not contribute to the excitation of the emission.
  • This long-wave components can be then directed within the detection unit se ⁇ lected and the radiation detector, as they provide the main contribution to the wanted signal.
  • the selection patterns of the first micro ⁇ mirror field and the second micromirror field may even be substantially complementary to each other. In many cases, however, it suffices if such a complementary selection pattern is present in a subregion of the wavelength spectrum of the radiation, for example in a spectral region len absorption bands of the sample and / or the emission bands of the sample corresponding area.
  • the measuring method can be designed such that a conversion of the emission measuring device for a different wavelength range of the emission-exciting radiation and / or another wavelength range of the emitted radiation without the movement of macroscopic optical components. This can be achieved in particular by virtue of the fact that the spectral spectral values to be respectively adapted to the specimen
  • Filtering is not done by spectrally selective absorption filters, but by digitally controlled Mikroaptfeider.
  • the described filtering of the spectral component by the first and / or second micromirror field generally does not have to be binary, as a complete selection or deselection of a given spectral component.
  • grayscale can also advantageously be set during the filtering, so that a specific spectral component can also be proportionally selected.
  • Such grayscale in Fil ⁇ esterification can be realized in different ways:
  • Particularly advantageous may be a proportionate selection of predetermined spectral components by selecting a predetermined fraction of the micromirrors in one of the respec ⁇ spectral component associated row or column of a two-dimensional first and / or second micromirror field.
  • the spectral components can be so on a two-dimensional micromirror array ge ⁇ deflected by means of the respective upstream dispersive element, that the respective rows or columns of the Spie ⁇ gelfeldes one spectral component, that correspond to a particular wavelength range.
  • gaps do not necessarily have the same activa ⁇ status when.
  • a predetermined subset of the microspots may also be used.
  • gel in such a spectral subgroup ie line or column
  • the different micro mirror connected with such a subgroup can be grouped in principle either after activation state or be mixed cavities ⁇ Lich.
  • a proportionate selection of a spectral component can also be effected by a rapidly repeated temporal change of the activation state of the individual micromirrors. This time change can take place, and for example, periodically simultaneously for Mik ⁇ roapt a spectral subgroup. The exact proportion of spectral selection is then determined by the ratio between the duration of the activated and deactivated states.
  • the measuring method can advantageously be a method for the spectrally resolved measurement of the light emission. Alternatively or additionally, it can be a method for imaging a spatial distribution of the light emission. For example, it may be a method for emission microscopy.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the beam path in an emission measuring device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the beam path in an emission measuring device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an optical filter unit according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an optical filter unit according to a fourth exemplary embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of an optical filter unit according to a fifth embodiment represents ⁇ and
  • Figure 6 is a schematic representation of an optical filter unit according to a sixth embodiment represents ⁇ .
  • the emissivity measuring device 1 is designed here as a fluorescence reszenzspektrometer with which the spectral can be measured to ⁇ composition of the light emitted from a sample 5 fluorescent light.
  • the emission measuring device 1 has a lighting unit 7 and a detection unit 35, the components of which are each shown in the associated blocks. Further 1, the emission measuring on a sample region 3 in which the sample can be measured 5 posi ⁇ tioniert.
  • the optical components of the emission measuring device 1 are described below essentially along the optical beam path.
  • the lighting unit 7 serves ⁇ total to a STEL required for the irradiation of the sample 5 excitation beam 25 provided len.
  • radiation 11 emitted by a radiation source 9 is used, whereby this radiation is visible light, infrared light or else ultraviolet
  • the emitted radiation 11 is now filtered spectrally via various optical components. For this purpose, it is directed to a first dispersive element 15 via a focusing unit 13.
  • the focusing unit 13 serves to concentrate the radiation onto the first dispersive element 15. As shown schematically in FIG. 1, this focusing unit 13 may, for example, comprise a plurality of focusing elements
  • FIG. 1 shows the beam paths for six different spectral components ⁇ to ⁇ .
  • a first micromirror field 17 is arranged in the beam path of the illumination unit 7.
  • This first micromirror field 17 is a two-dimensional array of digitally controllable micromirrors that can be switched between two defined states. The mirrors can therefore be activated or deactivated, in other words they can be set to ON or OFF.
  • the radiation is spectrally fanned out by the first dispersive element 15 so that individual spectral components are essentially focused on columns of the micro mirror field 17.
  • these columns of the micromirror field 17 can be combined to form individual deselected regions 17a and selected regions 17b.
  • a selected region corresponds to a mutually uniform cleavage state of the micromirrors.
  • the deselected area 17a then corresponds to the other state of the micromirrors.
  • the incident on the selektier ⁇ th portion 17b partial beams are deflected in the further beam path to a second dispersive element 21st In the figure 1 of this beam having a% 2 terized ⁇ .
  • the micromirror field 17 thus acts here as a bandpass filter, by means of which only the partial region of the spectrum% 2 is selected.
  • the slightly different wavelengths also present in this partial area% 2 are bundled again into a common excitation beam 25.
  • a second focusing unit 23 provides a spatially well-defined beam profile of this excitation beam 25.
  • the lighting unit 7 has a total of opti ⁇ cal filter unit set with the digitally controlled the spectral characteristics of the excitation beam 25 ⁇ to. For this purpose, no moving optical absorption filters are needed.
  • the decoupled from the illumination unit 7 excitation ⁇ beam is designated in the further course with 25a.
  • this excitation beam reaches the sample 5 to be measured, which can be positioned in a sample area 3 of the measuring device. In a defined measuring range 29, this sample 5 is therefore irradiated with the comparatively short-wave spectral component% 2.
  • the sample 5 emits by fluorescence long-wave radiation, for example, with the components ⁇ 3 to ⁇ . 5
  • These components is also scattered radiation with the original wavelength% 2maschinela ⁇ device.
  • This emission beam is collectively indicated by the reference numbers Be ⁇ 31st It is coupled through the beam splitter 33 and through an entrance slit 37 into the detection unit 35.
  • the detection unit 35 has a radiation detector 47 and some other optical components, which together also for spectral filtering serve the coupled emission beam 31a.
  • First be ⁇ acts a third focusing unit 39, a bundling of a ⁇ coupled emission beam 31a to a third dispersive element 41.
  • the radiation according to their various spectral components 2% is also fanned out to ⁇ . 5
  • the so fanned radiation passes according to their spectral components divided into different columns of a second micro mirror array 43. Again, there 7.
  • the second micromirror field 43 is configured such that a partial area illuminated by the second spectral component% 2 is a deselected partial area 43 a.
  • the remaining spectral components ⁇ 3 to ⁇ 5 strike the second micromirror field 43 in a selected subarea 43 b.
  • this radiation detector 47 in turn serves a fourth focusing unit 45, for example, a focusing lens.
  • the short wavelength spectral component 2% is decoupled from the white ⁇ direct beam path and, for example, directed to a not shown here radiation sink.
  • a beam blocker 49 is used to avoid the incidence of unwanted scattered light in the area of the radiation detector 47.
  • the second micromirror array 43 acts here along with the dispersive element 41 as a spectral filter to the spectral components of the excitation light beam can be 2% torquege ⁇ filters.
  • the first micromirror field 17 and the second micromirror field 43 are configured complementary to one another.
  • the spectral filtering within the detection unit 35 ensures that the short-wave spectral component% 2 the measurement of the long-wavelength components ⁇ 3 to ⁇ 5 with the radiation detector 47 does not radiate.
  • the spectral components ⁇ 3 to ⁇ 5 to be measured are simultaneously directed onto the radiation detector 47.
  • This is expediently a pixelated detector with which these individual spectral components can be measured in a spatially resolved manner.
  • the measuring device of this first embodiment is suitable as an emission spectrometer.
  • these spectral components can also be selected one after the other by the second micromirror field 43 and thus directed in succession to the radiation detector 47.
  • the second micromirror field 43 is then operated as a bandpass filter with temporally variable wavelength adjustment.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a TERMS ⁇ onsmessuzes 1 is shown according to a second embodiment of the invention. Similar or equivalent components are in this case provided with the same reference numerals as in FIG.
  • an excitation beam 25 is coupled out of a lighting unit 7 and directed to a sample 5 to be measured. From there, the radiation emitted by the sample is coupled through the entrance slit 37 into a detection unit 35, in which it is measured by a radiation detector 47.
  • the essential differences from the first embodiment lie in the configuration of the two micromirror apertures 17 and 43.
  • the first micromirror field 17 acts here together with the first dispersive element 15 as a multipass filter.
  • the coupled out of the illumination unit 7 excitation beam 25a is directed onto the sample 5, in which different TERMS ⁇ mecha- nisms can be excited by the three spektra ⁇ len components of the excitation beam.
  • different TERMS ⁇ mecha- nisms can be excited by the three spektra ⁇ len components of the excitation beam.
  • the spectral components can be specifically adapted to beomme ⁇ -reaching chemical compounds on the digitally controllable first Mikrospie- gelfeld. doi- se, the sample 5, three different components contained ⁇ th, which can be excited by the three spectral components of the excitation beam 25a respectively to a slightly long wavelength shifted fluorescence.
  • the detection unit 35 has a third dispersive element 41 and a second micromirror field 43, which together effect a spectral filtering of the injected emission beam 31a.
  • the three spectral components ⁇ 2 , ⁇ 4 and ⁇ of the emitted radiation can be, for example be successively selected by the second micromirror field 43.
  • the configuration shown in FIG. 2 corresponds to a selection of the spectral component ⁇ 4 , the remaining components ⁇ 2 and ⁇ ⁇ being selected from non-selected regions 43 a of the second micromirror field 43
  • the spectral components X ir ⁇ and ⁇ 5 of the excitation light beam no longer tion unit within the Detek-. However, parts of the excitation light beam can pass, for example by light scattering in the detecting unit 35.
  • and can ⁇ so that not reach the these components of the excitation light beam to the radiation detector 47 by adapting the configuration of the second micro mirror array 43 is also also coupled to the further beam path.
  • the spectral components ⁇ 2 , ⁇ 4 and ⁇ to be measured by the radiation detector 47 can in principle also be directed onto the radiation detector 47 either simultaneously or one after the other. As an alternative to the exemplary embodiments illustrated here, such emission measuring devices 1 can also be used as imaging devices
  • Measuring devices are operated.
  • a further dispersive element which in turn concentrates the selected spectral components of the emission beam into common partial beams within the detection unit 35, can be connected downstream of the second micromirror field 43, whereby on the
  • Radiation detector 47 a spatial image of a surface of the sample 5 can be generated.
  • Emission measuring devices show, but individual optical filter ⁇ units 51, which can be used as optical filter units in the lighting unit and / or the detection unit similar to the already described embodiments.
  • Figures 3 to 6 each have similar optical components, the control of the micro ⁇ mirror array 17 is designed differently.
  • FIG. 3 shows an optical filter unit 51, in which the radiation of an input beam 53 is spectrally selected.
  • an output beam 55 can be generated with an adjustable spectral composition.
  • the input beam is directed by a focusing unit 13 onto a first dispersive element 15.
  • this dispersive element 15 the radiation in its individual spectral components, here exemplified by ⁇ to ⁇ , fanned out.
  • the partial beams of these individual spectral components strike a micromirror field 17, the micromirrors of which have a majority of a selecting circuit state. Flanked by two selected partial regions 17b, a single deselected partial region 17a is set, in which the associated micromirrors decouple the incident radiation from the further optical path and thus also from the output beam 55. This deselected portion 17a will affect from the radiation according to the fifth spectral component ⁇ . 5
  • the remaining spectral components ⁇ to ⁇ 4 and ⁇ are then bundled by the second dispersive element 21 again to form a common output beam 55 whose spectral composition is now reduced by the dese ⁇ selected spectral component ⁇ 5 .
  • the configuration shown is a band-stop filter.
  • the second dispersive Ele ⁇ element 21 can also be omitted when the various spectral components prior to the detection must not be bundled in a common optical beam. This also applies to the following embodiment of the optical filter units 51.
  • FIG. 4 shows a further optical filter unit 51 according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • This filter unit 51 differs from the preceding exemplary embodiment in the configuration of the micromirror field 17.
  • the micromirror field 17 is connected so that only a single selected subarea 17b flanks of two large-area deselected subregions 17a results.
  • only a relatively small section of the spectrum of the input beam 53 is filtered through to the output beam 55.
  • this is the exemplary spectral component% 2 from the set of the original spectral components ⁇ to ⁇ .
  • the remaining spectral components ⁇ and ⁇ 3 to ⁇ are selected by the deselected subregions 17a of the micromirror field 17 here Radiation sink , not shown, deflects and thus is no longer available for the output beam 55. This makes it easy to configure a bandpass filter.
  • FIG. 5 shows a similar optical filter element 51 in another exemplary configuration.
  • the micromirror field 17 cooperates with the dispersive elements 15 and 21 as edge filters, whereby radiation with wavelengths below a spectral edge 17c is transmitted.
  • the micromirror field 17 thus has only a selected subregion 17b and a deselected subregion 17a, the selected subregion 17b being assigned to the shorter-wave spectral components ⁇ to ⁇ 3 . Accordingly, these shorter-wave components ⁇ to ⁇ 3 are mixed together to the output beam 55.
  • Figure 6 shows a further embodiment of an optical rule ⁇ filter unit 51, which in turn is configured as an optical cut-off filter.
  • an edge 17c forms the dividing line between a deselected partial region 17a and a selected partial region 17b of the micromirror field.

Abstract

Es wird ein Emissionsmessgerät mit einem Probenbereich, einer Beleuchtungseinheit zur Bestrahlung einer im Probenbereich positionierbaren Probe und einer Detektionseinheit zur Detektion der von der Probe emittierten Strahlung mit einem Strahlungsdetektor angegeben. Die Beleuchtungseinheit umfasst dabei eine Strahlungsquelle, ein in Strahlrichtung nach der Strahlungsquelle angeordnetes erstes dispersives Element zur Zerlegung der Strahlung in ihre spektralen Komponenten, ein in Strahlrichtung nach dem ersten dispersiven Element angeordnetes erstes Mikrospiegelfeld zur Selektion von spektralen Komponenten und ein in Strahlrichtung nach dem ersten Mikrospiegelfeld angeordnetes zweites dispersives Element zur Vereinigung der selektierten spektralen Komponenten in einem gemeinsamen Anregungsstrahl. Weiterhin wird ein Verfahren zur Messung von Lichtemission mit einem solchen Emissionsmessgerät angegeben, bei dem die Selektion der spektralen Zusammensetzung des Anregungslichtstrahls mittels Aktivierung und/oder Deaktivierung der einzelnen Mikrospiegel des ersten Mikrospiegelfeldes erfolgt.

Description

Beschreibung
LICHTEMISSIONSMESSGERÄT UND VERFAHREN ZUR MESSUNG VON LICHTEMISSION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Emissionsmessgerät mit einem Probenbereich, einer Beleuchtungseinheit zur Bestrahlung einer im Probenbereich positionierbaren Probe und einer Detektionseinheit zur Detektion der von der Probe emittierten Strahlung mit einem Strahlungsdetektor. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Lichtemission einer Probe mit einem solchen Emissionsmessgerät.
Nach dem Stand der Technik kommen Emissionsmessgeräte häufig entweder als Emissionsspektrometer oder als Emissionsmikroskope zum Einsatz. Bei bekannten Emissionsspektrometern wird typischerweise eine breitbandige Lichtquelle zur Bestrahlung einer Probe eingesetzt, wobei das Strahlungsspektrum der Lichtquelle mit wenigstens einer Absorptionsbande der Probe überlappt. Durch die Absorption des Lichts wird in der Probe eine gegenüber der Absorptionswellenlänge spektral verschobe¬ ne Emission angeregt, die dann von einer Detektionseinheit unter Zerlegung in ihre spektralen Komponenten wellenlängenabhängig detektiert werden kann. Bei einer solchen Emission kann es sich beispielsweise um Fluoreszenzemission, Photolumineszenzemission oder Phosphoreszenzemission handeln. Bei den genannten Emissionsmechanismen wird ein Teil der bei der Lichtabsorption von der Probe aufgenommenen Energie strahlungslos abgebaut, so dass die emittierte Strahlung spektral in Richtung langwelligerer Strahlung verändert ist. Alternativ kann mit einem Emissionsspektrometer in entsprechender Weise die Raman-Streuung einer Probe analysiert werden. Auch hier kommt es zu einer spektralen Veränderung zwischen anregender und emittierter Strahlung.
Um die zu vermessende Lichtemission der Probe möglichst ge¬ zielt anregen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die anre¬ gende Strahlung möglichst weitgehend mit den Absorptionsban- den der Probe überlappt. Zusätzliche spektrale Komponenten im Anregungslichtstrahl wirken dabei für die Messung störend, da vor allem die langwelligeren Komponenten des Anregungsstrahls die zu vermessende Emission überdecken können. Um dies zu verhindern, werden nach dem Stand der Technik für verschiedene Proben jeweils unterschiedliche spektral selektierende Ab¬ sorptionsfilter eingesetzt, um die unerwünschten, insbesondere die langwelligeren spektralen Komponenten des Anregungslichts herauszufiltern .
Für eine möglichst genaue Detektion und spektrale Analyse des emittierten Lichts ist es weiterhin vorteilhaft, die für die Anregung der Emission verwendeten Wellenlängen der Strahlung weitgehend herauszufiltern, da sonst die zum Teil sehr schwa- chen Emissionsbanden durch ein starkes Untergrundsignal überdeckt werden können. Um ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Messung und eine hohe spektrale Auflösung zu erreichen, werden daher die im Verhältnis zu den Emissionsbanden kurzwelligeren Anteile der anregenden Strahlung ebenfalls durch optische Absorptionsfilter herausgefiltert.
In ähnlicher Weise wie bei den vorab beschriebenen Emissionsspektrometern wird bei der Emissionsmikroskopie eine Probe mit einer kurzwelligen Beleuchtungseinheit zur Emission ange- regt, und die von der Probe emittierte Strahlung wird darauf¬ hin so auf eine Bildebene abgebildet, dass eine räumliche Verteilung der Emission in den unterschiedlichen Bereichen der Probe sichtbar gemacht wird. Anstelle einer wellenlängenabhängigen Messung des Emissionsspektrums wie bei einem Emis- sionsspektrometer wird bei einem Emissionsmikroskop also eine räumliche Abbildung der Emissionszentren erreicht. Besonders weit verbreitet ist hier die Abbildung von fluoreszierenden Bereichen durch ein Fluoreszenzmikroskop. Die beiden Verfahren der Emissionsspektroskopie und der Emissionsmikroskopie können prinzipiell auch miteinander kombiniert werden.
Nachteilig bei den Emissionsspektrometern und Emissionsmikro¬ skopen nach dem Stand der Technik ist, dass für eine auf die zu vermessende Probe angepasste Filterung der Anregungsstrah¬ lung und für die dann auf das Anregungsspektrum angepasste Filterung der zu detektierenden Strahlung makroskopische optische Komponenten (in Form der spektral selektiven Filter) bewegt und gegeneinander ausgetauscht werden müssen. Der Austausch dieser optischen Komponenten erfordert ein ständiges, relativ umständliches Umrüsten des Messgerätes abhängig von der zu analysierenden Probe. Dies kann zum einen nach jeder Umrüstung eine Nachjustierung der übrigen optischen Bauteile nach sich ziehen, um trotzdem eine hohe Messqualität zu erreichen. Andererseits ist auch der Platzbedarf im Messgerät für die unterschiedlichen, für die verschiedenen Konfigurationen alternativ oder auch kombiniert in den Strahlengang einzubringenden optischen Filter insgesamt relativ hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Emissionsmessgerät anzugeben, welches die genannten Nachteile überwindet. Insbe¬ sondere soll ein Emissionsmessgerät zur Verfügung gestellt werden, welches apparativ einfacher, platzsparender aufge- baut, leichter adaptierbar und/oder universeller einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Messung von Lichtemission mit diesen Vorteilen anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 beschriebene Emissionsmessgerät und das in Anspruch 8 beschriebene Mess¬ verfahren gelöst.
Das erfindungsgemäße Emissionsmessgerät weist einen Probenbe¬ reich, eine Beleuchtungseinheit zur Bestrahlung einer im Pro- benbereich positionierbaren Probe und eine Detektionseinheit zur Detektion der von der Probe emittierten Strahlung mit einem Strahlungsdetektor auf. Die Beleuchtungseinheit umfasst dabei eine Strahlungsquelle, ein in Strahlrichtung nach der Strahlungsquelle angeordnetes erstes dispersives Element zur Zerlegung der Strahlung in ihre spektralen Komponenten, ein in Strahlrichtung nach dem ersten dispersiven Element angeordnetes erstes Mikrospiegelfeld zur Selektion von spektra¬ len Komponenten und ein in Strahlrichtung nach dem ersten Mikrospiegelfeld angeordnetes zweites dispersives Element zur Vereinigung der selektierten spektralen Komponenten in einem gemeinsamen Anregungsstrahl. Unter der genannten Strahlrichtung soll dabei jeweils die lokale optische Strahlrichtung im Emissionsmessgerät verstanden werden, unabhängig davon, ob sich die räumliche Orientierung des Strahlengangs während des Strahlenverlaufs ändert. Über die beschriebene räumliche Anordnung der einzelnen optischen Komponenten, die in Strahlrichtung „vor" oder „nach" anderen Komponenten angeordnet sind, soll also keine Position entlang einer fortlaufenden, einheitlichen Richtung angegeben werden, sonder nur eine Reihenfolge des Durchlaufs optischer Strahlen auf einem optischen Strahlenweg, der insgesamt von der Strah- lungsquelle über die Probe bis zum Strahlungsdetektor führt, mit anderen Worten ein optisches „vor" oder „nach" im Strahlengang .
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Emissionsmess- geräts liegt darin, dass durch die Selektion der spektralen
Komponenten mittels des ersten Mikrospiegelfeldes eine Anpas¬ sung der spektralen Eigenschaften des Anregungsstrahls auf die optischen Eigenschaften der zu vermessenden Probe erfolgen kann, ohne dass spektral selektierende Absorptionsfilter im Strahlengang benötigt werden. Vielmehr kann die spektrale Anpassung des Anregungsspektrums auf die Probe und/oder auf die vorgegebene Messaufgabe erfolgen, ohne dass hierfür makroskopische optische Komponenten bewegt werden müssen. Statt eines Ein- und Ausschiebens der im Stand der Technik bekannten optischen Filter kann über das erste Mikrospiegel- feld eine spektrale Selektion deutlich einfacher, platzsparender, automatisierter und auch präziser erfolgen.
Die von der Strahlungsquelle ausgesendete Strahlung gelangt zunächst zum ersten dispersiven Element, durch welches es räumlich in seine verschiedenen spektralen Komponenten zerlegt wird. Das erste dispersive Element ändert also die Rich¬ tung und/oder räumliche Lage der zu den einzelnen spektralen Komponenten zugehörigen Teilstrahlen und fächert somit die Strahlung räumlich auf. Nach dem ersten dispersiven Element gelangt die Strahlung zum ersten Mikrospiegelfeld, das durch die Stellung der einzelnen Spiegel eine Selektion der ver- schiedenen spektralen Komponenten ermöglicht. Die dispersiven Elemente der vorliegenden Erfindung können allgemein beispielsweise als optisches Prisma oder als optisches Gitter ausgestaltet sein. Das erste Mikrospiegelfeld ist beispielsweise eine regelmäßi¬ ge Anordnung einer Vielzahl von kleinen optischen Spiegeln. Diese Mikrospiegel können über eine digitale Ansteuerungsein- heit automatisch einzelnen ansteuerbar sein, wobei die Spiegel zwischen zwei vorgegebenen Orientierungen gekippt werden, die jeweils einem „ON" und einem „OFF"-Zustand, also einem aktivierten und einem nicht aktivierten Zustand entsprechen. Solche Mikrospiegelfeider sind bei der Firma Texas Instru¬ ments kommerziell erhältlich und werden unter dem Markennamen „DLP" (für Digital Light Processing) angeboten. Sie werden bisher hauptsächlich für die digitale Bild- und Videoprojektion eingesetzt.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches Mikrospiegelfeld für die spektrale Formung des Anre- gungslichtstrahls in einem Emissionsspektrometer einzusetzen. Durch die räumliche Auffächerung des Anregungslichts nach dem ersten dispersiven Element wird dabei jeweils einer Gruppe von Mikrospiegeln eine spektrale Komponente, also ein kleiner Teilbereich des Wellenlängenspektrums des Anregungslichts zu- geordnet. Je nach Orientierung des Mikrospiegelfelds im
Strahlengang kann dann entweder der aktivierte oder der nicht aktivierte Zustand eines Mikrospiegels dazu führen, dass der darauf auftreffende Teilstrahl selektiert wird. Die derart selektierten Teilstrahlen werden dann durch das im Strahlen- gang anschließend angeordnete zweite dispersive Element so wieder zu einem gemeinsamen Anregungsstrahl gebündelt, dass danach im Wesentlichen keine Auffächerung in einzelne spektrale Komponenten mehr vorliegt. Die spektrale Auffächerung durch das erste dispersive Element wird also nur als Zwi¬ schenschritt eingeführt, um eine spektrale Selektion durch das Mikrospiegelfeld zu ermöglichen, und wird dann durch das zweite dispersive Element wieder rückgängig gemacht. Die nicht selektierten Teilstrahlen der übrigen Mikrospiegel (im jeweils umgekehrten Schaltungszustand) werden in eine andere Richtung abgelenkt, so dass sie aus dem Anregungslichtstrahl ausgekoppelt werden. Durch die derart erreichte Selektion und spektrale Komposition des Anregungslichtstrahls wird eine sehr präzise Anpassung an die optischen Eigenschaften der
Probe und an die jeweils vorgegebene Messaufgabe ermöglicht. Insbesondere kann auch besonders einfach zwischen unterschiedlichen Anregungsspektren für unterschiedliche Messungen umgeschaltet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung von Lichtemission wird ein erfindungsgemäßes Emissionsmessgerät ver¬ wendet. Das Verfahren ist durch die Selektion der spektralen Zusammensetzung des Anregungslichtstrahls mittels Aktivierung und/oder Deaktivierung der einzelnen Mikrospiegel des ersten Mikrospiegelfeldes gekennzeichnet. Die Vorteile des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Emissionsmessgeräts .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 8 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen des Emissionsmessgeräts und des Messverfahrens vorteilhaft miteinander kombiniert werden .
Die Beleuchtungseinheit des Emissionsmessgeräts kann wenig¬ stens eine Fokussiereinheit aufweisen, die in Strahlrichtung zwischen Strahlungsquelle und erstem dispersivem Element an¬ geordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Fokussiereinheit im Strahlengang zwischen zweitem dispersivem Element und Probenbereich angeordnet sein. Derartige Fokus- siereinheiten können beispielsweise optische Linsen, Linsensysteme und/oder Hohlspiegel umfassen. Sie können also bei¬ spielsweise wenigstens eine Fokussierlinse oder einen Fokus- sierspiegel aufweisen. Durch eine zwischen Strahlungsquelle und erstem dispersivem Element angeordnete Fokussiereinheit kann eine Bündelung der einzelnen, den spektralen Komponenten entsprechenden Teilstrahlen auf den verschiedenen zugehörigen Bereichen des Mikrospiegelfelds erzielt werden. Diese Fokus- sierung erlaubt eine präzisere spektrale Selektion. Eine zu- sätzlich zwischen zweitem dispersivem Element und Probenbereich angeordnete Fokussiereinheit ermöglicht vorteilhaft eine Bündelung des typischerweise divergent das zweite dis- persive Element verlassenden Strahls in einen definierten, kollimierten Anregungslichtstrahl .
Zusätzlich zu den genannten Fokussiereinheiten können vorteilhaft daran angrenzend, jeweils entweder im Strahlengang davor oder danach, optische Blenden angeordnet sein. Beispielsweise kann nach der strahlungsquellenseitigen Fokussie- reinheit ein Eintrittsspalt angeordnet sein, um eine präzise¬ re Abbildung des Strahls auf das Mikrospiegelfeld und somit eine präzisere Zuordnung einzelner Spalten oder Zeilen des Mikrospiegelfeldes zu den jeweiligen spektralen Komponenten zu ermöglichen.
Die Detektionseinheit des Emissionsmessgeräts kann vorteil¬ haft ein im Strahlengang nach dem Probenbereich angeordnetes drittes dispersives Element zur Zerlegung der emittierten Strahlung in ihre spektralen Komponenten aufweisen. Sie kann im Strahlengang darauf folgend ein zweites Mikrospiegelfeld zur Selektion einzelner spektraler Komponenten und wiederum im Strahlengang darauf folgend den Strahlungsdetektor aufweisen. Bei dieser Ausführungsform kann also das von der Probe emittierte Emissionslicht innerhalb der Detektionseinheit mit Hilfe des dritten dispersiven Elements spektral zerlegt und dann mit Hilfe des zweiten Mikrospiegelfeldes spektral selek¬ tiert werden. Diese Selektion kann ähnlich wie beim ersten Mikrospiegelfeld dadurch erfolgen, dass die Mikrospiegel , die einer bestimmten spektralen Komponente zugeordnet sind, akti¬ viert und/oder deaktiviert sind. Der weitere Strahlengang zwischen zweitem Mikrospiegelfeld und Detektor kann dann so ausgerichtet sein, dass beispielsweise entweder die Teil- strahlen von den deaktivierten oder die Teilstrahlen von den aktivierten Mikrospiegeln auf den Detektor abgelenkt werden. Die Teilstrahlen des jeweils umgekehrten Aktivierungszustandes der Spiegel können dann entsprechend aus dem Detektions- strahlengang ausgekoppelt werden. Die durch das zweite Mikro- spiegelfeld selektierten Teilstrahlen können dabei prinzipiell entweder gleichzeitig oder einzeln beziehungsweise in Gruppen nacheinander auf den Strahlungsdetektor gelenkt werden . Der wesentliche Vorteil der Ausführungsformen mit einem zwei¬ ten Mikrospiegelfeld in der Detektionseinheit liegt darin, dass die kurzwelligeren spektralen Anteile des Anregungs¬ strahls vor der Detektion aus der in die Detektionseinheit einfallenden Strahlung durch Deselektion der entsprechenden Mikrospiegel herausgefiltert werden können. Die von der Probe beispielsweise durch Fluoreszenz oder Phosphoreszenz emittierte Sekundärstrahlung ist typischerweise gegenüber dem Anregungslichtstrahl zu längeren Lichtwellenlängen verschoben. Abhängig von der Anordnung der Detektionseinheit relativ zu der Probe und zum Strahlengang des Anregungsstrahls gelangen jedoch auch zusätzlich reflektierte und/oder gestreute und somit spektral nicht verschobene Strahlungsanteile des Anre¬ gungslichtstrahls in die Detektionseinheit. Um eine Überlage¬ rung der langwelligeren Emissionsstrahlung mit der kurzwelli- geren Anregungsstrahlung bei der eigentlichen Messung im Detektor zu vermeiden, ist daher eine spektrale Filterung innerhalb der Detektionseinheit zweckmäßig. Durch die Verwen¬ dung eines zweiten Mikrospiegelfeldes wird der Einsatz der im Stand der Technik verwendeten austauschbaren Absorptionsfil- ter vermieden. Dabei kommen ähnliche Vorteile zum Tragen wie sie vorab für die Beleuchtungseinheit für den Ersatz der Ab¬ sorptionsfilter durch die Kombination aus dispersivem Element und Mikrospiegelfeld beschrieben wurden. Durch die Kombination eines ersten Mikrospiegelelements in der Beleuchtungseinheit und eines zweiten Mikrospiegelele¬ ments in der Detektionseinheit kann die Anpassung des gesam- ten Messgeräts auf die spektralen Eigenschaften der zu untersuchenden Probe auf besonders einfache und präzise Weise er¬ folgen. Insbesondere ist eine solche Anpassung der spektralen Filterung auf Beleuchtungs- und Detektionsseite insgesamt oh¬ ne die Bewegung von makroskopischen optischen Komponenten und/oder ohne den Einsatz von spektral selektiven Absorptionsfiltern möglich.
Die weitere Ausgestaltung der Detektionseinheit kann unter¬ schiedlich ausfallen, je nachdem, ob es sich bei dem Emissionsmessgerät um ein Emissionsspektrometer oder um ein Gerät zur Abbildung von Emissionsmustern, also beispielsweise ein Emissionsmikroskop handelt. Bei einem Emissionsspektrometer ist die Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Messung der Emissionsintensität ausgestaltet. Hierzu können die be¬ reits durch das dritte dispersive Element zerlegten Teil¬ strahlen der Emissionsstrahlung nach ihrer Selektion durch das Mikrospiegelfeld in ihre spektralen Komponenten aufgefä¬ chert bleiben und so auf die Abbildungsebene eines Strah¬ lungsdetektors gelenkt werden. Bei dem Strahlungsdetektor kann es sich beispielsweise um ein eindimensionales oder auch zweidimensionales Detektorfeld handeln, mit dem die Teil¬ strahlen der unterschiedlichen spektralen Komponenten gleichzeitig gemessen werden können. So können die Intensitäten für das gesamte Emissionsspektrum oder auch nur einen Ausschnitt daraus gleichzeitig bestimmt werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Strahlungsdetektor nur einen einzigen Detektionskanal aufweist und dass die Teilstrahlen der unterschiedlichen, vom Mikrospiegelfeld se- lektierten spektralen Komponenten nacheinander auf die Detek- tionsfläche dieses einzelnen Detektionskanals gelenkt werden. So können dann die Intensitäten für die verschiedenen Wellenlängenbereiche nacheinander vermessen werden. Bei der letzt- genannten Variante ist die Wirkungsweise des zweiten Mikro- spiegelfeldes für die spektrale Zerlegung der zu vermessenden Strahlung ähnlich wie bei dem in der EP0548830B1 beschriebenen Spektrometer . Neu ist jedoch der zusätzliche Effekt der Deselektion, also der Filterung eines unerwünschten Teils des Spektrums, insbesondere des kurzwelligen und mit dem Anre¬ gungsspektrum überlappenden Teil des Detektionsstrahls.
Bei einem Emissions-Imager, also einem Emissionsmessgerät zur Abbildung einer räumlichen Emissionsverteilung kann in der Detektionseinheit im Strahlengang zwischen zweitem Mikrospie- gelfeld und Strahlungsdetektor ein weiteres, also viertes dispersives Element angeordnet sein. Dieses vierte dispersive Element dient dann zur Vereinigung der selektierten spektralen Komponenten in einem gemeinsamen gefilterten Emissionsstrahl. Dieser gefilterte Emissionsstrahl kann dann so auf den Strahlungsdetektor gelenkt werden, dass ein räumliches Abbild der emittierenden Probe erzeugt wird. Beispielsweise kann der Strahlungsdetektor ein ein- oder zweidimensionales pixeliertes Sensorfeld aufweisen, auf dessen Bildebene die Probe abgebildet wird. Alternativ kann das Abbild der Probe auch durch Abrasterung sequentiell auf einem einzelnen Detektorkanal abgebildet werden. Die Detektionseinheit kann zu¬ sätzlich mit einer vergrößernden Optik versehen sein, wodurch das Emissionsmessgerät als Emissionsmikroskop, insbesondere als Fluoreszenzmikroskop, eingesetzt werden kann.
Allgemein kann das Emissionsmessgerät auch sowohl als Emissi- onsspektrometer als auch als Emissions-Imager ausgestaltet sein. Dies ist beispielsweise möglich, indem die das zweite
Mikrospiegelfeld verlassenden Teilstrahlen in einer Raumrichtung entsprechend ihrer Wellenlänge aufgefächert bleiben, in der anderen Raumrichtung jedoch so auf eine Bildebene des Detektors gelenkt werden, dass in dieser Richtung eine Informa- tion über den Ausgangsort der Emissionsstrahlung erhalten bleibt. Hierzu kann der Strahlungsdetektor zweckmäßig ein zweidimensionales Sensorfeld aufweisen. Ähnlich wie bei den Ausführungsformen der Beleuchtungseinheit mit einer Fokussiereinheit kann auch die Detektionseinheit eine oder mehrere Fokussiereinheiten aufweisen. Auch hier können diese Fokussiereinheiten jeweils wenigstens eine fo- kussierende Linse und/oder einen Hohlspiegel umfassen. Bei¬ spielsweise kann eine solche Fokussiereinheit optisch zwi¬ schen Probenbereich und drittem dispersivem Element angeordnet sein, um eine Bündelung der einzelnen, den spektralen Komponenten entsprechenden Teilstrahlen auf den verschiedenen zugehörigen Bereichen des zweiten Mikrospiegelfelds zu erzie¬ len. Diese Fokussierung erlaubt eine präzisere spektrale Se¬ lektion. Eine zusätzlich zwischen zweitem Mikrospiegelfeld und Strahlungsdetektor angeordnete Fokussiereinheit ermög¬ licht vorteilhaft eine Bündelung des typischerweise divergent das zweite Mikrospiegelfeld verlassenden Strahls in Richtung einer Bildebene des Strahlungsdetektors. Eine solche Fokus¬ sierung erlaubt entweder eine präzisere Wellenlängenauflösung in einem Emissionsspektrometer oder eine präzisere räumliche Auflösung in einem Emissions-Imager .
Zur Verbesserung der spektralen Auflösung und/oder der Abbildungsqualität kann auch die Detektionseinheit zusätzlich mit einer oder mehreren optischen Blenden versehen sein, ähnlich wie die Blenden in bestimmten Ausführungsformen der Beleuch- tungseinheit . So kann die Detektionseinheit beispielsweise im Strahlengang vor dem dritten dispersiven Element eine optische Blende aufweisen, vorzugsweise einen Spalt.
Der Strahlungsdetektor kann allgemein vorteilhaft nur einen einzelnen Sensorkanal aufweisen. Beispielsweise kann dieser Sensorkanal eine flächige Photodiode oder einen Photomulti- plier aufweisen.
Alternativ kann der Strahlungsdetektor allgemein ein ein- oder zweidimensionales pixeliertes Sensorfeld aufweisen.
Hierbei kann es sich beispielsweise um ein CCD-Feld, ein pin- Dioden-Feld, einen CMOS-Sensor oder ein Focal Plane Array handeln. Neben Silizium-basierten Sensormaterialien sind bei- spielsweise InGaAs ( Indium-Gallium-Arsenid) und MCT (Queck- silber-Cadmium-Tellurid) vorteilhafte Materialien für den Photosensor . Die Beleuchtungseinheit und/oder die Detektionseinheit kann vorteilhaft frei von spektral selektierenden optischen Ab¬ sorptionsfiltern sein.
Das Emissionsmessgerät kann zur Messung mit Hilfe von sicht- barem Licht, ultravioletter Strahlung und/oder Infrarotstrahlung ausgebildet sein. Bei der Strahlungsquelle kann es sich also um eine Lichtquelle, eine Ultraviolett-Strahlungsquelle und/oder um eine Infrarotquelle handeln. Vorteilhaft kann es sich bei der Strahlungsquelle um eine breitbandig emittieren- de Strahlungsquelle, beispielsweise eine breitbandige Leucht¬ diode oder einen breitbandigen Laser, insbesondere einen Quantum Cascade Laser oder eine Halogenlampe handeln.
Das Emissionsmessgerät kann allgemein so ausgestaltet sein, dass von der Probe emittierte Strahlung mit einer der Einfallsrichtung des Anregungsstrahls entgegengesetzten Richtungskomponente in die Detektionseinheit einkoppelbar ist. Die Emissionsmessung kann also als Messung der rückwärtsgerichteten Sekundärstrahlung ausgestaltet sein. Dies kann bei- spielsweise durch die Anordnung eines Strahlteilers in der Nähe des Probenbereichs erreicht werden, der den optischen Verlauf des Anregungsstrahls und des Detektionsstrahls von¬ einander trennt. Alternativ kann das Emissionsmessgerät allgemein so ausge¬ staltet sein, dass von der Probe emittierte Strahlung mit einer der Einfallsrichtung des Anregungsstrahls entsprechenden Richtungskomponente in die Detektionseinheit einkoppelbar ist. Hierzu kann die Probe geometrisch zwischen dem darauf auftreffenden Anregungsstrahl und dem in die Detektionseinheit einkoppelbaren Teil des Emissionsstrahls angeordnet sein. Es kann sich also um eine Anordnung zur Messung der Vorwärtsemission handeln. Oder aber das Emissionsmessgerät kann zur Einkopplung von Emissionsstrahlung mit einer Hauptrichtung senkrecht zur Einfallsrichtung des Anregungsstrahls ausgebildet sein. Bei dem Verfahren zur Messung von Lichtemission kann durch das erste Mikrospiegelfeld eine einzelne zusammenhängende Teilmenge spektraler Komponenten der Strahlung selektiert werden und die übrige Strahlung aus dem weiteren Strahlengang ausgekoppelt werden. Mit anderen Worten kann das erste Mikro- spiegelfeld in Kombination mit dem ersten und zweiten dispersiven Element als Bandpassfilter wirken, mit dem ein vorgegebener zusammenhängender Wellenlängenbereich, also ein Wellenlängenband, selektiert wird. Eine solche Bandpass-Filterung des Anregungsspektrums kann beispielsweise zweckmäßig sein, um für die Anregung ein spektrales Band auszuwählen, welches einen Überlapp mit einer oder mehrere Absorptionsbanden der zu untersuchenden Probe aufweist. Die für die Anregung dieser Probe nicht benötigten spektralen Komponenten werden auf diese Weise ausgeblendet und tragen damit nicht zu störenden op- tischen Effekten im weiteren Strahlengang bei. Alternativ kann durch das erste Mikrospiegelfeld auf ähnliche Weise auch eine Gruppe von mehreren spektralen Banden selektiert werden.
Alternativ kann durch das erste Mikrospiegelfeld eine einzel- ne zusammenhängende Teilmenge spektraler Komponenten der
Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt werden und die übrige Strahlung selektiert werden. Mit anderen Worten kann das erste Mikrospiegelfeld in Kombination mit dem ersten und zweiten dispersiven Element als Bandsperrfilter wirken, mit dem ein vorgegebener zusammenhängender Wellenlängenbereich, also ein Wellenlängenband, ausgeblendet wird. Dies kann vor¬ teilhaft sein, um einen bestimmten Teilbereich des Anregungsspektrums auszublenden, der sich im weiteren Verlauf des Strahlengangs als besonders störend bemerkbar machen würde.
Alternativ können durch das erste Mikrospiegelfeld alle kurz¬ welligen spektralen Komponenten der Strahlung bis zu einem festgelegten Schwellwert der Wellenlänge selektiert werden und die übrige, langwelligere Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt werden. Mit anderen Worten kann das erste Mikro- spiegelfeld in Kombination mit dem ersten und zweiten disper- siven Element als Kurzpassfilter wirken, der nur die kurzen Wellenlängen unterhalb einer definierten Schwelle in den weiteren Strahlengang passieren lässt. Diese Ausführungsform kann beispielsweise vorteilhaft sein, um kurzwellige Strah¬ lung bis hin zur langwelligsten anzuregenden Absorptionsbande einer Probe in den Probenbereich zu leiten.
Alternativ können durch das erste Mikrospiegelfeld auch alle langwelligen spektralen Komponenten oberhalb eines festgelegten Schwellwerts der Wellenlänge selektiert werden und die übrige Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt werden. Mit anderen Worten kann das erste Mikrospiegelfeld in Kombi¬ nation mit dem ersten und zweiten dispersiven Element als Langpassfilter wirken, der nur die langen Wellenlängen oberhalb einer definierten Schwelle in den weiteren Strahlengang passieren lässt.
Bei dem Messverfahren kann vorteilhaft die von der Probe emittierte Strahlung mittels eines in der Detektionseinheit angeordneten zweiten Mikrospiegelfeldes mittels Aktivierung und/oder Deaktivierung der einzelnen Mikrospiegel spektral selektiert werden. Mit anderen Worten kann auch in der Detektionseinheit eine spektrale Filterung mittels Mikrospiegel- feld vorgenommen werden, beispielsweise um spektrale Kompo¬ nenten der Anregungsstrahlung aus dem weiteren Strahlenverlauf der Detektionseinheit auszublenden. Die Vorteile dieser Ausführungsformen des Verfahrens sind analog zu den Vorteilen der vorab beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen des Emissionsmessgeräts .
Auch bei einer derartigen spektralen Filterung innerhalb der Detektionseinheit kann das Profil des durch die Spiegelposi¬ tionen eingestellten Filters wie vorab für die Beleuchtungs¬ einheit beschrieben einem Bandpassfilter, Multipassfilter, einem Bandsperrfilter, einem Kurzpassfilter, einem Langpass- filter sowie einer Kombination aus den genannten Filtertypen entsprechen. Besonders vorteilhaft kann das zweite Mikrospie- gelfeld so angesteuert oder eingestellt werden, dass sich für die in die Detektionseinheit gelangende Strahlung eine Band- passfilterung oder eine Langpassfilterung ergibt, um so die kurzwelligen, mit dem Anregungsspektrum überlappenden spektralen Komponenten aus dem weiteren Verlauf des Strahlengangs, insbesondere aus dem Bereich des Strahlungsdetektors, aus zublenden .
Bei dem Messverfahren ergänzen sich die Funktionen der Beleuchtungseinheit und der Detektionseinheit besonders vor¬ teilhaft, wenn zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenspektrums der Strahlung ein Auswahlmuster der durch das erste Mikrospiegelfeld selektierten spektralen Komponenten zu einem Auswahlmuster der durch das zweite Mikrospiegelfeld se¬ lektierten spektralen Komponenten komplementär ist. Eine solche Konfiguration kann dazu verwendet werden, um mit der Beleuchtungseinheit einen kurzwelligen Teilbereich der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung für die Anregung der
Probe zu selektieren und dann genau diesen spektralen Teilbereich vor dem Strahlungsdetektor herauszufiltern, um eine störende Überlagerung der langwellig verschobenen Emissions¬ strahlung bei der Messung zu vermeiden. Weiterhin können - alternativ oder zusätzlich - die langwelligen spektralen Komponenten im Bereich der Emissionsbanden der Probe in der Beleuchtungseinheit aus dem Wellenlängenspektrum der anregenden Strahlung herausgefiltert werden, da diese typischerweise nicht zur Anregung der Emission beitragen. Diese langwelligen Komponenten können dann innerhalb der Detektionseinheit se¬ lektiert und auf den Strahlungsdetektor gelenkt werden, da sie den Hauptbeitrag zum gewünschten Signal liefern. Besonders vorteilhaft können die Auswahlmuster des ersten Mikro¬ spiegelfeldes und des zweiten Mikrospiegelfeldes sogar im We- sentlichen vollständig komplementär zueinander sein. In vielen Fällen genügt es aber, wenn ein solches komplementäres Auswahlmuster in einem Teilbereich des Wellenlängenspektrums der Strahlung vorliegt, beispielsweise in einem den spektra- len Absorptionsbanden der Probe und/oder den Emissionsbanden der Probe entsprechenden Bereich.
Allgemein kann das Messverfahren so ausgestaltet sein, dass eine Umstellung des Emissionsmessgerätes für einen anderen Wellenlängenbereich der die Emission anregenden Strahlung und/oder einen anderen Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung ohne die Bewegung makroskopischer optischer Komponenten erfolgt. Dies kann insbesondere dadurch erreicht wer- den, dass die jeweils an die Probe anzupassende spektrale
Filterung nicht durch spektral selektive Absorptionsfilter, sondern durch digital ansteuerbare Mikrospiegelfeider erfolgt . Die beschriebene Filterung der spektralen Komponente durch das erste und/oder zweite Mikrospiegelfeld muss allgemein nicht binär als vollständige Selektion oder Deselektion einer gegebenen spektralen Komponente erfolgen. Es können vielmehr bei der Filterung vorteilhaft auch Graustufen eingestellt werden, so dass eine bestimmte spektrale Komponente also auch anteilig selektiert sein kann. Solche Graustufen bei der Fil¬ terung können auf unterschiedliche Weise realisiert werden:
Besonders vorteilhaft kann eine anteilige Selektion von vor- bestimmten spektralen Komponenten durch Selektion eines vorbestimmten Bruchteils der Mikrospiegel in einer der jeweili¬ gen spektralen Komponente zugeordneten Zeile oder Spalte eines zweidimensionalen ersten und/oder zweiten Mikrospiegel- feldes erfolgen. Mit anderen Worten können die spektralen Komponenten mit Hilfe des jeweils vorgeschalteten dispersiven Elements so auf ein zweidimensionales Mikrospiegelfeld ge¬ lenkt werden, dass jeweils die Zeilen oder Spalten des Spie¬ gelfeldes einer spektralen Komponente, also einem bestimmten Wellenlängenbereich entsprechen. Die jeweiligen Mikrospiegel einer solchen annähernd monochrom beleuchteten Zeile oder
Spalte müssen jedoch nicht zwangsläufig den gleichen Aktivie¬ rungszustand aufweisen. Zur Umsetzung einer anteiligen Selektion kann so auch eine vorbestimmte Teilmenge der Mikrospie- gel in einer solchen spektralen Untergruppe (sprich: Zeile oder Spalte) zu einer Selektion der entsprechenden spektralen Komponente beitragen. Die unterschiedlich geschalteten Mikro- spiegel einer solchen Untergruppe können dabei prinzipiell entweder nach Aktivierungszustand gruppiert oder auch räum¬ lich gemischt sein.
Bei einer alternativen Ausgestaltungsform kann eine anteilige Selektion einer spektralen Komponente auch durch eine schnell wiederholte zeitliche Änderung des Aktivierungszustandes der einzelnen Mikrospiegel erfolgen. Diese zeitliche Änderung kann beispielsweise periodisch und gleichzeitig für die Mik¬ rospiegel einer spektralen Untergruppe erfolgen. Der genaue Anteil der spektralen Selektion ist dann über das Verhältnis zwischen der Zeitdauer des aktivierten und des deaktivierten Zustands bestimmt.
Alternativ oder zusätzlich zu den beiden vorab beschriebenen Verfahren einer anteiligen Selektion für eine bestimmte spektrale Komponente kann auch eine Aufweichung der Selektion der Komponente durch die Unschärfe bei der Auffächerung des jeweiligen optischen Strahls in die verschiedenen spektralen Komponenten erfolgen. Auch hierdurch ergibt sich bei der praktischen Umsetzung in der Regel eine nicht ganz vollstän- dige Selektion oder Deselektion einer bestimmten spektralen Komponente, beispielsweise für die Konfiguration eines Kan¬ tenfilters in der Nähe der Kante, selbst wenn die zu einer bestimmten spektralen Komponente zugehörige Untergruppe voll¬ ständig selektiert oder deselektiert ist.
Bei dem Messverfahren kann es sich vorteilhaft um ein Verfahren zur spektral aufgelösten Messung der Lichtemission handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um ein Verfahren zur Abbildung einer räumlichen Verteilung der Lichtemis- sion handeln. Beispielsweise kann es sich um ein Verfahren zur Emissions-Mikroskopie handeln. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des Strahlengangs in einem Emissionsmessgerät nach einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
Figur 2 eine schematische Darstellung des Strahlengangs in einem Emissionsmessgerät nach einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer optischen Filter einheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel dar¬ stellt,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer optischen Filter einheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel dar¬ stellt,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer optischen Filter einheit nach einem fünften Ausführungsbeispiel dar¬ stellt und
Figur 6 eine schematische Darstellung einer optischen Filter einheit nach einem sechsten Ausführungsbeispiel dar¬ stellt.
In Figur 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Emissi- onsmessgeräts 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er¬ findung gezeigt. Das Emissionsmessgerät 1 ist hier als Fluo- reszenzspektrometer ausgestaltet, mit dem die spektrale Zu¬ sammensetzung des von einer Probe 5 emittierten Fluoreszenzlichtes gemessen werden kann. Das Emissionsmessgerät 1 weist eine Beleuchtungseinheit 7 und eine Detektionseinheit 35 auf, deren Komponenten jeweils in den zugeordneten Blöcken dargestellt sind. Weiterhin weist das Emissionsmessgerät 1 einen Probenbereich 3 auf, in dem die zu vermessende Probe 5 posi¬ tioniert werden kann. Die optischen Komponenten des Emissi- onsmessgerätes 1 werden im Folgenden im Wesentlichen entlang des optischen Strahlenverlaufs beschrieben. Die Beleuchtungs¬ einheit 7 dient insgesamt dazu, einen für die Bestrahlung der Probe 5 benötigten Anregungsstrahl 25 zur Verfügung zu stel- len. Hierzu wird von einer Strahlungsquelle 9 emittierte Strahlung 11 verwendet, wobei es sich bei dieser Strahlung um sichtbares Licht, Infrarotlicht oder auch ultraviolette
Strahlung handeln kann. Die emittierte Strahlung 11 wird nun über verschiedene optische Komponenten spektral gefiltert. Hierzu wird sie über eine Fokussiereinheit 13 auf ein erstes dispersives Element 15 gelenkt. Die Fokussiereinheit 13 dient zur Bündelung der Strahlung auf das erste dispersive Element 15. Wie in der Figur 1 schematisch gezeigt, kann diese Fokus- siereinheit 13 beispielsweise aus mehreren fokussierenden
Linsen 13a bestehen. Hierdurch wird die Strahlung 11 also auf das erste dispersive Element 15 gelenkt, und das Licht wird durch das dispersive Element 15 in seine spektralen Komponen¬ ten aufgefächert. Beispielhaft sind in der Figur 1 die Strah- lenverläufe für sechs verschiedene spektrale Komponenten λι bis λβ dargestellt. Nach dem ersten dispersiven Element 15 ist im Strahlengang der Beleuchtungseinheit 7 ein erstes Mik- rospiegelfeld 17 angeordnet. Dieses erste Mikrospiegelfeld 17 ist ein zweidimensionales Feld von digital ansteuerbaren Mik- rospiegeln, die zwischen zwei definierten Zuständen umgeschaltet werden können. Die Spiegel können also aktiviert oder deaktiviert sein, mit anderen Worten sie können auf ON oder OFF stehen. Durch das erste dispersive Element 15 wird die Strahlung spektral so aufgefächert, dass einzelne spek- trale Komponenten im Wesentlichen auf Spalten des Mikrospie- gelfeldes 17 fokussiert werden. Wie in Figur 1 dargestellt, können diese Spalten des Mikrospiegelfeldes 17 zu einzelnen deselektierten Bereichen 17a und selektierten Bereichen 17b zusammengefasst sein. Ein selektierter Bereich entspricht da- bei einem untereinander einheitlichen Spaltungszustand der Mikrospiegel . Der deselektierte Bereich 17a entspricht dann dem anderen Zustand der Mikrospiegel. Die auf den selektier¬ ten Teilbereich 17b auftreffenden Teilstrahlen werden im weiteren Strahlverlauf auf ein zweites dispersives Element 21 gelenkt. In der Figur 1 ist dieses Strahlenbündel mit %2 ge¬ kennzeichnet. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine feste Wellenlänge, sondern um einen Teilausschnitt des Wel¬ lenlängenspektrums der emittierten Strahlung 11. Die anderen spektralen Komponenten λι und λ3 bis λβ werden aus dem weiteren Strahlverlauf ausgekoppelt und beispielsweise auf hier nicht näher dargestellte Absorber oder sonstige Strahlungs¬ senken gelenkt. Ein Strahlblocker 19 sorgt dafür, dass mög- liehst wenig Streustrahlung auf anderen als den vorgesehenen Strahlungswegen zum zweiten dispersiven Element 21 gelangt. Im Zusammenspiel mit dem ersten dispersiven Element 15 wirkt das Mikrospiegelfeld 17 hier also als Bandpassfilter, durch den nur der Teilbereich des Spektrums %2 selektiert wird.
Durch das zweite dispersive Element 21 werden die auch in diesem Teilbereich %2 vorliegenden leicht unterschiedlichen Wellenlängen wieder zu einem gemeinsamen Anregungsstrahl 25 gebündelt. Eine zweite Fokussiereinheit 23 sorgt für ein räumlich gut definiertes Strahlprofil dieses Anregungsstrahls 25. Die Beleuchtungseinheit 7 weist also insgesamt eine opti¬ sche Filtereinheit auf, mit der die spektralen Eigenschaften des Anregungsstrahls 25 digital angesteuert eingestellt wer¬ den. Hierzu werden keine beweglichen optischen Absorptionsfilter benötigt.
Der aus der Beleuchtungseinheit 7 ausgekoppelte Anregungs¬ strahl ist im weiteren Verlauf mit 25a bezeichnet. Dieser weist nun im Wesentlichen die zweite spektrale Komponente %2 auf. Über einen Spiegel 27 und einen Strahlteiler 33 gelangt dieser Anregungsstrahl zu der zu vermessenden Probe 5, die in einem Probenbereich 3 des Messgerätes positioniert werden kann. In einem definierten Messungsbereich 29 wird diese Probe 5 also mit der vergleichsweise kurzwelligen spektralen Komponente %2 bestrahlt. Daraufhin emittiert die Probe 5 durch Fluoreszenz langwelligere Strahlung, beispielsweise mit den Komponenten λ3 bis λ5. Diesen Komponenten ist außerdem Streustrahlung mit der ursprünglichen Wellenlänge %2 überla¬ gert. Dieser Emissionsstrahl ist zusammenfassend mit dem Be¬ zugszeichen 31 gekennzeichnet. Er wird durch den Strahlteiler 33 hindurch und durch einen Eintrittsspalt 37 in die Detekti- onseinheit 35 eingekoppelt. Die Detektionseinheit 35 weist einen Strahlungsdetektor 47 auf und einige weitere optische Komponenten, die zusammen ebenfalls zur spektralen Filterung des eingekoppelten Emissionsstrahls 31a dienen. Zunächst be¬ wirkt eine dritte Fokussiereinheit 39 eine Bündelung des ein¬ gekoppelten Emissionsstrahls 31a auf ein drittes dispersives Element 41. Durch dieses dritte dispersive Element 41 wird auch hier die Strahlung gemäß ihrer verschiedenen spektralen Komponenten %2 bis λ5 aufgefächert. Die so aufgefächerte Strahlung gelangt also nach ihren spektralen Komponenten aufgeteilt auf verschiedene Spalten eines zweiten Mikrospiegel- feldes 43. Auch hier handelt es sich um ein zweidimensionales digital anzusteuerndes Mikrospiegelfeld, ähnlich wie das ers¬ te Mikrospiegelfeld 17 der Beleuchtungseinheit 7. Im gezeig¬ ten Ausführungsbeispiel ist das zweite Mikrospiegelfeld 43 so konfiguriert, dass ein von der zweiten spektralen Komponente %2 ausgeleuchtete Teilbereich ein deselektierter Teilbereich 43a ist. Die übrigen spektralen Komponenten λ3 bis λ5 treffen in einem selektierten Teilbereich 43b auf das zweite Mikrospiegelfeld 43 auf. Hierdurch werden die im Verhältnis zur spektralen Komponente %2 langwelligeren Komponenten des Fluo¬ reszenzlichts λ3 bis λ5 im weiteren Strahlverlauf in Richtung des Strahlungsdetektors 47 gelenkt. Zur besseren Fokussierung auf diesen Strahlungsdetektor 47 dient wiederum eine vierte Fokussiereinheit 45, beispielsweise eine Fokussierlinse . Die kurzwellige spektrale Komponente %2 dagegen wird aus dem wei¬ teren Strahlverlauf ausgekoppelt und beispielsweise auf eine hier nicht näher dargestellte Strahlungssenke gelenkt. Auch hier dient ein Strahlblocker 49 dazu, den Einfall von unerwünschtem Streulicht in den Bereich des Strahlungsdetektors 47 zu vermeiden. Innerhalb der Detektionseinheit 35 wirkt hier also das zweite Mikrospiegelfeld 43 zusammen mit dem dispersiven Element 41 als spektraler Filter, mit dem die spektralen Komponenten des Anregungslichtstrahls %2 herausge¬ filtert werden können. Zumindest im Teilbereich der spektralen Komponente %2 und der langwelligeren Komponenten λ3 bis λ5 sind also das erste Mikrospiegelfeld 17 und das zweite Mikro- spiegelfeld 43 komplementär zueinander konfiguriert. Durch die spektrale Filterung innerhalb der Detektionseinheit 35 wird erreicht, dass die kurzwellige spektrale Komponente %2 die Messung der langwelligeren Komponenten λ3 bis λ5 mit dem Strahlungsdetektor 47 nicht überstrahlt.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 werden die zu vermessenden spektralen Komponenten λ3 bis λ5 gleichzeitig auf den Strahlungsdetektor 47 gelenkt. Es handelt sich hier zweckmäßig um einen pixelierten Detektor, mit dem diese einzelnen spektralen Komponenten ortsaufgelöst gemessen werden können. Somit eignet sich das Messgerät dieses ersten Ausführungsbeispiels als Emissionsspektrometer . Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform, bei der die einzelnen spektralen Komponenten %2 bis λ5 gleichzeitig gemessen werden, können diese spektralen Komponenten auch zeitlich nacheinander durch das zweite Mik- rospiegelfeld 43 selektiert werden und so nacheinander auf den Strahlungsdetektor 47 gelenkt werden. Ferner kann es sich bei dem Strahlungsdetektor 47 auch zweckmäßig um einen einzelnen Detektorkanal handeln, der nicht ortsaufgelöst, son¬ dern zeitlich versetzt die verschiedenen spektralen Anteile misst. Hierzu wird das zweite Mikrospiegelfeld 43 dann als Bandpassfilter mit zeitlich variabler Wellenlängeneinstellung betrieben .
In Figur 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Emissi¬ onsmessgerätes 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Ähnliche oder gleichwirkende Komponenten sind hierbei mit denselben Bezugszeichen wie in der Figur 1 versehen. Auch hier wird ein Anregungsstrahl 25 aus einer Beleuchtungseinheit 7 ausgekoppelt und auf eine zu vermessende Probe 5 gelenkt. Von dort wird die durch die Probe emittierte Strahlung durch den Eintrittsspalt 37 in eine Detektionsein- heit 35 eingekoppelt, worin sie von einem Strahlungsdetektor 47 vermessen wird. Die wesentlichen Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel liegen in der Konfiguration der beiden Mikrospiegelfeider 17 und 43. Das erste Mikrospiegelfeld 17 wirkt hier zusammen mit dem ersten dispersiven Element 15 als Multipassfilter . Es liegen drei einzelne selektierte Teilbe¬ reiche 17b vor, innerhalb derer die Mikrospiegel die auftref¬ fende Strahlung weiter in Richtung des zweiten dispersiven Elementes 21 ablenken. Aus dem relativ breiten Spektrum der von der Strahlungsquelle 9 emittierten Strahlung 11 werden so drei unterschiedliche Wellenlängenbänder entsprechend den drei spektralen Komponenten Xir X3 und λ5 selektiert. Die üb- rigen hier schematisch gezeigten Komponenten λ2, λ4 und Χβ werden dagegen aus dem Strahlengang ausgekoppelt. Durch das zweite dispersive Element 21 werden hier die drei selektier¬ ten Wellenlängenkomponenten Xir X3 und λ5 wieder zu einem gemeinsam verlaufenden Anregungsstrahl 25 gebündelt. Der aus der Beleuchtungseinheit 7 ausgekoppelte Anregungsstrahl 25a wird auf die Probe 5 gelenkt, in der durch die drei spektra¬ len Komponenten des Anregungsstrahls unterschiedliche Emissi¬ onsmechanismen angeregt werden können. So können beispielsweise durch die verschiedenen spektralen Komponenten Xir X3 und λ5 verschiedene chemische Bestandteile der Probe 5 in der Art einer Mehrkanal-Anregung zur Emission angeregt werden. Dabei können über das digital ansteuerbare erste Mikrospie- gelfeld die spektralen Komponenten gezielt auf zu untersu¬ chende chemische Verbindungen angepasst werden. Beispielswei- se kann die Probe 5 drei unterschiedliche Komponenten enthal¬ ten, die durch die drei spektralen Komponenten des Anregungsstrahls 25a jeweils zu einer leicht langwellig verschobenen Fluoreszenz angeregt werden können. So kommt es zu einer Lichtemission mit drei neuen spektralen Komponenten λ2, λ4 und Χβ · Der so gebildete Emissionsstrahl 31 kann dann wiede¬ rum den Strahlteiler 33 und den Eintrittsspalt 37 in die De- tektionseinheit 35 eingekoppelt werden. Den spektralen Kompo¬ nenten der Emission λ2, λ4 und Χβ sind auch in diesem Beispiel die spektralen Komponenten der Anregung Xir X3 und λ5 als ge- streute Strahlungsanteile überlagert. Diese Komponenten sind jedoch im Emissionsstrahl 31 der Übersichtlichkeit halber nicht mit eingezeichnet.
Auch hier weist die Detektionseinheit 35 ein drittes disper- sives Element 41 und ein zweites Mikrospiegelfeld 43 auf, die zusammen eine spektrale Filterung des eingekoppelten Emissionsstrahls 31a bewirken. Die drei spektralen Komponenten λ2, λ4 und Χβ der emittierten Strahlung können beispielsweise nacheinander durch das zweite Mikrospiegelfeld 43 selektiert werden. Die in Figur 2 gezeigte Konfiguration entspricht einer Selektion der spektralen Komponente λ4, wobei die übrigen Komponenten λ2 und λβ durch nicht selektierte Bereiche 43a des zweiten Mikrospiegelfeldes 43 aus dem weiteren
Strahlverlauf ausgekoppelt werden. Der Übersichtlichkeit hal¬ ber sind in der Figur 2 die spektralen Komponenten Xir λ und λ5 des Anregungslichtstrahls nicht mehr innerhalb der Detek- tionseinheit 35 dargestellt. Auch hier können jedoch Teile des Anregungslichtstrahls beispielsweise durch Lichtstreuung in die Detektionseinheit 35 gelangen und können durch eine Anpassung der Konfiguration des zweiten Mikrospiegelfeldes 43 ebenfalls auch dem weiteren Strahlverlauf ausgekoppelt wer¬ den, so dass auch diese Komponenten des Anregungslichtstrahls nicht bis zum Strahlungsdetektor 47 gelangen. Die von Strahlungsdetektor 47 zu vermessenden spektralen Komponenten λ2, λ4 und λβ können auch hier prinzipiell entweder gleichzeitig oder nacheinander auf den Strahlungsdetektor 47 gelenkt werden. Alternativ zu den hier dargestellten Ausführungsbeispie- len können solche Emissionsmessgeräte 1 auch als abbildende
Messgeräte betrieben werden. Hierzu kann innerhalb der Detektionseinheit 35 dem zweiten Mikrospiegelfeld 43 jeweils ein weiteres dispersives Element nachgeschaltet sein, welches die selektierten spektralen Komponenten des Emissionsstrahls wie- derum zu gemeinsamen Teilstrahlen bündelt, wodurch auf dem
Strahlungsdetektor 47 ein räumliches Abbild einer Oberfläche der Probe 5 erzeugt werden kann.
In den folgenden vier Figuren werden vier weitere Ausfüh- rungsbeispiele dargestellt, die jedoch keine vollständigen
Emissionsmessgeräte zeigen, sondern einzelne optische Filter¬ einheiten 51, die ähnlich wie in den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen als optische Filtereinheiten in der Beleuchtungseinheit und/oder der Detektionseinheit zum Einsatz kommen können. Dabei zeigen die Figuren 3 bis 6 jeweils gleichartige optische Komponenten, die Ansteuerung des Mikro¬ spiegelfeldes 17 ist jedoch unterschiedlich ausgestaltet. So zeigt die Figur 3 eine optische Filtereinheit 51, bei der die Strahlung eines Eingangsstrahls 53 spektral selektiert wird. So kann ein Ausgangsstrahl 55 mit einer einstellbaren spektralen Zusammensetzung erzeugt werden. Der Eingangsstrahl wird durch eine Fokussiereinheit 13 auf ein erstes dispersi- ves Element 15 gelenkt. Durch dieses dispersive Element 15 wird die Strahlung in ihre einzelnen spektralen Komponenten, hier beispielhaft durch λι bis λβ dargestellt, aufgefächert. Die Teilstrahlen dieser einzelnen spektralen Komponenten treffen auf ein Mikrospiegelfeld 17, dessen Mikrospiegel mehrheitlich einen selektierenden Schaltungszustand aufweisen. Flankiert von zwei selektierten Teilbereichen 17b ist ein einzelner deselektierter Teilbereich 17a eingestellt, in dem die zugehörigen Mikrospiegel die auftreffende Strahlung aus dem weiteren Strahlengang und somit auch dem Ausgangsstrahl 55 auskoppeln. Dieser deselektierte Teilbereich 17a wird von der Strahlung entsprechend der fünften spektralen Komponente λ5 betreffen. Die übrigen spektralen Komponenten λι bis λ4 und λβ werden anschließend durch das zweite disper- sive Element 21 wieder zu einem gemeinsamen Ausgangsstrahl 55 gebündelt, dessen spektrale Zusammensetzung nun um die dese¬ lektierte spektrale Komponente λ5 reduziert ist. In Summe handelt es sich bei der gezeigten Konfiguration also um einen Bandsperrfilter. Bei dem Einsatz der optischen Filtereinheit 51 in einer Detektionseinheit kann das zweite dispersive Ele¬ ment 21 auch entfallen, wenn die verschiedenen spektralen Anteile vor der Detektion nicht mehr in einem gemeinsamen optischen Strahl gebündelt werden müssen. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsbeispiels der optischen Filtereinheiten 51.
Figur 4 zeigt eine weitere optische Filtereinheit 51 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Filtereinheit 51 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Aus- führungsbeispiel durch die Konfiguration des Mikrospiegelfel- des 17. Hier ist das Mikrospiegelfeld 17 so geschaltet, dass sich nur ein einzelner selektierter Teilbereich 17b flankiert von zwei großflächigen deselektierten Teilbereichen 17a ergibt. Es wird hier also nur ein relativ kleiner Ausschnitt des Spektrums des Eingangsstrahls 53 zum Ausgangsstrahl 55 hindurch gefiltert. Im schematisch gezeigten Beispiel der Figur 4 ist dies die beispielhafte spektrale Komponente %2 aus der Menge der ursprünglichen spektralen Komponenten λι bis λβ · Die übrigen spektralen Komponenten λι und λ3 bis λβ werden durch die deselektierten Teilbereiche 17a des Mikrospiegel- feldes 17 auf eine hier nicht gezeigte Strahlungssenke ge¬ lenkt und stehen somit für den Ausgangsstrahl 55 nicht mehr zur Verfügung. So kann auf einfache Weise ein Bandpassfilter konfiguriert werden.
Die Figur 5 zeigt ein ähnliches optisches Filterelement 51 in einer weiteren beispielhaften Konfiguration. Hier wirkt das Mikrospiegelfeld 17 zusammen mit den dispersiven Elementen 15 und 21 als Kantenfilter, wobei Strahlung mit Wellenlängen unterhalb einer spektralen Kante 17c hindurch gelassen wird. Das Mikrospiegelfeld 17 weist also nur einen selektierten Teilbereich 17b und einen deselektierten Teilbereich 17a auf, wobei der selektierte Teilbereich 17b den kürzerwelligen spektralen Komponenten λι bis λ3 zugeordnet ist. Entsprechend werden diese kürzerwelligen Komponenten λι bis λ3 zusammen zum Ausgangsstrahl 55 vermischt. Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer opti¬ schen Filtereinheit 51, die wiederum als optischer Kantenfilter konfiguriert ist. Auch hier bildet eine Kante 17c die Trennlinie zwischen einem deselektierten Teilbereich 17a und einem selektierten Teilbereich 17b des Mikrospiegelfeldes . In diesem Beispiel entspricht der selektierte Teilbereich 17b den längerwelligen Komponenten λ4 bis λβ des Eingangsstrahls 53, so dass das optische Filterelement insgesamt als Lang¬ passfilter wirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Emissionsmessgerät (1) mit
- einem Probenbereich (3) ,
- einer Beleuchtungseinheit (7) zur Bestrahlung einer im Probenbereich (3) positionierbaren Probe (5) und
- einer Detektionseinheit (35) zur Detektion der von der Pro¬ be (5) emittierten Strahlung (31) mit einem Strahlungsde¬ tektor (47),
wobei die Beleuchtungseinheit (7)
- eine Strahlungsquelle (9),
- ein in Strahlrichtung nach der Strahlungsquelle (9) angeordnetes erstes dispersives Element (15) zur Zerlegung der Strahlung in ihre spektralen Komponenten (λχ-λδ) ,
- ein in Strahlrichtung nach dem ersten dispersiven Element
(15) angeordnetes erstes Mikrospiegelfeld (17) zur Selekti¬ on von spektralen Komponenten (λ2) und
- ein in Strahlrichtung nach dem ersten Mikrospiegelfeld (17) angeordnetes zweites dispersives Element (21) zur Vereini- gung der selektierten spektralen Komponenten (λ2) in einem gemeinsamen Anregungsstrahl (25)
aufweist .
2. Emissionsmessgerät (1) nach Anspruch 1, bei dem die Be- leuchtungseinheit (7) wenigstens eine Fokussiereinheit (13,
23) aufweist, die in Strahlrichtung zwischen Strahlungsquelle (9) und erstem dispersivem Element (15) angeordnet ist und/oder die in Strahlrichtung zwischen zweitem dispersivem Element (21) und Probenbereich (3) angeordnet ist.
3. Emissionsmessgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Detektionseinheit (35)
- ein in Strahlrichtung nach dem Probenbereich (3) angeordnetes drittes dispersives Element (41) zur Zerlegung der emittierten Strahlung (31) in ihre spektralen Komponenten
(λ2-λ5) , - ein in Strahlrichtung nach dem dritten dispersiven Element (41) angeordnetes zweites Mikrospiegelfeld (43) zur Selek¬ tion einzelner spektraler Komponenten (λ3~λ5) und
- einen in Strahlrichtung nach dem zweiten Mikrospiegelfeld (43) angeordneten Strahlungsdetektor (47) aufweist.
4. Emissionsmessgerät (1) nach Anspruch 3, bei dem die Detek- tionseinheit (35) wenigstens eine Fokussiereinheit (39, 45) aufweist, die in Strahlrichtung zwischen Probenbereich (3) und drittem dispersivem Element (41) angeordnet ist und/oder die in Strahlrichtung zwischen zweitem Mikrospiegelfeld (43) und Strahlungsdetektor (47) angeordnet ist.
5. Emissionsmessgerät (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, bei dem der Strahlungsdetektor (47) nur einen einzelnen Sensorkanal aufweist.
6. Emissionsmessgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Strahlungsdetektor (47) ein ein- oder zweidimen- sionales pixeliertes Sensorfeld aufweist.
7. Emissionsmessgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Beleuchtungseinheit (7) und/oder die Detektionseinheit (35) frei von spektral selektierenden opti- sehen Absorptionsfiltern ist.
8. Verfahren zur Messung von Lichtemission mit einem Emissionsmessgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch die Selektion der spektralen Zusammen- setzung des Anregungsstrahls (25) mittels Aktivierung
und/oder Deaktivierung der einzelnen Mikrospiegel des ersten Mikrospiegelfeldes (17).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem durch das erste Mikro- spiegelfeld (17) eine einzelne zusammenhängende Teilmenge spektraler Komponenten der Strahlung selektiert wird und die übrige Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird oder bei dem durch das erste Mikrospiegelfeld (17) eine einzelne zusammenhängende Teilmenge spektraler Komponenten der Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird und die übrige Strahlung selektiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem durch das erste Mikro- spiegelfeld (17) alle kurzwelligen spektralen Komponenten der Strahlung bis zu einem festgelegten Schwellwert der Wellenlänge selektiert werden und die übrige Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird
oder
bei dem durch das erste Mikrospiegelfeld (17) alle lang¬ welligen spektralen Komponente oberhalb eines festgelegten Schwellwerts der Wellenlänge selektiert werden und die übrige Strahlung aus dem Strahlengang ausgekoppelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die von der Probe emittierte Strahlung mittels eines in der De- tektionseinheit angeordneten zweiten Mikrospiegelfeldes mit- tels Aktivierung und/oder Deaktivierung der einzelnen Mikro- spiegel spektral selektiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenspektrums der Strahlung ein Aus- wahlmuster der durch das erste Mikrospiegelfeld (17) selektierten spektralen Komponenten zu einem Auswahlmuster der durch das zweite Mikrospiegelfeld (43) selektierten spektra¬ len Komponenten komplementär ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem eine Umstellung des Emissionsmessgeräts (1) für einen anderen Wel¬ lenlängenbereich der die Emission anregenden Strahlung und/oder einen anderen Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung ohne die Bewegung makroskopischer optischer Kompo- nenten erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem eine anteilige Selektion von vorbestimmten spektralen Komponenten durch ein wiederholtes Umschalten zwischen einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand von Spiegeln des ersten und/oder zweiten Mikrospiegelfeldes (17,43) erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem eine anteilige Selektion von vorbestimmten spektralen Komponenten durch Selektion eines vorbestimmten Bruchteils der Mikrospie- gel in einer der jeweiligen spektralen Komponente zugeordneten Zeile oder Spalte eines zweidimensionalen ersten und/oder zweiten Mikrospiegelfeldes (17,43) erfolgt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018200646A1 (de) * 2018-01-16 2019-07-18 Berthold Technologies Gmbh & Co. Kg System zum Messen optischer Eigenschaften von Proben
DE102018124345A1 (de) * 2018-10-02 2020-04-02 Krohne Messtechnik Gmbh Spektrometer und Verfahren zum Analysieren einer Lichtprobe mittels eines Spektrometers
DE102020131374A1 (de) 2020-11-26 2022-06-02 Dionex Softron Gmbh Fluoreszenzdetektion

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7228917B2 (ja) * 2018-01-02 2023-02-27 キングス カレッジ ロンドン 局在化顕微鏡法のための方法及びシステム
CN108344714B (zh) * 2018-01-16 2020-07-31 东南大学 基于有序多孔纳米结构薄膜干涉效应的生物检测仪及其进行生物分子检测的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0548830B1 (de) 1991-12-20 1997-03-12 Texas Instruments Incorporated Spektrometer mit räumlichen Lichtmodulator
US6459484B1 (en) * 1999-10-21 2002-10-01 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning optical apparatus
US20070146700A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Kowarz Marek W Programmable spectral imaging system
DE102007002583A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Optische Anordnung und Verfahren zum Steuern und Beeinflussen eines Lichtstrahls
DE102009043745A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-07 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Spektraldetektor mit variabler Filterung durch räumliche Farbtrennung und Laser-Scanning- Mikroskop

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046808A (en) * 1999-04-09 2000-04-04 Three Lc, Inc. Radiation filter, spectrometer and imager using a micro-mirror array
US7508506B2 (en) * 2006-04-04 2009-03-24 Custom Sensors And Technology Method and apparatus for performing spectroscopy downhole within a wellbore
JP2010054391A (ja) * 2008-08-29 2010-03-11 Nano Photon Kk 光学顕微鏡、及びカラー画像の表示方法
JP2010128473A (ja) * 2008-12-01 2010-06-10 Olympus Corp 分散素子及び分散素子を備える光学機器
JP5736970B2 (ja) * 2011-05-30 2015-06-17 株式会社島津製作所 分光素子の同期駆動方法及び同期駆動装置、並びにクロマトグラフ用検出器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0548830B1 (de) 1991-12-20 1997-03-12 Texas Instruments Incorporated Spektrometer mit räumlichen Lichtmodulator
US6459484B1 (en) * 1999-10-21 2002-10-01 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning optical apparatus
US20070146700A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Kowarz Marek W Programmable spectral imaging system
DE102007002583A1 (de) * 2006-11-03 2008-05-08 Leica Microsystems Cms Gmbh Optische Anordnung und Verfahren zum Steuern und Beeinflussen eines Lichtstrahls
DE102009043745A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-07 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Spektraldetektor mit variabler Filterung durch räumliche Farbtrennung und Laser-Scanning- Mikroskop

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018200646A1 (de) * 2018-01-16 2019-07-18 Berthold Technologies Gmbh & Co. Kg System zum Messen optischer Eigenschaften von Proben
DE102018124345A1 (de) * 2018-10-02 2020-04-02 Krohne Messtechnik Gmbh Spektrometer und Verfahren zum Analysieren einer Lichtprobe mittels eines Spektrometers
DE102018124345B4 (de) 2018-10-02 2023-02-23 Krohne Messtechnik Gmbh Spektrometer und Verfahren zum Analysieren einer Lichtprobe mittels eines Spektrometers
DE102020131374A1 (de) 2020-11-26 2022-06-02 Dionex Softron Gmbh Fluoreszenzdetektion
DE102020131374B4 (de) 2020-11-26 2024-02-08 Dionex Softron Gmbh Fluoreszenzdetektion

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