發(fā)射和透射光譜儀的制作方法

發(fā)射和透射光譜儀的制作方法
【專利摘要】在此介紹了一種新穎的發(fā)射和透射光譜儀，該光譜儀能夠?qū)τ袡C(jī)的、無機(jī)的或聚合物的化學(xué)成分的固體或液體樣品進(jìn)行光學(xué)詢問以供藥物研究、取證和液體分析，該光譜儀用于化學(xué)藥品的鑒定、純度檢查、和/或結(jié)構(gòu)研究。該系統(tǒng)的有益方面為：限制在該光譜儀外殼的壁內(nèi)的單個(gè)樣品區(qū)室、更緊湊的附件、以及在多個(gè)所設(shè)計(jì)的樣品點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射（例如，拉曼和熒光）和紅外線（IR、NIR）傳輸測量兩者的能力。
【專利說明】發(fā)射和透射光譜儀
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)型科學(xué)儀器領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種被配置成在用于鑒定樣品的化學(xué)成分的裝置的外殼內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射(例如，拉曼和熒光)和透射光譜法的光學(xué)儀器。
相關(guān)技術(shù)討論
[0002]發(fā)射(例如，拉曼)和紅外線(IR)透射光譜法是(如果適當(dāng)安排)能夠?qū)σ粋€(gè)給定樣品的完整振動(dòng)光譜進(jìn)行測量的互補(bǔ)技術(shù)。目前，傳輸和發(fā)射光譜學(xué)可以在標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)儀器上進(jìn)行，其中，(例如)傅里葉變換紅外(FT-1R)部分主要作為透射儀器建立，但是由于樣品區(qū)室區(qū)域內(nèi)的空間限制，發(fā)射光譜法部分(例如，包括FT拉曼)經(jīng)常配置有光源或通過一個(gè)或多個(gè)附件單元被安排在該儀器的外殼外部的樣品。然而這樣導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)附件可能相當(dāng)笨重并且需要使用者將樣品從一個(gè)采樣區(qū)室搬到另一個(gè)用于測量單個(gè)樣品的透射和發(fā)射光譜。
[0003]通過聯(lián)接在該儀器的外殼外部的附件克服了樣品區(qū)室空間限制的系統(tǒng)的背景信息在1996年3月12日頒發(fā)給加斯特(Gast)等人的標(biāo)題為“具有允許內(nèi)部和外部輻射端口的可交換進(jìn)入和退出端口的傅里葉光譜儀”美國專利號5，499，095中做了描述和聲明，包括如下內(nèi)容:“然而存在多種不能在這些標(biāo)準(zhǔn)樣品制備手段的幫助下制備的物質(zhì)。其中包括的為多種氣體樣品、必須冷卻或加熱的樣品、或尺寸對于樣品區(qū)域太大的樣品。為了用分光法測定這種類型的樣品，有必要利用適當(dāng)?shù)母郊?，樣品可以被安排在該附件中或上，并且測量光束借助于該附件可以被引入到該樣品上。因?yàn)橛捎诳臻g限制這樣的附件不能被容納在光譜儀光學(xué)器件的樣品區(qū)域中，所以有必要將其定位在該光譜儀外殼的外面，由此，該測量光束被引導(dǎo)到該光譜儀光學(xué)器件外?！?br> [0004]使用可移動(dòng)的部件但是固定樣品位置的組合式紅外/拉曼顯微鏡系統(tǒng)的背景信息在1998年11月24日頒發(fā)給Sostek等人的標(biāo)題為“提供樣品的組合式紅外和拉曼分析的光學(xué)儀器”的專利號5，841，139，包括下列內(nèi)容:“本發(fā)明提供了如下的能力:在相同的顯微鏡上對相同樣品進(jìn)行顯微的紅外分析和顯微的拉曼光譜法，而一旦樣品被設(shè)置好用于分析后就不虛移動(dòng)該樣品。”
[0005]相應(yīng)地，對于改進(jìn)的光譜儀存在著需要，該光譜儀可以提供透射和發(fā)射(例如，拉曼和熒光)光譜法，如被配置成用于在外殼的限制內(nèi)接收一個(gè)更緊湊的附件的單個(gè)樣品區(qū)室所規(guī)定的。本發(fā)明是針對這種需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對用于透射和發(fā)射光譜法中的光學(xué)儀器，該儀器包括:光譜儀外殼，具有安置在所述光譜儀外殼的多個(gè)壁內(nèi)的單個(gè)樣品區(qū)室；聯(lián)接到該單個(gè)樣品區(qū)室的附件，該附件進(jìn)一步包括激勵(lì)源，該激勵(lì)源被配置成用于從聯(lián)接到第一樣品平臺(tái)位置的樣品產(chǎn)生發(fā)射；第二樣品平臺(tái)位置，從該第一樣品平臺(tái)位置偏移以便被配置成用于紅外(IR)透射操作；紅外(IR)輻射源；干涉儀，被適配成沿著所設(shè)計(jì)的光路以便對該發(fā)射或者從該紅外線(IR)輻射源接收的光進(jìn)行調(diào)制；第一光學(xué)元件，被配置成沿著所設(shè)計(jì)的光路將接收到的發(fā)射引導(dǎo)到發(fā)射檢測器，或被配置成沿著所設(shè)計(jì)的光路引導(dǎo)該紅外(IR)光源；以及第二光學(xué)元件，被配置成接收穿過聯(lián)接到該第二平臺(tái)位置的樣品透射的被引導(dǎo)的紅外線(IR)光，并進(jìn)一步被適配成將從其透射穿過的該紅外(IR)光引導(dǎo)到一個(gè)或多個(gè)紅外(IR)探測器。附圖簡要說明
[0007]圖1根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面示出了一個(gè)光譜儀的透視圖。
[0008]圖2示出了如圖1中所示的透射光學(xué)安排的更概括的圖解。
[0009]圖3示出了如圖1中所示的發(fā)射光學(xué)安排的更概括的圖解。
[0010]圖4示出了如圖1中所示的拉曼附件發(fā)射光學(xué)安排的更詳細(xì)的圖解。
詳細(xì)說明
[0011]在本發(fā)明的說明書中，除非隱含或明確地理解或另外地陳述，應(yīng)理解一個(gè)以單數(shù)出現(xiàn)的詞語涵蓋它的相對應(yīng)的復(fù)數(shù)，并且以復(fù)數(shù)出現(xiàn)的詞語涵蓋它的相對應(yīng)的單數(shù)。另外，除非隱含或明確地理解或另外地陳述，應(yīng)理解在此描述的任何給定的部件或?qū)嵤├υ摬考谐龅娜魏慰赡艿暮蜻x或替代物可總體上被單獨(dú)使用或者彼此組合使用。此外，應(yīng)當(dāng)了解如在此示出的圖不一定是按照比例繪制的，其中這些元件中的一些可能僅僅是為了本發(fā)明的清晰而繪制出。并且，參考數(shù)字在各圖中可能重復(fù)，以示出多個(gè)對應(yīng)的或類似的元件。另外，除非隱含或明確地理解或另外地陳述，應(yīng)理解這樣的候選或替代物的任何列表僅僅是說明性的，并不是限制的。此外，除非另外指示，否則在說明書和權(quán)利要求中使用的表示組成部分、組成成分、反應(yīng)條件等等的數(shù)量的數(shù)字應(yīng)被理解為是由術(shù)語“大約”修飾的。
[0012]因此，除非相反地指示，否則在本說明書和所附權(quán)利要求書中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，可取決于試圖通過在此呈現(xiàn)`的主題來獲得的所需要的特性而不同。至少，并且不是試圖限制等價(jià)物原則對本權(quán)利要求范圍的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)報(bào)告的有效位數(shù)的數(shù)字并且通過應(yīng)用尋常的舍入技術(shù)來解釋每個(gè)數(shù)值參數(shù)。盡管闡述在此呈現(xiàn)的主題的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體實(shí)例中闡述的數(shù)值是盡可能準(zhǔn)確地報(bào)告的。然而，任何數(shù)值本質(zhì)上就包含了必然由它們相應(yīng)的測試測量中所存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差引起的某些誤差。
具體說明
[0013]圖1示出了一個(gè)示例性光譜儀光學(xué)安排的有益的平面圖，該安排可以被配置成以一個(gè)至少0.125CHT1的光譜分辨率在遠(yuǎn)IR中150-400CHT1、在中IR中400-4000CHT1、和在近IR中^OO-lOOOOcnT1的紅外線光譜范圍內(nèi)并且在一個(gè)拉曼附件的幫助下進(jìn)行測量，在從約50-4000^1的光譜范圍中以一個(gè)好于約.ScnT1的光譜分辨率測量拉曼信號。然而要注意的是，圖1展示了光學(xué)部件和路徑更少的細(xì)節(jié)(如參考數(shù)字10所大體指定的)，但是根據(jù)本發(fā)明的原則概括總體上示出了一種或多種配置的多個(gè)有益方面。
[0014]從而光譜儀10在該光譜儀10的外殼I內(nèi)總體包括:一個(gè)調(diào)制器(例如但不限于邁克耳孫干涉儀12 (如在虛線框中有下劃線的參考字符所表示的))、一個(gè)樣品區(qū)室16 (也用虛線框內(nèi)有下劃線的參考字符所表示)、安置于一個(gè)發(fā)射檢測器20 (優(yōu)選地，一個(gè)拉曼檢測器，例如，一個(gè)液氮冷卻的NXR Genie鍺檢測器)和一個(gè)主工作臺(tái)照明源18 (例如，一個(gè)紅外源(IR))之間的一個(gè)第一光學(xué)定向裝置17，以及一個(gè)安置在一個(gè)或多個(gè)主工作臺(tái)發(fā)射檢測器24和24’之間的一個(gè)第二光學(xué)定向裝置23。
[0015]要理解的是，在圖1中未描繪但包括在該安排中的是一個(gè)或多個(gè)印刷電路板，這些印刷電路板包含常規(guī)的光譜儀電子設(shè)備，比如電源、信號處理電路、控制電路等，包括各種分立部件、許多有線路由、以及若干個(gè)集成電路(1C)，包括一個(gè)用于根據(jù)操作者的輸入對光譜儀的操作進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)(未示出)。同樣在圖1中未示出的是多種外部光學(xué)安排，這些光學(xué)安排要使額外的有益技術(shù)能夠包括但不僅僅限于近紅外(NIR)和氣相色譜(GC)的聯(lián)用附件(未示出)。
[0016]但是在圖1中清楚地示出了這種附件安排是一個(gè)在其中被配置成從上游部件(例如，源18和調(diào)制器12)接受已調(diào)制的輻射的衰減式全內(nèi)反射(ATR)附件52。從而已調(diào)制的能量被一個(gè)經(jīng)配置的物鏡(未示出)聚焦到到一個(gè)樣品平面處的一個(gè)樣品，該樣品平面與一個(gè)鍺半球(未示出)的底部接觸，該鍺半球通常是一個(gè)ATR組件52。從該鍺半球和一個(gè)樣品(在該上下文中未示出)之間的接口反射的射線可以被(例如)回轉(zhuǎn)鏡41重定向，并被成像到一個(gè)檢測器平面(未示出)，這對應(yīng)于樣品的成像。因此，由于Ge的折射率(n=4)提供了紅外顯微鏡的標(biāo)稱放大率之上的額外放大率，Ge ATR技術(shù)使得本文的一個(gè)實(shí)施例能夠從比如一個(gè)2.5X2.5微米樣品面積的區(qū)域收集光譜。重點(diǎn)說明，安置在該外殼I內(nèi)的該回轉(zhuǎn)鏡安排41使得(當(dāng)希望時(shí))能夠輸入/輸出光束，例如上面簡單論述的ATR、GC、或NIR示例性實(shí)施例。
[0017]同樣在圖1中未示出但需要討論的是一個(gè)激光器(例如，一個(gè)氦氖激光器)，該激光器是由一個(gè)激光器電源提供能量，用于將一個(gè)參考激光束引導(dǎo)穿過并離開調(diào)制器12的經(jīng)配置的光束分離器。具體地，該參考激光束在提供正弦波時(shí)作為一個(gè)位置時(shí)鐘運(yùn)行以確定如圖1所示的反射鏡32、33之間的零交叉、或零程差(ZH))。由該參考激光束提供的參考正弦波被用于觸發(fā)信號檢測和用于產(chǎn)生受詢問的一個(gè)或多個(gè)樣品的干涉圖的處理電路。參考激光束相位的精確確定允許對于可移動(dòng)部件位置的精確確定，以便在任何希望的檢測器位置對光束波形的精確采樣，如下所述。
[0018]回到對圖1的討論，為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)干涉圖數(shù)據(jù)，調(diào)制器12可以被配置成一個(gè)掃描式邁克耳孫FTIR干涉儀，該邁克爾孫干涉儀具有一個(gè)給定的伺服控制系統(tǒng)(未示出)，該伺服控制系統(tǒng)被令人希望地配置成以一個(gè)穩(wěn)定的速率來移動(dòng)這些掃描部分，比如，相位返回反射鏡32和33中的一個(gè)或兩者。使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)將速率誤差最小化，以便當(dāng)希望最佳性能時(shí)通過一個(gè)動(dòng)態(tài)速率控制伺服系統(tǒng)校正外部振動(dòng)，比如但不限于人移動(dòng)、大聲交談和噪聲產(chǎn)生設(shè)備。
[0019]在討論本發(fā)明的有益?zhèn)鬏敺矫鏁r(shí)，當(dāng)主工作臺(tái)照明源18被配置成一個(gè)紅外源(IR、NIR)(將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述),所得的福射作為一個(gè)會(huì)聚光束(未不出)通過第一光學(xué)定向裝置17被引導(dǎo)穿過一個(gè)系統(tǒng)孔徑36 (也將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述)并被一個(gè)準(zhǔn)直鏡38接收。該IR源本身可以是從任何在本領(lǐng)域中使用的慣用的或常規(guī)的已知源中選擇的一個(gè)燈具或一個(gè)受熱的紅外源，比如不限于導(dǎo)線、金屬或陶瓷元件，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，它們被加熱以發(fā)射連續(xù)的光輻射帶并被聯(lián)接到該源的外殼(由參考字符18大體地示出)。被反射鏡38 (例如，一個(gè)準(zhǔn)直鏡)反射的IR束被朝向調(diào)制器12的光束分離器(不可識(shí)別)引導(dǎo)。
[0020]此后，透射通過以及被調(diào)制器12的該光束分離器反射的IR束的多個(gè)部分在該光束分離器被重組合，并被作為一個(gè)準(zhǔn)直光束引導(dǎo)到一個(gè)平面鏡40。反射鏡40將該IR束引導(dǎo)到一個(gè)被配置在一個(gè)平臺(tái)(未示出)上接受詢問的樣品46。該IR詢問光束通常是通過一個(gè)反射鏡50 (例如，一個(gè)拋物面反射鏡)實(shí)現(xiàn)的會(huì)聚光束。該樣品被安置在一個(gè)樣品腔(即，區(qū)室16)內(nèi)并通過該樣品平臺(tái)(未示出)保持就位。穿過該樣品46之后，發(fā)散的示例IR束入射在第二光學(xué)定向裝置23上(例如，如下文詳細(xì)說明的拋物面反射鏡)，該第二光學(xué)定向裝置取決于波長靈敏度將該IR束引導(dǎo)并聚焦到一個(gè)或多個(gè)IR監(jiān)測器24和24’上，額外地聯(lián)接至并集合到希望的電路(未示出)。具體地，要注意的是，檢測器24和24’可以包括任何能夠被用于一個(gè)特定波長/成像等本發(fā)明應(yīng)用(可以從紫外光(UV)經(jīng)過可見光上至遠(yuǎn)紅外線(IR)變化)的檢測器。示例檢測器包括但不限于光電二極管、CCD、液氮冷卻的CCD相機(jī)、二維陣列探測器、雪崩CCD光電檢測器、和/或光電倍增器、和/或能夠逐點(diǎn)掃描的光電二極管。還要注意的是，任何在此討論的檢測器直接聯(lián)接到希望的信號處理電路，該信號處理電路被設(shè)計(jì)成增加光譜儀10對被檢信號的靈敏度。另外，從在此討論的這些源產(chǎn)生的任何熱，為了快速和有效的散熱而在被引導(dǎo)進(jìn)入該光譜儀的底座(例如，鋁座)中時(shí)通過傳導(dǎo)來消除。
[0021]圖2示出了該傳輸光學(xué)安排的一個(gè)更概括的圖，現(xiàn)在被參考號200大體地指定，以為讀者提供不同的教導(dǎo)，以便促進(jìn)對本發(fā)明的這方面的理解。從而該光譜儀的透射方面總體包括(均在該光譜儀的外殼I內(nèi))一個(gè)邁克耳孫干涉儀12 (如在虛線框內(nèi)的有下劃線的參考符號所表不)、一個(gè)樣品區(qū)室16 (同樣再次在虛線框內(nèi)的有下劃線的參考符號所表不)、在一個(gè)發(fā)射檢測器20 (優(yōu)選地，一個(gè)拉曼檢測器)和一個(gè)主工作臺(tái)照明源18 (例如，一個(gè)近紅外源(NIR))之間安置的一個(gè)第一光學(xué)定向裝置17、以及一個(gè)安置在一個(gè)或多個(gè)主工作臺(tái)發(fā)射檢測器24和24’之間的第二光學(xué)定向裝置23。
[0022]該照明IR源18作為一個(gè)會(huì)聚光束通過第一光學(xué)定向裝置17被引導(dǎo)穿過一個(gè)系統(tǒng)孔徑36，并被一個(gè)準(zhǔn)直鏡38接收。被反射鏡38 (例如，一個(gè)準(zhǔn)直鏡)反射的IR束被朝向調(diào)制器12的光束分離器30引導(dǎo)。
[0023]此后，透射通過以及被調(diào)制器12的該光束分離器反射的IR束的多個(gè)部分在該光束分離器30處被重組合，并作為一個(gè)準(zhǔn)直光束引導(dǎo)到一個(gè)平面鏡40。反射鏡40沿著光路A將該IR束引導(dǎo)到最終被一個(gè)配置在一個(gè)平臺(tái)(未示出)上接受詢問的樣品46接收。該IR詢問光束通常是通過一個(gè)反射鏡50 (例如，一個(gè)拋物面反射鏡)實(shí)現(xiàn)的會(huì)聚光束48。該樣品被安置在一個(gè)樣品腔(即，區(qū)室16)內(nèi)并通過該樣品平臺(tái)(未示出)保持就位。穿過樣品46之后，該發(fā)散的示例IR束入射在第二光學(xué)定向裝置23(例如，具有一個(gè)彎曲的表面7，比如，一個(gè)拋物面型反射面)上，該裝置可以圍繞一條軸線旋轉(zhuǎn)，并從而取決于依據(jù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)的波長靈敏度將接收的IR束引導(dǎo)和聚焦到一個(gè)或多個(gè)IR檢測器24和24’上。
[0024]將能量從一個(gè)源引導(dǎo)到多個(gè)交替的檢測器時(shí)，圖2將該第一和第二光學(xué)定向裝置
17、23作為旋轉(zhuǎn)的(如彎曲的雙箭頭線表示的)整體的齒輪傳動(dòng)的反射器裝置示出。然而，要注意的是在不背離本發(fā)明范圍的前提下也可以使用其他的定向裝置(比如回轉(zhuǎn)鏡)。盡管如此，該整體的齒輪傳動(dòng)的反射器光學(xué)設(shè)計(jì)(如圖2所示)由于其對于簡單地將能量從多個(gè)源沿著一個(gè)給定的光路引導(dǎo)或?qū)⒔邮盏降哪芰砍粋€(gè)或多個(gè)預(yù)定的檢測器引導(dǎo)的適用性是高度希望的。此類整體的齒輪傳動(dòng)的反射器17、23通常包括一個(gè)軸4，該軸具有一個(gè)給定的圓形的橫截面積和一個(gè)帶有整體配置的齒輪齒(未示出)的環(huán)形部分2，以便與一個(gè)主齒輪齒合以當(dāng)聯(lián)接到一個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)接的控制裝置時(shí)提供精確的以及所希望的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的機(jī)構(gòu)安排使得在此描述和使用的可旋轉(zhuǎn)裝置能夠開始旋轉(zhuǎn)、改變旋轉(zhuǎn)方向、以及以一個(gè)希望的旋轉(zhuǎn)速率運(yùn)動(dòng)。這些反射器17、23也通過可以包括一對表示任何希望的反射的設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)Fl和F2 (未不出)的設(shè)計(jì)而實(shí)施有一個(gè)表面曲率7,即，具有代表(例如)一個(gè)拋物線的、橢圓的、或其他表面曲率7的偏心度的設(shè)計(jì)。
[0025]為了提供機(jī)械支撐，從齒輪傳動(dòng)的反射器17和23整體配置而成的軸4(如圖2所示)配備有一個(gè)空心部分(未具體地表示)以便被銷25可旋轉(zhuǎn)地支撐。該軸4還進(jìn)一步由一個(gè)支撐組件(未示出)支撐，該支撐組件允許軸4相對于一個(gè)安裝用凸緣組件(未示出)旋轉(zhuǎn)和定中心。
[0026]參照圖3，這種概括的光學(xué)安排(現(xiàn)在由參考號300大體指定)被提供以用于簡單地展示本發(fā)明的發(fā)射光學(xué)方面，包括裝配到圖1所示的整體安排的樣品區(qū)室16區(qū)域中的附件。因此圖3為讀者提供了使用這種附件的本發(fā)明的發(fā)射光學(xué)安排部分的運(yùn)轉(zhuǎn)方面的更簡單的理解。相應(yīng)地，在這個(gè)說明性示例中，定位在樣品區(qū)室16中的樣品46被光源56直接照亮，通常是一個(gè)經(jīng)配置的強(qiáng)光源(例如，一個(gè)激光器，比如一個(gè)運(yùn)行在1064nm的激光器)以便使(例如)該樣品46的熒光發(fā)射或拉曼散射的發(fā)射特性成為可能。一個(gè)示例有益激光源(光纖聯(lián)接和開放光束兩者)是可以提供從約630nm上至約2400nm變化的波長。
[0027]該樣品發(fā)射的光從而被該反射鏡50收集并沿著光路B(如也由有向箭頭表示的)弓丨導(dǎo)，以便(如果希望)如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的以一種希望的方式通過調(diào)制器12調(diào)制。具體地，該發(fā)射光束的多個(gè)部分被引導(dǎo)穿過調(diào)制器12的該光束分離器30并被其反射，并在該光束分離器30被重組合，以便作為一個(gè)準(zhǔn)直光束被引導(dǎo)到一個(gè)反射鏡38。此后，反射鏡38所接收的這種已調(diào)制光被引導(dǎo)穿過該系統(tǒng)孔徑25并被第一光學(xué)定向裝置17 (例如，類似于上面討論的齒輪傳動(dòng)的反射器17)收集，以便被引導(dǎo)到一個(gè)合適的發(fā)射檢測器20 (例如，拉曼檢測器)用于接收的光的詢問。
[0028]圖4是一個(gè)發(fā)射(例如，拉曼)附件實(shí)施例的一個(gè)更具體的圖解，現(xiàn)在由數(shù)字400大體標(biāo)引，在圖3中總體示出并可以實(shí)施在圖1所示的樣品區(qū)室區(qū)域16中并且在該外殼I的壁的限制內(nèi)。在這個(gè)更詳細(xì)的圖解中，該強(qiáng)光源417 (即，一個(gè)激光器)可以是(例如)一個(gè)穩(wěn)頻二極管激光器，該穩(wěn)頻二極管激光器在一個(gè)TEMOO空間模式中以至少約500mw運(yùn)行在1064nm。安全快門(未示出)(比如連接到不透明葉片的電控螺線管)在供電時(shí)可以打開并且在合適的時(shí)候可以被關(guān)閉。當(dāng)被作為一對快門操作時(shí)，此類快門形成了該附件400的一個(gè)安全互鎖系統(tǒng)。帶通濾光片415通常被用來將放大的受激發(fā)射(ASE)和其他光譜偽像從激光器417移除。另外，一個(gè)可變密度濾光器414被配置成當(dāng)被(例如)步進(jìn)電機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)時(shí)在一個(gè)滑道(用雙方向的箭頭線示出)上移動(dòng)，以調(diào)整到安裝在樣品平臺(tái)上的樣品46的激光功率(如帶有一個(gè)箭頭的較輕的虛線所示)，該樣品平臺(tái)從用于IR透射配置的樣品平臺(tái)偏移。此后，散焦透鏡413可以通過(例如)一個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未不出)被插入該激光器417光束線中，以便在樣品46處允許激光器417能量散焦，從而為容易燃燒的樣品減小功率密度，并提供不均勻樣品的一些空間平均化。此后來自激光器417的能量被一個(gè)反射器412 (例如，一個(gè)二色性的)接收，該反射器能夠反射激光但是也能夠傳輸有待被相機(jī)418接收的可見光。還示出了一個(gè)激光/視頻透鏡411，該透鏡被配置成將激光器417的能量帶到樣品46處的一個(gè)焦點(diǎn)，但是也能夠?qū)⒁曨l攝像機(jī)(如較重的帶有一個(gè)箭頭的虛線所示)聚焦在相同的樣品46平面。一個(gè)光源，比如一個(gè)LED419 (例如，一個(gè)白光LED)被安排成將樣品46照亮，以便被該視頻攝像機(jī)418詢問/對齊。在光(S卩，發(fā)射)收集模式中，一個(gè)在中間具有一個(gè)孔徑409’的反射鏡409 (比如一個(gè)離軸拋物面反射鏡)收集熒光/拉曼散射光。反射鏡409導(dǎo)致收集的發(fā)射在被反射鏡407接收時(shí)會(huì)聚。此后這種發(fā)射被引導(dǎo)穿過羅利(Raleigh)濾光器405和406 (例如,邊緣濾光器),并被引導(dǎo)到一個(gè)折疊式反射鏡404,以使這種發(fā)射能夠被引導(dǎo)出該拉曼附件(如上面對于圖1所描述的，位于該樣品區(qū)室內(nèi))。反射鏡50 (例如，離軸橢圓鏡)是也在圖1、圖2和圖3中示出的主工作臺(tái)光學(xué)器件的一部分，該反射鏡將所得的發(fā)射作為一個(gè)準(zhǔn)直光束(表示為B)朝該調(diào)制器12引導(dǎo)。
[0029]最后應(yīng)指出的是該系統(tǒng)10以及特定部件(如圖1中所示的)，以及在此披露的其他實(shí)施例，能夠通過計(jì)算機(jī)或處理器(未示出)(其可以是如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的專用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號處理器)進(jìn)行操作。該計(jì)算機(jī)(未示出)還經(jīng)常電子地聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)其他輸出設(shè)備，如顯示屏、打印機(jī)等，和/或一個(gè)或多個(gè)其他輸入設(shè)備，如鍵盤、因特網(wǎng)連接等。
[0030]因此，聯(lián)接的計(jì)算機(jī)和處理器可以協(xié)調(diào)移動(dòng)部分(例如，整體的齒輪傳動(dòng)的反射器17和23和被配置在調(diào)制器12上的移動(dòng)反射鏡)、傳感器、光學(xué)元件(例如，其他反射器)的控制，和/或打開多個(gè)源等，同樣可以被合并到圖1的示例系統(tǒng)中。指令也可以按規(guī)定執(zhí)行并存儲(chǔ)在一種機(jī)器可讀介質(zhì)(如一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))上。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)是指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的并且了解的介質(zhì)，這些介質(zhì)已經(jīng)編碼有以一臺(tái)機(jī)器/計(jì)算機(jī)可以讀取(即，掃描/感測)的、并且由所述機(jī)器/計(jì)算機(jī)的硬件和/或軟件可解釋的形式提供的信息。特別地是，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)經(jīng)?？梢园ū镜鼗蜻h(yuǎn)程記憶存儲(chǔ)設(shè)備，例如但不限于，本地硬盤驅(qū)動(dòng)器，軟盤，CD-ROM或DVD、RAM、ROM, USB存儲(chǔ)設(shè)備，以及甚至本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知并且理解的任意遠(yuǎn)程記憶存儲(chǔ)設(shè)備。
[0031]應(yīng)當(dāng)理解在此描述的關(guān)于不同實(shí)施例的特征在不脫離本發(fā)明的精神及范圍下，可以任意組合相混合及匹配。盡管選中的不同的實(shí)施例已被展示并詳細(xì)描述，應(yīng)理解它們是示例性的，并且在不脫離本發(fā)明的精神及范圍下，多種取代及改變是可能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于透射和發(fā)射光譜法的光學(xué)儀器，包括: 光譜儀外殼，該光譜儀外殼具有安置在所述光譜儀外殼的壁內(nèi)的單個(gè)樣品區(qū)室； 聯(lián)接到所述單個(gè)樣品區(qū)室的附件，所述附件進(jìn)一步包括激勵(lì)源，該激勵(lì)源被配置成從聯(lián)接到第一樣品平臺(tái)位置的樣品產(chǎn)生發(fā)射； 第二樣品平臺(tái)位置，該第二樣品平臺(tái)位置從所述第一樣品平臺(tái)位置偏移以便被配置成用于紅外(IR)透射操作； 紅外(IR)輻射源； 干涉儀，該干涉 儀被適配成沿著設(shè)計(jì)的光路以便對所述發(fā)射或者從所述紅外(IR)輻射源接收的光進(jìn)行調(diào)制； 第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件被配置成用于將沿著所述設(shè)計(jì)的光路接收的發(fā)射引導(dǎo)到發(fā)射檢測器，或被配置成沿著所述設(shè)計(jì)的光路引導(dǎo)所述紅外(IR)光源；以及 第二光學(xué)元件，該第二光學(xué)元件被配置成接收透射穿過聯(lián)接到所述第二平臺(tái)位置的樣品的被引導(dǎo)的紅外(IR)光，并進(jìn)一步被適配成將從其透射穿過的所述紅外(IR)光引導(dǎo)到達(dá)一個(gè)或多個(gè)紅外(IR)探測器。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，與所述附件配置在一起的所述激勵(lì)源包括被配置成提供從約630nm最高達(dá)約2400nm的發(fā)射波長的源。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)儀器，其中，與所述附件配置在一起的所述激勵(lì)源包括被配置成提供在約1064nm的發(fā)射波長的二極管激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，通過從所述激勵(lì)源接收的光學(xué)光的相互作用所誘導(dǎo)的所述發(fā)射包括選自熒光和拉曼光的至少一種感應(yīng)發(fā)射，其中，所述樣品聯(lián)接至第一樣品平臺(tái)位置。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述附件進(jìn)一步包括中密度濾光器以對由所述激勵(lì)源導(dǎo)致的功率進(jìn)行調(diào)整。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述附件進(jìn)一步包括與所述激勵(lì)源配置在一起的散焦透鏡，以便減小聯(lián)接到所述第一樣品平臺(tái)的所述樣品處的功率密度。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述附件進(jìn)一步包括所希望的帶通濾光器以去除放大的受激發(fā)射和光譜偽像。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述附件進(jìn)一步包括白光照明源，該白光照明源被配置成用于使聯(lián)接到所述第一樣品平臺(tái)的所述樣品的詢問或聯(lián)接到所述第一樣品平臺(tái)的所述樣品的對齊稱為可能，以使發(fā)射能夠沿著所述希望的光路被引導(dǎo)。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述附件進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)邊緣濾光器，從而使得所希望的經(jīng)過濾的發(fā)射被預(yù)定的折疊式光學(xué)器件從所述附件出來并沿著所述設(shè)計(jì)的光路引導(dǎo)。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)紅外(IR)檢測器包括選自下列的至少一個(gè)檢測器:光電二極管、CCD、液氮冷卻的CCD相機(jī)、二維陣列探測器、雪崩CCD光電二極管、光電倍增器、和能夠逐點(diǎn)掃描的光電二極管。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述發(fā)射檢測器包括拉曼檢測器。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)儀器，其中，所述拉曼檢測器包括鍺檢測器。
13.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述第一和所述第二光學(xué)元件進(jìn)一步包括齒輪傳動(dòng)的反射器。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)儀器，其中，所述齒輪傳動(dòng)的反射器進(jìn)一步包括光反射表面，該光反射面具有選擇下列的至少一個(gè)表面:橢圓表面、拋物面型表面、環(huán)形表面、和平坦表面。
15.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，所述光學(xué)儀器被配置成用于以至少約0.125CHT1的光譜分辨率在遠(yuǎn)紅外(IR)中150CHT1到約400CHT1、中紅外(IR)中從約400CHT1到約4000011'以及在近紅外中從約AOOOcnr1到約lOOOOcnT1的紅外線光譜范圍內(nèi)進(jìn)行測量。
16.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)儀器，其中，借助所述附件所述光學(xué)儀器被配置成以至少約0.ScnT1的光譜分辨率在從約50CH T1到約^OOcnr1的范圍對多個(gè)拉曼信號進(jìn)行測量。
【文檔編號】G01J3/02GK103782141SQ201280043610
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】F·伊茲雅, M·S·布拉德利 申請人:熱電科學(xué)儀器有限公司