[发明专利]光辐射设备和用于测量光辐射的方法

说明书

本发明涉及一种光辐射测量设备，其带有样本区域、用于对能够定位在样本区域中的样本进行照射的照明单元和用于利用辐射探测器探测由样本发出的辐射的探测单元。此外，本发明还涉及一种利用所述辐射测量设备测量样本的光辐射的方法。

根据现有技术得到的辐射测量设备通常要么作为发射光谱仪要么作为发射式电子显微镜使用。在已知的发射光谱仪中通常使用宽波段或者说宽(频)带的光源用于对样本进行辐射，其中，光源的辐射光谱与样本的至少一个吸收波段重叠。通过光的吸收，在样本中激发了相对于吸收波长光谱移动的辐射，所述辐射随即能够在分散为其光谱成分的情况下利用探测单元与波长相关地被探测。这种辐射例如可以涉及荧光辐射、光致辐射或磷光辐射。在所述辐射机制中，在光吸收时被样本吸收的能量的一部分无辐射地消耗，因此发出的辐射在光谱上朝波长更长的辐射的方向改变。作为备选，还可以利用发射光谱仪通过相应的方式分析样本的拉曼散射。在此还在激励辐射与所发射的辐射之间出现光谱变化。

为了能够尽可能有目的地激发样本的待测量的光辐射，有利的是，激励辐射以尽可能大的程度与样本的吸收波段相叠。激励光辐射中额外的光谱成分在此则对测量造成干扰，因为首先激励辐射的长波部分能够与待测量的辐射相叠。为了对此进行避免，根据现有技术对不同的样本分别使用不同的光谱选择性吸收滤器，以便将激励光的不期望的部分、尤其长波的光谱成分滤除。

为了对发射光进行尽可能准确的探测和光谱分析，此外还有利的是，尽可能大程度地滤除为激励发射所使用的辐射的波长，因为否则的话部分极弱的发射波段会被强大的背景信号覆盖。因此为了实现测量的良好信噪比和较高的光谱分辨率，激励辐射的与发射波段相比波长较短的部分同样被光学吸收过滤器滤除。

通过与上述发射光谱仪类似的方式，在发射式电子显微镜中利用短波的照明单元激励样本发射，并且由样本发出的辐射随后这样成像在图面上，从而能够呈现出辐射在样本的不同区域中的空间分布。取代如在发射光谱仪中对发射光谱的与波长相关的测量，在发射式电子显微镜中实现了对发射中心的空间成像。在此特别普遍的是通过荧光显微镜对荧光发射区域的成像。所述发射光谱仪和发射式电子显微镜的两种方法原则上也能够相互结合。

根据现有技术在发射光谱仪和发射式电子显微镜中的弊端在于，为了与待测量样本适配地过滤激发辐射，并且为了与激励光谱适配地过滤待探测的辐射，必须移动或相互更换宏观的光学部件(呈光谱选择过滤器的形式)。该光学部件的更换要求根据待分析样本持续地、相对繁琐地改装测量设备。这一方面可能导致在每次改装之后都需要对其余光学部件进行再校准，以便仍旧能实现较高的测量质量。另一方面针对多种配置结构替换或组合地安装在辐射路径或者说光路中的不同光学过滤器在测量设备中的空间需求总体上相对较高。

因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够克服上述弊端的辐射测量设备。尤其应该提供一种辐射测量设备，其设备更简单、更节省空间地构造，更易于自适应和/或能更广泛地使用。另一技术问题在于，提供一种带有上述优点的用于测量光辐射的方法。

所述技术问题通过权利要求1所述的辐射测量设备和权利要求8所述的测量方法解决。

根据本发明的辐射测量设备具有样本区域、用于对能够定位在样本区域中的样本进行照射的照明单元和用于利用辐射探测器探测由样本发出的辐射的探测单元。照明单元在此包括辐射源、沿辐射方向布置在辐射源之后的用于将辐射分解为其光谱成分的第一色散元件、沿辐射方向布置在第一色散元件之后的用于选择光谱成分的第一微镜场和沿辐射方向布置在第一微镜场之后的用于将被选择的光谱成分汇聚成共同的激励辐射的第二色散元件。

所述辐射方向在此应该分别理解为在辐射测量设备中的局部的光学辐射方向，而与辐射过程中辐射路径的空间定向是否改变无关。不应通过所述各个光学部件的空间布置(所述光学部件沿辐射方向布置在其它部件“之前”或“之后”)，给定在前进的统一方向上的位置，而是仅给定光辐射在光学辐射路径上的通过的顺序，所述光学辐射路径总体上从辐射源经过样本导引至辐射探测器，换言之给定在辐射路径中的光学上的“前”或“后”。

根据本发明的辐射测量设备的主要优点在于，通过借助第一微镜场对光谱成分的选择能够根据待测量样本的光学性质调整激励辐射的光谱性质，而在辐射路径中不需要光谱选择吸收过滤器。事实上，可以根据样本和/或预设的测量任务来从光谱上调整激励光谱，而不必为此移动宏观的光学部件。取代移入和移出在现有技术中已知的光学过滤器，可以通过第一微镜场明显更简单、空间更紧凑地、更自动化和更精确地实现光谱选择。