(57)【要約】  本発明は、被検試料が変調光源によって照射されて、試料によって反射されたスペクトルが時間分解されて記録、評価される時間分解分光分析のための解決方法に関する。本発明による時間分解分光分析のための方法において、被検試料は変調式光源によって短い光パルスで照射され、試料から放出された電磁放射線は集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て画面に配置されたセンサ上に集束されて、センサの信号は制御・調節装置によって評価および／または記憶される。この場合、画面に配置されたセンサは、強度値の他にさらに、試料から放出された電磁放射線の飛行時間を算定し、評価を行う制御・調節装置に転送するＰＭＤセンサである。ＰＭＤセンサは元来とくに道路交通における物体認識を目的としたものであったが、他の多くの技術分野へのその応用は考えられ得ると共に好適である。本願明細書の提案になる解決方法により、特に試料の時間分解分光分析検査へのＰＭＤセンサの使用が開示される。ただし、ＰＭＤセンサの使用はラマン分光測定法にも、あるいは、たとえば燐光と蛍光とを識別するためのルミネセンス測定にも可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検試料は変調式光源によって短い光パルスで照射され、
前記試料によって透過および／または反射された電磁放射線は集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て画面に配置されたセンサ上に集束されて、
前記センサの信号は制御・調節装置によって評価および／または記憶され、かつ、
前記の画面に配置されたセンサは、強度値の他にさらに、前記試料から放出された前記電磁放射線の飛行時間を算定し、評価を行う前記制御・調節装置に転送するＰＭＤセンサである、
時間分解分光分析方法。
【請求項２】
変調式光源として、異なったスペクトルで発光する半導体光源の形態をとる各独立した複数の光源が使用される請求項１記載の方法。
【請求項３】
スペクトル選択素子として、回折格子またはプリズム付きの入射スリットないしグラデーションフィルタが使用される請求項１記載の方法。
【請求項４】
スペクトル選択素子として、回折格子およびプリズムを備えた入射スリットが使用される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ＰＭＤセンサは列状またはマトリックス状に形成されている請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記各独立した複数の光源は前記制御・調節装置によって、前記試料から放出された電磁放射線が前記集束光学素子と前記スペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、前記ＰＭＤセンサ上に時間的に順次集束されるように制御される請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記各独立した複数の光源は前記制御・調節装置によって、前記試料から放出された電磁放射線が前記集束光学素子と前記スペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、前記ＰＭＤセンサ上に同時に、並行して集束されるように制御される請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
被検試料を短い光パルスで照射するための変調式光源と、スペクトル選択素子と、集束光学素子と、前記試料によって透過および／または反射された光を検出するための画面に配置されたセンサと、制御・調節装置とを有する時間分解分光分析システムであって、
画面に配置された前記センサは、強度値の他にさらに、前記試料から放出された電磁放射線の飛行時間を算定し、評価を行う前記制御・調節装置に転送するＰＭＤセンサである、
時間分解分光分析システム。
【請求項９】
各独立した複数の光源として、異なったスペクトルで発光する半導体光源が使用される請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記スペクトル選択素子は回折格子またはプリズム付きの入射スリットないしグラデーションフィルタである請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記スペクトル選択素子は回折格子およびプリズムを備えた入射スリットである請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＰＭＤセンサは列状またはマトリックス状に形成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
前記各独立した複数の光源は前記制御・調節装置によって、前記試料から放出された電磁放射線が前記集束光学素子と前記スペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、前記ＰＭＤセンサ上に時間的に同時に集束されるようにオン・オフ制御される請求項８〜１２のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１４】
前記各独立した複数の光源は前記制御・調節装置によって、前記試料から放出された電磁放射線が前記集束光学素子と前記スペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、前記ＰＭＤセンサ上に同時に、並行して集束されるように制御される請求項８〜１２のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検試料が変調光源によって照射されて、試料によって反射されたスペクトルが時間分解されて記録、評価される時間分解分光分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
分光分析とは、試料によって電磁放射線として放出ないし吸収されるスペクトルの発生、観察および記録ならびにそれらの分析および解釈を含めた考え方である。この場合、分光分析検査の実施は、検査された試料中に存在する元素または化合物に関する情報をもたらすと共に、物質と電磁放射線との間の相互作用に関する判定を可能にする。この場合、分解能に応じて、スペクトル分解分光分析と時間分解分光分析とを区別することができる。
【０００３】
時間分解分光分析とは、系のスペクトル特性の時間的変化が検査される分光学分野の測定法を表している。そのため、短い光パルスが被検試料に当てられ、当該電磁放射線の透過、放出または周波数変換に基づいて被検試料の光学特性が検査される。
【０００４】
強力な短い光パルスによって試料は所定の励起状態にもたらされる。次いで、さらに別の、時間的に遅延した光パルスによって、第１の光パルスによる試料の状態変化が検査される（応答）。
【０００５】
励起パルスと応答パルスとの間の遅延時間を変化させることによって、過程のダイナミクスの推定が可能になる一方で、励起波長を変化させることによって、被検試料に、別のスペクトル的および時間的特徴を結果として生じさせ得る異なったプロセスが惹起される。
【０００６】
この種の励起−応答−方式によって、非時間分解分光分析では実施し得ない測定目的を実現することができる。
【０００７】
従来の技術により、時間分解分光分析のために、数多くの解決方法が知られている。
【０００８】
その際、第一に、検出器として、いわゆる光電子増倍管がセンサとして使用される。これらのセンサはＰＭＴセンサ（英語のＰｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒに由来）とも称され、到来する光子−蛍光−運動に反応して電子流を生成する。ＰＭＴセンサが試料の高速スキャンを可能にする高いデータ読出し率を有しているのは確かであるが、ただし、ＰＭＴセンサは特に電磁スペクトルの近赤外域において極めて低い量子効率しか有していない。
【０００９】
こうした理由から、従来の技術においてさらに、ＰＭＴセンサに代えてＣＣＤ検出器を使用する解決方法が知られている。
【００１０】
ふつう二次元のＣＣＤ検出器は、この場合、撮像ではなく、純然たる光検出のために使用され、個々のスポットの光は複数の共焦点効果絞りを経て個々のピクセルに集束されるため、ＰＭＴをベースとしたスポットスキャナーの被写界深度効果が保持され、その結果、付加的な利点としてＣＣＤ検出器の非常に高い量子効率が完全に有効となる。
【００１１】
米国特許第４，８５５，９３０号明細書には、試料の蛍光光子を励起するために単一のパルスからなるレーザ光が使用される時間分解蛍光分光分析のための方法および機器が開示されている。
【００１２】
この場合、測定システムは、試料を励起するためのパルス光源と、試料から放出された蛍光を分離するための光学フィルタならびに、蛍光を検出し、電気信号を発するためのフォトセルならびに、情報を処理し、データを分析するための制御装置とからなっている。この場合、フォトセルとして、非常に弱い光信号用の高感度センサ、いわゆる光電子増倍管が使用される。すでに個々の光量子は感光層に当たる際に、最終的に測定可能な信号を供すべく多段式に増倍される光電子を発生させる。システムのインパルス応答Ｅ（ｔ）から、制御装置によって、実際の蛍光インパルス応答ｆ（ｔ）が数学的に分離して取り出されなければならない。開示された解決方法において反復励起は不必要であるために、ディジタルデータは極めて短時間で記録可能であるとはいえ、この解決方法はなおかなりコスト高であると共に、所望の精度に達しない。
【００１３】
イオン源をベースとした時間分解質量分析計が米国特許第５，９６９，３５０号明細書に開示されている。試料像はディジタルカメラを経てコンピュータモニタに集束される。イオンによる試料の励起が行われるために、分析には真空が必要である。これは、コスト高な試料交換装置が必要であるかまたは、多数の試料が同時に真空チャンバ内に装入されなければならないという短所を有している。ここに提案された解決方法はむしろ実験室向けの解決方法であり、所要の真空チャンバに鑑みてほぼ実用に耐えないと考えられる。高速の測定値検出は特に試料が多数に及ぶ場合にはほとんど不可能である。
【００１４】
米国特許第６，５６４，０７６号明細書には、高速の光センサの使用をベースとした時間分解分光分析のための方法および装置が開示されている。短い光パルスの発生と崩壊を測定することにより、吸収性色素たとえばヘモグロビンの濃度の決定が可能とされる。光パルスの持続時間を決定することにより、色素濃度の実時間変化を正確に決定することが可能である。そのために、ここでも、センサは光電子増倍管と組み合わせられる。この解決方法によってもディジタルデータを極めて短時間で記録することが可能であるが、ただしこの解決方法もやはりかなりコスト高であると共に、所望の精度に達しない。
【００１５】
米国特許第６，７４０，８９０号明細書に開示された解決方法も同じく、光パルスによって試料に惹起された電磁放射線の時間変化の測定に関する。試料から送出された光を検出するために、この場合、スリットマスク付きＣＣＤカメラが使用される。この場合にも、単一の光パルスで試料の蛍光の減衰曲線全体を記録することが可能である。提案された解決方法は特にＤＮＡ研究およびタンパク質研究に適している。
【００１６】
米国特許第６，８０６，４５５号明細書に開示された発明は、特に生化学試料および医学試料の画像形成時間分解蛍光のためのシステムおよび方法に関する。システムは、この場合、大きな開口のレンズと、照明用のフラッシュランプと、量子効率の高い高速検出器付きのディジタルカメラならびにコンピュータとを含んでいる。この解決方法により、高感度かつ高効率で、多数の試料の時間分解画像の同時形成が可能である。
【００１７】
共焦点レーザ・スポット・アレイによって時間分解分光分析を実施するための方法およびシステムが米国特許第６，９７９，８３０号明細書に開示されている。この場合、この解決方法はあらゆる分光分析適用に適しており、鏡検法とレーザ走査サイトメトリー（ＬＳＣ）に制限されるものではない。これまでに開示された解決方法とは異なり、この場合、試料はレーザスポットによって走査され、その際、ＣＣＤ検出器が使用される。ただしこの解決方法の場合、レーザの出力が複数のスポットに分割される点が短所である。この場合、個々のスポットにつき同一の出力密度を達成することは非常に困難である。
【００１８】
上記公知の技術的解決方法において、時間分解分光分析のための機器技術コストはかなり高くつき、しかもほとんどの場合に、１波長（チャネル）ないし少数の波長（チャネル）にしか適していないという点が短所である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第４８５５９３０号明細書
【特許文献２】米国特許第５８６９３５０号明細書
【特許文献３】米国特許第６５６４０７６号明細書
【特許文献４】米国特許第６７４０８９０号明細書
【特許文献５】米国特許第６８０６４５５号明細書
【特許文献６】米国特許第６９７９８３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、できるだけ広帯域に及ぶと共に高速で行われる試料検査を可能にする時間分解分光分析システムを開発することである。その際、システムは機器技術的に見て、できるだけ単純、低コストかつ高信頼度を実現する構造を有していなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題は本発明により、独立した請求項に記載の特徴によって解決される。好ましい発展形態および態様は従請求項の対象である。
【００２２】
情報処理研究所（ＩＮＶ）とセンサシステムセンター（ＺＥＳＳ）との共同研究開発によって、新しいタイプのオプトエレクトロニクス検出器、いわゆる光子混合検出器（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｍｉｘｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ，略称ＰＭＤ）が開発された。
【００２３】
公知のオプトエレクトロニクス検出器に比較して、ＰＭＤにあっては、測定プロセスすなわち混合・相関プロセスは検出器に組み込まれる。マトリックス配置されたＰＭＤピクセルによって、振幅の他に、受信光の位相も（したがって、時間的遷移も）検出される。
【００２４】
ＰＭＤセンサは元来とくに道路交通における物体認識を目的としたものであったが、他の多くの技術分野へのその応用は考えられ得ると共に好適である。本願明細書の提案になる解決方法により、特に試料の時間分解分光分析検査へのＰＭＤセンサの使用が開示される。ただし、ＰＭＤセンサの使用はラマン分光測定法にも、あるいは、たとえば燐光と蛍光とを識別するためのルミネセンス測定にも可能である。
【００２５】
加えてさらに、試料から放出された光の飛行時間を評価することにより、さまざまな測定方法において、たとえば照射強度を低下させることが可能であり、あるいは測定システムを大幅に単純化することが可能である。極度に高い照射強度が必要とされる多くの測定方法はそもそもこれによって初めて可能になる。したがって、たとえば光学特性の非常に類似した物質を、試料から放出された光の飛行時間の付加的な評価によって、確実に識別することが可能である。
【００２６】
基本的に、分光分析へのＰＭＤセンサの使用は、変調照射によって、照射された試料に時間的に識別可能な相互作用が引き起こされる方式のあらゆる測定方法にとって可能である。
【００２７】
さらに別の使用分野として、ＰＭＤセンサを画像生成および／または個々の物質の選択に利用することが可能なレーザ走査顕微鏡ないし共焦点顕微鏡が考えられ得る。
【００２８】
ＰＭＤセンサシステムは強度測定ならびに光飛行時間測定（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）の双方式を基礎としており、したがって、照射装置が被測定試料を変調光で照射する能動システムを形成する。送出された光は試料の個々の点または複数の点から反射されて、飛行時間に応じた位相ずれを伴ってＰＭＤセンサに戻される。ＰＭＤセンサは同じく、照射装置の周波数で変調されて、変調信号と、位相ずれを生じた試料の光信号とを混合する。飛行時間の結果として生ずる位相ずれから、ピクセルごとに、試料の点との距離が得られる。
【００２９】
ＰＭＤセンサは同時に、すべての画素につき、距離値ならびに当該スペクトル域におけるそれらの濃度値を決定するための生データを供する。ＰＭＤセンサはこうして、観察されたそれぞれの試料につき、その情報内容を高い相乗効果を有するように利用することのできる２画像を供する。
【００３０】
以下、一連の実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】回折格子付き入射スリットを使用した時間分解分光分析システムを示す図である。
【図２】グラデーションフィルタを使用した時間分解分光分析システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明による時間分解分光分析のための方法において、被検試料は変調式光源によって短い光パルスで照射され、試料から放出された電磁放射線は集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て画面に配置されたセンサ上に集束されて、当該センサの信号は制御・調節装置によって評価および／または記憶される。この場合、画面に配置されたセンサとは、強度値の他にさらに、試料から放出された電磁放射線の飛行時間を算定し、評価を行う制御・調節装置に転送を行うＰＭＤセンサである。
【００３３】
この場合、変調式光源として、異なったスペクトルで発光する半導体光源の形態をとる各独立した複数の光源が使用される。これはたとえば、ＬＥＤ、有機ＬＥＤかまたはレーザダイオードであってもよい。
【００３４】
スペクトル選択素子の変形は、回折格子および／またはプリズム付きの入射スリットの使用ないしグラデーションフィルタの使用のうちに認められる。集束格子付き入射スリットの使用は公知の方法およびシステムで行われるが、他方、使用されるグラデーションフィルタはＰＭＤセンサの直前に配置されるかまたは直接ＰＭＤセンサ上に配置される。プリズムは最も単純な場合において、波長域のスペクトル分割に使用されて、それらを検出器上に集束させることにより、回折格子に代替することができる。ただし、プラズマを追加的な光学素子として回折格子に使用することもできる。これにより、点光源の光またはその個々のオーダーもスペクトル分割されて、検出器上に同時的に集束されることができる。
【００３５】
この場合、ＰＭＤセンサは列状に、ただし好ましくはマトリックス状に形成されていてよい。変調式光源と連結されたＰＭＤセンサによって、電子に変換された光子は参照信号に応じ、なお感光半導体領域においてピクセルごとに、時間選択的に分離される。光学測定信号と電子参照信号との間のこの単純な比較プロセスにより、ＰＭＤセンサに生ずる出力信号はすでにスペクトル特性の時間的変化との直接の関連を表している。ＰＭＤセンサにより、同時にスペクトルのそれぞれの画素に関する強度分布を表すことが可能になる。
【００３６】
第一の好ましい態様において、本発明による方法に際し、各独立した複数の光源は制御・調節装置によって−試料から放出された電磁放射線が集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、列状またはマトリックス状のＰＭＤセンサ上に時間的に同時に集束されるように−制御される。
【００３７】
集束光学素子と、スペクトル選択素子と、ＰＭＤセンサとからなる光学測定システムは好ましくは、個々のスペクトルができるだけＰＭＤセンサの全面にわたって集束されるように形成されている。
【００３８】
単純な実施形態において、ＰＭＤセンサは列状に形成されて、たとえば１６０ピクセルを有している。被検試料は変調式光源により一定波長の短い光パルスで照射される。試料の測定点から放出された電磁放射線は、次いで、集束光学素子とスペクトル選択素子とを経てＰＭＤセンサ上に（全面にわたって）集束される。
【００３９】
改善された実施形態において、ＰＭＤセンサはマトリックス状に形成されて、たとえば１２０×１６０ピクセルの面を有している。この場合にも同じく、試料の測定点から放出された電磁放射線はＰＭＤセンサの全面にわたって集束されることができる。そのため、スペクトル選択素子は−測定点から発した光のさまざまなオーダーが同時に、ＰＭＤセンサの全面にわたって集束されるように−形成されていなければならない。これにより、高いスペクトル分解能が達成されるという利点が得られる。変調式光源の時間的に段階化された電源投入はスペクトル選択素子の効果を支え、個々の波長域の分離の向上という利点を供する。
【００４０】
第２の有利な態様において、時間分解分光分析のための本方法に際し、各独立した複数の光源は制御・調節装置によって制御されることで、試料から放出された電磁放射線が集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、マトリックス状ＰＭＤセンサ上に同時に、並行して集束される。
【００４１】
そのため、ＰＭＤセンサはマトリックス状に形成されて、たとえば１２０×１６０ピクセルの面を有している。被検試料は変調式光源により一定波長の短い光パルスで照射される。試料の一線上の一連の測定点から放出された電磁放射線は、次いで、集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て同時に、並行してＰＭＤセンサ上に集束される。理想的なケースでは、この場合にも、それぞれのスペクトルは一列に集束されるため、１２０×１６０ピクセルの面では１２０本のスペクトルが同時に集束されることができよう。ただしまた、測定の分解能を向上させるため、それぞれのスペクトルを複数列に集束させることも可能である。スペクトルの同時集束によって、非常に高速の測定が実現されるという利点が得られる。この場合、スペクトル選択素子は相応して適切に形成されなければならない。１２０×１６０ピクセルの検出面を有するＰＭＤセンサによって、ナノ秒レベルの測定を達成することが可能である。
【００４２】
本発明による時間分解分光分析システムは、短い光パルスで被検試料を照射するための変調式光源と、スペクトル選択素子と、集束光学素子と、画面に配置されたセンサと、制御・調節装置とからなっている。この場合、画面に配置されたセンサとは、強度値の他にさらに、試料から放出された電磁放射線の飛行時間を算定し、評価を行う制御・調節装置に転送するＰＭＤセンサである。
【００４３】
この場合、変調式光源として、異なったスペクトルで発光する半導体光源の形の各独立した複数の光源が使用される。これはたとえば、ＬＥＤ、有機ＬＥＤかまたはレーザダイオードであってもよい。
【００４４】
スペクトル選択素子として、第１の実施形態では回折格子および／またはプリズム付きの入射スリットが使用され、第２の実施形態ではグラデーションフィルタが使用される。集束格子付き入射スリットの使用は公知の方法およびシステムで行われるが、他方、使用されるグラデーションフィルタはＰＭＤセンサの直前に配置されるかまたは直接ＰＭＤセンサ上に配置される。プリズムは最も単純な場合において回折格子に代替することが可能であり、あるいは、回折格子とセンサとの間における追加的な使用に際して、個々のオーダーを分割して、検出器上に同時に集束させるために使用される。
【００４５】
この場合、ＰＭＤセンサは列状に、ただし好ましくはマトリックス状に形成されていてよい。変調式光源と連結されたＰＭＤセンサによって、電子に変換された光子は参照信号に応じ、なお感光半導体領域においてピクセルごとに、時間選択的に分離される。光学測定信号と電子参照信号との間のこの単純な比較プロセスにより、ＰＭＤセンサに生ずる出力信号はすでにスペクトル特性の時間的変化との直接の関連を表している。ＰＭＤセンサにより、同時にスペクトルのそれぞれの画素に関する強度分布を表すことが可能になる。
【００４６】
図１はそのため、回折格子付き入射スリットを使用した時間分解分光分析システムを示している。このシステムは、その際、短い光パルスで被検試料２を照射するための変調式光源１と、スペクトル選択素子として使用される回折格子４付きの入射スリット３と、集束光学素子として使用される導光ファイバー５と、画面に配置されたＰＭＤセンサ６と、電子インタフェース７と接続可能な（図中不図示の）制御・調節装置とからなっている。この場合、入射スリット３は、試料２から到来する電磁放射線を回折格子４を経てＰＭＤセンサ６上に集束させる導光ファイバー５の出射光学系として形成されている。ＰＭＤセンサ６は、強度値の他にさらに、試料２から放出された電磁放射線の飛行時間の値を求め、それらの値を、評価を行う制御・調節装置に転送する。
【００４７】
図２は、グラデーションフィルタを使用した時間分解分光分析のための第２のシステムを示している。既述したように、グラデーションフィルタはＰＭＤセンサの直前に配置されるかまたは直接ＰＭＤセンサ上に配置される。システムは、この場合、短い光パルスで被検試料２を照射するための変調式光源１と、スペクトル選択素子として使用されるグラデーションフィルタ８と、集束光学素子５’と、画面に配置されたＰＭＤセンサ６と、電子インタフェース７と接続可能な（図中不図示の）制御・調節装置とからなっている。試料２から到来する電磁放射線はグラデーションフィルタ８を経て、強度値の他にさらに、試料２から放出された電磁放射線の飛行時間の値を算定し、評価を行う制御・調節装置に転送するＰＭＤセンサ６上に集束される。
【００４８】
すでに述べたように、第１の有利な態様において、各独立した複数の光源は制御・調節装置によって−試料から放出された電磁放射線が集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、ＰＭＤセンサ上に時間的に同時に集束されるように−オン・オフ制御される。
【００４９】
その際、集束光学素子と、スペクトル選択素子と、ＰＭＤセンサとからなる光学測定システムは好ましくは、個々のスペクトルができるだけＰＭＤセンサの全面にわたって集束されるように形成されている。
【００５０】
単純な実施形態において、ＰＭＤセンサは列状に形成されて、たとえば１６０ピクセルを有している。被検試料は変調式光源により一定波長の短い光パルスで照射される。試料の測定点から放出された電磁放射線は、次いで、集束光学素子とスペクトル選択素子とを経てＰＭＤセンサ上に（全面にわたって）集束される。
【００５１】
改善された実施形態において、ＰＭＤセンサはマトリックス状に形成されて、たとえば１２０×１６０ピクセルの面を有している。この場合にも同じく、試料の測定点から放出された電磁放射線はＰＭＤセンサの全面にわたって集束されることができる。そのため、測定点から発した光のさまざまなオーダーが同時に、ＰＭＤセンサの全面にわたって収束されるように、スペクトル選択素子は形成されていなければならない。これにより、高いスペクトル分解能が達成されるという利点が得られる。変調式光源の時間的に段階化された電源投入はスペクトル選択素子の効果を支え、個々の波長域の分離の向上という利点を供する。
【００５２】
第２の有利な態様において、各独立した複数の光源は制御・調節装置によって−試料から放出された電磁放射線が集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て個々のスペクトルの形で、ＰＭＤセンサ上に同時に、並行して集束されるように−制御される。
【００５３】
そのため、ＰＭＤセンサはマトリックス状に形成されて、たとえば１２０×１６０ピクセルの面を有している。被検試料は変調式光源により一定波長の短い光パルスで照射される。試料の一線上の一連の測定点から放出された電磁放射線は、次いで、集束光学素子とスペクトル選択素子とを経て同時に、並行してＰＭＤセンサ上に集束される。理想的なケースでは、この場合にも、それぞれのスペクトルは一列に集束されるため、１２０×１６０ピクセルの面では１２０本のスペクトルが同時に集束されることができよう、ただしまた、測定の分解能を向上させるため、それぞれのスペクトルを複数列に集束させることも可能である。スペクトルの同時集束によって、非常に高速の測定が実現されるという利点が得られる。この場合、スペクトル選択素子は相応して適切に形成されなければならない。１２０×１６０ピクセルの検出面を有するＰＭＤセンサによって、ナノ秒レベルの測定を達成することが可能である。
【００５４】
ＰＭＤセンサの特殊な内部構造により、すでに飛行時間評価前に、非変調光成分の除去が可能であるため、外部雑音光を抑制することが可能である。
【００５５】
時間分解分光分析に際して実施される励起−応答−方式の種類に応じ、当該測定結果の評価を通じて、被検試料に種々の推定を下すことができる。
【００５６】
したがって、たとえば励起パルスと応答パルスとの間の遅延時間を変化させることによって、過程のダイナミクスを推定することが可能である。遅延時間をこのように変化させる際に、こうして得られた測定量が遅延時間に対してプロットされれば、いわゆる過渡特性が得られる。
【００５７】
これとは異なり、励起波長を変化させる場合には、概して、被検システムに、別のスペクトル的および時間的特徴を結果として生じさせ得る異なったプロセスが惹起される。遅延時間を固定して、システム応答を応答波長に対してプロットすれば、いわゆる過渡スペクトルが得られる。この場合、システムの応答は、相対的に狭帯域の応答パルスの波長の変化によるかまたは広帯域の応答パルスのスペクトル分解検出によって生成可能である。
【００５８】
本発明による技術的解決方法により、できるだけ広帯域に及ぶと共に高速で行われる試料検査を可能にする時間分解分光分析システムおよび方法が供され、その際、当該システムは機器技術的に見て、できるだけ単純、低コストかつ高信頼度を実現する構造を有している。
【００５９】
時間分解分光分析のための目下利用可能な従来の測定システムに比較して、同様の機能レベルにて、調達コストは約５０分の１に減少する。
【図１】
2011513740.tif 000003
【図２】
2011513740.tif 000004
【国際調査報告】
2011513740.tif 000005
2011513740.tif 000006
2011513740.tif 000007
2011513740.tif 000008
2011513740.tif 000009
2011513740.tif 000010