光譜分析設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光譜分析設(shè)備，其包括：光源(101)，其被布置成在樣本上產(chǎn)生光分布(110)；光電檢測器(103)，其具有至少一個光電檢測器元件(104)，以用于檢測由樣本與來自光源(101)的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光；支座(109)，其用于支撐樣本，支座(109)可相對于光分布(110)移動；及處理單元(121)。處理單元(121)被布置成基于經(jīng)預(yù)期會在支座(109)與光分布(110)之間出現(xiàn)的相對運動而使在特定時間由光電檢測器元件(104)記錄的光譜值與經(jīng)預(yù)測會在所述特定時間產(chǎn)生由光電檢測器元件(104)記錄的特性光的樣本上的點相關(guān)聯(lián)。
【專利說明】
光譜分析設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光譜分析設(shè)備和方法。其在拉曼光譜分析中特別有用，但其可同等用于其它形式的光譜分析中，例如，使用熒光、窄線光致發(fā)光或陰極發(fā)光。
【背景技術(shù)】
[0002]在第5，442，438號美國專利(貝啟德(Batchelder)等人)中展示了拉曼光譜設(shè)備的實例。來自激光源的光聚焦到樣本上的一點。光與樣本的分子之間的相互作用導(dǎo)致拉曼散射為具有相對于激發(fā)激光頻率經(jīng)移位的頻率及波數(shù)的光譜。在濾出激光頻率之后，例如衍射光柵等分散裝置跨越二維光電檢測器陣列(例如，呈電荷耦合裝置(CCD)的形式)分散此散射的拉曼光譜。不同的分子物質(zhì)具有不同的特性拉曼光譜，且因此所述效應(yīng)可用于分析存在的分子物質(zhì)。拉曼光譜還可給出其它信息，例如，樣本中的局部應(yīng)力或應(yīng)變。
[0003]如果需要繪制樣本的區(qū)域而非僅單個點，那么已知將樣本安裝在可在正交方向X、Y上移動的平臺上?；蛘?，可移動鏡可在X及Y方向上跨越樣本的表面偏轉(zhuǎn)光束。因此，可進(jìn)行對樣本的光柵掃描，從而給出掃描中的每個點處的拉曼光譜。
[0004]在此類光柵掃描中的每個點處，激光束必須將樣本照明足夠長的時間以允許獲取拉曼光譜。獲得樣本的較大區(qū)域上的映射(map)因此可為費時的。因此已知不以點焦點而是以線焦點照明樣本。這使得能夠同時從線內(nèi)的多個點獲取光譜。關(guān)于CCD光電檢測器，其被布置成線的圖像與光譜分散方向正交地延伸。這使得能夠有效地使用光電檢測器的二維性質(zhì)以同時獲取多個光譜。在CCD陣列的多個行或列中同時形成多個光譜。
[0005]US8179526描述一種方法，其中CXD陣列上的電荷與樣本相對于線焦點的移動同步地在陣列的元件之間移位。電荷的移位可能在垂直于光譜分散方向的方向上。因此，通過來自沿著線焦點的長度的不同位置的光接連地照明多個點，從而確保即使光強度沿著線焦點的長度變化，每個點也被相同的總光強度照明。
[0006]在US8179526中描述的方法的實施方案中，驅(qū)動在上面安裝樣本的平臺的移動的電動機受到平臺控制器的控制，所述平臺控制器與控制CCD陣列的元件之間的電荷的移位的控制器分開。在記錄樣本的特定目標(biāo)位置的光譜之前，將目標(biāo)位置發(fā)送到平臺控制器，其激活電動機將所述平臺驅(qū)動到目標(biāo)位置?？刂艭CD陣列的控制器激活CCD陣列以在從將目標(biāo)位置發(fā)送到平臺控制器已過去給定時間周期之后記錄光譜。
[0007]此布置的問題是，對于高數(shù)據(jù)收集速率，平臺的位置可在記錄光譜時落在目標(biāo)位置后面某一距離，從而導(dǎo)致光譜的記錄位置中的不準(zhǔn)確性。
[0008]圖1是展示位置中的不準(zhǔn)確性及速度中的變化的圖表。該圖表是針對在108ms內(nèi)CCD陣列的77行的數(shù)據(jù)收集速率。點線及虛線展示平臺的預(yù)期位置，而點線(具有長點)展示平臺的實際位置且其滯后預(yù)期位置多少。點I是由CCD記錄的最終時間數(shù)據(jù)，且點2及點3分別是此時的臺的實際及預(yù)期位置。從通過具有小點的點線指示的平均速度可以看出，平臺的速度在通過CCD陣列記錄數(shù)據(jù)的整個周期中變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供光譜分析設(shè)備，包括:
[0010]光源，其用于在樣本上產(chǎn)生光分布；
[0011 ] 光電檢測器，其具有至少一個光電檢測器元件以用于檢測由樣本與來自光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光；
[0012]支座，其用于支撐樣本，所述支座可相對于光分布移動;及
[0013]處理單元，其被布置成基于經(jīng)預(yù)期會在支座與光分布之間出現(xiàn)的相對運動，而使在特定時間由光電檢測器元件記錄的光譜值與樣本上的點相關(guān)聯(lián)，該樣本上的點經(jīng)預(yù)測會在所述特定時間產(chǎn)生由光電檢測器元件記錄的特性光。
[0014]以此方式，光電檢測器記錄數(shù)據(jù)的速率不受光電檢測器與如下的控制器之間的通信的速度限制:該控制器用于控制支座相對于光分布(例如，點、線焦點或光的其它合適的圖案)的相對移動。具體來說，處理單元可基于關(guān)于支座相對于光分布的相對位置的信息而使光譜值與樣本上的點相關(guān)聯(lián)，該信息可已經(jīng)在除記錄光譜值所處的時間之外的時間獲得。
[0015]特性光可為從樣本散射的光，例如通過拉曼散射產(chǎn)生的光。
[0016]可基于從先前已知位置預(yù)測的支座相對于光分布的相對運動而激活光電檢測器。例如，支座可在運動中設(shè)定，且光電檢測器被布置成基于支座的預(yù)期運動而在此后以時間間隔記錄光譜值。
[0017]所述設(shè)備可包括用于驅(qū)動支座相對于光分布的移動的電動機?？煽刂扑鲭妱訖C以提供支座相對于光分布的預(yù)定運動。
[0018]在測量周期期間支座相對于光分布的移動可處于恒定速度，處理單元被布置成用于控制光電檢測器以使得光電檢測器元件在測量周期期間以等間隔時間間隔記錄光譜值。支座和/或光分布可在加速周期期間加速到恒定速度，處理周期被布置成控制光電檢測器以在加速周期結(jié)束時開始記錄特性光的光譜值?？勺R別將被取樣的初始點，且可從如下位置在運動中設(shè)定支座和/或光分布:該位置是從貫穿位置回?fù)艿?，其中初始點被光分布照明以在光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光，使得加速周期在初始點處于貫穿位置時已經(jīng)結(jié)束。
[0019]處理單元可被布置成從在已知時間支座相對于光分布的已知相對位置來推算光分布照明所述點以產(chǎn)生落在光電檢測器元件上的特性光所處的時間。此時記錄的光譜值隨后可與樣本上的點相關(guān)。對于高數(shù)據(jù)收集速率，也許不可能以充分高的速度確定且傳送支座相對于光分布的相對位置以提供光分布照明給定點的及時信息。本發(fā)明可允許光電檢測器以比可檢測及傳送支座相對于光分布的相對位置的速率更高的數(shù)據(jù)速率記錄光譜值。
[0020]可從支座從已知位置相對于光分布的已知運動推算支座相對于光分布的相對位置。例如，可假設(shè)支座從已知位置以恒定速度相對于光分布行進(jìn)。
[0021]設(shè)備可包括用于檢測支座的位置的傳感器。處理單元可被布置成從所檢測到的位置推算在給定時間產(chǎn)生由光電檢測器元件記錄的特性光的樣本上的點。處理單元可被布置成從所檢測到的位置確定支座的速度，且可選地確定支座的加速度。處理單元可被布置成基于所確定的速度以及可選地基于加速度而更新用于起始光電檢測器的時間。例如，在當(dāng)光源照明樣本上的預(yù)定點以在光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光時起始光電檢測器的情況下，處理單元可被布置成基于所檢測到的位置而更新用于起始光電檢測器的時間。然而，可以理解的是，可在支座的運動滿足指定速度或加速度準(zhǔn)則(例如，恒定速度)時起始光電檢測器，而與此時在光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光的樣本上的點無關(guān)。
[0022]光電檢測器元件在其期間例如通過積聚電荷(在光譜值從光電檢測器元件移位或讀取之前)而記錄光譜值的取樣時間間隔可短于在其之間將支座的檢測到的位置報告給處理單元的檢測時間間隔。因此，光電檢測器元件記錄樣本上的點(例如，點的連續(xù)區(qū))的光譜值的數(shù)據(jù)速率可大于用于記錄支座的檢測到的位置的數(shù)據(jù)速率。
[0023]光電檢測器可包括光電檢測器定時器，光電檢測器元件被布置成基于來自光電檢測器定時器的信號而記錄光譜值。可在基于來自傳感器的檢測到的位置而預(yù)測支座將處于相對于光分布的預(yù)定位置處的時間來起始光電檢測器定時器。支座相對于光分布的運動可被布置成使得在支座處于預(yù)定位置時，支座相對于光分布以恒定速度移動。該預(yù)定位置可為貫穿位置。
[0024]驅(qū)動支座的電動機的電動機速度可基于支座定時器受到控制。該支座定時器可與光電檢測器定時器相同或為不同的定時器。
[0025]處理單元可被布置成控制支座相對于光分布的相對移動，使得光分布從如下位置開始掃描樣本:在該位置處將被取樣的初始點與光分布間隔。以此方式，支座和/或光分布可在光分布貫穿初始點之前加速到所需的可能恒定的速度。支座和/或光分布可具有預(yù)設(shè)的加速度速率，且初始點與光分布間隔的距離可基于預(yù)設(shè)加速度及用戶選擇進(jìn)行取樣的目標(biāo)速度來確定。所述目標(biāo)速度可例如通過用戶選擇數(shù)據(jù)收集速率而直接或間接地選擇。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，包括:
[0027]相對于光分布移動樣本，所述光分布照明樣本以連續(xù)地照明樣本上的多個點；
[0028]使用光電檢測器的光電檢測器元件檢測通過樣本與形成光分布的光的相互作用而由所述點產(chǎn)生的特性光;及
[0029]基于經(jīng)預(yù)期會在支座與光分布之間出現(xiàn)的相對運動而使在特定時間由光電檢測器元件記錄的光譜值與經(jīng)預(yù)測會在所述特定時間產(chǎn)生由光電檢測器元件記錄的特性光的樣本上的點相關(guān)聯(lián)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種數(shù)據(jù)載體，其具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)本發(fā)明的第一方面的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使處理單元執(zhí)行本發(fā)明的第二方面的方法。
[0031 ]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供光譜分析設(shè)備，其包括:
[0032]光源，其被布置成用于在樣本上產(chǎn)生光分布；
[0033]光電檢測器，其具有至少一個光電檢測器元件以用于檢測由樣本與來自光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光；
[0034]支座，其用于支撐樣本，所述支座可相對于光分布移動;及
[0035]處理單元，其用于控制支座的移動，其中所述處理單元被布置成接收對將使用光分布掃描的樣本的區(qū)域的選擇，且使支座從一位置加速到預(yù)定速度，使得在光分布貫穿將被掃描的區(qū)域時支座已達(dá)到該預(yù)定速度。
[0036]處理單元可被布置成控制支座相對于光分布的相對移動，使得光分布以恒定速度在區(qū)域上方掃描。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，包括:
[0038]接收對將被掃描的樣本的區(qū)域的選擇；
[0039]相對于由光源在樣本上產(chǎn)生的光分布而移動樣本以連續(xù)地照明樣本的所述區(qū)域中的多個點；
[0040]使用光電檢測器的光電檢測器元件檢測通過樣本與形成光分布的光的相互作用而由所述點產(chǎn)生的特性光；
[0041]其中從一位置將樣本加速到預(yù)定速度，使得在光分布貫穿將被掃描的區(qū)域時樣本已達(dá)到所述預(yù)定速度。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種數(shù)據(jù)載體，其具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)本發(fā)明的第四方面的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使處理單元執(zhí)行本發(fā)明的第五方面的方法。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供光譜分析設(shè)備，其包括:
[0044]光源，其被布置成用于在樣本上產(chǎn)生光分布；
[0045]光電檢測器，其包括多個光電檢測器元件以用于檢測由樣本與來自光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光，所述光電檢測器元件布置在至少一個行或列中；
[0046]支座，其用于支撐樣本，所述支座可相對于光分布移動;及
[0047]處理單元，其被布置成用于在支座相對于光分布以預(yù)定恒定速度移動時起始光電檢測器，使得光電檢測器元件記錄特性光的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)在至少一個行或列的光電檢測器元件之間重復(fù)地移位，每一連續(xù)移位發(fā)生在距前一移位相等時間間隔之后。
[0048]以此方式，在激活之后，光電檢測器不需要與產(chǎn)生支座及光分布之間的相對移動的控制器/電動機之間同步通信，該同步強加對數(shù)據(jù)收集速率的限制。具體來說，可基于預(yù)設(shè)恒定速度預(yù)設(shè)相等的時間間隔。例如，可選擇數(shù)據(jù)移位的恒定速度及間隔，使得關(guān)于來自樣本的給定點或區(qū)的特性光所記錄的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)沿著行或列移位時累積在至少一個行或列的連續(xù)光電檢測器元件中。
[0049]可基于所要的曝光時間及樣本上的距離(該距離對應(yīng)于一個光電檢測器元件的高度的)而預(yù)先選擇恒定速度。還可基于光分布的長度(例如，線焦點的長度)預(yù)先選擇恒定速度。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，其包括:
[0051]相對于由光源在樣本上產(chǎn)生的光分布而移動樣本以連續(xù)地照明樣本的區(qū)域中的多個點，使得通過樣本與形成光分布的光的相互作用而由多個點產(chǎn)生的特性光落在光電檢測器的多個光電檢測器元件上，所述多個光電檢測器元件布置在至少一個行或列中；及
[0052]在支座相對于光分布以預(yù)定恒定速度移動時激活光電檢測器，使得光電檢測器元件記錄特性光的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)在至少一個行或列的光電檢測器元件之間重復(fù)地移位，每一連續(xù)移位發(fā)生在距前一移位相等時間間隔之后。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種數(shù)據(jù)載體，其具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)本發(fā)明的第七方面的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使處理單元執(zhí)行本發(fā)明的第八方面的方法。
[0054]本發(fā)明的以上方面的數(shù)據(jù)載體可為用于向機器提供指令的合適的媒體，例如非瞬時數(shù)據(jù)載體，例如軟盤、CD R0M、DVD ROM/RAM(包含-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、藍(lán)光(TM)光盤、存儲器(例如，記憶棒(TM)、SD卡、緊湊快閃卡或類似物)、光盤驅(qū)動器(例如，硬盤驅(qū)動器)、磁帶、任何磁/光存儲裝置或瞬時數(shù)據(jù)載體，例如電線或光纖上的信號或無線信號，例如經(jīng)由有線或無線網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng)下載、FTP傳遞或類似物)發(fā)送的信號。
【附圖說明】
[0055]圖1是展示在掃描樣本時現(xiàn)有技術(shù)光譜分析設(shè)備的平臺的位置及速度的圖表；
[0056]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的拉曼光譜分析設(shè)備的示意圖；
[0057]圖3展示通過拉曼光譜分析設(shè)備相對于樣本移動而產(chǎn)生的線焦點及CCD光電檢測器內(nèi)的電荷的對應(yīng)移位;及
[0058]圖4是針對根據(jù)本發(fā)明的光譜分析設(shè)備展示在掃描樣本時平臺的位置及速度的圖表。
【具體實施方式】
[0059]參看圖2及圖3，拉曼光譜分析設(shè)備100包括:光源101，其被布置成用于產(chǎn)生用于照明樣本102的光分布110;及光電檢測器103，其具有用于檢測從樣本102散射的光的多個光電檢測器元件104。
[0060]光源101包括激光、光束擴展器及用于將激光束115塑形并將激光束引導(dǎo)到濾波器105上的合適的透鏡和鏡(未圖示)，該透鏡和鏡以激光頻率/波數(shù)反射光但以其它頻率/波數(shù)透射光。濾波器105將激光束115引導(dǎo)到顯微鏡106上。在顯微鏡106中，經(jīng)由一個或多個合適的鏡108將激光束115引導(dǎo)穿過物鏡107以將激光束115(在此實施例中作為線焦點110)聚焦到在可移動平臺109上支撐的樣本102上。該光學(xué)布置類似于以引用的方式并入本文中的US5442438及W02008/090350中描述的光學(xué)布置。
[0061]平臺109可移動以在垂直方向X及Y上相對于線焦點110移動樣本102。提供電動機111a、11 Ib以用于在每一方向上驅(qū)動平臺109的運動。電動機111a、I Ilb的移動可在控制器133的控制下且由定時器113調(diào)節(jié)。傳感器114檢測平臺109的位置。在此實施例中，傳感器114包括安裝在平臺109的相對可移動元件上的編碼器刻度尺及對應(yīng)的讀頭。平臺的控制器133被布置成用于與計算機112通信。
[0062]激光束115照明樣本102產(chǎn)生散射光，該散射光的頻率/波數(shù)與激光的頻率/波數(shù)不同，例如，拉曼散射光。該散射光由顯微鏡物鏡107收集且被導(dǎo)向光電檢測器103。散射光穿過濾波器105和光學(xué)元件116，例如，衍射光柵，以用于跨越光電檢測器103光譜地分散散射光。經(jīng)光譜地分散的光通過聚焦透鏡117聚焦到光電檢測器103上。
[0063]在此實施例中，光電檢測器103是包括光電檢測器元件104的二維陣列的電荷耦合裝置(CCD)。然而，其它檢測器是可能的，例如二維CMOS光電檢測器陣列。衍射光柵在方向S上跨越CCD 103的表面分散散射光的光譜。對于樣本102上的線焦點110的每一位置，跨越光電檢測器元件104的一個行118分散的散射光源自樣本102上的區(qū)或位點(site)。
[0064]光電檢測器103包括控制電荷耦合裝置的處理器140。處理器140布置成例如通過USB總線與計算機112通信，且通過另一通信線(例如，串行通信總線)與平臺控制器133通信。處理器140和光電檢測器陣列103可被建構(gòu)為單一單元。
[0065]相機119安裝成使得可由相機119通過顯微鏡106的用于將激光束115聚焦到樣本102上的相同物鏡107俘獲樣本102的圖像。由相機119俘獲的圖像被發(fā)送到計算機112且可在顯示器120上顯示。
[0066]計算機112包括執(zhí)行存儲在存儲器122中的計算機程序中的指令的處理單元121。如現(xiàn)將描述的，計算機112、處理器140和平臺控制器133控制平臺的移動和對CCD 103中的電荷的移位及讀取，以跨越樣本102對線焦點110進(jìn)行光柵掃描且記錄從樣本散射的光的光譜值。然而，將理解，在其它實施例中，可使用處理器與處理的分布的其它組合。
[0067]最初，用戶將樣本102放置在可移動平臺109上且使用相機119俘獲樣本的圖像。此圖像在顯示器120上顯示且用戶可使用輸入裝置123(例如，鍵盤或指向裝置)選擇將使用線焦點110掃描的樣本102的區(qū)域124。系統(tǒng)已被校準(zhǔn)以使得圖像的每一像素對應(yīng)于平臺上的已知位置。因此，從于圖像中識別的區(qū)域124，處理單元121可確定使用線焦點110來掃描樣本102的該區(qū)域所需的平臺109的移動。
[0068]在配置期間，用戶請求關(guān)于將被取樣的區(qū)的曝光時間。處理單元121通過以下操作來計算平臺109在取樣期間的所要的速度:CCD 103上的經(jīng)曝光行118的數(shù)目乘上平臺109處的對應(yīng)于CCD 103上的單個行118的高度的距離d，再被所請求的曝光時間相除。此速度可四舍五入為平臺控制器133接受的整數(shù)部分。例如，電動機每秒步進(jìn)整數(shù)數(shù)目10s。
[0069]處理單元121隨后根據(jù)所要的速度計算CXD103的行118之間的電荷的移位之間的所需的移位延遲(取樣周期)，使得平臺109的運動與電荷的移位是同步的。例如，可從平臺109處的距離d(該距離d對應(yīng)于CCD 103上的單個行118的高度)除以所要的速度來確定所需的移位延遲。
[0070]處理單元121通過處理器140配置平臺控制器133以控制電動機111a，使得平臺109以預(yù)設(shè)恒定速率加速。此配置可在以上計算所要的速度及移位延遲之前或之后發(fā)生。
[0071]對于平臺109在Y方向上的移動，線焦點110的前邊緣131最初從區(qū)域124的邊緣130回?fù)芤痪嚯x。確定線焦點110回?fù)艿木嚯x，使得平臺109可在線焦點110貫穿區(qū)域124的邊緣之前加速到所要的速度。為了確定回?fù)芫嚯x，處理器121確定平臺109必須行進(jìn)(從靜止)以到達(dá)以預(yù)設(shè)恒定速率加速時所要的速度的加速距離?；?fù)芫嚯x通過將用以提供一經(jīng)設(shè)定周期(在此實施例中是20ms)的額外距離加到加速距離來計算，在該經(jīng)設(shè)定周期期間，平臺109應(yīng)該以恒定速度行進(jìn)。此額外距離給予某一余地且提供一時間周期，在該時間周期中，處理單元121可測量平臺109的位置且確定線焦點110的前邊緣131將貫穿區(qū)域124的邊緣130的時間，如下文更詳細(xì)地描述。
[0072]從回?fù)芫嚯x及區(qū)域124的已知位置可以確定起始位置。停止位置是其中線焦點110在區(qū)域124外的位置，停止位置給平臺109提供足夠距離以在線焦點110離開區(qū)域124之后減慢。
[0073]處理單元121向控制器140發(fā)送命令，該命令指明用于平臺109的開始及停止位置及平臺109的所要的速度和用以執(zhí)行如下文所描述的處理的指令。在從計算機112接收到起始命令時，處理器140將開始及停止位置及所要的速度發(fā)送到平臺控制器133且執(zhí)行用于控制光電檢測器103的命令。
[0074]在接收到開始及停止位置時，平臺控制器133激活電動機llla、lllb以將平臺驅(qū)動到起始位置。
[0075]在到達(dá)起始位置之后，平臺109在Y方向上加速到所要的速度。平臺控制器133使用來自定時器113的時鐘脈沖調(diào)節(jié)電動機Illa的速度，使得一旦已經(jīng)達(dá)到所要的速度，電動機11 Ia便維持設(shè)定速度。
[0076]在此加速周期期間，來自傳感器114的信號被發(fā)送到處理器140，且處理器140記錄關(guān)于平臺109的位置中的改變的位置數(shù)據(jù)與時間。處理器140從該位置數(shù)據(jù)預(yù)測線焦點110何時將貫穿區(qū)域的邊緣130。在從傳感器114接收到新數(shù)據(jù)時更新此預(yù)測。
[0077]可通過處理器140在加速周期期間反復(fù)地詢問平臺控制器133來收集位置數(shù)據(jù)。處理器140存儲來自內(nèi)部定時器(未圖示)的第一時鐘計數(shù)^且將請求平臺109的位置的信號發(fā)送到平臺控制器133。響應(yīng)于接收到該請求，平臺控制器133從傳感器114獲得讀數(shù)，且將此讀數(shù)返回到處理器140。在接收到該讀數(shù)時，處理器140存儲第二時鐘計數(shù)t2。處理器140將該讀數(shù)記錄為在時間(ti+t2)/2時發(fā)生。這是基于發(fā)射及接收階段花費相等時間的假設(shè)。
[0078]處理器140從位置數(shù)據(jù)在預(yù)先界定的周期(例如3次讀取)內(nèi)計算平均速度及加速度。基于所確定的速度及加速度而更新預(yù)測線焦點110的前邊緣131貫穿區(qū)域124的時間。
[0079]在預(yù)測線焦點110的前邊緣131會貫穿區(qū)域124的邊緣130的時間，處理器140激活CXD 103以開始測量周期。此可包括激活定時器126，該定時器調(diào)節(jié)電荷在CCD 103上移位的速率。電荷在由箭頭127指示的方向上以對應(yīng)于所計算的移位延遲的等間隔時間間隔從每一行移位到鄰近行。因此，電荷沿著CCD 103的移位與線焦點110跨越將被取樣的區(qū)域124的移動同步。
[0080]圖3展示由線焦點110照明的樣本102的區(qū)域124的部分。Y示出平臺109的移動方向且箭頭127示出電荷在CCD陣列103上移位的方向。對于線焦點110上的每一區(qū)132(下文稱為點)，拉曼光譜(由加陰影區(qū)域指示)在垂直于方向Y的方向S上沿著CCD光電檢測器103的對應(yīng)行118分散?？梢岳斫獾氖?，在圖3中已經(jīng)放大點132的大小，且事實上存在很多倍的此數(shù)目的點并且在CXD 103上存在很多倍的此數(shù)目的行118。
[0081](XD 103暴露于光導(dǎo)致電荷在每一光電檢測器元件104中的累積。此電荷表示拉曼光譜的光譜值(或頻段)且與在曝光期間已接收的光的量成比例。樣本102相對于線焦點110連續(xù)地移動，使得在電荷中的移位之間入射在任何一個光電檢測器元件104上的光是源自樣本中的比線焦點110上的點132長的區(qū)的散射光。因此，光電檢測器103的鄰近行將對樣本102的重疊區(qū)進(jìn)行取樣。
[0082]電荷在方向127上在CXD103的行之間移位，其中在電荷移位的方向上在連續(xù)光電檢測器元件104中穩(wěn)定地積聚關(guān)于如下散射光的電荷:該散射光源自樣本103上的給定區(qū)。電荷的移位一直進(jìn)行到電荷移位到讀出寄存器134中為止。讀出寄存器134中的電荷被讀出到處理器140。因此，在CCD 103上的電荷中的移位之間，移位寄存器134持有一個完整光譜的數(shù)據(jù)，該完整光譜是在給定區(qū)移動通過線焦點110時已從樣本102的該給定區(qū)的照明所累積的。
[0083]處理器140將從CXD 103讀出的光譜發(fā)送到處理單元121。處理器140在使用線焦點110掃描區(qū)域124的整個過程中繼續(xù)接收基于來自傳感器114的信號的位置數(shù)據(jù)，且這些位置數(shù)據(jù)還可以傳遞到計算機112。
[0084]計算機112的處理單元121可從位置數(shù)據(jù)確定給定時間處的平臺109的位置。然而，CXD 103累積數(shù)據(jù)的速率比從傳感器114接收位置數(shù)據(jù)的速率更快。例如，在檢測器元件104中累積電荷的取樣時間間隔短于在將位置測量值發(fā)送到處理器140之間的檢測時間間隔。因此，處理單元121基于預(yù)期已經(jīng)在平臺109與線焦點110之間出現(xiàn)的相對運動而將在特定時間處從讀出寄存器134讀出的完整光譜與預(yù)測會產(chǎn)生散射光的樣本上的區(qū)相關(guān)聯(lián)。此可從平臺109進(jìn)行行進(jìn)的已知恒定速度和所預(yù)測的線焦點110將會貫穿區(qū)域124的時間來確定。然而，優(yōu)選地，處理單元121還從在掃描期間接收的位置數(shù)據(jù)推算預(yù)測將會產(chǎn)生拉曼光譜的樣本102上的區(qū)。
[0085]可針對不同的X位置重復(fù)以上過程，使得線焦點110掃描樣本102的整個區(qū)域124。
[0086]隨后可基于預(yù)測會產(chǎn)生光譜的樣本的區(qū)而形成使所記錄的光譜與空間分布相關(guān)聯(lián)的映射?？申P(guān)于光譜的特定要素形成映射，例如，特定分子物質(zhì)出現(xiàn)拉曼峰值所處的特定波數(shù)。
[0087]圖4說明平臺109的運動的不同周期，其包括加速周期201、恒定速度周期202、減慢周期203及其中平臺109返回到起始位置以關(guān)于下一個X位置來掃描區(qū)域的返回周期204。在恒定速度周期202期間收集光譜數(shù)據(jù)，使得以等間隔時間間隔跨越CCD的電荷中的移位將確保⑶D 103的每一個元件104收集從樣本102上的相等長度的區(qū)散射的光的數(shù)據(jù)。
[0088]將理解，在不脫離權(quán)利要求書中界定的本發(fā)明的情況下，可對上文所描述的實施例作出修改及更改。例如，照明樣本的光分布可具有不同的形狀，例如焦斑。
【主權(quán)項】
1.一種光譜分析設(shè)備，包括: 光源，其用于在樣本上產(chǎn)生光分布； 光電檢測器，其具有至少一個光電檢測器元件以用于檢測由所述樣本與來自所述光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光； 支座，其用于支撐所述樣本，所述支座可相對于所述光分布移動;及 處理單元，其被布置成基于經(jīng)預(yù)期會在所述支座與所述光分布之間出現(xiàn)的相對運動，而使在特定時間由所述光電檢測器元件記錄的光譜值與所述樣本上的點相關(guān)聯(lián)，該所述樣本上的點經(jīng)預(yù)測會在所述特定時間產(chǎn)生由所述光電檢測器元件記錄的所述特性光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元基于關(guān)于所述支座到所述光分布的相對位置的信息而使光譜值與所述樣本上的點相關(guān)聯(lián)，所述信息已經(jīng)在除記錄所述光譜值所處的時間之外的時間獲得。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光譜分析設(shè)備，其中，基于根據(jù)之前一已知位置預(yù)測的所述支座到所述光分布的相對運動而激活所述光電檢測器。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述支座在測量周期期間相對于所述光分布的移動處于恒定速度，所述處理單元被布置成用于控制所述光電檢測器，以使得所述光電檢測器元件在所述測量周期期間以等間隔的時間間隔記錄光譜值。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述支座和/或光分布在加速周期期間加速到所述恒定速度，所述處理周期被布置成在所述加速周期結(jié)束之后控制所述光電檢測器開始記錄所述特性光的光譜值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光譜分析設(shè)備，其中，將被取樣的初始點被識別，且從如下位置在運動中設(shè)定所述支座和/或光分布:所述位置是從貫穿位置回?fù)艿?，其中所述初始點被所述光分布照明以在所述光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光，使得所述加速周期在所述初始點處于所述攔截位置時已經(jīng)結(jié)束。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成從在已知時間所述支座相對于所述光分布的已知相對位置推算所述特定時間，在所述特定時間處所述光分布照明所述點以產(chǎn)生落在所述光電檢測器元件上的特性光。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光譜分析設(shè)備，其中，從所述支座從所述已知位置相對于所述光分布的已知相對運動推算所述光分布照明所述點以產(chǎn)生落在所述光電檢測器元件上的特性光所處的所述時間。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述已知相對運動是所述支座和/或光分布的預(yù)設(shè)加速分布，和/或所述支座和/或光分布的預(yù)設(shè)速度分布。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括用于檢測所述支座的位置的傳感器。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成從檢測到的所述位置推算這樣的時間:在該時間處所述光分布照明所述樣本上的給定點以在所述光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成從檢測到的所述位置確定所述支座的速度，且使用所確定的所述速度來確定這樣的所述時間:在該時間處所述光分布照明所述樣本上的給定點以在所述光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成從所確定的所述速度確定所述支座的加速度，且使用所確定的所述加速度來確定這樣的所述時間:在該時間處所述光分布照明所述樣本上的給定點以在所述光電檢測器元件上產(chǎn)生特性光。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成基于所確定的所述速度和/或所述加速度來更新用于起始所述光電檢測器的時間。15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，取樣時間間隔短于檢測時間間隔，在該取樣時間間隔期間，所述光電檢測器元件記錄所述光譜值，在該檢測時間間隔之間，所述支座的檢測到的位置被報告給所述處理單元。16.根據(jù)權(quán)利要求10到15中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述光電檢測器元件記錄所述樣本上的點的光譜值所處的數(shù)據(jù)速率大于用于檢測所述支座的位置的所述數(shù)據(jù)速率。17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述光電檢測器包括光電檢測器定時器，所述光電檢測器元件被布置成在基于來自所述光電檢測器定時器的信號的時間處記錄光譜值。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成，在預(yù)測所述支座要處于相對于所述光分布的預(yù)定位置處的時間處激活所述光電檢測器定時器。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述光譜分析設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括用于驅(qū)動所述支座的電動機，基于來自所述光電檢測器定時器的信號而控制電動機速度。20.一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，包括: 相對于光分布移動所述樣本，所述光分布照明所述樣本以連續(xù)地照明所述樣本上的多個占.1 V ， 使用光電檢測器的光電檢測器元件檢測通過所述樣本與形成所述光分布的光的相互作用而由所述點產(chǎn)生的特性光;及 基于經(jīng)預(yù)期會在所述支座與所述光分布之間出現(xiàn)的相對運動，使在特定時間由所述光電檢測器元件記錄的光譜值與經(jīng)預(yù)測會在所述特定時間產(chǎn)生由所述光電檢測器元件記錄的所述特性光的所述樣本上的點相關(guān)聯(lián)。21.—種數(shù)據(jù)載體，其具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)權(quán)利要求1到19中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使所述處理單元執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法。22.一種光譜分析設(shè)備，包括: 光源，其被布置成用于在樣本上產(chǎn)生光分布； 光電檢測器，其具有至少一個光電檢測器元件以用于檢測由所述樣本與來自所述光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光； 支座，其用于支撐所述樣本，所述支座可相對于所述光分布移動;及 處理單元，其用于控制所述支座的移動，其中所述處理單元被布置成接收對將被掃描的所述樣本的區(qū)域的選擇，且使所述支座從一位置加速到預(yù)定速度，使得在所述光分布貫穿將被掃描的所述區(qū)域時所述支座已達(dá)到所述預(yù)定速度。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述處理單元被布置成控制所述支座相對于所述光分布的相對移動，使得所述光分布以恒定速度在所述區(qū)域上方掃描。24.一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，包括: 接收對將被掃描的樣本的區(qū)域的選擇； 相對于由光源在樣本上產(chǎn)生的光分布而移動所述樣本以連續(xù)地照明所述樣本的所述區(qū)域中的多個點； 使用光電檢測器的光電檢測器元件檢測通過所述樣本與形成所述光分布的光的相互作用而由所述點產(chǎn)生的特性光； 其中從一位置將所述樣本加速到預(yù)定速度，使得在所述光分布貫穿將被掃描的所述區(qū)域時所述樣本已達(dá)到所述預(yù)定速度。25.—種數(shù)據(jù)載體，具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使所述處理單元執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法。26.一種光譜分析設(shè)備，包括: 光源，其被布置成用于在樣本上產(chǎn)生光分布； 光電檢測器，其包括多個光電檢測器元件以用于檢測由所述樣本與來自所述光源的光的相互作用而產(chǎn)生的特性光，所述多個光電檢測器元件布置在至少一個行或列中； 支座，其用于支撐所述樣本，所述支座可相對于所述光分布移動;及 處理單元，其被布置成用于在所述支座相對于所述光分布以預(yù)定恒定速度移動時起始所述光電檢測器，使得所述光電檢測器元件記錄所述特性光的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)在所述至少一個行或列的所述光電檢測器元件之間重復(fù)地移位，每一連續(xù)移位發(fā)生在距前一移位相等時間間隔之后。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光譜分析設(shè)備，其中，基于預(yù)設(shè)的恒定速度而預(yù)設(shè)所述相等時間間隔。28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的光譜分析設(shè)備，其中，所述支座相對于所述光分布的所述預(yù)定的恒定速度及所述數(shù)據(jù)移位所處的間隔經(jīng)過選擇，使得針對來自所述樣本的給定點或區(qū)的所述特性光而記錄的數(shù)據(jù)在所述數(shù)據(jù)沿著所述行或列移位時在所述至少一個行或列的連續(xù)光電檢測器元件中累積。29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的光譜分析設(shè)備，其中，基于想要的曝光時間和對應(yīng)于一個光電檢測器元件的高度的關(guān)于所述樣本的距離而預(yù)先選擇所述恒定速度。30.一種對樣本執(zhí)行光譜分析的方法，包括: 相對于由光源在所述樣本上產(chǎn)生的光分布而移動所述樣本以連續(xù)地照明所述樣本的所述區(qū)域中的多個點，使得通過所述樣本與形成所述光分布的光的相互作用而由所述點產(chǎn)生的特性光落在光電檢測器的多個光電檢測器元件上，所述多個光電檢測器元件布置在至少一個行或列中；及 在所述支座相對于所述光分布以預(yù)定恒定速度移動時激活所述光電檢測器，使得所述光電檢測器元件記錄所述特性光的數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)在所述至少一個行或列的所述光電檢測器元件之間重復(fù)地移位，每一連續(xù)移位發(fā)生在距前一移位相等時間間隔之后。31.—種數(shù)據(jù)載體，具有存儲在其上的指令，所述指令在由根據(jù)權(quán)利要求26到29中任一權(quán)利要求所述的光譜分析設(shè)備的處理單元執(zhí)行時致使所述處理單元執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法。
【文檔編號】G01N21/65GK105849530SQ201480065719
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年9月30日
【發(fā)明人】托馬斯·安東尼·梅森
【申請人】瑞尼斯豪公司