JP6639470B2 - 少なくとも１つのｏｌｅｄまたはｌｅｄから放射される光放射の空間分解及び波長分解検出のための装置 - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも１つのＯＬＥＤまたはＬＥＤから放射される光放射の空間分解及び波長分解検出のための装置に関する。少なくとも一つのサンプルはこのプロセスによって分析的に検査され得る。

この点、所定の放射の分散（例えば分光角依存）は、分光検査のための古典的な分光器を伴わずに使用され、自然放射及び広帯域の光源を使用することがインプリントされることに留意しなければならない。

特に、この目的のためには、ＬＥＤ又はＯＬＥＤが考えられる。特に、ＯＬＥＤやＬＥＤの目標は、このような光源のランベルト放射野に影響を及ぼすことであり、ＯＬＥＤやＬＥＤが計測用の光源として認定されることである。

これまで、この課題についての解決策は、知られていなかった。古典的な（点）光源は、当然明らかに、モノクロメータと組み合わせることができる。あるいは、このモノクロメータの機能を（複合）光学素子に統合し、それを古典的な光源と組み合わせることも可能である。しかしながら、これに関しては、強度損失が生じ、１つの波長または非常に限定された波長スペクトルのみで動作することが可能であった。

ＯＬＥＤおよびＬＥＤは、過去１０年間に、商用光源として開発されてきた。このようなＯＬＥＤは、移動無線機のための小さな寸法のディスプレイや、テレビや一般照明のような大きなフォーマットに実質的に制限されて使用されている。このような目的のために、６０〜８０ｌｍ ／ Ｗの範囲において、効率的な構成要素が利用可能である。

しかしながら、これらは、市場において未だ確立されているとは言えない。加えて、バックライト又は自発光式の標識が、応用範囲としてあげられる。ＯＬＥＤの市場導入が進むにつれて、上記の２つのアプリケーションとは異なる他のアプリケーションも、将来的に興味深いものとなるであろう。これについての焦点は、通常、（表面上または放射された角度にわたる）放射野の均一性におかれる。

又、ＯＬＥＤの（学術的な）可能性から、これらは知覚に関する研究に使用されてきた。この研究の目的は、光源と光センサとの広範な統合である。この点において、光学系の完全な統合を可能にするために、場合によっては有機光検出器も提案されている。

しかしながら、有機光検出器は、さらなる技術的要求およびリスクを呈している。これらは、基板に対する測定信号の比（信号対雑音比）が、無機検出器と比べて低いために、そのようなシステムの性能を制限している。光源としてのＯＬＥＤの使用は、異なる方式において行われる。

それらは多くの場合、概して、光源、サンプル、フィルター、及び検出器が一緒になった「サンドウィッチ」と共に、蛍光励起のために使用される。この点において、放射線の大きな角度スペクトルは、課題となる。すなわち、放射されたスペクトルのそれぞれの波長を有する光放射は、最も多様な未定義の方向に放射される。

センサ色素の減衰時間のみが評価される、耐用年数に基づくシステムは、蛍光のアプローチにおいて特別な役割を果たしている。特に、ＳＰＲはマーキングのない測定方法に関して文献に記載されている。又、この点で、広い（角度の）放射スペクトルも、ファイバによって、または追加の顕微鏡要素によって制約を受ける。そのような（マーキングフリーの）センサシステムのための、光源の理想的な特性を達成するための放射野の特定の変更は、知られていない。

したがって、本発明の目的は、広帯域に光を放射するＯＬＥＤ又はＬＥＤの光放射が所定の角度において波長分解能を伴って放射され得ること、そして、前記光放射は、測定信号のセンサ測定のために波長特有の方法によって使用され得ること、についての可能性を示すことである。

この目的は、請求項１に記載された特徴に含まれる装置の発明によって実現される。
本発明の有利な実施形態は、従属請求項に指定された特徴を用いて実現することができる。

空間分解及び波長分解による少なくとも一のＯＬＥＤ又はＬＥＤにより放射される光放射の検出にかかる本発明による装置は、多層システムは、電極と、ＯＬＥＤ又はＬＥＤと、基板との間に配置され、光屈折率ｎが高い方の材料と低い方の材料とを交互に上下に配置したレイヤを使用して形成される。複数の異なる波長λ１、λ２、λ３、．．．、λｎを有する光放射は、少なくとも一のＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤから放射され、そして従って、異なる波長λ１、λ２、λ３、．．．、λｎを有し所定の角度に出射する光放射が多層システムを出射し、この光放射は、少なくとも光学素子における単屈折又はセンサのレイヤ又は層システムにおける屈折の後の放出光の、空間分解検出器を備えた、少なくとも一の検出器アレイに入射した多層システムを通じて所定の方法により分散を伴う。これに関し、光の単屈折は、多層システムを出射する光放射が、多層システムの上部に直接配置されている光学要素を出射したときに生じる

つまり、多層システムは光学要素の上に直接形成されているか、又は、光学要素は浸漬流体によって光学的に結合している。この空間分解検出は、異なる波長λ１、λ２、λ３、．．．λｎが異なる角度に放射されるという事実により波長分解測定をもたらす。

これに関して、各多層システムはＯＬＥＤ又はＬＥＤの基板の表面の法線に対してより大きい角度では、より小さい波長の光放射よりも、大きい波長の出射をする光放射を備えることができるし、又はその逆をいうことができる。

これに関して、各波長の角度依存は、より小さく又はより長くなる波長を有する角度が、所望の波長に応じて相似的な態様においてそれぞれ変化するように観察される。

光屈折が生じる光学素子は、光学レンズまたはプリズムであり得る。このような光学素子は、ＯＬＥＤまたはＬＥＤの基板の一体化構成要素であってもよく、浸漬流体によって基板に接続されてもよく、またはそれらの間にギャップを設けて基板から離間して配置されてもよい。

しかしながら、光学素子は、ＯＬＥＤ又はＬＥＤにより放射された光放射が出射する基板の表面でもよく、微視的な表面構造として存在してもよい。さらに到達可能な分散、好ましくは、異なる波長λ１、λ２、λ３、．．．λｎにおける光放射の拡散が達成されることにより、入射位置の間隔が、特に検出器アレイの独立した検出器において増加する。

検出器アレイは、特定の波長λ１、λ２、λ３、．．．又はλｎを有する光放射が、それぞれ少なくとも一の対応する所定の検出要素（ピクセル）に入射するように配置され、及び／又は、構成される必要があり、検出要素は、それぞれ既知の波長の光放射の強度が測定できる。

この点、波長λｘの光放射は、一つの検出要素に入射し、よって、光放射の強度は一の検出要素を使用するこの波長λｘにより決定される。これは、ある波長λｘに対してだけではなく、一群の検出要素に対してもなされ、これらは互いに十分に近接し、それでいて異なる波長を有する光放射はその検出要素に入射しないように、対応して隣接して配置されている。

又、検出要素のグループは、例えば、一列の検出要素の配置であってもよい。

光源としてここで提案されているＯＬＥＤまたはＬＥＤの放射野は、光源の表面法線に対して（回転的に）対称であるため、第２の検出器アレイを有する第２の光路を使用することができ、これは、好ましくは基準の測定として使用可能である。これにより、複数のサンプルを同時に測定することが可能になる。この点、異なる角度又はＳＰＲもしくはＢＳＷセンサにおいて分散して複数の波長に分割された光放射の光路内のサンプルの配置は、基準測定において省くことができる。ふたつの検出器アレイは軸又は平面に対しての角度が対称になるように配置されている必要がある。

ＳＰＲセンサ又はＢＳＷセンサそれ自体は本発明に使用され得ることが既に知られている。異なる波長λ１、λ２、λ３、・・・λｎを有する光放射が反射し、そして検出器アレイに導かれるフィルム、又は薄膜のシステムを有する本発明においては、少なくとも一のＳＰＲセンサ又はＢＳＷセンサが、存在する。

ＯＬＥＤ又はＬＥＤのアクティブな電気システムは、誘電体多層膜、すなわち、光放射に対して透過性がある基板と、光放射が放射される表面（例えばアノード）との間において、交互に重なって配置された光学的に高反射率及び低反射率の層のシステムの配置のために不変な状態が維持される。これにより、一方の側の（金属）カソードと、他方の側のＯＬＥＤの誘電体層スタックとによって形成され得る光学的な空洞が形成される。

放射された光放射を透過する２つの電極を有するＬＥＤまたはＯＬＥＤにおいて、上述のように、この電極によって放射された光放射が少なくとも１つの別の検出器アレイ上に同様に誘導される第２の多層システムが使用され得る。第２の多層システムは、第１の多層システムと同様に構成することができる。しかしながら、それは、光学的により高屈折率や、より低屈折率の異なる材料から形成されても良く、及び／又は、第２の多層システムを形成する個々の層の厚さは、それぞれ他の電極により放射される光放射が出射する第１の多層システムとは異なっていてもよい。同じ光源に使用される２つの異なる構成の多層システムにおいては、異なる波長λｘの光放射が異なる角度に放射されるといった、異なる分散が使用され得る。

このとき、これは、例えば、異なるサンプル又は同一のサンプルに対して異なる分析を行うような、異なる検査に同時に使用され得る。

本発明により、光放射を少なくとも部分的に透過するサンプルを通して、放出された光放射を検出器アレイに導くことが可能である。この点で、サンプルは、好ましくは液体であり、検出される検体を含むことができる。

本発明は、以下の実施例を参照してより詳細に説明される。この点において、異なる実施例の技術的特徴は、それらが記載されているそれぞれの実施例とは独立して、他の実施例においても使用することができる。

図１は、一般的なＯＬＥＤの一例と、多層システムを使用する例と、それぞれの波長に依存して変化し、光ビームが放出される角度の画像とを示す図である。 図２は、多層システムおよび基板における微視的表面構造を有するＯＬＥＤの一例の概略図である。 図３（ａ）および（ｂ）は、放射および散乱された光放射の屈折が生じるそれぞれの光学素子を備えた本発明による構成の例である。 図４は、ＳＰＲセンサ（左）およびＢＳＲセンサ（右）での反射後の分散光放射の画像である。 図５は、ＯＬＥＤからの分散された光放射が、ＳＰＲまたはＢＳＷセンサの構成要素であり、光線の案内に影響を及ぼす表面を有する、光放射に対して透明な本体に入る概略図の一例である。 図６は、光放射がそのそれぞれの波長に依存してＯＬＥＤの基板から出て（左）、ＳＰＲまたはＢＳＷセンサを伴う基板に入射し（中央）、光学素子を有する検出器により検出される（右）、状態において角度の依存性を示す図である。 図７は、レイヤに多層システムを有するＯＬＥＤから放射された分散された光放射が放射されている２つのＳＰＲセンサであって、これから屈折し、なお分散している光放射は空間分解された測定のための検出器アレイに導かれており、サンプル又は既知のサンプルなしで基準を形成することができる底部に配置されたＳＰＲセンサを伴う、本発明にかかる配置の一例である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、ＳＰＲセンサまたはＢＳＷセンサを備えた本発明による配置の可能な実施形態の例を示す図である。 図９は、ＳＰＲセンサによる、光源から基板へ出射する分散光放射の角度依存性（右）と基板からの反射（左）を示す図である。 図１０は、本発明において使用可能な、ＳＰＲセンサ（例えば、図６、７または８に従う）と併せて使用することができる多層システムを有するＯＬＥＤの設計を概略的に示した図、及び、サンプルとして検査された異なる光屈折率を伴う水溶液により基板に分散された光放射の角度に依存している検出器により検出可能な強度の相関図である。 図１１は、概略的な形式においてしめされた、（例えば図６、７又は８において）同様に示された層システムを有するＢＳＷセンサと共に使用され得る、多層システムを伴うＯＬＥＤの一例、及び、サンプルとして検査された異なる光屈折率を伴う水溶液により基板に分散された光放射の角度に依存している検出器により検出可能な強度の相関図である。 図１２は、ＢＳＷセンサによる、光源から基板へ出射する分散光放射の角度依存性（右）と基板からの反射（左）を示す図である。

図１は、一例として、「通常の」ＯＬＥＤ１ならびに誘電体多層システム２を有するＯＬＥＤ１を示す。

光の放射は、より小さい光学屈折率、及びより大きい光学屈折率を有する層が互いに重ねて配置される多層システム２の導入によって劇的に変化させることができる。
この例においては、放出された波長と角度との間にほぼ直線的な関係が得られており、異なる角度を有する光放射は、例として、波長λ１、λ２、λ３に応じて放射される。

この点、多層システム２は、ＯＬＥＤのアノード４と基板５との間に形成される。
図示されていない形態において、基板側の多層システムに加えてＯＬＥＤのカソード側に多層システムを配置して同様に放射野に影響を与えることができる。
この場合のカソード３は、放射された各光放射に対して十分に透明な材料で構成されなければならない。

このような実施例は、同時に異なる測定を行うために、又は、基準の測定を実施するために用いられる。２つの多層システム２は同一である必要はない。よって、異なる角度をそれぞれ有する、同一の波長は、多層システム２を使用して放射され、例えば、波長λ１は角度θ１において一の多層システム２を出射し、そして、角度θ２において他の多層システムを出射し、これらの角度は異なる量である。

放射される放射の放射野の特性は、以下のパラメータに依存する。
ＯＬＥＤまたはＬＥＤにおいて使用されるエミッタの発光スペクトル。
エミッタのカソードからの間隔（ＥＴＬ層の厚さ）。
誘電体多層系の特性。

マイクロキャビティは、誘電体多層システム２と組み合わせてＯＬＥＤ１の層のスタックの設計によって組み立てられ、「通常の」ＯＬＥＤ（図１の左下）の非常に広いランバート様放射野が、 劇的に修正されている。図１（右下）では、光放射の放射が角度／波長平面内の曲線に沿って起きることが明らかになっている。それにより、放射の波長は、対応する多層システムに関連しているマイクロキャビティ内の多層システム２の分散のために、角度にリンクされる。

図２は、例えば光源としてのＯＬＥＤの一般的な構造を示している。上述のように、この点、多層システム２´は、放射特性を直接修正するために、基板側（図１に類似する）と、カソード側の両側に配置され得る。したがって、多層システム２及び２´はＯＬＥＤ１の電気的機能及び光学特性、特にそれぞれ放射された光放射のスペクトルについて考慮する必要があり、又は、互いに干渉しないとすることもできる。

応用として、放射されたいずれかの放射野は、
基板にあって、その際基板において影響を受け得る。例えば、半球／半円筒、又はこれに類するもの（図３参照）を伴う浸漬カップリングを介して、又は
（基板側の）空気中において、場合によっては、微視的構造による分離の後
（クラッド側の）空気中において、
である。

図２では、微小光学表面構造６が現在存在しているか、または基板５の表面に構成されており、それによって、波長λ１、λ２、λ３を有している出射された光放射が、光屈折によってその出射角に対して追加的に影響を受ける。したがって、追加的な角度の広がりが成し遂げられる。よって、微小光学表面構造６は小型化された光学素子（例えば、レンズ、錐体、円錐）、又は分散構造を備えることができる。

又、このような両側における放射は、参照目的のために使用することができる。アクティブなシステムは、光放射のための一または複数のエミッタ（ＯＬＥＤまたはＬＥＤ）を含むことができ、又、エミッタの空間的配置は、放射された光放射の角度に影響を及ぼすように層スタック全体に設定することができる。

本発明は、分光測定が行われるべきすべての領域で使用することができる。しかしながら、この点に関しては、好ましい領域が指名されるべきであって、それらの小型化の可能性のためにその場測定が行われる。これは、環境診断、食品診断、獣医診断、ヒト診断などの生化学分析に適用され、当然ながら化学分析などの領域に拡大することができる。この意味で、２つの特定のアプリケーションを以下において説明する。ＯＬＥＤを伴う、上述した光学設計の組合せは新しく有利な技術アプローチを表している。

このようなＯＬＥＤ１の応用を図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。この点、光放射の異なるスペクトル成分が異なる角度でＯＬＥＤ１の基板５に放出されるという事実が利用される。仮に、ここで、分析される（サンプルとしての）液体８がこの（制限された）照射された角度範囲に導入された場合は、異なる波長を有する光放射が異なる位置に透過する。

この透過率は、液体８を透過した後にＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラ９を直接配置することによって測定される。「インフィニティ」に焦点を合わせた対物レンズ９．２を用いてカメラ９を補完することも可能である。ＯＬＥＤ放射野の対称性に基づいて、さらなるカメラ９．１を１８０度オフセットして（すなわち反対の放射方向に）使用して放射スペクトルの基準測定を行い、測定値を補正することが可能である。

図３（ａ）および図３（ｂ）の２つの表現から明らかなように、液体（サンプル）８を導く通路は、半円筒／半球（図３（ａ））１０または光学プリズム１１（図３（ｂ））の表面に配置され得る 。最初に指名された可能性は、界面での光屈折効果がより少なくなるという利点を有する。プリズム１１は、波長の範囲と角度の範囲に応じて、異なる界面において考慮されるべき光学的屈折の法則を伴う技術的側面から、製造が容易である。

ガラス又はポリマーは半球／半円筒／プリズム１０、１１の材料として使用され得る。ＯＬＥＤ１は、この材料上に直接堆積させることができ、又は液浸流体によって結合させることができる。ＯＬＥＤ１の設計に応じて、空気ギャップを、サンプル８のＯＬＥＤ１の基板５と、半球／半円筒／プリズム１０、１１と、の間に配置することもできる。

センサは、例えば、ＳＰＲセンサ（表面プラズモン共鳴）またはＢＳＷセンサ（ブロッホ表面波）１２として理解することができる。これらのセンサ１２は、金属の薄膜（ＳＰＲ）または誘電体層（ＢＳＷ）１２．１での反射で観察される「共鳴」の観測に基づいている。この共鳴は、分散、すなわち角度と波長との間の特定の関係を有し、このようなセンサ１２のそれぞれの層／層システム１２．１の材料および層の厚さによって予め規定される。ＳＰＲセンサ及びＢＳＷセンサにおいては、わずかな反射を観測することができる。その反射の最小の変位が、測定信号として観測される。この変位は、ベクトルＳに沿って生じる。

光放射はこの点に関して、異なる波長λ１、λ２、及びλ３のための異なる角度が考慮されている間、可能な場合は、全反射状態（ＴＩＲ）を観察している間は、レイヤ又は層システム１２．１に導かれなければならない。

これらの共振を評価するための計測上のアプローチとして、
（i）角度分解による単色の測定、すなわち、図４の方向Ｓλ（θ）に沿った断面の観察、又は、
（ii）図４のセクションＳθ（λ）に沿った固定角度でのスペクトル分解による測定、 または
（iii）所定の角度および所定の波長における強度変動の観察、が挙げられる。

測定アプローチ（i）および（ii）は、波長スペクトルまたは角度スペクトルが、可能な限り狭い共鳴を評価することができるように、大幅に制限されているという事実に基づいているという問題がある。しかしながら、それにより、図４の角度軸または波長軸上への共鳴シフトの投影のみが観察される。

この効果は、ＯＬＥＤ１またはＬＥＤが、共振の変化に沿った分散（図４のベクトルＳ）を伴う光源として使用される場合に低減され得る。これは、図５の構成と図１におけるアプローチにより達成することができる。センサ表面は光源の分散のために所望の分散の拡張スペクトラムにおいて照射される。光源としてのＯＬＥＤ１とセンサ９、１２との間の角度は９０度とは異なってもよいことに留意しなければならない。検出は、図３（ａ）または３（ｂ）と同様に対物レンズを備えた又は備えていないカメラ９により行われる。

図５の構成は、光源としてのＯＬＥＤ１の異なる領域の異なるスペクトル成分が評価されるという欠点を有する。放射野の他の成分は、センサ１２の層システム１２．１の下の吸収ダイアフラム１５によって抑制されなければならない。

空間分解能および波長分解能で検出するカメラ９の使用による上述のアプローチは、分光検査がグリッド又はプリズムに基づいて複雑なオプトエレクトロニクスデバイス（分光計）を必要としないという利点を有する。角度分解能を有する光学像が自動的にスペクトル分解能に対応するように、所定の角度／波長の関係が光源としてのＯＬＥＤ１によってあらかじめ定義されることはむしろ起こりうる事である。

センサ１２を伴う例が、図６に示されている。この点、光放射はハウジングに収容されたＯＬＥＤ１から放射されている。この点、ハウジングの一部は、凸面を有する光学素子として構成されており、ＯＬＥＤ１から放射され、その上にある多層システム２により異なる出射角度を有している独立した波長に分散された光放射は、平行光としての光放射を透過する本体１３の凸面に入射し、よって、ＳＰＲセンサ１２のレイヤ１２．１又はＢＳＷセンサ１２の絶縁層システム１２．１に収束されている。レイヤ１２．１において発散的に反射した光放射は、本体１３の第２の凸面に入射し、平行光放射として、そこから検出器アレイ９に導かれ独立した波長とそれぞれの強度は空間分解能に伴って検出され、評価に供される。

図７は２つのＳＰＲセンサ又はＢＳＷセンサ１２の配置を模式的に示しており、サンプル８を備え、測定のために使用されるものが上部に示されている。底部に配置されたＳＰＲセンサ１２は基準測定のために使用される。この点、ＯＬＥＤ１から放射され多層システム２によって影響される光放射は、ＳＰＲセンサ１２のレイヤ１２．１に導かれ、異なる波長の光放射は、特に、表面プラズモンを励起するためのそれぞれ異なる波長に対してそれぞれ異なる角度に入射される。サンプル８はレイヤ１２．１上に存在し得る。

この方法によって入射されたＳＰＲセンサ１２からの異なる波長に対して、光放射は異なる角度において同様に再び反射され、カメラ９又は空間分解能及び波長分解能を伴って検出する検出器アレイに導かれる。このようにして検出された信号を用いてサンプル８の分析評価を行うことができる。

ＳＰＲセンサ１２を使用するサンプル８での測定のさらなる例を図８（ａ）に示す。この点、ＯＬＥＤ１から放射され、多層システム２によって独立した光放射に分割された光放射は、光放射を透過する本体１３に入り、サンプル８を配置することができるレイヤ１２．１に集束される。この光放射はレイヤ１２．１で反射され、検出器アレイ９に入射される前に、発散光放射として本体１３を出射し、放射の異なる波長は、特に空間分解能と波長分解能を伴うそれぞれの検出波長に対して異なる位置に入射する。この配置は、検出器９が検出される放射の伝搬方向に対して垂直に配置されるという利点がある。

この例においては、対物レンズは本体１３と検出器アレイ９との間に配置されることができ（図８（ｂ））、そして、反射した発散光放射は、それによって平行化され、検出器アレイ９の独立した検出器に対する光放射の垂直な入射がなされる。しかしながら、これは、光放射が検出器アレイ９（図８（ｃ））の方向において反射される本体１３の凸面に伴って達成され得る。

ＳＰＲセンサ１２に対しては、４５ナノメートル〜５５ナノメートルの幅の厚みを有する金レイヤがレイヤ１２．１として使用され得る。ＯＬＥＤ１は、光放射を波長範囲６５０ナノメートル〜７３０ナノメートルの範囲において放射し得る。この点、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５レイヤとが交互に形成された多層システム２が使用され得る。この点、２つのそれぞれ交互になったレイヤは、ＯＬＥＤ１の基板の表面において交互に３回ペアになったレイヤとして形成される。初めに２６３ナノメートル厚のＴａ_２Ｏ_５レイヤが３９０ナノメートル厚のＳｉＯ_２レイヤの上に形成される。２６３ナノメートル厚のＴａ_２Ｏ_５レイヤは、このレイヤスタックの上に形成され、そして、最上部のレイヤとして、１６９ナノメートル厚のＳｉＯ_２レイヤがその上に形成される。

図９は、異なる波長において到達され得る光放射の入射角度と、角度分解能と波長分解能を伴うＳＰＲセンサとして薄い金レイヤの反射率とを有する図を示している。

本発明にかかる配置に使用されることができ、多層システム２を有する、ＯＬＥＤ１の設計が、概略的に図１０に示されており、これは例えばＳＰＲセンサのための光源として使用され得る。この点、多層システム２はＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５とを伴う例として形成される。ＳＰＲセンサ１２の層システム１２．１は約５０ナノメートル厚の金レイヤ（不図示）を備えている。

このセンサは図９の左に示す角度分解能及び波長分解能を伴う反射率を有している。（全ての）反射の後にそれぞれの波長に依存していている異なる角度に入射する光放射の相対強度は、異なる位置の検出器アレイ９に入射され、そして、図１０の図において示されているように、適合されたＯＬＥＤ１の放射野（図９、右側）に伴い得られている。

一番上の曲線の範囲は、ＳＰＲセンサレイヤのない観察された光放射、すなわちセンサ位置１２での放射の純粋な全反射に対応している。ＳＰＲセンサレイヤ１２．１が、サンプル８として、水溶液としての水で覆われている場合、前記溶液の屈折率が約６８．５度から約７２度に増加するにつれて観察される強度分布の最小値がシフトする。

強度の最小値のこのようなシフトは、それぞれの波長λ１、λ２およびλ３が、光放射エネルギーの分散のために（例えば図４のベクトルＳ）、異なる角度でのみ放射されるので、観察することができる。本実施例では、例えば、ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の多層システム２が使用され、それは、構造がＳｉＯ_２ ^１６９｜Ｔａ_２Ｏ_５｜｛ＳｉＯ_２｜Ｔａ_２Ｏ_５｝３ｘ｜の基板５によって設計されている。

この点、ＯＬＥＤ１に面している最上部のＳｉＯ_２レイヤは１６９ナノメートルの厚みであり、その他のＳｉＯ_２レイヤは３９０ナノメートルの厚みを有し、Ｔａ_２Ｏ_５レイヤは２６３ナノメートルの厚みを有している。

ＢＳＷセンサ１２を伴って、図１１、中央のように、反射のためのレイヤ１２．１として薄膜システムが使用され、前記システムは、ＯＬＥＤ１の基板上に直接形成される９５ナノメートル厚のＴｉＯ_２レイヤにより形成されており、その上に３００ナノメートル厚のＳｉＯ_２レイヤが形成されており、第１のレイヤペアは、その上に形成される一対のレイヤであり、そして、最上部のＴｉＯ_２レイヤは１５ナノメートル厚である。サンプル８は、生体サンプルは特に、その際、最後のレイヤの上に配置され得る。

図１１の右側に示すような、波長範囲５５０ナノメートル〜６８５ナノメートルに光放射を放射し、ＢＳＷセンサ１２に使用され得るＯＬＥＤ１は、８７ナノメートル厚のＴａ_２Ｏ_５レイヤと３４０ナノメートル厚のＳｉＯ_２レイヤとが基板の表面に形成され得る、３組のＳｉＯ_２レイヤとＴａ_２Ｏ_５レイヤとのペアとなっている多層システム２に伴って提供される。基板表面上の第１のレイヤはＴａ_２Ｏ_５を備える。８７ナノメートル厚のＴａ_２Ｏ_５レイヤは、この３組のレイヤの最上部のレイヤの上に形成され、その上に、１３８ナノメートル厚のＳｉＯ_２レイヤが、多層システム２の最上部のレイヤとして形成されている。

基本的な構造は図１１に示されている。さらに、図１０に対応する図が再び示されている。約６０度の入射角で急峻な勾配を有する一番上の曲線の範囲は、多層システムなしでの全反射後のＯＬＥＤ１の観測スペクトルに対応している。水溶液で覆われたＢＳＷセンサで反射が起こると（図１１の中央）、６５度〜７０度の範囲で反射の局所最小値が観察され、ＳＰＲに類似した水溶液の光学屈折率が増加するにつれてより大きな角度に位置がシフトする。従って、異なる波長における検出可能な強度の最小値のシフトは、空間分解能の決定のためにここでも使用することができる。

Claims (6)

1. 光放射の空間分解および波長分解検出のための装置であって、
   複数の異なる波長λ１、λ２、λ３、...λｎを有する光放射が放射される少なくとも１つのＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤと、
   ＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤの電極（３、４）と、基板（５）と、の間に配置され、光屈折率ｎが高い方の材料と低い方の材料とを交互に上下に配置したレイヤを使用して形成され、複数の異なる波長λ１、λ２、λ３、...λｎを有する少なくとも１つのＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤからの光放射が、所定の複数の角度に出射する、多層システム（２）と、
   少なくとも一の検出器アレイ（９、９．１）および光学素子（１０、１１）と、
   を備え、
   前記光学素子は、前記ＯＬＥＤ（１）又は前記ＬＥＤの基板（５）と光学レンズ（１０）又はプリズム（１１）とが統合された構成の前記光学レンズ（１０）又は前記プリズム（１１）が、液浸流体によって前記基板（５）に接続されているか、又は、前記基板（５）との間に間隔を置いて配置され、
   前記放射された光放射は、前記光学素子（１０、１１）での少なくとも一回の単屈折の後に、少なくとも部分的に光放射に対して透過するサンプル（８）を介して前記検出器アレイ（９、９．１）に導かれ、波長λ１、λ２、λ３、...またはλｎを有する光放射が前記検出器アレイ（９、９．１）のそれぞれの検出要素に入射し、前記検出器アレイ（９、９．１）の検出要素が互いに離散的に配置されている、
   光放射の空間分解および波長分解検出のための装置。
2. 光放射の空間分解および波長分解検出のための装置であって、
   複数の異なる波長λ１、λ２、λ３、...λｎを有する光放射が放射される少なくとも１つのＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤと、
   ＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤの電極（３、４）と、基板（５）と、の間に配置され、光屈折率ｎが高い方の材料と低い方の材料とを交互に上下に配置したレイヤを使用して形成され、複数の異なる波長λ１、λ２、λ３、...λｎを有する少なくとも１つのＯＬＥＤ（１）又はＬＥＤからの光放射が、所定の複数の角度に出射する、多層システム（２）と、
   少なくとも一の検出器アレイ（９、９．１）および少なくとも一のセンサ（１２）と、
   を備え、
   前記少なくとも一のセンサ（１２）は、サンプル（８）が配置されたフィルムまたは薄膜システム（１２．１）を有する少なくとも一のＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）センサまたはＢＳＷ（ブロッホ表面波）センサ１２であって、
   前記放射された光放射は、フィルムまたは薄膜システム（１２．１）での少なくとも一回の単屈折の後に、前記検出器アレイ（９、９．１）に導かれ、波長λ１、λ２、λ３、...またはλｎを有する光放射が前記検出器アレイ（９、９．１）のそれぞれの検出要素に入射し、前記検出器アレイ（９、９．１）の検出要素が互いに離散的に配置されている、
   光放射の空間分解および波長分解検出のための装置。
3. 前記基板（５）の表面上に、微小光学表面構造（６）が形成され、
   ＯＬＥＤ（１）またはＬＥＤから放射された前記光放射が入射またはそこに存在する、請求項１または２に記載の装置。
4. それぞれの角度の光放射が対応するように配置された前記検出器アレイ（９、９．１）の所定の検出要素に入射し、
   対応する波長λ１、λ２、λ３、...λｎのそれぞれの光放射の強度は光源の特性のために測定可能である、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の装置。
5. 基準測定に使用可能な第２の検出器アレイ（９．１）が存在する、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の装置。
6. 第２の多層システム（２）が、前記放射された光放射を透過する第２の電極（３又は４）の上に配置されており、
   異なる波長λ１、λ２、λ３、...λｎが複数の異なる角度において放射されるようにそこから放射された分散光放射が、少なくとも１つのさらなる検出器アレイ（９、９．１）に入射する、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の装置。