CN1218178C - 分析样品中组分的三维分布的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于分析样品的设备和方法，它包括：用于定位一个样品(3)的一个样品定位单元(1)；向样品(3)的第一表面提供第一电磁辐射束和向样品的第二表面提供第二电磁辐射束的一个辐射产生单元(16)；从通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每个表面发射的辐射提供至少一个图像的成像单元(23)；用于俘获由成像单元(23)提供的图像并且产生与之相对应的信号的一个探测器单元(25)；和，用于根据从探测器单元(25)接收的信号进行操作并且产生代表样品(3)中至少一种组分的三维分布的信号的一个分析单元(61)。

Description

分析样品中组分的三维分布的方法和设备
本发明涉及分析样品的方法和设备，具体来说，即分析片剂、胶囊、或松散颗粒的方法和设备。
EP-A-0767369公开了一种用于分析样品的设备，它利用近红外辐射进行发射测量。但这种设备只能提供有关样品含量(一般来说，是样品中一个特定组分的数量)的有限信息，不可能提供例如有关样品中一种或多种组分的三维分布的详细信息。
本发明的一个目的是提供一种分析样品的设备和方法，具体来说，即片剂、胶囊、或松散颗粒，尤其是多单元丸系统的片剂或胶囊，所说的设备和方法能够提供有关样品中一种或多种组分的三维分布。
因此，本发明提供一种用于分析样品的设备，它包括：用于定位样品的一个样品定位单元；向样品的第一和第二表面中的每个表面提供至少一种电磁辐射束的一个辐射产生单元；从通过样品的第一和第二表面中的每个表面发射的辐射提供至少一个图像的成像单元；用于俘获由成像单元提供的图像并且产生与之相对应的信号的一个探测器单元；和，用于根据从探测器单元接收的信号进行操作并且产生代表样品中至少一种组分的三维分布的信号的一个分析单元。
优选地，样品定位单元包括一个轨道，在使用中，样品通过这个轨道。
在一个实施例中，样品定位单元的配置应使样品能够以步进的方式移动穿过轨道。
在另一个实施例中，样品定位单元的配置应使样品连续移动穿过轨道。
在一个实施例中，至少一个辐射束是准直的。
在另一个实施例中，至少一个辐射束是会聚的。
在下一个实施例中，至少一个辐射束是发散的。
在一个实施例中，至少一个辐射束的主轴大体上垂直于样品的相应表面。
在另一个实施例中，至少一个辐射束的主轴和样品的相应表面成一定角度。
在一个实施例中，至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品的大体上整个表面。
在另一个实施例中，至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品的一个区域，这个区域小于样品的整个表面。
在一个优选实施例中，辐射产生单元的配置应使其在使用中能够在至少一个方向移动至少一个辐射束，并借此在样品的大体上整个相应表面扫描至少一个辐射束。
优选地，样品的第一和第二表面是方向相反的表面。
优选地，至少一个辐射束是可见光。
优选地，至少一个辐射束是红外辐射。
更加优选地，红外辐射束是处于近红外区。
还要优选地，红外辐射的频率范围对应于从700-1700nm的波长，特别是从700-1300nm的波长。
优选地，至少一个辐射束是x射线辐射。
优选地，辐射产生单元包括至少一个辐射源和至少一个光学元件。
优选地，辐射产生单元还包括一个活动的漫射体，位于每个辐射源的下游方向。
优选地，辐射产生单元还包括一个偏振片，位于每个辐射源的下游方向。
在优选实施例中，辐射产生单元包括第一和第二辐射源和相关的光学元件，每个辐射源提供至少一个辐射束，用于分别照射样品的第一和第二表面。
在一个实施例中，任何一个或者每一个辐射源都包括一个激光器，优选的是二极管激光器。
在另一个实施例中，任何一个或者每一个辐射源都包括一个发光二极管。
优选地，成像单元包括至少一光学元件，用于提供通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的至少一个图像。
更加优选地，成像单元进一步包括至少一个偏振片，用于偏振通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射。
更加优选地，成像单元进一步包括至少一个分束器，用于提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同频率或频段的多个图像。
在一个实施例中，分束器包括频率相关的分束器，它和至少一个光学元件一起提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
在另一个实施例中，分束器包括非频率相关的分束器和多个滤波器，非频率相关的分束器分离通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，分束器和滤波器与至少一个光学元件一起提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
在下一个实施例中，分束器包括一个透射光栅，它和至少一个光学元件一起提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
在下一个实施例中，分束器包括一个棱镜阵列和多个滤波器，棱镜阵列分离通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，棱镜阵列和滤波器与至少一个光学元件一起提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
在下一个实施例中，分束器包括多个透镜和多个滤波器，多个透镜分离通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，多个透镜和滤波器与至少一个光学元件一起提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
优选地，探测器单元包括至少一个探测器。
在一个实施例中，探测器单元包括一个探测器。
在另一个实施例中，探测器单元包括多个探测器。
在一个优选实施例中，所说的探测器或至少一个探测器是一个两维阵列探测器。
在另一个优选实施例中，每个探测器是一个阵列探测器的子阵列。
在下一个优选实施例中，所说的探测器或至少一个探测器是一个一维阵列探测器。
在一个实施例中，探测器单元的配置使至少一个探测器在使用中可以移动以俘获由成像单元提供的图像。
优选地，至少一个探测器包括CMOS芯片、CCD芯片、或焦面阵列中的任何一个。
本发明还提供一种分析样品的方法，该方法包括如下步骤：提供一个样品；用至少一个电磁辐射束照射样品的第一和第二表面中的每一个表面；使通过样品的第一和第二表面中的每一个表面的辐射成像；俘获成像的辐射并产生与其对应的信号；和，根据与成像的辐射对应的信号进行操作，并且产生代表样品中的至少一种组分的三维分布的信号。
在一个实施例中，样品在照射期间是静止的。
在另一个实施例中，样品在照射期间是移动的。
在一个实施例中，至少一个辐射束是准直的。
在另一个实施例中，至少一个辐射束是会聚的。
在下一个实施例中，至少一个辐射束是发散的。
在一个实施例中，至少一个辐射束的主轴大体上垂直于样品的相应表面。
在另一个实施例中，至少一个辐射束与样品的相应表面成一定的角度。
在一个实施例中，至少一个辐射束的尺寸适合于照射基本上整个样品的相应表面。
在另一个实施例中，至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品中的一个区域，这个区域小于样品的相应表面，并且通过在样品的相应表面上扫描至少一个辐射束照射基本上整个样品的相应表面。
在下一个实施例中，至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品中的一个区域，这个区域小于样品的相应表面，并且通过移动样品以便在样品的相应表面上扫描至少一个辐射束来照射基本上整个样品的相应表面。
优选地，至少一个辐射束是线的形式。
优选地，样品的第一和第二表面是方向相反的表面。
优选地，所说辐射包括单个频率、单个频段、多个单个频率、或多个频段。
在一个实施例中，至少一个辐射束是连续的。
在另一个实施例中，至少一个辐射束是脉冲式的。
优选地，在每个脉冲中，辐射的频率或频段是不同的。
优选地，至少一个辐射束是可见光。
优选地，至少一个辐射束是红外辐射。
更加优选地，红外辐射是近红外辐射。
还要优选地，红外辐射的频率范围对应于700-1700nm的波长，特别是700-1300nm的波长。
优选地，至少一个辐射束是x射线辐射。
优选地，成像辐射的步骤包括如下步骤：提供来自通过样品的第一和第二表面中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
下面，参照附图只借助于实例描述本发明的优选实施例：
图1示意地表示本发明的优选实施例的分析设备的各个部件；
图2示意地表示图1的设备的样品定位单元；
图3示意地表示图1的设备的辐射产生单元；
图4示意地表示图1的设备的成像单元和探测器单元；
图5示意地表示图1的设备的另一个成像单元；
图6示意地表示图5的设备的成像单元的分束器的第一种形式；
图7示意地表示图5的设备的成像单元的分束器的第二种形式；
图8示意地表示图5的设备的成像单元的分束器的第三种形式；
图9示意地表示图5的设备的成像单元的分束器的第四种形式；
图10示意地表示图5的设备的成像单元的分束器的第五种形式；
图11表示通过分析单元产生的第一样品的第一表面发射的辐射的图像；
图12表示通过分析单元产生的第一样品的第二表面发射的辐射的图像；
图13表示通过分析单元产生的第二样品的第一表面发射的辐射的图像；
图14表示通过分析单元产生的第二样品的第二表面发射的辐射的图像；
图15表示强度随对应于图13的图像的灰度色调变化的直方图；
图16表示强度随对应于图14的图像的灰度色调变化的直方图；
图17示意地表示用于图1的设备的一个可替换的探测器单元；
图18示意地表示用于图1的设备的一个可替换的辐射产生单元；
图19示意地表示用于图1的设备的另一个可替换的辐射产生单元；
图20示意地表示用于图1的设备的下一个可替换的辐射产生单元、一个可替换的成像单元、和一个可替换的探测器单元；和
图21示意地表示用于图1的设备的下一个可替换的辐射产生单元。
该设备包括一个样品定位单元1，用于引导样品3，在此实施例中样品是片剂或胶囊，从而可以定位样品，并且提供样品的基本上方向相反的第一表面3a和第二表面3b。样品定位单元1包括基座5和轨道7，在此实施例中轨道7是由对于电磁辐射透明的材料形成的管状部分，样品3或者连续地通过轨道7(在这种情况下每个相应的样品3在分析期间不断移动)或者步进式地通过轨道7(在这种情况下每个相应的样品3在分析期间是静止不动的)。样品定位单元1还包括第一和第二屏蔽板12、13，该屏蔽板分别位于样品3的第一、第二表面3a、3b附近。屏蔽板12、13每一个都包括一个孔14、15，这些孔确定了辐射可以通过的窗口。在实践中，要确定在屏蔽板12、13上的孔14、15的大小，使其略小于样品3的第一和第二表面3a和3b的尺寸。以此方式，传送到成像单元23的所有的辐射必然都穿过屏蔽板12、13的孔14、15，因此样品3的松散颗粒以及屏蔽板12、13的作用就是阻挡孔14、15外部的任何辐射。
该设备进一步包括一个辐射产生单元1 6，用于产生照射样品3的电磁辐射。在此实施例中，辐射产生单元16的配置应能提供具有一个预定的频段的辐射。在一个特别优选的实施例中，辐射产生单元16的配置应能提供具有一个窄的频段的辐射。优选的在近红外辐射区。在可替换的实施例中，辐射产生单元16的配置应能提供包括一个单个频率、多个单个频率、或多个频段(每一个最好都是窄的频段)的辐射。另外，该辐射可以是连续的或是脉冲的。
辐射产生单元16包括至少一个辐射源17和多个光学元件18、19、20、21a、21b、21c、22a、22b、23a、23b、23c、23d，光学元件包括偏振片18、漫射体19、分束器20、第一至第三反光片21a、21b、21c、第一和第二透镜22a、22b、第一至第四屏蔽板23a、23b、23c、23d，这就允许在穿过样品3的两个方向进行透射式测量(即，从第一表面3a到第二表面3b的测量，反之亦然)和从样品3的两个表面进行反射式测量(即，从第一和第二表面3a、3b的测量)。在此实施例中，至少一个辐射源17的下游方向包括偏振片18，辐射源17用于提供完全极化的辐射。在这个实施例中，漫射体19(一般来说，是一个转动或振动部件)设在至少一个辐射源17的下游方向，用于防止在至少一个辐射源17例如是激光器时可能发生的斑点。在一个特别优选的实施例中，辐射产生单元16进一步包括一束光纤(未示出)，借助于这束光纤可以向成像单元23提供辐射。在特别优选的实施例中，至少一个辐射源17包括可见光源(如弧光灯)、x射线源、激光器(如二极管激光器)、或发光二极管(LED)。在特别优选的实施例中，辐射产生单元16包括多个辐射源17，在一般情况下是一组发光二极管或二极管激光器，借此可以有选择地照射样品3。在此实施例中，辐射产生单元16的配置应该提供准直辐射束，这些辐射束分别倾斜地指向并且均匀地照射样品3的第一和第二表面的大体整个区域。这种配置最好能在较大的入射角时并且在不存在样品3时是这样的：辐射不会传送到成像单元23，因而不会传送到探测器单元25，否则可能引起探测器单元的损伤。在特别优选的实施例中，设备进一步包括非反射性部件(未示出)，当样品3不存在时，辐射指向这个非反射性部件。在一个可替换实施例中，辐射产生单元16的配置应该提供准直的辐射束，这个准直的辐射束大体上垂直地指向样品3的第一和第二表面3a、3b。在另一个可替换实施例中，辐射产生单元16的配置应该提供会聚的辐射束，它的会聚点定位在样品3的第一和第二表面3a、3b中的未曾提供辐射的那一个表面的上方。在下一个可替换实施例中，辐射产生单元16的配置可以提供发散的辐射束。
如下面将要描述的，至少一个辐射源17、分束器20、反光片21a、21b、21c和屏蔽板23a、23b、23c、23d按可操作方式进行配置，以使探测器单元25可以俘获对应的透射和反射图像。在第一配置中，至少一个辐射源17只经过分束器20和第一反光片21a向样品3的第一平面3a提供辐射，同时阻止辐射通过第二屏蔽板23b传送到样品3的第二表面3b，并且通过第三屏蔽板23c阻断由样品3的第一表面3a反射的辐射。以此方式，为探测器单元25提供通过样品3发射的辐射的从第一表面3a到第二表面3b的图像。在第一配置中，至少一个辐射源17只经过分束器20和第一反光片21a向样品3的第一平面3a提供辐射，同时阻止辐射通过第二屏蔽板23b传送到样品3的第二表面3b，并且通过第三屏蔽板23c阻断由样品3的第一表面3a反射的辐射。以此方式，为探测器单元25提供通过样品3发射的从第一表面3a到第二表面3b的辐射的图像。在第二配置中，至少一个辐射源17只经过分束器20和第一反光片21a向样品3的第一平面3a提供辐射，同时阻止辐射通过第二屏蔽板23b传送到样品3的第二表面3b，并且通过第四屏蔽板23d阻断样品3发射的从第一表面3a到第二表面3b方向的辐射。以此方式，经过第二和第三反光片21b、21c为探测器单元25提供从样品3的第一表面3a反射的辐射的图像。在第三配置中，至少一个辐射源17只经过分束器20向样品3的第二平面3b提供辐射，同时阻止辐射通过第一屏蔽板23a传送到样品3的第一表面3a，并且通过第四屏蔽板23d阻断由样品3的第二表面3a反射的辐射。以此方式，经过第二和第三反光片21b、21c为探测器单元25提供通过样品3发射的从第二表面3b到第一表面3a的辐射的图像。在第四配置中，至少一个辐射源17只经过分束器20向样品3的第二平面3b提供辐射，同时阻止辐射通过第一屏蔽板23a传送到样品3的第一表面3a，并且通过第三屏蔽板23c阻断样品3发射的从第二表面3b到第一表面3a方向的辐射。以此方式，为探测器单元25提供从样品3的第二表面3b反射的辐射的图像。在使用中，有选择地向样品3的第一和第二表面3a、3b提供辐射，或者同时地提供或者是交替地提供，视优选程度而定，从而使探测器单元25可以俘获相应的透射和反射图像。
该设备进一步包括一个成像单元23和一个探测器单元25，成像单元23提供从样品3接收的辐射的图像到探测器单元25。如图4所示，成像单元23包括一个偏振片26和至少一个光学元件27，偏振片26用于完全极化所接收的辐射，在此实施例中至少一个光学元件是至少一个透镜；探测器单元25包括至少一个探测器29，用于俘获成像的辐射。在此实施例中，至少一个探测器29包括一个两维阵列探测器，特别是CMOS芯片、CCD芯片、或焦面阵列。在特别优选的实施例中，至少一个探测器29包括一个InGaAs摄像机。在特别优选的实施例中，成像单元23进一步包括一束光纤(未示出)，通过光纤向至少一个探测器29提供成像的辐射。在一个最为优选的实施例中，束中的每个分立的纤维或一组纤维都耦合到一个单独的探测器29。
在特别优选的实施例中，为了提供有关样品3中一种或多种组分的三维分布的进一步信息，要将设备配置成能够使用具有多个不同单个频率或频段(每个频段最好都是窄的)的辐射去分析样品3。
在一个实施例中，可以有选择地将辐射产生单元16配置成能够提供具有不同单个频率或频段的辐射以照射样品3。在实践中，为了实现此项目的，对于辐射产生单元16进行配置以提供辐射脉冲，每个辐射脉冲具有不同单个频率或频段，并且用每个脉冲去触发探测器单元25。在用具有对应的不同单个频率或频段的每个辐射脉冲照射样品3的过程中，探测器单元25接收多个单独的图像，然后通过下面将要描述的分析单元61操作这些图像。
在另一个实施例中，如图5所示，成像单元23可进一步包括一个分束器31，用于向探测器单元15提供具有不同单个频率或频段的两个或多个图像。在向探测器单元25提供两个或多个图像的情况下，探测器单元25或者包括相应数目的探测器29，或者包括每个图像都提供到这里的一个单个探测器29。在使用多个探测器29的实施例中，在具有多个子阵列的一个芯片上提供探测器29，每个子阵列确定一个探测器29。分束器31可以采取多种形式。按一种形式，如图6所示，分束器31包括一个频率相关的分束器33，它将从至少一个透镜27接收的图像I分离成具有第一频率或频段的第一图像I1和具有第二频率或频段的第二图像I2。按另一种形式，如图7所示，分束器31包括一个非频率相关的分束器35，它将从至少一个透镜27接收的图像I分离成两个等效的分量，第一滤波器37用于滤波两个分量之一以提供具有第一频率或频段的第一图像I1，第二滤波器39用于滤波两个分量之中的另一个以提供具有第二频率或频段的第二图像I2。按下一种形式，如图8所示，分束器31包括一个透射光栅41，它将从至少一个透镜27接收的图像I分离成具有第一频率或频段的第一图像I1和第二频率或频段的第二图像I2。按下一种形式，如图9所示，分束器31包括一个棱镜阵列43，它将从至少一个透镜27接收的图像I分离成两个等效的分量，第一滤波器45用于滤波两个分量之一以提供具有第一频率或频段的第一图像I1，第二滤波器47用于滤波两个分量之中的另一个以提供具有第二频率或频段的第二图像I2。按下一种形式，如图10所示，分束器31包括第一、第二、和第三透镜49、51、53，它们将从至少一个透镜27接收的图像I分离成第一、第二、和第三等效分量，第一滤波器55用于滤波第一分量以提供具有第一频率或频段的第一图像I1，第二滤波器57用于滤波第二分量以提供具有第二频率或频段的第二图像I2，第三滤波器59用于滤波第三分量以提供具有第三频率或频段的第三图像I3。
该设备进一步包括一个分析单元61，分析单元61包括处理装置(未示出)，用于根据从一个或多个探测器29接收的信号进行操作，以提供相关的信息作为信号。将提取的信号提供给一个显示器(未示出)，用于显示一个或多个两维的图像，这些两维的图像部分地代表一个样品3(如药品样品的有效成分或赋形剂)的一种或多种组分的三维分布。例如，图11和12分别表示从通过第一样品3的第一和第二方向相反的表面3a和3b发射的辐射产生的图像，所说的第一样品3包括在一个载体基质上均匀分布的组分；图13和14分别表示从通过第二样品3的第一和第二方向相反的表面3a和3b发射的辐射产生的图像，所说的第二样品3包括在一个载体基质上非均匀分布的组分(将这种组分限制在邻近样品3的第一表面3a，并有一定厚度)。在这些图像中，较亮的或较浓的区域代表组分。用裸眼显然可以看到，图14的图像(该图像代表通过样品3的第二表面3b的辐射)不包括任何分立的亮区，说明在样品3的第二表面3b附近不存在组分。的确，图13和14显然证实，要确定样品中一种组分的三维分布，只成像通过样品的一个方向的辐射是不够的。然后将提取的信号转换成相应的灰度矢量，这些灰度矢量在数学上代表这个提取的信号，并且可以产生例如代表强度随灰度的变化而变化的直方图。在图11-14的图像中，每个图像都是一个8位的图像，但是将会理解，为了提高分辨率，每个图像例如可以是一个24位的图像。例如，图15和16分别表示对应于如图13和14所示的从第二样品3发出的透射式的图像的直方图。作为样品3的直方图的一种度量方法，可以对这些直方图应用单变或多变图像分析技术，主组分分析、部分最小二乘法分析、或神经网络分析都是通用的多变图像分析技术。这样一种度量方法，在校准时，就可能和样品3的一种组分的三维分布相关联。然后，将这些转换过的信号提供给样品3的制造设备以便进行过程控制，例如，在混合系统的控制过程中或在样品分离过程中。在此优选实施例中，从通过样品3的相应表面3a、3b发出的辐射产生单个图像，并且从这些单个的图像产生单独的直方图。在一个可替换实施例中，从每个透射式测量都产生一个图像，将这些图像合并并且实际上作为单个直方图处理。在另一个可替换实施例中，从每个透射式测量都产生一个图像，并且从多个这样的图像可产生多个直方图，然后单独处理各个直方图，或者在处理前先将这些直方图合并。
按第一种使用方式，即，样品3连续移动穿过样品定位单元1的轨道7，辐射产生单元16受到激励，因此当样品3处在它前方的一个预定位置时，辐射产生单元16用具有单个频率或频段的辐射或者包括多个单个频率或频段的辐射去照射每个相应的样品3。在特别优选的实施例中，辐射产生单元16是在接收到来自用于确认相应的样品3的预定位置的一个传感器(未示出)的信号时被激励的。同时，探测器单元25探测从样品3接收的辐射图像，分析单元61提取代表样品3中的一种或多种组分的三维分布的相关信息，以此作为信号，然后对于这个提取的信号进行转换和进一步地利用。
按第二种使用方式，即，样品3以步进方式移动穿过样品定位单元1的轨道7，辐射产生单元16受到激励，因此当样品3在它前方的一个预定位置静止时，辐射产生单元16用具有单个频率或频段的辐射或者包括多个单个频率或频段的辐射去照射每个相应的样品3。其它方面，该设备的操作方式同以上所述的第一方式。
在上述优选实施例中，对于辐射产生单元16进行配置，使其可以照射样品3的第一和和第二表面3a、3b中的每一个表面的大体上整个区域，在探测器单元25中的至少一个探测器29是一个两维阵列的探测器，可以在同一个时刻俘获整个样品图像。但显然，其它的配置也是可能的。
在一个实施例中，如图17所示，该设备包括与上述优选实施例相同的辐射产生单元16，但不同的是有一个两维阵列探测器，至少一个探测器29是一个一维阵列的探测器，具体来说有CMOS芯片、CCD芯片、或焦面阵列，它应该有足够大的长度，以便可以俘获一个方向的样品图像，并且可以沿垂直方向移动以便基于时间分辨原理俘获整个样品图像。在此实施例中，探测器单元25包括一个板63，板63上包括沿辐射通过的方向延伸的狭缝65，其后至少设置一个探测器29，至少一个探测器29和板63沿垂直方向统一步调地一起移动，从而可以基于时间分辨方式俘获整个样品图像。
按另一种改进方式，如图18所示，该设备包括与上述优选实施例相同的探测器单元25，但不同的是辐射产生单元16均匀照射样品3的大体整个第一和第二表面3a、3b，对于辐射产生单元16进行配置，使其在一个方向产生一个辐射线，在使用中，在样品3的第一和第二表面3a、3b上方的垂直方向扫描这个辐射线。在此实施例中，辐射产生单元16在分束器20的上游方向包括一个板67，板67上包括在使用时沿提供辐射的方向延伸的狭缝69，板67在使用中沿垂直方向移动，从而可以用这个扫描线扫描样品3的对应表面3a、3b的大体上整个区域。在此实施例中，在探测器单元25中的至少一个探测器29包括或者一维或者两维阵列探测器。在至少一个探测器29包括一维阵列探测器的情况下，探测器单元25具有和以上所述第一改进形式相同的配置，因此，在使用中，探测器单元25中的板63与辐射产生单元16中的板67一起统一地在垂直方向移动，从而可以基于时间分辨的方式俘获整个样品的图像。
按下一种改进方式，如图19所示，该设备包括与上述优选实施例相同的探测器单元25，但不同的是对于辐射产生单元16进行配置，使其能够均匀照射样品3的大体整个第一和第二表面3a、3b，并且，对于辐射产生单元16进行配置，使其能够在一个方向产生一个辐射线。在此实施例中，对于样品定位单元1的轨道7进行设计，以使每个样品3都能穿过这里相对于辐射线运动。以此方式，用这个辐射线扫描样品3的相应的表面3a、3b的大体上整个表面。在此实施例中，辐射产生单元16包括一个板71，板71设置在分束器20的上游方向，并包括沿辐射提供的方向延伸的狭缝73。以此方式，当样品3通过样品定位单元1的轨道7相对于穿过板71的狭缝73的辐射线移动时能够基于时间分辨方式俘获整个样品的图像。在此实施例中，探测器单元25中的至少一个探测器29或者包括一个一维阵列探测器，或者包括一个两维阵列探测器。在至少一个探测器29是一个一维阵列探测器的情况下，探测器单元25的配置和上述的第一种改进形式相同，但要使板63和探测器单元25中的至少一个探测器29固定就位，从而使板63中的狭缝65和探测器单元25中的至少一个探测器29与辐射产生单元16中的板71的狭缝73排齐。
在上述优选实施例中，辐射产生单元16的配置一般应能从样品3向成像单元23提供辐射。如图20所示，在一个实施例中，通过省去第二和第三反光片21b、21c，可使辐射产生单元16的配置能够分开提供两支辐射，一支辐射是沿着从第二表面3b到第一表面3a的方向穿过样品3发射的辐射以及从样品3的第一表面3a反射的辐射这两者，另一支辐射是沿着从第一表面3a到第二表面3b的方向穿过样品3发射的辐射以及从样品3的第二表面3b反射的辐射这两者。相应地，成像单元23包括第一偏振片26a和至少一个第一光学元件27a，在此实施例中光学元件是至少一个透镜，用于接收沿着从第二表面3b到第一表面3a的方向穿过样品3发射的辐射以及从样品3的第一表面3a反射的辐射这两者；并且成像单元23还包括第二偏振片26b和至少一个第二光学元件27b，在此实施例中此光学元件还是至少一个透镜，用于接收沿着从第一表面3a到第二表面3b的方向穿过样品3发射的辐射以及从样品3的第二表面3b反射的辐射这两者；并且，探测器单元25包括用于接收通过至少一个第一透镜27a成像的辐射的至少一个第一探测器29a和用于接收通过至少一个第二透镜27b成像的至少一个第二探测器29b。按第一种配置，至少一个辐射源17经过分束器20和第一反光片21a向样品3的第一表面3a提供辐射，同时阻止辐射通过第二屏蔽板23b传送到样品3的第二表面3b。以此方式，为探测器单元25中的至少一个第一探测器29a提供从样品3的第一表面3a反射的辐射的图像，并且为探测器单元25中的至少一个第二探测器29b提供通过样品3沿着第一面3a到第二表面3b的方向发射的辐射的图像。按第二种配置，至少一个辐射源17经过分束器20向样品3的第二表面3b提供辐射，同时阻止辐射通过第一屏蔽板23a传送到样品3的第一表面3a。以此方式，为探测器单元25中的至少一个第一探测器29a提供通过样品3沿着第二表面3b到第一表面3a的方向发射的辐射的图像，并且为探测器单元25中的至少一个第二探测器29b提供从样品3的第二表面3b反射的辐射的图像。在使用中，有选择地向样品3的第一和第二表面3a、3b提供辐射，最好是同时地或交替地提供，以使探测器单元25能够俘获相应的透射和反射图像。
在上述优选实施例中，对于辐射产生单元16进行配置，从而使至少一个辐射源17能够向样品3的第一和第二表面3a、3b两者都提供辐射。按照一种改进，如图21所示，辐射产生单元16包括至少一个第一辐射源17a和至少一个第二辐射源17b；对于所说至少一个第一辐射源17a进行配置，使其可向样品3的第一表面3a提供辐射，以便对于样品3进行从样品3的第一表面3a到第二表面3b方向的透射式测量和从样品3的第一表面3a的反射式测量；对于所说至少一个第二辐射源17b进行配置，使其可向样品3的第二表面3b提供辐射，以便对于样品3进行从样品3的第二表面3b到第一表面3a方向的透射式测量和从样品3的第二表面3b的反射式测量。辐射产生单元16进一步包括多个光学元件18a、18b、19a、19b、21a、21b、22a、22b、23a、23b，即第一和第二偏振片18a、18b、第一和第二漫射体19a、19b、第一和第二反光片21a、21b、第一和第二透镜22a、22b、第一和第二屏蔽板23a、23b，借此允许在穿过样品3的两个方向进行透射式测量，并且可以在样品3的两个表面3a、3b上进行反射式测量。如这里下面将要描述的，按可操作方式为探测器单元25配置至少一个第一辐射源17a、至少一个第二辐射源17b、第一和第二反光片21a、21b、第一和第二屏蔽板23a、23b，以便俘获相应的透射和反射图像。按第一配置，至少一个第二辐射源17b不向样品3的第二表面3b提供任何辐射，至少一个第一辐射源17a向样品3的第一表面3a提供辐射，通过第一屏蔽板23a阻挡由样品3的第一表面反射的辐射。以此方式，为探测器单元25提供通过样品3发射的沿从第一表面3a到第二表面3b的方向的辐射的图像。按第二配置，至少一个第二辐射源17b不向样品3的第二表面3b提供任何辐射，至少一个第一辐射源17a向样品3的第一表面3a提供辐射，通过第二屏蔽板23b阻挡通过样品3发射的沿从第一表面3a到第二表面3b的方向的辐射。以此方式，经过第一和第二反光片21a、21b为探测器单元25提供由样品3的第一表面3a反射的辐射的图像。按第三配置，至少一个第一辐射源17a不向样品3的第一表面3a提供任何辐射，至少一个第二辐源17b向样品3的第二表面3b提供辐射，通过第二屏蔽板23b阻挡由样品3的第二表面反射的辐射。以此方式，经过第一和第二反光片21a、21b为探测器单元25提供通过样品3发射的沿从第二表面3b到第一表面3a的方向的辐射的图像。按第四配置，至少一个第一辐射源17a不向样品3的第一表面3a提供任何辐射，至少一个第二辐射源17b向样品3的第二表面3b提供辐射，通过第一屏蔽板23a阻挡通过样品3发射的沿从第二表面3b到第一表面3a的方向的辐射。以此方式，为探测器单元25提供由样品3的第二表面3b反射的辐射的图像。在使用中，有选择地向样品3的第一和第二表面3a、3b提供辐射，最好是同时地或交替地提供，以使探测器单元25能够俘获相应的透射的和反射的图像。
最后，应该理解，按照本发明的优选实施例实施例已经描述了本发明，在不偏离由所附的权利要求书确定的本发明的范围的条件下本发明还可能按许多不同的方式改进。

Claims (61)

1、一种用于分析样品的设备，它包括：
用于定位一个样品(3)的一个样品定位单元(1)；
向样品(3)的第一表面提供第一电磁辐射束和向样品的第二表面提供第二电磁辐射束的一个辐射产生单元(16)，其中所述样品(3)的第一和第二表面(3a，3b)是方向相反的表面；
根据通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每个表面发射的辐射提供至少一个图像的成像单元(23)；
用于俘获由成像单元(23)提供的图像并且产生与之相对应的信号的一个探测器单元(25)；和，
用于根据从探测器单元(25)接收的信号进行操作并且产生代表样品(3)中至少一种组分的三维分布的信号的一个分析单元(61)。
2、权利要求1的设备，其特征在于：样品定位单元(1)包括一个轨道(7)，在使用中，样品(3)通过这个轨道。
3、权利要求2的设备，其特征在于：样品定位单元(1)被配置成使样品(3)能够以步进的方式移动穿过轨道(7)。
4、权利要求2的设备，其特征在于：样品定位单元(1)被配置成使样品(3)连续移动穿过轨道(7)。
5、前述权利要求1-4中任何一个所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是准直的。
6、前述权利要求1-4中任何一个所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是会聚的。
7、前述权利要求1-4中任何一个所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是发散的。
8、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束的主轴基本上垂直于样品(3)的相应表面(3a、3b)。
9、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束的主轴和样品(3)的相应表面(3a、3b)成一定角度。
10、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品(3)的基本上整个相应的表面(3a、3b)。
11、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品的一个区域，这个区域小于样品(3)的相应表面(3a、3b)。
12、权利要求11的设备，其特征在于：辐射产生单元(16)被配置成使其在使用中能够在至少一个方向移动至少一个辐射束，并借此在样品(3)的基本上整个相应表面(3a、3b)扫描至少一个辐射束。
13、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是可见光。
14、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是红外辐射。
15、权利要求14的设备，其特征在于：至少一个红外辐射束是近红外辐射。
16、权利要求15的设备，其特征在于：红外辐射的频率范围对应于从700-1700nm的波长。
17、权利要求1所述的设备，其特征在于：至少一个辐射束是x射线辐射。
18、权利要求1所述的设备，其特征在于：辐射产生单元(16)包括至少一个辐射源(17、17a、17b)和至少一个光学元件(18、18a、18b、19、19a、19b、20、21a、21b、21c、22a、22b、23a、23b、23c、23d)。
19、权利要求18的设备，其特征在于：辐射产生单元(16)还包括一个活动的漫射体(19、19a、19b)，位于每个辐射源(17，17a，17b)的下游方向。
20、权利要求18或19的设备，其特征在于：辐射产生单元(16)还包括至少一个偏振片(18、18a、18b)，位于每个辐射源(17、17a、17b)的下游方向。
21、权利要求18所述的设备，其特征在于：辐射产生单元(16)包括第一辐射源(17a)和第二辐射源(17b)和相关的光学元件(18a、18b、19a、19b、21a、21b、22a、22b、23a、23b)，每个辐射源(17a、17b)提供至少一个辐射束，用于分别照射样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)。
22、权利要求18所述的设备，其特征在于：任何一个或者每一个辐射源(17、17a、17b)都包括一个激光器。
23、权利要求18所述的设备，其特征在于：任何一个或者每一个辐射源(17、17a、17b)都包括一个发光二极管。
24、权利要求1所述的设备，其特征在于：成像单元(23)包括至少一个光学元件(27、27a、27b)，用于提供通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的至少一个图像。
25、权利要求24的设备，其特征在于：成像单元(23)进一步包括至少一个偏振片(26、26a、26b)，用于偏振通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射。
26、权利要求24或25的设备，其特征在于：成像单元(23)进一步包括至少一个分束器(31)，用于提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
27、权利要求26的设备，其特征在于：分束器(31)包括频率相关的分束器(33)，它和至少一个光学元件(27)一起提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像(I1、I2)。
28、权利要求26的设备，其特征在于：分束器(31)包括非频率相关的分束器(35)和多个滤波器(37、39)，非频率相关的分束器(35)分离通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器(37、39)用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，分束器(35)和滤波器(37、39)与至少一个光学元件(27)一起提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像(I1、I2)。
29、权利要求26的设备，其特征在于：分束器(31)包括一个透射光栅(41)，它和至少一个光学元件(27)一起提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像(I1、I2)。
30、权利要求26的设备，其特征在于：分束器(31)包括一个棱镜阵列(43)和多个滤波器(45、47)，棱镜阵列(43)分离通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器(45、47)用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，棱镜阵列(43)和滤波器(45、47)与至少一个光学元件(27)一起提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像(I1、I2)。
31、权利要求26的设备，其特征在于：分束器(31)包括多个透镜(49、51、53)和多个滤波器(55、57、59)，多个透镜(49、51、53)分离通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射，使之成为多个分量，多个滤波器(55、57、59)用于滤波每一个相应的分量以提供不同单个频率或频段的辐射，多个透镜(49、51、53)和滤波器(55、57、59)与至少一个光学元件(27)一起提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像(I1、I2、I3)。
32、权利要求1所述的设备，其特征在于：探测器单元(25)包括至少一个探测器(29、29a、29b)。
33、权利要求32的设备，其特征在于：包括一个探测器(29)。
34、权利要求32的设备，其特征在于：包括多个探测器(29a、29b)。
35、权利要求33或34的设备，其特征在于：所说的探测器或至少一个探测器(29、29a、29b)是一个两维阵列探测器。
36、权利要求34的设备，其特征在于：每个探测器(29、29a、29b)是一个阵列探测器的子阵列。
37、权利要求33或34的设备，其特征在于：所说的探测器或至少一个探测器(29、29a、29b)是一个一维阵列探测器。
38、权利要求32所述的设备，其特征在于：探测器单元(25)被配置成使至少一个探测器(29、29a、29b)在使用中可以移动以俘获由成像单元(23)提供的图像。
39、权利要求32所述的设备，其特征在于：至少一个探测器(29、29a、29b)包括CMOS芯片、CCD芯片、或焦平面阵列中的任何一个。
40、一种分析样品的方法，该方法包括如下步骤：
提供一个样品(3)；
用第一电磁辐射束照射样品(3)的第一表面(3a)和用第二电磁辐射束照射样品的第二表面(3b)，其中所述样品(3)的第一和第二表面(3a，3b)是方向相反的表面；
使通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)发射的辐射成像；
俘获成像的辐射并产生与其对应的信号；和，
根据与成像的辐射对应的信号进行操作，并且产生代表样品(3)中的至少一种组分的三维分布的信号。
41、权利要求40的方法，其特征在于：样品(3)在照射期间是静止的。
42、权利要求40的方法，其特征在于：样品(3)在照射期间是移动的。
43、前述权利要求40-42中任何一个所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是准直的。
44、前述权利要求40-42中任何一个所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是会聚的。
45、前述权利要求40-42中任何一个所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是发散的。
46、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束的主轴基本上垂直于样品(3)的相应表面(3a、3b)。
47、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束的主轴与样品(3)的相应表面(3a，3b)成一定的角度。
48、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束的尺寸适合于照射基本上整个样品(3)的相应表面(3a、3b)。
49、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品(3)中的一个区域，这个区域小于样品(3)的相应表面(3a、3b)，并且通过在样品(3)的相应表面(3a、3b)上扫描至少一个辐射束照射基本上整个样品(3)的相应表面(3a、3b)。
50、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束的尺寸适合于照射样品(3)中的一个区域，这个区域小于样品(3)的相应表面(3a、3b)，并且通过移动样品(3)以便在样品的相应表面上扫描至少一个辐射束来照射基本上整个样品(3)的相应表面(3a，3b)。
51、权利要求49或50的方法，其特征在于：至少一个辐射束是线的形式。
52、权利要求40所述的方法，其特征在于：所说辐射包括单个频率、单个频段、多个单个频率、或多个频段。
53、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是连续的。
54、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是脉冲式的。
55、权利要求54的方法，其特征在于：在每个脉冲中，辐射的频率或频段是不同的。
56、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是可见光。
57、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是红外辐射。
58、权利要求57的方法，其特征在于：红外辐射是近红外辐射。
59、权利要求58的方法，其特征在于：红外辐射的频率范围对应于700-1700nm的波长。
60、权利要求40所述的方法，其特征在于：至少一个辐射束是x射线辐射。
61、权利要求40所述的方法，其特征在于：成像辐射的步骤包括如下步骤：提供来自通过样品(3)的第一和第二表面(3a、3b)中的每一个表面发射的辐射的不同单个频率或频段的多个图像。
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