JPH06506772A - 光学プローブヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学プローブヘッド 本発明はプローブヘッド、特に赤外線分光計において使用するための減衰全反射 メカニズムを使用したプローブヘッドに関する。

減衰全反射（ＡＴＲ）結晶は、サンプルと赤外線分光計に適した波長の放射線の ビームとの間で相互作用を行わせるために内部全反射を使用する。

内部全反射は、入射角α１がある条件を満たした場合に、結晶材料か包囲してい る媒体より光学的に高密度である（すなわち大きい屈折率を有する）ときに発生 する。

以下、添付図面を参照して本発明を説明する。

図１は説明図である。

図２は入射角、屈折率および波長による透過の深さの変化を示した一連のグラフ である。

図３は本発明の特定の実施例によるＡＴＲヘッドの断面の概略図である。

図４は本発明によって構成された装置の一形態を示す。

図１は、屈折率ｎ　の減衰全反射結晶と屈折率ｎ２のサンプルとの間の境界面に 角度α１で入射した放射線を示した説明図である。境界面における次第に減衰す る波の透過は、によって与えられる。ｓｉｎα　≦（ｎ　２／　ｎ　ｌ）である 場合、内部全反射は発生しない。その代りとして、光線はスネルの法則（ｎ　ｓ ｉｎα　−ｎ　ｓｉｎα２）にしたがって結晶から伝送される。

典型的なサンプルは、範囲１．３乃至１．５の屈折率を有する。

これらに対して、許容可能な透過深さを生成する最小の境界面の角度はＡＴＲ結 晶のために使用された材料に依存している。通常、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、シ リコンまたはゲルマニウムのような高い屈折率の物質が使用される。しかじなか ら、これらの材料の機械的および有毒性の特性はそれらのプローブヘッドにおけ る使用を不適切にする。

図２を参照すると、波長、角度、屈折率等により透過深さの変化を示した多様な 異なるグラフが構成されることができる。一連のグラフは、α１、ｎｌおよびλ の異なる値に対する試験下のサンプルの屈折率に対してサファイヤ中で得られた 透過深さを示す。

サファイヤは優れた機構的特性を有し、無害である。しかしながら、許容可能な 透過深さを生成する最小の境界面角度は６５°である。この角度より下において 、非常に低い屈折率を持っサンプルたけが内部全反射を示す。

角度５５°に対して、上記の内部全反射が発生する。しかしなから、透過深さは いくつかの反射（少なくとも４つの反射）が良好な品質のスペクトルに対して十 分に大きい全体的な通路長を生成するために必要であるようなものである。

これらの要求のために、伝統的なＡＴＲ結晶形状はサファイヤに不適切である。

八角形の内角は１３５°である。光線が面の間で内部的に反射された場合、これ はα、＝６７．５°に対応する。したがって、適切なサファイヤＡＴＲ結晶は八 角形の幾何学形状に基づいている。

４反射結晶は、平行な入力および出力ビームを適応させる。

しかしながら、これらは結晶の側面に非常に近接している必要があり、非常に大 きい結晶が使用されない場合に発射光学系および結晶自身の両方の取付けを困難 にする。この問題は、望ましくは面取りされた入力および出力面を持つ５反射結 晶を使用することによって克服されることが認められている。

本発明によると、実質的に放射線のビームの内部全反射が連続的に発生する試験 下の材料のサンプルとの少なくとも５つの境界面を提供するように構成された表 面を有するプリズムを含む減衰全反射光学分光計において使用するためのプロー ブヘッドか提供される。

図３は、人力面１０で屈折され、出力面１６で屈折される前に５つのプローブヘ ッド・サンプル境界面１１乃至１５で内部全反射された放射線の入射ビームエに よってたどられる通路を概略的に示す。

入力面と出力面の角度が適切に決定された場合、入力および出力光線は平行であ るように偏向されることができる。

第１の反射と面取りされた表面との間の距離りを制御することによって、出力ビ ームおよび入力ビームの相対的な変位が制御される。

５つの反射は、赤外線の１乃至５μｍの範囲において許容可能な全通路長を提供 するのに十分である。

図４は装置の１実施例の等寸大の図である。入力光ファイバ２１からの放射線２ ０は集束レンズ２２によってプローブヘッド２４の入力面２３に通過する。表面 ２５乃至２９において反射が内部的に発生し、その後ビームは出力面３０により 別のレンズ３１および出力ファイバ３２に送られる。

面取りされた表面は結晶のディメンションが最小にされ、結合する光学系の寸法 に整合させることを可能にする。さらに、反射面は基本的な円筒形結晶に切断さ れることができ、結晶の気密取付けおよび密封を容易にする。

Ｒｇ、　ｆ 、、　、＝、、、、、　ＰＣＴ／ＧＢ　９２１００７４４

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．減衰全反射光学分光計において使用するためのプローブヘッドにおいて、 実質的に放射線ビームの内部全反射が連続的に発生する試験下の材料のサンプル との少なくとも５つの境界面を提供するように構成された表面を有するプリズム を具備していることを特徴とするプローブヘッド。
2. ２．前記放射線のビーム用の面取りされた入力および出力面を有している請求項 １記載の減衰全反射光学分光計において使用するためのプローブヘッド。
3. ３．反射面は実質的に円筒形結晶に切断される請求項１記載の減衰全反射光学分 光計において使用するためのプローブヘッド。
4. ４．サファイヤから形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のプロー ブヘッド。
5. ５．試験下のサンプルに露出可能な少なくとも５つの面と別のレンズおよび出力 ファイバに向かって前記放射線を導くように位置された面取りされた出力面とを 有するプローブヘッドの面取りされた入力面に向かって集束レンズにより放射線 を発射する入力ファイバを具備している光学分光計において使用するための装置 。
6. ６．請求項１乃至４のいずれか１項記載のプローブヘッドを含んでいる光学分光 計において使用するための装置。