JPH0694604A - ２台の干渉計を用いた分光撮影装置 - Google Patents
２台の干渉計を用いた分光撮影装置Info
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- JPH0694604A JPH0694604A JP5165267A JP16526793A JPH0694604A JP H0694604 A JPH0694604 A JP H0694604A JP 5165267 A JP5165267 A JP 5165267A JP 16526793 A JP16526793 A JP 16526793A JP H0694604 A JPH0694604 A JP H0694604A
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- G—PHYSICS
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N2021/1765—Method using an image detector and processing of image signal
- G01N2021/177—Detector of the video camera type
- G01N2021/1776—Colour camera
Abstract
(57)【要約】
【目的】 粗面を有する試料の電磁波吸収スペクトル
を、高感度で検出する装置を提供する。 【構成】 試料(100) の表面(110) のスペクトルを求め
る為、２台の干渉計手段(210,220) を用いて分光撮影装
置を構成する。第１干渉計手段(210) の広帯域電磁波源
(300) からの電磁波は、波長に反比例した周波数で変調
され、分析すべき表面に入射吸収される。斯かる電磁波
吸収は試料表面(110) を膨張させる。斯く生じた寸法変
化が、単色電磁波源(400) を使用する第２干渉計手段(2
00) で検出され、試料表面(110) と第２干渉計手段との
瞬時距離が測定される。第２干渉計手段用の検出装置(4
70) としてビデオカメラの如き撮像装置を使用すれば、
試料表面の化学組成の空間分布を求め得る。
を、高感度で検出する装置を提供する。 【構成】 試料(100) の表面(110) のスペクトルを求め
る為、２台の干渉計手段(210,220) を用いて分光撮影装
置を構成する。第１干渉計手段(210) の広帯域電磁波源
(300) からの電磁波は、波長に反比例した周波数で変調
され、分析すべき表面に入射吸収される。斯かる電磁波
吸収は試料表面(110) を膨張させる。斯く生じた寸法変
化が、単色電磁波源(400) を使用する第２干渉計手段(2
00) で検出され、試料表面(110) と第２干渉計手段との
瞬時距離が測定される。第２干渉計手段用の検出装置(4
70) としてビデオカメラの如き撮像装置を使用すれば、
試料表面の化学組成の空間分布を求め得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願は、いずれも本願と同日に提
出されかつ本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたチャ
ールズ・エル・デュムリン(Charles L. Dumoulin) の
「パルス電磁波源および干渉計を用いた分光撮影装置」
と称する米国特許出願（出願人処理番号：ＲＤ−２１，
６２４）および「変調された電磁波の吸収を超音波によ
って検出する分光撮影装置」と称する米国特許出願（出
願人処理番号：ＲＤ−２２，３３６）と関連を有してい
る。
出されかつ本発明の場合と同じ譲受人に譲渡されたチャ
ールズ・エル・デュムリン(Charles L. Dumoulin) の
「パルス電磁波源および干渉計を用いた分光撮影装置」
と称する米国特許出願（出願人処理番号：ＲＤ−２１，
６２４）および「変調された電磁波の吸収を超音波によ
って検出する分光撮影装置」と称する米国特許出願（出
願人処理番号：ＲＤ−２２，３３６）と関連を有してい
る。
【０００２】
【従来の技術】本発明は分光分析技術に関するものであ
って、更に詳しく言えば、試料の表面の分光分析に関す
る。化学種の存在を確認するため、電磁波を用いて試料
の吸収および透過スペクトルを求めることができる。そ
の場合、特定のスペクトル領域は他のスペクトル領域よ
りも有用である。最も有用なスペクトル領域は、試料中
に含まれる化学種によって固有の波長の電磁波が吸収さ
れるようなスペクトル領域である。吸収された電磁波は
直接に検出されたり、試料から再放射されたり、あるい
は試料からの螢光発生を引起こしたりする。赤外線、可
視光線および紫外線を用いて吸光、発光および螢光を分
光測定することは、試料分析のために広く使用されてい
る。しかし残念ながら、これらの技術の多くは粗面を有
する試料の分析用途に対して十分に適するとは言えな
い。この場合、電磁波が粗面によって散乱される結果、
反射光の測定は困難となる。また、不透明な試料の場合
にも、電磁波の透過を必要とする技術を使用することは
困難もしくは不可能である。
って、更に詳しく言えば、試料の表面の分光分析に関す
る。化学種の存在を確認するため、電磁波を用いて試料
の吸収および透過スペクトルを求めることができる。そ
の場合、特定のスペクトル領域は他のスペクトル領域よ
りも有用である。最も有用なスペクトル領域は、試料中
に含まれる化学種によって固有の波長の電磁波が吸収さ
れるようなスペクトル領域である。吸収された電磁波は
直接に検出されたり、試料から再放射されたり、あるい
は試料からの螢光発生を引起こしたりする。赤外線、可
視光線および紫外線を用いて吸光、発光および螢光を分
光測定することは、試料分析のために広く使用されてい
る。しかし残念ながら、これらの技術の多くは粗面を有
する試料の分析用途に対して十分に適するとは言えな
い。この場合、電磁波が粗面によって散乱される結果、
反射光の測定は困難となる。また、不透明な試料の場合
にも、電磁波の透過を必要とする技術を使用することは
困難もしくは不可能である。
【０００３】粗面の分光分析のために有用であることが
判明している技術の１つは、光音響分光法である。この
技術においては、単色光源を断続することによってパル
ス光が生み出される。かかるパルス光が試料の表面に入
射させられる。かかるパルス光が試料によって吸収され
る波長を有する結果、表面が周期的に加熱され、それに
よって表面の膨張及び収縮が起こる。このような運動に
よって発生した音波が表面上方の気体を通って伝搬し、
そして高感度のマイクロホンにより検出される。この場
合、入射光の波長を変化させることによって表面のスペ
クトルが求められる。しかし残念ながら、光音響分光法
の検出効率は他の光学的分析法に比べて低く、従ってこ
の方法を小さい試料に対して容易に適用することができ
ない。
判明している技術の１つは、光音響分光法である。この
技術においては、単色光源を断続することによってパル
ス光が生み出される。かかるパルス光が試料の表面に入
射させられる。かかるパルス光が試料によって吸収され
る波長を有する結果、表面が周期的に加熱され、それに
よって表面の膨張及び収縮が起こる。このような運動に
よって発生した音波が表面上方の気体を通って伝搬し、
そして高感度のマイクロホンにより検出される。この場
合、入射光の波長を変化させることによって表面のスペ
クトルが求められる。しかし残念ながら、光音響分光法
の検出効率は他の光学的分析法に比べて低く、従ってこ
の方法を小さい試料に対して容易に適用することができ
ない。
【０００４】表面粗さを分析するために有用であること
が実証されている非分光技術として、オプティカル・イ
ンターフェロメトリーがある。この技術においては、試
料表面に単色光を入射させることによって干渉写真が得
られる。こうして得られた干渉写真を使用することによ
って表面のディジタルマップが作成される。この技術は
表面の物理的形状を検出するためには役立つが、表面の
化学組成に関する情報を得るためには役立たない。表面
のオプティカル・インターフェロメトリー技術に関する
詳細な説明は、サイエンティフィック・アメリカン(Sci
entific American) の１９９１年７月号の４４〜４９頁
に収載されたグレン・エム・ロビンソン、デイビッド・
エム・ペリーおよびリチャード・ダブリュー・ピーター
ソン(Glen M. Robinson, David M. Perry & Richard W.
Peterson)の論文「オプティカル・インターフェロメト
リー」中に見出すことができる。
が実証されている非分光技術として、オプティカル・イ
ンターフェロメトリーがある。この技術においては、試
料表面に単色光を入射させることによって干渉写真が得
られる。こうして得られた干渉写真を使用することによ
って表面のディジタルマップが作成される。この技術は
表面の物理的形状を検出するためには役立つが、表面の
化学組成に関する情報を得るためには役立たない。表面
のオプティカル・インターフェロメトリー技術に関する
詳細な説明は、サイエンティフィック・アメリカン(Sci
entific American) の１９９１年７月号の４４〜４９頁
に収載されたグレン・エム・ロビンソン、デイビッド・
エム・ペリーおよびリチャード・ダブリュー・ピーター
ソン(Glen M. Robinson, David M. Perry & Richard W.
Peterson)の論文「オプティカル・インターフェロメト
リー」中に見出すことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在、粗面を有する試
料に関する特定の化学種の光学スペクトルを高い感度で
検出し得る分析装置が要望されている。
料に関する特定の化学種の光学スペクトルを高い感度で
検出し得る分析装置が要望されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の実施の一態様に
基づく分光撮影装置は、広帯域電磁波源を使用する第１
の干渉計手段を含んでいる。第１の干渉計手段内の可動
鏡を直線的に運動させた場合、広帯域電磁波源からの様
々な波長に含まれる各波長の振幅が該波長に反比例した
周波数で変調されることになる。変調された電磁波が分
析すべき試料の表面に入射して吸収される結果、表面の
温度が上昇して表面の膨張が起こる。かかる電磁波は変
調されているから（すなわち、各波長の振幅が時間に対
して正弦的に変化するから）、表面の周期的な加熱が起
こる。その結果、吸収された電磁波の波長に反比例する
速度で表面の周期的な膨張及び収縮が起こることにな
る。
基づく分光撮影装置は、広帯域電磁波源を使用する第１
の干渉計手段を含んでいる。第１の干渉計手段内の可動
鏡を直線的に運動させた場合、広帯域電磁波源からの様
々な波長に含まれる各波長の振幅が該波長に反比例した
周波数で変調されることになる。変調された電磁波が分
析すべき試料の表面に入射して吸収される結果、表面の
温度が上昇して表面の膨張が起こる。かかる電磁波は変
調されているから（すなわち、各波長の振幅が時間に対
して正弦的に変化するから）、表面の周期的な加熱が起
こる。その結果、吸収された電磁波の波長に反比例する
速度で表面の周期的な膨張及び収縮が起こることにな
る。
【０００７】他方、第２の干渉計手段からの単色電磁波
が試料表面に入射させられる。表面寸法を変調するため
に使用される電磁波源とは異なり、単色電磁波源の波長
は試料表面によるそれの吸収を最少限に抑えるように選
定される。反射された単色電磁波は第２の干渉計手段に
よって感知され、それによって試料表面と第２の干渉計
手段との瞬時距離が測定される。この距離は、吸収され
た電磁波の波長に反比例する周波数で経時的に変化す
る。また、距離の変化の振幅は広帯域電磁波の吸収度に
比例する。それ故、第２の干渉計手段によって測定され
る距離の変化は試料表面の吸収特性を表わすことにな
る。
が試料表面に入射させられる。表面寸法を変調するため
に使用される電磁波源とは異なり、単色電磁波源の波長
は試料表面によるそれの吸収を最少限に抑えるように選
定される。反射された単色電磁波は第２の干渉計手段に
よって感知され、それによって試料表面と第２の干渉計
手段との瞬時距離が測定される。この距離は、吸収され
た電磁波の波長に反比例する周波数で経時的に変化す
る。また、距離の変化の振幅は広帯域電磁波の吸収度に
比例する。それ故、第２の干渉計手段によって測定され
る距離の変化は試料表面の吸収特性を表わすことにな
る。
【０００８】本発明の別の実施の態様に従えば、複数の
空間位置における光学強度を検出し得る撮像装置（たと
えば、ビデオカメラ）が検出装置として使用される。そ
の結果、試料表面と第２の干渉計手段との距離がそれぞ
れに異なる少なくとも３つの画像が得られることにな
る。各々の画像は試料表面の相異なる干渉写真であっ
て、それらを統合することによって試料表面のマップを
作成することができる。
空間位置における光学強度を検出し得る撮像装置（たと
えば、ビデオカメラ）が検出装置として使用される。そ
の結果、試料表面と第２の干渉計手段との距離がそれぞ
れに異なる少なくとも３つの画像が得られることにな
る。各々の画像は試料表面の相異なる干渉写真であっ
て、それらを統合することによって試料表面のマップを
作成することができる。
【０００９】本発明の目的の１つは、試料の粗面から吸
収スペクトルを求めるための装置を提供することにあ
る。本発明のもう１つの目的は、特定の波長の電磁波を
吸収する表面化学種の分布画像を作成するための装置を
提供することにある。本発明の更にもう１つの目的は、
不透明な試料から吸収スペクトルを求めるための装置を
提供することにある。
収スペクトルを求めるための装置を提供することにあ
る。本発明のもう１つの目的は、特定の波長の電磁波を
吸収する表面化学種の分布画像を作成するための装置を
提供することにある。本発明の更にもう１つの目的は、
不透明な試料から吸収スペクトルを求めるための装置を
提供することにある。
【００１０】新規なものと考えられる本発明の特徴は、
前記特許請求の範囲中に詳細に記載されている。とは言
え、本発明の構成や実施方法並びにそれの追加の目的や
利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を考察す
ることによって最も良く理解されよう。
前記特許請求の範囲中に詳細に記載されている。とは言
え、本発明の構成や実施方法並びにそれの追加の目的や
利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を考察す
ることによって最も良く理解されよう。
【００１１】
【実施例】図１には、分析すべき表面１１０を有する試
料１００が示されている。広帯域電磁波源を使用する第
１の干渉計手段から放射された電磁波から成る試料励起
ビーム１２０が表面１１０に入射する。かかる電磁波
は、波長に反比例する周波数で変調された分光成分を有
している。特定の化学成分に応じ、試料励起ビーム１２
０の一部が表面１１０によって吸収される。
料１００が示されている。広帯域電磁波源を使用する第
１の干渉計手段から放射された電磁波から成る試料励起
ビーム１２０が表面１１０に入射する。かかる電磁波
は、波長に反比例する周波数で変調された分光成分を有
している。特定の化学成分に応じ、試料励起ビーム１２
０の一部が表面１１０によって吸収される。
【００１２】他方、第２の干渉計手段から放射された単
色電磁波から成る測定ビーム１３０が表面１１０に入射
して反射されることにより、反射ビーム１４０が生み出
される。測定ビーム１３０用の単色電磁波源の波長は、
試料１００によるそれの吸収を最少限に抑えるように選
定される。反射ビーム１４０は粗面によって散乱される
とは言え、十分な量の電磁波が第２の干渉計手段に戻さ
れ、そして第２の干渉計手段に対する表面１１０の変位
を正確に測定するために利用される。
色電磁波から成る測定ビーム１３０が表面１１０に入射
して反射されることにより、反射ビーム１４０が生み出
される。測定ビーム１３０用の単色電磁波源の波長は、
試料１００によるそれの吸収を最少限に抑えるように選
定される。反射ビーム１４０は粗面によって散乱される
とは言え、十分な量の電磁波が第２の干渉計手段に戻さ
れ、そして第２の干渉計手段に対する表面１１０の変位
を正確に測定するために利用される。
【００１３】図２は、本発明の実施の一態様を示す略図
である。この場合、試料１００は試料位置決め手段２０
５によって三次元（ｘ，ｙ，ｚ）座標系内の所望の位置
に配置される。次いで、第１の干渉計手段２１０および
第２の干渉計手段２２０からの電磁波が試料１００の表
面１１０に照射される。その際には、鏡制御手段２３０
の使用によって第１の干渉計手段２１０内の鏡の運動が
制御される。第１の干渉計手段２１０内の鏡の運動を表
わす信号が画像形成手段２４０に送信される。鏡の運動
に関する情報とほぼ同時に、第２の干渉計手段２２０か
らの信号も画像形成手段２４０に伝達される。また、試
料１００の位置を表わす信号も試料位置決め手段２０５
から画像形成手段２４０に送信される。第１の干渉計手
段２１０、第２の干渉計手段２２０および試料位置決め
手段２０５から受信した信号を使用することにより、画
像形成手段２４０は試料１００の表面１１０上における
複数の照射部位に関する吸収スペクトルを求める。出力
装置２５０はかかる吸収スペクトル上の特定の点を処理
し、それによって表面１１０上に存在する化学種を表わ
すマップを作成する。出力装置２５０はまた、空間情報
および分光情報に基づいて様々な分析試験を行うことも
できる。
である。この場合、試料１００は試料位置決め手段２０
５によって三次元（ｘ，ｙ，ｚ）座標系内の所望の位置
に配置される。次いで、第１の干渉計手段２１０および
第２の干渉計手段２２０からの電磁波が試料１００の表
面１１０に照射される。その際には、鏡制御手段２３０
の使用によって第１の干渉計手段２１０内の鏡の運動が
制御される。第１の干渉計手段２１０内の鏡の運動を表
わす信号が画像形成手段２４０に送信される。鏡の運動
に関する情報とほぼ同時に、第２の干渉計手段２２０か
らの信号も画像形成手段２４０に伝達される。また、試
料１００の位置を表わす信号も試料位置決め手段２０５
から画像形成手段２４０に送信される。第１の干渉計手
段２１０、第２の干渉計手段２２０および試料位置決め
手段２０５から受信した信号を使用することにより、画
像形成手段２４０は試料１００の表面１１０上における
複数の照射部位に関する吸収スペクトルを求める。出力
装置２５０はかかる吸収スペクトル上の特定の点を処理
し、それによって表面１１０上に存在する化学種を表わ
すマップを作成する。出力装置２５０はまた、空間情報
および分光情報に基づいて様々な分析試験を行うことも
できる。
【００１４】図３は、広帯域電磁波源３００を有する第
１の干渉計手段２１０を一層詳しく示す略図である。広
帯域電磁波源３００は半銀鏡のごときビームスプリッタ
ー手段３１０に向けて電磁波を放射する。ビームスプリ
ッター手段３１０は広帯域電磁波源３００からの電磁波
を第１の透過ビームと第１の反射ビームとに分割する。
第１の透過ビームは、ビームスプリッター手段３１０か
ら距離Ａの位置に配置された固定鏡３２０により反射さ
れてビームスプリッター手段３１０に戻る。ビームスプ
リッター手段３１０は、第１の透過ビームの反射の結果
として第２の透過ビームおよび第２の反射ビームを生み
出す。第１の反射ビームは、ビームスプリッター手段３
１０から距離Ｂの位置において、運動中の可動鏡３３０
によって反射される。第１の反射ビームはビームスプリ
ッター手段３１０に入射して第３の反射ビームおよび第
３の透過ビームを生じる。鏡位置決め手段３４０が図２
の鏡制御手段２３０によって制御される結果、可動鏡３
３０は絶えず運動している。固定鏡３２０および可動鏡
３３０から反射された電磁波の光路長ＡおよびＢが相等
しい場合には、第１の干渉計手段２１０の出射口３６０
を通過する第２の反射ビームおよび第３の透過ビームは
同じ位相を有している。可動鏡３３０の位置が運動軸３
５０に沿って変化すると、光路長ＡおよびＢはもはや等
しくなくなり、そして２つのビームは光路長の差および
電磁波の波長によって決定される位相関係を示すことに
なる。すなわち、２つのビームは互いに干渉して強め合
ったり弱め合ったりする結果、各々の波長に関して振幅
の変調を生じる。たとえば、光路長の差がある波長の整
数倍となるような位置に可動鏡３３０が存在する場合に
は、第１の干渉計手段２１０から出射する２つのビーム
はその波長に関して同じ位相を有し、従ってそれらは互
いに強め合うように合成される。他方、光路長が電磁波
の波長の1/2 だけ異なる場合には、第１の干渉計手段２
１０から出射する２つのビームはその波長に関して１８
０°だけ位相がずれ、従ってそれらは互いに弱め合うよ
うに合成される。その結果、その波長の電磁波は実質的
に第１の干渉計手段２１０から出射しないことになる。
１の干渉計手段２１０を一層詳しく示す略図である。広
帯域電磁波源３００は半銀鏡のごときビームスプリッタ
ー手段３１０に向けて電磁波を放射する。ビームスプリ
ッター手段３１０は広帯域電磁波源３００からの電磁波
を第１の透過ビームと第１の反射ビームとに分割する。
第１の透過ビームは、ビームスプリッター手段３１０か
ら距離Ａの位置に配置された固定鏡３２０により反射さ
れてビームスプリッター手段３１０に戻る。ビームスプ
リッター手段３１０は、第１の透過ビームの反射の結果
として第２の透過ビームおよび第２の反射ビームを生み
出す。第１の反射ビームは、ビームスプリッター手段３
１０から距離Ｂの位置において、運動中の可動鏡３３０
によって反射される。第１の反射ビームはビームスプリ
ッター手段３１０に入射して第３の反射ビームおよび第
３の透過ビームを生じる。鏡位置決め手段３４０が図２
の鏡制御手段２３０によって制御される結果、可動鏡３
３０は絶えず運動している。固定鏡３２０および可動鏡
３３０から反射された電磁波の光路長ＡおよびＢが相等
しい場合には、第１の干渉計手段２１０の出射口３６０
を通過する第２の反射ビームおよび第３の透過ビームは
同じ位相を有している。可動鏡３３０の位置が運動軸３
５０に沿って変化すると、光路長ＡおよびＢはもはや等
しくなくなり、そして２つのビームは光路長の差および
電磁波の波長によって決定される位相関係を示すことに
なる。すなわち、２つのビームは互いに干渉して強め合
ったり弱め合ったりする結果、各々の波長に関して振幅
の変調を生じる。たとえば、光路長の差がある波長の整
数倍となるような位置に可動鏡３３０が存在する場合に
は、第１の干渉計手段２１０から出射する２つのビーム
はその波長に関して同じ位相を有し、従ってそれらは互
いに強め合うように合成される。他方、光路長が電磁波
の波長の1/2 だけ異なる場合には、第１の干渉計手段２
１０から出射する２つのビームはその波長に関して１８
０°だけ位相がずれ、従ってそれらは互いに弱め合うよ
うに合成される。その結果、その波長の電磁波は実質的
に第１の干渉計手段２１０から出射しないことになる。
【００１５】第１の干渉計手段２１０内に含まれる広帯
域電磁波源３００は、一定範囲の波長を有する電磁波を
発生する。光路長ＡおよびＢが相等しければ、広帯域電
磁波源３００からの電磁波の全ての波長が第１の干渉計
手段２１０を通して放射されることになる。しかるに、
可動鏡３３０が位置を変えるのに伴い、各波長の電磁波
の位相は合ったりはずれたりする。可動鏡３３０が時間
に対して一定の運動を行えば、第１の干渉計手段２１０
から出射する電磁波はそれの波長に反比例した周波数で
変調されることになる。
域電磁波源３００は、一定範囲の波長を有する電磁波を
発生する。光路長ＡおよびＢが相等しければ、広帯域電
磁波源３００からの電磁波の全ての波長が第１の干渉計
手段２１０を通して放射されることになる。しかるに、
可動鏡３３０が位置を変えるのに伴い、各波長の電磁波
の位相は合ったりはずれたりする。可動鏡３３０が時間
に対して一定の運動を行えば、第１の干渉計手段２１０
から出射する電磁波はそれの波長に反比例した周波数で
変調されることになる。
【００１６】第１の干渉計手段２１０からの広帯域電磁
波は図１の試料１００の表面１１０に入射し、そしてそ
れの一部分が吸収される。かかる電磁波の吸収は表面１
１０の直近領域の温度を上昇させ、そしてこのような温
度の上昇は表面１１０の材料を膨張させる。かかる電磁
波は変調されているから（すなわち、各波長の振幅が時
間に対して正弦的に変化するから）、表面の周期的な加
熱が起こる。その結果、吸収された電磁波の波長に反比
例する速度で表面１１０の周期的な膨張及び収縮が起こ
ることになる。このような膨張及び収縮は、図４に一層
詳しく示された第２の干渉計手段２２０によって正確に
測定される。
波は図１の試料１００の表面１１０に入射し、そしてそ
れの一部分が吸収される。かかる電磁波の吸収は表面１
１０の直近領域の温度を上昇させ、そしてこのような温
度の上昇は表面１１０の材料を膨張させる。かかる電磁
波は変調されているから（すなわち、各波長の振幅が時
間に対して正弦的に変化するから）、表面の周期的な加
熱が起こる。その結果、吸収された電磁波の波長に反比
例する速度で表面１１０の周期的な膨張及び収縮が起こ
ることになる。このような膨張及び収縮は、図４に一層
詳しく示された第２の干渉計手段２２０によって正確に
測定される。
【００１７】（図２に示された）第２の干渉計手段２２
０においては、単色電磁波源４００がビームスプリッタ
ー手段４１０に向けて狭い波長幅の電磁波を放射する。
かかる電磁波は第１の透過ビームと第１の反射ビームと
に分割される。第１の反射ビームは可動鏡４３０により
反射されてビームスプリッター手段４１０に戻り、そし
て第２の反射ビームおよび第２の透過ビームを生み出
す。この実施の態様においては、可動鏡４３０は固定状
態に保たれているが、所望に応じて鏡位置決め手段４４
０により特定の運動軸４５０に沿って移動させて調整す
ることができる。第１の透過ビームは第２の干渉計手段
２２０の出射口４６０を通って出射し、そして試料１０
０の表面１１０に入射する。その結果、第１の透過ビー
ムの一部は反射されてビームスプリッター手段４１０に
戻り、そして第３の反射ビームおよび第３の透過ビーム
を生み出す。第３の反射ビームは第２の透過ビームと合
成されて検出ビーム４１２を生み出す。ビームスプリッ
ター手段４１０と可動鏡４３０との距離Ｃがビームスプ
リッター手段４１０と試料表面１１０との距離Ｄに比べ
て単色電磁波源４００からの電磁波の波長の整数倍だけ
異なる場合には、検出手段４７０によって検出される電
磁波は位相が合っており、従って互いに強め合うように
合成される。他方、距離ＣおよびＤが波長の整数倍にな
っていない場合には、互いに弱め合うような干渉が起こ
る。試料１００の表面１１０は第１の干渉計手段２１０
からの電磁波に応答して経時的に膨張及び収縮を示すか
ら、距離ＣおよびＤは互いに変化する。その結果、検出
手段４７０に入射する単色電磁波は試料１００によって
吸収された電磁波の波長に反比例した周波数および吸収
度に比例した振幅で変調されることになる。
０においては、単色電磁波源４００がビームスプリッタ
ー手段４１０に向けて狭い波長幅の電磁波を放射する。
かかる電磁波は第１の透過ビームと第１の反射ビームと
に分割される。第１の反射ビームは可動鏡４３０により
反射されてビームスプリッター手段４１０に戻り、そし
て第２の反射ビームおよび第２の透過ビームを生み出
す。この実施の態様においては、可動鏡４３０は固定状
態に保たれているが、所望に応じて鏡位置決め手段４４
０により特定の運動軸４５０に沿って移動させて調整す
ることができる。第１の透過ビームは第２の干渉計手段
２２０の出射口４６０を通って出射し、そして試料１０
０の表面１１０に入射する。その結果、第１の透過ビー
ムの一部は反射されてビームスプリッター手段４１０に
戻り、そして第３の反射ビームおよび第３の透過ビーム
を生み出す。第３の反射ビームは第２の透過ビームと合
成されて検出ビーム４１２を生み出す。ビームスプリッ
ター手段４１０と可動鏡４３０との距離Ｃがビームスプ
リッター手段４１０と試料表面１１０との距離Ｄに比べ
て単色電磁波源４００からの電磁波の波長の整数倍だけ
異なる場合には、検出手段４７０によって検出される電
磁波は位相が合っており、従って互いに強め合うように
合成される。他方、距離ＣおよびＤが波長の整数倍にな
っていない場合には、互いに弱め合うような干渉が起こ
る。試料１００の表面１１０は第１の干渉計手段２１０
からの電磁波に応答して経時的に膨張及び収縮を示すか
ら、距離ＣおよびＤは互いに変化する。その結果、検出
手段４７０に入射する単色電磁波は試料１００によって
吸収された電磁波の波長に反比例した周波数および吸収
度に比例した振幅で変調されることになる。
【００１８】図２の画像形成手段２４０により、時間に
対して測定された距離の変化ｄ（ｔ）に関してフーリエ
変換が行われる。その結果、試料表面１１０の各点に関
し、吸収波長に対する吸収度を表わすスペクトルＤ
（ｆ）が求められる。第２の干渉計手段２２０内の検出
手段４７０が空間情報を識別できない場合には、第２の
干渉計手段２２０は表面１１０の一領域からの距離を検
出することになる。なお、かかる領域は第１の干渉計手
段２１０の焦点スポットのサイズによって制限される。
他方、検出手段４７０としてビデオカメラのごとき撮像
装置が使用される場合には、運動軸４５０に沿って第２
の干渉計手段２２０内の可動鏡４３０を様々に移動させ
ながら、あるいは逆に第２の干渉計手段２２０に対して
試料１００を移動させながら測定を行うことができる。
こうして得られた測定結果を使用すれば、前述のごとき
ロビンソン等の論文の４４〜４９頁に記載されたごとく
にして表面１１０の画像を作成することができるのであ
る。
対して測定された距離の変化ｄ（ｔ）に関してフーリエ
変換が行われる。その結果、試料表面１１０の各点に関
し、吸収波長に対する吸収度を表わすスペクトルＤ
（ｆ）が求められる。第２の干渉計手段２２０内の検出
手段４７０が空間情報を識別できない場合には、第２の
干渉計手段２２０は表面１１０の一領域からの距離を検
出することになる。なお、かかる領域は第１の干渉計手
段２１０の焦点スポットのサイズによって制限される。
他方、検出手段４７０としてビデオカメラのごとき撮像
装置が使用される場合には、運動軸４５０に沿って第２
の干渉計手段２２０内の可動鏡４３０を様々に移動させ
ながら、あるいは逆に第２の干渉計手段２２０に対して
試料１００を移動させながら測定を行うことができる。
こうして得られた測定結果を使用すれば、前述のごとき
ロビンソン等の論文の４４〜４９頁に記載されたごとく
にして表面１１０の画像を作成することができるのであ
る。
【００１９】以上、好適な実施の態様に関連して本発明
の分光撮影装置を詳細に説明したが、それ以外にも数多
くの変更態様が可能であることは当業者にとって自明で
あろう。それ故、本発明の精神に反しない限り、前記特
許請求の範囲はかかる変更態様の全てを包括するものと
理解すべきである。
の分光撮影装置を詳細に説明したが、それ以外にも数多
くの変更態様が可能であることは当業者にとって自明で
あろう。それ故、本発明の精神に反しない限り、前記特
許請求の範囲はかかる変更態様の全てを包括するものと
理解すべきである。
【図１】第１の電磁波源からの電磁波を吸収しかつ第２
の電磁波源からの電磁波を反射する試料表面の斜視図で
ある。
の電磁波源からの電磁波を反射する試料表面の斜視図で
ある。
【図２】２台の干渉計手段を用いて特定の試料表面に関
するスペクトルを求めるために役立つ本発明の実施の一
態様を示すブロック図である。
するスペクトルを求めるために役立つ本発明の実施の一
態様を示すブロック図である。
【図３】試料表面に照射される電磁波を発生させるため
に使用される図２の第１の干渉計手段の具体例を示すブ
ロック図である。
に使用される図２の第１の干渉計手段の具体例を示すブ
ロック図である。
【図４】第１の干渉計手段からの電磁波の吸収の結果と
して生じる表面の変位を測定するために使用される図２
の第２の干渉計手段の具体例を示すブロック図である。
して生じる表面の変位を測定するために使用される図２
の第２の干渉計手段の具体例を示すブロック図である。
１００ 試料 １１０ 表面 １２０ 試料励起ビーム １３０ 測定ビーム １４０ 反射ビーム ２０５ 試料位置決め手段 ２１０ 第１の干渉計手段 ２２０ 第２の干渉計手段 ２３０ 鏡制御手段 ２４０ 画像形成手段 ２５０ 出力装置 ３００ 広帯域電磁波源 ３１０ ビームスプリッター手段 ３２０ 固定鏡 ３３０ 可動鏡 ３４０ 鏡位置決め手段 ３５０ 運動軸 ３６０ 出射口 ４００ 単色電磁波源 ４１０ ビームスプリッター手段 ４１２ 検出ビーム ４３０ 可動鏡 ４４０ 鏡位置決め手段 ４５０ 運動軸 ４６０ 出射口 ４７０ 検出手段
Claims (12)
- 【請求項１】 試料表面の電磁波吸収スペクトルに基づ
いて前記試料表面の化学組成を表わす画像を作成するた
めの装置において、 (a) 時変調された広帯域電磁波から成る試料励起ビーム
を前記試料表面の一部分に照射するために役立つ第１の
干渉計手段、 (b) 前記第１の干渉計手段から放射された前記試料励起
ビームの吸収に応答して生じる、前記試料表面と第２の
干渉計手段との距離の経時的変化を検出するために役立
つ第２の干渉計手段、並びに (c) 前記試料表面と前記第２の干渉計手段との距離の経
時的変化の検出結果から前記試料表面の前記一部分の吸
収スペクトルを計算すると共に、前記距離の経時的変化
の検出結果から前記試料表面の化学組成を表わす吸収ス
ペクトルを前記試料表面の様々な部分について求めるた
めに役立つ画像形成手段、の諸要素から成ることを特徴
とする装置。 - 【請求項２】 前記第１の干渉計手段および前記第２の
干渉計手段に対して前記試料を移動させるための試料位
置決め手段が追加包含される請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記第１の干渉計手段が、 (a1)入射ビームを部分透過ビームと部分反射ビームとに
分割するために役立つビームスプリッター、 (a2)前記ビームスプリッターに向けて広帯域電磁波ビー
ムを放射して第１の透過ビームおよび第１の反射ビーム
を生み出すために役立つ広帯域電磁波源、 (a3)前記第１の透過ビームを前記ビームスプリッターに
向けて反射することによって前記第１の透過ビームを第
２の透過ビームと第２の反射ビームとに分割するために
役立つ固定鏡、並びに (a4)実質的に一様に運動しながら、前記第１の反射ビー
ムを前記ビームスプリッターに向けて反射することによ
って前記第１の反射ビームを第３の透過ビームと第３の
反射ビームとに分割するために役立つ可動鏡、 の諸要素から構成されている結果、前記第２の反射ビー
ムと前記第３の透過ビームとが互いに干渉して強め合っ
たり弱め合ったりすることにより、複数の波長を有する
と共に、各波長の振幅が該波長に反比例した周波数で経
時的に変化するような時変調された試料励起ビームが生
み出される請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記第２の干渉計手段が、 (b1)入射ビームを部分透過ビームと部分反射ビームとに
分割するために役立つビームスプリッター、 (b2)前記試料表面によって反射される一定波長の電磁波
ビームを放射すると共に、前記電磁波ビームを前記ビー
ムスプリッターに入射させることによって第１の透過ビ
ームおよび第１の反射ビームを生み出し、かつ前記第１
の透過ビームを前記試料表面から前記ビームスプリッタ
ーに向けて反射させることによって第２の透過ビームお
よび第２の反射ビームを生み出すために役立つ単色電磁
波源、 (b3)前記第１の反射ビームを前記ビームスプリッターに
向けて反射することによって前記第１の反射ビームを第
３の透過ビームと第３の反射ビームとに分割するために
役立つ可動鏡、並びに (b4)前記第２の反射ビームと前記第３の透過ビームとが
互いに干渉して強め合ったり弱め合ったりすることによ
って生み出される検出ビームを感知すると共に、前記第
２の干渉計手段と前記試料表面との距離の経時的変化を
検出するために役立つ検出手段、の諸要素から構成され
ている請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 前記第１の干渉計手段内の前記可動鏡の
運動を制御すると共に、前記可動鏡の運動に関する情報
を前記画像形成手段に供給するために役立つ鏡制御手段
が追加包含される請求項３記載の装置。 - 【請求項６】 前記検出手段が前記検出ビームから前記
第２の干渉計手段と前記試料表面上の複数の点との距離
の経時的変化を同時に検出し、それによって前記試料表
面の照射部分から空間的に識別された情報を得る請求項
４記載の装置。 - 【請求項７】 前記第１の干渉計手段によって放射され
た前記試料励起ビームに応答して前記検出手段により検
出された前記距離の経時的変化から前記試料表面の画像
を作成するための手段が追加包含される請求項６記載の
装置。 - 【請求項８】 前記広帯域電磁波源が赤外域波長、可視
域波長および紫外域波長から成る群より選ばれた一連の
波長を有する電磁波を発生するための手段から成る請求
項３記載の装置。 - 【請求項９】 前記第２の干渉計手段内の前記単色電磁
波源がレーザーから成る請求項４記載の装置。 - 【請求項１０】 前記画像形成手段が、前記試料表面の
照射部分内の少なくとも１点に関して検出された前記距
離の経時的変化のフーリエ変換値を計算することによっ
て前記少なくとも１点に関する吸収スペクトルを求める
ためのフーリエ変換手段を含む請求項１記載の装置。 - 【請求項１１】 前記少なくとも１点に関して求められ
た前記吸収スペクトルから所望の化学種の分布を表わす
画像を作成するための出力装置が追加包含される請求項
１０記載の装置。 - 【請求項１２】 試料表面の電磁波吸収スペクトルに基
づいて前記試料表面の化学組成を表わす画像を作成する
ための方法において、 (a) 複数の波長を有すると共に、各波長の振幅が該波長
に反比例した周波数で経時的に変化するような時変調さ
れた出力ビームを前記試料表面の一部分に照射すること
により、前記試料表面に前記出力ビームの一部分を吸収
させて前記試料表面を周期的に膨張させ、それによって
前記試料表面と測定点との距離を変化させ、 (b) 干渉計手段を用いて前記試料表面と前記測定点との
距離の経時的変化を検出し、 (c) 前記試料表面の照射部分内の少なくとも１点に関し
て検出された前記距離の経時的変化のフーリエ変換値を
計算し、次いで (d) 前記フーリエ変換値から前記試料表面の化学組成を
表わす吸収スペクトルを求める、諸工程から成ることを
特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/909,277 US5285261A (en) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | Dual interferometer spectroscopic imaging system |
| US909277 | 1992-07-06 | ||
| CA002108422A CA2108422A1 (en) | 1992-07-06 | 1993-10-14 | Dual interferometer spectroscopic imaging system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694604A true JPH0694604A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=25676745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5165267A Withdrawn JPH0694604A (ja) | 1992-07-06 | 1993-07-05 | ２台の干渉計を用いた分光撮影装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5285261A (ja) |
| EP (1) | EP0586053A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0694604A (ja) |
| CA (1) | CA2108422A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5659392A (en) * | 1995-03-22 | 1997-08-19 | Eastman Kodak Company | Associated dual interferometric measurement apparatus for determining a physical property of an object |
| US5596409A (en) * | 1995-03-22 | 1997-01-21 | Eastman Kodak Company | Associated dual interferometric measurement method for determining a physical property of an object |
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| US7421486B1 (en) | 2000-04-05 | 2008-09-02 | Microsoft Corporation | Context translation methods and systems |
| US7096029B1 (en) | 2000-04-05 | 2006-08-22 | Microsoft Corporation | Context aware computing devices having a common interface and related methods |
| US7213048B1 (en) * | 2000-04-05 | 2007-05-01 | Microsoft Corporation | Context aware computing devices and methods |
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| US7072956B2 (en) | 2000-12-22 | 2006-07-04 | Microsoft Corporation | Methods and systems for context-aware policy determination and enforcement |
| US7493565B2 (en) * | 2000-12-22 | 2009-02-17 | Microsoft Corporation | Environment-interactive context-aware devices and methods |
| US6944679B2 (en) * | 2000-12-22 | 2005-09-13 | Microsoft Corp. | Context-aware systems and methods, location-aware systems and methods, context-aware vehicles and methods of operating the same, and location-aware vehicles and methods of operating the same |
| US6711954B2 (en) | 2001-01-19 | 2004-03-30 | Lockheed Martin Corporation | Method and apparatus for improving the dynamic range of laser detected ultrasound in attenuative materials |
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| US8426933B2 (en) * | 2008-08-08 | 2013-04-23 | Araz Yacoubian | Broad spectral band sensor |
| US20110149398A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Donald Wortzman | Instant messaging method-much faster than light communication |
| US9581552B2 (en) | 2011-04-06 | 2017-02-28 | Klein Medical Limited | Spectroscopic analyser |
| WO2014011621A1 (en) | 2012-07-10 | 2014-01-16 | Massachusetts Institute Of Technology | Direct and quantitative broadband absorptance spectroscopy with multilayer cantilever probes |
| US10094215B2 (en) | 2014-11-11 | 2018-10-09 | Iball Instruments, Llc | Mudlogging device with dual interferometers |
| EP3338075B1 (en) | 2015-08-20 | 2020-06-10 | Massachusetts Institute of Technology | Device and method for sensing targets using photothermal speckle detection |
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|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-07-06 US US07/909,277 patent/US5285261A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-07-05 EP EP93305241A patent/EP0586053A1/en not_active Withdrawn
- 1993-07-05 JP JP5165267A patent/JPH0694604A/ja not_active Withdrawn
- 1993-10-14 CA CA002108422A patent/CA2108422A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5285261A (en) | 1994-02-08 |
| CA2108422A1 (en) | 1995-04-15 |
| EP0586053A1 (en) | 1994-03-09 |
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