JPH0875640A - デュアルビーム同調性分光計 - Google Patents
デュアルビーム同調性分光計Info
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- JPH0875640A JPH0875640A JP7206869A JP20686995A JPH0875640A JP H0875640 A JPH0875640 A JP H0875640A JP 7206869 A JP7206869 A JP 7206869A JP 20686995 A JP20686995 A JP 20686995A JP H0875640 A JPH0875640 A JP H0875640A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/1256—Generating the spectrum; Monochromators using acousto-optic tunable filter
-
- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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-
- G—PHYSICS
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料を透過する光の計測または試料から反射
する光の計測のいずれにも使用することができるデュア
ルビーム同調性（チューナブル）分光計を提供するこ
と。 【解決手段】 入射光ビームを発する発光源１２と、入
射光ビームを受けて基準ビームおよび試料ビームを生成
するための音響光学的同調性（チューナブル）フィルタ
１４を含む生成手段と、基準ビームの少なくとも一部を
検出し試料に試料ビームが照射されたのち試料から発さ
れる試料ビームの少なくとも一部を検出するための検出
器２４と、基準ビームの一部を選択的に通過させる第一
のシャッタ１６と、試料ビームの一部を選択的に通過さ
せる第二のシャッタ１８とを含むシャッタ構造であっ
て、第一のシャッタを開き第二のシャッタを閉じて、該
検出器に該基準ビームの一部のみを検出させ、また、第
一のシャッタを閉じ第二のシャッタを開いて、検出器に
試料ビームの一部のみを検出させるシャッタ構造とを設
けたこと。
する光の計測のいずれにも使用することができるデュア
ルビーム同調性（チューナブル）分光計を提供するこ
と。 【解決手段】 入射光ビームを発する発光源１２と、入
射光ビームを受けて基準ビームおよび試料ビームを生成
するための音響光学的同調性（チューナブル）フィルタ
１４を含む生成手段と、基準ビームの少なくとも一部を
検出し試料に試料ビームが照射されたのち試料から発さ
れる試料ビームの少なくとも一部を検出するための検出
器２４と、基準ビームの一部を選択的に通過させる第一
のシャッタ１６と、試料ビームの一部を選択的に通過さ
せる第二のシャッタ１８とを含むシャッタ構造であっ
て、第一のシャッタを開き第二のシャッタを閉じて、該
検出器に該基準ビームの一部のみを検出させ、また、第
一のシャッタを閉じ第二のシャッタを開いて、検出器に
試料ビームの一部のみを検出させるシャッタ構造とを設
けたこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学分光計に関し、
詳細には、デュアルビーム同調性分光計に関する。
詳細には、デュアルビーム同調性分光計に関する。
【０００２】
【従来の技術】多様な被検体の濃度の定量には光学分光
計が用いられる。光学分光計は、スペクトルのうち、紫
外線、可視光線および赤外線として一般に知られる部分
を利用する。一般に使用される分光計には二つのタイプ
がある。すなわち、反射率分光計および透過率分光計で
ある。
計が用いられる。光学分光計は、スペクトルのうち、紫
外線、可視光線および赤外線として一般に知られる部分
を利用する。一般に使用される分光計には二つのタイプ
がある。すなわち、反射率分光計および透過率分光計で
ある。
【０００３】反射率分光計は、試料が試料ビームの一部
を吸収し、散乱させるときの被検体の濃度を計測する。
試料ビームのうち、吸収されたり透過したりしない部分
が試料から反射して検出器に入り、計測される。反射し
た試料ビームと基準ビームとの差が試料中の被検体の濃
度を定量的に示す。
を吸収し、散乱させるときの被検体の濃度を計測する。
試料ビームのうち、吸収されたり透過したりしない部分
が試料から反射して検出器に入り、計測される。反射し
た試料ビームと基準ビームとの差が試料中の被検体の濃
度を定量的に示す。
【０００４】同様に、透過率分光計は、試料が試料ビー
ムの一部を吸収するときの被検体の濃度を計測する。し
かし、試料は試料ビームを検出器の中に反射しない。逆
に、試料ビームが試料の中を移動するとき、試料ビーム
の一部が吸収される。透過した試料ビームと基準ビーム
との差が試料中の被検体の濃度を定量的に示す。
ムの一部を吸収するときの被検体の濃度を計測する。し
かし、試料は試料ビームを検出器の中に反射しない。逆
に、試料ビームが試料の中を移動するとき、試料ビーム
の一部が吸収される。透過した試料ビームと基準ビーム
との差が試料中の被検体の濃度を定量的に示す。
【０００５】分光計は通常、広い周波数分布を有する光
を発する発光源を用いる。タングステンフィラメントラ
ンプまたは重水素ランプが、紫外線（ＵＶ）、可視光線
およびいくらかの赤外線（ＩＲ）を発する、一般に使用
される発光源である。所望の波長がフィルタ、回折格
子、プリズム、音響光学的同調性フィルタおよび他の手
段を介して選択される。
を発する発光源を用いる。タングステンフィラメントラ
ンプまたは重水素ランプが、紫外線（ＵＶ）、可視光線
およびいくらかの赤外線（ＩＲ）を発する、一般に使用
される発光源である。所望の波長がフィルタ、回折格
子、プリズム、音響光学的同調性フィルタおよび他の手
段を介して選択される。
【０００６】音響光学的同調性（チューナブル）フィル
タ（ＡＯＴＦ）は、音と光の相互作用によって光を回折
する。この現象は、Chieu D. Tran 教授により、本明細
書に参考文献として含めるAnal. Chem., 64:20, 971-98
1 (1992)に記載されている。簡潔に述べるならば、ＡＯ
ＴＦは、音響波が伝播しうるところの透明な媒体（例え
ば、水晶、二酸化テルルＴｅＯ2 ）である。透明な媒体
の屈折率は、音響波が媒体中を伝播するときにその音響
波によって乱される。屈折率の乱れは、移動する音響波
によって起こる透明物質の圧縮および希薄から生じる。
入射ビームが透明な媒体を通過するとき、伝播する音響
波が、入射ビームの一部を回折する移動格子を作り出
す。ＡＯＴＦは、一次ブラッグ回折のみが見られるよう
な構成であることができる。一次ブラッグ回折パターン
のみが見られるとき、相対的に直交する方向の偏光をも
つ二つの二次ビームが発生する。通常、音響波は、メガ
ヘルツ領域の無線周波数（ＲＦ）信号を、結晶質の透明
な媒体に取り付けられた圧電型変換器に印加することに
より、透明な媒体中で変換される。広い周波数光源を所
望の周波数に回折するための音響光学的同調性フィルタ
（ＡＯＴＦ）の使用は、ＡＯＴＦを正しいＲＦ信号と同
調させることにより、マイクロ秒のオーダで所望の周波
数をほぼ即座に得ることができる点で有利である。
タ（ＡＯＴＦ）は、音と光の相互作用によって光を回折
する。この現象は、Chieu D. Tran 教授により、本明細
書に参考文献として含めるAnal. Chem., 64:20, 971-98
1 (1992)に記載されている。簡潔に述べるならば、ＡＯ
ＴＦは、音響波が伝播しうるところの透明な媒体（例え
ば、水晶、二酸化テルルＴｅＯ2 ）である。透明な媒体
の屈折率は、音響波が媒体中を伝播するときにその音響
波によって乱される。屈折率の乱れは、移動する音響波
によって起こる透明物質の圧縮および希薄から生じる。
入射ビームが透明な媒体を通過するとき、伝播する音響
波が、入射ビームの一部を回折する移動格子を作り出
す。ＡＯＴＦは、一次ブラッグ回折のみが見られるよう
な構成であることができる。一次ブラッグ回折パターン
のみが見られるとき、相対的に直交する方向の偏光をも
つ二つの二次ビームが発生する。通常、音響波は、メガ
ヘルツ領域の無線周波数（ＲＦ）信号を、結晶質の透明
な媒体に取り付けられた圧電型変換器に印加することに
より、透明な媒体中で変換される。広い周波数光源を所
望の周波数に回折するための音響光学的同調性フィルタ
（ＡＯＴＦ）の使用は、ＡＯＴＦを正しいＲＦ信号と同
調させることにより、マイクロ秒のオーダで所望の周波
数をほぼ即座に得ることができる点で有利である。
【０００７】音響光学的同調性フィルタを利用する分光
計が公知である。Kemenyらの米国特許第５，０３９，８
５５号明細書は、音響光学的同調性フィルタを利用する
デュアルビーム透過率分光計を記載している。Kemeny
は、ＡＯＴＦからの二つの光ビームを単離し、一方のビ
ームを基準ビームとして用い、第二のビームを用いて試
料（試料ビーム）を解析している。Kemenyは、１個の検
出器を用いて基準ビームを計測し、第二の検出器を用い
て試料ビームを計測している。試料ビームと基準ビーム
との差が対象の被検体を計測するため、２個の検出器を
使用する分光計において正確な読取り値を得るために
は、検出器どうしを適合させなければならない。１個の
検出器を用いて基準ビームおよび試料ビームの両方を計
測することができるデュアルビーム透過率分光計が求め
られている。
計が公知である。Kemenyらの米国特許第５，０３９，８
５５号明細書は、音響光学的同調性フィルタを利用する
デュアルビーム透過率分光計を記載している。Kemeny
は、ＡＯＴＦからの二つの光ビームを単離し、一方のビ
ームを基準ビームとして用い、第二のビームを用いて試
料（試料ビーム）を解析している。Kemenyは、１個の検
出器を用いて基準ビームを計測し、第二の検出器を用い
て試料ビームを計測している。試料ビームと基準ビーム
との差が対象の被検体を計測するため、２個の検出器を
使用する分光計において正確な読取り値を得るために
は、検出器どうしを適合させなければならない。１個の
検出器を用いて基準ビームおよび試料ビームの両方を計
測することができるデュアルビーム透過率分光計が求め
られている。
【０００８】反射率分光計は公知であり、市販されてい
る。通常、反射率分光計においては、試料に対してある
角度で照射を加え、試料に対して第二の角度で反射率を
検出する。この構造は、検出器に達するノイズの量を最
小限にし、分光計の感度を高めるために、試料からの正
反射および表面反射を拒絶するように設計されているこ
とが好ましい。今日利用しうる反射率分光計は、試料に
対して９０°の角度で試料に照射を加え、かつ、試料に
対して同じ９０°の角度で試料からの反射率を検出する
ことはできない。
る。通常、反射率分光計においては、試料に対してある
角度で照射を加え、試料に対して第二の角度で反射率を
検出する。この構造は、検出器に達するノイズの量を最
小限にし、分光計の感度を高めるために、試料からの正
反射および表面反射を拒絶するように設計されているこ
とが好ましい。今日利用しうる反射率分光計は、試料に
対して９０°の角度で試料に照射を加え、かつ、試料に
対して同じ９０°の角度で試料からの反射率を検出する
ことはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、試料に対
して同じ角度（９０°）で、試料に照射を加え、かつ試
料からの反射率を検出することができ、同時に、検出器
に達する正反射および表面反射の量を最小限にすること
ができる反射率分光計が求められる。加えて、ＡＯＴＦ
からの直交方向に偏光した一次ビームの一方または両方
を利用する反射率分光計が求められる。
して同じ角度（９０°）で、試料に照射を加え、かつ試
料からの反射率を検出することができ、同時に、検出器
に達する正反射および表面反射の量を最小限にすること
ができる反射率分光計が求められる。加えて、ＡＯＴＦ
からの直交方向に偏光した一次ビームの一方または両方
を利用する反射率分光計が求められる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】ある特定の実施態様にお
いて、本発明は、発光源と、生成手段と、検出器と、シ
ャッタ構造とを含むデュアルビーム同調性分光計を提供
する。発光源が入射光ビームを発する。音響光学的同調
性フィルタを含む生成手段が入射光ビームを受け、それ
から基準ビームおよび試料ビームを生成する。検出器が
基準ビームの少なくとも一部を検出し、試料が試料ビー
ムによって照射されたのち試料から発される試料ビーム
の少なくとも一部を検出する。シャッタ構造は、基準ビ
ームの一部を選択的に中に通過させる第一のシャッタ
と、試料ビームの一部を選択的に中に通過させる第二の
シャッタとを含む。シャッタ構造は、第一のシャッタを
開き、第二のシャッタを閉じて、検出器に基準ビームの
一部のみを検出させる。同様に、シャッタ構造は、第一
のシャッタを閉じ、第二のシャッタを開いて、検出器に
試料ビームの一部のみを検出させる。
いて、本発明は、発光源と、生成手段と、検出器と、シ
ャッタ構造とを含むデュアルビーム同調性分光計を提供
する。発光源が入射光ビームを発する。音響光学的同調
性フィルタを含む生成手段が入射光ビームを受け、それ
から基準ビームおよび試料ビームを生成する。検出器が
基準ビームの少なくとも一部を検出し、試料が試料ビー
ムによって照射されたのち試料から発される試料ビーム
の少なくとも一部を検出する。シャッタ構造は、基準ビ
ームの一部を選択的に中に通過させる第一のシャッタ
と、試料ビームの一部を選択的に中に通過させる第二の
シャッタとを含む。シャッタ構造は、第一のシャッタを
開き、第二のシャッタを閉じて、検出器に基準ビームの
一部のみを検出させる。同様に、シャッタ構造は、第一
のシャッタを閉じ、第二のシャッタを開いて、検出器に
試料ビームの一部のみを検出させる。
【００１１】本発明は多様な変形および代替形態を受け
ることができるが、その具体的な実施態様を図面の実施
例によって示し、本明細書に詳細に説明する。しかし、
これは、本発明を開示された特定の形態に限定するため
のものではなく、それどころか、冒頭の請求の範囲によ
って定義される本発明の真髄および範囲に該当するすべ
ての変形、同等物および代替を包含する意図を有するこ
とを理解すべきである。
ることができるが、その具体的な実施態様を図面の実施
例によって示し、本明細書に詳細に説明する。しかし、
これは、本発明を開示された特定の形態に限定するため
のものではなく、それどころか、冒頭の請求の範囲によ
って定義される本発明の真髄および範囲に該当するすべ
ての変形、同等物および代替を包含する意図を有するこ
とを理解すべきである。
【００１２】
【実施例】ここで図面を参照すると、図１は、試料を透
過する光の計測または試料から反射する光の計測のいず
れかを実施することができるデュアルビーム同調性分光
計１０を示す。この分光計１０は、人工発光源１２と、
音響光学的同調性フィルタ（ＡＯＴＦ）１４と、一対の
機械的または電気光学的シャッタ１６、１８を有するシ
ャッタ系と、一対のビームスプリッタキューブ２０、２
２と、検出器２４とを含む。分光計１０の前記要素は、
分光計１０の作動の説明とともに以下に詳述する。
過する光の計測または試料から反射する光の計測のいず
れかを実施することができるデュアルビーム同調性分光
計１０を示す。この分光計１０は、人工発光源１２と、
音響光学的同調性フィルタ（ＡＯＴＦ）１４と、一対の
機械的または電気光学的シャッタ１６、１８を有するシ
ャッタ系と、一対のビームスプリッタキューブ２０、２
２と、検出器２４とを含む。分光計１０の前記要素は、
分光計１０の作動の説明とともに以下に詳述する。
【００１３】人工発光源１２は、広いスペクトル出力を
有する制御された光を発することが好ましい。これらの
規準を満たす人工発光源の例には、重水素放電管、白熱
電灯（例えばタングステンフィラメント）、ハロゲン
灯、蛍光灯およびレーザがある。発光源１２から発され
た光を平行化するために、コリメータレンズ２６または
他の適当な平行化装置が発光源１２に隣接して取り付け
られている。もっとも効果的に発光源１２からの光を平
行ビームに集束するために、発光源１２は、コリメータ
レンズ２６の主焦点（焦点）の近くに配設されている。
コリメータレンズ２６は、カリフォルニア州アーヴァイ
ンのMelles Griot社から部品番号01 LPX 017として市販
されている。
有する制御された光を発することが好ましい。これらの
規準を満たす人工発光源の例には、重水素放電管、白熱
電灯（例えばタングステンフィラメント）、ハロゲン
灯、蛍光灯およびレーザがある。発光源１２から発され
た光を平行化するために、コリメータレンズ２６または
他の適当な平行化装置が発光源１２に隣接して取り付け
られている。もっとも効果的に発光源１２からの光を平
行ビームに集束するために、発光源１２は、コリメータ
レンズ２６の主焦点（焦点）の近くに配設されている。
コリメータレンズ２６は、カリフォルニア州アーヴァイ
ンのMelles Griot社から部品番号01 LPX 017として市販
されている。
【００１４】無線周波数（ＲＦ）供給源２８からのＲＦ
同調信号に応答して、ＡＯＴＦ１４は、入射する平行化
した光ビームを光スペクトルの所望の波長に回折する。
制御ユニット３０がＲＦ供給源２８から発されたＲＦ信
号の周波数を制御する。ＡＯＴＦ１４からの光学出力
は、零次ビームおよび一対の直交方向に偏光した一次ビ
ームを含む。これらの一次ビームの波長はＲＦ同調信号
の波長に反比例する。したがって、ＲＦ同調信号の波長
が長いほど、一次ビームの波長は短くなる。一次ビーム
が紫外線、可視光線または赤外線のスペクトルの範囲に
該当する波長を有するよう、ＲＦ同調信号を変化させる
ことができる。ＡＯＴＦ１４は、メリーランド州ボルチ
モアのBrimrose社から部品番号TEAF-.08-1.65 として市
販されている。
同調信号に応答して、ＡＯＴＦ１４は、入射する平行化
した光ビームを光スペクトルの所望の波長に回折する。
制御ユニット３０がＲＦ供給源２８から発されたＲＦ信
号の周波数を制御する。ＡＯＴＦ１４からの光学出力
は、零次ビームおよび一対の直交方向に偏光した一次ビ
ームを含む。これらの一次ビームの波長はＲＦ同調信号
の波長に反比例する。したがって、ＲＦ同調信号の波長
が長いほど、一次ビームの波長は短くなる。一次ビーム
が紫外線、可視光線または赤外線のスペクトルの範囲に
該当する波長を有するよう、ＲＦ同調信号を変化させる
ことができる。ＡＯＴＦ１４は、メリーランド州ボルチ
モアのBrimrose社から部品番号TEAF-.08-1.65 として市
販されている。
【００１５】ＡＯＴＦ１４から発された一次ビームの一
方が収束レンズ３２によってビームスプリッタキューブ
２０上に集束される。零次ビームおよび他方の一次ビー
ムは、それぞれの吸光器またはビームストッパ（図示せ
ず）によって吸収される。図１から見ると、スプリッタ
キューブ２０の斜めの面がＡＯＴＦ一次ビームの第一の
部分（「基準部」）を上向きに反射してシャッタ１６に
送り、ＡＯＴＦ一次ビームの第二の部分（「試料部」）
を試料に送る。基準部がＡＯＴＦ一次ビームの約５〜１
０％を構成し、試料部がその残りを構成することが好ま
しい。あるいはまた、基準部がＡＯＴＦ一次ビームの５
０％までを構成し、試料部がその残りを構成するように
ビームスプリッタキューブ２０を構成することもでき
る。シャッタ１６、１８の一方だけが所与の期間、開く
ようにこれらのシャッタを制御することにより、検出器
２４が基準計測と試料計測とを別々に実施する。シャッ
タ１６、１８はいずれもニューヨーク州ロチェスタのVi
ncent Associates社から部品番号VS14SITOK として市販
されている。
方が収束レンズ３２によってビームスプリッタキューブ
２０上に集束される。零次ビームおよび他方の一次ビー
ムは、それぞれの吸光器またはビームストッパ（図示せ
ず）によって吸収される。図１から見ると、スプリッタ
キューブ２０の斜めの面がＡＯＴＦ一次ビームの第一の
部分（「基準部」）を上向きに反射してシャッタ１６に
送り、ＡＯＴＦ一次ビームの第二の部分（「試料部」）
を試料に送る。基準部がＡＯＴＦ一次ビームの約５〜１
０％を構成し、試料部がその残りを構成することが好ま
しい。あるいはまた、基準部がＡＯＴＦ一次ビームの５
０％までを構成し、試料部がその残りを構成するように
ビームスプリッタキューブ２０を構成することもでき
る。シャッタ１６、１８の一方だけが所与の期間、開く
ようにこれらのシャッタを制御することにより、検出器
２４が基準計測と試料計測とを別々に実施する。シャッ
タ１６、１８はいずれもニューヨーク州ロチェスタのVi
ncent Associates社から部品番号VS14SITOK として市販
されている。
【００１６】基準計測を実施するためには、シャッタ系
がシャッタ１６を開き、シャッタ１８を閉じる。ビーム
スプリッタキューブ２０から反射した基準部は、収束レ
ンズ３４により、第二のビームスプリッタキューブ２２
上に集束される。レンズ３４がレンズ３４の中心を通過
する水平面（図１から見て）に関して対称であるなら
ば、レンズ３４は、スプリッタキューブ２０とスプリッ
タキューブ２２とのほぼ中間に位置する。シャッタ１６
が開いており、シャッタ１８が閉じているため、スプリ
ッタキューブ２２に衝突する光のみがＡＯＴＦ一次ビー
ムの基準部である。スプリッタキューブ２２の斜めの面
が基準部の約５〜１０％を検出器２４に向けて反射し、
基準部の残りを吸光器（図示せず）に送る。スプリッタ
キューブ２２ならびにスプリッタキューブ２０は、ニュ
ーメキシコ州アルバカーキのCVI Laser 社から市販され
ている。
がシャッタ１６を開き、シャッタ１８を閉じる。ビーム
スプリッタキューブ２０から反射した基準部は、収束レ
ンズ３４により、第二のビームスプリッタキューブ２２
上に集束される。レンズ３４がレンズ３４の中心を通過
する水平面（図１から見て）に関して対称であるなら
ば、レンズ３４は、スプリッタキューブ２０とスプリッ
タキューブ２２とのほぼ中間に位置する。シャッタ１６
が開いており、シャッタ１８が閉じているため、スプリ
ッタキューブ２２に衝突する光のみがＡＯＴＦ一次ビー
ムの基準部である。スプリッタキューブ２２の斜めの面
が基準部の約５〜１０％を検出器２４に向けて反射し、
基準部の残りを吸光器（図示せず）に送る。スプリッタ
キューブ２２ならびにスプリッタキューブ２０は、ニュ
ーメキシコ州アルバカーキのCVI Laser 社から市販され
ている。
【００１７】検出器２４は、基準部の反射した部分を検
出する。好ましい実施態様においては、検出器２４は、
赤外線スペクトルに集束し、ノイズ干渉を最小限にする
ための内蔵増幅器を有するＩｎＧａＡｓ（インジウム−
ガリウム−ヒ素）検出器である。このような検出器は、
カリフォルニア州カマリロのAdvanced Photonics社から
部品番号SD 6085 として市販されている。他の適当な検
出器には、光電子増倍管、電荷結合素子、ダイオードア
レイ検出器およびゲルマニウム検出器がある。検出器２
４に連絡的に結合された制御ユニット３０は、検出器２
４によって検出された光の量を計測する。通常の基準読
取りの場合、数秒またはそれ未満の間、シャッタ１６が
開いたままになり、シャッタ１８が閉じたままになる。
出する。好ましい実施態様においては、検出器２４は、
赤外線スペクトルに集束し、ノイズ干渉を最小限にする
ための内蔵増幅器を有するＩｎＧａＡｓ（インジウム−
ガリウム−ヒ素）検出器である。このような検出器は、
カリフォルニア州カマリロのAdvanced Photonics社から
部品番号SD 6085 として市販されている。他の適当な検
出器には、光電子増倍管、電荷結合素子、ダイオードア
レイ検出器およびゲルマニウム検出器がある。検出器２
４に連絡的に結合された制御ユニット３０は、検出器２
４によって検出された光の量を計測する。通常の基準読
取りの場合、数秒またはそれ未満の間、シャッタ１６が
開いたままになり、シャッタ１８が閉じたままになる。
【００１８】試料計測を実施するためには、シャッタ系
はシャッタ１６の閉鎖とシャッタ１８の解放とを同時に
行う。この場合、閉鎖されたシャッタ１６が、ＡＯＴＦ
一次ビームの基準部が検出器２４に達することを防ぐ。
ＡＯＴＦ一次ビームの試料部（すなわち、ＡＯＴＦ一次
ビームのうち、ビームスプリッタキューブ２０の中をま
っすぐ透過した部分）が、収束レンズ３６により、光フ
ァイバ３８の中に集束される。光ファイバ３８が受ける
試料部の光の量を最大限にするため、光ファイバ３８の
入力端は、レンズ３６の焦点またはその近くに位置する
ことが好ましい。レンズ３６がレンズ３６の中心を通過
する垂直面（図１から見て）に関して対称であるなら
ば、レンズ３６は、スプリッタキューブ２０と光ファイ
バ３８の入力端とのほぼ中間に位置する。
はシャッタ１６の閉鎖とシャッタ１８の解放とを同時に
行う。この場合、閉鎖されたシャッタ１６が、ＡＯＴＦ
一次ビームの基準部が検出器２４に達することを防ぐ。
ＡＯＴＦ一次ビームの試料部（すなわち、ＡＯＴＦ一次
ビームのうち、ビームスプリッタキューブ２０の中をま
っすぐ透過した部分）が、収束レンズ３６により、光フ
ァイバ３８の中に集束される。光ファイバ３８が受ける
試料部の光の量を最大限にするため、光ファイバ３８の
入力端は、レンズ３６の焦点またはその近くに位置する
ことが好ましい。レンズ３６がレンズ３６の中心を通過
する垂直面（図１から見て）に関して対称であるなら
ば、レンズ３６は、スプリッタキューブ２０と光ファイ
バ３８の入力端とのほぼ中間に位置する。
【００１９】光ファイバ３８がＡＯＴＦ一次ビームの試
料部を試料に向けて送り、第二の光ファイバ４０が試料
から光を受ける。光ファイバ３８、４０は、それらに支
持を提供するためのそれぞれのハウジング（図示せず）
の中に取り付けられている。光ファイバ４０が試料から
光を受ける仕方は、分光計１０が反射計測または透過計
測のいずれに合わせて構成されているかに依存する。透
過率読取りの場合、光ファイバ３８の出力端と光ファイ
バ４０の入力端との間に試料を配置する。光ファイバ３
８がＡＯＴＦ一次ビームの試料部を試料に向けて送り、
光ファイバ４０が、試料の反対側で、光ビームのうち、
試料を透過して光ファイバ４０の入力端に達した部分を
受ける。
料部を試料に向けて送り、第二の光ファイバ４０が試料
から光を受ける。光ファイバ３８、４０は、それらに支
持を提供するためのそれぞれのハウジング（図示せず）
の中に取り付けられている。光ファイバ４０が試料から
光を受ける仕方は、分光計１０が反射計測または透過計
測のいずれに合わせて構成されているかに依存する。透
過率読取りの場合、光ファイバ３８の出力端と光ファイ
バ４０の入力端との間に試料を配置する。光ファイバ３
８がＡＯＴＦ一次ビームの試料部を試料に向けて送り、
光ファイバ４０が、試料の反対側で、光ビームのうち、
試料を透過して光ファイバ４０の入力端に達した部分を
受ける。
【００２０】反射率読取りの場合、光ファイバ３８の出
力端および光ファイバ４０の入力端が試料の同じ側に位
置する。好ましい実施態様においては、光ファイバ３８
が試料に対して９０°の角度で光ビームを発し、光ファ
イバ４０が、試料に対して４５°の散乱角で試料から反
射した光を受ける。このような反射率読取りの構造は、
Dosmann らへの米国特許第４，８９０，９２６号に説明
されている。散乱角は、光ファイバ３８から入射する光
の移動方向を表す線と、試料から反射して光ファイバ４
０に達する光の移動方向を表す線との間で計測される。
他の散乱角を用いてもよいが、４５°の散乱角がもっと
も効率的であることが当該技術において周知である。
力端および光ファイバ４０の入力端が試料の同じ側に位
置する。好ましい実施態様においては、光ファイバ３８
が試料に対して９０°の角度で光ビームを発し、光ファ
イバ４０が、試料に対して４５°の散乱角で試料から反
射した光を受ける。このような反射率読取りの構造は、
Dosmann らへの米国特許第４，８９０，９２６号に説明
されている。散乱角は、光ファイバ３８から入射する光
の移動方向を表す線と、試料から反射して光ファイバ４
０に達する光の移動方向を表す線との間で計測される。
他の散乱角を用いてもよいが、４５°の散乱角がもっと
も効率的であることが当該技術において周知である。
【００２１】透過率および反射率の両方の構造の場合、
光ファイバ４０が試料から受けた光は、光ファイバ４０
からビームスプリッタキューブ２２に向けて発される。
発された光は発散する傾向にあるため、光をビームスプ
リッタ２２に透過させて検出器２４上に集束させるため
に、収束レンズ４２がスプリッタキューブ２２と光ファ
イバ４０との間に配設されている。先に述べたように、
シャッタ１８が開いて光を通過させる。スプリッタキュ
ーブ２２と、光ファイバ４０の出力端とは、レンズ４２
をはさんで互いに反対側に、一直線に並んで配設されて
いる。そのうえ、レンズ４２は、レンズ４２の中心を通
過する垂直面（図１から見て）に関して対称であるた
め、レンズ４２は、検出器２４と光ファイバ４０の出力
端とのほぼ中間に位置する。
光ファイバ４０が試料から受けた光は、光ファイバ４０
からビームスプリッタキューブ２２に向けて発される。
発された光は発散する傾向にあるため、光をビームスプ
リッタ２２に透過させて検出器２４上に集束させるため
に、収束レンズ４２がスプリッタキューブ２２と光ファ
イバ４０との間に配設されている。先に述べたように、
シャッタ１８が開いて光を通過させる。スプリッタキュ
ーブ２２と、光ファイバ４０の出力端とは、レンズ４２
をはさんで互いに反対側に、一直線に並んで配設されて
いる。そのうえ、レンズ４２は、レンズ４２の中心を通
過する垂直面（図１から見て）に関して対称であるた
め、レンズ４２は、検出器２４と光ファイバ４０の出力
端とのほぼ中間に位置する。
【００２２】スプリッタキューブ２２が試料からの光の
約９０〜９５％を検出器２４に向けて透過させ、その残
りを上向きに反射して吸光器（図示せず）に送る。検出
された光の量は、検出された試料からの光を先に計測し
た基準値と比較して試料中の標的被検体の濃度を定量す
る制御ユニット３０によって計測される。ＡＯＴＦ一次
ビームの波長は試料中の標的被検体によって決まる。特
に、ＲＦ供給源２８からのＲＦ同調信号は、ＡＯＴＦ１
４に入射する光ビームを、標的被検体の吸収波長を包含
する波長に回折するように選択される。
約９０〜９５％を検出器２４に向けて透過させ、その残
りを上向きに反射して吸光器（図示せず）に送る。検出
された光の量は、検出された試料からの光を先に計測し
た基準値と比較して試料中の標的被検体の濃度を定量す
る制御ユニット３０によって計測される。ＡＯＴＦ一次
ビームの波長は試料中の標的被検体によって決まる。特
に、ＲＦ供給源２８からのＲＦ同調信号は、ＡＯＴＦ１
４に入射する光ビームを、標的被検体の吸収波長を包含
する波長に回折するように選択される。
【００２３】前記の説明から、分光計１０は、ＡＯＴＦ
１４からの一方の一次ビームのみを用いて透過率および
反射率の両計測を実施することができる。ビームスプリ
ッタキューブ２０がこの一次ビームを基準ビームと試料
ビームとに分割する。さらに、分光計１０は、基準ビー
ムおよび試料ビームの両方を検出するのに単一の検出器
２４を用いる。シャッタ１６、１８は、いかなる所与の
時点でもこれらの二つのビームの一方のみが検出器２４
に達するように制御される。
１４からの一方の一次ビームのみを用いて透過率および
反射率の両計測を実施することができる。ビームスプリ
ッタキューブ２０がこの一次ビームを基準ビームと試料
ビームとに分割する。さらに、分光計１０は、基準ビー
ムおよび試料ビームの両方を検出するのに単一の検出器
２４を用いる。シャッタ１６、１８は、いかなる所与の
時点でもこれらの二つのビームの一方のみが検出器２４
に達するように制御される。
【００２４】図２は、反射率読取りを実施することがで
きる、本発明による代替の分光計１００を示す。この反
射率分光計１００は、人工発光源１０２と、音響光学的
同調性フィルタ（ＡＯＴＦ）１０４と、一対の機械的ま
たは電気光学的シャッタ１０６、１０８を有するシャッ
タ系と、偏光ビームスプリッタキューブ１１０と、検出
器１１２とを含む。分光計１００の前記要素は、分光計
１００の作動の説明とともに以下に詳述する。
きる、本発明による代替の分光計１００を示す。この反
射率分光計１００は、人工発光源１０２と、音響光学的
同調性フィルタ（ＡＯＴＦ）１０４と、一対の機械的ま
たは電気光学的シャッタ１０６、１０８を有するシャッ
タ系と、偏光ビームスプリッタキューブ１１０と、検出
器１１２とを含む。分光計１００の前記要素は、分光計
１００の作動の説明とともに以下に詳述する。
【００２５】発光源１０２は、広い周波数分布を有する
制御された光をＡＰＴＦ１０４に向けて発する。適当な
発光源の例には、重水素放電管、白熱電灯（例えばタン
グステンフィラメント）、ハロゲン灯、蛍光灯およびレ
ーザがある。光がＡＯＴＦ１０４に達する前に光を平行
化するために、コリメータレンズ１１４または他の適当
な平行化装置が発光源１０２とＡＯＴＦ１０４との間に
位置している。もっとも効果的に発光源１０２からの光
を平行ビームに集束するために、発光源１０２はコリメ
ータレンズ１１４の主焦点（焦点）の近くに配設されて
いる。図１のコリメータレンズ２６と同様、コリメータ
レンズ１１４は、カリフォルニア州アーヴァインのMell
es Griot社から部品番号01 LPX 017として市販されてい
る。
制御された光をＡＰＴＦ１０４に向けて発する。適当な
発光源の例には、重水素放電管、白熱電灯（例えばタン
グステンフィラメント）、ハロゲン灯、蛍光灯およびレ
ーザがある。光がＡＯＴＦ１０４に達する前に光を平行
化するために、コリメータレンズ１１４または他の適当
な平行化装置が発光源１０２とＡＯＴＦ１０４との間に
位置している。もっとも効果的に発光源１０２からの光
を平行ビームに集束するために、発光源１０２はコリメ
ータレンズ１１４の主焦点（焦点）の近くに配設されて
いる。図１のコリメータレンズ２６と同様、コリメータ
レンズ１１４は、カリフォルニア州アーヴァインのMell
es Griot社から部品番号01 LPX 017として市販されてい
る。
【００２６】平行化した光ビームがＡＯＴＦ１０４を透
過すると、ＡＯＴＦ１０４は、その光ビームを処理して
零次ビームおよび一対の直交方向に偏光した一次ビーム
にする。ＲＦ供給源１１６からのＲＦ同調信号が一次ビ
ームの波長を制御し、ＲＦ同調信号の波長は逆に制御ユ
ニット１１８によって制御される。ＲＦ同調信号は、Ａ
ＯＴＦ１０４からの一対の一次ビームが紫外線、可視光
線または赤外線のスペクトルの範囲に該当する波長を有
するように変化させることができる。ＲＦ信号は、ＡＯ
ＴＦ１０４からの一次ビームが試料中の標的被検体の吸
収波長を包含する波長を有するように選択する。図１の
ＡＯＴＦ１４と同様、ＡＯＴＦ１０４は、メリーランド
州ボルチモアのBrimrose社から部品番号TEAF-.80-1.65
として市販されている。
過すると、ＡＯＴＦ１０４は、その光ビームを処理して
零次ビームおよび一対の直交方向に偏光した一次ビーム
にする。ＲＦ供給源１１６からのＲＦ同調信号が一次ビ
ームの波長を制御し、ＲＦ同調信号の波長は逆に制御ユ
ニット１１８によって制御される。ＲＦ同調信号は、Ａ
ＯＴＦ１０４からの一対の一次ビームが紫外線、可視光
線または赤外線のスペクトルの範囲に該当する波長を有
するように変化させることができる。ＲＦ信号は、ＡＯ
ＴＦ１０４からの一次ビームが試料中の標的被検体の吸
収波長を包含する波長を有するように選択する。図１の
ＡＯＴＦ１４と同様、ＡＯＴＦ１０４は、メリーランド
州ボルチモアのBrimrose社から部品番号TEAF-.80-1.65
として市販されている。
【００２７】平凸レンズ１１９が零次ビームを、零次ビ
ームを吸収するビームストッパ１２０に向けて送る。さ
らに、レンズ１１９が一次ビームの一方（「基準ビー
ム」）をシャッタ１０６に向けて送り、もう一方の一次
ビーム（「試料ビーム」）をシャッタ１０８に向けて送
る。シャッタ１０６、１０８の一方だけが所与の期間、
開くようにこれらのシャッタを制御することにより、検
出器１１２が基準計測と試料計測とを別々に実施する。
レンズ１１９は、カリフォルニア州アーヴァインのMell
es Griot社から部品番号LPX 084 として市販され、シャ
ッタ１０６、１０８はいずれもニューヨーク州ロチェス
タのVincent Associates社から部品番号VS143SITOKとし
て市販されている。
ームを吸収するビームストッパ１２０に向けて送る。さ
らに、レンズ１１９が一次ビームの一方（「基準ビー
ム」）をシャッタ１０６に向けて送り、もう一方の一次
ビーム（「試料ビーム」）をシャッタ１０８に向けて送
る。シャッタ１０６、１０８の一方だけが所与の期間、
開くようにこれらのシャッタを制御することにより、検
出器１１２が基準計測と試料計測とを別々に実施する。
レンズ１１９は、カリフォルニア州アーヴァインのMell
es Griot社から部品番号LPX 084 として市販され、シャ
ッタ１０６、１０８はいずれもニューヨーク州ロチェス
タのVincent Associates社から部品番号VS143SITOKとし
て市販されている。
【００２８】基準計測を実施するためには、シャッタ系
がシャッタ１０６を開き、シャッタ１０８を閉じる。開
いたシャッタ１０６が基準ビームを中に通し、閉じたシ
ャッタ１０８が試料ビームが中に通過することを防ぐ。
基準ビームは、収束レンズ１２２により、従来のミラー
１２４および偏光ビームスプリッタキューブ１１０を介
して検出器１１２上に集束される。ミラー１２４がレン
ズ１２２の方向から基準ビームを受けると、ミラー１２
４は、基準ビームを偏光ビームスプリッタキューブ１１
０の方向に反射する。図３を参照すると、基準ビームの
偏光はスプリッタキューブ１１０の入射面に対して平行
である。入射面とは、ビーム分割面１２６に当たる基準
ビームの伝播方向と、ビーム分割面１２６に対して垂直
方向の線とを含む面と定義する。ビーム分割面１２６に
よって画定されるように、この偏光は一般に「Ｐ」偏光
と呼ばれる。図２で見るならば、入射面は紙面上の面で
あり、基準ビームの「Ｐ」偏光は紙面の面に対して平行
である。
がシャッタ１０６を開き、シャッタ１０８を閉じる。開
いたシャッタ１０６が基準ビームを中に通し、閉じたシ
ャッタ１０８が試料ビームが中に通過することを防ぐ。
基準ビームは、収束レンズ１２２により、従来のミラー
１２４および偏光ビームスプリッタキューブ１１０を介
して検出器１１２上に集束される。ミラー１２４がレン
ズ１２２の方向から基準ビームを受けると、ミラー１２
４は、基準ビームを偏光ビームスプリッタキューブ１１
０の方向に反射する。図３を参照すると、基準ビームの
偏光はスプリッタキューブ１１０の入射面に対して平行
である。入射面とは、ビーム分割面１２６に当たる基準
ビームの伝播方向と、ビーム分割面１２６に対して垂直
方向の線とを含む面と定義する。ビーム分割面１２６に
よって画定されるように、この偏光は一般に「Ｐ」偏光
と呼ばれる。図２で見るならば、入射面は紙面上の面で
あり、基準ビームの「Ｐ」偏光は紙面の面に対して平行
である。
【００２９】偏光ビームスプリッタ１１０の斜め面１２
６が入射する基準ビームの約５〜１０％を上向き（図２
で見るならば）に反射して検出器１１２に送り、その残
り（９０〜９５％）を透過させる。検出器１１２は、基
準ビームの反射された部分を検出する。ある実施態様に
おいては、検出器１１２は、赤外線スペクトルに集束
し、ノイズ干渉を最小限にするための内蔵増幅器を有す
るＩｎＧａＡｓ検出器である。そのような検出器は、カ
リフォルニア州カマリロのAdvanced Photonics社から部
品番号SD 6085 として市販されている。代替態様におい
ては、検出器１１２は内蔵増幅器を含まなくともよい。
代わりに、検出される光は比較的弱いものであるため
（一次基準ビームの１％未満しかない）、検出器１１２
に結合されたロックイン増幅器１２８を使用して、ノイ
ズ干渉を受けずに、検出された光を計測する。従来どお
り、増幅器１２８は、外部基準信号、例えばＲＦ供給源
１１６からのＲＦ同調信号との何らかの形態の自動同期
化を利用する。
６が入射する基準ビームの約５〜１０％を上向き（図２
で見るならば）に反射して検出器１１２に送り、その残
り（９０〜９５％）を透過させる。検出器１１２は、基
準ビームの反射された部分を検出する。ある実施態様に
おいては、検出器１１２は、赤外線スペクトルに集束
し、ノイズ干渉を最小限にするための内蔵増幅器を有す
るＩｎＧａＡｓ検出器である。そのような検出器は、カ
リフォルニア州カマリロのAdvanced Photonics社から部
品番号SD 6085 として市販されている。代替態様におい
ては、検出器１１２は内蔵増幅器を含まなくともよい。
代わりに、検出される光は比較的弱いものであるため
（一次基準ビームの１％未満しかない）、検出器１１２
に結合されたロックイン増幅器１２８を使用して、ノイ
ズ干渉を受けずに、検出された光を計測する。従来どお
り、増幅器１２８は、外部基準信号、例えばＲＦ供給源
１１６からのＲＦ同調信号との何らかの形態の自動同期
化を利用する。
【００３０】ロックイン増幅器１２８に連絡的に結合さ
れた制御ユニット１１８は、検出器１１２によって検出
された光の量を計測する。通常の基準読取りの場合、数
秒またはそれ未満の間、シャッタ１０６が開いたままに
なり、シャッタ１８が閉じたままになる。
れた制御ユニット１１８は、検出器１１２によって検出
された光の量を計測する。通常の基準読取りの場合、数
秒またはそれ未満の間、シャッタ１０６が開いたままに
なり、シャッタ１８が閉じたままになる。
【００３１】試料計測を実施するためには、シャッタ系
はシャッタ１０６の閉鎖とシャッタ１０８の解放とを同
時に行う。この場合、閉鎖されたシャッタ１０６が
「Ｐ」偏光を加えられた一次基準ビームが検出器１１２
に達することを防ぐ。一次試料ビームは、収束レンズ１
３０により、従来のミラー１３２およびビームスプリッ
タキューブ１１０を介して試料上に集束される。収束レ
ンズ１３０ならびに収束レンズ１２２はいずれもカリフ
ォルニア州アーヴァインのMelles Griot社から部品番号
LDX 069 として市販されている。ミラー１３２が試料ビ
ームを偏光ビームスプリッタキューブ１１０の方向に反
射する。図３を参照すると、試料ビームの偏光は基準ビ
ームの「Ｐ」偏光に対して直交する。また、試料ビーム
の偏光は、試料ビームの入射面に対して直交する。入射
面とは、ビーム分割面１２６に当たる試料ビームの伝播
方向と、ビーム分割面１２６に対して垂直方向の線とを
含む面と定義する。ビーム分割面１２６によって画定さ
れるように、この偏光は一般に「Ｓ」偏光と呼ばれる。
図２で見るならば、入射面は紙面の面であり、試料ビー
ムの「Ｓ」偏光は紙面の面に対して垂直である。
はシャッタ１０６の閉鎖とシャッタ１０８の解放とを同
時に行う。この場合、閉鎖されたシャッタ１０６が
「Ｐ」偏光を加えられた一次基準ビームが検出器１１２
に達することを防ぐ。一次試料ビームは、収束レンズ１
３０により、従来のミラー１３２およびビームスプリッ
タキューブ１１０を介して試料上に集束される。収束レ
ンズ１３０ならびに収束レンズ１２２はいずれもカリフ
ォルニア州アーヴァインのMelles Griot社から部品番号
LDX 069 として市販されている。ミラー１３２が試料ビ
ームを偏光ビームスプリッタキューブ１１０の方向に反
射する。図３を参照すると、試料ビームの偏光は基準ビ
ームの「Ｐ」偏光に対して直交する。また、試料ビーム
の偏光は、試料ビームの入射面に対して直交する。入射
面とは、ビーム分割面１２６に当たる試料ビームの伝播
方向と、ビーム分割面１２６に対して垂直方向の線とを
含む面と定義する。ビーム分割面１２６によって画定さ
れるように、この偏光は一般に「Ｓ」偏光と呼ばれる。
図２で見るならば、入射面は紙面の面であり、試料ビー
ムの「Ｓ」偏光は紙面の面に対して垂直である。
【００３２】偏光ビームスプリッタキューブ１１０の斜
めの面１２６が入射する試料ビームの大部分を下向き
（図２で見るならば）に反射して、試料に対して９０°
の角度で試料に送る。試料が試料ビームの入射部分を上
向き（図２で見るならば）に正反射かつ拡散反射して、
試料に対して同じ９０°の角度で偏光ビームスプリッタ
キューブ１１０に戻す。偏光ビームスプリッタキューブ
１１０は、検出器１１２が正反射を受光することを防
ぐ。特に、試料からの正反射は定義により「Ｓ」偏光を
保持するため、スプリッタキューブ１１０はこれらの正
反射を反射して、試料ビームがキューブ１１０に入射し
た光路に沿ってキューブ１１０の外に戻す。他方、ラン
ダムに偏光した拡散反射は、試料中の標的被検体によっ
て沈殿される。これらの拡散反射を完全に捨てる代わり
に、ランダムに偏光した拡散反射の約５０％がキューブ
１１０を透過して検出器１１２に送られる。検出器１１
２は、キューブ１１０を透過したこれらの反射を検出
し、制御ユニット１１８が検出器１１２によって検出さ
れた光の量を計測する。制御ユニット１１８は、試料か
らの検出された光を先に計測した基準値と比較して、試
料中の標的被検体の濃度を定量する。
めの面１２６が入射する試料ビームの大部分を下向き
（図２で見るならば）に反射して、試料に対して９０°
の角度で試料に送る。試料が試料ビームの入射部分を上
向き（図２で見るならば）に正反射かつ拡散反射して、
試料に対して同じ９０°の角度で偏光ビームスプリッタ
キューブ１１０に戻す。偏光ビームスプリッタキューブ
１１０は、検出器１１２が正反射を受光することを防
ぐ。特に、試料からの正反射は定義により「Ｓ」偏光を
保持するため、スプリッタキューブ１１０はこれらの正
反射を反射して、試料ビームがキューブ１１０に入射し
た光路に沿ってキューブ１１０の外に戻す。他方、ラン
ダムに偏光した拡散反射は、試料中の標的被検体によっ
て沈殿される。これらの拡散反射を完全に捨てる代わり
に、ランダムに偏光した拡散反射の約５０％がキューブ
１１０を透過して検出器１１２に送られる。検出器１１
２は、キューブ１１０を透過したこれらの反射を検出
し、制御ユニット１１８が検出器１１２によって検出さ
れた光の量を計測する。制御ユニット１１８は、試料か
らの検出された光を先に計測した基準値と比較して、試
料中の標的被検体の濃度を定量する。
【００３３】前記の説明から、反射率分光計１００がＡ
ＯＴＦ１０４からの直交方向に偏光した一次ビームの両
方を用いることが明らかであろう。これらの一次ビーム
の一方が基準ビームとして利用され、他方が試料ビーム
として利用される。分光計１００は、基準ビームおよび
試料ビームの両部分を検出するのに単一の検出器１１２
を使用する。さらに、偏光ビームスプリッタキューブ１
１０を使用することにより、分光計１００は、試料に対
して９０°の角度で試料に照射を加え、試料に対して９
０°の角度で試料から反射したランダムに偏光した拡散
反射を検出することができる。偏光ビームスプリッタキ
ューブ１１０はまた、分光計１００が、検出器１１２に
達する正反射および表面反射の量を最小限にすることを
可能にする。
ＯＴＦ１０４からの直交方向に偏光した一次ビームの両
方を用いることが明らかであろう。これらの一次ビーム
の一方が基準ビームとして利用され、他方が試料ビーム
として利用される。分光計１００は、基準ビームおよび
試料ビームの両部分を検出するのに単一の検出器１１２
を使用する。さらに、偏光ビームスプリッタキューブ１
１０を使用することにより、分光計１００は、試料に対
して９０°の角度で試料に照射を加え、試料に対して９
０°の角度で試料から反射したランダムに偏光した拡散
反射を検出することができる。偏光ビームスプリッタキ
ューブ１１０はまた、分光計１００が、検出器１１２に
達する正反射および表面反射の量を最小限にすることを
可能にする。
【００３４】１種またはそれ以上の具体的な実施態様を
参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、本
発明の真髄および範囲を逸脱することなく、本発明に多
くの変更を加えうることを理解するであろう。例えば、
図１のシャッタ１８をスプリッタキューブ２０と光ファ
イバ３８との間の領域に配置し直してもよい。さらに、
図１のビームスプリッタ２０および２２ならびに図２の
偏光ビームスプリッタ１１０は立方形に示されている
が、非立方形のビームスプリッタを用いてもよい。これ
らの実施態様およびその明白な変形態様はいずれも、冒
頭の請求の範囲に定めた本発明の真髄および範囲に該当
するものとみなされよう。
参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、本
発明の真髄および範囲を逸脱することなく、本発明に多
くの変更を加えうることを理解するであろう。例えば、
図１のシャッタ１８をスプリッタキューブ２０と光ファ
イバ３８との間の領域に配置し直してもよい。さらに、
図１のビームスプリッタ２０および２２ならびに図２の
偏光ビームスプリッタ１１０は立方形に示されている
が、非立方形のビームスプリッタを用いてもよい。これ
らの実施態様およびその明白な変形態様はいずれも、冒
頭の請求の範囲に定めた本発明の真髄および範囲に該当
するものとみなされよう。
【図１】透過または反射計測のいずれかを実施すること
ができる、本発明によるデュアルビーム同調性分光計を
示す略図である。
ができる、本発明によるデュアルビーム同調性分光計を
示す略図である。
【図２】反射計測を実施することができる、本発明によ
る代替態様のデュアルビーム同調性分光計を示す略図で
ある。
る代替態様のデュアルビーム同調性分光計を示す略図で
ある。
【図３】図２の分光計に用いられる偏光ビームスプリッ
タキューブを示す斜視図である。
タキューブを示す斜視図である。
１０、１００ 分光計 １２、１０２ 人工発光源 １４、１０４ 音響光学的同調性フィルタ（ＡＯＴＦ） １６、１８、１０６、１０８ シャッタ ２０、２２、１１０ ビームスプリッタキューブ ２４、１１２ 検出器
Claims (26)
- 【請求項１】 入射光ビームを発する発光源と、 該入射光ビームを受け、それから基準ビームおよび試料
ビームを生成するための、音響光学的同調性フィルタを
含む生成手段と、 該基準ビームの少なくとも一部を検出し、試料に試料ビ
ームが照射されたのち試料から発される該試料ビームの
少なくとも一部を検出するための検出器と、 該基準ビームの該一部を選択的に通過させる第一のシャ
ッタと、該試料ビームの該一部を選択的に通過させる第
二のシャッタとを含むシャッタ構造であって、該第一の
シャッタを開き且つ該第二のシャッタを閉じて、該検出
器に該基準ビームの該一部のみを検出させ、また、該第
一のシャッタを閉じ且つ該第二のシャッタを開いて、該
検出器に該試料ビームの該一部のみを検出させるシャッ
タ構造とを含むことを特徴とするデュアルビーム同調性
分光計。 - 【請求項２】 該音響光学的同調性フィルタが該入射光
ビームを処理して零次ビーム、第一の偏光された一次ビ
ームおよび第二の偏光された一次ビームを生成し、該第
一の一次ビームが該第二の一次ビームに対して直交方向
に偏光しているようにした請求項１記載の分光計。 - 【請求項３】 該第一の一次ビームが該基準ビームであ
り、該第二の一次ビームが該試料ビームである請求項２
記載の分光計。 - 【請求項４】 試料と該検出器との間に配設された偏光
ビームスプリッタをさらに含み、該基準ビームおよび該
試料ビームを該偏光ビームスプリッタの反対側に送るた
めの搬送手段をさらに含む請求項３記載の分光計。 - 【請求項５】 該第一のシャッタが開いているときに該
基準ビームの該一部を該検出器に運び、該第二のシャッ
タが開いているときに該試料ビームの実質部分を試料上
に運ぶために、該偏光ビームスプリッタが該基準および
試料ビームの偏光に対して向けられており、該偏光ビー
ムスプリッタが、該第二のシャッタが開いているときに
該試料から反射した光を受け、該光のランダムに偏光し
た拡散反射した部分を該検出器に運ぶ請求項４記載の分
光計。 - 【請求項６】 該基準ビームの偏光が該偏光ビームスプ
リッタに対する入射面に対して平行であり、該試料ビー
ムの偏光が該偏光ビームスプリッタに対するその入射面
に対して直交する請求項５記載の分光計。 - 【請求項７】 該搬送手段が収束レンズおよびミラーを
含む請求項４記載の分光計。 - 【請求項８】 該音響光学的同調性フィルタに結合され
た無線周波数供給源をさらに含み、該無線周波数供給源
が該音響光学的同調性フィルタに無線周波数同調信号を
供給して、該基準ビームおよび該試料ビームの周波数を
制御する請求項１記載の分光計。 - 【請求項９】 該音響光学的同調性フィルタが一次ビー
ムを生成し、該生成手段が、該一次ビームを該基準ビー
ムと該試料ビームとに分割するための第一のビームスプ
リッタを含む請求項１記載の分光計。 - 【請求項１０】 該第一のビームスプリッタから該試料
ビームを受け、該試料ビームを該試料に運ぶ第一の光フ
ァイバと、該試料から発された光を受けるための第二の
光ファイバとをさらに含む請求項９記載の分光計。 - 【請求項１１】 該第二の光ファイバが試料を透過した
光を受けるように、該第一の光ファイバの出力端と該第
二の光ファイバの入力端とが試料をはさんで反対側に配
設されている請求項１０記載の分光計。 - 【請求項１２】 該第二の光ファイバが試料から反射し
た光を受けるように、該第一の光ファイバの出力端と該
第二の光ファイバの入力端とが試料の同じ側に配設され
ている請求項１０記載の分光計。 - 【請求項１３】 該検出器に隣接して配設された第二の
ビームスプリッタをさらに含み、該第二のビームスプリ
ッタが、該第一のシャッタが開いているときに該基準ビ
ームの該一部を該検出器に向けて運び、該第二のシャッ
タが開いているときに該試料ビームの該一部を該検出器
に向けて運ぶ請求項９記載の分光計。 - 【請求項１４】 該第一のビームスプリッタから該基準
ビームを該第二のビームスプリッタに送るための搬送手
段をさらに含み、該第一のシャッタが該第一のビームス
プリッタと該第二のビームスプリッタとの間に配設され
ている請求項１３記載の分光計。 - 【請求項１５】 該搬送手段が収束レンズを含む請求項
１４記載の分光計。 - 【請求項１６】 該第一のビームスプリッタから該試料
ビームを試料に送るための第一の搬送手段と、該試料ビ
ームの該一部を試料から該第二のビームスプリッタに送
るための第二の搬送手段とをさらに含む請求項１３記載
の分光計。 - 【請求項１７】 該第一の搬送手段が第一の収束レンズ
および第一の光ファイバを含み、該第二の搬送手段が第
二の収束レンズおよび第二の光ファイバを含む請求項１
６記載の分光計。 - 【請求項１８】 該第二のシャッタが該第二の搬送手段
と該第二のビームスプリッタとの間に配設されている請
求項１６記載の分光計。 - 【請求項１９】 入射光ビームを発する発光源と、 該入射光ビームを受け、それから一次ビームを生成する
ための音響光学的同調性フィルタと、 該一次ビームを受け、該一次ビームを基準ビームと試料
ビームとに分割するために配設された第一のビームスプ
リッタと、 該基準ビームを受け、該基準ビームの少なくとも一部を
検出器に運ぶために配設された第二のビームスプリッタ
であって、試料が該試料ビームによって照射されたのち
試料から発された該試料ビームの少なくとも一部を受
け、該試料ビームの該一部を該検出器に運ぶために配設
された第二のビームスプリッタと、 該検出器に該基準ビームの該一部および該試料ビームの
該一部の一方のみを所与の期間、検出させるために配設
されたシャッタ構造とを含むことを特徴とするデュアル
ビーム同調性分光計。 - 【請求項２０】 該シャッタ構造が、該第一のビームス
プリッタと該第二のビームスプリッタとの間に配設され
た第一のシャッタを含み、該基準ビームが通過すること
を選択的に許容するようにした請求項１９記載の分光
計。 - 【請求項２１】 該シャッタ構造が、試料と該第二のビ
ームスプリッタとの間に配設され該試料ビームの該一部
が通過することを選択的に許容する第二のシャッタを含
み、該第一のシャッタが開き且つ該第二のシャッタが閉
じて、該検出器に該基準ビームの該一部のみを検出さ
せ、該第一のシャッタが閉じ且つ該第二のシャッタが開
いて、該検出器に該試料ビームの該一部のみを検出させ
る請求項２０記載の分光計。 - 【請求項２２】 入射光ビームを発する発光源と、 該入射光ビームを受け、それから一次ビームを生成する
ための音響光学的同調性フィルタと、 該発光源からの該入射光ビームを該音響光学的同調性フ
ィルタに向けるための第一の搬送手段と、 該一次ビームを受け、該一次ビームを基準ビームと試料
ビームとに分割するために配設された第一のビームスプ
リッタと、 該音響光学的同調性フィルタからの該一次ビームを該第
一のビームスプリッタに向けるための第二の搬送手段
と、 該基準ビームを受け、該基準ビームの少なくとも一部を
検出器に運ぶために配設された第二のビームスプリッタ
であって、試料が該試料ビームによって照射されたのち
試料から発された該試料ビームの少なくとも一部を受
け、該試料ビームの該一部を該検出器に運ぶために配設
された第二のビームスプリッタと、 該第一のビームスプリッタからの該基準ビームを該第二
のビームスプリッタに向けるための第三の搬送手段と、 該第一のビームスプリッタからの該試料ビームを試料に
向けるための第四の搬送手段と、 試料からの該試料ビームの該一部を該第二のビームスプ
リッタに向けるための第五の搬送手段と、 該第三の搬送手段に沿って配設された、該基準ビームを
選択的に中に通過させるための第一のシャッタと、該第
四および第五の搬送手段の一方に沿って配設された、該
試料ビームを選択的に中に通過させるための第二のシャ
ッタとを含むシャッタ構造であって、該第一のシャッタ
を開き且つ該第二のシャッタを閉じて、該検出器に該基
準ビームの該一部のみを検出させ、また、該第一のシャ
ッタを閉じ且つ該第二のシャッタを開いて、該検出器に
該試料ビームの該一部のみを検出させるシャッタ構造と
を含むことを特徴とするデュアルビーム同調性分光計。 - 【請求項２３】 該第二のシャッタが該第五の搬送手段
に沿って配設されている請求項２２記載の分光計。 - 【請求項２４】 入射光ビームを発する発光源と、 該入射光ビームを受け、それから第一および第二のの直
交方向に偏光した一次ビームを生成する音響光学的同調
性フィルタと、 該第一の一次ビームの少なくとも一部を検出器に向けて
運び、該第二の一次ビームの少なくとも一部を試料に対
して９０°の入射角で試料に向けて送るために配設され
た偏光ビームスプリッタであって、さらに、試料に対し
て９０°の反射角で試料から反射した光を受け、反射し
た光のランダムに偏光した拡散反射した部分を該検出器
に運ぶために配設された偏光ビームスプリッタと、 該音響光学的同調性フィルタからの該第一の一次ビーム
を該偏光ビームスプリッタの片側に向けるための第一の
搬送手段と、該音響光学的同調性フィルタからの該第二
の一次ビームを該偏光ビームスプリッタの反対側に向け
るための第二の搬送手段と、 該第一および第二の搬送手段それぞれに沿って配設され
た、該第一および第二の一次ビームそれぞれを選択的に
中に通過させるための第一および第二のシャッタであっ
て、該第一および第二の一次ビームの一方のみを所与の
期間、該偏光ビームスプリッタに到達させるように作動
する第一および第二のシャッタとを含むことを特徴とす
るデュアルビーム同調性反射率分光計。 - 【請求項２５】 試料中の被検体の濃度を計測する方法
であって、 発光源によって入射光ビームを発する段階と、 光ビームを音響光学的同調性フィルタに運ぶ段階と、 音響光学的同調性フィルタによって一次ビームを生成す
る段階と、 第一のビームスプリッタを用いて一次ビームを基準ビー
ムと試料ビームとに分割する段階と、 基準ビームを第一のビームスプリッタから第二のビーム
スプリッタに運ぶ段階と、 第二のビームスプリッタを用いて基準ビームの一部を検
出器に運ぶ段階と、 シャッタを用いて第二のビームスプリッタへの基準ビー
ムの搬送を遮断する段階と、 試料ビームを試料に運び、試料を透過したか、試料から
反射した試料ビームの一部を第二のビームスプリッタに
運ぶ段階と、 第二のビームスプリッタを介して試料ビームの一部を検
出器に運ぶ段階とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２６】 試料中の被検体の濃度を計測する方法
であって、 発光源によって入射光ビームを発する段階と、 光ビームを音響光学的同調性フィルタに運ぶ段階と、 音響光学的同調性フィルタによって、基準ビームに相当
する第一の直交方向に偏光した一次ビームおよび試料ビ
ームに相当する第二の直交方向に偏光した一次ビームを
生成する段階と、 基準ビームを音響光学的同調性フィルタから偏光ビーム
スプリッタに運ぶ段階と、 偏光ビームスプリッタを用いて基準ビームの一部を検出
器に運ぶ段階と、 シャッタを用いて偏光ビームスプリッタへの基準ビーム
の搬送を遮断する段階と、 試料ビームを音響光学的同調性フィルタから偏光ビーム
スプリッタに運ぶ段階と、 試料ビームの少なくとも一部を試料に対して９０°の角
度で試料に向けて運ぶ段階と、 試料ビームのランダムに偏光した拡散反射した部分を偏
光ビームスプリッタを介して検出器に運ぶ段階とを含む
ことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/298,613 US5477321A (en) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Dual beam tunable spectrometer |
| US08/298613 | 1994-08-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875640A true JPH0875640A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3741465B2 JP3741465B2 (ja) | 2006-02-01 |
Family
ID=23151269
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20686995A Expired - Fee Related JP3741465B2 (ja) | 1994-08-31 | 1995-08-14 | デュアルビーム同調性分光計 |
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|---|---|
| US (1) | US5477321A (ja) |
| EP (1) | EP0699898B1 (ja) |
| JP (1) | JP3741465B2 (ja) |
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| AU (1) | AU702176B2 (ja) |
| CA (1) | CA2152414C (ja) |
| DE (1) | DE69523524T2 (ja) |
| DK (1) | DK0699898T3 (ja) |
| ES (1) | ES2162883T3 (ja) |
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