(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置（１０２）であって、
第１の波長にセンタリングされた第１の光を発するように構成された第１の光源（７０４），前記第１の波長と異なる第２の波長にセンタリングされた第２の光を発するように構成された第２の光源（７０６），及び，前記第１の波長及び前記第２の波長の双方と異なる基線波長の基線光を発するように構成された基線光源（７０２），を有し、前記第１の波長及び第２の波長が共に試料の解析のために選択され、前記基線波長が前記試料の解析に使用されない電磁スペクトルの領域内でセンタリングされるように選択される、光源（３００）と、
前記光源（３００）から光を受け取るように取り付けられた収束レンズ装置（３０６）を備え、受け取られる前記光は実質的にコリメートされており、
前記第１の光源（７０４）と前記収束レンズ装置（３０６）との間に取り付けられビームスプリッタ（３０２）と、
参照検出器（３０４）と、を更に備え、
前記ビームスプリッタ（３０２）が、前記基線光の基線部分、前記第１の光の第１の部分、及び前記第２の光の第２の部分を前記参照検出器に向けて反射するように構成され、前記参照検出器（３０４）が、前記第１の光の前記第１の部分の第１の強度を示す第１の参照信号、前記第２の光の前記第２の部分の第２の強度を示す第２の参照信号、及び前記基線光の前記基線部分の第３の強度を示す第３の参照信号を生成するように構成されており、
入射面（５０２）及び出射面（５０４）を備えた送信光ファイバ（３０８）を更に備え、
前記収束レンズ装置（３０６）は、受け取った前記光を前記送信光ファイバ（３０８）に収束するように構成され、前記送信光ファイバ（３０８）は、前記入射面（５０２）を通して、収束された前記光を受け取り、受け取った収束光を、前記出射面（５０４）から前記試料を通して受信光ファイバ（３１０）に送信するように取り付けられており、
解析のために前記試料を保持するように構成された試料ホルダ（２０６）を更に備え、
前記受信光ファイバ（３１０）は、入射面（５０８）及び出射面（５１０）を備え、前記受信光ファイバ（３１０）は、前記試料を通して送信された後に、送信された前記光を前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）を通して受け取るように取り付けられ、
前記収束レンズ装置（３０６）は、前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）に達する前記収束光の角度分布の半角が、空間寸法及び角度寸法の両方で前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）の入射アパーチャをアンダーフィルするように選択されるように、受け取った前記光を前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）に収束させるように位置決めされる、光学装置（１０２）。
【請求項２】
前記収束レンズ装置（３０６）は、収束レンズ（７１８）を備え、
前記収束レンズ（７１８）の直径は、前記収束光の第１の部分が前記収束レンズ（７１８）を透過し、前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）に到達できるように選択され、前記収束光の残りの部分は、前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）への到達が阻止される、請求項１に記載の光学装置（１０２）。
【請求項３】
前記収束レンズ（７１８）は、ｄa／２αTにより定義される距離において、前記送信光ファイバ（３０８）の入射光軸に沿って位置決めされ、式中、ｄaは前記収束レンズ（７１８）の直径であり、αTは、前記収束光の前記第１の部分の前記角度分布の前記半角である、請求項２に記載の光学装置（１０２）。
【請求項４】
前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）のコア部分の半径は、
【数１】
0006023805.tif 000004
以下であるように選択され、式中、ｒ2は前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）のコアの半径であり、ｚは、前記送信光ファイバ（３０８）の前記出射面（５０４）と前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）との間の最大距離であり、ｎは前記試料の屈折率であり、Δｒは、前記送信光ファイバ（３０８）の前記出射面（５０４）の出射光軸に対する前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）の中心の最大オフセットである、請求項３に記載の光学装置（１０２）。
【請求項５】
前記収束レンズ装置（３０６）は、収束レンズ（７１８）及びアパーチャ板（７２０）を備え、
前記アパーチャ板（７２０）は、前記収束レンズ（７１８）と前記送信光ファイバ（３１８）の前記入射面（５０２）との間に取り付けられ、前記収束光の第１の部分を前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）に到達させるように構成されたアパーチャ（１１００）を備え、前記アパーチャ板（７２０）は、前記収束光の残りの部分が、前記送信光ファイバ（３０８）の前記入射面（５０２）に到達しないように阻止する、請求項１に記載の光学装置（１０２）。
【請求項６】
前記アパーチャ板（７２０）は、ｄa／２αTにより定義される距離において、前記送信光ファイバ（３０８）の入射光軸に沿って位置決めされ、式中、ｄaは前記アパーチャ（１１００）の直径であり、αTは前記収束光の前記第１の部分の前記半角である、請求項５に記載の光学装置（１０２）。
【請求項７】
前記送信光ファイバ（３０８）の前記コア部分の半径は、
【数２】
0006023805.tif 000005
以下になるように選択され、式中、ｒ2は前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）の前記コアの半径であり、ｚは、前記送信光ファイバ（３０８）の前記出射面（５０４）と前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）との最大距離であり、ｎは前記試料の屈折率であり、Δｒは、前記送信光ファイバ（３０８）の前記出射面（５０４）の出射光軸に対する前記受信光ファイバ（３１０）の前記入射面（５０８）の中心の最大オフセットである、請求項６に記載の光学装置（１０２）。
【請求項８】
前記光源（３００）は、前記第１の光源（７０４）と前記収束レンズ装置（３０６）との間に取り付けられる帯域制限フィルタ（７１０）をさらに備え、前記基線光源（７０２）は、前記基線光を前記帯域制限フィルタ（７１０）に向けて発するように取り付けられ、前記帯域制限フィルタ（７１０）は、前記基線光を前記収束レンズ装置（３０６）に向けて反射させ、且つ前記収束レンズ装置（３０６）に向けて発せられた前記第１の光をフィルタリングするようにさらに取り付けられている、請求項１に記載の光学装置（１０２）。
【請求項９】
前記光源（３００）は、前記第１の光源（７０４）と前記収束レンズ装置（３０６）との間に取り付けられた第１の帯域制限フィルタ（７１０）をさらに備え、前記第２の光源（７０６）は、前記第１の帯域制限フィルタ（７１０）に向けて前記第２の光を発するように取り付けられ、前記第１の帯域制限フィルタ（７１０）は、前記第２の光を前記収束レンズ装置（３０６）に向けて反射し、且つ前記収束レンズ装置（３０６）に向けて発せられた前記第１の光をフィルタリングするようにさらに取り付けられている、請求項１に記載の光学装置（１０２）。
【請求項１０】
前記第１の帯域制限フィルタ（７１０）は、前記基線光を前記収束レンズ装置（３０６）に向けて反射するようにさらに取り付けられている、請求項９に記載の光学装置（１０２）。
【請求項１１】
前記光源（３００）は、前記第２の光源（７０６）と前記基線光源（７０２）との間に取り付けられる第２の帯域制限フィルタ（７１２）をさらに備え、前記基線光源（７０２）は、前記基線光を前記第２の帯域制限フィルタ（７１２）に向けて発するように取り付けられ、前記第２の帯域制限フィルタ（７１２）は、前記基線光を前記第１の帯域制限フィルタ（７１０）に向けて反射させ、且つ前記第１の帯域制限フィルタ（７１０）に向けて発せられた前記第２の光をフィルタリングするようにさらに取り付けられている、請求項１０に記載の光学装置（１０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光学分光計は、１つ又は複数の波長での光の強度を測定して、試料、通常は液体試料の特定の特徴を特定する。光は、通常、紫外線（ＵＶ）及び／又は可視（Ｖｉｓ）波長範囲内にあるが、近赤外線（ＮＩＲ）及び赤外線（ＩＲ）波長範囲を含め、他の波長範囲を使用することもでき、試料を透過するように向けられ、１つ又は複数の波長での出力光の強度が、１つ又は複数の波長での入力光の強度と比較され、吸光度、透過率、蛍光度、及び／又は反射率等の試料の特徴を特定する。測定された特徴は、試料内の構成要素、相対濃度、及び恐らくは試料の他の特徴の識別についての情報を提供する。光学分光計は、被検査物が非常に限られた数量でしか利用できない傾向を有することが多い生物工学及び薬理学の分野での価値に基づいて、２マイクロリットル（μｌ）以下の容量を有するような小型被検査物の解析にますます人気になりつつある。
【背景技術】
【０００２】
分光法では、光ファイバを使用して、光を試料に透過させて、試料の組成を解析し得る。光ファイバは１本のファイバ又は１束になった複数のファイバを含み得る。光ファイバは通常、より低い屈折率を有する透明被覆材料で囲まれた透明コアからなる。光は全ての内部反射によりコア内に保持され、ファイバを導波管として機能させる。光が光ファイバの入射面に入射し、ファイバのコア内を伝播し、光ファイバの出射面から出射し得る光ファイバ軸からの最大角度がある。この最大角度の正弦は、光ファイバの開口数（ＮＡ）である。最大角度により、光ファイバ内に送られる異なる分布の光により、光ファイバから異なる強度測定を生成することができる。
【０００３】
開始スポットサイズは、光源からの光で照明される光ファイバ面の面積である。開始スポットの直径は、光源のサイズ及び位置決め並びに光源と光ファイバの入射面との間の、レンズ等の光学要素の属性に依存する。角度分布は、光源からの光が光ファイバの入射面に入射する角度範囲である。角度分布は、光源のサイズ及び位置決め並びに光源と光ファイバの入射面との間の光学要素の属性にも依存する。その結果、光ファイバに相対して、光源及び任意の介在する光学要素により生じ、光ファイバに入る光の分布は、２つは空間、２つは角度という４つの自由度での光の統計分布として定義することができる。
【０００４】
マルチモード光ファイバ開始状況は通常、アンダーフィル又はオーバーフィルとして特徴付けられる。アンダーフィル光ファイバは、光電力の大半を光ファイバの中央に集中させる。開始コア直径及び角度分布が光ファイバコアのものよりも小さい場合、アンダーフィル開始が生じる。
【０００５】
ＵＶ−Ｖｉｓ分光法は一般に、紫外線−可視スペクトル範囲での試料の吸光度又は反射率を測定し、したがって、可視範囲及び隣接（近ＵＶ及びＮＩＲ）範囲内の光を使用する。可視範囲内の吸光度又は反射率は、関わる化学物質の知覚される色に直接影響する。ランベルト−ベールの法則は、試料の吸光度が、試料内の吸光種の濃度及び経路長に正比例することを述べている。したがって、経路長が一定の場合、ＵＶ／Ｖｉｓ分光法を使用して、試料内の吸光物質の濃度を特定することができる。試料内の吸光物質の濃度に伴って吸光度がどの程度素早く変化するかを知ることが必要である。例として、これは、参照（モル吸光係数の表）からとってもよく、又は較正曲線を使用して決定することができる。
【０００６】
光学分光計は、試料を透過する光の強度を測定し、それを、試料を透過する前の光の強度と比較する。この比率は透過率と呼ばれる。ＵＶ−Ｖｉｓ分光法等の様々な光源を使用して、分光法を実行し得るが、光源の波長は、試料内で識別すべき成分のタイプに基づいて選択される。例えば、光学分光計は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はタングステンフィラメント、ジュウテリウムアーク灯、及びキセノンアーク灯等の様々な異なるタイプのランプを光源として利用し得る。
【０００７】
ＬＥＤの関連する寿命は、初期強度の半分にどれくらいで達するかに関して与えられる。その結果、ＬＥＤの寿命にわたる変動が大きいことが予期される。加えて、ＬＥＤの強度は、数分のオーダで時間尺度に伴い器具の周囲温度又は内部温度の関数として変化し得る。したがって、数分から数時間の期間にわたり測定される連続した解析値は、有用な光学分光計の許容可能な限度を超える顕著な時間依存性を示すおそれがある。ドリフトとは、ＬＥＤの強度の報告解析値の経時変化であり、光学分光計が乱れない場合であっても生じるおそれがある。異なる波長のＬＥＤが異なる率で異なる方向にドリフトし得、各ＬＥＤの異なる部分がそれ自体、異なる率でドリフトし得、結果として、２つの光学分光計が同一にはドリフトしないことが分かっている。
【０００８】
ドリフトに加えて、他の要因が、光学分光計により測定される強度値に変動を生じさせるおそれがある。例えば、光ファイバのうちの一方又は両方での汚染が変動を生じさせるおそれがある。埃、粒子、及び気泡を含む試料内の不透明又は散乱内包物は、変動を生じさせるおそれがある。例えば、手動動作に基づく通常の変動により試料液滴を光ファイバインタフェースに誤って配置すると、変動が生じるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＵＶ−Ｖｉｓ伝送分光法の従来の路長は１センチメートル（ｃｍ）である。したがって、吸光係数がｃｍ当たりの吸光度の単位で報告される場合、吸光度と吸光係数との間には１：１の関係がある。マイクロリットルの試料の場合、路長はより小さく、０．００５〜０．０２ｃｍのオーダである。したがって、吸光度測定を大きな値で乗算して（５０〜２００を掛ける）、ユーザにより予期される従来の単位で絶対吸光度を報告する必要がある。この係数は、吸光度測定の誤差も乗算し、強度の変動に関連付けられた誤差修正を、特にＬＥＤ光源を利用する光学分光計の製造において重要な設計基準にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例示的な実施形態では、試料を解析する光学装置が提供される。光学装置は、収束レンズ装置、送信光ファイバ、試料ホルダ、及び受信光ファイバを含むが、これらに限定されない。収束レンズ装置は、実質的にコリメートされた光を受け取るように取り付けられ、受け取った光を送信光ファイバに収束するように構成される。送信光ファイバは、入射面及び出射面を含み、入射面を通して収束光を受け取り、受け取った収束光を出射面から試料を通して受信光ファイバに送るように取り付けられる。試料ホルダは、解析のために試料を保持するように構成される。受信光ファイバは、入射面及び出射面を含み、送られた光を、試料を透過した後、受信光ファイバの入射面を通して受け取るように取り付けられる。収束レンズ装置は、送信光ファイバの入射面に達する収束光の角度分布の半角が、空間寸法及び角度寸法の両方で受信光ファイバの入射面の入射アパーチャをアンダーフィルするように選択されるように、受け取った光を送信光ファイバの入射面に収束するように位置決めされる。
【００１１】
本発明の他の原理特徴及び利点が、以下の図面、詳細な説明、及び添付の特許請求の範囲を検討した上で当業者に明らかになるだろう。
【００１２】
本発明の例示的な実施形態について、同様の番号が同様の要素を示す添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的な実施形態による分光システムのブロック図を示す。
【図２】例示的な実施形態による分光計の斜視図を示す。
【図３】例示的な実施形態による図２の分光計に組み込まれたセンサのブロック図を示す。
【図４】例示的な実施形態による図３のセンサの斜視図を示す。
【図５ａ】例示的な実施形態による図３のセンサの一部分の切り欠き図を示す。
【図５ｂ】例示的な実施形態による図５ａのセンサの第２の部分の拡大図を示す。
【図６】例示的な実施形態による図３のセンサに組み込まれた光源を収容する筐体の斜視図を示す。
【図７】図６の筐体の切り欠き図を示すとともに、例示的な実施形態による異なる波長の光源の光路を示す。
【図８】図６の筐体の切り欠き図を示すとともに、例示的な実施形態による異なる波長の光源の光路を示す。
【図９】図６の筐体の切り欠き図を示すとともに、例示的な実施形態による異なる波長の光源の光路を示す。
【図１０】例示的な実施形態による図３のセンサの送信及び受信光ファイバインタフェースの図を示す。
【図１１】例示的な実施形態による収束レンズ装置及び図３のセンサの送信光ファイバインタフェースの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、例示的な実施形態による分光システム１００のブロック図を示す。例示的な実施形態では、分光システム１００は、分光計１０２と、分光計１０２を接続し得るインタフェース付き計算装置１０４と、を含み得る。分光計１０２は、インタフェース付き計算装置１０４に接続されなくてもよい。接続される場合、分光計１０２及びインタフェース付き計算装置１０４は、直接又はネットワークを通して接続し得る。ネットワークは、セルラネットワーク、ローカルエリアネットワーク、インターネット等の広域ネットワーク等を含む任意の種類の有線及び／又は無線公衆又は私設ネットワークであり得る。分光計１０２は、インタフェース付き計算装置１０４と情報をやりとりし得る。例えば、分光計１０２は、試料について得られた結果を、インタフェース付き計算装置１０４に記憶するために送信し得る。別の例として、分光計１０２は、インタフェース付き計算装置１０４からソフトウェア更新を受信し得る。インタフェース付き計算装置１０４は、限定ではなく、個人情報端末、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、統合メッセージング装置、携帯電話、スマートフォン、ページャ等の任意のフォームファクタの計算装置を含み得る。
【００１５】
分光計１０２は、入力インタフェース１０６、センサ１０８、キーパッド１１０、出力インタフェース１１２、ディスプレイ１１４、通信インタフェース１１６、コンピュータ可読媒体１１８、プロセッサ１２０、及び制御アプリケーション１２２を含み得る。異なる追加の構成要素を分光計１０２に組み込み得る。例えば、リチウムイオン電池等の電池が、分光計１０２の様々な構成要素に電力を提供し得る。
【００１６】
入力インタフェース１０６は、当業者に既知のように、分光計１０２に入力するためにユーザから情報を受信するためのインタフェースを提供する。入力インタフェース１０６は、ユーザが情報を分光計１０２に入力できるようにするか、又はディスプレイ１１４に表示されたユーザインタフェースで提示される選択を行えるようにする、キーボード、ペン及びタッチスクリーン、マウス、トラックボール、タッチスクリーン、キーパッド１１０、１つ又は複数のボタン等を含むが、これらに限定されない様々な入力技術を使用し得る。入力インタフェース１０６はさらに、当業者に既知のように、分光計１０２に入力するために、センサ１０８からの情報を受信するためのインタフェースを提供し得る。例示的な実施形態では、センサ１０８は、タンパク質及びＤＮＡ濃度特定の場合に関心がある１つ又は複数の波長、例えば、２６０及び２８０ナノメートル（ｎｍ）での光の強度を測定し、液体試料の吸光度を特定する。分光計１０２は、同じ又は異なる入力インタフェース技術を使用する１つ又は複数の入力インタフェースを有し得る。
【００１７】
出力インタフェース１１２は、分光計１０２のユーザによるレビューのために情報を出力するインタフェースを提供する。例えば、出力インタフェース１１２は、ディスプレイ１１４、スピーカ、プリンタ等へのインタフェースを含み得る。ディスプレイ１１４は、薄膜トランジスタディスプレイ、発光ダイオードディスプレイ、液晶ディスプレイ、又は当業者に既知の任意の様々な異なるディスプレイであり得る。分光計１０２は、同じ又は異なるインタフェース技術を使用する１つ又は複数の出力インタフェースを有し得る。同じインタフェースが、入力インタフェース１０６及び出力インタフェース１１２の両方をサポートし得る。例えば、タッチスクリーンは、ユーザによる入力を可能にするとともに、ユーザに出力を提示する。ディスプレイ１１４、スピーカ、及び／又はプリンタはさらに、通信インタフェース１１６を通して分光計１０２にアクセス可能であり得る。
【００１８】
通信インタフェース１１６は、当業者に既知のように、様々なプロトコル、伝送技術、及び媒体を使用して装置間でデータの受信及び送信を行うためのインタフェースを提供する。通信インタフェース１１６は、有線又は無線であり得る様々な伝送媒体を使用して通信をサポートし得る。分光計１０２は、同じ又は異なる通信インタフェース技術を使用する１つ又は複数の通信インタフェースを有し得る。データ及びメッセージは、通信インタフェース１１６を使用して分光計１０２とインタフェース付き計算装置１０４との間で転送し得る。
【００１９】
コンピュータ可読媒体１１８は、当業者に既知のように、プロセッサ１２０が情報にアクセス可能なような情報の電子保持場所又は記憶装置である。コンピュータ可読媒体１１８は、任意の種類のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、任意の種類の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気記憶装置（例えば、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップ、・・・）、光ディスク（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、・・・）、スマートカード、フラッシュメモリ装置等のような任意の種類のフラッシュメモリ等を含むことができるが、これらに限定されない。分光計１０２は、同じ又は異なるメモリ媒体技術を使用する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を有し得る。分光計１０２は、ＣＤ又はＤＶＤ等のメモリ媒体のロードをサポートする１つ又は複数のドライブも有し得る。コンピュータ可読媒体１１８は、センサ１０８の動作に際して制御アプリケーション１２２が使用する情報を記憶するデータベースの電子記憶媒体を提供し得る。
【００２０】
プロセッサ１２０は、当業者に既知のように命令を実行する。命令は、専用コンピュータ、論理回路、又はハードウェア回路により実行し得る。したがって、プロセッサ１２０は、ハードウェア、ファームウェア、若しくはこれらの方法の任意の組み合わせで、且つ／又はソフトウェアと組み合わせて実施し得る。「実行」という用語は、アプリケーションを実行するプロセス又は命令が必要とする動作を実行するプロセスである。命令は、１つ又は複数のプログラミング言語、スクリプト言語、アセンブリ言語等を使用して書き得る。プロセッサ１２０は命令を実行し、これは、その命令により要求される動作を実行／制御することを意味する。プロセッサ１２０は、出力インタフェース１１２、入力インタフェース１０６、コンピュータ可読媒体１１８、及び通信インタフェース１１６に動作可能に結合して、情報の受信、送信、及び処理を行う。プロセッサ１２０は、永久的なメモリ装置から命令セットを検索し、命令を実行可能な形態で、一般に何らかの形態のＲＡＭである一時的なメモリ装置にコピーし得る。分光計１０２は、同じ又は異なる処理技術を使用する複数のプロセッサを含み得る。
【００２１】
制御アプリケーション１２２は、恐らくはユーザ入力に伴い、センサ１０８の動作の制御、維持、更新等に関連付けられた動作を実行する。本明細書に記載される動作のいくつか又はすべては、制御アプリケーション１２２において実施し得る。動作は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの方法の任意の組み合わせを使用して実施し得る。図１の実施形態例を参照すると、制御アプリケーション１２２は、コンピュータ可読媒体１１８に記憶され、制御アプリケーション１２２の動作を実施する命令の実行のために、プロセッサ１２０によりアクセス可能であるソフトウェア（コンピュータ可読命令及び／又はコンピュータ実行可能命令からなる）で実施される。制御アプリケーション１２２は、１つ又は複数のプログラミング言語、アセンブリ言語、スクリプト言語等を使用して書き得る。
【００２２】
図２を参照して、例示的な実施形態による分光計１０２の斜視図を示す。分光計１０２の構成要素は、筐体２００内に取り付けられるか、又は筐体２００に取り付けられ、様々な様式で配置し得る。本開示において使用される場合、「取り付け」という用語は、結合、一体化、接続、関連付け、挿入、懸架、保持、取り付け、付着、締め付け、固定、バインド、貼り付け、固定、ボルト、ネジ、リベット、はんだ、溶接、のり付け、上部形成、層、及び他の同様の用語を含む。「上に取り付ける」及び「に取り付ける」という語句は、言及された要素の任意の内部又は外部を含む。ディスプレイ１１４及びキーパッド１１０は、ユーザによるアクセスを容易にするために筐体２００上に取り付け得る。さらに、ヒンジ２０２が筐体２００に取り付けられる。センサアーム２０４がヒンジ２０２に取り付けられて、センサアーム２０４をセンサ１０８の試料ホルダ２０６から離れて回転移動させる。試料を解析のために試料ホルダ２０６上又は試料ホルダ２０６内に配置することができるように、試料ホルダ２０６から離れてセンサアーム２０４を移動することができるように、他の機構を使用してもよい。
【００２３】
図３を参照して、例示的な実施形態によるセンサ１０８のブロック図を示す。例示的な実施形態では、センサ１０８は、光源３００、ビームスプリッタ３０２、参照検出器３０４、収束レンズ装置３０６、送信光ファイバ３０８、試料ホルダ２０６、受信光ファイバ３１０、検出器３１２、及びアクチュエータ３１４を含み得るが、これらに限定されない。光源３００は、試料ホルダ２０６上又は試料ホルダ２０６内に配置された試料の解析のために選択された１つ又は複数の波長に概ねセンタリングされた光を発する１つ又は複数の光源を含み得る。例示的な実施形態では、光源３００は、実質的にコリメートされ、複数の異なる波長にセンタリングし得る光を発する。
【００２４】
ビームスプリッタ３０２は、光源３００により発せられた光の参照部分を参照検出器３０４に向けて反射するように位置決めされ構成される。ビームスプリッタ３０２は、当業者に既知のように、部分的に透過性のミラー等の様々な光学装置を含み得る。ビームスプリッタ３０２はさらに、参照検出器３０４により測定を行うために必要な電力量に応じて、光源３００により発せられる様々な量の光を反射するように選択し得る。例示的な実施形態では、ビームスプリッタ３０２は、光源３００により発せられた光の約１０％を参照検出器３０４に向けて反射するように傾斜して保持された溶融石英板を含む。
【００２５】
参照検出器３０４は、光源３００により発せられる光の非減衰電力レベルを特定するために、光の参照部分の強度を示す参照信号を生成するように構成される。例示的な実施形態では、参照検出器３０４はシリコンフォトダイオードを含むが、他の検出器を使用してもよい。
【００２６】
収束レンズ装置３０６は、光源３００により発せられた光を受け取るように位置決めされ、受け取った光を送信光ファイバ３０８に収束するように構成される。図１０及び図１１を関してより詳細に考察するように、収束レンズ装置３０６はさらに、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に対する収束光の角度分布の半角が、受信光ファイバ３１０の入射面５０８（図５を参照して示される）の入射アパーチャをアンダーフィルするように選択されるように、受け取った光を空間的及び角度的に送信光ファイバ３０８の入射面５０２（図５を参照して示される）のコア部分に収束するように位置決めされる。入射アパーチャは、空間及び角度の両方で定義される。
【００２７】
送信光ファイバ３０８は、入射面５０２及び出射面５０４（図５を参照して示される）を含む。受信光ファイバ３１０は、入射面５０８及び出射面５１０（図５を参照して示される）を含む。送信光ファイバ３０８は、試料ホルダ２０６により保持される試料を通して、受信光ファイバ３１０に向かって収束光を送るために使用される。受信光ファイバ３１０は、試料ホルダ２０６により保持される試料を透過した後の光を受け取るために使用される。送信光ファイバ３０８及び／又は受信光ファイバ３１０は、１本のファイバ又は１束になった複数のファイバを含み得る。
【００２８】
試料ホルダ２０６は、解析のために試料を保持するように構成される。試料ホルダ２０６は、様々な容量の試料を保持するようなサイズであり得る。例示的な実施形態では、試料ホルダ２０６は、０．２５〜２０マイクロリットル（μｌ）の範囲の試料サイズを保持するようなサイズである。例示的な実施形態では、試料ホルダ２０６は、ガラス、プラスチック、水晶等で作られる試料台座又はキュベットである。
【００２９】
検出器３１２は、試料を透過し、受信光ファイバ３１０を通して受け取られ伝播した光を受け取る。検出器３１２は、受け取った光を、試料を透過した後、受け取った光の強度を示す電気信号に変換する。例示的な実施形態では、検出器３１２はフォトダイオード検出器を含む。
【００３０】
アクチュエータ３１４を使用して、センサ１０８の１つ又は複数の構成要素の並進移動及び／又は回転移動を制御し得る。例示的なアクチュエータは、電気モータ、サーボ、ステッパ、又は圧電モータ、空気圧アクチュエータ、ガスモータ等を含む。例えば、アクチュエータ３１４は、送信光ファイバ３０８及び／又は受信光ファイバ３１０の移動を制御して、送信光ファイバ３０８の出射面５０４と、受信光ファイバ３１０の入射面５０８との距離又は路長を調整するために結合し得る。例示的な実施形態では、アクチュエータ３１４は、送信光ファイバ３０８の移動を制御するために結合される。
【００３１】
センサ１０８の様々な構成要素は、プロセッサ１２０に動作可能に結合して、制御アプリケ−ション１２２の制御下で情報をプロセッサ１２０から受信し、且つ／又は情報をプロセッサ１２０に送信する。例えば、プロセッサ１２０は、光源３００に動作可能に結合されて、光源３００のうちの１つ又は複数の光源のオン又はオフ切り替えを制御する。プロセッサ１２０は、参照検出器３０４及び検出器３１２にも動作可能に結合して、各検出器により生成される電気信号を受信し得る。プロセッサ１２０はさらに、アクチュエータ３１４に動作可能に結合して、送信光ファイバ３０８の出射面５０４と、受信光ファイバ３１０の入射面５０８との距離の調整を制御し得る。プロセッサ１２０は、各検出器３０４、３１２により生成される電気信号に基づいて、試料の吸光度を特定する。プロセッサ１２０はさらに、光源３００のオン又はオフ動作に基づいて電気信号を生成するように、参照検出器３０４及び検出器３１２に指示し得る。プロセッサ１２０は、ディスプレイ１１４に試料の吸光度の値を示す出力信号を生成し、且つ／又はその値を他の関連情報とともに、インタフェース付き計算装置１０４に送信し得る。プロセッサ１２０はさらに、例えば、異なる波長又は異なる路長での、試料の複数の読み取り値の収集を制御し得る。
【００３２】
分光計１０２を使用するために、ユーザは、センサアーム２０４を試料ホルダ２０６から離れて回転させ、試料の液滴を試料ホルダ２０６上又は試料ホルダ２０６内に配置し得る。例えば、ユーザは、ピペットを使用して、試料の液滴を試料ホルダ２０６上に配置し得る。ユーザは、液滴を試料ホルダ２０６上に配置した後、センサアーム２０４を試料ホルダ２０６に向けて回転し得る。これらの動作のうちの１つ又は複数は自動化し得る。
【００３３】
強度測定は、例えば、制御アプリケーション１２２の制御下で測定シーケンスの開始をトリガーするキーパッド１１０のボタン又はディスプレイ１１４上のボタンインジケータを選択することにより開始し得る。試料に隣接して位置決めした後、回転センサアーム２０４は、図４、図５ａ、及び図５ｂを参照して示されるように位置内に移動する。
【００３４】
参照検出器３０４及び検出器３１２の両方において検出された強度を示す電気信号が、光源３００がオンにされた状態及びオフにされた状態で受信される。光源３００の所与の波長で報告される吸光度は、
A＝−log［（Isample on−Isample off）／（Ireference on−Ireference off）］      （１）
として計算し得、式中、Ｉsample onは、光源３００が光を発する状態で検出器３１２において測定される強度であり、Ｉsample offは、光源３００がオフの状態で検出器３１２において測定される強度であり、Ｉreference onは、光源３００が光を発する状態で参照検出器３０４において測定される強度であり、Ｉreference offは、光源３００がオフである状態で参照検出器３０４において測定される強度である。したがって、参照検出器３０４の使用により、光源３００の変動を補正することができる。例示的な実施形態では、強度測定に関連付けられた電気信号は、参照検出器３０４及び検出器３１２からの電流測定である。
【００３５】
例示的な実施形態では、制御アプリケーション１２２はさらに、差動測定を開始し、差動測定は吸光係数を測定する技法であり、吸光度測定が２つの路長で行われ、それらの差分が、単一の吸光値をもたらし、路長差で除算することにより吸光係数に変換することができる。試料は、差動吸光路を用いて測定することもできる。例えば、試料吸光度は、１つ又は複数の路長のそれぞれで試料を測定して、吸光度が測定される光路長（試料高さ）を変更することにより測定することができ、路長差を送信強度の差と組み合わせて使用して、試料吸光度を計算することができる。これは、試料の吸光度が高く、小さな路長差の経路差の精度を絶対完全光路よりも良好に特定することができる場合、大きな価値があるものであることができる。測定は、送信光ファイバ３０８の出射面５０４と受信光ファイバ３１０の入射面５０８との間の比較的長い経路及び比較的短い路長を用いて行うことができる。より短い経路での吸光度がより長い経路のうちの１つ又は複数の吸光度から減算される場合、試料の吸光度を計算することができる。したがって、アクチュエータ３１４は、送信光ファイバ３０８及び受信光ファイバ３１０のうちの一方又は両方に動作可能に結合して、制御アプリケーション１２２の制御下で路長を調整し得る。例示的な実施形態では、路長は、約０ｍｍ（接触する）〜約１ｍｍで調整し得る。
【００３６】
図４を参照して、例示的な実施形態によるセンサ１０８の斜視図を示す。第１の筐体４００は、光源３００、ビームスプリッタ３０２、参照検出器３０４、収束レンズ装置３０６、及び送信光ファイバ３０８の第１の部分７００（図７を参照して示される）を収容し得る。第２の筐体４０２は、送信光ファイバ３０８の第２の部分５００（図５を参照して示される）及びアクチュエータ３１４を収容し得る。試料ホルダ２０６は、当業者に理解されるように様々な様式でプラットフォーム４０４内に取り付け得る。センサアーム２０４は、受信光ファイバ３１０及び検出器３１２を収容する。
【００３７】
図５ａを参照して、例示的な実施形態によるセンサ１０８の一部分の切り欠き図を示す。アクチュエータ３１４が取り付けられ、送信光ファイバ３０８の出射面５０４を光軸５０６に沿って受信光ファイバ３１０の入射面５０８に近付けるか、又は遠ざけるように移動させる。送信光ファイバ３０８は、送信光ファイバ３０８がアクチュエータ３１４の制御下以外で移動しないように、固定構成で第２の筐体４０２内に取り付けられる。
【００３８】
図５ｂを参照して、例示的な実施形態による図５ａのセンサ１０８の一部分の拡大図を示す。センサ１０８は下部フェルール５１２を含み、下部フェルール５１２はボア５１４と、試料ホルダ２０６を形成する研磨された上部とを含む。別の例示的な実施形態では、試料ホルダ２０６は、送信光ファイバ３０８の出射面５０４と受信光ファイバ３１０の入射面５０８との間に位置決めされるキュベットを含み得る。下部フェルール５１２は軌道輪５１６によりセンタリングされ、軌道輪５１６を通して、下部フェルール５１２は上下に摺動することができる。例示的な実施形態では、下部フェルール５１２の少なくとも一部分はねじ切りされ、ねじ山はアクチュエータ３１４の回転子に係合する。下部フェルール５１２のボア５１４は、送信光ファイバ３０８を受け入れる。送信光ファイバ３０８は、接着剤により所定位置に保持し得る。送信光ファイバ３０８の出射面５０４は、試料ホルダ２０６と同一平面になるように研磨し得る。
【００３９】
センサ１０８はさらに、ボア５２０を含む上部フェルール５１８を含む。上部フェルール５１８はセンサアーム２０４に取り付けられる。上部フェルール５１８のボア５２０は、受信光ファイバ３１０を受け入れる。受信光ファイバ３１０は、接着剤により所定位置に保持し得、上部フェルール５１８の接触台座５２２と同一平面になるように研磨し得る。接触台座５２２及び受信光ファイバ３１０の入射面５０８を一緒に研磨して、同一平面の表面を形成し得る。
【００４０】
試料を試料ホルダ２０６上又は試料ホルダ２０６内に配置し、センサアーム２０４を位置決めした後、試料「カラム」を送信光ファイバ３０８の出射面５０４と受信光ファイバ３１０の入射面５０８との間に形成し得る。カラムは、試料ホルダ２０６と接触台座５２２との間の毛細管現象により保持され、光軸５０６に沿って光ファイバ３０８、３１０の間に光路を確立する。アクチュエータ３１４を使用して、送信光ファイバ３０８の出射面５０４と受信光ファイバ３１０の入射面５０８との間に、異なる路長を確立し得る。
【００４１】
図６を参照して、例示的な実施形態による第１の筐体４００の斜視図を示す。第１の筐体４００は、基線発光ダイオード（ＬＥＤ）搭載板６００、第１のＬＥＤ搭載板６０２、第２のＬＥＤ搭載板６０４、参照検出搭載板６０６、及び送信光ファイバ搭載板６０８を含む。図７を参照して、例示的な実施形態による、第１の筐体４００内に収容される構成要素の切り欠き図を示す。
【００４２】
第１の筐体４００は光源３００を収容する。図６〜図９の例示的な実施形態では、光源３００は、基線ＬＥＤ７０２、第１のＬＥＤ７０４、及び第２のＬＥＤ７０６を含む。光源３００は、より少数又は多数のＬＥＤを含み得る。さらに、光源３００は、ＬＥＤの代替又は追加として、タングステンフィラメント、ジュウテリウムアーク灯、及びキセノンアーク灯等の様々な異なるタイプのランプを含み得る。光源３００はさらに、ＵＶ、Ｖｉｓ、ＩＲ、近ＩＲ、近ＵＶ等を放射し得る。したがって、光源３００から発せられる光は可視でなくてもよい。
【００４３】
基線ＬＥＤ搭載板６００は、第１の筐体４００内に基線ＬＥＤ７０２を取り付け、固定して位置決めされる。基線ＬＥＤ７０２は、概ね基線波長にセンタリングされた基線光を発するように選択される。第１のＬＥＤ７０４は、試料の解析に選択される第１の波長で概ねセンタリングされた第１の光を発するように選択される。第２のＬＥＤ７０６は、試料の解析に選択される第２の波長で概ねセンタリングされた第２の光を発するように選択される。基線波長は、第１の波長及び第２の波長と異なり、試料の解析に使用されない電磁スペクトルの領域、すなわち、関心のある解析材料（試料）が識別可能に光を吸収しないスペクトル領域内でセンタリングされるように選択される。試料をタンパク質及びＤＮＡについて解析すべき例示的な実施形態では、試料の解析に選択される第１の波長は２８０ｎｍであり得、試料の解析に選択される第２の波長は２６０ｎｍであり得、基線波長は３６５ｎｍとして選択し得る。解析すべき試料のタイプに基づいて、ＵＶ、Ｖｉｓ、ＩＲ、近ＩＲ、及び／又は近ＵＶスペクトル内の他の波長を使用してもよい。図７の例示的な実施形態では、ＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６は、「ｚ」パターンを形成するビーム路を形成するように配置されるが、ＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６と送信光ファイバ３０８との間にビーム路を形成するために、他の配置も可能である。例えば、ＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６の異なる配置を、エッジフィルタ又はノッチフィルタ等の異なるタイプのフィルタと組み合わせて使用し得る。したがって、様々な帯域制限フィルタを使用し得る。
【００４４】
ＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６は選択される波長にセンタリングされるが、部分間の変動がＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６の間のスペクトル差を超える場合、ＬＥＤ７０２，７０４、及び７０６により生成される光のスペクトル分布において重複し得る。強度測定の精度を向上させるために、帯域通過フィルタをＬＥＤ７０２、７０４、及び７０６のうちの１つ又は複数の前に配置して、各ＬＥＤから発せられる、光源３００の形成に使用されるＬＥＤ７０２，７０４、及び７０６のうちの別のＬＥＤと波長が重複し得る任意の光をフィルタリングして除去し得る。
【００４５】
図７の例示的な実施形態では、基線ＬＥＤ７０２から発せられる光は、基線フィルタ７０８を通してフィルタリングされる。基線フィルタ７０８は、Ｈｏｙａ  Ｂ３９０フィルタガラス等の青色フィルタガラスのシートを含み得る。第１のＬＥＤ７０４から発せられた光は、第１のフィルタ７１０を通してフィルタリングされる。第１のＬＥＤ７０４が、波長２８０ｎｍでセンタリングされたＬＥＤを含む例示的な実施形態では、第１のフィルタ７１０は、２８０ｎｍにセンタリングされた帯域通過フィルタである。第１のフィルタ７０８は参照波長において反射もする。例として、第１のフィルタ７１０は、通過帯域外の波長を反射する薄膜帯域通過フィルタであり得る。第２のＬＥＤ７０６から発せられた光は、第２のフィルタ７１２を通してフィルタリングされる。第２のＬＥＤ７０６が波長２６０ｎｍでセンタリングされるＬＥＤを含む例示的な実施形態では、第２のフィルタ７１２は、２６０ｎｍでセンタリングされた帯域通過フィルタである。第２のフィルタ７１２は、第１の波長及び緯線波長において反射もする。例として、第２のフィルタ７１２は、通過帯域外の波長を反射する薄膜帯域通過フィルタであり得る。例示的な実施形態では、通過帯域は６ｎｍ及び１４ｎｍであり得るが、特定の分光計設計に識別されるコスト及び性能目標に基づいて、他の通過帯域を選択してもよい。
【００４６】
図７の例示的な実施形態では、第２のＬＥＤ７０６からの光は、送信光ファイバ３０８の第１の部分７００に向けられた第１の軸７１４に沿って第２のフィルタ７１２によりフィルタリングされる。第２のＬＥＤ７０６からの光は実質的にコリメートされる。第１の軸７１４は、送信光ファイバ３０８の入射光軸であり、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に垂直である。光の一部分は、ビームスプリッタ３０２により、第２の軸７１６に沿って参照検出器３０４に向かって反射される。残りの光は、第１の軸７１４に沿って収束レンズ装置３０６及び送信光ファイバ３０８の入射面５０２に向かって続く。
【００４７】
図７の例示的な実施形態では、収束レンズ装置３０６は、収束レンズ７１８及びアパーチャ板７２０を含むが、これらに限定されない。収束レンズ７１８は、両凸又は平凸であり、第１の軸７１４にセンタリングされた溶融石英レンズを含み得る。アパーチャ板７２０は、収束レンズ７１５と送信光ファイバ３０８の入射面５０２との間に取り付けられる。アパーチャ板７２０は、収束光の第１の部分を送信光ファイバ３０８の入射面５０２に到達させ、残りの光を送信光ファイバ３０８の入射面５０２に到達しないように遮断又は阻止するように構成されるアパーチャ１１００（図１１を参照して示される）を含むが、これらに限定されない。アパーチャ１１００はアパーチャ板７２０の穴又は開口部であり、そこを通して光が移動する。より具体的には、アパーチャ１１００は、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に収束される光の円錐角を決める開口部である。
【００４８】
代替の実施形態では、収束レンズ７１８の直径は、光の一部分が収束レンズ７１８を透過し、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に到達するように選択される。光の残りの部分は、収束レンズ７１８を第１の筐体４００内に取り付ける収束レンズ７１８の支持構造により遮断又は阻止される。
【００４９】
図８を参照すると、第１のＬＥＤ７０４からの第２の光は、第２のフィルタ７１２に向けられた第３の軸８００に沿って第１のフィルタ７１０によりフィルタリングされる。第１のＬＥＤ７０４からの第２の光は実質的にコリメートされる。第２のフィルタ７１２は、送信光ファイバ３０８の第１の部分７００に向かう第１の軸７１４に沿って第２の光を反射する。第２の光の一部分は、ビームスプリッタ３０２により、第２の軸７１６に沿って参照検出器３０４に向けて反射される。残りの第２の光は、収束レンズ装置３０６及び送信光ファイバ３０８の入射面５０２に向かう第１の軸７１４に沿って続く。
【００５０】
図９を参照すると、基線ＬＥＤ７０２からの第３の光は、第１のフィルタ７１０に向けられた第４の軸９００に沿って基線フィルタ７０８によりフィルタリングされる。基線ＬＥＤ７０２からの第３の光は実質的にコリメートされる。第１のフィルタ７１０は、第２のフィルタ７１２に向かう第３の軸８００に沿って第３の光を反射する。第２のフィルタ７１２は、送信光ファイバ３０８の第１の部分７００に向かう第１の軸７１４に沿って第３の光を反射する。第３の光の一部分は、第２の軸７１６に沿って参照検出器３０４に向かいビームスプリッタ３０２により反射される。残りの第３の光は、収束レンズ装置３０６及び送信光ファイバ３０８の入射面５０２に向かう第１の軸７１４に沿って続く。
【００５１】
分光計１０２が、光源３００の例示的な実施形態を参照して説明されるように、複数の波長を処理するように構成される場合、吸光度は波長の関数になる。その結果、式（１）は、以下に示されるように変更され：
a(λ) ＝ -log［(Isample on(λ)−Isample off)/(Ireference on(λ)−Ireference off）］      （２）
式中、λは波長である。
【００５２】
参照補正測定は、化学吸光測定での関心のある波長での吸光値を、「基線」波長（基線ＬＥＤ７０２により発せられるような）と結合し、吸光度は試料濃度から独立するものと予期されるが、恐らく、試料ホルダの汚染、デブリ、泡等の要因に依存する。この場合、吸光度は、
Areported = A(λsample) - A(λbaseline)      （３）
であるものとして計算され、式中、Ａ（λsample）は、式（２）を使用して関心のある波長で計算される吸光度であり、Ａ（λbaseline）は、式（２）を使用して基線波長で計算される吸光度である。したがって、基線ＬＥＤ７０２の使用により、試料の汚染に関連するファクタを補正することができる。
【００５３】
図１０を参照して、当業者に理解されるように、光ファイバインタフェース内に取り付けられる試料ホルダ２０６がない例示的な実施形態によるセンサ１０８の光ファイバインタフェースの図を示す。アクチュエータ３１４は、送信光ファイバ３０８の出射面５０４を、受信光ファイバ３１０の入射面５０８から最大距離１０００に位置決めし得る。送信光ファイバ３０８は、半角ビーム広がり１００２を生成するように選択される。受信光ファイバ３１０の入射面５０８は、送信光ファイバ３０８の出射面５０４の中心１００８に対して、受信光ファイバ３１０の入射面５０８の中心１００６の最大オフセット１００４を含むように取り付けられる。受信光ファイバ３１０の入射面５０８の中心１００６及び送信光ファイバ３０８の出射面５０４の中心１００８は、光軸５０６に配置される。受信光ファイバ３１０の入射アパーチャをアンダーフィルするために、以下の条件が満たされ：
ｒ1＋ｚｓｉｎ（α）／ｎ＋Δｒ＜ｒ2      （４）
式中、ｒ1は送信光ファイバ３０８のコア半径であり、ｒ2は受信光ファイバ３１０のコア半径であり、ｚは最大距離１０００であり、αは送信光ファイバ３０８と受信光ファイバ３１０との間のギャップのラジアン単位の半角ビーム広がり１００２であり、Δｒは、最大オフセット１００４であり、ｎは試料ホルダ２０６上に配置される試料の屈折率である。ｓｉｎα≒αである小角の場合、α及びｓｉｎαは、
ｒ1＋ｚα／ｎ＋Δｒ＜ｒ2      （５）
であるように区別せずに使用することができる。したがって、
【数１】
0006023805.tif 000002
である。
【００５４】
式（６）で表された広がり条件は、送信光ファイバ３０８の出口でのビーム広がりを示す。光ファイバシステムでは、光ファイバは、空間及び角度の両方の制限アパーチャとして機能することが可能であり得る。空間アパーチャは、ファイバコアの半径により定義される。角度アパーチャは、ファイバコア及び被覆材の屈折率により定義される。光ファイバは、空気中でｓｉｎαに等しい定義された開口数（ＮＡ）を有する。しかし、ファイバのＮＡは、式（６）の場合、αの制限値を超えることができる。この場合、送信光ファイバ３０８により受け入れられ、試料を透過する光線は、受信光ファイバ３１０をオーバーフィルし得る。これが生じる場合、集められる光の量は、１）光ファイバ３０８、３１０の位置合わせずれ、すなわちΔｒ、２）ＬＥＤの使用に起因し得るような、光源３００から来る光の空間分布及び角度分布の小さな変化、及び３）路長ｚの変化という小さな変化の影響を受けやすくなるが、分光計１０２は、複数の路長での試料の透過率を測定するように設計し得る。したがって、最適な安定性及び正確性のために、送信光ファイバ３０８は、分光計１０２の唯一の制限アパーチャでなくてもよい。
【００５５】
マルチモード光ファイバが概ね、光ファイバに入る光線の角度分布を保つことが周知である。したがって、送信光ファイバ３０８の出射面５０４を通る角度分布を、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に入る光線の分布を制御することにより制限することができる。したがって、式（６）を、送信光ファイバ３０８に入る光を準備するための設計式として使用し得る。
【００５６】
図１１を参照して、例示的な実施形態による収束レンズ装置３０６及び送信光ファイバ３０８の入射面５０２を示す。収束レンズ装置３０６は、第１の軸７１４に沿って発せられる光１１０６を受け、受け取った光を空間的且つ角度的に送信光ファイバ３０８の入射面５０２の一部分に収束するように位置決めされる。例示的な実施形態では、収束レンズ装置３０６は、収束レンズ７１８及びアパーチャ板７２０を含み、アパーチャ板７２０はアパーチャ１１００を含む。アパーチャ板７２０は、第１の軸７１４と平行して測定される送信光ファイバ３０８の入射面５０２から距離１１０２に位置決めされる。
【００５７】
アパーチャ１１００により、光１１０６の第１の部分１１０８は、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に到達させ、光１１０６の第２の部分１１１０を送信光ファイバ３０８の入射面５０２に到達させないようにする。したがって、アパーチャ１１００は、送信光ファイバ３０８の入射面５０２に投入される第１の部分１１０８の角度分布の半角１１０４を決める開口部である。
【００５８】
アパーチャ１１００は、収束レンズ７１８の直径であり得、
αs＝ｒs／ｚs      （７）
であるように位置決めされ、式中、αsは、第１の部分１１０８の角度分布の半角１１０４であり、α、すなわち、ラジアン単位の、送信光ファイバ３０８と受信光ファイバ３１０との間のギャップの半角ビーム広がり１００２に等しくもあり、ｚsは距離１１０２であり、ｒsはアパーチャ１１００の半径である。式（６）と式（７）を結合すると、受信光ファイバ３１０の入射面５０８の入射アパーチャのアンダーフィルを生じさせるアパーチャ１１００の設計式になる。
【数２】
0006023805.tif 000003
【００５９】
説明したように、分光計１０２は、空間寸法及び角度寸法の両方で受信光ファイバ３１０の入射面５０８の入射アパーチャをアンダーフィルするように半角１１０４を選択することにより、受信光ファイバ３１０に入る光の入射アパーチャを、恐らくは受信光ファイバ３１０の開口数よりもかなり小さい値に制限する光学要素を含む。光学要素は、所与の路長（ｚ）において、受信光ファイバ３１０に入る光の最大直径が、受信光ファイバ３１０のコア直径以下であるように、受信光ファイバ３１０に入る光のアパーチャを制限する。
【００６０】
「例示的な」という用語は、本明細書において、例、事例、又は説明として機能することを意味するために使用される。「例示的」として本明細書に記載されるいかなる態様又は設計も、必ずしも他の態様又は設計よりも好ましい又は有利であるものとして解釈されるべきではない。さらに、本開示では、特に別段の定めがある場合を除き、「ａ」又は「ａｎ」は「１つ又は複数」を意味する。さらに、「及び」又は「又は」の使用は、特に別記する場合を除き、「及び／又は」を含むことが意図される。
【００６１】
本発明の例示的な実施形態の上記説明は、例示及び説明のために提示された。網羅的である、すなわち、開示される厳密な形態に本発明を限定することは意図されず、変更及び変形が、上記教示に鑑みて可能であり、又は本発明の実施から取得し得る。実施形態は、本発明の原理を説明するとともに、本発明の実際用途として、当業者が本発明を様々な実施形態で、意図される特定の使用に合うように様々な変更を用いて利用することができるように選ばれ説明された。本発明の範囲が、本明細書に添付される特許請求の範囲及びその均等物により規定されることが意図される。
【図１】
0006023805.tif 000006
【図２】
0006023805.tif 000007
【図３】
0006023805.tif 000008
【図４】
0006023805.tif 000009
【図５ａ】
0006023805.tif 000010
【図５ｂ】
0006023805.tif 000011
【図６】
0006023805.tif 000012
【図７】
0006023805.tif 000013
【図８】
0006023805.tif 000014
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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