(57)【要約】【課題】異なる実験で異なる光の波長および／または光の波長範囲が必要な場合、光源を、適切な特徴を有する別の光源に物理的に交換しなければならない。このプロセスは一般に非効率で時間がかかり、複雑さとコストが増すのに対して、信頼性が低下する。【解決手段】光学吸収分光システム(100、400)は、第１および第２の光源と、ダイクロイック・ビームコンバイナと、波長選択モジュールとを含む。第１光源(111、411)は第１波長範囲内の第１波長を有する第１光(113、413)を放射し、第２光源(112、412)は第１波長範囲とは異なる第２波長範囲内の第２波長を有する第２光(114、414)を放射する。ダイクロイック・ビームコンバイナ(115、415)は所定の第１反射率／透過率遷移領域を含み、第１光の第１部分を透過するとともに、第２光の第２部分を反射して、結合光(116、416a)を提供するように構成されている。【選択図】図１
2015102545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長範囲内の第１波長を有する第１光（１１３、４１３）を放射するように構成されている第１光源（１１１、４１１）と、
前記第１波長範囲とは異なる第２波長範囲内の第２波長を有する第２光（１１４、４１４）を放射するように構成されている第２光源（１１２、４１２）と、
所定の第１反射率／透過率遷移領域を備えており、前記第１光の第１部分を透過するとともに、前記第２光の第２部分を反射して、結合光（１１６、４１６ａ）を提供するように構成されているダイクロイック・ビームコンバイナ（１１５、４１５）と、
入口アパーチャ（１２１、４２１）で受光した前記結合光を分光し、前記分光した光のサンプル波長範囲をサンプル光（１２３、４２３）として選択し、サンプルを照射するために前記選択したサンプル波長範囲を有する前記サンプル光を出口アパーチャ（１２２、４２２）から出力するように構成されている波長選択モジュール（１２０、４２０）と、
を備える光学吸収分光システム（１００、４００）。
【請求項２】
前記ダイクロイック・ビームコンバイナは所定の第１反射率／透過率遷移領域を備えており、
前記第１光の前記第１部分および前記第２光の前記第２部分は、それぞれ前記第１波長および前記第２波長と前記所定の第１反射率／透過率遷移領域との関係に基づいて決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１光の前記第１部分は前記所定の第１反射率／透過率遷移領域より上の第１波長を有しており、前記第２光の前記第２部分は前記所定の第１反射率／透過率遷移領域より下の第２波長を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１光の前記第１部分は前記第１反射率／透過率遷移領域より下の第１波長を有しており、前記第２光の前記第２部分は前記所定の第１反射率／透過率遷移領域より上の第２波長を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１光源は白熱灯を備えており、前記第１波長範囲は約３３０ｎｍから約３３００ｎｍであり、
前記第２光源は重水素ランプを備えており、前記第２波長範囲は約１９０ｎｍから約３３０ｎｍである、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記結合光が前記第１および第２の波長範囲の両方を実質的に含むように、前記所定の第１反射率／透過率遷移領域は約３３０ｎｍである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記測定光の第１部分を透過するとともに、前記サンプルから受光した前記測定光の第２部分を反射するように構成されており、前記測定光は前記サンプルが吸収した光を減じた前記サンプル光を備える、ダイクロイック・ビームスプリッタと、
前記測定光の前記透過第１部分を受光して検出するように構成されている第１光検出器と、
前記測定光の前記反射第２部分を受光して検出するように構成されている第２光検出器と、
をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記ダイクロイック・ビームスプリッタは所定の第２反射率／透過率遷移領域を備えており、
前記測定光の前記第１部分および前記測定光の前記第２部分は、前記測定光の波長と前記所定の第２反射率／透過率遷移領域との関係に基づいて決定される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記所定の第２反射率／透過率遷移領域は、前記所定の第１反射率／透過率遷移領域とは異なる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記波長選択モジュールの前記出口アパーチャから放射される前記サンプル光の前記サンプル波長範囲は、前記所定の第２反射率／透過率遷移領域の下から前記所定の第２反射率／透過率遷移領域の上まで広がっている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
入口アパーチャ（１２１、４２１）で受光する光を分光し、前記分光した光のサンプル波長範囲をサンプル光（１２３、４２３）として選択し、前記選択したサンプル波長範囲を有する前記サンプル光を出口アパーチャ（１２２、４２２）から出力するように構成されている波長選択モジュール（１２０、４２０）と、
前記波長選択モジュールから前記サンプル光によって照射されるとき、測定光（１４３、４４３）を提供するサンプルを収容するように構成されているサンプルホルダ（１４０、４４０）と、
異なる波長範囲内の波長を有する対応する光を検出するように構成されている複数の光検出器（１３１、１３２、４３１、４３２、４３７）と、第１波長範囲内の波長を有する前記測定光の部分を前記複数の光検出器のうちの１つに透過するとともに、第２波長範囲内の波長を有する前記測定光の部分を前記複数の光検出器のうちの別の１つに反射するように構成されているダイクロイック・ビームスプリッタ（１３５、４３５、４３９）とを含み、前記第１および第２の波長範囲は前記ダイクロイック・ビームスプリッタの所定の第１反射率／透過率遷移領域によって画定され、前記測定光を検出するように構成されている検出モジュール（１３０、４３０）と、
を備える光学吸収分光システム（１００、４００）。
【請求項１２】
前記波長選択モジュールは、前記サンプル波長範囲の選択ができるように構成されているモノクロメータである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
異なる波長範囲内の波長を有する対応する光を放射するように構成されている複数の光源と、第３波長範囲内の波長を有する前記対応する光の部分を透過するとともに、第４波長範囲内の波長を有する前記対応する光の部分を反射して結合光を提供するように構成されているダイクロイック・ビームコンバイナとを含み、前記第３および第４の波長範囲は前記ダイクロイック・ビームコンバイナの所定の第２反射率／透過率遷移領域によって画定され、前記結合光を放射するように構成されている光源モジュールをさらに備えており、
前記波長選択モジュールは前記光源モジュールが放射する前記結合光を前記入口アパーチャで受光される光として受光するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１光源は白熱灯を備えており、前記第２光源は重水素ランプを備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の光検出器のうちの少なくとも１つは前記測定光の近赤外（ＮＩＲ）部分を検出するインジウム（Ｉｎ）／ガリウム（Ｇａ）ヒ化物（Ａｓ）光検出器を備えており、前記複数の光検出器のうちの少なくとも別の１つは前記測定光の紫外−可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）部分を検出するシリコン光検出器を備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ダイクロイック・ビームコンバイナの前記所定の第２反射率／透過率遷移領域は、前記ダイクロイック・ビームスプリッタの前記所定の第１反射率／透過率遷移領域とは異なる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
第１波長範囲内の第１波長を有する第１光（４１３）を放射するように構成されている第１光源（４１１）と、
前記第１波長範囲とは異なる第２波長範囲内の第２波長を有する第２光（４１４）を放射するように構成されている第２光源（４１２）と、
前記第１波長範囲および前記第２波長範囲とは異なる第３波長範囲内の第３波長を有する第３光（４１８）を放射するように構成されている第３光源（４１７）と、
前記第１光の一部を透過するとともに、前記第２光の一部を反射して、第１結合光（４１６ａ）を提供するように構成されている第１ダイクロイック・ビームコンバイナ（４１５）と、
前記第１結合光の一部を透過するとともに、前記第３光の一部を反射して、第２結合光（４１６ｂ）を提供するように構成されている第２ダイクロイック・ビームコンバイナ（４１９）と、
入口アパーチャ（４２１）で受光した前記第２結合光を分光し、前記分光された光のサンプル波長範囲をサンプル光（４２３）として選択し、サンプルを照射するために前記選択したサンプル波長範囲を有する前記サンプル光を出口アパーチャ（４２２）から出力するように構成されている波長選択モジュール（４２０）と、
を備える光学吸収分光システム（４００）。
【請求項１８】
前記第１ダイクロイック・ビームコンバイナは所定の第１反射率／透過率遷移領域を備えており、前記第２ダイクロイック・ビームコンバイナは前記第１反射率／透過率遷移領域とは異なる所定の第２反射率／透過率遷移領域を備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記サンプルから受光した測定光の一部を第４光として透過するとともに、前記サンプルから受光した前記測定光の一部を第５光として反射するように構成されており、前記測定光は前記サンプルが吸収する光を減じた前記サンプル光を備える、第１ダイクロイック・ビームスプリッタと、
前記第１ダイクロイック・ビームスプリッタから受光した前記第４光の一部を第６光として透過するとともに、前記第１ダイクロイック・ビームスプリッタから受光した前記第４光の一部を第７光として反射するように構成されている第２ダイクロイック・ビームスプリッタと、
前記第２ダイクロイック・ビームスプリッタから受光した前記第６光を受光して検出するように構成されている第１光検出器と、
前記第１ダイクロイック・ビームスプリッタから受光した前記第５光を受光して検出するように構成されている第２光検出器と、
前記第２ダイクロイック・ビームスプリッタから受光した前記第７光を受光して検出するように構成されている第３光検出器と、
をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１ダイクロイック・ビームスプリッタは所定の第３反射率／透過率遷移領域を含み、前記第２ダイクロイック・ビームスプリッタは前記第１反射率／透過率遷移領域とは異なる所定の第４反射率／透過率遷移領域を含む、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学吸収分光システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の光学吸収分光計は１つの光源を使用しており、当該光源を複数の光源候補の中から選択して、光学吸収分光システムに組み込んで特定のサンプルの分光化学分析を行っている。選択される光源の種類と特徴は、分光化学分析に使用される光の特定の波長および／または波長範囲に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
異なる実験で異なる光の波長および／または光の波長範囲が必要な場合、光源を、適切な特徴を有する別の光源に物理的に交換しなければならない。このプロセスは一般に非効率で時間がかかり、複雑さとコストが増すのに対して、信頼性が低下する。また、実験に２以上の異なる光源からの光の波長が必要な場合、測定プロセス中に光源を変更しなければならず、通例、特にそれぞれの光源の波長範囲間の遷移部では、不連続な結果を生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の光学吸収分光システムは、第１波長範囲内の第１波長を有する第１光を放射するように構成されている第１光源と、前記第１波長範囲とは異なる第２波長範囲内の第２波長を有する第２光を放射するように構成されている第２光源と、所定の第１反射率／透過率遷移領域を有するダイクロイック・ビームコンバイナとを含む。ダイクロイック・ビームコンバイナは第１光の第１部分を透過するとともに、第２光の第２部分を反射して結合光を提供するように構成されている。光学吸収分光システムは、入口アパーチャで受光する結合光を分光し、分光した光のサンプル波長範囲をサンプル光として選択し、サンプルを照射するために選択したサンプル波長範囲を有するサンプル光を出口アパーチャから出力するように構成されている波長選択モジュールをさらに含む。
【０００５】
他の本発明の光学吸収分光システムは、波長選択モジュールと、サンプルホルダと、検出モジュールとを含む。波長選択モジュールは入口アパーチャで受光した結合光を分光し、分光した光のサンプル波長範囲をサンプル光として選択し、選択したサンプル波長範囲を有するサンプル光を出口アパーチャから出力するように構成されている。サンプルホルダは、波長選択モジュールからサンプル光によって照射されたときに、測定光を提供するサンプルを収容するように構成されている。検出モジュールは測定光を検出するように構成されている。検出モジュールは異なる波長範囲内の波長を有する対応する光を検出するように構成されている複数の光検出器と、第１波長範囲内の波長を有する測定光の部分を１つの光検出器に透過するとともに、第２波長範囲内の波長を有する測定光の部分を光検出器のうちの別のものに反射するように構成されて、第１および第２の波長範囲がダイクロイック・ビームスプリッタの所定の第１反射率／透過率遷移領域によって画定されるダイクロイック・ビームスプリッタとを含む。
【０００６】
光学吸収分光システムは、異なる波長範囲内の波長を有する対応する光を放射するように構成されている複数の光源を有する光源モジュールと、第３波長範囲内の波長を有する対応する光の部分を透過するとともに、第４波長範囲内の波長を有する対応する光の部分を反射して結合光を提供するように構成されているダイクロイック・ビームコンバイナとをさらに含んでもよい。第３および第４の波長範囲は、ダイクロイック・ビームコンバイナの所定の第２反射率／透過率遷移領域によって画定される。
【０００７】
さらに他の本発明の光学吸収分光システムは、第１、第２および第３の光源と、第１および第２のダイクロイック・ビームコンバイナと、波長選択モジュールとを含む。第１光源は第１波長範囲内の第１波長を有する第１光を放射するように構成されている。第２光源は第１波長範囲とは異なる第２波長範囲内の第２波長を有する第２光を放射するように構成されている。第３光源は第１波長範囲および第２波長範囲とは異なる第３波長範囲内の第３波長を有する第３光を放射するように構成されている。第１ダイクロイック・ビームコンバイナは第１光の一部を透過するとともに、第２光の一部を反射して第１結合光を提供するように構成されている。第２ダイクロイック・ビームコンバイナは、第１結合光の一部を透過するとともに、第３光の一部を反射して第２結合光を提供するように構成されている。波長選択モジュールは入口アパーチャで受光した第２結合光を分光して、分光した光のサンプル波長範囲をサンプル光として選択し、サンプルを照射するために選択したサンプル波長範囲を有するサンプル光を出口アパーチャから出力するように構成されている。
【０００８】
本発明の実施形態は、添付の図面と合わせて読むとき以下の詳細な説明から最善に理解される。さまざまな特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを強調しておく。実際、考察を明確にするために、寸法は任意に増減されていることがある。適用可能で実用的な場合は必ず、同じ参照番号は同じ要素をいう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による光学吸収分光システムの断面図である。
【図２】本発明の実施形態による図１の光学吸収分光システムのダイクロイック・ビームコンバイナの断面図である。
【図３】本発明の実施形態による図１の光学吸収分光システムのダイクロイック・ビームスプリッタの断面図である。
【図４】別の本発明の実施形態による光学吸収分光システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明において、制限のためではなく説明のために、具体的な明細を開示する本発明の実施形態を、本教唆による実施形態の完全なる理解を提供するために記載する。しかし、本開示の利益を得た者には、これに開示する具体的な明細から逸脱する本教唆による他の実施形態も添付の請求項の範囲内にあることを理解するであろう。また、本発明の実施形態の説明が分かりにくくならないように、よく知られるデバイスおよび方法の説明は省略していることがある。当該方法およびデバイスは本教唆の範囲内である。
【００１１】
光学吸収分光システムは、例えば、サンプルの分光化学分析のために使用することができる。一般に、さまざまな実施形態によると、光学吸収分光システムは異なる波長範囲を有する複数の光源と、複数の光源からの光を結合する光学コンバイナと、結合光を受光する分光計（例、モノクロメータまたはポリクロメータ）とを含む。
【００１２】
分光計は、結合光の結合波長範囲から、光のサンプル波長範囲の選択ができるように構成されている。選択されたサンプル波長範囲を有するサンプル光は、測定波長範囲（サンプル波長範囲と実質的に同じ）を有する測定光を提供するサンプルを照射する。
【００１３】
光学吸収分光システムは、測定光の測定波長範囲を異なる波長範囲を有する個々の部分に分割する光学スプリッタをさらに含む。光の個々の部分は、対応する波長範囲を検出するように構成されている１以上の異なる光検出器に向けられる。
【００１４】
こうして、光学吸収分光システムは複数の光源のいずれかが放射するおよび／または光検出器のいずれかが単独で検出するよりも広い波長範囲をカバーする異なる波長範囲の光を収集することができる。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態による光学吸収分光システムの断面図である。
【００１６】
図１を参照すると、光学吸収分光システム１００は、複数の光源から結合光１１６を出力するように構成されている光源モジュール１１０と、入口スリットまたは入口アパーチャ１２１で結合光１１６を受光して、選択したサンプル波長範囲を有するサンプル光１２３を出口スリットまたは出口アパーチャ１２２で出力するように構成されている分光計の波長選択モジュール１２０とを含む。本教唆の範囲を逸脱することなく、波長を選択する他の手段を組み込んでもよいが、波長選択モジュール１２０は、例えば、モノクロメータまたはポリクロメータであってもよい。
【００１７】
サンプル光１２３はサンプルセルまたはサンプルホルダ１４０内のサンプルを照射する。サンプルホルダ１４０は、固体、液体および／または気体サンプルなど、さまざまな種類のサンプルを収容するように構成されていてもよい。さまざまな構成において、例えば、ある固体サンプルの場合、サンプルホルダ１４０を必要とせずに、他の形でサンプルを適切に位置付けることができる場合、サンプルホルダ１４０は省略してもよい。
【００１８】
光学吸収分光システム１００はサンプルから放射される測定光１４３を検出して、測定結果を提供するように構成されている検出モジュール１３０をさらに含む。測定光１４３は本質的にサンプルが吸収した光を減じたサンプル光１２３を含む。測定結果はデジタルデータに変換して、それぞれ格納および分析のためにメモリおよび／またはプロセッサ（図示せず）に供給してもよい。
【００１９】
図示する実施形態では、光源モジュール１１０は、第１光源１１１と、第２光源１１２と、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５とを含む。第１光源１１１は第１波長範囲内の第１波長を有する第１光１１３を放射するように構成されており、第２光源１１２は第２波長範囲内の第２波長を有する第２光１１４を放射するように構成されており、第２波長範囲は第１波長範囲とは異なる。
【００２０】
ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１光源１１１から第１光路を通して第１光１１３と、第２光源１１２から第２光路を通して第２光１１４とを受光する。ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は、第１光１１３の少なくとも一部を透過するとともに、第２光１１４の少なくとも一部を反射して、波長選択モジュール１２０の入口アパーチャ１２１に結合光１１６として入射するように構成されている。
【００２１】
例示のために、第２光路が第１光路に実質的に垂直になり、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５が第１および第２の光路に対して実質的に４５度の角度で配向されるように、第２光源１１２を第１光源１１１に対して位置付けている。当然、当業者には明らかなように、第１光源１１１（および対応する第１光路）、第２光源１１２（および対応する第２光路）ならびにダイクロイック・ビームコンバイナ１１５の相対的な配置は、例えば、異なる設定に対応するため、焦点位置を調整するため、ならびに／または第１および第２の光源１１１および１１２の各々からの光をできるだけ多く提供するため（または第１および第２光検出器１３１および１３２の各々に各波長範囲をできるだけ多く送出するため）に変えてもよい。
【００２２】
ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は所定の第１反射率／透過率遷移領域を含むので、受光した光は光の波長と第１反射率／透過率遷移領域との関係によって、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５で反射または透過される。例えば、第１反射率／透過率遷移領域より上の光の波長（つまり、より長い波長）はダイクロイック・ビームコンバイナ１１５から主に透過されるが、第１反射率／透過率遷移領域より下の光の波長（つまり、より短い波長）はダイクロイック・ビームコンバイナ１１５によって主に反射されて、結合光１１６を提供する。本説明を通して、「主に」とは光の各部分の総量の５０パーセントを超えることを意味する。
【００２３】
この場合、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１反射率／透過率遷移領域より上の波長を有する第１光１１３の第１部分を（入口アパーチャ１２１に向かう方に）透過するとともに、第１反射率／透過率遷移領域より下の波長を有する第１光１１３の第２部分を（入口アパーチャ１２１から離れる方に）反射する。同様に、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１反射率／透過率遷移領域より上の波長を有する第２光１１４の第１部分を（入口アパーチャ１２１から離れる方に）透過するとともに、第１反射率／透過率遷移領域より下の波長を有する第２光１１４の第２部分を（入口アパーチャ１２１に向かう方に）反射する。したがって、結合光１１６は第１光１１３の第１部分と第２光１１４の第２部分とを含む。
【００２４】
当然、さまざまな実施形態では、本教唆の範囲を逸脱することなく、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１反射率／透過率遷移領域より上の光の波長を反射するとともに、第１反射率／透過率遷移領域より下の光の波長を透過するように構成されていてもよい。
【００２５】
例示的な構成において、第１光源１１１は第１波長範囲が約１９０ナノメーター（ｎｍ）から約３３０ｎｍ（例、紫外線光領域）の重水素（Ｄ２）ランプであってもよく、第２光源１１２は第２波長範囲が約３３０ｎｍから約３３００ｎｍ（例、可視光領域）の白熱灯であってもよい。この場合、結合波長範囲は約１９０ｎｍから約３３００ｎｍになる。
【００２６】
この状況において、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５の第１反射率／透過率遷移領域は、例えば、約３３０ｎｍに設定してもよく、その場合、第１光１１３の実質的に全部がダイクロイック・ビームコンバイナ１１５に透過され、第２光１１４の実質的に全部がダイクロイック・ビームコンバイナ１１５によって反射されて、結合光１１６を形成することになる。
【００２７】
当然、本教唆の範囲を逸脱することなく、第１および第２の光源１１１および１１２は対応する異なる第１および第２の波長範囲を有するさまざまな異なる種類の光源として実施してもよい。第１および第２の波長範囲は、結合光１１６が第１および第２の波長範囲の各々の全部もしくは一部を含む実質的に連続した結合波長範囲を有するように接するまたは重複してもよい。代替実施形態において、光学吸収分光システム１００は、図４に関して以下述べるように、２より多くの光源を含んでいてもよい。
【００２８】
波長選択モジュール１２０は入口アパーチャ１２１で受光した結合光１１６を分光し、分光した光のサンプル波長範囲を選択し、サンプルホルダ１４０内のサンプルを照射するためにサンプル光１２３を出口アパーチャ１２２から出力するように構成されている。サンプル光１２３のサンプル波長は、選択されたサンプル波長範囲内である。例えば、波長選択モジュール１２０は、回折格子またはプリズムなど、結合光１１６の波長成分（つまり、結合波長）を分光された光に空間的に分光する波長分光素子を有するモノクロメータであってもよい。
【００２９】
波長選択モジュール１２０は、サンプルを照射するために、分光された光から特定の波長範囲（つまり、サンプル波長範囲）の選択ができるように構成されていてもよい。例えば、サンプル波長範囲は波長選択モジュール１２０の回折格子またはプリズムを回転させることによって選択されてもよい。例えば、選択された波長は回折格子の角度の正弦に比例する。
【００３０】
サンプル波長範囲のサイズは、用途および／または設計固有の要求事項に基づいて変えてもよい。例えば、本教唆の範囲を逸脱することなく、他のサンプル波長範囲を組み込んでいてもよいが、サンプル波長範囲は約１ｎｍから約２ｎｍであってもよい。そのため、出口アパーチャ１２２のサンプル光のサンプル波長範囲（例、約１〜２ｎｍ）は、入口アパーチャ１２１の結合光の結合波長範囲（例、約１９０〜３３００ｎｍ）よりも大幅に狭くてもよい。これにより、使用者は波長選択モジュール１２０で所望の分光された波長を選択するだけで、さまざまな対象サンプル波長範囲を有するサンプル光をサンプルに選択的にあてることができる。
【００３１】
検出モジュール１３０は、サンプルを通過するサンプル光１２３に応答して、測定光１４３を受光する。図示する実施形態では、検出モジュール１３０はダイクロイック・ビームスプリッタ１３５と、第１光検出器１３１と、第２光検出器１３２とを含む。
【００３２】
ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５はサンプルホルダ１４０内のサンプルから測定光１４３を受光して、測定波長の長さに基づいて、測定光１４３の一部（第３光１３３）を第１光検出器１３１に透過するとともに、測定光１４３の別の部分（第４光１３４）を第２光検出器１３２に反射するように構成されている。このように、第１光検出器１３１は第３光１３３を受光して検出し、第２光検出器１３２は第４光１３４を受光して検出する。本教唆の範囲を逸脱することなく、他の種類の光検出器を組み込んでいてもよいが、第１および第２の光検出器１３１および１３２は、例えば、フォトダイオードであってもよい。
【００３３】
一般に、第１および第２の光検出器１３１および１３２は、第３および第４の光１３３および１３４を例えば電気信号に変換し、これをアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）（図示せず）でデジタル化し、メモリ（図示せず）に格納し、ならびに／または処理装置（図示せず）で処理および分析する。例えば、処理装置はソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード論理回路またはその組み合わせを使用して、コンピュータ・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはその組み合わせによって実施してもよい。プロセッサを使用する場合、さまざまな機能を実行させる実行可能ソフトウェア／ファームウェアおよび／または実行可能コードを格納するために、非一時的コンピュータ読取可能媒体など、プロセッサメモリが含まれていてもよい。
【００３４】
ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は所定の第２反射率／透過率遷移領域を含むので、受光した測定光は測定光波長と第２反射率／透過率遷移領域との関係によってダイクロイック・ビームスプリッタ１３５で反射または透過される。例えば、第２反射率／透過率遷移領域より上の測定波長（つまり、より長い波長）はダイクロイック・ビームスプリッタ１３５から主に透過してよいのに対し、第２反射率／透過率遷移領域より下の測定波長（つまり、より短い波長）はダイクロイック・ビームスプリッタ１３５により主に反射されてもよい。当然、さまざまな実施形態において、本教唆の範囲を逸脱することなく、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は、第２反射率／透過率遷移領域より上の測定波長を反射し、第２反射率／透過率遷移領域より下の測定波長を透過するように構成されていてもよい。
【００３５】
ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５の第２反射率／透過率遷移領域は、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５の第１反射率／透過率遷移領域とは異なっていてもよい。例えば、第２反射率／透過率遷移領域は結合光１１６の結合波長範囲を所定のスペクトル領域に効果的に分割するように設定してもよい。例えば、結合波長範囲が上記述べた実施例のように約１９０ｎｍから約３３００ｎｍであると仮定すると、第２反射率／透過率遷移領域を約１１００ｎｍに設定してもよい。
【００３６】
この場合、測定光１４３の近赤外（ＮＩＲ）部分（例、約１１００ｎｍから約２５００ｎｍ）を第３光１３３としてダイクロイック・ビームスプリッタ１３５から第１光検出器１３１（例、インジウム（Ｉｎ）／ガリウム（Ｇａ）ヒ化物（Ａｓ）検出器）に透過する一方で、測定光１４３の紫外−可視（ＵＶ−Ｖｉｓ）部分（例、約１９０ｎｍから約１１００ｎｍ）は第４光１３４としてダイクロイック・ビームスプリッタ１３５で第２光検出器１３２（例、シリコン光検出器）に反射する。当然、さまざまな実施形態において、本教唆の範囲を逸脱することなく、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は第２反射率／透過率遷移領域を利用できるスペクトル内のいずれになるように構成してもよい。
【００３７】
第２反射率／透過率遷移領域および測定光１４３の測定波長範囲に応じて、測定光１４３の全部を第１光検出器１３１に透過してもよく（例、測定波長範囲が全体的に第２反射率／透過率遷移領域より上の場合）、または第２光検出器１３２に反射してもよい（例、測定波長範囲が全体的に第２反射率／透過率遷移領域より下の場合）。あるいは、測定波長範囲が第２反射率／透過率遷移領域にわたって広がる場合、前述したように、測定光１４３は第１光検出器１３１と第２光検出器１３２とに分割される。
【００３８】
しかし、さまざまな実施形態によると、第１および第２の光源１１１および１１２、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５、ならびに第１および第２の光検出器１３１および１３２のすべてが急激ではなく滑らかに波長が遷移するため、第１光検出器１３１および第２光検出器１３２の出力間は漸進的（滑らかな）遷移である。このように、信号レベルの差は遷移部での重複のためにステップから緩やかな傾斜に変換される。これに対して、例えば可動ミラーを使用すると、遷移は急激であり、一方の光検出器の１００パーセントから他方の光検出器の１００パーセントへと切り替わり、信号レベルの差はステップとして現れる。
【００３９】
図２は、代表的な実施形態による図１に図示する光学吸収分光システム１００のダイクロイック・ビームコンバイナ１１５の断面図である。
【００４０】
図２を参照すると、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は、それが透過／反射する第１および第２の光１１３および１１４の部分が波長選択モジュール１２０の入口アパーチャ１２１に向かう方、または入口アパーチャ１２１から離れる方に向けるように傾斜している。
【００４１】
より具体的には、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５が第１光１１３を受光するとき、透過部分１１３Ｔを入口アパーチャ１２１に向かう方に透過するとともに、反射部分１１３Ｒを入口アパーチャ１２１から離れる方に反射する（つまり、反射部分１１３Ｒは入口アパーチャ１２１に入らない）。ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５が第１光１１３の受光と同時に第２光１１４を受光するとき、反射部分１１４Ｒを入口アパーチャ１２１に向かう方に反射するとともに、透過部分１４１Ｔを入口アパーチャ１２１から離れる方に透過する。透過部分１１３Ｔおよび反射部分１１４Ｒは効果的に結合して、結合光１１６を提供する。
【００４２】
前述したように、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１反射率／透過率遷移領域より上のそれぞれ第１および第２の波長を主に有する第１および第２光１１３および１１４の部分を透過するように構成していてもよいため、第１光１１３の透過部分１１３Ｔおよび第２光１１４の透過部分１１４Ｔは主に第１反射率／透過率遷移領域より上の第１波長範囲内の波長を有する。同様に、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は第１反射率／透過率遷移領域より下のそれぞれ第１および第２波長を主に有する第１および第２の光１１３および１１４の部分を反射するように構成していてもよいため、第１光１１３の反射部分１１３Ｒおよび第２光１１４の反射部分１１４Ｒは主に第１反射率／透過率遷移領域より下の第２波長範囲内の波長を有する。
【００４３】
言い換えると、波長選択モジュール１２０は、一般に、第１光１１３のより長い波長（例、スペクトルの可視領域内）と、第２光１１４のより短い波長（例、スペクトルの紫外領域内）とを受光する。当然、代替実施形態において、本教唆の範囲を逸脱することなく、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５は、第１反射率／透過率遷移領域より下の波長を主に有する第１および第２の光１１３および１１４の部分を透過し、第１反射率／透過率遷移領域より上の波長を主に有する第１および第２の光１１３および１１４の部分を反射するように構成していてもよい。
【００４４】
図３は、代表的な実施形態による図１に図示する光学吸収分光システム１００のダイクロイック・ビームスプリッタ１３５の断面図である。
【００４５】
図３を参照すると、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は、それが透過／反射する測定光１４３の部分を、測定波長によって、異なる方向に向けるように傾斜している。より具体的には、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５が測定光１４３を受光するとき、透過部分１４３Ｔを第１光検出器１３１に向けて透過するとともに、反射部分１４３Ｒを第２光検出器１３２に向けて反射する。このように、透過部分１４３Ｔは第１光検出器１３１によって受光される第３光１３３を効果的に提供し、反射部分１４３Ｒは第２光検出器１３２によって受光される第４光１３４を効果的に提供する。
【００４６】
前述したように、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は第２反射率／透過率遷移領域より上の測定波長を主に有する測定光１４３の部分を透過するとともに、第２反射率／透過率遷移領域より下の測定波長を主に有する測定光１４３の部分を反射するように構成していてもよいため、透過部分１４３Ｔは主に第２反射率／透過率遷移領域より上の第１波長範囲内の波長を有し、反射部分１４３Ｒは主に第２反射率／透過率遷移領域より下の第２波長範囲内の波長を有する。
【００４７】
言い換えると、第１光検出器１３１は一般に測定光１４３のより長い波長を受光し、第２光検出器１３２は一般に測定光１４３のより短い波長を受光する。当然、代替実施形態において、本教唆の範囲を逸脱することなく、ダイクロイック・ビームスプリッタ１３５は、第２反射率／透過率遷移領域より下の波長を主に有する測定光１４３の部分を透過するとともに、第２反射率／透過率遷移領域より上の波長を主に有する測定光１４３の部分を反射するように構成していてもよい。
【００４８】
前述したように、光学吸収分光システムのさまざまな実施形態は、２より多くの光源および／または２より多くの光検出器を含んでもよい。例えば、図４は別の代表的な実施形態による光学吸収分光システムの断面図であり、３つの光源と３つの光検出器が組み込まれている。
【００４９】
図４を参照すると、光学吸収分光システム４００は、複数の光源から第２結合光４１６ｂを出力するように構成されている光源モジュール４１０と、入口スリットまたは入口アパーチャ４２１で第２結合光４１６ｂを受光して、出口スリットまたは出口アパーチャ１２２で選択したサンプル波長範囲を有するサンプル光４２３を出力するように構成されている分光計の波長選択モジュール４２０とを含む。
【００５０】
サンプル光４２３は、固体、液体および／または気体サンプルなどのさまざまな種類のサンプルを収容するように構成されているサンプルセルまたはサンプルホルダ４４０内のサンプルを照射する。
【００５１】
光学吸収分光システム４００は、サンプルから放射される測定光４４３を検出して、測定結果を提供するように構成されている検出モジュール４３０をさらに含む。測定光４４３は本質的にサンプルが吸収した光を減じたサンプル光１２３を含む。測定結果は、前述したように、デジタルデータに変換して、格納および分析のために、それぞれメモリおよび／またはプロセッサ（図示せず）に提供してもよい。
【００５２】
図４に図示する実施形態では、光源モジュール４１０は３つの光源と２つのダイクロイック・ビームコンバイナとを含む。より具体的には、光源モジュール４１０は第１光源４１１と、第２光源４１２と、第３光源４１７と、第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５と、第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９とを含む。第１光源４１１は第１波長範囲内の第１波長を有する第１光４１３を放射するように構成されており、第２光源４１２は第２波長範囲内の第２波長を有する第２光４１４を放射するように構成されており、第３光源４１７は第３波長範囲内の第３波長を有する第３光４１８を放射するように構成されており、第１、第２および第３の波長範囲は互いに異なる。
【００５３】
第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５は第１光源４１１から第１光路を通して第１光４１３と、第２光源４１２から第２光路を通して第２光４１４とを受光する。第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５は、第１結合光４１６ａとして第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９に向けて第１光４１３の少なくとも一部を透過するとともに、第２光４１４の少なくとも一部を反射するように構成されている。
【００５４】
同様に、第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９は第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５から第３光路を通して第１結合光４１６ａと、第３光源４１７から第４光路を通して第３光４１８とを受光する。第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９は、第１結合光４１６ａの少なくとも一部を透過するとともに、第３光４１８の少なくとも一部を反射して、第２結合光４１６ｂとして波長選択モジュール４２０の入口アパーチャ４２１に入射するように構成されている。
【００５５】
例示のために、第２光源４１２および第３光源４１７は、第２および第４の光路が第１および第３の光路と実質的に垂直になるように、第１光源４１１に対して位置付けられている。また、第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５および第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９の各々は第１から第４の光路に対して実質的に４５度の角度で配向されている。
【００５６】
当然、当業者には明らかなように、第１、第２および第３の光源４１１、４１２および４１７（および対応する光路）、ならびに第１および第２のダイクロイック・ビームコンバイナ４１５および４１９は、例えば、異なる設定に対応するため、焦点位置を調整するため、ならびに／または第１、第２および第３の光源４１１、４１２および４１７の各々からできるだけ多くの光を提供するため（もしくは第１、第２および第３の光検出器４３１、４３２および４３７の各々の各波長範囲をできるだけ多く送出するため）に変えてもよい。
【００５７】
第１ダイクロイック・ビームコンバイナ４１５は所定の第１反射率／透過率遷移領域を含むので、受光した光は、光の波長と第１反射率／透過率遷移領域との関係によって、第１ダイクロイック・コンバイナ４１５で反射または透過される。同様に、第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９は所定の第２反射率／透過率遷移領域を含むので、受光した光は、光の波長と第２反射率／透過率遷移領域との関係によって、第２ダイクロイック・ビームコンバイナ４１９で反射または透過される。さまざまな実施形態において、第２反射率／透過率遷移領域は第１反射率／透過率遷移領域と異なっていてもよい。反射率／透過率遷移領域の機能は、ダイクロイック・ビームコンバイナ１１５の第１反射率／透過率遷移領域に関して上記述べているため、ここで繰り返すことはしない。
【００５８】
図示する構成では、本教唆の範囲を逸脱することなく、第１光源４１１、第２光源４１２および第３光源４１７は、対応する異なる第１、第２および第３の波長範囲を有するさまざまな異なる種類の光源として実施してもよい。第１、第２および第３の波長範囲は、第２結合光１１６ｂが第１、第２および第３の波長範囲の各々の全部もしくは一部を含む実質的に連続した結合波長範囲を有するように、接するまたは重複してもよい。
【００５９】
波長選択モジュール４２０は入口アパーチャ４２１で受光した第２結合光を分光し、分光した光のサンプル波長範囲を選択し、サンプルホルダ４４０内のサンプルを照射するために出口アパーチャ４２２からサンプル光４２３を出力するように構成されている。波長選択モジュール４２０の機能は、前述した波長選択モジュール１２０の機能と実質的に同じであるため、ここでは繰り返すことはしない。
【００６０】
検出モジュール４３０は、サンプルを通過するサンプル光４２３に応答して、測定光４４３を受光する。図示する実施形態では、検出モジュール４３０は第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５と、第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９と、第１光検出器４３１と、第２光検出器４３２と、第３光検出器４３７とを含む。
【００６１】
第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５はサンプルホルダ４４０内のサンプルから測定光４４３を受光して、測定波長の長さに基づいて、測定光１４３の一部（第４光４３３ａ）を第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９に透過するとともに、測定光４４３の別の一部（第５光４３４）を第２光検出器４３２に反射するように構成されている。
【００６２】
第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９は第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５から第４光４３３ａを受光して、第４光の波長の長さに基づいて、第４光４３３ａの一部（第６光４３３ｂ）を第１光検出器４３１に透過するとともに、第４光４３３ａの別の一部（第７光４３８）を第３光検出器４３７に反射するように構成されている。
【００６３】
このように、第１光検出器４３１は第６光４３３ｂを受光して検出し、第２光検出器４３２は第５光４３４を受光して検出し、第３光検出器４３７は第７光を受光して検出する。本教唆の範囲を逸脱することなく、他の種類の光検出器を組み込んでいてもよい。第１、第２および第３の光検出器４３１、４３２および４３７は、例えば、フォトダイオードであってもよい。
【００６４】
一般に、第１、第２および第３の光検出器４３１、４３２および４３７は、前述したように、それぞれ第６、第５および第７の光４３３ｂ、４３４および４３８を電気信号に変換し、例えば、これをＡＤＣ（図示せず）によってデジタル化し、メモリ（図示せず）に格納し、および／または処理装置（図示せず）によって処理して分析してもよい。
【００６５】
第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５は所定の第３反射率／透過率遷移領域を含むので、受光した測定光４２３は、測定光の波長と第３反射率／透過率遷移領域との関係によって、第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５で反射または透過される。同様に、第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９は所定の第４反射率／透過率遷移領域を含むので、これも前述したように、受光した第４光４３３ａは、第４光の波長と第４反射率／透過率遷移領域との関係によって、第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９で反射または透過される。
【００６６】
第１ダイクロイック・ビームスプリッタ４３５の第３反射率／透過率遷移領域は、第２ダイクロイック・ビームスプリッタ４３９の第４反射率／透過率遷移領域と異なっていてもよい。また、第３および第４の反射率／透過率遷移領域は、第１および第２のダイクロイック・ビームコンバイナ４１５および４１９のそれぞれ第１および第２の反射率／透過率遷移領域と異なっていてもよい。
【００６７】
例えば、第３および第４の反射率／透過率遷移領域の各々は、第１結合光４１６ａの結合波長範囲を所定のスペクトル領域に効果的に分割するように設定してもよい。当然、さまざまな実施形態において、本教唆の範囲を逸脱することなく、第１および第２のダイクロイック・ビームスプリッタ４３５および４３９は第３および第４の反射率／透過率遷移領域を利用できるスペクトル内のいずれになるように構成されていてもよい。
【００６８】
さまざまな実施形態によると、ダイクロイック・ビームコンバイナは光学吸収分光システムにおいて２以上の個別の光源からの光を結合するために使用してもよく、結合光は分光計の波長選択モジュールの入口アパーチャに入る。個別の光源は異なる対応する波長範囲を有するので、結合光は個別の光源の波長範囲の両方を含む広い波長範囲を有する。ビームコンバイナは、波長範囲が接するまたは一部重複する反射率／透過率遷移領域を有するように設計されてもよい。このように、異なる光源を切替えて、焦点を合わせ直すための可動部品を光源路から省いてもよいので、複雑さとコストを低減しながら、信頼性が高まる。
【００６９】
同様に、ダイクロイック・ビームスプリッタは光学吸収分光システムにおいて、波長選択モジュールの出口アパーチャからのサンプル光（選択された波長範囲を有する）によって照射されたサンプルからの測定光を分離するために使用してもよく、異なる対応する波長範囲を有する分離光を提供する。分離光は２以上の光検出器に向けられる。例えば、ダイクロイック・ビームスプリッタの反射率／透過率遷移領域より上のより大きな波長を有する分離光を第１光検出器に向けてもよい一方で、ダイクロイック・ビームスプリッタの反射率／透過率遷移領域より下のより小さな波長を有する分離光は第２光検出器に向けてもよい。このように、異なる光検出器を切替えまたは再構成するための可動部品を光検出器の光路から省いてもよいので、複雑さとコストを一層低減しながら、信頼性が高まる。
【００７０】
本明細書において特定の実施形態を開示するが、本発明の概念および範囲内にあるさまざまな変型が可能である。当該変形はこれの明細書、図面および請求項を精査した後明らかになるであろう。そのため、本発明は添付の請求項の範囲内を除き、制限されるべきではない。
【図１】
2015102545.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015102545.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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