(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手持式内部反射装置であって、
手持式エンクロージャーと、
前記手持式エンクロージャー内に配置され、かつ前記手持式エンクロージャーの外部に接触表面を提供するように構成された、内部反射素子と、
前記手持式エンクロージャー内に含まれる光アセンブリであって、前記光アセンブリが放射線源及び放射線検出器を備え、前記源が放射線を前記接触表面に向かって方向付けるように構成され、前記検出器が前記接触表面と光学的に相互作用する前記源の放射線を検出するように構成された、光アセンブリと、
接触アームと、
前記接触アームに連結されるモーター付力アクチュエーターと、
タイマーと、
前記手持式エンクロージャー内に収容され、かつ前記タイマー、前記モーター付力アクチュエーター、前記放射線源、及び前記放射線検出器に電子的に連結される、プロセッサと、を備え、
ユーザによって開始された前記タイマーにより時間間隔の経過が計測された後、前記プロセッサが、前記接触アームと前記接触表面との間に配置された疑わしい材料に接触力をかけるように前記モーター付力アクチュエーターに指示するように構成されており、前記接触力が満足された後、前記プロセッサが、前記放射線検出器によって受信された疑わしい材料の情報を分析する、手持式内部反射装置。
【請求項２】
前記接触力が、固定された力である、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項３】
前記接触力が、ユーザが選択可能な力である、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項４】
前記手持式エンクロージャーが、前記接触アームが収まることを可能にし且つ前記手持式内部反射装置の突出を最小化するための凹部を備えている、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項５】
手持式内部反射方法であって、
ＡＴＲ手持式器具を伴って構成された接触アームを、疑わしい材料上の所望の位置に移動させるステップと、
プロセッサに制御されたモーター付力アクチュエーターを使用して、前記接触アームを軸方向に移動させる軸方向移動ステップであって、前記接触アームの移動が、ユーザによって開始されたタイマーにより時間間隔の経過が計測された後に前記疑わしい材料及び内部反射素子の測定表面にかけられる接触力を提供する、前記軸方向移動ステップと、
前記疑わしい材料及び前記内部反射素子の前記測定表面にかけられる前記接触力が、前記ＡＴＲ手持式器具内で構成された所定の接触力設定を満足した後に、接触アームの移動を停止するステップと、を含む、方法。
【請求項６】
前記時間間隔を設定した後に、隣接区域を出るメッセージを前記ユーザに表示するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
エネルギー及び感圧材料から選択される複数の疑わしい材料の各々についての最大接触力に相関するルックアップテーブルを提供するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ルックアップテーブルに基づいて構成された電気設定によって前記接触アームを移動させるステップをさらに含み、前記構成された電気設定が、最大で前記最大接触力である、前記疑わしい材料及び前記内部反射素子の前記測定表面にかけられる前記接触力を提供する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記接触アームを移動させて、前記疑わしい材料及び前記内部反射素子に構成された固定された接触力を提供するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
入力に基づいて前記接触アームを移動させて、前記疑わしい材料及び前記内部反射素子にユーザが選択可能な接触力を提供するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記接触アームが前記疑わしい材料に前記接触力をかける前に初期走査をするステップをさらに含み、信号が所定のレベルを満足する場合、前記接触アームを使用して追加の接触力をかけることなく前記疑わしい材料の測定が完了され得る、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記プロセッサが疑わしい材料の情報を分析した後に作動した前記タイマーにより第２の時間間隔の経過が計測された後に、前記疑わしい材料から前記接触力を除去するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記タイマーは、プログラム可能タイマーを含む、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項１４】
前記時間間隔は、ユーザが選択可能である、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項１５】
前記疑わしい材料は、爆発材料を含む、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記プロセッサが疑わしい材料の情報を分析した後に作動した前記タイマーにより第２の時間間隔の経過が計測された後に、前記疑わしい材料から前記接触力を除去するように前記モーター付力アクチュエーターに指示するように構成されている、請求項１に記載の手持式内部反射装置。
【請求項１７】
前記タイマーは、プログラム可能タイマーを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１８】
前記時間間隔は、ユーザが選択可能である、請求項５に記載の方法。
【請求項１９】
前記疑わしい材料は、爆発材料を含む、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光法に関し、より具体的には、本発明は、有益な特徴として時限遅延能力を提供しながら、異なる接触圧力を自動的に提供することもできる、ＡＴＲ／ＦＴＩＲ分光システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
本発明は、Ｎａｖａｌ  Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ  ＯｒｄｎａｎｃｅＤｉｓｐｏｓａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  （ＮＡＶＥＯＤＴＥＣＨＤＩＶ）によって授与された契約番号Ｎ００１７８−０４−Ｄ−４１４３の下で、政府の支援を伴ってなされた。政府は本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
減衰全反射（ＡＴＲ）は、多くの場合、赤外線分光法（例えばフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ））と合わせて使用される、光学インテロゲーション技術であり、試料を固体、液体、または気体状態で、直接的に試験することを可能にする。特に、ＡＴＲは、構成された内部反射素子（ＩＲＥ）と連結された試料平面とのインターフェースで生成される全内部反射光を利用する。動作において、光のビーム（例えば赤外線）は、試料と接触する内部表面に少なくとも１回反射するように、ＩＲＥクリスタルを通過する。この反射は、多くの場合試料内に最大約２ミクロン延びるエバネッセント波を形成し、正確な値は光の波長によって判断され、ＩＲＥクリスタル及び試料媒体についての入射角及び屈折率は、インテロゲーションされる。試料のスペクトル情報を運ぶ反射ビームは、その後、例えば、単一ピクセルの直線アレイまたは２次元アレイ検出器による分析のためにインテロゲーションされる。
【０００４】
概して上記で言及したように、調査技術としてＡＴＲを使用してインテロゲーションされる主に固体試料である試料は、多くの異なる形状及び大きさの形態であり得る。効率的な光結合を可能にするために、ダイアモンド、シリコン、またはゲルマニウム（Ｇｅ）ＡＴＲ素子等の、光学部品との密着を提供するように設計される、構成されたステージ機構を用いて、かかる試料に力がかけられなければならない。従来のステージは、所与の試料に圧縮力をかけるように設計される、機械ネジ、レバー、スライド、及びアクチュエーターを含む、圧力機構を含む。
【０００５】
しかしながら、圧力機構が、密着を可能にするために、所望のＡＴＲ素子表面に対して試料をきつく圧縮することを必要とされる一方で、いくつかの場合では、従来の手段を用いて素早くかつ再現可能にかかる力をかけることは、その器具を動作させている人にとって困難であり得ることに留意すべきである。
【０００６】
したがって、本発明は、動作の一部として好ましい試料に異なる接触圧力を提供するように構成されるコンパクトなＡＴＲ／ＦＴＩＲ光学器具を提供することを対象とする。特に、本発明は、ユーザが動作の間に遠隔位置に位置付けられることを可能にするための、時間遅延（間隔）手段の追加の新しい特徴を用いて、任意の物質にかけられる接触力を制御することを含む。
【発明の概要】
【０００７】
本出願の一態様は、手持式内部反射装置であって、手持式エンクロージャーと、手持式エンクロージャー内に配置され、手持式エンクロージャーの外部に試料接触表面を提供するようにも構成される、内部反射素子と、手持式エンクロージャー内に含まれる光アセンブリであって、光アセンブリが放射線源及び放射線検出器をさらに備え、源が放射線を試料接触表面に向かって方向付けるように構成され、検出器が試料接触表面と光学的に相互作用する源放射線を検出するように構成される、光アセンブリと、試料接触アームと、試料接触アームに連結される力アクチュエーターと、これも手持式エンクロージャー内に構成され、力アクチュエーター、放射線源、及び放射線検出器に電子的に連結されるプロセッサと、を含み、プロセッサが試料接触アームと試料接触表面との間に配置された試料にかけられる制御された接触力で力アクチュエーターを指示し、制御された接触力が満足された後、電子プロセッサが放射線検出器によって受信される試料情報を分析する、手持式内部反射装置を提供することである。
【０００８】
本出願の別の態様は、手持式内部反射方法であって、ＡＴＲ手持式器具を伴って構成された試料接触アームを、試料上の所望の位置に移動させるステップと、プロセッサに制御された力アクチュエーターを使用して、試料接触アームを軸方向に移動させるステップであって、試料接触アームの移動が試料及び内部反射素子の測定表面にかけられる制御された接触力を提供する、移動させるステップと、試料及び内部反射素子の測定表面との制御された接触力が、ＡＴＲ手持式器具内で構成された所定の力設定を満足する、または前記試料材料の妥当なフィードバック分光学的信号を提供した後に、試料接触アームの移動を停止するステップと、を含む方法を提供することである。
【０００９】
したがって、本明細書で開示される実施形態は、ＡＴＲ赤外線（ＦＴＩＲ）インテロゲーションを可能にするために、制御された様式で、様々な固体試料にかけられる密着圧力を提供する。特に、試料がＡＴＲ素子上に配置された後、力アクチュエーターは、ユーザが時限カウントダウン（走査「遅延」機能）動作を介して隣接区域を出た後、ＡＴＲに対する試料に接触力をかけるためにアンビルアームを移動させる。その後、走査が終わると、ユーザは器具に近づき１つ以上の走査の結果を見ることができる。
【００１０】
本開示に組み込まれかつその一部を形成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明と合わせて、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に開示される、ＡＴＲの実施形態の例の模式図を示す。
【図２Ａ】試料プラットフォーム及びＡＴＲアセンブリの図式の例を示す。
【図２Ｂ】開口部を提供するプラットフォーム及びＡＴＲ表面の等角図の例を示す。
【図３Ａ】凹部内に配置されるアンビルアームを伴うＡＴＲ手持式器具の、等角断面図の例を示す。
【図３Ｂ】器具の動作能力の一部として角度付かつ垂直に位置付けられるアンビルアームを伴うＡＴＲ手持式器具の等角断面図の例を示す。
【図４Ａ】ＡＴＲアンビルアームを変換することができる「力」機構の一般的例示の例を示す。
【図４Ｂ】ＡＴＲアンビルアームを移動させることができる「力」機構の一般的例示の第２の例を示す。
【図５】本明細書に提供される走査遅延（例えば時限遅延間隔）機能のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）表示の例を示す。
【図６】かけられた接触力を制御するための単一設定の流れ図方法の例を示す。
【図７】かけられた接触力を制御するための、プログラム可能な離散的な設定または所定の使用事例の実装の流れ図方法の例を示す。
【図８】光ビーム経路の検出端にて提供されるセンサーフィードバックにより、かけられる接触力を制御する流れ図方法の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の発明の記載において、別様が暗示的または明示的に理解されない限り、単数形で現れる語はその複数形の対応物を包括し、複数形で現れる語はその単数形の対応物を包括することが理解される。さらに、本明細書に記載される任意の所与の部品または実施形態について、その部品について記載される可能な候補または代替物は、別様が暗示的または明示的に理解されない限り、個々にまたは互いとの組み合わせで使用され得ることが理解される。さらに、本明細書で示される図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、要素のうちのいくつかは、単に本発明の明確性のために描かれ得ることが理解されるべきである。また、参照番号は、対応するまたは類似要素を示すために、様々な図面の間で反復され得る。さらに、かかる候補または代替物の任意の表は、別様が暗示的または明示的に述べられない限り、単に定時的であり、限定的でないということが理解されるだろう。さらに、別様が示されない限り、本明細書及び請求項において使用される、成分、構成要素、反応条件等の量を表す数字は、「約」という用語で修飾されるものとして理解されるべきである。
【００１３】
したがって、対照的に述べられない限り、本明細書及び添付の請求項において述べられる数的パラメータは、本明細書で提供される主題によって得られることが求められる所望の特徴に応じて変動し得る近似値である。最後に、かつ請求項の範囲の等価物の教示の適用を制限する試みとしてではなく、それぞれの数的パラメータは、少なくとも、報告される有効数字の数字を考慮して、かつ通常の四捨五入技術を適用して、解釈されるべきである。本明細書に提供される主題の広い範囲を述べる数的範囲及びパラメータが近似値であるにもかかわらず、具体的な実施例において述べられる数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、それぞれの試験測定において見られる標準偏差から必ず生じる特定の誤差を本質的に含有する。
概説
【００１４】
フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光法において、未知の物質は、対象の試料によって吸収され得る、赤外光の広域スペクトルで照明される。当業者に既知の源を介する照明は、多くの場合、約０．７ミクロン〜最大２５ミクロンの波長範囲である。波長の関数としての光強度は、試料との相互作用の前後に測定され、試料によってもたらされる吸収度が計算される。光は、試料内の分子の結合の振動周波数に対応する特定の周波数で、試料によって多様な量で吸収される。分子毎の結合が異なるため、分子毎のＦＴＩＲ吸収スペクトルも異なる。したがって、スペクトル「指紋」が、波長の関数としての光の吸収度を記録することによって生成され得る。
【００１５】
ほとんどの物質はこの赤外光を非常に容易に吸収し、光の全てが吸収される場合、分析されるために検出器に到達する光はなくなる。したがって、光がどのように試料に送達され試料から取得されるかに、注意しなければならない。現場での使用のための最も使い勝手の良い方法は、減衰全反射（ＡＴＲ）と呼ばれ、ダイアモンドまたはゲルマニウム等の高い屈折率を有する内部反射素子を使用し、試料の最初の数ミクロンに光を送った後に、戻って試料の光学情報を提供する。
【００１６】
典型的なＡＴＲ／ＦＴＩＲ器具を用いると、従来の圧力装置は、打込ネジ、レバー、及びウェッジを使用して材料上の圧力を生じさせ、ユーザが機構を手動で運動させることを必要とする。しかしながら、機構のかかる従来の手動の（例えばノブ駆動）運動は、大型で扱いにくい傾向があり、接触力を再現可能にかける方法で、または所望の分光学的特徴等の所望の属性に応じて、操作するのが困難でもある。
【００１７】
したがって、上記の問題に対処するために、本明細書に開示される実施形態は、本明細書内の器具によるＡＴＲ赤外線（ＦＴＩＲ）インテロゲーションのために構成される任意の固体材料を圧縮するためだけでなく、測定されている任意の材料を、再現可能でかつ力フィードバックまたはスペクトル特徴フィードバック等の制御に適した様式で圧縮するためにも、設計される。本明細書に記載される器具（複数可）の動作の一般的モードは、以下の通りである：固体試料がＡＴＲ素子（すなわちプラットフォーム）上に配置された後、アクチュエーターが、ＡＴＲに対する試料に力をかけるためにアンビルを移動させる。ユーザは、時限（「遅延」間隔機能）動作によって、隣接区域から出得る。アクチュエーターは、モーターもしくはソレノイドまたは他の種類の力アクチュエーターであり得る。かけられる力は、固定（一定）の力であり得、または、ユーザが選択可能な力であり得、または、試料材料の分光学的特徴に基づく分光計からのフィードバックを通して自動的に制御され得る。
【００１８】
特に前述の時間「遅延」動作に関して、かかるモードは、ＡＴＲ器具内で試料を測定することにおける、新しく安全だと思われる構成要素を提供する。特に、走査遅延特徴は、制御された（例えばプログラムされた）接触圧力を、ＡＴＲ／ＦＴＩＲインテロゲーションを受けている試料に提供しながら、安全な「ユーザ」動作距離を可能にする。かかる装置は、例えば、ユーザが、本明細書に記載される器具に試料材料を提供し、カウントダウンタイマーを設定することを可能にする。タイマーがカウントダウンしている間に、ユーザは、特定の接触圧力が有効になった時点で器具が試料の赤外線（例えばＦＴＩＲ）インテロゲーションを開始することができる時間に、安全な距離に着くことができる。その後、走査が終わると、ユーザは器具に近づき１つ以上の走査の結果を見ることができる。
【００１９】
本明細書に開示される構成が、エネルギーまたは別様の感圧材料のインテロゲーションに有益である一方で、本明細書に開示される構成は、エネルギーまたは感圧材料に厳しく限定されないことも理解されるべきであることを再び強調するべきである。特に、本明細書の構成は、本出願の設計パラメータによって可能にされるように、ＡＴＲ分析が可能である任意の固体または液体材料を対象とすることができる。
【００２０】
追加の代替の実施形態として、本明細書の構成（複数可）は、走査タイムアウト機能も含み得る。ユーザのためのかかるオプションは、オペレータがなお遠隔位置にいる間に、時限動作での試料からの圧力の除去を必要とする。このオプションを選択する理由は、疑わしい材料に力をかけるのと同様で、圧力の除去も、例えば結晶性爆発材料の有害摩擦及び破裂を引き起こし得るためである。
【００２１】
詳細な説明
空港及び他の安全及び／または公共の場所での禁止物質の検出に加え、法執行及びセキュリティ職員による未知の物質の現場識別を含む、携帯型測定デバイスのための多くの用途が、存在する。様々な状況で有用であるために、迅速かつ正確な結果を提供もする、手持式形態の因子器具により、携帯型であることが有益である。
【００２２】
本明細書に開示される測定器具及び方法は、したがって、持ち運びの容易性を可能にするだけでなく、結果の所望の正確性を伴う、かかる手持式形態因子を提供する。特に、本明細書に開示される実施形態は、対象の試料と、疑わしい材料のＦＴＩＲ調査を集合的に可能にする器具内に位置付けられるＡＴＲ光学素子との間の、様々な密着圧力を可能にするコンパクトなパッケージで構成される。ダイアモンドもしくはゲルマニウム、またはシリコン反射素子等の、器具内に構成されるＡＴＲ高屈折率光学素子は、吸収されなかった入射放射線が、素子の構成による全内部反射を受けた後に、検出器に方向づけられることを保証することによって動作する。結果として、反射した放射線は、高い効率で検出器に結合され、測定デバイスの敏感な動作を保証する。
【００２３】
対象の試料は、検出器によって測定される反射した放射線に基づいて識別され得る。反射した放射線は、試料に対応する赤外線吸収情報を引き出すために使用され得、試料は、赤外線吸収情報を、測定デバイス内に格納されたその試料の参照情報と比較することによって、識別され得る。試料の識別に加え、測定デバイスは、赤外線吸収情報が参照情報にどれだけ近く整合するかを示す、１つ以上の測定基準又は指標（例えば数的結果）を提供し得る。さらに、測定デバイスは、対象の試料の識別を、これも測定デバイス内に格納される禁止物質のリストと比較して、物質を扱うことにおいて特定の注意が払われるべきかどうか、及びセキュリティ職員による追加の行為が是認されるかどうかを判断することができる。
【００２４】
全体的なシステム構成
図面を参照すると、図１は、符号１００によって全体的に参照される、本明細書に記載されるＡＴＲ／ＩＲ器具の全体的な動作を読者に例示するために提供される。同様のシステムは、本出願の譲受人に譲受される、米国特許第７，９２８，３９１号、Ａｚｉｍｉ  ｅｔ  ａｌの、表題“Ｈａｎｄｈｅｌｄ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  ａｎｄ  Ｒａｍａｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ”において見ることができ、該文献の開示はここで参照によりその全体が組み込まれる。
【００２５】
本出願に関しては、器具１００は、エンクロージャー１５６内のアセンブリ支持１５２上に搭載される様々な光学部品を示す。重要なことに、図１は、下記で後に詳細に記載される、ＡＴＲプラットフォーム１８６と、可動（回転方向に及び垂直に）試料接触アーム（説明の簡素性のために本明細書で以降はアンビルアーム１９１）、すなわち好ましくはエンクロージャー１５６の外部に搭載されるモーター付きアンビルアームと、もまた示す。図１に示される器具が外部から電源を受け得る一方で、完全なユニット（すなわち器具１００）は、完全な携帯性のために、電池、最も多くの場合当業者に既知の再充電可能な電池によって、電源を受け得ることに留意すべきである。
【００２６】
図１の様々な光学部品は、ＡＴＲプラットフォーム１８６と協働的に構成される、放射線源１０２及び１４４、鏡１０４、１０８、１１０、１４８、１１８、１２０、１２０’、１２６、１２６’、１２８、及び１３０、ビームスプリッター１０６及び１４６、検出器１３２及び１５０、ならびにＡＴＲ素子（例えばプリズム（図示せず））を含み得る。留意すべきこととして、図１は、特定の数の概平面設計の鏡１０４、１０８、１１０、１４８、１１８、１２０、１２０’、１２６、１２６’、１２８、及び１３０を示すが、屈折光学素子（例えばレンズ）ならびに非平面反射素子を含む、任意の数の他の光学素子もまた、図１に示される光路を提供するために他の所定の湾曲を伴って構成され得ることに留意すべきである。例えば、かかる素子は、凹型、凸型、放物線状、楕円湾曲、または器具１００内で方向付けられるビーム経路の任意の部分に沿う適切なビーム構築を提供するために必要とされる任意の一般的表面を伴って構成され得る。
【００２７】
器具１００は、シャフト１１２、ブッシング１１４、及び鏡１１０に連結されるアクチュエーター１１６、及び電子プロセッサ１３４、電子ディスプレイ（例えば、液晶表示素子、有機発光ダイオード表示素子、電気泳動表示素子、またはタッチスクリーン動作が可能な別の種類の表示素子等の平面表示素子を含む）、入力デバイス１３８、記憶ユニット１４０、通信インターフェース１４２もまた含む。図１には、検出器１３２、記憶ユニット１４０、通信インターフェース１４２、ディスプレイ１３６、入力デバイス１３８、放射線源１０２及び１４４、検出器１５０、可動アンビルアーム１９１、及びアクチュエーター１１６と、通信ライン１６２ａ〜ｊを介してそれぞれ電気通信する、電子プロセッサ１３４も示される。
【００２８】
器具１００は、動作中のフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光計としての使用のために構成される場合、プロセッサ１３４の制御下で、交換の容易性のために除去可能であり得る、放射線源を介して放射線１６８を提供する。放射線１６８は、受信された放射線１６８が２つのビームに分割されることを可能にするために、ビームスプリット光学素子１０６ａ及び位相補償板１０６ｂとして構成されるビームスプリッター１０６に入射するように、鏡１０４によって方向付けられる。かかる構成を使用することは、第１のビーム１７０が、ビームスプリッター１０６の表面から反射し、矢印１７１に平行なビーム経路に沿って伝播し、かつ固定された鏡１０８に入射する、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ型の干渉計が形成されることを可能にする。固定された鏡１０８は、その後、次にビームスプリッター１０６に向かって方向付けられるように、第１のビーム１７０を反対方向に反射する。第２のビーム１７２は、ビームスプリッター１０６を通して送信され、両矢印１７３に平行なビーム経路に沿って伝播する。第２のビーム１７２は、反射の際にこれもビームスプリッター１０６に向かって方向付けられるように、可動鏡１１０の第１の表面１１０ａに入射する。
【００２９】
第１及び第２のビーム１７０及び１７２は、したがって、ビームスプリッター１０６及び関連光学素子の構成によって組み合わされ、これは、これらビームを空間的に重ね合せて、変調された赤外線放射線ビーム１７４のビームを形成し（構成されたＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の動作によって）、鏡１１８に向けて方向付ける。その後、鏡１１８、１２０、１２０’は、変調された赤外線放射線ビーム１７４を、ＡＴＲ光学素子（詳細には示されないが、ＡＴＲ表面１２２ａは例示される）に方向付ける。ＡＴＲ光学素子（多くの場合プリズムとして構成される）の内側に入ると、変調された赤外光のビーム１７４は、ＡＴＲ光学素子（例えばプリズム）の表面１２２ａ（図１の平面図として示される）に案内される。ＡＴＲ光学素子の表面１２２ａは、対象の試料（図示せず）に接触するように位置付けられ、多くの場合試料は表面構成（例えば粉末）において不規則性を有する。変調された赤外光１７４が表面１２２ａに入射すると、変調された赤外光１７４の放射線の一部は、当業者に既知のように、所望のエバネッセント波効果により、表面１２２ａを通して試料材料（図示せず）に結合される。この効果の一部として、試料は、望ましくは、変調された赤外光１７４の一部を吸収し、これは試料材料の構造及びかくして特徴を示す。
【００３０】
変調された赤外光１７４の全内部反射部分（反射ビーム１７６と記載される）は、今や試料（図示せず）によって吸収されなかった、変調された放射線の減少した量を含み、これも試料（図示せず）の特徴を示す。この構成の結果として、反射ビーム１７６は、ＡＴＲ光学素子の所望の表面を通して方向付けられ、その後、検出器１３２による検出を介して、器具１００によってインテロゲーションされるために、例えば鏡１２６’、１２６、１２８、及び１３０によって方向付けられる。特にプロセッサ１３４の制御下で、検出器１３２は、ビーム１７６内の反射された放射線に基づき、試料（図示せず）の１つ以上の特徴を測定するように構成され得る。
【００３１】
上記のように、構成された鏡１０８及び１１０はビームスプリッター１０６と一緒に、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を有益に形成する。動作において、各測定の前に、両矢印１６４によって示されるように鏡１１０を平行移動させることにより、反射ビーム１７６内の放射線の複数の測定は、試料吸収情報等の情報を含む干渉図（インターフェログラム）を形成する。プロセッサ１３４は、干渉図に１つ以上の数学的変換（例えばフーリエ変換）を適用して、試料吸収情報を得るように構成され得る。例えば、プロセッサ１３４は、第１のドメイン（時間または空間的次元等）から、第１のドメインと共役な第２のドメイン（周波数等）へ、干渉図測定値を変換するように構成され得る。
【００３２】
鏡１１０の移動を提供するために、この素子自体が、シャフト１１２、ブッシング１１４、及びアクチュエーター１１６に結合されている。シャフト１１２はブッシング１１４内を自由に移動し、粘性流体が、２つの間の相対動作を許容するために、シャフト１１２とブッシング１１４との間にしばしば配置される。したがって、アクチュエーター１１６が通信ライン１６２ｉを介してプロセッサ１３４から制御信号を受信するときに、鏡１１０は移動する。アクチュエーター１１６は、矢印１６４に平行な方向にシャフト１１２の移動を開始させ、鏡１１０は、シャフト１１２と協同して移動する。ブッシング１１４は、シャフト１１２に支持を提供し、平行移動中にシャフト１１２の揺れを防止する。しかしながら、ブッシング１１４及びシャフト１１２は、その間に配置される流体によって互いから効果的に機械的に分離され、したがって、震動等の機械的撹乱は、シャフト１１２とブッシング１１４との間でほとんど連結されない。結果として、結果として生じるＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計のアライメントは、器具１００の他の部分内に震動等の機械的混乱が存在する場合でさえ、比較的乱されないままである。
【００３３】
鏡１１０の位置を測定するために、器具１００は、放射線源１４４、ビームスプリッター１４６、鏡１４８、及び検出器１５０を含むアセンブリを提供する。これらの構成要素は第２のＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を形成するために配置される。鏡位置測定動作の間、放射線源１４４（例えば単色放射源（レーザー））は、通信ライン１６２ｇを介してプロセッサ１３４から制御信号を受信し、放射線ビーム１７８を生成する。所望の源の例として、放射線源１４４は、８５０ｎｍの中心波長を有する放射線を生成する、構成された垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）であり得る。しかしながら、源１４４は、４００ｎｍ〜約１２００ｎｍの間の放射線を有することが可能である、レーザーダイオード、発光ダイオード等のような、幅広い様々な他の源も含み得ることが理解されるべきである。
【００３４】
図１の説明に戻ると、ビーム１７８はビームスプリッター１４６に入射し、これは、放射線ビーム１７８を第１のビーム１８０及び第２のビーム１８２に分離させる。第１のビーム１８０はビームスプリッター１４６の表面から反射し、鏡１１０の第２の表面１１０ｂに入射する。第２の表面１１０ｂは、鏡１１０の第１の表面１１０ａの反対側に向かい合って位置付けられる。第１のビーム１８０は表面１１０ｂから反射し、ビームスプリッター１４６に戻る。
【００３５】
第２のビーム１８２はビームスプリッター１４６を通して送信され、鏡１４８によって反射され、ビームスプリッター１４６に戻る。ビームスプリッター１４６は、反射ビーム１８０及び１８２を組み合わせ（例えば空間的に重ね合せ）、空間的に重ね合されたビーム１８４は、検出器１５０に方向付けられる。検出器１５０は、通信ライン１６２ｈを介してプロセッサ１３４から制御信号を受信し、組み合わされたビーム１８４の強度を測定するように構成される。組み合わせビーム１８４は、所望の光学位置情報を含む干渉パターンを提供する。したがって、ビーム１８４を監視することは、鏡１１０の位置（及び所望の場合速度及び傾斜）が、ビーム１８４の振幅における山及び谷を計数することにより、正確に判断されることを可能にする。
【００３６】
本出願の有益な態様として、吸収情報は、プロセッサ１３４によって、未知の試料（図示せず）の識別を判断するために、記憶ユニット１４０内に格納される参照情報（例えば参照吸収情報）と比較され得る。例えば、プロセッサ１３４は、受信された反射ビーム１７６にフーリエ変換が適用された後、試料についての吸収情報が、記憶ユニット１４０内のデータベース記録として格納された、またはさらには遠隔に位置するデータベースからの無線通信を介した、様々な物質についての参照吸収情報の複数の組のうちの任意の１つ以上に整合するかどうかを判断し得る。整合が見つかる（例えば、試料吸収情報及び特定の物質についての参照情報が十分に一致する）場合、試料１９０はプロセッサ１３４によって識別又は特定されると考えられる。プロセッサ１３４は、通信ライン１６２ｄに沿って電子信号を送信し、ディスプレイ１３６に、システムオペレータに試料１９０の識別が成功したことを示し、識別された物質の名称を提供する。信号は、システムオペレータに、試料吸収情報と参照情報とがどれだけ近く又は密接に一致するかどうかもまた示し得る。例えば、１つ以上の測定基準又は指標の数値が提供され、これは試料吸収情報と参照情報との間の対応性の程度を数的尺度で示す。
【００３７】
試料吸収情報と参照情報との間の整合が、プロセッサ１３４によって見つけられない場合、プロセッサは、ディスプレイ１３６に電子信号を送信し、これは試料１９０が成功的に識別されなかった、または可動アンビルアーム１９１によってかけられた不十分な力のために、ＡＴＲ表面１２２ａの間の効率的な光結合が提供されなかったことをシステムオペレータに示す。電子信号は、いくつかの実施形態では、試料吸収測定を反復するか、またはおそらくアンビルアーム１９１の十分な接触力を提供することができる動作を選択するための、システムオペレータへのプロンプトを含み得る。
【００３８】
試料１９０の識別に成功した場合、プロセッサ１３４は、記憶ユニット１４０に格納された禁止物質の１つ以上のリストに対して、試料１９０の識別を比較するように構成され得る。試料１９０が、禁止物質としてリストに現れる場合、プロセッサ１３４は、禁止物質が検出されたとシステムオペレータに警告することができる。警告は、ディスプレイ１３６上に提供される警告メッセージ及び／またはディスプレイ１３６上の色つき領域（例えば赤色領域）を含み得る。プロセッサ１３４は、システムオペレータに警告するために、スピーカーを介して音声警報を鳴らすようにも構成され得る。
【００３９】
器具１００は、通信インターフェース１４２を含み、これは通信ライン１６２ｃを介して、プロセッサ１３４から信号を受信及びプロセッサ１３４に信号を送信する。通信インターフェース１４２は、信号をプロセッサ１３４から他のデバイスに送信するように、及び他のデバイスから信号を受信して受信した信号をプロセッサ１３４に通信するように構成された無線送信器／受信器ユニットを含む。典型的には、例えば、通信インターフェース１４２は、プロセッサ１３４が、ネットワークに接続された複数のデバイスを含む無線ネットワークを介して、または別のデバイスへの直接的な接続を介して、他のデバイスと通信することを許容する。プロセッサ１３４は、信号が、ネットワーク上での使用を承認されるデバイスによってのみ送信及び受信されることができることを保証するために、１つ以上のデバイスへの安全な接続（例えば暗号化接続）を確立することができる。
【００４０】
プロセッサ１３４は、記憶ユニット１４０内に格納される参照情報のデータベースを更新するために、中央コンピュータシステムと通信する。プロセッサ１３４は、更新された参照情報を受信するために中央コンピュータシステムに周期的に連絡するように構成され、プロセッサ１３４は中央コンピュータシステムよって送達される自動更新を受信することもできる。更新された参照情報は例えば参照吸収情報を含み得、１つ以上の新しいまたは更新された禁止物質のリストもまた含み得る。
【００４１】
プロセッサ１３４は、例えば禁止物質のリストに現れる物質等の特定の物質が識別された場合、警告メッセージを放送するために、他の測定デバイスとも通信し得る。警告メッセージは、１つ以上の中央コンピュータシステムにも放送され得る。物質の識別、物質が識別された場所、物質の量、及び他の情報を含む警告情報もまた、他の測定デバイスおよびコンピュータシステムに記録され得、放送され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、器具１００は、隔絶されたローカルエリアネットワーク及び／または携帯電話ネットワークを含む、他の種類のネットワークを介して他のデバイスに接続され得る。接続は、無線接続または物理的連結でもあり得る。
【００４３】
無線接続の非制限的な例として、かかる配置は、電波（ＷｉＦｉ）、赤外線（ＩｒＤＡ）、または携帯電話、ポケットベル、個人認証カード、ノートパソコン等のしかしこれらに限定されない、利用可能な携帯型パーソナルデバイスへの統合を可能にするマイクロ波技術等の、しかしこれらに限定されない、商用的無線インターフェースを含み得る。無線通信は、したがって、プロセッサ１３４から、特定の疑いが器具１００によって検出された場合に職員に警告することができるかかるネットワーク可能デバイスに送信される、検出される場合警告メッセージを含む信号を提供することができる。
【００４４】
無線ネットワークは、例えば、任意で上述の携帯デバイスだけでなく二地点間及び複数地点用途を支援する固定されたデバイス間のデジタル音声及びデータの近距離送信のためのオープンスタンダードを含み得る。例えば、図１に示される通信インターフェース１４２は、世界規模での通信能力を保証する全地球で利用可能な周波数帯域（すなわち２．４ＧＨｚ）であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ及びＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  ＩＥＥＥ技術（例えば（ＩＥＥＥ）８０２．１１ａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）を、ビジネス及び家庭環境の両方において存在する一般的な使用に基づく通信手段として伴って構成され得る。かかるよく知られた技術は、区域中を移動している間の、ユーザのネットワーク及びインターネットへの高速アクセスを可能にする。さらに、ＩＥＥＥ８０２．１５、ＩＥＥＥ８０２．１６、ＧＰＳ、３Ｇ等のような、無線のための他のプロトコルもまた、本明細書に開示される本実施形態の通信標準のためのプロトコルとして構成され得る。
【００４５】
物理的な優先結合に関しては、結合は、例えば、埋め込まれたソフトウェア（例えばファームウェア）を介する動作データ（フィードバック）またはプログラム制御命令のためのプロセッサ１３４から受信される命令を提供するための、ＵＳＢポート（図示せず）等の専用の結合Ｉ／Ｏ手段によるものであり得る。
【００４６】
典型的には、所望の入力デバイス１３８は、システムオペレータが構成オプションを設定して、器具１００の動作パラメータを変更することを可能にする、制御パネルを含む。いくつかの実施形態では、器具１００は、構成オプション及び動作パラメータの遠隔調節を可能にする、インターネットベースの構成インターフェースも含み得る。インターフェースは、例えば安全なまたは不安定なネットワーク接続を介してウェブブラウザによりアクセス可能であり得る。インターネットベースの構成インターフェースは、中央コンピュータシステムまたは別のデバイスによる、器具１００の遠隔更新を許容し、特定の位置においてまたは特定の目的のために動作される全ての測定デバイスが、同様の構成を有することを保証する。インターネットベースのインターフェースは、中央コンピュータシステムへのデバイス構成の報告もまた可能にし得、１つ以上の測定デバイスの位置の追跡もまた可能にし得る。
【００４７】
器具１００の放射源を参照すると、多くの場合交換可能な部品として構成される放射線源１０２は、器具１００が赤外線分光計として動作され得るように、赤外線放射線を提供するように構成された広帯域の放射線源を含む。典型的には、例えば、源１０２によって提供される赤外線放射線は、約１０ミクロンの分布の中心波長を有する波長の分布を含む。概して、放射線１０２は、光放射の連続的な帯域を放射するために加熱される、電線、金属、またはセラミック素子等の、しかしこれらに限定されない、当分野で利用される任意の特注または従来の既知の源から選択される加熱赤外線源を含む当業者に既知の様々な源を含み得る。
【００４８】
典型的に、源１０２によって提供される放射線の波長の準黒体分布の特徴的温度は、０．４〜０．９５の放射率を伴い７００℃〜最大２０００℃であり得る。しかしながら、放射線１６８の温度は、特定の試料１９０及び検出器１３２の感度に応じて、変化させ得る（例えば、通信ライン１６２ｆに沿って送信されるプロセッサ１３４からの制御信号によって）ことに留意すべきである。電子信号を生成するために好適な広帯域検出器１３２は、ボロメータ、鉛塩検出器、及びテルル化カドミウム水銀検出器等の焦電型検出器または他の検出素子、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、リニア又は２Ｄアレイ、またはビーム１７６またはビーム１８４のいずれかの強度を受けると、電子信号を生成することができる任意の検出素子を含む。フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、四分円フォトダイオード、または２Ｄアレイは、多素子検出器が動的アライメントを伴って使用と、検出器１５０に関して望ましい。
【００４９】
ＡＴＲ／プリズムアセンブリの検討
図２Ａは、ＡＴＲプラットフォーム１８６、１８７等及び反射素子（本明細書で以降プリズム１２２）の拡大概略図を示す。プリズム１２２は、試料１９０（例えば、粉末（円として描かれる）として示される）に接触するように位置付けられる表面１２２ａを含み、この試料は、ＡＴＲ原理を使用して測定されることが望まれる固体または液体であり得、このうちのいくつかは、任意で、材料の測定を行う間に本明細書に記載されるように安全対策を必要とし得る。上記のように器具１００内に構成される源１０２からの放射線は、表面１２２ｂを通ってプリズム１２２に入り、表面１２２ｃを通ってプリズム１２２を出る。
【００５０】
表面１２２ａに対向するプリズム１２２のエッジは、プリズムベース２０４によって下から支持されるが、必ずしも支持されなくてもよい。金属（例えば金）等のコーティング（図示せず）もまた、多くの場合プリズム１２２に適用され、器具１００の構成された表面１５６の上部への安定した連結を可能にし、上からのプリズム１２２への支持も提供する。表面１５６及びベース２０４によって提供される支持は、プリズム１２２が動作中に、その搭載位置からずれることなく、かけられる著しい力に耐えることを可能にする。
【００５１】
器具の動作の全体的な原理として、試験される固体の未知の材料１９０が、図１にも示されるように、減衰全反射（ＡＴＲ）素子、すなわち表面１２２ａ上に配置された後、本明細書に開示される試料接触アクチュエーター（例えばアンビルアクチュエーター）が、ＡＴＲ表面１２２ａに接触して試料材料に対して所望の接触力をかける。アクチュエーターは、例えば、モーター（例えばＤＣモーター）またはソレノイド、電磁ソレノイド、または、既知または所望の制御された圧縮力を提供するために制御された様式で移動させることができる、任意の種類の力アクチュエーター（例えば圧電駆動機構、リニアモーター、空気圧または油圧アクチュエーター等）であり得る。かかるアクチュエーターは、カムまたはシザージャッキ構成もまた含み得、ソレノイドとして構成される場合、かかるソレノイドは、例えば圧力機構を駆動する回転ソレノイドであり得る。かかるアクチュエーターを使用してかけられる接触力は、固定（一定）の力またはさらにはユーザが選択可能な力であり得る一方で、より多くの場合、先に説明したように、試料の分光計特徴に基づく分光計からのフィードバックを通して自動的に制御され得る。
【００５２】
動作中、システムオペレータは、以下に記載されるように、安全な方式でアンビルアーム１９１の垂直な移動をモーター制御することができる。アンビルアーム１９１の角度位置θは、モーター駆動されることが可能である一方で、より多くの場合、測定（複数可）のための器具１００の動作の前に、ユーザによって手動で提供される。したがって、試料がプラットフォーム１８６上に配置され、その後試料接触アーム（例えばアンビルアーム１９１）が所定位置に上昇及び回転される際、プリズム１２２（例えば表面１２２ａ）と共に試料材料の既知のまたは制御された圧縮力が、アンビルアクチュエーター（図示せず）によって自動的に提供される。かかる操作は、表面１２２ａと試料材料１９０との間に密着を提供し、エバネッセント波の効率的な結合を可能にし、反射される放射線ビーム１７６の測定における信号雑音比を改良する。支持ベース２０４及び表面１５６は、プリズム１２２が動作中にエンクロージャー１５６内で同じ位置に留まることを保証する。
【００５３】
ＡＴＲプラットフォーム１８６は、表面１５６から外向きに距離ｅだけ延びることに留意すべきである。概して、ｅは、約０．５ｍｍ〜最大約１．００ｍｍの高さであり得る。しかしながら、ＡＴＲプラットフォーム１８６が表面１５６から外向きに延びることは、全く必要とされない。プラットフォーム１８６は、好ましい平面表面構成を介して、試料１９０とプリズム１２２の表面１２２ａとの間の接触を許容し、これはプラットフォーム１８６における表面１２２ａへのオープニング（詳細は表示せず）をもたらす。しかしながら、プラットフォーム１８６について平面表面構成が好ましい一方で、他の表面、例えば湾曲凹状表面もまた、本出願の他の態様で構成されるように、ＡＴＲ光学調査のために材料を受容することを可能にするために実装され得ることに留意すべきである。プラットフォーム１８６の一体部品は、プラットフォーム１８６からあふれてこぼれる任意の材料を受け取るために湾曲を用いて設計される、堀のような構成（図２Ｂに示される１８７’）と共に構成される、延長セクション１８７である。防液かつ多くの場合気密シール１８８は、プラットフォーム（１８６及び１８７）及び表面に連結される。プリズム１２２は、光学エンジン１５２に機械的に連結されるが、大きい振幅の機械的混乱の伝達を防止するために、器具１００のハウジング１５６から分離されることに留意すべきである。
【００５４】
図２Ｂは、図２Ａに示されるものと同じ縮尺ではないが、ＡＴＲハードウェアプラットフォーム１８６、１８７、及びプリズム面１２２ａ開口部配置のより良好な斜視図を読者に与えるプラットフォーム（１８６及び１８７）の等角斜視図を示す。読者は、表面１８７’が全体的に示されるが、かかる表面は、試料１９０のあふれ出しを適切に収容するために、傾斜、溝、漏斗形状等のしかしこれらに限定されない、任意の湾曲を伴って構成され得ることに留意すべきである。
【００５５】
図２Ｂの例示では、プリズム１２２の表面１２２ａは、実質的に円形の断面形状も示す。しかしながら、概して、プリズム１２２は、楕円形、長方形、三角形、四角形、及び不規則形状を含む、様々な異なる断面形状を有し得る。さらに、概して実質的に平面であると示されるプリズム１２２の表面１２２ａは、さらに、図２Ｂに示される実施形態において突出するように配置され得またはおそらくドーム型であり得、かつ、０．５ｍｍ〜最大で好ましくは１０ｍｍの最大寸法で構成され得る。図２Ａに示されるプリズム１２２内のビーム経路に関しては、プリズム１２２に対する、ビーム１７４及び１７６の対称的配置により、プリズム１２２内の放射線の合計経路長さは、２ｇである。実施形態の例では、合計経路長さは、約０．５ｍｍ〜最大約１０ｍｍであり得る。図２Ｂは、プリズム１２２の固定的な配置のためのはんだ接合のための間隔２０８を提供し得ることにもまた留意すべきである。
【００５６】
アンビル構成（複数可）及び「力」機構（複数可）
本出願を通して記載されるように、本明細書の実施形態の実施例は、材料及びＡＴＲ光学素子への異なる密着圧力を可能にするための移動を自動的に及び／または手動で提供することができる、コンパクトなＡＴＲ／ＦＴＩＲ光学器具（すなわち手持式）を有益に対象とする。したがって、本出願の新規な部分として、図１に示される器具１００は、最も多くの場合、通信ライン１６２ｊに沿ってプロセッサ１３４を介して垂直にかつ回転して位置付けられることが可能である可動（例えばモーター付）ＡＴＲアンビルアーム１９１の実施形態を含む。かかる配列を使用することは、上述の密着圧力及びよってＡＴＲ素子と未知の試料との間の効率的な結合を可能にする。
【００５７】
しかしながら、モーター付自動制御が好ましい一方で、本明細書の実施形態は、所望の場合、手動の動作もまた含み得ることにも留意すべきである。例えば、手動操作式アンビルアーム１９１は、平行なシャフトベースのシステムとして構成され得、これは、ハウジングから突出し且つアンビルアーム１９１を上下に移動させるネジ機構に接続する内部ギアセットと連結されることが可能であるオフセットノブ（図示せず）を使用する。角度位置θもまた、自動的にまたは手動で制御され得る。多くの場合エンクロージャー１５６のために利用される別の特徴は、凹部１９８（下記で記載される図３Ａ及び図３Ｂに示される）であり、これは、アンビルアーム１９１が収まり且つ器具１００の操作性を妨害し得る突出を最小化するように構成される。さらに、凹部１９８は、追加の実施形態として、ユーザ（複数の手袋をはめたユーザでさえ）にクリアランスを提供し、アンビルポスト１９４を手動で上げることを可能にし、よってその後器具１００の動作の前に試料プラットフォーム１８６（図３Ｂ参照）上でアンビルアーム１９１の角度位置θ（例えば最大約９０度）を可能にする。
【００５８】
したがって、図３Ａ及び図３Ｂは、読者に、本実施形態のより良好な理解を与えるために、図１の囲まれた器具１００の平行透視断面を示す。特に、図３Ａは、ディスプレイ１３６、ＡＴＲプラットフォーム１８６、及びプリズム表面１２２ａ等の、器具１００の上述の素子のうちの全てではないがいくつかを伴うエンクロージャーの例１５６を示す。図３Ａは、設計された非限定的な例のアンビルポスト１９４に連結されたアンビルアーム１９１も示しており、これは、所望の力機構、すなわちアクチュエーター（図示せず）によって、エンクロージャー１５６のクリアランスのために上方に（図３Ａに示されるＺ）、モーター付内部ギアセットを介して移動角度θに（図３Ｂに示される通り）、その後、上述のように、試料材料の垂直方向の圧縮のために下方に駆動され得る。
【００５９】
図３Ｂは、したがって、器具の動作のため、例えば試料材料の走査のために位置付けられるように、高さＺに上げられ、特に表面１２２ａ上の位置に角度θ移動させられたアンビルアーム１９１を有する囲まれた器具１００及び凹部クリアランス１９８の別の平行断面図を示す。対比して、アンビルアーム１９１の洗浄位置は、図３Ｂに示されるものから約１８０度（θ）の回転位置である。アンビルアーム１９１及び周囲の部品の頑丈さを提供するために、かかる素子は、追加の硬度のために、陽極酸化され得、研磨した金属であり得、または例えば物理蒸着でコーティングされ得る。
【００６０】
アーム１９１のための凹状部分１９８を有するだけでなく、さらにアンビルアーム１９１を移動させるためのモーター付力機構を有することの有益な態様は、より小さい形態因子（ノブの突出無し、及びエンクロージャー１５６内のよりせまい空間、ほとんど半分より軽い、より少ない移動部品（望遠鏡、クラッチなし、よって信頼性の増強）、ハウジングを通るより少ない穿孔（漏れを低減する）、洗浄するのがより簡単（屑が詰まる場所がより少ない）、より少ない動作または接触、ユーザの手を危険な可能性がある試料（複数可）から離しておける、オペレータエラーの可能性がより低い（制御された接触圧力（複数可）のため）、より少ないキャッチポイント、及び走査遅延（下記で詳細に記載される）を含む。
【００６１】
図３Ａ及び図３Ｂにおいて概して言及される、エンクロージャー１５６は、望ましくは、器具１００が手持式赤外線分光計として、及び具体的には手持式フーリエ変換赤外線分光計として機能するように、手持式形態因子で構成される。いくつかの実施形態では、エンクロージャー１５６は、手持式デバイスとしてのデバイス１００の動作を容易にするために、システムオペレータの手に合うように配置及び寸法化された狭幅２３２の領域を含み得る。いくつかの実施形態では、エンクロージャー１５６は、図３Ａ及び図３Ｂで概して示されるように、１つ以上の衝撃吸収外部突起２３０もまた含み得る。衝撃吸収外部突起２３０は、例えばゴム等の粘弾性材料から形成（例えば成型）され得、最も多くの場合、エンクロージャー１５６内の部品への機械的振動の伝達を低減または排除するように、及び、概して器具１００の部品を保護するようにも構成される。寸法的態様に関しては、本明細書の実施形態は、驚くべきことに、前述の参照により組み込まれる米国特許第７，９２８，３９１号で開示される設計等の、本出願の譲受人によって提供される以前の版よりもはるかに小さくかつ軽い。例えば、エンクロージャー１５６について図１で言及される典型的な最大寸法ｄは、およそ約２４ｃｍ以下で、幅約１３ｃｍ以下、かつ厚さ５ｃｍ未満である。さらに、アンビル構成は、人間工学的器具に、手持式器具にとって重要な提供である、実質的により少ない曝露された部品を提供する。全重量も、対応して、設計のコンパクトさに基づき、１．６ｋｇ未満に低減される。
【００６２】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなアンビルアーム１９１構成は、よりしばしば、ＡＴＲプリズム１２２の表面１２２ａと危険な可能性がある試料１９０材料との間の密着を提供するようにアンビルアーム１９１を移動させるために、構成されたソフトウェアによって指示される連結されたモーター駆動「力」機構を含むことに、本出願を通して留意すべきである。
【００６３】
図４Ａ及び図４Ｂは、図１、図３Ａ及び図３Ｂのアンビルアーム１９１に結合され得るかかる「力」機構の例示的な概略図である。ＡＴＲプリズム１２２、試料１９０、変調された赤外線ビーム１７４及び反射ビーム１７６、源１０２、ならびに検出器１３２の一般的記載に関係する図４Ａ及び図４Ｂに示される全ての参照符号は、図１に示される器具１００に関して同様に参照される。図４Ａは、したがって、参照符号２００によって一般的に指定された非限定的なモーターベースの力機構を示しており、これは、制御された力をかけるために、回転モーター２０２を使用して、ネジ機構２０５によってアンビルアーム１９１を試料１９０材料に向かって移動させる（両矢印によって示される）。かかる配置は、そうするように構成される場合、当業者に既知のように、ネジ機構２０５を排除して、カム（図示せず）または他の機構を使用することができる。リニアモーター（図示せず）もまた任意の実施形態である。図４Ｂは、代替の非制限的なモーターベースの力機構２００を示し、電磁石２０２’が利用され、制御された力をかけるために、ロッド２０５’を試料１９０に向かって移動させる（再度両矢印によって示されるように）。これは、直接的な移動または力を増加させる機構によるものであり得る。しかしながら、図４Ａ及び図４Ｂに示される力機構が有益である一方で、上述の代替の力機構（アクチュエーター）もまた利用され得ることに留意すべきである。既に記載された例は、ＤＣモーターもしくはソレノイド（プッシュ型ソレノイド）、または既知または所望の制御された圧縮力を提供するために制御された様式で移動させることができる任意の種類の力アクチュエーター（例えば圧電駆動機構、空気圧または油圧アクチュエーター等）を含む。かかるアクチュエーターは、カム又はシザージャッキ構成、またはさらには４バールも含み得、ソレノイドとして構成される場合、かかるソレノイドは、例えば圧力機構を駆動する回転ソレノイドであり得る。かかるアクチュエーターを使用して印加される接触力は、固定された力またはさらにはユーザが選択可能な力であり得る一方で、より多くの場合、試料の分光計特徴に基づく分光計からのフィードバックを通して自動的に制御もされ得る。
【００６４】
走査遅延特徴
危険な疑わしい試料を器具１００で調査又はインテロゲーションするときのような特定の場合において、例えば、試料１９０材料のＡＴＲプリズム１２２との密着を提供したいときに、アンビルアーム１９１（図１、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような）を下向きに移動させることによるかかる材料の圧縮の開始を、一定の時間遅延させることが必要または別様で所望であり得る。したがって、別の実施形態の例は、図１、図３Ａ及び図３Ｂの構成の例によって示されるように、器具１００を用いる任意の未知または疑わしい材料の測定の開始の前に、隣接区域を出るための時間を与えることを可能にするため、アンビルアーム１９１の並進移動を開始するまでの間の遅延の導入を含む。したがって、本明細書に開示される実施形態は、アンビルアーム１９１の移動の開始のタイミングを制御するように構成された多くの場合固定されたしかしより多くの場合ユーザが事前設定した時間遅延（例えば約１５秒以上）を有するプログラム可能タイマーを備え得る。ソフトウェア制御による機械的タイマーもまた代替案として使用され得るが、好ましくは、タイマーはソフトウェアによって電子的に制御される。タイマーは、例えば検出されなかった信号に応答して中断もまたされ得る。繰返すために、上記のように、ユーザは器具に試料を提供し、カウントダウンタイマーを設定する。タイマーがカウントダウンする間、ユーザは遠隔位置に到着することができ、その時間の後、器具１００は試料材料１９０のインテロゲーションを開始することができる。走査が終了すると、ユーザは器具に近付き結果を見ることができる。
【００６５】
より詳細だがなお非限定的な動作の例として、ユーザは多くの場合本明細書に開示されるアンビルアーム１９１をまず上げ、器具１００のディスプレイの例（すなわち図５）によって示されるように、その後「走査ボタン」５０２を押す。しかしながら、図５でグラフィックとして示される「走査ボタン」５０２が器具１００上のタッチスクリーン（例えば図３Ｂに示されるスクリーン１３６）によって提供され得る一方で、走査ボタン機能は、器具１００上の物理的ボタン（図示せず）によっても提供され得ることが理解されるべきである。図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなディスプレイ１３６上のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）（図示せず）を介して、器具１００は、その後、ユーザにＡＴＲ表面１２２ａ及びアンビルアーム１９１の試料接触表面を洗浄するように指示を提供する。ＡＴＲ表面１２２ａ及びアンビルアーム１９１の試料接触表面を洗浄した後、ユーザは「続行」ボタン（図示せず）を押す。器具１００は、背景スペクトルを取得するためにＡＴＲプリズム１２２を走査する。器具１００は、アンビルアーム１９１を上げ（下げられている場合）、アンビル１９１は、図３Ｂに示されるように、洗浄位置から試料位置（すなわち試料プラットフォーム１８６上）に移動する。ＧＵＩを介して器具１００は、ユーザに試料１９０材料をＡＴＲ表面プラットフォーム１８６上に配置するように指示する。ユーザはその後、図５に示されるように、走査遅延時間５０４（例えば２８秒）を選択する。ユーザは「走査ボタン」５０２を再び押し、ユーザが規定の安全距離に移動するための警告５０６を伴って時限カウントダウン（５０４）が開始する。タイマーがカウントダウンしている間、ユーザは隣接区域を出る。選択された走査時間遅延に達すると、器具１００は特定の接触圧力が満足される（例えば電気設定が満足される）までアンビル１９１を下げる。接触圧力が満足されると、器具１００は試料の赤外線（例えばＦＴＩＲ）インテロゲーションを開始し、スペクトルを取得する。その後器具１００は、走査の完了の際にアンビルアーム１９１を上げる。ユーザはその後器具に安全に近づき、１つ以上の走査の結果を見る。
【００６６】
かけられる力を制御するための方法（複数可）
様々な手段が、試料材料にかけられる力を制御するために、本明細書の実施形態によって実施されることが可能である。かかる手段のための最も簡素な設計は、図６の流れ図によって概して示されるように、かけられる接触力のために単一設定を使用するアセンブリに制御された力（複数可）を提供することである。基本的に、図６に示されるように、ユーザは上述のようにＧＵＩを介して器具を開始させる（６０２）。器具はその後、ユーザが走査を開始するのを待つ（６０４）。そして、図１、図３Ａ又は図３Ｂに示されるアンビルアーム１９１は、これも上述されたように時限遅延（走査遅延オプションが選択された場合）の後、移動する（６０５）。アンビルアーム１９１は、移動し、器具１００内の電気最大信号（６０６）に対応したユーザ選択固定力が満足されたことに基づいて停止（６０８）する。特に、本方法は、試料材料に常に同じ力をかける。
【００６７】
代替の設計は、図７の流れ図で概して記載されるように、ユーザが定義した設定で力をプログラム可能にする。したがって、図７に示されるように、ユーザは上述のようにＧＵＩを介して器具を開始させる（７０２）。ユーザには、具体的な材料または状況に基づく所定の最大力設定についてのルックアップテーブルが提供される（７０４）。選択により、所定の力設定に基づく電気設定が、図１に示される器具１００内で構成される（７０５）。その後、器具はユーザが走査を開始するのを待つ（７０６）。図１、図３Ａ又は図３Ｂに示されるアンビルアーム１９１は、電気設定に基づき時限遅延（走査遅延が選択された場合）の後、移動する（７０８）。アンビルアーム１９１は移動し続け、電気最大信号（７１０）に対応するプログラムされた力で停止する（７１２）。したがって、かかる設計は、ユーザが離散的な設定を通して、または所定の使用事例を選択することによって、力を選択することを可能にする。かかるモードの操作では、器具１００は、アンビルアーム１９１が移動する度毎に、所定の設定を使用する。
【００６８】
より複雑な設計では、アンビルアーム１９１の移動は、光ビーム経路の検出端でセンサー（例えば図１に示される検出器１３２）によって制御されるように構成される。動作のかかるモードは、概して図８の流れ図によって示される。したがって、図８に示されるように、ユーザは上述のようにＧＵＩを介して器具を開始させる（８０２）。ユーザには、具体的な材料または状況に基づく所定の最大力設定についてのルックアップテーブルが提供される（８０４）。選択により、所望の力設定に基づく電気設定が、図１に示される器具１００内に構成される（８０５）。器具はその後ユーザが走査を開始するのを待つ（８０６）。図１、図３Ａ又は図３Ｂに示されるアンビル１９１は、上述のように時限遅延（走査遅延オプションが選択された場合）の後、移動する（８０８）。アンビル１９１は、電気設定に基づいて移動し続け（８０８）、その間、器具１００が図１の赤外線（ＩＲ）検出器１３２によって提供される信号強度を同時にかつ連続的にクエリーする（８１０）。信号強度（すなわち試料分光学的特徴強度）が妥当な信号を提供すると、アンビルは停止する（８１６）。そうでない場合、アンビル力は継続し、アンビルアーム１９１は、電気最大信号（すなわち、ルックアップテーブル８０４によって提供された所望の力）が満足されるか（８１４）、またはセンサー８１２によって提供されるフィードバックとしての信号強度（すなわち分光学的特徴強度）が器具１００によって許容可能であるときにのみ移動を停止する（８１６）。この動作モードは、アンビルアーム１９１が、妥当な信号のために十分な接触圧力があればすぐに移動を停止することを可能にする。これは、ユーザが読み取りを得るために十分な圧力のみをかけたいと望む場合、感圧材料のために最適化されることに留意すべきである。
【００６９】
図８の方法の別の実施形態は、アンビルアーム１９１が試料１９０材料に力をかける前に、初期走査をすることを含み得る。本構成では、十分な信号がある場合、器具１００は、追加の力をかけるためにアンビルアーム１９１を使用することなく、試料識別を完了するようにプログラムされ得る。
【００７０】
印加される力を制御するための方法の他の変形は、制御ループへの入力としてのＡＴＲ上の力を測定するためにロードセルを介するものであり得る。ループの一部は、アンビルアーム１９１が最大力であり、信号強度が低いと判断し得る。かかる状況では、器具１００は、アンビルアーム１９１を上げ、そして、試料を十分な接触力でＡＴＲ上に再び据えるのに十分な程度で試料を移動させようとして、アンビルアーム１９１を下方へ押し下げようとし得る。別の非限定的な変形は、アンビルアーム１９１が最大力でかつ信号がなお低すぎる場合、走査を停止することである。停止した後、器具１００は視覚または聴覚警告でユーザに不良について通知し得る。
【００７１】
先行の説明は、試料を識別するためのＦＴＩＲ吸収情報の使用に焦点を当ててきた。いくつかの実施形態では、試料を識別するために、赤外線吸収情報に加えて試料情報が使用され得る。例えば、器具１００は、対象の試料を識別するために、他の走査システムと協働するように構成され得る。好適な他の走査システムは、例えば、手持式及び非手持式Ｒａｍａｎ走査システムを含み得る。試料を識別するために、試料はまず、試料についてのＲａｍａｎ散乱情報に基づいて試料の識別を判断するように構成されるＲａｍａｎ走査システムで走査され得る。Ｒａｍａｎ走査システムによって判断される識別は、図１に示されるように、その後器具１００に送信され、通信インターフェース１４２を介して受信される。
【００７２】
器具１００は、米国特許第７，９２８，３９１号に同様に開示されるように、Ｒａｍａｎ散乱に基づき試料の識別を別個に判断するための単一手持式デバイスとしても構成され得、該特許の開示はここで参照によりその全体が組み込まれる。したがって、ＦＴＩＲ情報及びＲａｎｍａｎ散乱情報によって判断される識別が一致する場合、器具１００は成功した識別をシステムオペレータに報告もまたし得る。識別が一致しない場合、測定デバイス１００は、失敗した識別を報告し得る。より一般的に、Ｒａｍａｎ走査システム及び器具１００の両方は、試料の識別、及び測定された試料情報と試料についての参照情報との間の対応の程度に関連する数的スコアまたは測定基準（指標）を判断するように構成され得る。器具１００は、その後報告される識別及び測定基準の値に基づいて、識別プロセスが成功であったかどうか、及び試料の報告された識別がどの程度信頼できるものであるかを判断することができる。
【００７３】
本出願に含まれる説明は、基本的な説明としての役割を果たすことが意図される。本発明は示される及び記載される様々な実施形態に従って記載されてきたが、当業者は、実施形態の変形があり得、これらの変形は本発明の精神及び範囲内であり得ることを容易に認識するだろう。読者は、具体的な説明が可能な全ての実施形態を明示的に記載し得ないことに気付くべきであり、多くの代替案が明示的である。かかる修正等は、十分に当業者の能力の範囲内であり、本発明の範囲及び精神の範囲内であると考えられる。結果として多くのかかる修正は、本発明の精神、範囲、及び本質から逸脱することなく、当業者によってなされ得る。説明、図面、または用語のいずれも、本発明の範囲を限定することを意図されず、本発明は請求項によって定義される。
以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１）手持式内部反射装置であって、手持式エンクロージャーと、前記手持式エンクロージャー内に配置され、かつ前記手持式エンクロージャーの外部に試料接触表面を提供するようにも構成された、内部反射素子と、前記手持式エンクロージャー内に含まれる光アセンブリであって、前記光アセンブリが放射線源及び放射線検出器をさらに備え、前記源が放射線を前記試料接触表面に向かって方向付けるように構成され、前記検出器が前記試料接触表面と光学的に相互作用する前記源の放射線を検出するように構成された、光アセンブリと、試料接触アームと、前記試料接触アームに連結される力アクチュエーターと、前記手持式エンクロージャー内に構成され、かつ前記力アクチュエーター、前記放射線源、及び前記放射線検出器に電子的に連結される、プロセッサと、を備え、前記プロセッサが、前記試料接触アームと前記試料接触表面との間に配置された試料にかけられる制御された接触力を前記力アクチュエーターに指示し、前記制御された接触力が満足された後、前記電子プロセッサが、前記放射線検出器によって受信された試料情報を分析する、手持式内部反射装置。
（実施態様２）前記プロセッサが、時間遅延間隔後に器具の動作を開始するようにさらに構成される、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様３）前記力アクチュエーターが、モーター付アクチュエーター、ソレノイド、電磁ソレノイド圧電アクチュエーター、空気圧アクチュエーター、油圧アクチュエーター、カムアクチュエーター、４バール、及びシザージャッキアクチュエーターから選択される、少なくとも１つのアクチュエーターである、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様４）前記ソレノイドが、力機構を駆動させるようにさらに構成される回転ソレノイドである、実施態様３に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様５）前記プロセッサに制御された接触力が、固定された力である、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様６）前記プロセッサに制御された接触力が、ユーザが選択可能な力である、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様７）前記制御された接触力が、前記検出器によって受信されるフィードバック分光学的特徴に基づいて自動的に制御される力として前記プロセッサによって構成される、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様８）前記試料接触アームが、手動で動作させられるようにさらに構成されている、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様９）前記手持式エンクロージャーが、前記試料接触アームが収まることを可能にし且つ前記手持式内部反射装置の突出を最小化するための凹部を伴って構成されている、実施態様１に記載の手持式内部反射装置。
（実施態様１０）手持式内部反射方法であって、ＡＴＲ手持式器具を伴って構成された試料接触アームを、試料上の所望の位置に移動させるステップと、プロセッサに制御された力アクチュエーターを使用して、前記試料接触アームを軸方向に移動させる軸方向移動ステップであって、前記試料接触アームの移動が、前記試料及び内部反射素子の測定表面にかけられる制御された接触力を提供する、前記軸方向移動ステップと、前記試料及び前記内部反射素子の前記測定表面にかけられる前記制御された接触力が、前記ＡＴＲ手持式器具内で構成された所定の力設定を満足する、または試料材料の妥当なフィードバック分光学的信号を提供した後に、試料接触アームの移動を停止するステップと、を含む、方法。
（実施態様１１）前記試料の測定を可能にするために前記試料接触アームを軸方向に移動させる前に、時間遅延間隔を提供して、ユーザが隣接区域から安全に離れて移動することを可能にするステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１２）前記時間遅延間隔を設定した後に、前記隣接区域を出るメッセージを前記ユーザに表示するステップをさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
（実施態様１３）エネルギー及び感圧材料から選択される試料の最大接触力に相関するルックアップテーブルを提供するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１４）前記ルックアップテーブルに基づいて構成された電気設定によって前記試料アームを移動させるステップをさらに含み、前記構成された電気設定が、最大で前記最大接触力である、前記試料及び前記内部反射素子の前記測定表面にかけられる制御された接触力を提供する、実施態様１３に記載の方法。
（実施態様１５）前記試料アームを移動させて、前記試料及び前記内部反射素子に構成された固定された力を提供するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１６）入力に基づいて前記試料アームを移動させて、前記試料及び前記内部反射素子にユーザが選択可能な力を提供するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１７）前記検出器によって受信されたフィードバック分光学的特徴に基づいて前記試料アームを移動させて、前記試料及び前記内部反射素子に、自動的に制御された力を提供するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１８）前記試料接触アームが前記試料に力をかける前に初期走査をするステップをさらに含み、信号が所定のレベルを満足する場合、前記試料接触アームを使用して追加の力をかけることなく前記測定が完了され得る、実施態様１５、１６、または１７のいずれか一項に記載の方法。
（実施態様１９）オペレータが遠隔位置にいる間に、時限動作で前記試料から圧力を除去するステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様２０）ロードセルを介してかけられる力を制御し、制御ループへの入力としてロードセルを介した前記ＡＴＲ上の前記力を測定するステップと、前記プロセッサが所定の最大力及び低い試料信号を検出する場合、前記試料接触アームを軸方向に上げるステップと、前記試料接触アームを前記試料と接触するように軸方向に戻し、前記試料を所望の接触力で再び据えるステップをさらに含む、実施態様１０に記載の方法。
（実施態様２１）前記試料接触アームが最大力にあり、前記信号がなお低すぎる場合、走査を停止するステップをさらに含み、停止後に前記器具が視覚または聴覚警告でユーザに不良について通知し得る、実施態様２０に記載の方法。
【図１】
0006453867.tif 000002
【図２Ａ】
0006453867.tif 000003
【図２Ｂ】
0006453867.tif 000004
【図３Ａ】
0006453867.tif 000005
【図３Ｂ】
0006453867.tif 000006
【図４Ａ】
0006453867.tif 000007
【図４Ｂ】
0006453867.tif 000008
【図５】
0006453867.tif 000009
【図６】
0006453867.tif 000010
【図７】
0006453867.tif 000011
【図８】
0006453867.tif 000012