(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムと
を備え、
前記光学システムは、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体、および、
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束された入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体を含み、
前記アクチュエーター組立体は、前記回転ミラー組立体に連結され、前記角度の付けられたミラー面を回転させて前記励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合された回転モーターを含み、
前記回転モーターが、前記回転モーターの駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されており、
前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、分光器。
【請求項２】
前記回転ミラー組立体が、可撓性のマウントを介して前記回転モーターの前記駆動軸に連結されている、請求項１に記載の分光器。
【請求項３】
前記可撓性のマウントが、少なくとも１つのスプリングを含む、請求項２に記載の分光器。
【請求項４】
回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に固定して取り付けられている、請求項１に記載の分光器。
【請求項５】
前記回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に緩結合されている、請求項１に記載の分光器。
【請求項６】
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、請求項１に記載の分光器。
【請求項７】
前記回転ミラー組立体が、多面的かつ多角度のミラー組立体を含む、請求項１に記載の分光器。
【請求項８】
前記回転ミラー組立体が、集束ミラーを含む、請求項１に記載の分光器。
【請求項９】
前記分光器が、前記サンプルから受け入れられる複数の信号を平均化する、請求項１に記載の分光器。
【請求項１０】
前記アクチュエーター組立体が、第２の回転ミラー組立体に連結されている第２の回転モーターを含み、
前記入射ビームが、前記回転ミラー組立体から前記第２の回転ミラー組立体へ方向付けされる、請求項１に記載の分光器。
【請求項１１】
第１の磁石が、前記回転モーターの駆動軸または前記回転ミラー組立体に連結されており、前記分光器の固定された要素に磁気的に結合することによって、前記駆動軸または前記回転ミラー組立体をそれぞれ固定された位置に整列させるように適合されている、請求項１に記載の分光器。
【請求項１２】
前記分光器の前記固定された要素が、第２の磁石を含む、請求項１１に記載の分光器。
【請求項１３】
前記磁石が、永久磁石および電磁石のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の分光器。
【請求項１４】
第１の磁石が、前記アクチュエーター組立体に隣接して前記分光器に物理的に連結されており、前記回転モーターの前記駆動軸または前記回転ミラー組立体に物理的に連結されている要素に磁気的に結合するように適合されており、所定の位置において前記ミラー面表面を整列させるように適合されている、請求項１に記載の分光器。
【請求項１５】
分光サンプルの表面全体に分光器の集束入射ビームを移動させる方法であって、
励起信号の入射ビームを発生させるステップと、
前記分光器の光学システムを介して前記サンプルに向けて前記入射ビームを方向付けするステップであって、前記光学システムは可動ミラーを含むステップと、
前記分光器のサンプル上に前記入射ビームを集束させるステップと、
駆動軸を回転させて回転モーターの前記駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、前記サンプルの表面全体に前記入射ビームを移動させるステップと、
前記サンプルから分光信号を受け入れるステップと、
前記分光信号を検出するステップと
を含み、
前記駆動軸が回転すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、方法。
【請求項１６】
前記検出するステップの動作が、前記サンプルから受け入れられた複数の分光信号を平均化することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグを検出することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグの濃度を検出することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
分光器において、
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムであって、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
回転ミラー組立体、および
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体
を含む光学システムと、
磁石、および前記磁石に磁気的に結合するように適合されている第２の要素を含む磁気的な位置決めシステムであって、少なくとも１つの前記磁石を前記第２の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように構成される磁気的な位置決めシステムと
を備え、
前記磁石および前記第２の要素のうちの一方が前記アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、前記磁石および前記第２の要素のうちの他方が前記アクチュエーター組立体に隣接する位置で前記分光器の中に固定されており、
前記アクチュエーター組立体が、駆動軸を有する回転モーターを含み、
前記回転モーターが、前記駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されており、
前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、分光器。
【請求項２１】
前記第２の要素が、第２の磁石を含む、請求項２０に記載の分光器。
【請求項２２】
前記磁気的な位置決めシステムが、前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように適合されている、請求項２０に記載の分光器。
【請求項２３】
前記磁気的な位置決めシステムが、直接的にまたは間接的に前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように構成されている、請求項２２に記載の分光器。
【請求項２４】
前記アクチュエーター組立体が、前記回転ミラー組立体が装着される可撓性の要素を含み、
前記磁気的な位置決めシステムが、前記可撓性の要素の移動を制限して前記所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように適合されている、請求項２０に記載の分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
[0001]本出願は、２０１１年８月３１日にマーク・ワトソンらによって出願された「Spectrometer」という表題の米国特許出願第１３／２２１，８９９号の一部継続出願であり、それは、本明細書で完全に述べられているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
[0002]また、本出願は、２０１０年８月３０日にキャロンによって出願された米国仮特許出願第６１／３７８，３８３号、２０１０年１２月１日にキャロンによって出願された米国仮特許出願第６１／４１８，５４０号、および、２０１１年３月７日にキャロンらによって出願された米国仮特許出願第６１／４５０，１２３号の利益を主張し、その仮出願のそれぞれは、本明細書で完全に述べられているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００３】
[0003]本発明は、分光器に関する。とりわけ、本発明は、サンプルの全体に集束入射ビームを移動させるように構成されている分光器に関する。
【背景技術】
【０００４】
[0004]合理的なスペクトル分解能を維持しながら、比較的に大きいスペクトル領域を提供する分光器（たとえば、ラマンまたは発光（たとえば、蛍光、リン光、化学発光）分光器）が提供される。特定のタイプの分光器が下記に説明されているが（たとえば、ラマンおよび蛍光）、これらは、分光器のスペクトル分解能を維持しながら、サンプルの全体に集束ビームを移動させ、より大きいサンプリング領域を提供するのと同様の様式で使用され得る分光器の単なる例である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]１つの実装形態では、励起信号を提供する励起源と、分光信号を検出する検出器と、励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を受け入れ、分光信号を検出器へ提供する光学システムとを含む分光器が提供される。光学システムは、励起源からの入射ビームを集束させる集束レンズと、角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体と、サンプルの表面の全体に集束入射ビームを移動させるために回転ミラー組立体を制御するアクチュエーター組立体とを含み、アクチュエーター組立体は、回転モーターを含み、回転モーターは、回転ミラー組立体に連結されており、かつ、角度の付けられたミラー面を回転させて、励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合されている。
【０００６】
[0006]別の実装形態では、分光サンプルの表面全体に分光器の集束入射ビームを移動させる方法が提供される。この実装形態では、方法は、励起信号の入射ビームを発生させるステップと、分光器の光学システムを介してサンプルに向けて入射ビームを方向付けするステップであって、光学システムは可動ミラーを含むステップと、分光器のサンプルに入射ビームを集束させるステップと、駆動軸を回転させることによって回転モーターの駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、サンプルの表面全体に入射ビームを移動させるステップと、サンプルから分光信号を受け入れるステップと、分光信号を検出するステップとを含む。
【０００７】
[0007]１つの実装形態では、磁気的な位置決めシステムを含む分光器が提供される。この実装形態では、分光器は、励起信号を提供する励起源と、分光信号を検出する検出器と、励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を受け入れ、分光信号を検出器へ提供する光学システムと、磁気的な位置決めシステムとを含む。光学システムは、励起源からの入射ビームを集束させる集束レンズと、可動ミラーと、サンプルの表面の全体に集束入射ビームを移動させるために、可動ミラーを制御するアクチュエーター組立体とを含む。磁気的な位置決めシステムは、磁石、および、磁石に磁気的に結合するように適合されている第２の要素を含む。磁気的な位置決めシステムは、少なくとも１つの磁石を第２の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に可動ミラーを位置決めするように構成されている。磁石および第２の要素のうちの一方が、アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、磁石および第２の要素のうちのもう一方が、アクチュエーター組立体に隣接する分光器に固定されている。
【０００８】
[0008]本発明の先述のおよび他の態様、特徴、詳細、実用性、および利点は、以下の明細書および請求の範囲を読み、添付図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]ターゲットの表面の全体に集束ビームを移動させるように構成されている分光器の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】[0010]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の例示的な実装形態を示す図である。
【図３】[0011]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の別の例示的な実装形態を示す図である。
【図４】[0012]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体のさらなる別の例示的な実装形態を示す図である。
【図５】[0012]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体のさらなる別の例示的な実装形態を示す図である。
【図６】[0013]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体のさらなる別の例示的な実装形態を示す図である。
【図７】[0014]サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の別の例示的な実装形態を示す図である。
【図７Ａ】[0015]サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の他の例示的な実装形態を示す図である。
【図７Ｂ】[0015]サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の他の例示的な実装形態を示す図である。
【図８】[0016]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体のさらなる別の例示的な実装形態を示す図である。
【図９】[0017]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体の別の例示的な実装形態を示す図である。
【図１０】[0018]サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体２００のさらなる別の例示的な実装形態を示す図である。
【図１１】[0019]図２〜図５および図１０に示されている実装形態のモーターを制御するために使用され得る例示的なモーター駆動波形の波形を示す図である。
【図１２】[0019]図２〜図５および図１０に示されている実装形態のモーターを制御するために使用され得る例示的なモーター駆動波形の波形を示す図である。
【図１３】[0020]分光器のための例示的な焦点領域を示す図である。
【図１４】[0021]繊維認証タグを検出するための例示的な実装形態を示す図である。
【図１５】[0022]繊維認証タグについての例示的なスペクトル、およびスペクトルの一次微分を示す図である。
【図１６】[0023]繊維認証タグを検出するための例示的な実装形態を示す図である。
【図１７】[0024]単一ポイント焦点測定およびラスター測定によって検出される例示的なスペクトルを示す図である。
【図１８】[0025]ラスター測定を使用して平均化することの例示的な説明図である。
【図１９】[0026]不均質なサンプルについての単一ポイント測定およびラスター測定の例示的な説明図である。
【図２０】[0027]サンプル不均質性に起因する測定信号の大きい変化を除去することの例示的な説明図である。
【図２１】[0028]サンプルが希釈されるにつれて、サンプル表面のラスタースキャンにおいて観察される信号の例示的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0029]合理的なスペクトル分解能を維持しながら、比較的に大きいスペクトル領域を提供する分光器（たとえば、ラマンまたは発光（たとえば、蛍光、リン光、化学発光）分光器）が提供される。特定のタイプの分光器が下記に説明されているが（たとえば、ラマンおよび蛍光）、これらは、分光器のスペクトル分解能を維持しながら、サンプルの全体に集束ビームを移動させ、より大きいサンプリング領域を提供するのと同様の様式で使用され得る分光器の単なる例である。
【００１１】
[0030]１つの実装形態では、たとえば、ＳＥＲＳ活性ターゲット（たとえば、繊維）の迅速な認証（たとえば、１０秒未満を必要とするポイント＆シュート法）を提供する、比較的に低コストのハンドヘルド式ラマン（または、他の）分光器が提供される。たとえば、分光器は、プログラム可能な内蔵式のタガント（taggant）マッチング能力を使用することが可能である。様々な実装形態では、この機器は、ＳＥＲＳ活性材料の接触検出および／またはスタンドオフ検出（たとえば０〜２メートルの距離からの織物基材）のために使用され得る。
【００１２】
[0031]別の実装形態では、蛍光（または、他の）分光器は、タグ付きのターゲットの表面の全体に集束ビームをラスターする（あるいは、移動させる）。１つの変形例では、たとえば、分光器は、サンプルから受け入れられる信号を平均化する。添付書面に説明されているように、サンプルの全体にラスターされた励起ビームから受け入れられる平均化された信号は、不均一なサンプルの中に分散されたタグまたは他の検出可能な要素の濃度を検出するために使用され得る。したがって、サンプル（たとえば、タグ付きのペイント）の濃度が知られている場合には、平均化された分光器信号が、サンプルが既知の濃度から希釈されたかどうかということを検出するために使用され得る。
【００１３】
[0032]図１は、ターゲットの表面の全体に集束ビームを移動させるように構成されている分光器２０の例示的な実施形態を示している。特定の例は、ラマン分光器を示しているが、発光分光器などのような他のタイプの分光器も、本明細書の説明に基づいて容易に設計され得る。図１に示されているように、分光器２０は、励起源２２を含む。ラマン分光器では、たとえば、励起源２２は、典型的に、レーザー光源を含む。一実施形態では、たとえば、励起源２２は、ダイオードレーザーを含む。ダイオードレーザーは、たとえば、励起源２２から複数の波長を提供することが可能である。分光器２０は、フィルター２４をさらに含む。フィルター２４は、励起源２２からスプリアス発射を除去するなど、励起源２２の出力にフィルターをかける。
【００１４】
[0033]分光器２０は、光学システム２５をさらに含む。光学システム２５は、サンプル２８に向けて入射ビーム２６を方向付けし、サンプル２８から分光信号を受け入れる。図１に示されている実施形態では、たとえば、光学システム２５は、ダイクロイックビームスプリッターミラー３０を含む。しかし、入射ビーム２６は、入射ビーム２６の経路の中に位置付けされている任意の介在機器コンポーネントを備えることなく、サンプル２８に方向付けされてもよい。また、入射ビーム２６は、ミラー、ホログラフィック透過要素、ミラーの中に孔部を備えて形成されたミラー、または、当技術分野で知られている入射ビームを方向付けするための任意の他の手段によって方向付けされてもよい。
【００１５】
[0034]光学システム２５は、サンプル２８の表面の全体に入射ビームを移動させるための手段をさらに含む。一実施形態では、たとえば、アクチュエーター組立体３１は、光学システム２５の１つまたは複数の要素（たとえば、可動ミラー３２）を移動させ（たとえば、振動させ）、サンプル２８の表面の全体に集束ビームを移動させる。アクチュエーター組立体３１は、たとえば、可動ミラー３２を制御し、サンプル２８の表面の全体に集束入射ビーム２６を移動させることが可能である。アクチュエーター組立体３１は、たとえば、可動ミラー３２を制御し、任意の経路またはパターンで、サンプル２８の表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。１つの実装形態では、たとえば、アクチュエーター組立体３１は、サンプルの表面の全体に、１つまたは複数の線、円形、楕円形、または他の経路をトレースするような様式で、可動ミラー３２を制御することが可能である。下記に説明されている図２から図１０は、分光器２０において使用するための多数の例示的なアクチュエーター組立体３１を説明している。
【００１６】
[0035]入射ビーム２６は、レンズ３４を通してさらに方向付けされ得る。一実施形態では、レンズ３４は、入射ビーム２６の経路の中に集束レンズを含む。集束レンズは、入射ビーム２６をサンプル２８に結び付け、サンプルから分光信号（たとえば、ラマン散乱光）を収集する。別の実施形態では、２つ以上のレンズ３４が、入射ビーム２６がサンプル２８に衝突する前に、入射ビーム２６の経路の中に位置付けされ得る。様々な実施形態では、分光器２０は、入射ビーム２６をサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を収集するための他の光学要素を含むことが可能である。分光器２０の光学システムは、たとえば、コリメートビームチューブまたは光ファイバー導波管などのような要素を含むことが可能である。様々な分光器の光学システムにおいて使用され得るコリメートビームチューブまたは光ファイバー導波管の例として、たとえば、米国特許第７，４０３，２８１号を参照されたい。
【００１７】
[0036]入射ビーム２６は、サンプル２８に衝突すると、分光器２０によって検出されることとなる分光信号を誘発または発生させる。ラマン分光では、たとえば、入射ビーム２６は、サンプル２８に衝突すると、散乱放射線を誘発または発生させ、その散乱放射線は、入射ビーム２６とは異なるエネルギー差、および、入射ビーム２６とは異なる１つまたは複数の波長、または、便宜上、本明細書でラマンビームとして説明されているラマンシフトを有する。上記に述べられているように、また、図１に示されているように、一実施形態では、分光器２０は、ダイクロイックビームスプリッターミラー３０などのようなビームスプリッターを含む。分光信号３６（たとえば、ラマンビーム）は、１８０度の後方散乱の幾何学形状で、レンズ３４およびダイクロイックビームスプリッターミラー３０を通過して戻るように方向付けされる。入射ビーム２６も分光信号３６も共線的である（ｃｏ−ｌｉｎｅａｒ）必要はない。しかし、図１に示されている実施形態では、分光信号３６は、ダイクロイックビームスプリッターミラー３０を通過して、次いで、フィルター要素３８を通過して戻る。一実施形態では、フィルター要素３８は、ロングパスフィルターを含み、ロングパスフィルターは、分光信号３６をスペクトルへと分散させる前に、（たとえば、光源２２または別の供給源からの）外部からの放射線を除去する。代替的に、フィルター要素３８は、ノッチフィルター、または、弾性散乱放射線を拒絶することができる任意の他のフィルターを含むことが可能である。
【００１８】
[0037]分光信号３６は、入力集束レンズ４０をさらに通過することが可能であり、入力集束レンズ４０は、分光信号３６を空間フィルター４１におけるポイントに集束させる。一実施形態では、たとえば、空間フィルター４１は、開口、スリット、またはノッチを含み、入力集束レンズ４０の焦点に位置付けされている。空間フィルター４１は、入力集束レンズの焦点におけるビームに空間的にフィルターをかける。
【００１９】
[0038]図１に示されている分光器２０は、コリメーティングレンズ４２をさらに含み、コリメーティングレンズ４２は、発散する分光信号３６が空間フィルター４１の開口（たとえば、開口、スリット、またはノッチ）を通過した後に、発散する分光信号３６をコリメートする。コリメーティングレンズ４２は、再コリメートされたラマンビームを回折格子４４に向けてさらに方向付けする。回折格子４４は、ラマンビームを空間的に分離された波長へと分割する光学要素を含む。回折格子４４は、分割されたラマンビーム４６を検出器４８に向けてさらに方向付けする。分割されたラマンビーム４６は、検出器集束レンズ５０を通過し、検出器集束レンズ５０は、分割されたラマンビーム４６の空間的に分離された波長を検出器４８に集束させる。
【００２０】
[0039]検出器４８は、光学エネルギーを電気信号へ変換する変換器を含む。一実施形態では、たとえば、検出器４８は、個々の変換器のアレイを含み、個々の変換器のアレイは、ラマンスペクトルの空間的に分離された波長を表す電気的なパターンを生成させる。ＣＣＤ（charge-coupled  device）アレイは、たとえば、本発明の一実施形態では、検出器４８として使用され得る。別の実施形態では、インジウム−ガリウム−ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）検出器４８である。また、当技術分野で知られている他の検出器も、本発明の分光器の中で使用され得る。
【００２１】
[0040]分光器２０は、分光器２０の動作を制御するための制御電子機器５２をさらに含む。制御電子機器５２は、たとえば、光源２２、アクチュエーター組立体３１、検出器４８、（たとえば、光源または検出器のための）温度制御要素、ならびに、分光器への、および／または、分光器からのデータ転送の動作を制御することが可能である。一実施形態では、制御電子機器５２は、分光器のハウジングの中の単一のＰＣボードに統合され得る。また、制御電子機器５２は、１つまたは複数の独立したコンポーネントおよび／または１つまたは複数の集積回路コンポーネントを含むことも可能である。
【００２２】
[0041]一実施形態では、制御電子機器５２は、外部デバイスと通信するための手段を含むことが可能である。通信するための手段は、たとえば、外部コンピューター、ＰＤＡ（personal  data  assistant）、またはネットワークなどと通信するための有線または無線の通信ポートを含むことが可能である。有線の通信ポートは、たとえば、パラレル、シリアル、ＵＳＢ（universal  serial  bus）、ファイヤーワイヤー（登録商標）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、モデム、ケーブルモデム、または、当技術分野で知られている他の有線の通信ポートを含むことが可能である。無線の通信ポートは、たとえば、ｖｉａおよび赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ、ＩｒＤＡ、無線モデム、または、当技術分野で知られている他の無線通信ポートなどのような、外部デバイスと無線通信するためのアンテナを含むことが可能である。制御電子機器５２は、ポータブルデバイスのためのバッテリーから電力を与えられ、または、当技術分野で知られているような外部供給部から電力を受け入れるための電力入力を含むことが可能である。バッテリーまたは電源回路（たとえば、整流器）は、分光器２０のハウジングの中に配置され得る。
【００２３】
[0042]ラマン分光では、分光器２０は、サンプル２８のラマンスペクトルを検出するように動作する。ラマンスペクトルを検出するために、光源２２は、レーザー光源の中にレーザー入射ビームを発生させるなど、励起放射線の入射ビーム２６を発生させるように活性化される。一実施形態では、たとえば、光源２２の温度が、光源２２によって発生させられる入射ビーム２６の出力周波数を制御するように制御される。励起放射線の入射ビーム２６は、フィルター２４を通過し、フィルター２４は、入射ビームからスプリアス発射を除去する。入射ビーム２６は、ビームスプリッターミラー３０からサンプル２８に向けて反射される。入射ビーム２６は、出力集束レンズ３４によって、サンプル２８に集束させられる。
【００２４】
[0043]入射ビーム２６は、サンプル２８からラマン散乱光を発生させる。ラマン散乱光は、出力集束レンズ３４によって受け入れられ、ビームスプリッターミラー３０を通して伝送されて戻る。この実施形態では、ビームスプリッターミラー３０は、ラマン散乱光を、ミラー３０を通してフィルター３８へ渡す。フィルター３８から、ラマン散乱光は、入力集束レンズ４０を通過し、開口、スリット、またはノッチなどのような空間フィルター４１に集束させられる。ラマン散乱光は、空間的にフィルターをかけられ、コリメーティングレンズ４２に向けて発散する。コリメーティングレンズ４２は、発散するラマン散乱光をコリメートし、光を回折格子４４へ伝送し、回折格子４４は、ラマン散乱光を空間的に分離された波長へと分割し、その波長を検出器要素４８に向けて方向付けする。ラマン散乱光の空間的に分離された波長は、検出器集束レンズ５０を通過し、そして、ラマン散乱光の空間的に分離された波長を表す放射線の集束バンドへと集束させられる。放射線の集束バンドは、検出器集束レンズ５０によって検出器４８にさらに方向付けされる。
【００２５】
[0044]この特定の実装形態では、検出器４８は、個々の変換器のアレイを含み、個々の変換器のアレイは、個々の変換器のそれぞれにおいて受け入れられる放射線の強度に対応する電気信号をそれぞれ発生させる。検出器の個々の変換器において発生させられる電気信号は、サンプル２８のラマンスペクトルの空間的に分離された波長を表す。電気信号は、制御電子機器５２によって検出器から読み取られる。一実施形態では、たとえば、分光器２０は、次いで、分光器自身のディスプレイまたはインジケーターなどを介して、検出されたラマンスペクトルをユーザーに提示することが可能である。別の実施形態では、分光器２０の制御電子機器は、データストレージ要素（たとえば、メモリー、テープ、もしくはディスクドライブ、またはメモリースティックなど）に記憶されたルックアップテーブルを含むことが可能である。この実施形態では、制御電子機器５２は、検出器からの信号をルックアップテーブルの中に記憶された値と比較し、ラマンスキャンの結果を決定する。次いで、分光器２０は、分光器のディスプレイまたはインジケーターなどを介して、結果をユーザーに提示する。結果は、たとえば、サンプルの中の１つまたは複数の化学物質または物質の存在または不存在を示すことが可能であり、分光器によって検出される化学物質または物質の量または濃度をさらに示すことが可能である。
【００２６】
[0045]他の実装形態では、検出器４８は、１つまたは複数の予想されるスペクトルの特徴（たとえば、ラマン特徴）を迅速にスキャンする１つまたは複数の個々の変換器を含むことが可能である。そのようなシステムの例が、Ｃａｒｒｏｎらによって２０１１年６月１５日に出願された「Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」という表題の米国特許出願第１３／１６１，４８５号に開示されており、それは、それが教示および示唆するすべてに関して、その全体が、参照により本明細書に組み込まれている。
【００２７】
[0046]図２は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体６０の例示的な実装形態を示している。アクチュエーター組立体６０は、たとえば、分光器の光学システムの１つまたは複数の要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいはサンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。
【００２８】
[0047]図２に示されている特定の実装形態では、ミラー６２（または、他の光学要素）が、可撓性の梁６４に連結されている。ミラー６２は、たとえば、図１に示されている可動ミラー３２に対応するものでありうる。可撓性の梁６４の第１の近位端部６６は、アンカー固定されており、可撓性の梁６４の第２の遠位端部６８は、ミラー６２に連結されている。可撓性の梁は、第１の近位端部６６においてアンカー固定され、第２の遠位端部６８においてミラー６２に連結されるように示されているが、可撓性の梁６４は、可撓性の梁６４の長さＬに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および／または、ミラー６２に連結され得る。梁６４は、（たとえば、曲げおよび／または捩じりの力に起因して）撓むので、ミラー６２は、集束レンズなどのような、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁６４の移動は、たとえば、ミラー６２の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。コリメートされた入射ビームは、ミラー６２に当たり、次いで、固定式の出力レンズ７６を通してサンプル７８のスポットに集束させられる。照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター７０の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化（たとえば、急激に、または一定の割合で増減、換言すればランプ）させられてもよい。
【００２９】
[0048]可撓性の梁６４は、任意の比較的に可撓性の材料を含むことが可能である。１つの実装形態では、たとえば、可撓性の梁は、ポリスチレンの１／８”または３／３２”チューブを含むことが可能である。また、エネルギーを極度に吸収することなく振動することができる他の比較的に高い弾性率の材料（たとえば、真鍮製のまたは螺旋状の鋼製スプリング）も使用され得る。
【００３０】
[0049]可撓性の梁６４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図２に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト７２を含むモーター７０（たとえば、携帯電話のバイブレーターモーター）が、可撓性の梁のアンカー点（たとえば、第１の近位端部６６）からオフセットされて、可撓性の梁６４に連結されている。モーター７０が励起されると、オフセットウェイト７２は、可撓性の梁６４を振動させ、可撓性の梁６４に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、可動ミラー６２を含み、可動ミラー６２は、分光器からの入射励起ビーム７４を出力集束レンズ７６に向けて反射し、出力集束レンズ７６は、入射ビームをサンプル７８に集束させる。ミラー６２を移動させることによって、アクチュエーター組立体６０は、サンプル７８の表面の全体に入射ビーム７４を移動させる。入射ビーム７６によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、出力集束レンズ７６を介して受け入れられ、可動ミラー７４から反射され、分光器のダイクロイックビームスプリッターミラー（たとえば、図１におけるビームスプリッターミラー３０を参照）を通過させられる。
【００３１】
[0050]可撓性の梁６４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号をモーター７０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、（ミラー６２などのような）１つまたは複数の光学要素の運動、そして、サンプル７８の表面の全体にわたる入射ビーム７４の運動を制御するために使用され得る。
【００３２】
[0051]アクチュエーター組立体６０は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル７８の表面の全体に入射ビーム７４を移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体６０は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー６２を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプル７８の表面の全体にわたる入射ビーム７４の移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプルの領域をサンプリングすることを可能にする。
【００３３】
[0052]図３は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体８０の別の例示的な実装形態を示している。図２に示されているアクチュエーター組立体６０と同様に、図３に示されているアクチュエーター組立体８０は、分光器の１つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００３４】
[0053]図３に示されている特定の実装形態では、ミラー８２（または、他の光学要素）が、たとえば、図２に関して上記に説明されているように、可撓性の梁８４に連結されている。図２と同様に、ミラー８２は、図１に示されている可動ミラー３２に対応するものでありうる。可撓性の梁８４の第１の近位端部８６は、アンカー固定されており、可撓性の梁８４の第２の遠位端部８８は、ミラー８２に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁８４は、第１の近位端部８６においてアンカー固定され、第２の遠位端部８８においてミラー８２に連結されるように示されているが、可撓性の梁８４は、可撓性の梁８４の長さＬに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および／または、ミラー８２に連結され得る。梁８４は、（たとえば、曲げおよび／または捩じりの力に起因して）撓むので、ミラー８２は、集束レンズ９６などのような、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁８４の移動は、たとえば、ミラー８２の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。（集束レンズ９６を介して受け入れられる）収束する入射ビームは、ミラー８２に当たり、集束させられたスポットまたは領域をサンプル９８に形成するように方向付けし直される。図２に関して上記に説明されているように、サンプル９８に照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター９０の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化（たとえば、急激に、または一定の割合で増減）させられてもよい。
【００３５】
[0054]可撓性の梁８４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図３に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト９２を含むモーター９０（たとえば、携帯電話バイブレーターモーター）が、可撓性の梁８４のアンカー点（たとえば、第１の近位端部８６）からオフセットされて、可撓性の梁８４に連結されている。モーターが励起されると、オフセットウェイト９２は、可撓性の梁８４を振動させ、可撓性の梁８４に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー８２を含み、ミラー８２は、分光器の出力レンズ９６からの入射励起ビーム９４をサンプル９８に向けて反射させる。ミラー８２を移動させることによって、アクチュエーター組立体８０は、サンプルの表面の全体に入射ビーム９４を移動させる。入射ビーム９４によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー８２を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ９６に反射されるか、または、ミラー（たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー）を通過させられる。
【００３６】
[0055]図２に関して上記に説明されているように、可撓性の梁８４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号をモーター９０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル９８の表面の全体にわたる入射ビーム９４の運動を制御するために使用され得る。
【００３７】
[0056]アクチュエーター組立体８０は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル９８の表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体８０は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー８２を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプル９８の領域をサンプリングすることを可能にする。
【００３８】
[0057]図４および図５は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１００のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図４は、アクチュエーター組立体１００の上面図を示し、図５は、アクチュエーター組立体１００の側面図を示している。図２および図３に示されているアクチュエーター組立体６０および８０と同様に、図４および図５に示されているアクチュエーター組立体１００は、分光器の１つまたは複数の光学要素（たとえば、可動ミラー）を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００３９】
[0058]図４に示されている実装形態では、たとえば、ミラー１０２などのような光学要素が、可撓性のシートストック１０４に連結されている。可撓性のシートストック１０４は、アンカー固定されている周縁部１０８に連結されている複数のサポート部材１０６を含む。サポート部材１０６は、モーター、磁石／コイル対、または圧電アクチュエーターなどのように、アクチュエーターに応答して移動する（たとえば、揺動する）ことが可能である。また、サポート部材１０６は、分光器の１つまたは複数の光学要素（たとえば、ミラー１０２など）を支持する。可撓性のシートストック１０４は、任意の比較的に可撓性の材料を含むことが可能である。一実施形態では、たとえば、０．０４０または０．０６０シートのポリスチレンが使用され得る。また、エネルギーを極度に吸収することなく振動することができる他の比較的に高い弾性率の材料（たとえば、真鍮）も使用され得る。可撓性のシートストック１０４の中の切欠部は、たとえば、アクチュエーター組立体のサポート部材１０６を形成することが可能である。切欠部は、モーター１１０が活性化されると、特定の曲げまたは捩じりプロファイルを生成するように形成されてもよい。
【００４０】
[0059]図２および図３と同様に、ミラー１０２は、図１に示されている可動ミラー３２、または、分光器の別のミラーに対応するものでありうる。可撓性のシートストック１０４の周縁部１０８は、アンカー固定され、サポート部材１０６が移動する（たとえば、可撓性のシートストックの中で揺動する）ことを可能にする。様々な実施形態では、任意の数の周縁部１０８（たとえば、可撓性のシートの１つ、２つ、３つ、または、４つすべての縁部）が、全体にまたは部分的に、アンカー固定され得る。可撓性のシートストック１０４は、周縁部１０８に沿ってアンカー固定され、内部サポート部材１０６においてミラー１０２に連結されるように示されているが、可撓性のシートストック１０４は、可撓性のシートストック１０４の任意の場所において、アンカー固定され、および／または、ミラー１０２に連結され得る。可撓性のシートストック１０４のサポート部材１０６は撓むので、ミラー１０２が、集束レンズ１１６などのような、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。
【００４１】
[0060]可撓性のシートストック１０４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図４および図５に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト１１２を含むモーター１１０（たとえば、携帯電話バイブレーターモーター）が、可撓性のシートストック１０４に連結されている。また、オフセットウェイトを備える２つ以上のモーターも使用され得る。複数のモーターは、たとえば、可撓性のシートストック１０４のサポート部材の中に、より高いオーダーの揺動を誘発させるために使用され得る。図４および図５に示されている特定の実装形態では、たとえば、モーター１１０は、可撓性のシートストック１０４に対して、ミラー１０２と反対側に配設されている。モーター１１０は、たとえば、図４に示されているようにミラー１０２からオフセットされるか、または、ミラー１０２の正反対にあることが可能である。しかし、他の実装形態では、モーター１０２は、可撓性のシートストック１０４の事実上任意の場所に配設され得る。たとえば、モーターは、可撓性のシートストック１０４に対して、光学要素（たとえば、ミラー１０２）と同じ側に配設され得る。モーター１１０が励起されると、オフセットウェイト１１２が、可撓性のシートストック１０４を振動させ、可撓性のシートストック１０４に連結されている光学要素（たとえば、ミラー１０２）を移動させる。
【００４２】
[0061]この実装形態では、光学要素は、ミラー１０２を含み、ミラー１０２は、分光器の入射励起ビーム１１４を反射させる。図５に示されているように、ミラー１０２は、図３の実装形態に示されている配置と同様に、出力集束レンズ１１６とサンプル１１８との間に配設され、そして、出力集束レンズ１１６からの入射ビームをサンプル１１８に向けて反射させる。しかし別の実装形態では、ミラー１０２は、図２に示されている実装形態の配置と同様に、分光器の励起源と出力集束レンズ１１６との間に配設され、そして、出力集束レンズ１１６を通して入射ビームをサンプル１１８に向けて反射させる。
【００４３】
[0062]ミラー１０２を移動させることによって、アクチュエーター組立体１００は、サンプル１１８の表面の全体に入射ビーム１１４を移動させる。入射ビーム１１４によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー１０２を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ１１６に反射されるか、または、ミラー（たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー）を通過させられる。
【００４４】
[0063]図２および図３に関して上記に説明されているように、可撓性のシートストック１０４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号をモーター１１０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル１１８の表面の全体にわたる入射ビーム１１４の運動を制御するために使用され得る。
【００４５】
[0064]アクチュエーター組立体１００は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体１００は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー１０２を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプルの領域をサンプリングすることを可能にする。
【００４６】
[0065]図６は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１２０のさらなる別の例示的な実装形態を示している。この実装形態では、多面的かつ多角度の（multi-angled）ミラー組立体１２２がモーター１２４に取り付けられており、モーター１２４は組立体を回転させるように構成されており、ミラー組立体１２２の異なる面１２６を分光器の光学システムに提供してサンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。図２〜図５に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図６に示されているアクチュエーター組立体１２０は、分光器の１つまたは複数の光学要素（たとえば、ミラー）を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００４７】
[0066]図６に示されているアクチュエーター組立体１２０は、分光器の集束レンズ１２８とサンプル１３０との間に配設されている。アクチュエーター組立体１２０は、集束レンズ１２８から入射ビーム１３２を受け入れ、サンプル１３０に向けてビームを反射させる。また、アクチュエーター組立体１２０は、サンプル１３０から分光信号を受け入れ、それを反射し、集束レンズ１２８を介して分光器の光学システムに戻す。
【００４８】
[0067]多面的かつ多角度のミラーの複数の切子面１２６がモーター１２４によって回転させられるので、入射ビーム１３２（および、それに対応して戻って来る分光信号）は、事実上任意の数のパターンまたは経路で、サンプル１３０の表面の全体に方向付けされ得る。１つの実装形態では、たとえば、アクチュエーター組立体１２０の複数の切子面１２６は、入射ビーム１３２が、ＣＲＴ（cathode  ray  tube）ラスターパターンと同様のラスターパターンで複数のラインをトレースすることを可能にする。ミラー組立体１２２が回転するとき、たとえば、それぞれのミラー１２６は、サンプル１３０の全体に一列に入射ビームを方向付けすることが可能であり、そして次に、異なって角度を付けられたミラーが入射ビーム１３２に向けて回転させられると、異なる角度のミラーが、サンプル１３０の表面の全体に連続した列で入射ビーム１３２を方向付けすることが可能である。また、他のミラー角度および切子面が、異なるパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを方向付けするために使用され得る。
【００４９】
[0068]図７は、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１４０の別の例示的な実装形態を示している。図６に示されている実装形態と同様に、図７の実装形態は、多面的かつ多角度のミラー組立体１４２を含み、多面的かつ多角度のミラー組立体１４２は、モーター１４４に取り付けられており、モーター１４４は、組立体１４２を回転させるように構成されており、ミラー組立体１４２の異なる面１４６を分光器の光学システムに提供し、サンプル１５０の表面の全体に入射ビーム１５２を移動させる。図２〜図６に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図７に示されているアクチュエーター組立体１４０は、分光器の１つまたは複数の光学要素（たとえば、ミラー１４６）を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプル１５０の表面の全体に入射ビーム１５２を移動させる。
【００５０】
[0069]図７に示されているアクチュエーター組立体１４０は、分光器の励起源と分光器の集束レンズ１４８との間に配設されている。アクチュエーター組立体１４０は、励起源を介して、直接的にまたは間接的に（たとえば、コリメートビームで）、入射ビーム１５２を受け入れ、集束レンズ１４８に向けてビーム１５２を反射させ、そして、集束レンズ１４８は、サンプル１５０に入射ビーム１５２を集束させる。また、アクチュエーター組立体１４０は、集束レンズ１４８を介して分光信号を受け入れ、分光器の光学システムへそれを方向付けし直す。
【００５１】
[0070]図６のアクチュエーター組立体と同様に、図７のアクチュエーター組立体１４０は、ＣＲＴラスターパターンと同様のラスターパターンなどのような、任意の数のパターンで、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを方向付けするように設計され得る。
【００５２】
[0071]図７Ａは、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１２０Ａのさらなる別の例示的な実装形態を示している。この実装形態では、角度の付けられたミラー組立体１２２Ａが、モーター１２４Ａの駆動軸１２５Ａに取り付けられている。モーター１２４Ａは、たとえば、回転駆動軸を回転させ、そして、角度の付けられたミラー組立体１２２Ａを回転させるように構成され得る。角度の付けられたミラー組立体１２２Ａを回転させることは、角度の付けられたミラー組立体１２２Ａの面１２６Ａを、入射ビーム（たとえば、レーザーまたは他の光ビーム）に対して移動させる。ミラー組立体１２２Ａの面１２６Ａが回転させられるので、入射ビームは、サンプルの表面へ方向付けし直され、サンプルの表面の全体に移動させられる。図７Ａに示されている実装形態では、たとえば、入射ビームは、概して円形、概して楕円形、円形、楕円形、または、他の形状付けされたパターンで、サンプルの表面の全体に方向付けされ得る。図２〜図７に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図７Ａに示されているアクチュエーター組立体１２０Ａは、分光器の１つまたは複数の光学要素（たとえば、ミラー）を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００５３】
[0072]図７Ａに示されている特定の例では、たとえば、角度の付けられたミラー組立体１２２Ａが、モーター１２４Ａの駆動軸１２５Ａに対して垂直ではない角度１２７Ａで配設されている。この例では、入射ビームがミラー組立体１２２Ａの面１２６Ａに対して中心から外れて方向付けされており、ミラー組立体１２２Ａがモーター１２４Ａの駆動軸１２５Ａによって回転させられるので、入射ビームが、サンプルの表面の全体に移動させられる。ミラー組立体１２２Ａが概して剛体であり、駆動軸１２５Ａに固定して装着される場合には、たとえば、入射ビームは、概して円形パターンで、サンプルの表面の全体に移動させられることとなる。しかし、（たとえば、１つもしくは複数のスプリングによって、もしくは、図４および図５に関して本明細書で示されて説明されている可撓性の基板もしくはシートストックなどのような他の可撓性のマウントによって）ミラー組立体１２２Ａを駆動軸１２５Ａに柔軟に装着することによって、ミラー組立体１２２Ａが駆動軸１２５Ａに対して動揺し（wobble）、あるいは移動することができるようにミラー組立体１２２Ａを駆動軸１２５Ａに装着することによって、角度１２７Ａを変化させることによってパターンは変更されてもよい。かつ／または、モーター１２４Ａが、１つまたは複数のスプリングまたは他の可撓性のマウントなどを介して、分光器の中にもしくは分光器に、柔軟に装着されてもよい。ミラー組立体１２２Ａおよび／またはモーター１２４Ａが柔軟に装着される場合、ミラー組立体１２２Ａはミラー面１２６Ａが駆動軸に対して概して垂直であるように駆動軸に装着されてもよく、それでもミラー面１２６Ａが入射ビームに対して移動させられる（たとえば、振動させられる）ので、サンプルの表面に対して入射ビームを移動させることが可能である。
【００５４】
[0073]また、ミラー組立体１２２Ａは、固定された位置へ自動的にリセットされ、固定された場所でのサンプルのスペクトルをとるために、入射ビームが単一の所定の場所へ信頼性高く方向付けされ得るようになっている。１つの実装形態では、たとえば、１対の磁石１２７Ａ、１２９Ａが、ミラー組立体１２２Ａおよび／またはモーター１２４Ａの駆動軸１２５Ａに取り付けられ得る。磁石１２７Ａ、１２９Ａは、たとえば、永久磁石および／または電磁石を含むことが可能であり、永久磁石および／または電磁石は、設定された所定の位置へ、入射ビームに対してミラー組立体１２２Ａを移動させることが可能である。したがって、スペクトルが、サンプルにおいて設定された定位位置でとられるとき、１対の磁石１２７Ａ、１２９Ａは、互いに引き付け合い、所定の位置にミラー組立体をロックすることが可能である。しかし、駆動軸１２５Ａが回転させられるとき、入射ビームは、また、サンプルの表面に対して移動させられ得る。１つの実装形態では、たとえば、駆動軸１２５Ａがモーター１２４Ａによって回転させられないときに、１対の磁石１２７Ａ、１２９Ａは、設定された所定の場所へミラー組立体１２２Ａを移動させるのに十分な強度を提供するが、モーター１２４Ａは、１対の磁石１２７Ａ、１２９Ａの強度に打ち勝つのに十分強力であり、モーター１２４Ａが、駆動軸およびミラー組立体１２２Ａを回転させることができるようになっている。別の実施形態では、磁石１２７Ａ、１２９Ａのうちの１つまたは両方は、電磁石であることが可能であり、その電磁石は、ミラー組立体１２２Ａが設定された所定の場所にロックされることとなるときに活性化され、ミラー組立体１２２Ａが入射ビームに対して移動させられることとなるときに非活性化される。
【００５５】
[0074]別の実装形態では、１対の磁石は、その代わりに、単一の磁石、および、単一の磁石を用いて磁気的に結合され得る別のコンポーネントを含むことが可能である。たとえば、磁石に結合され得る材料（たとえば、鉄）が、上記に説明されている磁石のうちの１つの代わりに使用され得る。１つの実装形態では、たとえば、磁石が、アクチュエーターの駆動軸および／または回転ミラー組立体、ならびに、磁石に磁気的に結合するように構成されている固定された要素に連結され得る。この実装形態では、駆動軸および／または回転ミラー組立体に物理的に連結されている磁石は、磁石が固定された要素に隣接して位置決めされるまで、駆動軸および／または回転ミラー組立体を回し、設定された所定の位置にミラー面および回転ミラー組立体を設定することが可能である。代替的に、磁石は、分光器の中におよび／または分光器に固定され、また、アクチュエーターの駆動軸および／または回転ミラー組立体に物理的に固定された要素に磁気的に結合するように構成され得る。この実装形態では、磁石は、アクチュエーターの固定された要素を、それらが互いに隣接して配設され、ミラー面および／または回転ミラー組立体が設定された所定の位置となるまで磁石に向けて引っ張る。
【００５６】
[0075]図７Ｂは、別の実装形態を示しており、２つ以上の回転ミラー組立体１２２Ｂ、１２２Ｃが、入射ビームをサンプルへ方向付けするために使用されている。回転ミラー組立体は、それぞれ、図７Ａに関して示されて説明されているものなどのような組立体であることが可能であり、任意の数の構成で配置され得る。図７Ｂに示されている特定の実装形態では、たとえば、入射ビームが第１の回転ミラー組立体１２２Ｂに方向付けされ、次いで第２の回転ミラー組立体１２２Ｃに方向付けされ、次いでサンプルに方向付けされるように、２つの回転ミラー組立体１２２Ｂおよび１２２Ｃが配置されている。この実装形態では、入射ビームは、円形または楕円形などのパターンで第２のミラー組立体１２２Ｃのミラー面に対して移動させられるように、第１の回転ミラー組立体１２２Ｂによって方向付けし直される。この実装形態では、たとえば、回転ミラー組立体１２２Ｂおよび１２２Ｃは、角度の付けられたミラー面１２６Ｂ、１２６Ｃを含み、角度の付けられたミラー面１２６Ｂ、１２６Ｃは、それぞれの組立体の駆動軸に対して非垂直の角度で配設されている。
【００５７】
[0076]図７Ｂに示されているように、１対の回転ミラー組立体１２２Β、１２２Ｃが上記に説明されているように回転させられるとき、入射ビームが、略円形パターンの中で一連の楕円形パターンで移動させられ、より大きい、この略円形のパターンの中で、サンプルの表面の全体でサンプルを照射する。特定のパターンが示されて説明されているが、任意の数のパターン、または、さらには、パターン化されていない移動も、図７Ａに関して上記に説明されているようなアクチュエーター組立体１２０Ｂの構造および配置に応じて実現され得る。アクチュエーター組立体１２０Ｂの任意のコンポーネントは、コンポーネントの振動、動揺、または他の移動が、サンプルにおける入射ビームの移動を変更することができるように、柔軟に、あるいは移動可能に装着されている。
【００５８】
[0077]図６および図７に関して上記に説明されているように、図７Ａおよび図７Ｂに示されているアクチュエーター組立体１２０Ａまたは１２０Ｂは、（たとえば、図６に示されているように）分光器の集束レンズ１２８とサンプル１３０との間に配設され、または、励起源と分光器の集束レンズとの間に配設され得る。いずれの実装形態でも、アクチュエーター組立体１２０Ａまたは１２０Ｂは、（集束レンズまたは励起源からの）入射ビームを受け入れ、サンプルに向けてビームを反射させる。また、アクチュエーター組立体は、サンプルからの分光信号を受け入れ、それを反射し、分光器の光学システムに戻す。
【００５９】
[0078]図７Ａに関して説明されているように、アクチュエーター組立体１２０Ｂは、設定された所定の位置へ回転ミラー組立体１２２Ｂおよび１２２Ｃを移動させる１対の磁石をさらに含むことが可能である。同様に、（図７Ａまたは図７Ｂのいずれかの）モーターは、そのように行うように構成されたステッパーモーターまたは他のモーターなどを介して、所定の位置へ組立体を移動させるように構成され得る。加えて、図７Ａおよび図７Ｂに関して示されているが、同様の磁気的な構成が、本明細書で示されて説明されている他のアクチュエーター組立体に対して使用され得る。図１〜図５および図８〜図１０に示されている様々な可撓性の梁または可撓性のシートストックの実装形態に関して、第１の磁石は（たとえば、可撓性の梁の遠位端部もしくはその近くで）可撓性の梁に、または（たとえば、ミラーが可撓性のシートストックに付着されている場所もしくはその近くで）可撓性のシートストックに取り付けられ、第２の磁石は、設定された所定の位置に可撓性の梁または可撓性のシートストックを引き付け、保持するように、分光器内に、および／または分光器上に固定されてもよい。図６および図７に示されている回転する多面的かつ多角度のミラー実装形態に関して、磁石の対は、図６および図７に関して示されて説明されているように、実質的に同様の様式で配置され得る。
【００６０】
[0079]図８は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１６０のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図２〜図７に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図８に示されているアクチュエーター組立体１６０は、分光器の１つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００６１】
[0080]図８に示されている特定の実装形態では、ミラー１６２（または、他の光学要素）が、たとえば、可撓性の梁１６４に連結されている。ミラー１６２は、図１に示されている可動ミラー３２に対応するものでありうる。可撓性の梁１６４の第１の近位端部１６６は、アンカー固定されており、可撓性の梁１６４の第２の遠位端部１６８は、ミラー１６２に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁は、第１の近位端部１６６においてアンカー固定され、第２の遠位端部１６８においてミラー１６２に連結されるように示されているが、可撓性の梁１６４は、可撓性の梁１６４の長さＬに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および／または、ミラー１６２に連結され得る。梁１６４は撓むので、ミラー１６２は、集束レンズ１７６などのような、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。
【００６２】
[0081]可撓性の梁１６４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図８に示されている特定の実装形態では、たとえば、磁石／コイル対１７０が提供されており、可撓性の梁１６４、および、梁１６４に連結されている光学要素（たとえば、ミラー１６２）を移動させる。図８に示されている実装形態では、たとえば、磁石／コイル対１７０の磁石１７２（たとえば、永久磁石）は、可撓性の梁１６４（たとえば、第１の近位端部１６６）のアンカー点からオフセットされて、可撓性の梁１６４に連結されている。磁石／コイル対１７０のコイル１７３は、磁石１７２に隣接して配設され、梁１６４に連結されている磁石１７２を反発しおよび／または引き付けるように制御され得る。磁石１７２が、可撓性の梁１６４に連結されるように示されており、コイル１７３が、梁１６４および磁石１７２からオフセットされて示されているが、反対のものも提供され得る（すなわち、コイルが、梁１６４に連結され、磁石１７２が、梁１６４およびコイル１７３からオフセットされ得る）。電流がコイル１７３に印加されると、対向する磁石１７２が、反発され、および／または引き付けられ、可撓性の梁１６４を移動させ、そして可撓性の梁１６４に連結されている光学要素（たとえば、ミラー１６２）を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー１６２を含み、ミラー１６２は、分光器の出力レンズ１７６からの入射励起ビーム１７４をサンプル１７８に向けて反射させる。ミラー１６２を移動させることによって、アクチュエーター組立体１６０は、サンプル１７８の表面の全体に入射ビーム１７４を移動させる。入射ビーム１７４によってサンプル１７８において誘発させられた分光信号は、ミラー１６２を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ１７６に反射されるか、または、ミラー（たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー）を通過させられる。また、同様に、ミラー１６２は、図２に示されているように、励起源と集束レンズ１７６との間に配設され得る。
【００６３】
[0082]図２〜図５に関して上記に説明されているように、可撓性の梁１６４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号を磁石／コイル対１７０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル１７８の表面の全体にわたる入射ビーム１７４の運動を制御するために使用され得る。
【００６４】
[0083]図９は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体１８０の別の例示的な実装形態を示している。図２〜図８に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図９に示されているアクチュエーター組立体１８０は、分光器の１つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００６５】
[0084]図９に示されている特定の実装形態では、ミラー１８２（または、他の光学要素）が、たとえば、可撓性の梁１８４に連結されている。ミラー１８２は、図１に示されている可動ミラー３２に対応するものでありうる。可撓性の梁１８４の第１の近位端部１８６は、アンカー固定されており、可撓性の梁１８４の第２の遠位端部１８８は、ミラー１８２に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁は、第１の近位端部１８６においてアンカー固定され、第２の遠位端部１８８においてミラー１８２に連結されるように示されているが、可撓性の梁１８４は、可撓性の梁１８４の長さＬに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および／または、ミラー１８２に連結され得る。梁１８４は撓むので、ミラー１８２は、集束レンズ１９６などのような、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。
【００６６】
[0085]可撓性の梁１８４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図９に示されている特定の実装形態では、たとえば、圧電アクチュエーター１９０（たとえば、圧電アクチュエータースタック）が提供されており、可撓性の梁１８４、および、梁１８４に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、たとえば、圧電アクチュエーター１９０は、可撓性の梁１８４のアンカー点（たとえば、第１の近位端部１８６）からオフセットされている場所１９１において、可撓性の梁１８４に連結されている。また、圧電アクチュエーター１９０は、圧電アクチュエーター１９０が可撓性の梁１８４に連結されている場所に対向する場所１９２にアンカー固定されている。圧電アクチュエーター１９０は、（たとえば、梁１８４を撓ませることによって）可撓性の梁１８４を移動させるように制御され得る。そして、可撓性の梁は、可撓性の梁１８４に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー１８２を含み、ミラー１８２は、分光器の出力レンズからの入射励起ビーム１９４をサンプル１９８に向けて反射させる。ミラー１８２を移動させることによって、アクチュエーター組立体１８０は、サンプル１９８の表面の全体に入射ビーム１９４を移動させる。入射ビーム１９４によってサンプル１９８において誘発させられた分光信号は、ミラー１８２を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ１９６に反射されるか、または、ミラー（たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー）を通過させられる。また、同様に、ミラー１８２は、図２に示されているように、励起源と集束レンズ１９６との間に配設され得る。
【００６７】
[0086]図２〜図５に関して上記に説明されているように、可撓性の梁１８４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号を圧電アクチュエーター１９０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル１９８の表面の全体にわたる入射ビーム１９４の運動を制御するために使用され得る。
【００６８】
[0087]図８および図９のアクチュエーターは、可撓性の梁に関して示されているが、アクチュエーターは、代替的に、図４および図５に関して示されているものなどのような、１つまたは複数の可撓性のシートストックを提供され得る。
【００６９】
[0088]図１０は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体２００のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図２および図３に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図１０に示されているアクチュエーター組立体２００は、分光器の１つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。
【００７０】
[0089]図１０に示されている特定の実装形態では、集束ミラー２０２（または、他の光学要素）が、たとえば、図２および図３に関して上記に説明されているように、可撓性の梁２０４に連結されている。集束ミラー２０２は、図１に示されている可動ミラー３２と出力集束レンズ３４の組み合わせに対応するものでありうる。したがって、集束ミラー２０２は、入射ビーム２１４を集束させること、および、サンプル２１８の表面の全体にビーム２１４を移動させることの両方を行う。可撓性の梁２０４の第１の近位端部２０６は、アンカー固定されており、可撓性の梁２０４の第２の遠位端部２０８は、ミラー２０２に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁２０４は、第１の近位端部２０６においてアンカー固定され、第２の遠位端部２０８においてミラー２０２に連結されるように示されているが、可撓性の梁２０４は、可撓性の梁２０４の長さＬに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および／または、ミラー２０２に連結され得る。梁２０４は、（たとえば、曲げおよび／または捩じりの力に起因して）撓むので、集束ミラー２０２は、分光器の１つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁２０４の移動は、たとえば、集束ミラー２０２の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。（分光器の光学システムを介して受け入れられる）コリメートされた入射ビームは、たとえば、集束ミラー２０２に当たり、集束させられたスポットまたは領域をサンプル２１８に形成するように集束させられ、方向付けし直される。図２および図３に関して上記に説明されているように、サンプル２１８に照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター２１０の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化（たとえば、急激に、または一定の割合で増減）させられてもよい。
【００７１】
[0090]可撓性の梁２１４は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図１０に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト２１２を含むモーター２１０（たとえば、携帯電話バイブレーターモーター）が、可撓性の梁２０４のアンカー点（たとえば、第１の近位端部２０６）からオフセットされて、可撓性の梁２０４に連結されている。モーターが励起されると、オフセットウェイト２１２は、可撓性の梁２０４を振動させ、可撓性の梁２０４に連結されている光学要素（たとえば、集束レンズ２０２）を移動させる。この実装形態では、光学要素は、集束ミラー２０２を含み、集束ミラー２０２は、分光器光学システムからの入射励起ビーム２１４をサンプル２１８に向けて集束および反射させる。ミラー２０２を移動させることによって、アクチュエーター組立体２００は、サンプル２１８の表面の全体に入射ビーム２１４を移動させる。入射ビーム２１４によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー２０２を介して受け入れられ、そして、分光器光学システムに反射されるか、または、ミラー２０２（たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー）を通過させられる。
【００７２】
[0091]図２および図３に関して上記に説明されているように、可撓性の梁２０４に連結されている１つまたは複数の光学要素の移動は、１つまたは複数の制御信号をモーター２１０に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図１１および図１２は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル２１８の表面の全体にわたる入射ビーム２１４の運動を制御するために使用され得る。
【００７３】
[0092]アクチュエーター組立体２００は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル２１８の表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体２００は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー２０２を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプル２１８の領域をサンプリングすることを可能にする。
【００７４】
[0093]図１１および図１２は、図２〜図５および図１０に示されている実装形態のモーターを制御するために使用され得る例示的なモーター駆動波形の波形を示している。図１１は、たとえば、アクチュエーター組立体のモーターのための制御信号として使用され得る鋸歯状のモーター駆動波形２２０を示している。鋸歯状のモーター駆動波形は、初期パワーブースト部分２２２および速度制御ランプ部分２２４を含む。図１２は、アクチュエーター組立体のモーターのための制御信号として使用され得る三角形モーター駆動波形２３０を示している。三角形モーター駆動波形２３０は、初期パワーブースト部分２３２および速度制御ランプ部分２３４を含む。これらの例示的な波形は、制御されたやり方で、モーター速度を変化させるために使用され得る。ＤＣモーターは、始動するときよりも低い速度（または電圧）で動くので、制御信号は、初期スパイクを提供し、次いで、制御されたランプ信号に切り替わりうる。
【００７５】
[0094]ＤＣモーターの速度を変化させることで、入射ビームが単にパターンの周縁を回るだけでなくパターン全体にわたって移動するように、パターン（たとえば、円形または楕円形のパターン）を崩すことができる。
【００７６】
[0095]また、他のアクチュエーターが、様々な様式で駆動され、様々なパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動を実現することが可能である。図８に示されているような磁石／コイル対のアクチュエーターは、方形波または正弦波制御信号などのような制御信号によって駆動され得る。また、図９に示されているような圧電アクチュエーターは、正弦波などのような制御信号によって駆動され得る。正弦波制御信号は、たとえば、アクチュエーター組立体の運動を変化させるように振幅および／または周波数を変化させられてもよい。
【００７７】
[0096]非常にハイエンドのレニショー社製ラマン顕微鏡と、手頃な価格のＣＯＴＳ（commercial-of-the-shelf）ハンドヘルド式ラマンシステムとの組み合わせなどのような様々な機器をプラットフォームとして、ラマンターゲットの分析が行われ得るが、より大きいターゲット領域の中に配設されている小さいターゲットを検出することは、困難である可能性がある。１つまたは複数のタグ付きの繊維（たとえば、撚糸）がより大きい織物製品の中に配設されている織物環境では、手頃な価格のＣＯＴＳラマンデバイスを、タグ付きの撚糸の認証を行うために使用することができる。しかし、より実行可能な細線ベースの織物認証ソリューションを提供する設計変化が提供される（図１３）。
【００７８】
[0097]上記に説明されているようなＣＯＴＳラマンリーダーは、（たとえば、未知のバルク材料（粉末、純正液体など）を識別するために）システムとサンプルとの間の焦点距離の適度な制御を提供するサンプリングプローブを使用しうる。バルク材料識別は、典型的に、サンプルの正確な場所を必要としない。さらに、未知の物体の識別は、高いスペクトル分解能、および、関連づけられた小さいサンプリング／焦点体積（５０μｍ）を必要とする。１つの実装形態では、たとえば、小さい焦点体積を使用する規格外に細い線のサンプルのラマン分析に関する困難性は、１０〜３０μｍの間の直径を有する個々の繊維から作製された繊維状基材を位置付けし、その上に焦点を合わせることの困難性を含む。
【００７９】
[0098]検出器の１つの実装形態では、ラマン分光器は、本明細書で提供されているように、織物製品の中に混入されたタグ付きの繊維（たとえば、１〜３％だけ活性繊維を有するような混入された細線）を検出するために使用され得る。１つの実装形態では、スキャニング能力、および、拡張された焦点体積（たとえば、数百μｍ）を装備したラマンリーダーが提供される。
【００８０】
[0099]１つの実装形態では、低コストで使用しやすいハンドヘルド式デバイスを備える、細線ベースの織物認証のためのラマンリーダーが提供される。より大きいサンプリング領域の中の小さいタグ付きのアイテムと結び付く実行可能な市販のリーダーを設計するための挑戦は、エンドユーザーのためのサンプリングメカニズム、およびコスト／性能上の便益を含む。
【００８１】
[00100]１つの実装形態では、たとえば、特徴的な高エタンデュの励起／収集システムおよび分光器設計が提供される。
【００８２】
[00101]エタンデュは、光収集に関係するが、単に収集された光の立体角を表すというよりも、スペクトルの分解能をも含むといったほうがよい。これは、エタンデュ（Ｇ）についての近似式Ｇ＝Ｓ’Ｌ／ｑから理解することが可能である。ここで、Ｓ’はスリット幅であり、Ｌは収集レンズの面積であり、ｑは収集レンズから入口スリットまでの距離である。たとえば、www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/throughput-etendue/を参照されたい。この概念は、１：１画像分光器における入口スリットの幅を説明し、スペクトルの分解能と同視する。また、この概念は、レンズの面積および倍率を、Ｌ／ｑの項を通して説明する。
【００８３】
[00102]典型的な最新のラマンシステムは、収集レンズが大きい立体角を収集し、スポットを拡大し、狭いスリットを通してそれを送ることで合理的な分解能を維持するように、サンプルにおいて小さいスポットを作り出すことを指向している。これは、均質なバルクサンプルに理想的である。しかし、上記に示されているように、特定の検出ソリューションは、異なるセットの標準を必要とする。そのようなサンプル、たとえば衣類の縫糸は、均質なサンプルの例ではなく、連続的な試験を繰り返す需要をもつエンドユーザーが、正しい縫糸に当てるための慎重なポイントおよびシュート精度をもちうるとは考えられない。これは、リーダーに、典型的な材料識別システムではサンプルにおける大きいスポットサイズを意味する大きい領域をサンプリングすることと、エタンデュ概念が提案するように不十分なスペクトル分解能を伴う大きいスリットとを要求する。これは、非常に限定された数のタグでは許容可能であり得るが、様々な実装形態に存在し得る多くのタグ（たとえば、数百から数千のタグ）を解像するために必要とされるスペクトルの分解能とは両立しない。
【００８４】
[00103]図１４は、この問題に対するソリューションの１つの実装形態を図示している。この実装形態では、リーダーは、しっかりと集束させられるレーザー励起ビームをラスターするように設計されており、それは、良好なスペクトルの分解能のために、そのビームからのラマン励起を幅の狭いスリット幅に結び付け、低ｆ／＃収集レンズおよびスペクトログラフを備える高いスペクトルのスループットを維持する。大きいスポットサイズを使用するというよりも、オービタルラスタースキャン（ＯＲＳ：orbital  raster  scan）は、開口設計に対して小さいビームサイズを維持する。正味の効果は、平均化されたスポットサイズであり、それは、エンドユーザーが、目的の縫糸の近くにデバイスを設置し、縫糸を囲むのに十分な大きさの領域をスキャンすることを可能にする。この設計と現在市販されているラマンシステムとの間の相違は重要である。ＯＲＳを用いて、高いスペクトル分解能、および、したがってラマン解像力が、様々なシステムで検出されることとなる複数の（たとえば、１０００以上の）タグとして保持されることとなる。
【００８５】
[00104]レーザーの安全
また、エンドユーザーへの配慮もまた、リーダーの焦点を制御する。様々な他の材料識別システムが、最良の焦点を保証するために、接触式プローブを使用している。サンプルが、たとえば、均質な粉末、固体、または液体である場合には、これらのシステムは、先の尖った先端部またはバイアルホルダーを使用する。完全な危険物（ＨＡＺＭＡＴ）へ一次的な防御のために、これは非常に適切な設計である。しかし、それは、タグ付きのデバイス（たとえば、衣類のピースのタグ付きの繊維）を位置付けするのには理想的でない。
【００８６】
[00105]１つの実装形態では、リーダー焦点を収集レンズから離れて（たとえば、２５ｍｍ離れて）位置付けし、保護材料（たとえば、プラスチック）のチューブによってサンプリング距離をカバーすることが可能である。材料（たとえば、プラスチック）は、全体的な吸光度を作り出すためにスモークされるか、サンプルの良好な可視性を可能にするために選択的な波長であり、提案される８０８ｎｍ波長レーザーにおける吸収を依然として提供することが可能である。
【００８７】
[00106]この実装形態では、システムは、未熟なエンドユーザーが、照射される領域を観察しながら、焦点調整または目の安全性に対する心配なく、デバイスを動作させることを可能にすることとなる。目の安全用シリンダーは、インターロックされ、圧力がサンプルに加えられたときだけ、レーザーがオンになるようになっている。これは、レーザーの安全性をユーザーに提供する。
【００８８】
[00107]ライブラリーマッチングおよび分解能
典型的なライブラリーマッチングアルゴリズムでは、簡単な相関関係が、次式によって表される。
【００８９】
Ｒ２＝１−（＜Ｌｍ＞・＜Ｕｍ＞）２／［（＜Ｌｍ＞・＜Ｌｍ＞）（＜Ｕｍ＞・＜Ｕｍ＞）］
ここで、ＬｍおよびＵｍは、それぞれ、平均中心化されたライブラリーおよびサンプル（未知）のスペクトルである。この方法は、大きいデータベースを探索するために非常にうまく機能する。このアルゴリズムの１つの性質は、ラマン特徴の周波数位置に対する高い感度、および、相対的なピーク強度に対する低い感度である。平均中心化することは、スペクトルのベースラインの変化に起因するスプリアス結果を除去する。
【００９０】
[00108]蛍光バックグラウンドが平均中心化によって除去されないので、蛍光は、このルーチンによって問題を引き起こす可能性がある。蛍光に関して修正するために、一次微分スペクトルをとることが可能である。これは、高周波数ラマンバンドに関して鋭いピークを作り出しながら、蛍光に起因する低周波数強度変化を除去する（図１５）。
【００９１】
[00109]Ｒ．マクレアリー、Ａ．ホルン、Ｊ．スペンサー、およびＥ．ジェファーソン，１９９８年，“Noninvasive  identification  of  materials  inside  USP  vials  with  Raman  spectroscopy  and  a  Raman  spectral  library”，Journal  of  Pharmaceutical  Sciences，第８７巻第１号），１−８頁は、ラマン分光との現実的な材料マッチングに関する参考文献である。この参考文献は、一次微分相関関係とのマッチングの大きな改善を図示している。それは、ＳＮＲ低減に対するマッチングアルゴリズムの相対的な抵抗を図示している。たとえば、それらは、ノイズに対する信号の比が１７である場合に優秀なマッチング（Ｒ２＝０．９５）を示した。ノイズに対する信号の比が２．８である場合でも、マッチングアルゴリズムは、依然として、材料を適正に識別した。
【００９２】
[00110]活性化された縫糸の図１５のスペクトルは、下記に説明されることとなるシステムによって、１秒で獲得された。表１は、タグに関して、計算されたおよび予想されたＳＮＲ値を図示している。この表では、ＳＮＲは、２つのフォーマットで表されている。すなわち、単一のピーク測定、およびフルスペクトルのマッチング測定として、表されている。単一のピークおよびフルスペクトルのマッチングの実際のＳＮＲ比較は、左側の第２列から表されている。フルスペクトルのマッチングは、単一のピークよりもほぼ４倍良いＳＮＲである。１つの実装形態では、システムは、織物製品の中におおよそ２％混入されたタグ付きの繊維を使用して、細いタグ付きの繊維を明白に識別することが可能である。次の列は、この希釈によって、および、ラスタリングによって、ＳＮＲがどのように影響を受け、より大きいスポットを作り出し、１０秒までの統合を変化させるということを示している。ＳＮＲの閾値＞５が確立される場合には、低い電力を与えられるレーザーシステムが、領域（フルスペクトルの）マッチングに関するものよりも十分に優れているということが理解され、また、より高出力のもの（８０ｍＷレーザー）が使用される場合には、閾値よりも１２倍優れている。
【００９３】
【表１】
0006590793.tif 000002
【００９４】
例示的なラマンリーダー設計
[00111]分光器を実現するコンパクトな試験台において、レーザー、検出器、格子、開口、およびレンズを交換することによって、異なるリーダーの分析が実施された。この分析は、＄１０００未満の売上原価（ＣＯＧＳ）で、ゴールドスタンダードシステム（および／または、高度に冷却されるＣＣＤ）を結果として生じさせた。主要なコストドライバーは、レーザーおよび検出器である。低コストＶＣＳＥＬレーザー源およびリニアＣＣＤを備えるシステムは、高出力レーザーおよび高価な科学グレードの検出器を備えるシステムとほぼ均等の性能を有していた。これらの結果は、確立されたラマン性能とは対照的であるように見える。しかし、実現され得る様々な実装形態を理解することは重要である。特定の実装形態では、たとえば、リーダーは、１０秒未満の獲得レジームにおいて動作させられる。このレジームでは、ダークノイズは重要でなく、低コスト、低読み出しノイズの検出器が、高価な高度に冷却される検出器と同様に実施され得る。
【００９５】
ＳＥＲＳナノ粒子活性繊維リーダー
[00112]ＳＥＲＳナノ粒子活性繊維ターゲットと結び付く実行可能な市販のリーダーについての挑戦は、エンドユーザーのためのサンプリングメカニズムおよびコスト／性能の便益を含む。これらの挑戦は、本明細書で説明されている分光器設計の特徴的な高エタンデュ励起／収集システムによって満たされ得る。
エタンデュ
[00113]エタンデュは、光収集に関係するが、単に収集された光の立体角を表すというよりも、スペクトルの分解能をも含むといったほうがよい。これは、エタンデュ（Ｇ）についての近似式Ｇ＝Ｓ’Ｌ／ｑから理解することが可能である。ここで、Ｓ’はスリット幅であり、Ｌは収集レンズの面積であり、ｑは収集レンズから入口スリットまでの距離である。この概念は、１：１画像分光器においてスペクトルの分解能と同視される入口スリットの幅をうまく説明している。また、この概念は、レンズの面積および倍率を、Ｌ／ｑの項を通して説明する。
【００９６】
[00114]典型的な最新のラマンシステムは、収集レンズが大きい立体角を収集し、スポットを拡大し、狭いスリットを通してそれを送ることで合理的な分解能を維持するように、サンプルにおいて小さいスポットを作り出すことを指向している。ハンドヘルド式材料識別システムは、サンプルが均質であるときのこれらの要件の下で十分に機能する。
【００９７】
[00115]１つの実装形態では、標準の異なるセットが提供される。サンプル（たとえば、衣類の縫糸）は、均質なサンプルを表さない。連続的な試験を繰り返す需要をもつエンドユーザーが、連続的な試験の繰り返しの需要の下で、正しい縫糸に当てるための慎重なポイントおよびシュート精度をもちうるとは考えられない。これは、リーダーに、典型的な材料識別システムではサンプルにおける大きいスポットサイズを意味する大きい領域をサンプリングすることと、エタンデュ概念が提案するように不十分なスペクトル分解能を伴う大きいスリットとを要求する。これは、非常に限定された数のタグでは許容可能であり得るが、様々な実装形態で提供される多くのタグ（たとえば、数百から数千のタグ）を解像するために必要とされるスペクトルの分解能とは両立しない。
【００９８】
[00116]図１６は、この困難に対する１つのソリューションを図示している。このソリューションでは、リーダーは、しっかりと集束させられるレーザー励起ビームをラスターしており、良好なスペクトルの分解能のために、そのビームからのラマン励起を幅の小さいスリット幅に結び付け、低ｆ／＃収集レンズおよびスペクトログラフを備える高いスペクトルのスループットを維持する。大きいスポットサイズを使用するというよりも、ＳｎＲＩからのオービタルラスタースキャン（ＯＲＳ）は、開口設計に対して、瞬間的に結び付けられる小さいビームサイズを維持する。正味の効果は、平均化されたスポットサイズであり、それは、エンドユーザーが、目的の縫糸の近くにデバイスを設置し、縫糸を位置付けするのに十分な大きさの領域をスキャンすることを可能にする。この設計と現在のラマンシステムとの間の相違は重要である。高いスペクトル分解能、および、したがってラマン解像力が維持される。
【００９９】
タガントの例
[00117]サンプルの中に配設されている分散されたレポーター（たとえば、タガント）は、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるように構成されている分光器によって検出され得る。１つの実装形態では、たとえば、タグ付きのペイントでコーティングされたパネルは、そのような分光器によってサンプリングされ得る。この実装形態では、たとえば、タガントは、低い濃度であることが可能であり、均一に分散されている必要はない。タガントは、スペクトルを解像するために高いスペクトル分解能を必要とする発光材料であることが可能である。図１７は、サンプルの全体に集束入射ビームを移動させること（たとえば、ラスタリング）に起因して、少量のタガントを含む場所、および、そのスポットにおける強い信号変化を示している。図１７は、単一ポイントの焦点測定（実線）および同じスポットの周りのラスター測定（点線）の例を示している。ポイント焦点は、少量のタガントを備えるスポットに当たっている。ラスタースキャンは、多量のタガントおよび少量のタガントを含有する領域を平均する。
【０１００】
[00118]図１８は、ビームを移動させること（たとえば、ラスタリング）が使用されるときの、パネルの全体にわたる小さい変化を図示している。この図示では、ラスタリングによる平均化、あるいは、サンプルの全体に入射ビームを移動させることによる平均化が示されている。本出願の目標は、タガントの不均質性に起因する信号の変化を低減させることである。この特定の例では、ラスタリングは、＜４％まで変化を低減させる。
【０１０１】
[00119]図１９は、ポイント焦点を使用する機器とラスタースキャンアタッチメントを備える機器との間の相違を図示している。図１９は、サンプル不均質性を図示している。この例では、左のボックスは、ポイント焦点を有するシステムを用いて行われた、サンプルに対する３つの測定を含有している。非常に大きい信号の変化が存在している。右のボックスは、３つのスポットからのラスターされた信号を示している。この例では、ラスタリングは、不均質性を修正できている。
【０１０２】
[00120]図２０は、１００倍希釈に対して１５標準の線形回帰分析を図示している。ラスター信号とタガント濃度との間の相関は、＞０．９９である。これは、不均質性に起因する大きな信号の変化を除去することはユーザーがサンプルの中のタガントの量を定量化することを可能にするという点において、ラスタースキャニングの目標を示している。この技法は、タグ付きのサンプルの純度を検証するためにも使用される。
【０１０３】
[00121]図２１は、０．０５％タガント（２０００のうちの１つ）および４通りの希釈を含む、ペイントされたパネルの１組を図示している。この例では、タガントが高度におよび不均一に分散されている場所でも、スペクトルの強度が希釈と相関している。この例は、サンプルが希釈されているときに、ラスタースキャン表面で観察される信号を示している。この例では、サンプルは、０．０５％のタガントを含有し、非常に不均質である。ラスタースキャニングは、希釈要因を正確に定量化するのに十分に大きいサンプルの領域を平均化することが可能である。
【０１０４】
[00122]図２２は、切子の例示的な実装形態を示している
[00123]本発明の複数の実施形態が、ある程度の特殊性とともに上記に説明されてきたが、当業者は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、開示されている実施形態に対して多数の代替例を作ることが可能である。すべての方向性の参照（たとえば、上側、下側、上向き、下向き、左、右、左方向、右方向、上部、下部、上方、下方、垂直方向、水平方向、時計回り、および反時計回り）は、単に、本発明の読者の理解を支援する識別目的のために使用されており、とりわけ、本発明の位置、配向、または使用に関して、限定を生成しない。接合の参照（たとえば、取り付けられている、連結されている、および、接続されているなど）は、広く解釈されるべきであり、要素の接続の間に中間部材を含み、要素同士の間の相対移動を含むことが可能である。それゆえ、接合の参照は、２つの要素が直接的に接続されており、互いに固定された関係になっているということを必ずしも暗示していない。上記の説明に含有され、または添付の図面に示されているすべての事項は、単に例示目的として解釈されるべきであり、限定するものとして解釈されるべきではないということが意図されている。細部または構造の変化は、添付の請求の範囲に規定されているような本発明の精神から逸脱することなく行われ得る。
（項目１）
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムと
を備え、
前記光学システムは、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体、および、
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束された入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体を含み、
前記アクチュエーター組立体は、前記回転ミラー組立体に連結され、前記角度の付けられたミラー面を回転させて前記励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合された回転モーターを含む、分光器。
（項目２）
前記回転モーターが、前記回転モーターの駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されている、項目１に記載の分光器。
（項目３）
前記回転ミラー組立体が、可撓性のマウントを介して前記回転モーターの前記駆動軸に連結されている、項目２に記載の分光器。
（項目４）
前記可撓性のマウントが、少なくとも１つのスプリングを含む、項目３に記載の分光器。
（項目５）
回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に固定して取り付けられている、項目２に記載の分光器。
（項目６）
前記回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に緩結合されており、前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、項目２に記載の分光器。
（項目７）
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、項目１に記載の分光器。
（項目８）
前記回転ミラー組立体が、多面的かつ多角度のミラー組立体を含む、項目１に記載の分光器。
（項目９）
前記回転ミラー組立体が、集束ミラーを含む、項目１に記載の分光器。
（項目１０）
前記分光器が、前記サンプルから受け入れられる複数の信号を平均化する、項目１に記載の分光器。
（項目１１）
前記アクチュエーター組立体が、第２の回転ミラー組立体に連結されている第２の回転モーターを含み、
前記入射ビームが、前記回転ミラー組立体から前記第２の回転ミラー組立体へ方向付けされる、項目１に記載の分光器。
（項目１２）
第１の磁石が、前記回転モーターの駆動軸または前記回転ミラー組立体に連結されており、前記分光器の固定された要素に磁気的に結合することによって、前記駆動軸または前記回転ミラー組立体をそれぞれ固定された位置に整列させるように適合されている、項目１に記載の分光器。
（項目１３）
前記分光器の前記固定された要素が、第２の磁石を含む、項目１２に記載の分光器。
（項目１４）
前記磁石が、永久磁石および電磁石のうちの少なくとも１つを含む、項目１２に記載の分光器。
（項目１５）
第１の磁石が、前記アクチュエーター組立体に隣接して前記分光器に物理的に連結されており、前記回転モーターの前記駆動軸または前記回転ミラー組立体に物理的に連結されている要素に磁気的に結合するように適合されており、所定の位置において前記ミラー面表面を整列させるように適合されている、項目１に記載の分光器。
（項目１６）
分光サンプルの表面全体に分光器の集束入射ビームを移動させる方法であって、
励起信号の入射ビームを発生させるステップと、
前記分光器の光学システムを介して前記サンプルに向けて前記入射ビームを方向付けするステップであって、前記光学システムは可動ミラーを含むステップと、
前記分光器のサンプル上に前記入射ビームを集束させるステップと、
駆動軸を回転させて回転モーターの前記駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、前記サンプルの表面全体に前記入射ビームを移動させるステップと、
前記サンプルから分光信号を受け入れるステップと、
前記分光信号を検出するステップと
を含む、方法。
（項目１７）
前記検出するステップの動作が、前記サンプルから受け入れられた複数の分光信号を平均化することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、項目１６に記載の方法。
（項目１９）
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグを検出することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目２０）
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグの濃度を検出することを含む、項目１６に記載の方法。
（項目２１）
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムであって、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
可動ミラー、および
前記可動ミラーを制御して前記サンプルの表面全体に集束入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体
を含む光学システムと、
磁石、および前記磁石に磁気的に結合するように適合されている第２の要素を含む磁気的な位置決めシステムであって、少なくとも１つの前記磁石を前記第２の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように構成される磁気的な位置決めシステムと
を備え、
前記磁石および前記第２の要素のうちの一方が前記アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、前記磁石および前記第２の要素のうちの他方が前記アクチュエーター組立体に隣接する前記分光器に固定されている、分光器。
（項目２２）
前記第２の要素が、第２の磁石を含む、項目２１に記載の分光器。
（項目２３）
前記アクチュエーター組立体が、駆動軸を有する回転モーターを含み、
前記磁気的な位置決めシステムが、前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように適合されている、項目２１に記載の分光器。
（項目２４）
前記磁気的な位置決めシステムが、直接的にまたは間接的に前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように構成されている、項目２３に記載の分光器。
（項目２５）
前記アクチュエーター組立体が、前記可動ミラーが装着される可撓性の要素を含み、
前記磁気的な位置決めシステムが、前記可撓性の要素の移動を制限して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように適合されている、項目２１に記載の分光器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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