(57)【要約】  本開示は、赤外線分光計であって、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、複数の別個の凹状反射ファセットとであり、反射ファセットは、対向する反射器のうちの少なくとも１つのファセットである、複数の別個の凹状反射ファセットとを備える、赤外線分光計に関する。赤外線レーザ源は、レーザビームを形成するように配置される。対向する反射器は、レーザビームが、反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含め、対向する反射器の各々から交互に反射されるように配置される。検出器が、複数の反射ファセットの各々からの反射後のレーザビームのスペクトル特性を検出するように配置されており、このとき、分析器が、検出されたスペクトル特性から対向する第１の反射器と第２の反射器との間に配されたサンプルの特性を決定する。
2021533375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線分光計であって、
離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、
複数の別個の凹状反射ファセットとを備え、前記反射ファセットは、前記対向する反射器のうちの少なくとも一方のファセットであり、さらに前記赤外線分光計は、
レーザビームを形成するように配置された赤外線レーザ源を備え、
前記対向する反射器は、前記レーザビームが、前記反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、前記対向する反射器の各々から交互に反射されるように配置されており、さらに前記赤外線分光計は、
前記複数の反射ファセットの各々からの反射後の前記レーザビームのスペクトル特性を検出するように配置された検出器と、
前記検出されたスペクトル特性から、前記対向する第１の反射器と第２の反射器との間に配されたサンプルの特性を決定するように配置された分析器とを備える、赤外線分光計。
【請求項２】
前記レーザビームが少なくとも１回反射される前記反射ファセットの数は、少なくとも６であり、任意選択的に１００以下、または任意選択的に４００以下である、請求項１に記載の赤外線分光計。
【請求項３】
前記対向する反射器からの後続の反射の前の前記レーザビームの前記反射の各々が、反射ファセットからの反射であるように配置される、請求項１または２に記載の赤外線分光計。
【請求項４】
前記対向する反射器間の前記レーザビームの前記反射の少なくとも１つが、前記対向する反射器のうちの一方の平面反射部分からの反射であるように配置される、請求項１または２に記載の赤外線分光計。
【請求項５】
すべての前記反射ファセットが、前記対向する反射器の一方のみに配置され、他方の前記対向する反射器における前記レーザビームの前記反射が、前記他方の反射器の１つまたは複数の平面反射部分からのものであるように配置される、請求項４に記載の赤外線分光計。
【請求項６】
前記他方の対向する反射器の前記１つまたは複数の平面反射部分が単一の平面によって提供される、請求項５に記載の赤外線分光計。
【請求項７】
複数の前記反射ファセットが互いに実質的に同じ曲率半径を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項８】
複数の前記反射ファセットの各々が、前記離間長の倍数の±１０％以内である曲率半径を有し、前記倍数が２／３、１および２のうちの１つである、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項９】
少なくともいくつかの前記反射ファセットが、前記レーザビームが該反射ファセットからの反射と次の反射との間にビームウエストを形成するように構成され、前記次の反射は前記対向する反射器の反射ファセットからのものである、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１０】
各該ビームウエストは、前記対向する反射器の両方から前記離間長の少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％だけ離間される、請求項９に記載の赤外線分光計。
【請求項１１】
前記反射ファセットの少なくともいくつかは、前記レーザビームが前記次の反射においてまたは前記次の反射の近位でビームウエストを形成するように構成されており、前記次の反射は前記対向する反射器の平面反射部分からのものであり、前記対向する反射器の近位とは、該対向する反射器からの前記離間長の、任意選択的に２０％以内、または任意選択的に１０％以内である、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１２】
前記対向する反射器のいずれかからの最初の反射の前に前記レーザビームのウエストを形成するように配置された調節光学系をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１３】
各凹状反射ファセットが１〜６ｍｍの直径を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１４】
前記レーザビームが２０００〜２０，０００ｎｍの波長を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１５】
前記レーザビームが前記複数の反射ファセットの各々から一度だけ反射されるように前記反射ファセットが配置される、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１６】
前記反射ファセットのうちの少なくとも１つまたは前記平面反射部分のうちの少なくとも１つは、部分的に反射性であり、これにより前記反射ファセットの第１のサブセットからの反射後、前記レーザビームの第１の部分は、前記反射ファセットの第２のサブセットから引き続き反射し、続いて前記検出器によって検出され、前記レーザビームの第２の部分は、前記反射ファセットの前記第１のサブセットのみから反射した後、前記検出器または別の検出器による検出のために、前記部分反射ファセットまたは平面反射部分を透過する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１７】
ファセットの前記第１のサブセットおよび前記第２のサブセットが相互に排他的である、請求項１６に記載の赤外線分光計。
【請求項１８】
前記対向する反射器の間に配置された空間フィルタリングマスクをさらに備え、前記空間フィルタリングマスクは、前記レーザビームの経路内の対応する次の前記反射ファセットに方向付けられた前記レーザビームの少なくとも一部分が該次の反射ファセットに到達することを可能にするように各々が配置された複数の開口を備え、前記空間フィルタリングマスクは、他の様態では、該次の反射ファセットの外側に入射することになる、前記レーザビームの少なくとも一部分を遮断するように配置される、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１９】
前記反射ファセットおよび前記空間フィルタリングマスクは、前記空間フィルタリングマスクにおけるまたは前記空間フィルタリングマスクの近位における前記第１の反射器と前記第２の反射器との間の反射中に前記レーザビームが複数のビームウエストを形成するように構成される、請求項１８に記載の赤外線分光計。
【請求項２０】
前記対向する反射器の一方または両方の各々について、すべての前記反射ファセットが単一の材料片上に形成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２１】
前記反射ファセットの一部またはすべてが反射コーティングによってコーティングされる、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２２】
前記反射ファセットが、成形、ダイヤモンドミリング、レーザアブレーション、および複製のうちの１つによって形成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２３】
対向する前記第１の反射器と前記第２の反射器との間にサンプルを収容するように配されたサンプルセルを備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２４】
前記対向する反射器の一方または両方は、前記サンプルが前記サンプルセルに流入および／または前記サンプルセルから流出するように配置された１つまたは複数のポートを備える、請求項２３に記載の赤外線分光計。
【請求項２５】
前記対向する反射器の各々は、１つまたは複数の前記ポートを備え、前記赤外線分光計は、前記サンプルを、一方の前記反射器内の前記１つまたは複数のポートを通って前記サンプルガスセルに流入させ、他方の前記反射器内の前記１つまたは複数のポートを通って前記セルから流出させるように構成される、請求項２４に記載の赤外線分光計。
【請求項２６】
赤外線分光計を操作する方法であって、
離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、
複数の凹状反射ファセットとを提供することを含み、前記反射ファセットの各々は、前記反射器のファセットであり、さらに前記方法は、
前記対向する反射器の間の空間内にサンプルを提供することと、
複数の前記反射ファセットの各々から少なくとも１回反射することによって前記サンプルを複数回通過するように赤外線レーザビームを方向付けることとを含み、前記レーザビームは、前記反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、前記対向する反射器の各々から交互に反射し、さらに前記方法は、
前記複数回の反射後の前記レーザビームのスペクトル特性を検出することと、
前記検出されたスペクトル特性から前記サンプルの特性を決定することとを含む、方法。
【請求項２７】
前記レーザビームが少なくとも１回反射される反射ファセットの数は、少なくとも６であり、任意選択的に６０以下、または１００以下、または４００以下である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記対向する反射器からの反射の前の前記レーザビームの前記反射の各々が前記反射ファセットからの反射である、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記反射ファセットが、前記対向する反射器の第１の反射器のすべてのファセットであり、他方の前記対向する反射器からの前記レーザビームの反射が、該他方の反射器の１つまたは複数の平面反射部分からの反射である、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項３０】
複数の前記反射ファセットの各々が、前記離間長の倍数の±１０％以内である曲率半径を有し、前記倍数が２／３、１および２のうちの１つである、請求項２６〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
各反射ファセットが１〜６ｍｍの直径を有する、請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記反射ファセットまたは前記平面反射部分の少なくとも１つは、部分的に反射性であり、これにより前記レーザビームの第１の部分は、前記反射ファセットの第２のサブセットから引き続き反射し、続いて前記検出器によって検出され、前記レーザビームの第２の部分は、前記反射ファセットの第１のサブセットのみから反射した後、前記検出器または別の検出器による検出のために、前記部分反射ファセットまたは平面反射部分を透過する、請求項２６〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、赤外線吸収分光法などの赤外線分光法技法に使用するための、光学マルチパスセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
前書き
光学マルチパスセルは、空間を通じて光線を繰り返し反射させることを可能にする。それらは、光遅延線およびレーザ分光法などの様々な目的に使用することができる。例えば、赤外線分光法の場合、レーザビームに対するサンプルの影響を増大させるために、レーザビームがサンプルを通過する経路長を増大させることが望ましい場合がある。このような効果は、赤外線吸収分光法におけるような特定のレーザビーム波長の吸収、またはスペクトル特徴の波長または線幅のわずかな変化などの他の効果を含み得る。
【０００３】
いくつかの用途では、セルの長さおよび／または幅に関してよりコンパクトな光学マルチパスセルを提供すること、ならびに、より安定で製造が容易であるなどのマルチパスセルを提供することが可能であることが望ましい。同時に、マルチパスセル内のレーザビームの望ましくない光損失を最小限に抑えることが一般的に望ましい。このような損失は、例えば、セル内の反射ファセットの理想的な反射率よりも低い反射率および他の効果によって発生する可能性がある。
【０００４】
本発明は、関連する従来技術の課題および制限に対処する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、赤外線を含むレーザ分光法、例えば、赤外線吸収または分散分光法などの用途に適したコンパクトなマルチパスセルを提供することを模索するが、セルは、以下に説明するような他の様々な用途に使用することができる。典型的には、そのようなセルは、以下で様々に説明するように、各々が複数の反射ファセット、および／または平面反射部分を有する少なくとも対向する第１の反射器および第２の反射器を含み、セルは、例えば、これらの反射器と、レーザビームがファセット間を複数回通過するのに使用される反射器間の空間との組み合わせであると解釈することができる。必要とされる場合、セルは、適切な光学的分析のために、典型的にはガスからなるサンプルを少なくとも反射器間の空間内に保持するように配置される壁も含み得るが、サンプルガスは、必要に応じて、壁による完全な閉じ込めが一部ない開放セル配置において、反射器間に存在し得る。
【０００６】
本発明の態様は、例えば、規定された反射ファセット表面の外側でのレーザビームの入射を減少させることによって、反射器間のレーザビームのより高い閉じ込めを促進するためのマルチファセット光学系の数値モデリングに関し、これによって情報を与えられる。
【０００７】
特に、一態様によれば、本発明は、赤外線分光計であって、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器を備え、各反射器は、複数の別個の凹状反射ファセットを備え、赤外線分光計はさらに、レーザビームを形成するように配置された赤外線レーザ源を備え、第１の反射器および第２の反射器の反射ファセットは、レーザビームが、対向する第１の反射器および第２の反射器の各々の反射ファセットから交互に反射することにより、複数の反射ファセットの各々から少なくとも１回反射されるように配置されており、赤外線分光計はさらに、複数の反射ファセットからの反射後のレーザビームのスペクトル特性を検出するように配置された検出器と、検出されたスペクトル特性から、対向する第１の反射器と第２の反射器との間に配されたサンプルの特性を決定するように配置された分析器とを備える、赤外線分光計を提供する。サンプルは、典型的には、気体、液体、または他の流体であり得るが、他のサンプルタイプが使用されてもよい。
【０００８】
別の態様によれば、本発明は、赤外線分光計であって、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、複数の別個の凹状反射ファセットとを備え、反射ファセットは、対向する反射器のうちの少なくとも一方のファセットであり、さらに赤外線分光計は、レーザビームを形成するように配置された赤外線レーザ源を備え、対向する反射器は、レーザビームが、反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、対向する反射器の各々から交互に反射されるように配置されており、さらに赤外線分光計は、複数の反射ファセットの各々からの反射後のレーザビームのスペクトル特性を検出するように配置された検出器と、検出されたスペクトル特性から、対向する第１の反射器と第２の反射器との間に配されたサンプルの特性を決定するように配置された分析器とを備える、赤外線分光計を提供する。
【０００９】
いずれの態様においても、別個の凹状反射ファセットは、そのような各ファセットが隣接するファセットと不連続であるという意味で別個であると考えることができる。これは、例えば、隣接する凹状ファセット間に凸状湾曲が必要であると述べることによって表現され得るが、その凹状湾曲は、凸状縁部の形態および／またはより緩やかに湾曲する凸形態において提供することができる。
【００１０】
本発明は、赤外線分光法以外の用途にも使用することができ、そのため、より一般的には、本発明は、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器を備えるマルチパスセルを提供することができ、各反射器は、複数の別個の凹状反射ファセットを備え、第１の反射器および第２の反射器の反射ファセットは、レーザビーム、例えば、赤外線レーザビームなどの光線が、対向する第１の反射器および第２の反射器の各々の反射ファセットから交互に反射することによって、複数の反射ファセットの各々から少なくとも１回反射されるように配置される。したがって、本明細書に記載の本発明および実施形態のより詳細な関連する態様は、適切な場合にはそのようなマルチパスセルに、より具体的には赤外線分光計に適用されるとも解釈されるべきである。代替的に、そのようなマルチパスセルは、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、複数の別個の凹状反射ファセットとを備えてもよく、反射ファセットは、対向する反射器のうちの少なくとも一方のファセットであり、反射ファセットは、レーザビーム、例えば、赤外線レーザビームなどの光線が、反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、対向する反射器の各々からが交互に反射されるように配置される。
【００１１】
上記の離間長は、例えば、対向する反射器間の光軸に沿った間隔であると解釈することができ、必要に応じて、ファセットの平均表面などを規定する平面間の垂直間隔として規定することができる。
【００１２】
レーザビームがそこから反射される第１の反射器および第２の反射器の反射ファセットの数は、特定の用途および必要な設計に従って選択することができるが、典型的には、設計は、レーザビームがそこから反射されるファセットの数が少なくとも３または少なくとも６、任意選択的に１００以下もしくは４００以下、またはより詳細には１０〜６０であることを可能にすることができる。各反射器の面上の反射ファセットのパターンもまた、設計要件に従って選択することができ、例えば、直線または六角形のグリッドに分布される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、対向する反射器からの後続の反射の前のレーザビームの各反射は、反射ファセットからの反射であり、したがって、反射ファセットが両方の反射器に設けられる。
【００１４】
他の実施形態では、対向する反射器間のレーザビームの反射の少なくとも１つは、一方の反射器の平面反射部分からの反射であり得る。このような平面反射部分は、反射器の一方のみまたは両方に設けることができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、すべての反射ファセットが、反射器の一方のみに配置され、他方の対向する反射器におけるレーザビームの反射は、その他方の反射器の１つまたは複数の平面反射部分からのものである。例えば、他方の反射器は、すべてのレーザビーム反射に対して単一の平面を呈し得る。そのような状況において、その他方の反射器は、平面ミラーによって簡便に提供することができる。いくつかの実施形態では、そのような単一の平面またはミラーは、適切に大きい曲率半径の曲面ミラーまたは他の任意の形態の反射面に置き換えることができる。
【００１６】
反射ファセットの各々は、実質的に球形に湾曲し得、各々、同じ曲率半径、または、例えば、すべて互いから約１％の範囲内で実質的に同じ曲率半径を有し得る。そのような球形の構成は、実施形態の設計および製造をより単純にすることができる。ただし、少なくともわずかに非球形の面を使用することができ、その場合、本明細書における曲率半径への参照は、例えば、平均曲率半径、ファセットの中心点における曲率半径、または他の適切な様式で理解され得る。他の実施形態では、異なる曲率半径を有するファセットを使用することができる。
【００１７】
反射ファセットの各々は、同じ曲率半径を有することができ、そのような曲率半径は、離間長の倍数とすることができ、倍数は、２／３、１および２のうちの１つである。そのような倍数は正確である必要はなく、例えば、曲率半径はそのような倍数の±５％または±１０％以内であってもよい。他の例では、ファセットの曲率半径は、例えば、上記の範囲でわずかに異なってもよく、またはより実質的に異なってもよい。これらの倍数は、対向する反射器の凹状反射ファセットにレーザビームを反射する凹状ファセットにとって特に有利であり得る。対向する反射器が、代わりに、レーザビームを第１の反射器の凹状反射ファセットに反射し返すための平面反射面を提供する場合、第１のファセットの曲率半径は、代わりに、１もしくは４／３、２もしくは４の離間長の倍数、または例えばそのような倍数の±５％もしくは±１０％以内とすることができる。
【００１８】
装置は、例えばファセットからの各反射に対して１回、または２回の反射ごとに少なくとも１回、または３回の反射ごとに少なくとも１回、第１の反射器と第２の反射器との間の反射中にレーザビームが複数のビームウエストを形成するように配置され得る。そのようなビームウエストは、レーザビームがその点において焦点を合わせるようにするものと説明することができ、これらの複数の焦点の制御は、各特定のファセットの外側への入射によるレーザビームの損失を最小限に抑えるために、反射器およびそのファセットの設計に使用される。
【００１９】
例えば、反射ファセットを含む装置は、レーザビームが、対向する第１の反射器および第２の反射器のビーム経路内の連続する反射ファセット間の反射において複数のビームウエストを形成するように構成され得、ビームウエストの各々は、両方の反射器から離間長の少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％だけ離間される。
【００２０】
次の反射が対向する反射器の平面反射部分からのものである場合、反射ファセットは、レーザビームがその次の反射および平面反射部分においてまたはその近位でビームウエストを形成するように構成され得、対向する反射器の近位とは、その対向する反射器からの離間長の、任意選択的に２０％以内、または任意選択的に１０％以内である。
【００２１】
赤外線分光計は、反射ファセットのいずれかからの最初の反射の前にレーザビームのウエストを形成するように配置された調節光学系をさらに備えることができる。特に、そのようなウエストは、第１の反射器と第２の反射器との間に配置され得、一部またはすべての反射ファセットの表面領域の外側への入射によるレーザビームの損失を最小限に抑えるのを助けるように配置され得る。
【００２２】
各反射ファセットは、例えば、約１〜６ｍｍの直径を有し得る。離間長は、例えば、約３０ｍｍ〜３００ｍｍであり得る。
【００２３】
マルチパスセルを赤外線レーザビーム、および説明された赤外線分光計に使用する場合、レーザビームの波長は２０００〜２０，０００ｎｍであり得る。レーザビームは典型的にはガウス光学によって記述することができるため、このようなビームの反射および発達は波長に依存し、レーザ波長は、例えば、反射ファセットの曲率、反射ファセットのサイズ、および反射ファセット間の間隔に関して、装置の設計に密接に関連することに留意されたい。
【００２４】
反射器は、反射事実のすべてもしくは重複するサブセットまたは別個のサブセットからのレーザビームの１つまたは複数の構成の単一および／または複数の反射の様々な組み合わせを提供するように設計され得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の反射器および第２の反射器の反射ファセットは、レーザビームが、複数の反射ファセットの各々から、またはすべての反射ファセットの各々からただ一度だけ反射されるように配置され得る。
【００２５】
反射ファセットおよび／または平面反射部分の少なくとも１つは、部分的に反射性であり、かつ部分的に透過性であるように構築され得、その結果、レーザビームの第１の部分は、反射ファセットの第２のサブセットから引き続き反射し、その後検出器によって検出され、レーザビームの第２の部分は、反射ファセットの第１のサブセットのみから反射した後、その検出器または別の検出器による検出のために、部分透過ファセットまたは平面部分を透過する。例えば、反射と透過との比は、約５０：５０、または以下で説明する所望の他の比であってもよい。少なくとも１つの部分反射ファセットまたは平面部分を使用するそのような配置において、ファセットの第１のサブセットおよび第２のサブセットは相互に排他的であり得る。
【００２６】
赤外線分光計は、対向する反射器の間に配置され、各反射において意図された反射ファセットの外側に入射するレーザビームの割合を減らすように配置された空間フィルタリングマスクをさらに備えることができ、レーザビームのプロファイルは典型的には、ガウスなどになることに留意されたい。特に、空間フィルタリングマスクは、それがなければ、意図された次の反射ファセットの外側に入射することになる、レーザビームの部分を遮断する材料内に形成された複数の開口を備えることができる。
【００２７】
例えば、空間フィルタリングマスクは、レーザビームの経路内の対応する次の反射ファセットに方向付けられたレーザビームの少なくとも一部分がその次の反射ファセットに到達することを可能にするように各々が配置された複数の開口を備えることができ、空間フィルタリングマスクは、それがなければ、次の反射ファセットの外側に入射することになるレーザビームの少なくとも一部分を遮断するように配置される。
【００２８】
反射ファセットおよび空間フィルタリングマスクは、空間フィルタリングマスクにおけるまたはその近位における第１の反射器と第２の反射器との間の反射中にレーザビームが複数のビームウエストを形成するように構成することができる。例えば、各反射ファセットの曲率半径が対向する反射器間の分離距離とほぼ同じである場合、赤外線分光計は、対向する反射器間でセルの中心にビームウエストを形成するように配置することができ、このとき、空間フィルタリングマスクも、対向する反射器間でセルの中心に配置することができる。
【００２９】
すべての反射ファセットが第１の反射器に提供され、平面反射のみが他方の第２の反射器において使用される場合、反射ファセットは、第２の反射器におけるまたはその近位における反射中にレーザビームが複数のビームウエストを形成するように構成され得、空間フィルタリングマスクは、その第２の反射器に、またはその近位に提供され得る。
【００３０】
各反射器について、複数の、例えば８０％を超える、またはすべての反射ファセット（および任意選択的にまた任意の平面反射部分も）を、例えば、単一片として成形することによって、または、単一の材料片からのダイヤモンドミリング、レーザアブレーション、もしくは他の切断プロセスによって、単一の材料片上にともに形成するか、または一体的に形成することができる。ただし、コーティングはそのような単一の材料片にも適用することができることに留意されたい。例えば、反射ファセットの少なくとも一部またはすべてを、反射コーティングによってコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、反射ファセットのほとんどは、単一の材料片上に一体的に形成され得るが、部分反射ファセットなどのいくつかの特定のタイプのファセットは、他の方法で、例えば、反射器に接合または他の方法で取り付けられた他の材料を使用して提供され得る。
【００３１】
赤外線分光計を提供する本発明の実施形態は、反射器間で反射するレーザビームがサンプルを複数回通過するように、上記空間または対向する第１の反射器および第２の反射器の間の空間にサンプルを含むように配されたサンプルセルを備えることができる。そのようなサンプルセルは、例えば、対向する反射器の間に延在するセル壁によって提供することができる。
【００３２】
対向する反射器の一方または両方は、サンプルがポートを通ってサンプルセルに流入および／またはサンプルセルから流出するように配置された１つまたは複数のポートを備えることができる。例えば、対向する反射器の各々は、１つまたは複数の上記ポートを備えることができ、このとき、赤外線分光計は、サンプルに、一方の反射器内の１つまたは複数のポートを通ってサンプルガスセルに流入させ、他方の反射器内の１つまたは複数のポートを通ってセルから流出させるように配置することができる。
【００３３】
そのようなポートは、好都合には、反射器の２つ以上の隣接する反射ファセットの間に配置することができる。
【００３４】
本発明はまた、記載された装置に対応する設計、製造、および操作の方法を提供する。
例えば、一態様では、本発明は、上で概説した赤外線分光計などの装置を操作する方法であって、対向する第１の反射器および第２の反射器を提供することを含み、各反射器は複数の別個の凹状反射ファセットを備え、さらに、複数の反射ファセットの各々から少なくとも１回反射することによって反射器間を複数回通過するようにレーザを方向付けることを含み、レーザビームは、対向する第１の反射器および第２の反射器の各々の反射ファセットから交互に反射する、方法を提供する。レーザビームがサンプルを複数回通過するように、対向する反射器の間の空間内にサンプルを提供することができ、本方法は、このとき、複数回の反射後のレーザビームのスペクトル特性を検出することと、検出されたスペクトル特性からサンプルの特性を決定することとを含むことができる。
【００３５】
別の態様において、本発明は、赤外線分光計を操作する方法であって、離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、複数の凹状反射ファセットとを提供することを含み、反射ファセットの各々は、上記反射器のファセットであり、方法はさらに、対向する反射器の間の空間内にサンプルを提供することと、赤外線レーザビームが、複数の反射ファセットの各々から少なくとも１回反射することによって、サンプルを複数回通過するように赤外線レーザビームを方向付けることとを備え、レーザビームは、反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、対向する反射器の各々から交互に反射し、方法はさらに、複数回の反射後のレーザビームのスペクトル特性を検出することと、検出されたスペクトル特性からサンプルの特性を決定することとを含む、方法を提供する。
【００３６】
次に、本発明の実施形態が、例としてのみ、添付の図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を具現化する赤外線分光計を示す図である。
【図２】図１のような配置における部分反射、部分透過ファセットの使用を示す図である。
【図３】図１または図２のような配置における、隣接するファセットおよび／または反射器の他の領域へのビームの重なりを低減するための、赤外線分光計の反射ファセットの間に配置された空間フィルタマスクの使用を示す図である。
【図４】図１〜図３の反射器が、１つまたは複数の平面反射面を含むようにどのように実装され得るかを示す図である。
【図５Ａ】反射ファセット間の様々な形態のうちの１つの形態の介在遷移領域を示す断面図である。
【図５Ｂ】反射ファセット間の様々な形態のうちの１つの形態の介在遷移領域を示す断面図である。
【図５Ｃ】反射ファセット間の様々な形態のうちの１つの形態の介在遷移領域を示す断面図である。
【図５Ｄ】反射ファセット間の様々な形態のうちの１つの形態の介在遷移領域を示す断面図である。
【図６】図１〜図５Ｄのものなどの実施形態での使用に適した反射ファセットを備える反射器を示す斜視図である。
【図７】近接したサンプルセルの端壁を形成するために使用される図６の反射器を示す図である。
【図８】レーザ光の波長および反射ファセットの曲率半径の関数としての、最後の反射ファセットにおけるレーザビーム強度の９９％の直径を示すグラフである。
【図９】２つの特定の波長に対する図８のグラフの断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
実施形態の詳細な説明
図１を参照すると、本発明を具現化する赤外線分光計１０が概略的に示される。対向する第１の反射器１２および第２の反射器１４は、離間長ｄだけ離間される。各反射器１２、１４は、複数の別個の凹状反射ファセット１６を備える。図１では、これらのファセットの形状は示されていないが、代わりに各ファセットの領域の周りに点線のボックスが示されることに留意されたい。反射ファセットは、例えば、１つもしくは複数の縁部またはより緩やかに湾曲する凸状領域によって、隣接するファセット間に凸状湾曲が必要であるという意味で、別個である。図１の断面図からは明らかではないが、反射ファセットは、様々な方法で、例えば、直線または六角形のグリッドにおいて、ファセットの単一の線として、または他の方法で、第１の反射器および第２の反射器の各々の対向する面上に分布され得る。
【００３９】
赤外線レーザ源２０が、図に示すように第１の反射器および第２の反射器の各々の反射ファセットから交互に反射することによって、複数の反射ファセット１６の各々から少なくとも１回反射するように方向付けられるレーザビーム２２を形成するために使用される。以下に説明するいくつかの実施形態では、反射の一部は、第１の反射器および第２の反射器の一方または両方の１つまたは複数の平面部分からのものであり得、例えば、すべての凹状反射ファセットが一方の反射器の上に提供され、他方の反射器からの反射は、その反射器の平面部分からのものである。
【００４０】
反射ファセット１６からの反射後、レーザビーム２２は、レーザビームの１つまたは複数のスペクトル特性を検出するように配置された検出器４０に入射する。気体または液体サンプルなどのサンプル２５が、反射器１２、１４の間のレーザビーム２２の経路の少なくとも一部内に存在する場合、サンプルは、例えば、赤外線吸収または分散によって、レーザビーム２２のスペクトル特性に影響を及ぼし得、したがって、検出器４０で検出されたスペクトル特性を使用して、サンプルの特性を決定することができる。例えば、分析器４２を使用して、スペクトル特性を含む信号を検出器４０から受信し、その信号からサンプルの特性を決定することができる。決定されたスペクトル特性および／またはサンプルの特性は、様々な方法で、例えば、図１に示されるように分析器４２から関連データを受信するコンピュータシステム４４によって、さらに記憶、送信、表示、および／または処理され得る。
【００４１】
例として、レーザ源は、サンプルで検出される１つまたは複数の標的種の１つまたは複数の吸収スペクトル特徴と、一致するか、またはそれをわたって走査される波長を有するレーザビームを形成するように配置され得る。次に、それらの吸収スペクトル特徴の波長におけるレーザビームの強度の検出を使用して、サンプル中のそれらの標的種の濃度を推測することができる。このような技法の典型的な用途は、臨床目的でのヒトの呼気中の、汚染種の検出のための大気または工業プロセスから排出されるガス中の特定のガス種の検出を含む。この点に関して使用することができるいくつかの技法は、例えば、国際公開第２００９／１０１３７４号パンフレット、国際公開第２０１１／０５８３３０号パンフレット、および国際公開第２０１８／０７８３８４号パンフレットにおいて論じられており、これらは各事例において、本明細書で説明するように対向する反射器によって規定されるサンプルセルを使用して実施され得る。
【００４２】
サンプル２５内で検出されるそのような種は、しばしば低濃度であり、したがって、赤外線吸収分光法を使用して良好な正確度でまたは十分に迅速に検出することが困難であるため、複数の反射ファセットの使用は、サンプルを通るレーザビーム２２のより長い経路長、および、したがって、標的種を検出するための高度な赤外線吸収または分散を提供する。
【００４３】
レーザ源は、例えば約２，０００ｎｍ〜２０，０００ｎｍの波長を有する、赤外線スペクトル、より詳細には中赤外域スペクトルのレーザビームを形成することができる。レーザ源は、複数の吸収線などの複数のスペクトル特徴を包含するために、波長範囲にわたって走査するレーザビームを形成することができる。典型的には、例えば、バンド内カスケードレーザもしくは量子カスケードレーザ、または光パラメトリック振動レーザ、または外部キャビティレーザなどの様々なタイプの半導体ベースのレーザを使用して、特定のスペクトル特徴の検出の場合、約１〜３ｃｍ−１の波長走査範囲、または、より広いスペクトル範囲の検出が必要とされる場合、最大約１００ｃｍ−１の波長走査範囲が使用され得る。
【００４４】
レーザビーム２２は、第１の反射器１２の入口開口２４を通じて、第２の反射器１４上の第１の反射ファセットまたは平面反射部分において第１の反射を受けるように方向付けることができる。この入口開口は、窓（この図には示されていない）によって気体または液体の通過に対して閉じることができる。複数の反射ファセット１６からの反射後、レーザビームは、次に、第１の反射器または第２の反射器の出口開口２６（第２の反射器１４を通る出口が図１に示される）を通って出ることができ、この出口開口もまた、窓によって気体または液体の通過に対して閉じることができる。
【００４５】
赤外線レーザビーム２２は、典型的には、ガウスビームの形態であり得、言い換えれば、ビームにわたるガウス強度プロファイルを有する基本的なＴＥＭ００横ガウスモードによって支配されるが、例えば、エルミート−ガウスモードまたはラゲール−ガウスモードとして表すことができる何らかの他のビーム成分が、典型的には、ある程度存在する。したがって、通常のガウスビームの原理および特性に従って、レーザビームの形状を、その波長とビームウエストの位置および半径との組み合わせによっておおよそ規定することができる。図１に示されるように、調節光学系２８は、以下でより詳細に説明するように、適切に配置およびサイズ設定されたビームウエストを第１の反射ファセットの前に形成することによって、ファセット１６からの最初の反射の前にビームの形状を制御するために、レーザ源２０の後に、ただし第１の反射器１２および第２の反射器１４の前に配置され得る。このようなビームウエストは、好ましくは、第１の反射器１２と第２の反射器１４との間に形成され得る。
【００４６】
ファセットは、ファセット反射に近づくビームの形状の制御とともに、ファセット１６の間で反射するときのレーザビーム２２の発達を制御するために形成され、相互に配置される。特に、ファセットは、意図された各ファセットの外側で反射器に入射するレーザビームの光の量を最小化し、検出器４０に到達するレーザビームの光の量を最大化する目的で、各ファセットにおけるレーザビームスポット半径を制御された範囲内に保つように形成および配置され得る。
【００４７】
このように、センサの感度は、より多くのファセットを使用することによって増大することができ、したがって、スプリアス反射によってレーザビーム強度が過度に失われることなく、サンプルを通るレーザビーム経路長が長くなる。各ファセットにおけるレーザスポットサイズのこの制御により、より小さいファセットを使用することも可能になり、したがって、所与のサイズの反射器１２、１４に対してより多くのファセットを使用することも可能になる。したがって、これらの効果は、直径および／または長さがより小さくなることによってよりコンパクトになるという特性と、より長い光路長を有することおよび／または反射器におけるレーザビーム損失が少なくなることによって分光法などの用途での使用についてより感度が高いという特性との組み合わせを有するマルチパスセルを構築するために使用され得る。
【００４８】
典型的には、組み合わさった各反射器または両方の反射器上のファセット１６の数、および／またはレーザビームがそこから反射するようにセンサが配置されるファセットの数は、約３または約６〜約１００または約４００、より具体的には約１０〜約６０の範囲内であり得る。反射に使用されるファセットの数を増やすと、サンプルを通過するレーザビームの経路長が長くなるが、各ファセットにおける反射率が１００％未満になり、後続の各ファセットに入射する残りの本質的にガウスビームが１００％未満になることを通じて、損失が増加する。
【００４９】
コンパクトな分光計を形成するために、各ファセットは、約１ｍｍ〜１０ｍｍの間の直径を有し得る。各反射器は、典型的には、約１０ｍｍ２〜１０００ｍｍ２の表面積を有する他の反射器に向かって対向する面を有して形成することができるが、他のサイズが使用されてもよい。対向する各ファセットの形状は、好都合には、円形、楕円形、正方形、または長方形であり得るが、他の形状が使用されてもよい。反射器間の離間長は、所望の総レーザビーム経路長、反射に利用可能なファセットの数、およびファセットの利用可能な精度を考慮して選択することができるが、典型的には、約３０ｍｍ〜３００ｍｍであり得る。
【００５０】
いくつかの配置では、レーザビーム２２は、任意の１つのファセットから１回だけ反射するが、１つまたは複数のファセットがレーザビーム２２の複数回の反射に使用される配置が想定され得る。いくつかの実施形態では、すべての反射ファセットが、レーザ光源２０と検出器４０との間でレーザビーム２２を反射するために使用される。しかしながら、これは必ずしも必須ではなく、いくつかの実施形態およびそれらの実施形態のいくつかの構成では、ファセットのサブセットを入力レーザビーム２２の特定の構成に使用することができる。いくつかの実施形態では、ファセットは、反射器１２、１４の間で複数のレーザビーム経路が規定されるように配置され得る。例えば、任意選択的に異なる入口および／または出口開口を使用して、ならびに、任意選択的に異なるレーザビーム源および／または検出器を使用して、ならびに、任意選択的に反射器の同じサブセット、重複するサブセット、または重複しないサブセットを使用して、各々反射器のすべてまたはサブセットの間で、２つの異なる反射経路を使用することができる。
【００５１】
いくつかの配置では、分光計は、例えば図２に概略的に示されるように、第１の反射器と第２の反射器との間に、代替のより長いおよびより短い全体的なレーザビーム反射経路を提供するように配置され得る。図２は、図１のものと同様の第１の反射器１２および第２の反射器１４を示すが、この場合、１つの反射器１４の１つの反射ファセット１６は、部分透過ファセット１８であり、その後ろにさらなる出口開口２６’がある。この部分透過ファセット１８は、ビーム２２の一部分を反射して、引き続きその反射器のファセットからより長い経路のビーム２２’としてさらに反射し、また、ビーム２２の一部分をより短い経路のビーム２２’’として透過して、その反射器１４内のさらなる出口開口２６’を介して、検出器４０、または任意選択的に、図２に示される追加の検出器４０’へと方向付けられるようにするように配置されており、そのような検出器（複数可）およびその後のスペクトル信号の処理は、上記ですでに説明した通りである。図２は、さらなる出口開口２６’が最初に説明された出口開口２６と同じ反射器１４内にあることを示すが、これらの開口の両方のいずれかが入口開口２４と同じ反射器内にあってもよいことに留意されたい。
【００５２】
そのような配置を使用して、反射器は、反射器間により長いレーザビーム経路長と短いレーザビーム経路長の両方を提供するために使用することができ、ただし、代償として、より長いビーム経路２２’およびより短いビーム経路２２’’の各々をたどった後、検出器（複数可）におけるビーム強度はより低くなる。ある状況下で、より長いレーザビーム経路長が検出器において飽和信号、または、サンプル種の濃度が高くなると検出器の正確度が損なわれる信号を提供する可能性が高い場合、代わりに、このように検出器において損なわれない、または少なくともより少ない程度までしか損なわれない信号を提供するために、より短いレーザビーム経路長を使用することができる。言い換えると、このように２つ以上の異なる長さの経路を提供すると、サンプル内の標的種の種々の予測濃度にわたって、センサのダイナミックレンジが向上する。
【００５３】
この目的のために、１つの部分透過ファセットが提供される場合、それは好都合には、第１の反射器と第２の反射器との間のレーザビーム２２の経路に沿って約５％〜６０％で提供され得る。３つ以上の異なる長さのビーム通過を提供するために２つ以上の部分透過ファセットが提供される場合、異なるビーム経路がそれに応じて選択され得る。
【００５４】
各部分透過ファセットは、それに入射するビーム強度の約１０％〜９０％を透過し、残りのビーム強度のほとんどを反射する。部分反射ファセットを１つだけ使用する場合、これは、ビーム強度の約４０％〜６０％を透過し得る。
【００５５】
部分透過ファセット１８は、例えば、ファセット表面特性が成形または機械加工された半透明の結晶またはガラス材料によって形成することができる。必要に応じて、光学コーティングを使用して反射／透過特性を調整することができる。適切な材料の例としては、鉛カルコゲナイドガラス、またはセレン化亜鉛、フッ化カルシウム、およびフッ化バリウムなどの結晶材料が挙げられる。部分透過ファセットは、例えば、所定の位置に接着するか、または取り付けシステムを使用して挿入することができる。
【００５６】
いくつかの構成では、例えば、図１または２のものと同様の第１の反射器１２および第２の反射器１４を示す図３に概略的に示されるように、空間フィルタリングマスク１５を、対向する反射器１２、１４の間に提供することができる。空間フィルタリングマスク１５は、概してレーザビーム２２に対して不透明である材料から形成され、マスクに入射するレーザビームの吸収を増強し、したがって迷レーザビーム光の散乱を最小限に抑えるように構築またはコーティングすることができる。空間フィルタリングマスク１５は、マスクの材料を通る複数の開口を含み、各開口は、一方の反射器から他方の反射器への経路の一部またはすべてにおいて、レーザビーム２２の主要部分または中央部分がマスクを通過することを可能にし、特に、次の反射ファセットの外側または次の反射ファセットの特定の部分の外側で反射器の本体に入射するレーザビーム２２の一部またはすべてを遮断しながら、レーザビームの、ビーム経路内の次の反射ファセットに入射する部分が、マスクを通過することを可能にするように配置される。
【００５７】
このようにして、空間フィルタリングマスク１５を使用して、他のファセット１６またはファセット間の遷移領域など、レーザビームの各反射に対して意図された特定のファセット以外の反射器１２、１４の部分からのレーザビーム２２の散乱を低減または排除することができる。これは、レーザビーム２２が本質的に断面がガウシアンであるか、またはさらには何らかの他の形態である場合に、一般的にレーザビームの鋭い境界がないことに留意して、レーザビーム光の不要な散乱を低減し、それによって、信号対雑音比の改善など、分光計の性能を改善するのに特に有用であり得る。
【００５８】
図３に示される空間フィルタリングマスク１５は、本質的にガウシアンの形態のレーザビーム２２のビームウエストが、空間フィルタリングマスク１５と一致する場合に特に有利であり得る。例えば、以下で論じるように、反射器１２、１４間の離間長が各反射ファセットの曲率半径の約１倍である場合、分光計は、各ビームウエストが２つの対向する反射器間の空間の中心に形成されるように配置され得る。このとき、空間フィルタリングマスク１５は、各反射において意図された反射ファセット以外で対向する反射器に入射するレーザビーム（および迷光も）の周辺領域の影響を最小限に抑えるために、２つの反射器の間の空間の中心またはその中央領域のビームウエストと一致して、またはその近位に配置することができる。
【００５９】
上記で言及したように、対向する反射器間の反射の一部は、凹状反射ファセットからではなく、それらの反射器の平面部分からのものであり得る。図４は、図２と同様であるが、第１の反射器１２からのすべての反射がその反射器の凹状反射ファセット１６からのものであり、第２の反射器からのすべての反射が第２の反射器１４の平面反射部分１１６からのものであるような配置を示す。そのような場合に好都合なことに、すべての平面反射部分は、その反射器の単一の平面によって提供することができ、このようにして、反射器の１つは、例えば、平面ミラーによって提供することができ、それにより、構造の複雑さが節約される。さらに、状況によっては、そのようなミラーは厳密に平面である必要はない。例えば、曲率半径が十分に大きい単一の凹状または凸面を使用することができる。
【００６０】
図４に示すように、すべての凹状反射ファセットが単一の反射器に提供される配置では、空間マスク１１５を他方の反射器にまたはその近位に好都合に提供することができる。このとき、本質的にガウシアンの形態のレーザビーム２２のビームウエストは、平面反射部分を提供する反射器と一致し得、したがって、提供される場合にはそのような空間フィルタリングマスク１１５とも一致し得る。例えば、反射器１２、１４間の離間長が各反射ファセットの曲率半径の約半分である場合、分光計は、各ビームウエストが対向する反射器に形成されるように配置され得る。このとき、空間フィルタリングマスク１１５は、各反射において意図された反射ファセット以外で対向する反射器に入射するレーザビームの周辺領域の影響を最大化するために、ビームウエストと一致して、またはその近位に配置することができる。
【００６１】
他の実施形態では、１つまたは複数の平面反射部分と１つまたは複数の凹状反射器の両方を、レーザビーム２２の経路内に反射要素を形成するように、第１の反射器および第２の反射器の各々に設けることができる。
【００６２】
図４では、図２の１つまたは複数の部分反射ファセットのうちの１つまたは複数が、実質的に同じように構築することができ、実質的に同じように機能することができる１つまたは複数の部分反射平面反射部分１１８に置き換えられるが、図１および３に示すように、部分反射部分のない実施形態が使用されてもよい。同様に、例えば図３に示されるように、レーザビーム経路が１つまたは複数の平面反射部分からの反射を含む図４のような配置に、空間フィルタリングマスク１５を提供してもよい。
【００６３】
図５Ａ〜図５Ｄは、本明細書で論じられるように、反射器１２または１４のいくつかの隣接する反射ファセット１６を断面で示し、隣接する反射ファセット１６間の境界または遷移がどのように形成または構造化され得るかを示す。図５Ａでは、ファセットはいかなる介在面によっても分離されておらず、反射器表面は大きい間隔を一切空けずに１つのファセットから隣接するファセットに遷移する。したがって、１つのファセットと別のファセットとの間の境界は、典型的には、ファセット間の段差の形態をとるが、２つのファセットの隣接する境界が偶然にまったく同じレベルにある場合、段差は存在しない。
【００６４】
図５Ｂでは、隣接するファセットは、隆起した介在面によって分離されており、したがって、典型的には、急峻なまたは垂直な側面ならびに壁の上部を形成する平らな、平坦な、および／または水平な介在面を有する隣接するファセット間の壁構造の形態をとる。図５Ｃでは、隣接するファセットは、低くされた介在面によって分離されており、したがって、典型的には、急峻な垂直側面であるが、トレンチの底部を形成する平らな、平坦な、および／または水平な介在面をここでも有するトレンチ構造の形態をとる。
【００６５】
図５Ｄでは、隣接するファセット間の漸進的、平滑、または連続的な遷移が使用されて、鋭い縁部または遷移の一切ない境界領域が提供される。境界１９’の場合、遷移部、すなわち隣接するファセットの両方への遷移部の両側は平滑であり、一方、境界１９’’の場合、遷移部の片側は平滑で、もう一方は鋭いエッジによって与えられる。
【００６６】
図５Ａ〜図５Ｄのすべての例において、平面図で考えたとき、例えば図６に示されるように、ファセットの２次元分布が考慮されなければならないことに留意されたい。例えば、ファセットは直線または六角形のグリッドに分布することができる。図６に示すように、平面図において各ファセットが本質的に円形である場合、図５Ａ〜図５Ｄの介在遷移部は、ファセットのエッジが最も近い点にある断面で見た遷移部と考えることができ、ファセットのエッジがより広く分離される場合、本質的に同じまたは適切に適合された形態のより広い遷移部が提供され得る。同様に、ファセットが正方形、六角形、または何らかの他の形状など、平面図において異なる形状である場合、図５Ａ〜図５Ｄに示す遷移を考慮し、適切に変更することができる。
【００６７】
ファセット間の特定の形態の遷移境界を採用することにより、例えば適切なモデリング手順を使用して、散乱迷光が赤外線分光計の性能に影響を与える程度を最小限に抑えることができる。例えば、いくつかの形態の介在境界によって、ビームの意図された経路を離れるレーザビーム光がはるかに少なくなり得るか、またはビームの意図された経路を離れるレーザビーム光が散乱されてビームの意図された経路に戻って分光計の性能の低下をもたらすことがはるかに少なくなり得る。
【００６８】
図６は、前の図の反射器１２、１４がどのように実装され得るかを斜視図でより詳細に示す。図示の配置では、各反射器は、１５個の別個の反射ファセット１６を備える（そのうちの１つまたは複数は、部分透過ファセット１８であり得る）。これらは直線グリッドに配置されるが、六角形もしくは三角形、または構造化されていないグリッドもしくはランダムなグリッドなど、他の様々な数および幾何学的配置を使用することができる。コンパクトなセンサを提供するために、ファセットは、例えば、各反射器について、ファセットが、他方の反射器に面するように配置された反射器の面の面積の少なくとも５０％を占めるように配置され得る。
【００６９】
各ファセットは凹状である。図６に示されるファセットは、平面図では本質的に円形であるが、本明細書の他の箇所で説明されるように、楕円形、正方形、六角形などの他の形状を使用することもできる。図６では、第１の反射器１２のファセットは見えないが、この特定の例の第１の反射器１２は、第２の反射器と本質的に同一であり得、ただし、２つの反射器が互いに向き合うように回転される。
【００７０】
図６に示される配置の４×４グリッド内の１５個のファセットを用いて、このとき、第１６のグリッド位置が使用されて、レーザビームが対向する反射器１２、１４間の空間に入るための入口開口２４、およびレーザビームが当該空間から出るための出口開口２６が提供される。図６に示されるように、入口開口および出口開口の各々は、開口を通る気体または液体の移動を防止しながら、レーザビームに対して適切に透明である窓２８を設けられ得る。そのような窓は、例えば、成形または機械加工および研磨された結晶またはガラス材料から形成され得る。必要に応じて、光学コーティングを使用して透過特性を調整することができる。材料の例としては、鉛カルコゲナイドガラス、またはセレン化亜鉛、フッ化カルシウム、およびフッ化バリウムなどの結晶材料が挙げられる。窓は、例えば、所定の位置に接着するか、または取り付けシステムを使用して挿入することができる。
【００７１】
図６の配置では、両方の反射器１２、１４は、同じまたは同様の構造であり得、各々が、２つの反射器間で交互に反射するときに、レーザビームの経路に複数の凹状反射ファセットを備える。代替的に、図４に関連して上で論じたように、反射器１２、１４の１つは、代わりに、単一の平面反射器（または場合によっては平滑に湾曲した平面部分）、または単一のミラーを備えてもよく、そこからレーザビームが複数回反射するが、典型的にはその反射器の種々の点から反射する。他の代替の配置では、反射器の各々は、凹状反射ファセットのうちの１つまたは複数、および１つまたは複数の平面反射部分を備えてもよく、これらの各々は、レーザビーム２２の１つまたは複数の反射を提供する。
【００７２】
前の図には示されていないが、図６は、反射器１２、１４の一方または両方に、サンプル気体または液体が反射器間の空間を出入りして流れまたは圧送されることを可能にするための、特定の反射器を通過する１つまたは複数のポート３２を設けることができることを示す。そのようなポート３２は、例えば２つ、３つ、またはそれ以上の反射ファセットの間に配置され得、好都合には、レーザビームの反射に必要とされないファセット間の領域を利用することができる。レーザビームは典型的には、ガウシアンであり、したがって、断面がほぼ円形または楕円形であることに留意されたい。
【００７３】
１つ、２つ、またはそれ以上のそのようなポート３２は、反射器のいずれかまたは両方に形成され得、反射器１２、１４の間の空間へのおよび当該空間を通るサンプルの流れを制御および／または方向付けるためのダクト、ポンプおよび弁などの、適切なさらなる装置に接続され得る。このようにして、サンプル気体または液体の流れは、第１の反射器と第２の反射器との間の離間方向にほぼ沿って配置することができ、これは、例えば、反射ファセット間の各ビーム経路間のサンプルの均一性を改善するために望ましい場合がある。代わりに、離間方向を横切るサンプルの流れが使用された場合、サンプルの急激な変化が他のビーム経路よりも早く一部のビーム経路に影響を及ぼし、満足のいくセンシング性能が低下する可能性がある。
【００７４】
図７は、図６のものなどの対向する反射器１２、１４が、対向する反射器間の空間を囲むセル壁３６を使用してサンプルセルの端壁の一部または全部をどのように形成することができるか、およびそのようなサンプルセルをどのように使用してサンプルを収容することができるかを示す。このとき、サンプル気体または液体は、ポート２４、２６を通じて、および／または、例えば、セル壁３４を通る他のポートを使用して、サンプルセルに出入りすることができる。
【００７５】
上記のすべての図の説明に戻ると、反射器の別個の反射ファセット１６は、典型的には、球形の凹状として形成され得るが、正確に球形ではない、例えばわずかに非球面である他の凹状形態が使用されてもよい。反射ファセット１６の曲率半径が本明細書で論じられる場合、その用語は、それに応じて理解されるべきであり、例えば、ファセットは球形ではない限りにおいて、ファセットにわたる平均曲率半径、またはファセットの中心における曲率半径を定義する。
【００７６】
反射ファセット１６の幾何学的形態は、ミリング（例えば、ダイヤモンドミリング）、成形、アブレーション（レーザアブレーションなど）、および／または複製（典型的には、「ネガ」マスタの光学表面を、１つまたは複数の「ポジ」コピーまたはその表面に転写することを含む）を含む様々な方法で、反射器上または反射器内に形成することができる。例えば３Ｄ印刷技法を使用した積層造形も、単独で、または別の技法と組み合わせて使用されてもよい。別の代替案では、ピエゾ作動面を使用して反射ファセットを提供することができる。本質的に同じ技法を使用して、上で論じたように、反射器上に１つまたは複数の平面反射部分を形成することができる。反射器の１つが凹状ファセットの一切ない単一の反射面を提供する場合、ミラー面を形成するための様々な既知の技術を使用することができる。
【００７７】
各反射器は、アルミニウムまたは他の金属、プラスチック、ガラス、およびセラミックなどのファセットを形成するのに適した様々な材料のいずれかから形成することができる。反射器、例えば反射器を形成するために使用される材料自体がファセットの十分に高度な反射率を提供するのに適していない場合、または、下にある材料の固有の光学特性の何らかの他の変化が必要である場合、ファセット表面上に、任意選択的に他の部分または向かい合う表面全体にわたって、適切なコーティングを使用することができる。
【００７８】
各反射器について、その反射器のすべての別個の反射ファセット、および任意の平面反射部分は、単一の材料片から、または単一の一体ユニットとして形成することができる。より具体的には、各反射器は、単一の材料片から一体的に形成され得る。しかしながら、いずれの場合でも、１つまたは複数の異なる材料の適切なコーティングを、少なくとも反射ファセット自体、任意の平面反射部分、および任意選択的に反射器の対向する面の一部またはすべての部分に適用することもできる。
【００７９】
例えば、反射器がミリングによって形成される場合、その反射器のすべてのファセットを単一の材料片にミリングすることができる。各反射器が成形によって形成される場合、その反射器のすべてのファセットを単一の材料の部品として成形することができる。
【００８０】
代替的に、各反射器は、例えば、各セクションが１つまたは複数のファセットを提供する、単一の材料片の各々の複数のセクションから形成され得る。そのような例では、複数のセクションを、互いに当接するように形成することができ、例えば、接合または締結によってともに保持することができる。
【００８１】
上記の場合のいずれかの状況において、次に、１つまたは複数のコーティングを、例えば、反射率および／または他の光学特性を改善するために、例えば、汚染または化学的損傷に対する耐性を通じて寿命を改善するために、および／または他の目的のために、適用することができる。
【００８２】
本発明者らは、ファセットおよび反射器のサイズを最小化することにより、マルチパスセルおよびそのようなセルを含む任意の装置のためのよりコンパクトな形態を提供することを目指しながら、反射器間の反射中のレーザビーム強度の損失を最小限に抑え、また隣接する反射器へのレーザビーム強度の重複を最小限に抑えるために、反射器および反射ファセットの最適な幾何学的パラメータを決定するために数値モデリング実験を実施した。この目的のために、例えば、「Ｌａｓｅｒｓ」Ａｎｔｈｏｎｙ  Ｅ  Ｓｉｅｇｍａｎ著、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｂｏｏｋｓ、１９８６の第２０章に説明されるように、ガウスビーム変換と組み合わせた光線光学のＡＢＣＤ行列定式化を使用する数値モデルを開発した。
【００８３】
数値モデルは、例えば、図１に示す調節光学系２８を使用して調整されるように、開始パラメータとして、ビーム品質係数Ｍ２、および、最初のファセット反射が想定される前のレーザビームの特定のウエストサイズを受け入れる。このモデルでは、このレーザビームウエストが、例えば、図１に示すように、入口開口２４を通じて反射器間の空間にレーザビームが入射した後に、反射器間で発生することも要件であるが、このモデルではこのウエスト位置が他の計算されたパラメータを最適化する際に変化することが許容される。このモデルでは、反射器からのすべての反射は、含まれる任意の平面反射部分からではなく、凹状反射ファセットからのものであった。
【００８４】
図８は、Ｍ２＝１．２で、反射器間および最初のファセット反射前のウエストサイズが１００μｍの入力レーザビームのモデルの結果を示す。反射器の離間長は１７９ｍｍであり、各反射器には６つのファセットがあり、各々が直径５ｍｍの円形で、ファセットの近位エッジ間の間隔が０．２５ｍｍの直線グリッドになっる。ファセット間の１つおきの反射は、正確に対向するファセット間であり、したがって反射器間の軸に沿っており、交互の反射は、対向しない（すなわちオフセットされた）反射ファセット間で約０．８４度のビーム角にある。
【００８５】
特に、図８は、レーザビームがそこから反射される最後のファセットに対するビーム強度の９９％の直径を、１，０００〜１０，０００ｎｍのレーザビームの波長（横軸）および各ファセットの曲率半径（縦軸）の関数として示す。左側の目盛りは曲率半径を０〜９００ｍｍの範囲の絶対値において示し、右側の目盛りはこれを２つの反射器間の離間長に対する比として示す。
【００８６】
最後のファセットにおけるビーム径は、離間長の１／２、２／３、１、および２倍に対応するファセットの曲率半径の特定の値に対して強い最小値を示すことがわかる。これらの最小値は、テストされた波長の全範囲に及ぶが、最小値はより長い波長ではより狭く、より深くなり、これは、これらのより長い波長における所与の光学スケールでビームのガウス特性がより重要になることと一致する。
【００８７】
図９は、３３００および９５００ｎｍの波長において選択された図８のプロットの断面を示す。最後のファセットの９９％ビーム径は、曲率半径が上記のように離間長の１／２、２／３、１、および２倍の倍数またはそれに近い場合に、強い最小値を示すことがはっきりとわかる。ビーム径の最小値はこれらの曲率半径で見られるが、小さいビーム径に関して妥当な性能が、例えば、離間長の１倍の倍数について約１６０〜１９７ｍｍの曲率半径の間で、これらの倍数の約±１０％以内（より最適にはこれらの倍数の約±５％以内）で見られることが観察され得る。ファセットの曲率半径の関数としてのビーム幅の最小値の間で、ビーム幅の増加は、３，３００ｎｍのレーザビームでは約６〜７ｍｍ、９５００ｎｍのレーザビームでは約２０ｍｍに及ぶ、より長い波長ではるかに顕著である。
【００８８】
Ｍ２、ビームウエスト幅、反射器離間、および反射ファセットの数などの他のパラメータの他のレーザビームパラメータにわたってほぼ一貫することが知られた、これらの結果は、著しい追加のビーム強度損失なしにより小さい直径の反射ファセットを使用することができる、本発明を具現化する赤外線吸収センサの設計を可能にし、以て、よりコンパクトな装置が提供される。反射器間の離間長の２／３倍であるファセットの曲率半径を使用する反射器設計は、特により長い波長において、かなり狭い幅の最小値であり、反射器および調節光学系の製造および配置に高い公差が必要である。離間長の１／２の曲率半径を有する反射器設計では、さらに微細な公差および位置合わせが必要になり、そのため、やはり使用がさらに困難になる可能性がある。
【００８９】
離間長の約１倍または２倍の曲率半径を有する反射器設計は、ファセットにおけるビームサイズの最小値がより広く、そのため製造公差の影響を受けにくいため、より簡便に実装される。離間長の約１倍の曲率半径の場合、再イメージング、したがってビームウエストは、セルの中心で発生する。これには、すでに上で説明し、図３に示したように、空間フィルタマスクを使用することができるという利点もある。離間長の約２倍の曲率半径の場合、再イメージング、したがってビームウエストは、最適化された配置のファセット上のセルの中心で発生する。
【００９０】
本発明者らによる同様のモデリングはまた、ファセットサイズを低減し、レーザビーム損失および重複を低減して、対向する第１の反射器および第２の反射器の凹状ファセット間の反射においてレーザビームが複数のビームウエストを形成するように反射ファセットが設計および配置されることを保証するという点で有利であり得ることを示し、各ビームウエストは、後続の反射ファセットの間の中心にまたは中心に向かって配置される。例えば、センサは、ビームウエストの一部またはすべてが、離間長の少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％または少なくとも３０％だけ両方の反射器から離間するように配置され得る。上で論じたように、反射器間のビームウエストの配置は、それらのビームウエストに近いかまたはそれらと一致する空間フィルタマスクの使用を可能にし、マスクは、反射器へと、ただし次の意図される反射ファセットの外側にビームが入射するのを低減または排除するように配置される。
【００９１】
レーザビームが第１の反射器の凹状ファセットから対向する反射器の平面反射部分に反射され、その後第１の反射器の凹状ファセットに戻る場合、上記のモデリングは、凹状ファセットの曲率が同等に、上記の値の約２倍、すなわち離間長の約４／３、２、および４倍の倍数、例えばそのような倍数の約±１０％以内で最適化され得る。
【００９２】
同様に、平面反射部分が使用される場合、これは、ファセットサイズを低減し、レーザビームの損失および重複を低減して、レーザビームが、平面反射部分に配置されるか、または、例えば、その平面反射部分からの離間長の１０％以内もしくは２０％以内など、平面反射部分の近位にビームウエストを形成するように反射ファセットが設計および配置されることを保証するという点で有利であり得る。すべての凹状ファセットが第１の反射器に提供される配置が使用される場合、装置は、すべてのビームウエストが他方の第２の反射器にまたはその近位に生じるように配置され得る。そのような場合、空間フィルタマスクは、第２の反射器にあるビームウエストに近接または一致するように、第２の反射器にまたはその近くに提供され得、マスクは、次の意図された反射ファセットの外側にある、第１の反射器の部分へのビームの入射を低減または排除するように配置される。
【００９３】
本発明の特定の実施形態が説明されてきたが、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。例えば、各々が複数の凹状ファセットを備える対向する反射器の説明された配置は、様々な目的のための光遅延経路を提供するなどのために、論じられた赤外線吸収分光計とは別の他の目的に使用され得、応用分野は、電気通信、様々な赤外線および他のスペクトル領域内の分光分析、ならびに他の分野を含む。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月10日(2021.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線分光計であって、
離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、
複数の別個の凹状反射ファセットとを備え、前記反射ファセットは、前記対向する反射器のうちの少なくとも一方のファセットであり、さらに前記赤外線分光計は、
レーザビームを形成するように配置された赤外線レーザ源を備え、
前記対向する反射器は、前記レーザビームが、前記反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、前記対向する反射器の各々から交互に反射されるように配置されており、さらに前記赤外線分光計は、
前記複数の反射ファセットの各々からの反射後の前記レーザビームのスペクトル特性を検出するように配置された検出器と、
前記検出されたスペクトル特性から、前記対向する第１の反射器と第２の反射器との間に配されたサンプルの特性を決定するように配置された分析器とを備える、赤外線分光計。
【請求項２】
前記レーザビームが少なくとも１回反射される前記反射ファセットの数は、少なくとも６であり、任意選択的に１００以下、または任意選択的に４００以下である、請求項１に記載の赤外線分光計。
【請求項３】
前記対向する反射器からの後続の反射の前の前記レーザビームの前記反射の各々が、反射ファセットからの反射であるように配置される、請求項１または２に記載の赤外線分光計。
【請求項４】
前記対向する反射器間の前記レーザビームの前記反射の少なくとも１つが、前記対向する反射器のうちの一方の平面反射部分からの反射であるように配置される、請求項１または２に記載の赤外線分光計。
【請求項５】
すべての前記反射ファセットが、前記対向する反射器の一方のみに配置され、他方の前記対向する反射器における前記レーザビームの前記反射が、前記他方の反射器の１つまたは複数の平面反射部分からのものであるように配置される、請求項４に記載の赤外線分光計。
【請求項６】
前記他方の対向する反射器の前記１つまたは複数の平面反射部分が単一の平面によって提供される、請求項５に記載の赤外線分光計。
【請求項７】
複数の前記反射ファセットが互いに実質的に同じ曲率半径を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項８】
複数の前記反射ファセットの各々が、前記離間長の倍数の±１０％以内である曲率半径を有し、前記倍数が２／３、１および２のうちの１つである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項９】
少なくともいくつかの前記反射ファセットが、前記レーザビームが該反射ファセットからの反射と次の反射との間にビームウエストを形成するように構成され、前記次の反射は前記対向する反射器の反射ファセットからのものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１０】
各該ビームウエストは、前記対向する反射器の両方から前記離間長の少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％だけ離間される、請求項９に記載の赤外線分光計。
【請求項１１】
前記反射ファセットの少なくともいくつかは、前記レーザビームが前記次の反射においてまたは前記次の反射の近位でビームウエストを形成するように構成されており、前記次の反射は前記対向する反射器の平面反射部分からのものであり、前記対向する反射器の近位とは、該対向する反射器からの前記離間長の、任意選択的に２０％以内、または任意選択的に１０％以内である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１２】
前記対向する反射器のいずれかからの最初の反射の前に前記レーザビームのウエストを形成するように配置された調節光学系をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１３】
各凹状反射ファセットが１〜６ｍｍの直径を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１４】
前記レーザビームが２０００〜２０，０００ｎｍの波長を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１５】
前記レーザビームが前記複数の反射ファセットの各々から一度だけ反射されるように前記反射ファセットが配置される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１６】
前記反射ファセットのうちの少なくとも１つまたは前記平面反射部分のうちの少なくとも１つは、部分的に反射性であり、これにより前記反射ファセットの第１のサブセットからの反射後、前記レーザビームの第１の部分は、前記反射ファセットの第２のサブセットから引き続き反射し、続いて前記検出器によって検出され、前記レーザビームの第２の部分は、前記反射ファセットの前記第１のサブセットのみから反射した後、前記検出器または別の検出器による検出のために、前記部分反射ファセットまたは平面反射部分を透過する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１７】
ファセットの前記第１のサブセットおよび前記第２のサブセットが相互に排他的である、請求項１６に記載の赤外線分光計。
【請求項１８】
前記対向する反射器の間に配置された空間フィルタリングマスクをさらに備え、前記空間フィルタリングマスクは、前記レーザビームの経路内の対応する次の前記反射ファセットに方向付けられた前記レーザビームの少なくとも一部分が該次の反射ファセットに到達することを可能にするように各々が配置された複数の開口を備え、前記空間フィルタリングマスクは、他の様態では、該次の反射ファセットの外側に入射することになる、前記レーザビームの少なくとも一部分を遮断するように配置される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項１９】
前記反射ファセットおよび前記空間フィルタリングマスクは、前記空間フィルタリングマスクにおけるまたは前記空間フィルタリングマスクの近位における前記第１の反射器と前記第２の反射器との間の反射中に前記レーザビームが複数のビームウエストを形成するように構成される、請求項１８に記載の赤外線分光計。
【請求項２０】
前記対向する反射器の一方または両方の各々について、すべての前記反射ファセットが単一の材料片上に形成される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２１】
前記反射ファセットの一部またはすべてが反射コーティングによってコーティングされる、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２２】
前記反射ファセットが、成形、ダイヤモンドミリング、レーザアブレーション、および複製のうちの１つによって形成される、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２３】
対向する前記第１の反射器と前記第２の反射器との間にサンプルを収容するように配されたサンプルセルを備える、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の赤外線分光計。
【請求項２４】
前記対向する反射器の一方または両方は、前記サンプルが前記サンプルセルに流入および／または前記サンプルセルから流出するように配置された１つまたは複数のポートを備える、請求項２３に記載の赤外線分光計。
【請求項２５】
前記対向する反射器の各々は、１つまたは複数の前記ポートを備え、前記赤外線分光計は、前記サンプルを、一方の前記反射器内の前記１つまたは複数のポートを通って前記サンプルセルに流入させ、他方の前記反射器内の前記１つまたは複数のポートを通って前記セルから流出させるように構成される、請求項２４に記載の赤外線分光計。
【請求項２６】
赤外線分光計を操作する方法であって、
離間長だけ離間された対向する第１の反射器および第２の反射器と、
複数の凹状反射ファセットとを提供することを含み、前記反射ファセットの各々は、前記反射器のファセットであり、さらに前記方法は、
前記対向する反射器の間の空間内にサンプルを提供することと、
複数の前記反射ファセットの各々から少なくとも１回反射することによって前記サンプルを複数回通過するように赤外線レーザビームを方向付けることとを含み、前記レーザビームは、前記反射ファセットの各々によって少なくとも１回反射されることを含むことにより、前記対向する反射器の各々から交互に反射し、さらに前記方法は、
前記複数回の反射後の前記レーザビームのスペクトル特性を検出することと、
前記検出されたスペクトル特性から前記サンプルの特性を決定することとを含む、方法。
【請求項２７】
前記レーザビームが少なくとも１回反射される反射ファセットの数は、少なくとも６であり、任意選択的に６０以下、または１００以下、または４００以下である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記対向する反射器からの反射の前の前記レーザビームの前記反射の各々が前記反射ファセットからの反射である、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記反射ファセットが、前記対向する反射器の第１の反射器のすべてのファセットであり、他方の前記対向する反射器からの前記レーザビームの反射が、該他方の反射器の１つまたは複数の平面反射部分からの反射である、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項３０】
複数の前記反射ファセットの各々が、前記離間長の倍数の±１０％以内である曲率半径を有し、前記倍数が２／３、１および２のうちの１つである、請求項２６〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
各反射ファセットが１〜６ｍｍの直径を有する、請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記反射ファセットまたは前記平面反射部分の少なくとも１つは、部分的に反射性であり、これにより前記レーザビームの第１の部分は、前記反射ファセットの第２のサブセットから引き続き反射し、続いて前記検出器によって検出され、前記レーザビームの第２の部分は、前記反射ファセットの第１のサブセットのみから反射した後、前記検出器または別の検出器による検出のために、前記部分反射ファセットまたは平面反射部分を透過する、請求項２６〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、赤外線を含むレーザ分光法、例えば、赤外線吸収または分散分光法などの用途に適したコンパクトなマルチパスセルを提供することを模索するが、セルは、以下に説明するような他の様々な用途に使用することができる。典型的には、そのようなセルは、以下で様々に説明するように、各々が複数の反射ファセット、および／または平面反射部分を有する少なくとも対向する第１の反射器および第２の反射器を含み、セルは、例えば、これらの反射器と、レーザビームがファセット間を複数回通過するのに使用される反射器間の空間との組み合わせであると解釈することができる。必要とされる場合、セルは、適切な光学的分析のために、典型的にはガスからなるサンプルを少なくとも反射器間の空間内に保持するように配置される壁も含み得るが、サンプルガスは、必要に応じて、壁による部分的または完全な閉じ込めがない開放セル配置において、反射器間に存在し得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
反射器は、反射ファセットのすべてもしくは重複するサブセットまたは別個のサブセットからのレーザビームの１つまたは複数の構成の単一および／または複数の反射の様々な組み合わせを提供するように設計され得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の反射器および第２の反射器の反射ファセットは、レーザビームが、複数の反射ファセットの各々から、またはすべての反射ファセットの各々からただ一度だけ反射されるように配置され得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
対向する反射器の一方または両方は、サンプルがポートを通ってサンプルセルに流入および／またはサンプルセルから流出するように配置された１つまたは複数のポートを備えることができる。例えば、対向する反射器の各々は、１つまたは複数の上記ポートを備えることができ、このとき、赤外線分光計は、サンプルに、一方の反射器内の１つまたは複数のポートを通ってサンプルセルに流入させ、他方の反射器内の１つまたは複数のポートを通ってセルから流出させるように配置することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
いくつかの配置では、分光計は、例えば図２に概略的に示されるように、第１の反射器と第２の反射器との間に、代替のより長いおよびより短い全体的なレーザビーム反射経路を提供するように配置され得る。図２は、図１のものと同様の第１の反射器１２および第２の反射器１４を示すが、この場合、１つの反射器１４の１つの反射ファセット１６は、部分透過ファセット１８であり、その後ろにさらなる出口開口２６’がある。この部分透過ファセット１８は、ビーム２２の一部分を反射して、引き続きその反射器のファセットからより長い経路のビーム２２’としてさらに反射し、また、ビーム２２の一部分をより短い経路のビーム２２’’として透過して、その反射器１４内のさらなる出口開口２６’を介して、検出器４０、または任意選択的に、図２に示される追加の検出器４０’へと方向付けられるようにするように配置されており、そのような検出器（複数可）およびその後のスペクトル信号の処理は、上記ですでに説明した通りである。図２は、さらなる出口開口２６’が最初に説明された出口開口２６と同じ反射器１４内にあることを示すが、これらの開口のいずれかまたは両方が入口開口２４と同じ反射器内にあってもよいことに留意されたい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
他の実施形態では、１つまたは複数の平面反射部分と１つまたは複数の凹状反射器の両方を、レーザビーム２２の経路内に反射ファセットを形成するように、第１の反射器および第２の反射器の各々に設けることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
反射ファセット１６の幾何学的形態は、ミリング（例えば、ダイヤモンドミリング）、成形、アブレーション（レーザアブレーションなど）、および／または複製（典型的には、「ネガ」マスタの光学表面を、その表面の１つまたは複数の「ポジ」コピーに転写することを含む）を含む様々な方法で、反射器上または反射器内に形成することができる。例えば３Ｄ印刷技法を使用した積層造形も、単独で、または別の技法と組み合わせて使用されてもよい。別の代替案では、ピエゾ作動面を使用して反射ファセットを提供することができる。本質的に同じ技法を使用して、上で論じたように、反射器上に１つまたは複数の平面反射部分を形成することができる。反射器の１つが凹状ファセットの一切ない単一の反射面を提供する場合、ミラー面を形成するための様々な既知の技術を使用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
離間長の約１倍または２倍の曲率半径を有する反射器設計は、ファセットにおけるビームサイズの最小値がより広く、そのため製造公差の影響を受けにくいため、より簡便に実装される。離間長の約１倍の曲率半径の場合、再イメージング、したがってビームウエストは、セルの中心で発生する。これには、すでに上で説明し、図３に示したように、空間フィルタマスクを使用することができるという利点もある。離間長の約２倍の曲率半径の場合、再イメージング、したがってビームウエストは、最適化された配置のファセット上またはセルの中心で発生する。
【国際調査報告】
2021533375.tif 000015
2021533375.tif 000016