(57)【要約】  ブラッグ格子による材料の屈折率を測定する方法は、広いスペクトルを持った放射源（４）からコリメートされた放射ビーム（９）の発光、および検査すべき材料（２）に直角な方向に沿ってその方向付けをすること、材料（２）、次にコリメートされた放射ビーム（９）の方向に傾斜して置かれたブラッグ散乱格子（３）、そして再び材料（２）、に入るコリメートされた放射ビーム（９）の伝播、材料（２）から出るコリメートされた放射ビームのスペクトル分析を受けさせ、格子（３）がブラッグ則に従って分光分析を受けさせられたスペクトルの最小値を作り出すこと、そして、スペクトルにおける前記最小値に対応する波長の測定値から材料（２）の屈折率を計算することを有する。関連する装置が記載される。
2010525316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射源から放射の発光と、放射のブラッグ格子との相互作用と、ブラッグ格子と相互作用する放射のスペクトル分析と、検査すべき材料の屈折率の値によるスペクトル分析の相関と、を有する、ブラッグ格子による材料の屈折率を測定するための方法であって、
以下のステップ、
・広いスペクトルを持った放射源からコリメートされた放射ビームを発光させること、および検査すべき材料に直角な方向に沿ってその方向付けをすることと、
・検査すべき材料、次にコリメートされた放射ビームの方向に斜めに置かれたブラッグ散乱格子、そして再び検査すべき材料、に入るコリメートされた放射ビームを伝播させること、
・検査すべき材料から出るコリメートされた放射ビームのスペクトル分析を受けさせ、格子がブラッグ則に従って分光分析を受けさせられたスペクトルの最小値を作り出すこと、および、
・スペクトルにおける前記最小値に対応する波長の測定値から検査すべき材料の屈折率を計算すること
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
コリメートされた放射ビームを放射方向に沿って発光することが可能な放射源、ブラッグ格子のような光学部品、分光計、および屈折率を計算する計算手段、を有する、ブラッグ格子による材料の屈折率を測定するための装置であって、
・検査すべき材料を支持する支持手段が、コリメートされた放射ビームの放射方向が検査すべき材料に直角であるように配置され、
・ブラッグ散乱格子が、検査すべき材料中に、前記ブラッグ散乱格子に当たって横切る入射放射ビームに対して斜めの状態に置かれ、
・分光計は、検査すべき材料から出る放射ビームを受け取って、そのスペクトルを分析することが可能であって、つまりブラッグ則に従って分光分析を受けさせられたスペクトルの最小値を作り出すブラッグ散乱格子であり、
・計算手段は、スペクトルにおける前記最小値に対応する波長の測定値から検査すべき材料の屈折率を決定する
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
コリメートされた放射ビームは直線偏光されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
コリメートされた放射ビームは、横の電界偏光と横の磁界偏光との間で選択された偏光に沿って直線偏光されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
コリメートされた放射ビームは円偏光であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記放射ビーム源と光学部品は、特に紫外線、可視光線、赤外線、およびマイクロ波の中から選択されたスペクトル範囲において動作するよう選択されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
検査すべき材料を支持する支持手段は硬質の支持部材を有し、検査すべき材料は透明な固体材料であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項８】
透明な固体材料は、補完的に傾斜された対向する面を有する２つのプリズム体に形成され、その間にブラッグ散乱格子が同様に傾斜して挿入されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
検査すべき材料を支持する支持手段は、内部にブラッグ散乱格子を収容すると共に、コリメートされた放射ビームに直角に配置され、平行で透明な対向する壁を持つキュベットを有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
検査すべき材料は、キュベットに収容されうるような何らかの物理的状態にある材料であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
検査すべき材料を支持する支持手段は、内部にブラッグ散乱格子を収容すると共に、コリメートされた放射ビームに直角に配置され、平行で透明な対向する壁を持つシール可能なキュベットを有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１２】
検査すべき材料は気体であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ブラッグ散乱格子は
そこへの放射ビームの入射角を変えるように制御された方法で傾斜角を変更可能であることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
検査すべき材料を支持する支持手段は、その種類と大きさが標準的なキュベットであって、それはブラッグ散乱格子を収容するよう適合させられ、そしてすべての工業用の分光光度計と共に使用可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラッグ格子による材料の屈折率を測定するための方法および装置に関する。さらに本発明は、この方法を行なうための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の屈折率、あるいはそれの他の物理的または化学的特性を測定するために、何らかの形で屈折率に関連する屈折計が使われる。いくつかの既存の屈折計は、特許文献１（米国特許第７，１８４，１３５号明細書（２００７年２月２７日登録））、及び、特許文献２（国際出願番号ＷＯ２００６／０６１５４３号（２００６年６月１５日公開の、その所有者がthe Commissariat a I'Energie Atomique of Paris （フランス）であるもの））に記載されているような、ブラッグ散乱格子に基づいている。その中で開示された屈折計は光学ファイバーを使う。ファイバーコアには、ファイバーの軸に直角でない平面を持ったブラッグ散乱格子が存在する。ファイバーを通して伝播する光が格子上に入射する時、回折された光は、逆に伝播するクラッドモードの離散スペクトルに部分的に結合され、ファイバーの外でエネルギーを送る連続した放射モードに部分的に結合される。回折光は、クラッドモードと、媒体、すなわちファイバーが浸漬される検査すべき材料の屈折率に依存する放射モードとの間で異なった方法で展開される（広がる）。
【０００３】
特許文献１によれば、屈折率の測定は、非常に高解像度の分光計によって行なわれるクラッドモードのスペクトル分析によって得られる。特許文献２によれば、屈折率は、放射モードを用いてファイバーから外される（離される）電力の測定によって決定される。このように、両方の方法は、屈折率がクラッドモードと放射モードの有効な屈折率の値に影響を与えるという物理的な原理、そしてそれから屈折される光がそのようなモード間に展開される方式に基づいている。上記引用された文献の方法において、解像力および機器の測定範囲を決定する重要な役割は、ファイバーの屈折率の値によって果たされ、それは実際に修正可能ではなく、格子のパラメータによっている。これは、記載された方法を使うことの柔軟性を大いに制限する。
【０００４】
さらに、上記記載された方法が、極めて高価な機器のみによって高解像度を達成している、ということが指摘されるべきであり、それは光学研究室においてのみ可能である。実際、上記米国特許（特許文献１）の方法は、１ピコメートル範囲の解像度を持った分光計を要し、上記国際特許出願（特許文献２）による方法は、共に非常に好ましくない信号対雑音比で動作されうるようなセンサおよび電子部品を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，１８４，１３５号明細書
【特許文献２】国際出願番号ＷＯ２００６／０６１５４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記引合いに出した特許文献のようにブラッグ格子の使用に基づいているのだが、それは、上記した前記発明のいくつかの制限を克服することを可能にする異なった動作原理において見出され、それだけでなく、以下に記載されるように、いくつかの他の利点をも提供する。
【０００７】
特に、本発明の目的は、簡単で少ない数のパラメータに依存する物理的な原理に基づいた屈折率を測定するための方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、同じ解像力が維持され、１つの広いスペクトル源が使われるという状態で、異なった波長における屈折率の測定を可能にすることである。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、一方では、通常の分光光度計と共に使うことができるように、そして他方では、ファイバーの不完全性および機械的歪みに必然的に関連付けられる誤差成分が排除されうるように、光学ファイバーを使ういかなる必要性もなしに屈折率を測定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明の第１の局面によれば、請求項１で開示されたように、ブラッグ格子による材料の屈折率を測定するための方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の局面によれば、請求項２に開示された関連する装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明はいくつかの利点を有する。この方法は極めて簡単であり、そして装置は安く用途が広い。特に、その主な利点は、何らかの工業用の（市販の、または商業的に入手可能な）分光計を、ブラッグ散乱格子を収容するキュベットのみを使うことによって、正確で簡単な屈折計に変える可能性である。極めて安くすることに加えて、このような適合は、実質的に透明ならばいかなる種類の流体の流れの中でも、また流れる状態の中においても、リアルタイム測定を遂行することを可能にする。さらに、この装置は、外部の変更に従う試料の屈折率の変化を測定することに適している。この可能性は、例えば、化学的、生物学的、電気的、または光誘起反応、などを研究および監視するのに非常に興味深い。この方法は、本質的に、適切な回折格子を利用することのみによって紫外線からマイクロ波までの広い周波数範囲における屈折率を測定することに適している。それぞれのスペクトル範囲中において、異なった波長での屈折率の測定を、格子をキュベット中で回転させるのを可能にすることによって容易に得ることができる。
【００１３】
本発明の動作の原理と主な特徴は、添付の図面を参照する２つのそれの実施形態の詳細な説明からより良く理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態による、検査すべき材料が流体である時の、ブラッグ格子を使うことによって材料の屈折率を測定するための装置を全体的に表すブロック図である。
【図２】図１の一部の拡大された細部である。
【図３】図２のそれに類似した、検査すべき透明な固体材料のための装置の第２の実施形態の拡大された細部である。
【図４】ｎ０＝１．４９およびｎの異なった値に対して、横座標を度で表した入射角θｉｎに応じた、式６によって定義され縦座標をラジアンで表した量Ｓ２のグラフである。
【図５】装置（実線）および関連する感度（破線）の典型的な応答曲線のグラフを、それらを両方の縦座標に、ｎを横座標としたグラフである。
【図６】λＣ＝５５０ｎｍおよびｎＣ＝１．３５に対して式７を満たすこのような方法で一点毎にφが選択されるという状態で、格子のピッチΛ（縦座標）および入射角θｉｎ（横座標）に対する感度Ｓの典型的な依存関係のグラフである。
【図７】本発明による、実験的なデータが点によって、直線適合が実線によって、理論的モデルが破線によって示された、装置の動作の実験的な検証に関連したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
材料の屈折率を測定する方法を実施する装置を、それらの２つの実施形態において以下に説明する。
【００１６】
図１を参照すると、これは第１の実施形態の装置を全体的に示すブロック図であって、キュベット１において検査すべき材料２が置かれ、それは内部において例えば液体、ジェル、懸濁液などが収容されうる。ブラッグ散乱格子はキュベット１の中に取り付けられ、３によって示される。広いスペクトルで放射ビームを発光し、問題の波長範囲で動作する放射源は４として示され、キュベットを出る放射ビームのスペクトルを集めて分析するよう適合させられた分光計は５として示され、そして屈折率を計算する計算手段は６として示される。
【００１７】
キュベット１は、放射ビームに対して入射窓７および射出窓８としてそれぞれ動作する２つの対向する壁を有する。入射および射出窓７、８は平行であり、また問題の波長範囲内で透明である。
【００１８】
キュベット１内に取り付けられたブラッグ散乱格子３は、入射および射出窓７、８に対し斜めに方向付けられている。
【００１９】
本発明による屈折率を測定する方法は、以下のように表されうる。
【００２０】
コリメートされた、矢印９によって表される入射放射ビームは、放射源４によって発光され、キュベット１の入射窓７に直角に当たる。放射ビームはキュベット１に収容された検査すべき材料２を通って（矢印１０）、次にブラッグ散乱格子３を通って（図１の一部の拡大図である図２の矢印１１）、次に射出窓８を通してキュベットを出る前に再び検査すべき材料２を通って（矢印１２）伝播し、射出放射ビーム１３となる。
【００２１】
射出放射ビーム１３は分光計５によって集められる。
【００２２】
分光計５は、計算手段６と共に、格子によって回折された波長の測定を提供する。この波長を知って、キュベット１に収容された検査すべき材料２の屈折率は計算されうる。
【００２３】
装置の第１の実施形態を以下に記載する。
【００２４】
ガラスあるいは石英から作られた平行六面体の形状を有するキュベット１は、検査すべき材料２、一般に液体、を収容するために使われる。検査すべき材料が気体であるならば、キュベットはシールされるべきである。キュベット１の２つの対向する壁は互いに平行で問題の波長範囲において透明であって、放射ビームの入口および出口のための窓７、８の役割を果たす。
【００２５】
通常は位相格子であるブラッグ散乱格子３は、キュベット１内に置かれ、入射窓７と射出窓８に対し斜めに向けられ、そして検査すべき流体にその両側で接触している。
【００２６】
広いスペクトルの放射ビーム４で発光するコリメートされた放射ビーム９は通常ランプであり、入射窓７に直角にキュベット１に当たり、次に散乱を経験することなく検査すべき材料２中でビーム１０として伝播する。
【００２７】
検査すべき材料と格子３との間の第１の界面において、ビーム１０はスネルの法則に従って屈折させられる。
【００２８】
ｎｓｉｎθｉｎ＝ｎ０ｓｉｎθ      （１）
【００２９】
ここに、ｎ０は格子の平均屈折率、ｎは検査すべき材料の屈折率、θｉｎおよびθはそれぞれ材料および格子への伝播する角度であって、両者は図２で詳細に示すように格子の法線に対して測定される。
【００３０】
格子中のビームの所定の伝播角θに対して、特定の波長λがブラッグ則に従って横に回折される。
【００３１】
λ＝２Λｎ０ｃｏｓ（θ−φ）      （２）
【００３２】
ここに、Λは格子３のピッチ、そしてφは全体的に１４として示される格子面(reticular plane)の傾斜角、すなわち格子の格子平面１４と外部表面１５との間の角度である。これに対し、式２を満たさないすべての波長は回折を経験せずに、逸れることなく格子３を横切り、次に再び検査すべき周囲の材料を通って、射出窓８を通って１２で示されるようにキュベットを出る。
【００３３】
キュベット１を出て、格子３によって回折しなかったすべての波長を含んだビーム１３は、問題の波長において動作する分光計５によって集められ分析される。上記で述べたものから、分光計によって得られた透過スペクトルは、格子によって回折されたブラッグ波長に対応して最小値を示すことになる。このような値の測定から、スネルの法則とブラッグ則（式１と２）を組み合わせることによって、ブロック６内で検査すべき材料の屈折率を計算することができる。
【００３４】
図１における装置の、図２におけるそれと類似の拡大された細部を示す図３を参照して、その第２の実施形態が示される。その内部において、検査すべき材料が透明な固体である場合、ブラッグ格子は再び３で示され、格子３に接触に置かれた、検査すべき同じ材料のプリズム体１６、１７を、源４（図示しない）から来る同じ放射ビームが横切る。プリズム体１６、１７は、間にブラッグ散乱格子が同様に傾斜して挿入される補完的に傾斜した対向する面を有する。図３において、プリズム体とブラッグ格子を支持する支持手段が１８で示される。
【００３５】
この配置は、流体材料のために利用されるのと同じ本発明の方法によって、検査すべき固体材料の屈折率の計算を可能にする。
【００３６】
角測定を通じて屈折率を決定するほとんどの伝統的な屈折計に対して、本発明の装置は
屈折率ｎに依存するθの変化を、工業用の分光計によって高い感度で容易に測定可能であるところの回折波長λの変化に変換する。
【００３７】
達成可能な感度は以下のように評価されうる。スネルの法則とブラッグ則（式１と２）の組み合わせが装置の応答曲線、すなわち検査すべき材料の屈折率ｎに依存する、ブラッグ格子によって回折された波長λのパターンを提供する。
【００３８】
【数１】
2010525316.tif 000003
【００３９】
ｎに関して微分することによって、装置の感度Ｓが得られる。
【００４０】
【数２】
2010525316.tif 000004
【００４１】
それは、以下の結果のように解釈することもできる。
【００４２】
【数３】
2010525316.tif 000005
【００４３】
および
【００４４】
【数４】
2010525316.tif 000006
【００４５】
第１の式はブラッグ則を微分することによって得られ、第２の式はスネルの法則を微分することによって得られる。
【００４６】
格子パラメータΛ、θｉｎ、及びφを適切に選択することによって（ｎ０は一般に格子材料の選択によって固定される）、装置の感度は問題の波長範囲で最大にされうる。
【００４７】
式６に基づいて、Ｓ２はθｉｎのみに依存し、その典型的なパターンを、ｎ０＝１．４９およびｎの異なった値に対して図４で示す。Ｓ２がθｉｎによって単調に増加するにつれて、入射角のための可能な限り大きな値を選ぶことが適切である。つまり、妥当な値は、Ｓ２≒０．７〜１．０（０．７÷１．０）ラジアンに対応して５０〜６０°である。
【００４８】
式５によれば、Ｓ１はΛによって直線的に増加する。所定のΛに対して、正弦（ｓｉｎ）の引数がπ／２になる時、Ｓ１はどんな場合でも最大である。
すなわち、φ−θ≒π／２の場合に、
【００４９】
【数５】
2010525316.tif 000007
【００５０】
は式１による格子におけるビームの伝播角度である。物理的な見地からは、格子内をビームの伝播の方向が格子面と平行な時にＳ１が最大であることを意味する。この状況で、Ｓ１≒２ｎ０≒３Λ  （通常ｎ０＝１．５であるから）、
Ｓ２のための０．８〜０．９の値を掛けたもの全体は感度Ｓ≒２．５Λとなる。
【００５１】
装置の動作範囲は、格子パラメータの選択をも考慮しなければならない。典型的なケースでは、４００から７００ｎｍの間の可視放射において動作する分光計を用いて、１．３〜１．４の範囲の屈折率の測定が考慮されうる。屈折率ｎＣに対応するブラッグ波長λＣを想定すると、以下の条件がパラメータΛ、θｉｎ、およびφに対して得られる。
【００５２】
【数６】
2010525316.tif 000008
【００５３】
ここに、
【００５４】
【数７】
2010525316.tif 000009
【００５５】
はｎ＝ｎＣに対する格子内のビームの伝播角度を示す。
【００５６】
θｉｎを約５０〜６０に固定し、要求される感度に基づいてΛを選ぶと、前の関係は、要求される波長範囲で動作させるのに必要な格子平面の傾斜角φの値を与える。ちなみに、十分大きなΛに対しては、式７の第１項は零に近付き、それによってφ−θＣがπ／２に近付く、ということを指摘すべきである。この場合、Ｓ１の最大値の条件は、自動的に良好な近似値と適合する。
【００５７】
図５において、実線は、次のパラメータ：Λ＝２μｍ、θｉｎ＝５０°、ｎ０＝１．４９、φ＝−５１．３°を仮定することによって計算される装置の典型的な応答曲線を示す。最後の値は、ｎＣ＝１．３５に対するλＣ＝５５０ｎｍを持つために選択される。同じ図において、感度Ｓが破線で表され、それは、応答曲線のほぼ直線のパターンの結果として、屈折率を熟した範囲においてほぼ一定である。明らかにこの特性は、この装置を使う際に非常に有用である。
【００５８】
前に記載したものが図６のグラフにまとめられ、そこでは、ｎＣ＝１．３５およびλＣ＝５５０ｎｍに対する式７を満たすために、感度Ｓの典型的な値が、Λと、可変的なパラメータであるθｉｎと、一点毎に選ばれるφとによって示される。
【００５９】
所定の感度Ｓに対して、装置の最も大きな解像度、すなわち、ブラッグ波長δλの最も小さい測定可能な変化に対応する屈折率の変化δｎは、以下で与えられる。
【００６０】
【数８】
2010525316.tif 000010
【００６１】
ここに、δλの値は、分光計のスペクトル分解能によって、また格子の回折ピークの幅によって規定される。工業用の分光計は、通常、０．１ｎｍの領域の解像度を達成する。しかしながら、ブラッグ散乱格子の中央の高さの典型的な幅は、通常、一層大きな規模である。実際に、他のパラメータが等しいならば、ブラッグ散乱格子のスペクトル分解能は、格子を通したその伝播における光によって横切られる回数に依存する。つまり換言すれば、格子のピッチΛが小さくなればなるほど、また格子の厚さｄが大きくなればなるほど，δλはより小さくなる。この観測は、格子ピッチの選択の上限を示す。商業的な範疇の体積ブラッグ格子(Bragg volume grating)は、スペクトル分解能δλ≦１ｎｍ、および数ミクロンのピッチΛによって特徴付けられる。このようにして、δλ＝１ｎｍと感度Ｓ＝４０００ｎｍを考慮し、Λ＝２０００ｎｍによって達成可能な、装置の解像度δｎ＝２．５×１０−４が得られる。
【００６２】
結局、分光計の所定の動作範囲Δλに対応する装置の測定範囲Δｎを考慮することが適切である。装置の応答曲線がほぼ直線である（一定の感度）であるので、以下の近時が成り立つ。
【００６３】
【数９】
2010525316.tif 000011
【００６４】
ここに、Δλは通常の分光計に対して数百ナノメートルの範囲にある。
【００６５】
［実験的な動作検証］
装置の第１の試作品を作り、回折部材として液晶（Ｈ−ＰＤＬＣ）を分散したホログラフィックポリマーの格子を利用することによって、実験的にテストした。Ｈ−ＰＤＬＣは、ポリマーの平面と液晶との周期的な連続の一貫したブラッグホログラフィック格子であって、それは２つのガラスの間に封止される。試作品において使われた格子は、
以下の定格のパラメータによって特徴付けられた。ｎ０＝１．５７、Λ≒１μｍ、φ≒６０°。また、格子は、キュベット窓との角θｉｎ≒５０°をなすように、ガラスキュベット内に傾斜して置かれた（Ｌ×Ｗ×Ｈ＝２．５×１．５×１．５ｃｍの大きさを持った平行六面体）。
【００６６】
装置の動作を検証するために、既知の屈折率を持った一連の液体材料に対応するブラッグ散乱のピークの位置を測定した。ハロゲンランプを源として使用した。また、オーシャンオプティクス（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）製の高解像度分光計ＨＲ４０００（解像度〜０．１３ｎｍ）を分光計として使用した。図７にもグラフで示した結果を、下の表１に挙げる。
【００６７】
【表１】
2010525316.tif 000012
【００６８】
ここに挙げたそれぞれの材料の回折波長λの値は、標準偏差が不確かさを示すという状態で、５回の繰り返し測定値の平均である。そして、それぞれの材料の屈折率ｎを文献から引いた。
【００６９】
いくつかの考察がなされうる。応答曲線は一般的に直線である。そして実験値を通じた線形適合（図７における実線）は、格子の定格パラメータの条件（Ｓ≒２０００）に基づく期待値に十分に合致して、２１２１±８ｎｍの角度係数（感度）を与える。キャリブレーション（較正）プロセスを用いて装置の線形−応答曲線を構築した後で、極端な制度によって決定するのがしばしば困難である格子パラメータの知見は別として、屈折率の値を、簡単な演算操作を通じて回折波長の測定値から得ることができる。
【００７０】
格子に対して挙げられた上述のパラメータを使うことによって、式３は、図７で破線によって表される理論的な応答曲線を与える。格子パラメータの最小の変化が応答曲線における大きな変化を与えることを考えれば、実験データの適合性は最も良い。
【００７１】
エラーバーによって表される不確かさλ、すなわち５回の繰り返し測定値に基づく標準偏差の値は、１ｎｍの範囲領域にあり、それは約５ｘ１０−４ｎの不確かさに対応する。この不確かさは装置の精度を定義し、測定の間の装置の小さな不整合、機械的不安定性、キュベットの不純物増加、光学的ノイズ、格子および分光計双方の解像度などのような部材の多様性の結果である。これらの影響のほとんどは、改善された装置を使うことによって強く減らされうる。
【００７２】
この装置の利点はいくつかある。低コストおよび汎用性は、主要な利点の中でも考慮されうる。装置の基本部材としてのキュベットおよび格子は極めて安い。これらの理由から、この装置は、何らかの工業用の分光計を高感度の屈折計に変換するための簡単な商用装備品として提供するのに適している。
【００７３】
種々の材料を測定することができる。この装置は、液体、気体、エマルジョン、懸濁液、ジェルなどを含む流体の屈折率を測定するために開発された。しかし、一層一般的に、問題の波長範囲において十分に透明であって均一にキュベットを満たす場合には、いかなる材料に対しても、固体に対しても、屈折率の測定を行なうことができる。その材料は例えば粉末でもありうる。
【００７４】
この装置のための典型的な波長範囲は、ＵＶ−可視−近ＩＲの近傍にあり、それによって、ほとんどの工業用の分光計によって使うことができる。しかしながら、以下の場合には、装置の動作スペクトル範囲は容易に変えるか、あるいは増やすことができる。
・放射源および分光計が適切に選ばれる。
・キュベット、格子、および検査すべき材料が、予め設定されたスペクトル範囲内で十分に透明である。
・ブラッグ散乱が要求される範囲で与えられるように、格子パラメータ（ピッチおよび傾斜角）が選択される。
【００７５】
格子がキュベットにおける固定された場所に存在することで、この装置は回折波長において検査すべき材料の屈折率の値を提供する。格子が手動あるいは電子的に回転することを可能にすることによって、屈折率を異なった波長において測定することができる。
【００７６】
さらに本発明は、屈折率の変化を即時に監視することを可能にする。このようにして、試料の物理的、化学的、または生物学的特性の進化をリアルタイムで監視することができ、その試料は、外部から適切に誘発された電気的、光学的、および熱的影響などに高い確実性でさらされる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明による装置は、一般的な工業用の分光計を屈折計にするための装備品として使うことができる。
【００７８】
キュベットは、特定の工業用の分光計を用いるその使用のために特に設計されうる。
【００７９】
この装置は、屈折率に直接関係する、検査すべき材料の物理的、化学的、または生物学的特性を測定することを可能にする。
【００８０】
それは、検査すべき材料に化学的、電気的、熱的、光学的、およびその他により影響することによって外部から確実で適切に誘発される、屈折率のリアルタイムの変化を測定するために使うことができる。
【００８１】
例えば、この装置は、屈折率と、キュベットを通じて流れる流体内での、それに関係する他の何らかの物理的、化学的または生物学的特性とを測定するために使うことができる。
【００８２】
例えば、放射は直線偏光されうる（横の電界偏光または横の磁界偏光）か、あるいは円偏光されうる。
【００８３】
放射源および他のすべての光学部品（キュベット、格子、および分光計）は詳細なスペクトル範囲で動作するよう選択される（紫外線、可視光線、赤外線、またはマイクロ波）。
【００８４】
検査すべき材料は、流体、すなわち液体または気体、さらに流体の混合物、エマルジョン、懸濁液、ジェルなどでありうる。
【００８５】
検査すべき材料は、均一にキュベットを満たすことができ、また問題の波長範囲において十分に透明である粉末またはその他の固体物質でありうる。
【００８６】
検査すべき材料は、２つの連続したプリズム体の形状に形成された透明な固体でありうる。
【００８７】
検査すべき材料は生物学的組織、例えば細胞の懸濁液、均質な組織、分泌物、栄養素などでありうる。
【００８８】
検査すべき材料は、部分的に吸収性または噴出性でありうる。
【００８９】
キュベットとその中の材料は、例えばペルチェ(Peltier)セルを使うことによって温度制御される。
【００９０】
キュベットに収容される回折格子は、格子への放射ビームの入射角を変えるために、手動あるいは電子的に回転しうる。このようにして、異なった波長において、所定の材料の屈折率を測定すること、所定の格子を用いて測定可能な波長範囲を監視すること、および感度を変えることが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１  キュベット
２  材料
３  ブラッグ散乱格子
４  放射ビーム源
５  分光計
６  計算手段
７  入射窓
８  射出窓
９  放射ビーム
１０  ビーム
１３  ビーム
１４  格子平面
１５  外部表面
１６、１７  プリズム体
１８  支持手段
【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７】
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【図６】
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【国際調査報告】
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