(57)【要約】走査可能ミラー（１００，１１０）を含んでいる機器（１０）は、マルチモード光ファイバ（２４，３２，３６，４２，４６，５２）と光結合器（４０）とを採用している。例えばマルチモード光ファイバ（２４，３２，３６，４２，４６，５２）からのモード分散が、逆畳込みを使用する方法（２００）によって低減される。走査可能ミラー（１００，１１０，４４，１４４）は、光導波管（１０４）の中で動くことのできるミラー（１１０）、又は、膨張可能なコア（１２４，１２４ａ，１２４ｂ）に巻かれている光ファイバ（４２，４６）を採用することができる。
2006517669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉法を実行する機器であって、
マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及びマルチモード光ファイバの第２の長さ部分と、
前記マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及び前記マルチモード光ファイバの第２の長さ部分のそれぞれの第１の端部への光、及び、前記マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及び前記マルチモード光ファイバの第２の長さ部分のそれぞれの第１の端部からの光、を結合する光結合器と、
前記第１のマルチモード光ファイバの第２の端部における第１のミラーであって、前記第２の端部における光を反射する、前記第１のミラーと、
前記第２のマルチモード光ファイバの第２の端部における第２のミラーであって、前記第２の端部における光を反射する、前記第２のミラーと、
前記走査可能ミラーを走査する手段と、
前記光結合器に結合されている検出器であって、前記第１のミラー及び前記第２のミラーから反射された前記光の少なくとも一部を受信し、前記反射された光の少なくとも一部を表す出力信号を生成する、前記検出器と、
前記検出器に結合されているプロセッサであって、前記出力信号のモード分散の影響を低減する、前記プロセッサと、
を備えており、
少なくとも前記第１のミラーが走査可能ミラーであり、
前記第１のマルチモード光ファイバ及び前記第２のマルチモード光ファイバによって、これらの光ファイバにおいて光のモード分散が起こり、前記検出器によって生成される前記出力信号にモード分散の影響が存在する、機器。
【請求項２】
分光法を実行する機器であって、
試料を光で照らすレーザーと、
前記試料から反射された光、又は前記試料を通過した光を受信する、マルチモード光ファイバの第１の長さ部分と、
マルチモード光ファイバの第２の長さ部分及びマルチモード光ファイバの第３の長さ部分と、
前記マルチモード光ファイバの第１の長さ部分からの光を受信し、前記マルチモード光ファイバの第２の長さ部分及び前記マルチモード光ファイバの第３の長さ部分のそれぞれの第１の端部への光、及び、前記マルチモード光ファイバの第２の長さ部分及び前記マルチモード光ファイバの第３の長さ部分のそれぞれの第１の端部からの光、を結合する、光結合器と、
前記第２のマルチモード光ファイバの第２の端部における第１のミラーであって、前記第２の端部における光を反射する、前記第１のミラーと、
前記第３のマルチモード光ファイバの第２の端部における第２のミラーであって、前記第２の端部における光を反射する、前記第２のミラーと、
前記走査可能ミラーを走査する手段と、
前記光結合器に結合されている検出器であって、前記第１のミラー及び前記第２のミラーから反射された光の少なくとも一部を受信し、前記反射された光を表す出力信号を生成する、前記検出器と、
前記検出器に結合されているプロセッサであって、前記出力信号のモード分散の影響を低減する、前記プロセッサと、
を備えており、
少なくとも前記第１のミラーが、走査可能ミラーであり、
前記第１のマルチモード光ファイバと、前記第２のマルチモード光ファイバと、前記第３のマルチモード光ファイバとによって、これらの光ファイバにおいて光のモード分散が起こり、前記検出器によって生成される前記出力信号にモード分散の影響が存在する、機器。
【請求項３】
走査する前記手段が、
（１）液体によって満たされている光導波管の中で動くことができ、且つ前記第１のミラーを担持している部材、及び、前記液体によって満たされている光導波管の中で前記部材を動かすモーター、
（２）前記第２のマルチモード光ファイバが周りに巻かれている、膨張可能且つ収縮可能なコア、
の両方（１及び２）、又はいずれか一方（１又は２）、を備えている、請求項１又は２に記載の機器。
【請求項４】
前記部材が、磁性体若しくは強磁性体、又はその両方を含んでおり、且つ、前記モーターが、前記液体によって満たされている光導波管に隣接する、長手方向に動くことができる磁石を含んでいる、
又は、
前記モーターが、前記液体によって満たされている光導波管に沿って相隔てられている複数の電極を有する静電モーターであり、且つ、前記部材が誘電体であり、且つ、相隔てられている複数の電極を含んでいる、請求項３に記載の機器。
【請求項５】
前記膨張可能且つ収縮可能なコアが、熱膨張可能材料、圧電材料、電歪材料、のうちの少なくとも１つを含んでおり、
前記コアに電気信号を供給することによって前記コアの圧電材料若しくは電歪材料、又はその両方を膨張及び収縮させること、若しくは、前記コアに隣接する加熱要素に電気信号を供給することによって前記コアの前記熱膨張可能材料を膨張及び収縮させること、又はその両方、を目的とする、手段を更に備えている、請求項３に記載の機器。
【請求項６】
前記第１のミラーと前記第２のミラーの両方が走査可能ミラーであり、且つ、走査する前記手段が前記第１のミラーと前記第２のミラーを逆方向に走査する、請求項１又は２に記載の機器。
【請求項７】
光機器の少なくとも１つのマルチモード光素子に起因する、光機器におけるモード分散の影響を低減する方法であって、
実質的に単色の光源を供給するステップと、
前記実質的に単色の光に応答するスペクトルデータを検出するステップであって、前記スペクトルデータがモード分散の影響を含んでいる、前記ステップと、
前記実質的に単色の光に応答する応答関数を検出するステップであって、前記応答関数がモード分散の影響を含んでいる、前記ステップと、
前記スペクトルデータと前記応答関数とを畳み込んで、モード分散の影響が低減されている、逆畳込みが行われたスペクトルデータを生成するステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項８】
光源を供給する前記ステップが、
スペクトルデータを検出する前記ステップと、応答関数を検出する前記ステップとを目的として、第１の波長における実質的に単色の光を供給するステップと、
スペクトルデータを検出する前記ステップを目的として、第１の波長における実質的に単色の光を供給し、且つ、応答関数を検出する前記ステップを目的として、第２の波長における実質的に単色の光を供給する、ステップと、
を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
応答関数を検出する前記ステップが、
前記スペクトルデータを畳み込み、前記畳み込まれたスペクトルデータに低域フィルタリングを実行することによって、前記スペクトルデータから前記応答関数を取り出すステップ、
を含んでいる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記畳み込むステップが、前記スペクトルデータと前記応答関数の一方を他方で除算し、前記除算されたスペクトルデータ及び応答関数にフーリエ変換を行うステップを含んでいる、若しくは、
前記応答関数を検出する前記ステップが、前記実質的に単色の光に応答する前記スペクトルデータにフーリエ変換を行い、前記変換されたスペクトルデータに低域フィルタリングを実行し、前記変換されてフィルタリングが実行されたスペクトルデータに逆フーリエ変換を実行するステップ、を含んでいる、
又はその両方である、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、干渉計に関し、特に、走査ミラーを有する干渉計に関する。
【０００２】
光学分光法は、分子を検出及び識別する、感度が高く選択的な方法である。この方法は、短時間で実施することができ、試料の前処理の必要がほとんどないか、又はまったくなく、リアルタイムで継続的に監視を行うことができる。光学分光法には多くの用途があり、例えば、化学物質及び生体物質の検出、人の代謝状態の判定、飲料水の純度の監視、その他の分析用途である。公知の光波コヒーレンス干渉法（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）は、小さな距離（例えば約１ｍｍ以下）を前後に高速に（例えば３０〜１００Ｈｚにて）走査するミラーを利用するが、小型機器において使用することができない。光学分光法は、その能力にもかかわらず広くは使用されおらず、なぜなら、有用な解像度を持つ分光計は実験室用機器であり、このような機器を現場に持ち込む場合など、非制御環境（ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）で利用するには、大きすぎ、壊れやすく、且つ振動の影響を受けすぎるためである。更に、低温冷却型の検出器がしばしば必要となり、このことは実験室の外で使用するうえで問題である。
【０００３】
この結果として、分子を検出、識別するそれ以外の方法及び機器として、代表的には、イオンモビリティー分光法、弾性表面波感知、ガスクロマトグラフィなどが、代わりに利用されている。これらの方法及び機器には、例えば、弾性表面波センサーに適切な表面コーティングが要求されるなど、それぞれ制限と欠点とがある。現場に配備できる光学分光計が利用できるならば、分析ツールの１つに加えられ、非制御環境において化学物質を識別及び監視する能力が大幅に高まるであろう。
【０００４】
シングルモード光ファイバ素子を使用する干渉型ラマン分光測定法が提案されており、例えば、Ｈ．Ｉ．Ｈｅａｔｏｎの「ファイバ導波管を使用する干渉型ラマン分光測定法（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｆｉｂｅｒ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．２７、１９９７年９月２０日、ｐ．６７３９〜６７５０）を参照。しかしながら、シングルモード光ファイバは、マルチモード光ファイバよりも高価であり、且つ物理的影響を受けやすく、提案されている機器は、まだ実用的ではないと報告されている。実験室グレードのシステム用としては、走査の線形性と再現性の問題が報告されている（上記文献のｐ．６７４９）。更に、シングルモード光ファイバを使用する場合、マルチモード光ファイバに起因するモード分散及びその影響が回避される。モード分散は、測定する試料の処理後のスペクトルを劣化させる（ｄｅｇｒａｄｅ）傾向にある。
【０００５】
従って、頑丈であり、十分に小型で携帯することができ、且つスペクトル分解能が高い光学分光計のニーズが存在する。また、そのような分光計は、スペクトル分解能、波長範囲、及び処理能力において、市販されている公知の携帯型分光計を上回ることも望まれるであろう。
【０００６】
従って、中程度の精度を有する小型の機器若しくは携帯型機器、又はその両方に実装するのに適する正確な分光計若しくは干渉計、又はその両方のニーズが存在する。
【０００７】
これを目的として、本発明の機器は、マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及びマルチモード光ファイバの第２の長さ部分と、マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及びマルチモード光ファイバの第２の長さ部分への光、及び、マルチモード光ファイバの第１の長さ部分及びマルチモード光ファイバの第２の長さ部分からの光、を結合する光結合器、とを備えている。第１のマルチモード光ファイバの第２の端部における第１のミラーは、そこへの光を反射し、第２のマルチモード光ファイバの第２の端部における第２のミラーは、そこへの光を反射する。少なくとも第１のミラーは、走査可能である。光結合器に結合されている検出器は、第１のミラー及び第２のミラーから反射される光の少なくとも一部を受信して出力信号を生成し、検出器に結合されているプロセッサが、出力信号のモード分散の影響を低減させる。
【０００８】
更なる側面によると、本発明の方法は、
実質的に単色の光源を供給するステップと、
実質的に単色の光に応答するスペクトルデータを検出するステップであって、スペクトルデータがモード分散の影響を含んでいる、ステップと、
実質的に単色の光に応答する応答関数を検出するステップであって、応答関数がモード分散の影響を含んでいる、ステップと、
逆畳込みが行われたスペクトルデータを生成する目的で、スペクトルデータと応答関数とを畳み込むステップであって、逆畳込みが行われたスペクトルデータにおいて、モード分散の影響が低減されている、ステップと、
を含んでいる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、図面を参照しながら読み進めることによって、より容易且つ深く理解されるであろう。
【００１０】
図面において、１つの要素又は特徴を複数の図面に描く場合、各図におけるそのような要素又は特徴は、同一の英数字表記を使用して表してある。また、密接に関連する要素、或いは変更されている要素を図に示す場合、そのような変更されている要素又は特徴は、同じ英数字表記に「ａ」又は「ｂ」などの添え字を付して表してある。なお、一般的な慣例に従い、図面上の様々な特徴は実際の縮尺とは異なり、様々な特徴の寸法は、図を見やすくする目的で任意に拡大又は縮小してある。
【００１１】
フーリエ変換分光法は、化合物の吸収スペクトル及びラマンスペクトルを取得するための強力な方法である。分散型の分光法と比較すると、一連の検出器ではなく単一の検出器が使用される、小さなスペクトル帯域ではなく入射光全体が同時に検出される、空間フィルタリングなしにスペクトル分解能が高い、スペクトル分解能を容易に調整することができる、といった利点がある。これらのうち２番目と３番目の利点によって、入射光が効率的に使用されるため、分光計の信号対雑音比が大幅に高まる傾向にある。
【００１２】
赤外吸収分光法とラマン分光法は、互いに関連する分光手法であり、分子構造に関して極めて類似する情報が得られる。いずれの方法も、約５００〜５０００ｃｍ−１（すなわち約２〜２０μｍの波長）から分子の振動数を求める。本発明は、赤外吸収分光法とラマン分光法の両方と、それ以外の分光法とに採用することができるが、発明者は、ラマン分光法は、小型の、更には超小型のラマン分光計を実用的なものとするいくつかの特徴を備えていると認識しており、これらを以下に示す。
（１）ラマン分光法の光源は、赤外分光法におけるような広帯域赤外光源ではなく、単一の平行励起レーザー２０である。
（２）ラマン分光法の信号は、励起レーザー波長を囲む比較的狭い光帯域内である。
（３）ラマン分光法は、冷却（例：低温冷却）が必要な、或いは検出感度の低い、中赤外線又は遠赤外線検出器を必要としないで、室温シリコン検出器５０を使用して行うことができる。
（４）ラマン分光法の信号は、強度０のバックグラウンドから、濃度が増すにつれて増大するのに対して、赤外吸収分光法の信号は、照度に関連する大きな強度のバックグラウンドから、濃度が増すにつれて減少する。
（５）ラマン分光法では、例えば、背景からのショット雑音が小さいことや、試料、特に、水分含有量の高い生体試料中の水からの干渉の影響を受けにくいなどの理由により、低濃度の検出が容易である。
これらの特性を利用することにより、携帯型機器に望まれることとして、分光計の大きさ若しくは電力消費量、又はその両方を低減させることができる。
【００１３】
大きさを更に低減させるため、実験室の分光計においては通常は格子である光分散素子が、フーリエ変換ラマン分光法を実行するためのマイケルソン干渉計において走査ミラー１００に置き換えられている。フーリエ変換分光計１０においては、光の強度は、干渉計の１本のアーム内のミラー１００が前後に走査されるときの時間の関数として測定される。この信号を数値的にフーリエ変換し、スペクトルを得る。変換分光法は、信号対雑音比に関して本質的に有利であり、このことは、小型、携帯型、又は小型携帯型の機器にとって都合がよい。すべての波長が単一の検出器によって同時に測定されることにおいて、多重化の利点が得られ、光の一部を遮るためのスリットを使用することなくスペクトル分解能を高めることができることにおいて、処理能力の利点が得られる。
【００１４】
図１は、本発明による干渉計と走査ミラーとを含んでいる分光計１０の例示的実施形態の概略ブロック図である。分光計１０は、ラマン型の干渉計であり、レーザー２０によって生成された光が試料Ｓに当たり、そこからのラマン散乱光のスペクトルを検出して（５０）分析する。分光計１０は、走査型マイケルソン干渉計を含んでいる。光ファイバ結合器４０は、試料Ｓからの光ビームの一部を固定ミラー４４に結合し、別の一部を走査ミラー１００，１１０に結合する。分光計１０は、本発明による走査型ミラー１００，１１０を採用しており、試料Ｓからの光のスペクトルの分析（フーリエ変換を含む）を実行する。
【００１５】
ラマン励起用の光源は、ダイオードレーザー２０である。ラマン分光法の波長は重要ではなく、試料による吸光や利用できる出力などの要因によって決定される。これらを考慮する結果として、ラマン励起レーザーダイオードは、スペクトルの近赤外領域においてしばしば使用される。分解能を高めるためには、レーザー２０は、単一波長（例：８００〜９００ｎｍ）にて動作する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーとする必要がある。レーザー背面モニター（ｌａｓｅｒ  ｂａｃｋ  ｆａｃｅｔ  ｍｏｎｉｔｏｒ）６６からの出力信号は、レーザー２０を制御する目的で制御・データ分析エレクトロニクス６０によって使用することができる。レーザー２０の光出力２６は、光アイソレーター２２を介して光ファイバ２４に結合されており、光ファイバ２４において、光出力２６は、光サーキュレータ３０又は波長分割マルチプレクサー３０と、検出光ファイバ３２の端部とに導かれる。
【００１６】
レンズ３４は、励起光２６が光ファイバ３２を離れるときに励起光２６を試料Ｓに結像させ、この場合、試料Ｓはレンズ３４の焦点に位置していることが好ましい。ラマン光の光帯域は狭いため、レンズ３４の色収差は無視することができ、同じレンズが、ラマン散乱光２６’を集めて光ファイバ３２に逆方向に結合する。収集効率は、イメージ（試料Ｓ）側におけるレンズ３４による立体角によって決まる。レンズ３４は、光ファイバグレーデッドインデックス（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｄｅｄ  ｉｎｄｅｘ）（ＧＲＩＮ）レンズとすることができる。
【００１７】
励起光２６とラマン散乱光２６’とが同じ経路をたどるため、ラマン散乱光２６’は必ず集められる。レンズ３４の光軸がずれていると、試料Ｓにおける励起光２６の強度が減少するが、ラマン散乱光２６’は依然として集められる。集められたラマン光２６’と、励起光２６のうち試料Ｓによってレイリー散乱したか又は反射した光は、サーキュレータ又は波長分割マルチプレクサー３０によって、光ファイバ３６を通じて干渉計の走査ミラー１００に導かれる。干渉計１０に導かれた励起光２６は、ファイバ導波管応答関数を求める目的に利用され、ラマン散乱光２６’には、試料Ｓに関する化学的情報が含まれている。
【００１８】
反射光２６’の一部は、結合器４０によって光ファイバ４２を通じて固定ミラー４４に結合され且つ固定ミラー４４から結合されており、反射光２６’の別の一部は、結合器４０によって光ファイバ４６を通じて走査可能ミラー又は走査ミラー１００に結合され且つ走査可能ミラー又は走査ミラー１００から結合されている。信号を最大にするためには、結合器４０は、ミラー４４への光ファイバ４２と、ミラー１００への光ファイバ４６との間で、光２６’を均等に分割すべきである。固定ミラー４４によって反射された光は、走査ミラー１００によって反射された光と干渉し、結合器４０と光ファイバ５２とによって検出器５０に結合される。反射光２６’が結合器４０と固定ミラー４４との間を進む距離と、結合器４０と走査ミラー１００との間を進む距離との様々な相対的な差によって、結合器４０の中で干渉が起こり、光ファイバ５２を通じて検出器５０に結合される。検出器５０は、例えばシリコン検出器であり、そこに当たる光を電気信号に変換する。この電気信号は、前置増幅器５４によって増幅され、制御・データ分析エレクトロニクス６０に送られる。エレクトロニクス６０は、後から説明するように電気信号を分析し、試料Ｓの特性を求める。固定ミラー４４と、可動ロッド１１２のミラー端面１１０のいずれも研磨されており、高反射率のオプティカルコーティング（例：アルミニウム、銀、金などの金属コーティング）によってコーティングされている。
【００１９】
図１のマイケルソン干渉計は、マルチモード光ファイバ若しくは導波管、又はその両方２４，３２，３６，４２，４６，５２と、３ｄＢファイバ結合器４０とを採用していることが好ましい。結果のスペクトルの分解能は、走査可能ミラー１１０の走査範囲によって決まり、走査範囲が長いほどスペクトルの分解能が高い。スペクトル範囲は、理論的には、走査のステップの微小さによって最終的に制限されるが、実際には、一般にそれ以外のコンポーネントの能力、代表的には検出器５０のスペクトル応答によって制限される。
【００２０】
実験室の分光計の光路は、自由空間を通るが（ＦＳＯ：ｆｒｅｅ−  ｓｐａｃｅ  ｏｐｔｉｃｓ）、分光計１０の好ましい実施形態は、光ファイバ、光導波管、又はその他の光学コンポーネント（導波光学系）の少なくとも１つの中である光路を採用しており、従って、分光計の大きさを小さくすることと、物理的に頑丈にすることとが可能である（これらが望まれる場合）。ファイバの３ｄＢ結合器４０は、ファイバ３６を受け入れている入力ポートとしての１本のレッグと、検出器５０に結合されているファイバ５２への出力ポートとしての別のレッグとを有する。結合器４０の第３のレッグはファイバ４２であり、このファイバは、固定ミラー４４としての役割を果たすように、切断、研磨して、高反射率のコーティングを施してある。第４のレッグは、走査ミラー１００，１１０へのファイバ４６へのポートである。
【００２１】
分光計１０に関しては、ラマン信号２６’の光帯域が比較的狭いため、ラマンスペクトル全体が導かれ、３ｄＢ結合器４０によって適切に分割される。３ｄＢ結合器４０は、ファイバサーキュレータ又は波長分割マルチプレクサーとすることができ、後方伝播励起ビーム（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  ｐｕｍｐ  ｂｅａｍ）とラマンビームとを分けている。結合損失の増加が許容される場合、通常の電力分割器を使用することができる。後から説明するように、システムのスペクトル応答を求めるときに使用する目的で、ファイバ３６からのラマン励起の一部が検出器５０に結合されるように、結合器４０は十分なクロストークを有することが望ましい。この配置構成は、分光計１０の大きさが低減することに加えて、厳密な位置合わせを行って維持する必要性がなく、機器を極めて頑丈にするうえで役立つ。
【００２２】
干渉計１０の動作は、制御・分析エレクトロニクス６０によって制御される。具体的には、エレクトロニクス６０は、プロセッサを含んでおり、レーザードライバ６４によってレーザー２０に結合される制御信号（レーザー２０に励起光２６を生成させる）を生成し、レーザー２０の背面を監視するフィードバック信号をモニター６６を通じて受信する。検出器５０によって生成される信号は、スペクトルのフーリエ変換であり、エレクトロニクス６０は、その逆フーリエ変換を生成して、実際のスペクトルを生成する。更に、エレクトロニクス６０は、走査可能ミラー１００を走査するための制御信号を生成する。この制御信号は、ミラードライバ６２を介して走査ミラー１００に結合され、この制御信号に起因して、望ましい方式で走査可能ミラー１００が走査される。例示的な走査ミラー１００は、その代替実施形態を後から詳しく説明するように、モーター１２０によって機械的に動く可動磁石１２２からの力によって動くミラー面１１０を含んでいる。
【００２３】
制御・データ分析エレクトロニクス６０は、干渉計１０の動作を制御するための制御信号を入力として受信し、試料Ｓの分析測定データを表すデータ出力信号を生成する。電力調整・配電デバイス７０は、入力電力を受け取り、入力電力を、干渉計１０の様々な要素に必要な電圧及び電流に調整し、調整済みの電力をそれらの要素に供給する。
【００２４】
図２Ａと図２Ｂは、図１の例示的実施形態において有用な走査可能ミラー又は走査ミラー１００の例示的実施形態の概略的な平面断面図と端面断面図である。走査ミラー１００は、フーリエ変換分光計１０の重要なコンポーネントであり、なぜなら、走査ミラー１００の走査範囲によって分光計１００のスペクトル分解能が決まるためである。必要十分なスペクトル分解能は、約１ｃｍの走査範囲（ストローク）によって得られる。ストロークを更に長くするのは容易であり、それによって高いスペクトル分解能が得られるが、代表的な液体試料又は固体試料の場合、そのような分解能は一般には必要ない。
【００２５】
走査可能な走査ミラー１００は、機器１０のコンポーネントのうち小型化が最も難しいコンポーネントであり、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）導波管によって実施するのが好ましい。本明細書においては、ＭＥＭＳ導波管の様々な実施形態について、例えば、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４に関連して詳しく説明する。この配置構成は、分光計の大きさが低減することに加えて、厳密な位置合わせを行って維持する必要性がなく、機器を極めて頑丈にするうえで役立つ。
【００２６】
図２Ａと図２Ｂは、一般的なＭＥＭＳ導波管の走査ミラー１００の詳細を示している。走査ミラー１１０は、ロッド１１２の端部１１０を研磨して金属化することによって形成されている。ロッド１１２は、液体で満たされている溝１０４に、可動状態で配置されており、溝１０４は、ガラス基板ベース１０２の中に光導波管を形成している。溝１０４の幅は、光ファイバ４６のコア４６ａの直径若しくは断面寸法、又はその両方と同程度であることが好ましい。上部導波管クラッドを設けることと溝１０４に液体を含めることとを目的として、ガラス基板ベース１０２にガラスカバー１０８が取り付けられている（例：陽極結合）。液体の屈折率は、液体によって溝１０４に光導波管が形成されるように、ガラス１０２，１０８の屈折率よりもわずかに高いことが好ましい。
【００２７】
光ファイバ４６は、例えば、液体導波管１０４に突き合わせた状態で結合されており、導波管の中に液体が閉じ込められるようにシール材１１４によってシールされている。一般には、溝１０４は、クラッド４６ｂで囲まれているファイバコア４６ａを受け入れるように座ぐり加工されている。液体導波管１０４の寸法と材料の屈折率とを適切に選択して制御することによって、ファイバと液体の界面４６ａ，１０４における反射を許容範囲内まで小さくすることができる。基板１０２とカバー１０８は、光学的に均一な任意の適合するガラスとすることができ、屈折率が同じであることが好ましい。溝１０４，１０６は、シリコン光学的流体（ｓｉｌｉｃｏｎｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ）によって満たされていることが好ましい。コア４６ａと溝１０４の中の液体との界面における反射が最小になるように、溝１０４を満たしている液体の屈折率がファイバコア４６ａの屈折率とほぼ同じであり、且つ、基板１０２及びカバー１０８のガラスの屈折率がファイバクラッド４６ｂの屈折率とほぼ同じであることが好ましい。
【００２８】
溝１０４の導波管とバイパス溝１０６は、ガラス基板１０２における化学的又はその他の方式によるエッチング、レーザー切除（ｌａｓｅｒ  ａｂａｔｅｄ）、レーザーソー（ｌａｓｅｒ  ｓａｗｎ）、レーザー切断、ダイヤモンド切断、ホットプレス、その他の成形によって形成することができる。現時点では、溝１０４はダイヤモンド切断により、溝１０６は化学的エッチングによるのが好ましいと考えられる。光導波管のパフォーマンスのためには、ファイバ４６のコア４６ａの断面に合致する円形断面を有する溝が好ましいが、正確に一致している必要はなく、それ以外の考慮事項によって、別の形状若しくは大きさ、又はその両方が望ましいことがある。別の適合する組合せは、基板１０２とカバー１０８をＰＹＲＥＸ(R)ガラス（約１．４７の屈折率を有する）とし、溝１０４を満たす液体としてベンゼン（約１．５０の屈折率を有する）を使用することである。
【００２９】
光２６’が進む経路の長さは、液体で満たされている溝１０４の中でロッド１２（及び従って研磨されたミラー面１１０）を長手方向に動かすことによって変化する。ロッド１１２と溝１０４は、光ファイバ４６のコア４６ａの直径（例：約５０〜１００μｍ）に近い直径／寸法を有することが好ましい。コア４６ａは、反射性クラッド４６ｂによって囲まれており、クラッド４６ｂは、物理的な保護のためジャケット４６ｃによって囲まれている。一般に、ロッド１１２は、直径／寸法が約５０μｍであり、溝１０４は、これよりわずかに大きく、例えば５５〜６０μｍである。一般に、コア４６ａとロッド１１２は円形断面を有し、その一方で、溝１０４は長方形、正方形、又は台形の断面を有する。上記の寸法が一致しないことに起因する光学的損失は、光学的損失を固定ミラー４４のレッグ又は結合器４０に導入することによって、必要であれば補正することができる。
【００３０】
ロッド１１２と溝１０４のいずれも、円形断面である必要はない。これらの断面形状が異なり、従って溝１０４がロッド１１２によって満たされていないことにより、ロッド１１２が溝１０４の中を長手方向に動くときに溝１０４の中の液体がロッド１１２に平行に流れることができる通路が、ロッド１１２に沿って（すなわち、ロッド１１２と溝１０４の壁との間に）形成されるならば、有利である。溝１０４を満たす液体の粘性は、溝の中でのロッド１１２の動きやすさに直接影響する。しかしながら、前後に容易に動くロッド１１２は小さな電力で走査することができるが、その一方で、ロッド１１２が容易には動かない場合、位置合わせが維持される傾向にあり、外部の振動及びその他の力に起因して動くことが起こりにくい。また、溝１０４の中でロッド１１２が適切な方向に位置合わせされている（すなわちほぼ同軸にある）状態を維持するためと、ミラー端部１１０の高い反射率を得るためには、ロッド１１２と溝１０４の断面はよく一致していることも望ましい。
【００３１】
更に、例えば、ロッド１１２が溝の中を長手方向に動くときに液体がロッド１１２と溝１０４の壁との間を通過しなければならないことに起因して生じうる抵抗が回避されるように、液体で満たされた溝１０４の中のロッド１１２を動きやすくする目的で、バイパス溝１０６を設けて、液体が溝１０４の一端と他端との間で流れる代替経路を設けることができる。ロッド１１２は、円形断面を有することができ、又は、長方形や八角形の断面、或いは、溝１０４の断面形状に適合する任意の他の形状とすることができる。一般には、バイパス溝１０６は、溝１０４よりも小さい断面寸法を有する。
【００３２】
達成可能な分解能は、ミラー１１０の移動範囲に関連し、スペクトル範囲は、移動範囲内のステップサイズによって決まる。ロッド１１２は、後から説明する例示的な駆動方法によって、溝１０４の中で約１ｃｍの移動距離を前後に動くことができる。更に長いストローク（例えば約１ｃｍより長いストローク）は、容易に実施することができ、それによって高いスペクトル解像度が得られるが、液体試料又は固体試料Ｓの場合、１ｃｍのストロークによって、線幅と同程度のスペクトル分解能がすでに得られており、長いストロークは必要ないことがある。化学分析の対象となるラマン線のすべてが含まれる５０００ｃｍ−１のスペクトル範囲を得るためには、ロッド１１２の移動距離のステップサイズは、約２μｍでなければならない。ロッド１１２が動いている間、液体は液体バイパス溝１０６の中を循環する。その結果として、ロッド１１２の動きに抵抗する摩擦力が、許容範囲内まで小さくなる。
【００３３】
図３Ａと図３Ｂは、図１の例示的実施形態のモーター駆動型走査ミラー１００の２つの代替の例示的実施形態の概略断面図である。
【００３４】
図３Ａのモーター駆動型走査ミラー１００においては、走査ミラー面１１０は、液体で満たされている導波管溝１０４の中を磁気によって長手方向に動く強磁性体のロッド１１２の端部を研磨したものである。強磁性体のロッド１１２と磁気によって結合されている磁石１２２を並進させる目的で、外部の線形移動モーター１２０が結合されている。ロッド１１２が磁性体又は鉄材料、或いはその他の強磁性体で作製されている場合、磁石１２２が、液体で満たされている導波管溝１０４に平行にガラスカバー１０８に隣接して前後に移動するか又は振動するときに、ロッド１１２は磁石１２２の後を追う。一般に、カバー１０８は、厚さ約０．５ｍｍ以下である。
【００３５】
ロッド１１２は、一般には、ニッケル材料又はニッケル鋼材料から作製するが、任意の磁性体又は強磁性体から作製する、又はこれらの材料をコーティングする、或いはこれらの材料を中に埋め込むことができる。磁石１２２の移動は、任意の適合する動力手段、例えば、ソレノイド、モーター、親ねじ、ステップモーターとすることができる。必要なステップサイズと移動範囲とを有する、小型で低コストの線形移動モーター１２０は、容易に入手することができ、コンピュータのハードディスクやＣＤプレイヤーのヘッド駆動モーターとして一般に利用されている。
【００３６】
図３Ｂのモーター駆動型走査ミラー１００においては、走査ミラー面１１０は、誘電体ロッド１１２’の端部を研磨したものであり、誘電体ロッド１１２’は、液体で満たされている導波管溝１０４の中を長手方向に静電的に移動する。誘電体ロッド１１２’は、ＭＥＭＳにより微細加工されたリニアステップモーター１２０’によって駆動される。モーター１２０’は、ガラスカバー１０８上に電極１１６を備えている固定子と、誘電体ロッド１１２’上の環状導電性リング電極１１４を備えているローターとを有する。ロッド１１２は、ガラスロッド又はセラミックロッドであることが好ましく、電極１１４，１１６は、チタンベースの金であることが好ましい。
【００３７】
長方形の固定子電極１１６と、可動誘電体ロッド１１２上の環状ローター電極１１４とを組み合わせることによって、微細加工された要素から成るリニアステップモーターが形成される。一般には、副尺配置制御（ｖｅｒｎｉｅｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ）を提供する目的で、電極１１６に個別に電力を送り、電極１１６が最も近いストライプ電極１１４を静電的に引っ張って整列する。電極１１６は、一般に、電極１１４とは異なるピッチで配置されている。電極１１６のピッチは、一般に、電極１１４のピッチより大きく、電極１１６の軸方向の幅又は寸法は、一般に、ストライプ電極１１４の軸方向の幅よりも大きい。
【００３８】
溝１０４の中でロッド１１２，１１２’を動かす目的で使用される駆動装置には関係なく、ラマン励起レーザー２０又は個別のレーザーのいずれかを利用して、ロッド１１２，１１２’の長手方向の動きを干渉に基づいて監視することができ、従って、ロッド１１２，１１２’の動きに対する粘性抵抗を考慮することができる。従って、ミラー１１０の動きの線形性若しくは精度、又はその両方を正確に制御する必要はない。
【００３９】
図４は、それぞれ異なって長さを変化させることのできる光ファイバ４２，４６を使用している走査ミラー１００の別の例示的実施形態の概略図である。光ファイバ４２，４６のそれぞれは、長さがほぼ同じであり、スプール、リール、又はその他のフォーム（ｆｏｒｍ）１２４の周囲に何周も巻かれており、それぞれ、研磨されたミラー端部又はミラー面４４，１４４を有する。フォーム１２４は、ファイバ４２の長さ部分とファイバ４６の長さ部分とが巻かれている２つの個別のフォーム１２４ａ，１２４ｂを備えている。フォーム１２４ａ，１２４ｂは、ドライバ６２’によって送られる電気信号に応答して変化する物理特性を有する。この場合、フォーム１２４ａ，１２４ｂの一方の物理的な大きさが増大し、それによって上に巻かれているファイバ４２，４６の一方の長さ部分が伸び、且つ、フォーム１２４ａ，１２４ｂの他方の物理的な大きさが減少し、それによって上に巻かれているファイバ４２，４６の他方の長さ部分が縮むことができるように、電気信号が供給される。
【００４０】
フォーム１２４ａ，１２４ｂに適合する材料としては、熱膨張係数が比較的高い材料が挙げられる。その場合、ドライバ６２’がフォームに電気信号を供給することによって（例えば抵抗加熱器のように）熱が発生し、その熱によってフォーム１２４ａ，１２４ｂの温度が上昇し、それに起因してフォーム１２４ａ，１２４ｂが膨張する。その他の適合する材料としては、フォームに供給される電気信号に応答して物理的寸法が同様に変化する圧電性材料及び電歪材料が挙げられる。実際には、ファイバ４２，４６の長さがそれぞれ異なって変化するように、フォーム１２４ａ，１２４ｂの両方に、反対の（ｏｐｐｏｓｉｎｇ）電気信号が同時に送られる。
【００４１】
ミラー４４，１４４を走査する目的で、一方のスプール１２４ａへの電気信号は、スプール１２４ａ上のファイバ４２の長さが減少するように最初は比較的低い値であり、他方のスプール１２４ｂへの信号は、スプール１２４ｂ上のファイバ４６の長さが増すように最初は比較的高い値である。これによって、ファイバ４２とファイバ４６とにおけるそれぞれの光路の長さの間の差が、第１の意味における高い値にそれぞれ異なって変化する（例：ファイバ４２がファイバ４６より短い）。走査は、フォーム１２４ａに送られる電気信号が増大し、フォーム１２４ｂに送られる電気信号が減少するときに行われる。走査の最後においては、スプール１２４ａへの電気信号は、その上のファイバ４２の長さが増すように比較的高い値であり、他方のスプール１２４ｂへの信号は、その上のファイバ４６の長さが減少するように比較的低い値である。これによって、ファイバ４２とファイバ４６とにおけるそれぞれの光路の長さの間の差は、第１の意味とは反対の第２の意味における高い値にそれぞれ異なって変化する（例：ファイバ４２がファイバ４６より長い）。
【００４２】
フォーム１２４ａ，１２４ｂの相対的な大きさ、及び従ってファイバ４２，４６の長さを変化させる目的で利用される駆動装置には関係なく、ラマン励起レーザー２０又は個別のレーザーのいずれかを利用して、ファイバ４２，４６の長さの差を干渉に基づいて監視することができ、従って、ファイバ４２，４６の長さの静的な差、例えば、切断や製造の公差とによって生じうる差を考慮することができる。
【００４３】
ここまで説明したように、分光計１０は、シングルモード光ファイバ又はマルチモード光ファイバのうち、与えられた用途において望ましい方を使用することができる。しかしながら、分光計１０は、マルチモード光ファイバ２４，３２，３６，４２，４６，５２と、導波管３０，４０，１０４とを使用することが好ましく、なぜなら、マルチモードファイバと導波管とを使用することにより、ファイバへの光の結合の効率が増大し、走査ミラー１１０の構造が単純化される傾向にあるためである。マルチモードファイバ２４，３２，３６，４２，４６，５２を使用するマイナス面はモード分散であり、モード分散によって、スペクトル分解能が約１０〜１００ｃｍ−１の補正（ａｂｓｅｎｔ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に制限される。モード分散が生じる理由は、マルチモードファイバおいては光子は異なる速度で移動するためであり、モード分散によって、スペクトルのピークが広がる傾向にあり、場合によってはピークが不明確になる。
【００４４】
分光計１０は、マルチモードシステムにおいて位相速度の変化と波長の変化とを差別化又は区別することができない。このため、マルチモードシステムにおいて単色光（レーザー２０）によって観察されるスペクトルは、シングルモードシステムにおけるある種の多色スペクトル（ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と同じになる。従って、モード分散の影響は、ラマンスペクトルとその多色スペクトル（本明細書においてはファイバ・導波管応答関数と称する）とを畳み込むことである。図６Ａは、代表的なファイバ−導波管応答関数を用いたこの畳込みの結果を示している。畳込み後のスペクトルは、わずかに劣化しているように見えるが、スペクトルの主要な特徴は依然として保持している。分光計はそのままでも有用であるが、発明者は、マルチモードファイバシステム若しくはマルチモード導波管システム、又はその両方においてモード分散を補正する方法を発見した。
【００４５】
これを目的として、発明者は、スペクトルから、例えば原点付近のラマンスペクトルから、ファイバ−導波管応答関数を取り出し、この関数を利用してスペクトルに逆畳込みを行うことによって、マルチモードファイバの主たる欠点を回避しながらマルチモードファイバの利点が得られることを認識した。ファイバ・導波管応答関数は、一般には、約２０ｃｍ−１のスペクトル幅を有し、これは、ラマンスペクトルにおけるストークスシフトよりもずっと小さい。単一波長のラマン励起レーザー２０線の近傍におけるスペクトルは、ファイバ−導波管応答関数であり、例えばエレクトロニクス６０によって数値的に取り出すことができる。
【００４６】
原位置のファイバ−導波管応答関数を取得することのメリットの１つとして、温度の変化、コンポーネントのエージング、光ファイバの曲がり又は移動、光ファイバへの光の結合状態の変化、のうちの少なくとも１つに起因するシステムドリフトが、自動的に補正されることが挙げられる。更に、測定中の分光計の取扱い（及び取扱いミス）によって生じる変化、例えば、ファイバが曲がる、或いはファイバへの光の結合状態が変化することも、自動的に補正することができる。この方法では、後から詳しく説明するが、モード分散の影響が取り除かれることによってスペクトル分解能が向上するのみならず、携帯型機器など実験室型ではない機器を使用する非制御環境において、分光計のパフォーマンスが大幅に高まる。
【００４７】
図５は、本発明による有用な逆畳込みのプロセス又は方法２００の概略的な流れ図であり、図６Ａ及び図６Ｂとに関連して示している。図６Ａは、本明細書に説明した干渉計１０によって生成される、例示的フーリエ変換ラマンスペクトル３００，３１０の強度と波数のグラフである。図６Ｂは、図６Ａのスペクトル３００の原点又は原点付近における、基準線３０５の応答関数を拡大した詳細図である。マルチモード光ファイバ若しくは導波管、又はその両方によってもたらされるモード分散は、干渉計の応答スペクトルを畳み込むため、結果としての畳み込まれたスペクトル３００は、最大解像度のスペクトル３１０よりもやや劣化している。この劣化は、本質的に非常に鋭く狭いピークを有するレーザー励起源２０によって生成されるレーザー基準線３０５のピークを含めて、スペクトルのピークの広がりとして現れている。
【００４８】
基準線３０５の拡大図において、広がったレーザー基準線は、モード分散に起因して、原位置に現れている比較的狭いスペクトルの複数のピークを有する応答関数３０５を有することがわかる。スペクトル３００のピークが広がっている場合でも、スペクトル３００とスペクトル３１０のそれぞれの最初のピークは、幅がわずかに約２０ｃｍ−１であり、基準線３０５（の右側）から依然として遠くに離れており、一般には約２００〜５０００ｃｍ−１にまたがっている。言い換えれば、データスペクトル３００，３１０の原点と最初のピークとの間に、大きな領域、例えば約２０〜２００ｃｍ−１の波数が存在しており、この領域にはデータが存在していない。従って、基準線３０５を利用してデータスペクトル３００を畳み込むことによって、マルチモード光ファイバによってもたらされるモード分散の影響が実質的に存在しない、逆畳込みを行ったスペクトル３１０を得ることができる。
【００４９】
プロセス２００は、前述した走査機器１０において、フーリエ変換ラマンスペクトルｉ（ｔ）（インターフェログラムｉ（ｔ）としても知られている）を取得するステップ２０５を含んでいる。インターフェログラムｉ（ｔ）は、測定時における時間ｔの関数である。このインターフェログラムにフーリエ変換２１０を適用することにより、波数νの関数である、畳み込まれたラマンスペクトルＩ（ν）（２１５）３００を得る。低域フィルタリング２２０、例えば、帯域幅約１０〜１００ｃｍ−１の数値フィルタリングにより、スペクトル３００からファイバ／導波管応答関数Ｈ（ν）３０５を分離する。この応答関数Ｈ（ν）に逆フーリエ変換２３０を行って、ファイバ／導波管応答インターフェログラムｈ（ｔ）２３５を得る。
【００５０】
次いで、インターフェログラムｉ（ｔ）及びｈ（ｔ）に逆畳込み（２４０）を行う。これは、例えば、ｉ（ｔ）をｈ（ｔ）によって除算し、その比関数（ｒａｔｉｏ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ｉ（ｔ）／ｈ（ｔ）をフーリエ変換することによる。次いで、こうして得られた、逆畳込みを行われたラマンインターフェログラムｒ（ｔ）（２４５）をフーリエ変換し（２５０）、逆畳込みを行われたラマンスペクトルＲ（ν）（２５５）３１０を得る。同じマルチモード歪みが、インターフェログラムと応答関数とに影響しているため、上述した畳込み−逆畳込みプロセスによって、その影響が取り除かれる。なぜならこれらは、各測定が行われるときのものであるためである。この結果、機器の精度は、その機器を含んでいるコンポーネントにおける変化と、コンポーネントに対する変化による影響を比較的受けない。
【００５１】
フーリエ変換と逆フーリエ変換は、一般には、例えば、制御及びデータ分析関数を実行するプロセッサ６０において、数値フィルタリング（例：低域フィルタリング）と同様に数値演算によって実施される。
【００５２】
スペクトルを処理するための基準線を生成する目的で、個別の、例えば補助光源を利用する場合、システム応答関数の逆フーリエ変換が直接的に（すなわち、図５のステップ２３５の結果におけるように）得られる。次いで、直接的に得られた応答関数に、上述したように逆畳込み（２４０）とフーリエ変換（２５０）とを行う。
【００５３】
例えば、ファイバの温度、エージング、曲げ、伸び、その他の物理的変化若しくは機械的変化、光の結合状態の変化、光学インタフェースにおける変化、その他、のうち少なくとも１つに起因して、光ファイバ若しくは導波管、又はその両方の光学的特性が変化する場合、原位置のレーザー基準応答関数３０５は、そのような変化の影響に応答して歪む。従って、その応答関数を利用している畳込みプロセスには、そのような影響が自動的に含まれ、従って、畳込みプロセスによって補正される。更に、本明細書では、励起レーザー２０は、測定値を生成するのみならず、フーリエ変換ラマン分光法において一般的であるように、畳込み処理において利用される応答関数３０５も生成するものとして説明したが、基準線を生成する目的で別のレーザーを設けることができ、この基準線は、マルチモードの光ファイバ若しくは導波管、又はその両方の特性によって歪み、その後、畳込み処理において応答関数として利用される。
【００５４】
本明細書では、レーザー光源又はその他の光源は、その光出力が単一周波数又は単一波長であるか、或いは、インターフェログラム又はその他の測定スペクトルにおいて、測定対象の試料によって生成されるスペクトルデータから十分に離れており、且つ応答関数として利用することのできる基準線を生成するのに十分に狭い帯域幅又は範囲にわたるのみである場合、実質的に単色として言及している。
【００５５】
要約すると、本明細書に説明したフーリエ変換ラマン分光計は、小型化に適しており、レーザー光源と、すべての光学系と、制御・分析エレクトロニクスとを含んだ携帯型機器に具体化するうえで十分に小さく、且つ十分に頑丈に作製することができる。このような機器のスペクトル分解能は１ｃｍ−１以上、スペクトル範囲は０〜５０００ｃｍ−１であると予測される。言い換えれば、そのパフォーマンスは、スペクトル分解能、スペクトル範囲、及び処理能力に関して、従来の小型の分光計よりもずっと良好であり、実験室の分光計に匹敵するものと予測される。そのような機器は、化学的分析若しくは生物学的分析、又はその両方、化学物質及びその他の材料の識別、代謝の監視に有用である。試料は、気体、液体、又は固体とすることができる。
【００５６】
一般的な携帯型分光計１０は、代表的な携帯情報端末（ＰＤＡ）とほぼ同じ大きさのパッケージの中に提供することができる。分光計１０の代表的なコンポーネントとしては、レーザー源２０と、それぞれがファイバ２４，５２にピグテール接続されており、且つ直径約０．６ｃｍ、長さ約５ｃｍ未満の検出器５０と、３ｄＢの結合器４０と、それぞれが直径約０．５ｃｍ、長さ約５ｃｍ未満のサーキュレータ又はマルチプレクサー３０と、約３ｃｍ×１ｃｍのプロセッサエレクトロニクス６０の電子回路基板とが挙げられる。ストロークが１ｃｍである走査ミラーアセンブリ１００は、ＭＥＭＳモーター１２０’を使用する場合、約５ｃｍ×１．５ｃｍ×１ｃｍであり、（ポータブルＣＤプレイヤーにおけるような）小型の線形移動モーター１２０を使用する場合、大きさはその約２倍である。レーザーダイオード２０は、光出力が数十ミリワットであり約７００〜８００ｎｍの波長において動作するものが好ましい。しかしながら、例えば組織を調べる場合、平均出力が人の目に安全なレベルに維持されるように、そのようなレーザーを低いデューティサイクルにて動作させることが望ましいことがある。そのような低いデューティサイクルでの動作では、試料を測定するのに要する時間が増すが、結果的に、ミラー１１２，１２２，１２４を走査するのに必要な電力が減少する。高いスペクトル分解能のためには、レーザー２０は、単一波長にて動作する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイオードであることが好ましい。
【００５７】
本明細書で使用している用語「約」は、寸法、大きさ、構造（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ）、パラメータ、形状、その他の数量及び特性が、正確ではなく、且つ正確である必要がなく、公差、換算率、丸め、測定誤差などのほか、当業者に公知であるその他の要因を反映して、必要に応じて、ほぼ近い値である、より大きい、又は、より小さい、ものでよいことを意味する。一般的には、寸法、大きさ、構造、パラメータ、形状、又はその他の数量若しくは特性は、明確に述べてあるか否かにかかわらず、「約」又は「およそ」である。
【００５８】
本発明は、前述した模範的な実施形態に関して説明したが、当業者には、添付されている請求項によって定義される本発明の範囲及び精神の中での変形形態が明らかであろう。例えば、試料Ｓを照らしたときの反射によってラマンスペクトルを生成することを例示したが、本明細書に説明した機器若しくは走査ミラー、又はその両方は、試料Ｓを照らして光を透過させることによって吸収スペクトルを生成する場合にも利用することができる。
【００５９】
更に、溝１０４の中でロッド１１２を動かす目的として、磁石手段と静電気手段とを説明したが、別の手段を採用することもできる。そのような別の手段としては、熱的手段（バイメタル素子又はそれ以外の熱膨張性要素など）、若しくは、圧電手段（圧電素子など）、又はその両方を含んでいることができる。ロッド１１２のミラー１１０は、ロッドの端部を磨いたものか、又は端部にミラーを取り付けることができる。
【００６０】
例えば、光路を光学的に延ばす、若しくは短縮する、又はその両方によるミラーの明確な動き（ａｐｐａｒｅｎｔ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）は、液体の屈折率がガラス１０２，１０８の屈折率よりも高いままであり従って溝１０４の導波管作用が維持されている限りは、例えば、溝１０４を満たしている液体の屈折率を、熱的又は電気的のいずれかによって変化させることによって、ロッド１１２を動かすことなく達成することができる。明確な動きの範囲は極めて限定されているが、この動きと、本明細書に説明した、ロッド１１２を動かすためのその他の手段とを組み合わせて、ロッド１１２の位置副尺（ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｖｅｒｎｉｅｒ）を提供することができる。
【００６１】
本明細書では、文脈から明らかであるように、ミラーの特徴、すなわち光学走査機能を提供する目的で動かすことができることと、光学走査機能そのものとを表すのに、走査可能（すなわち走査することのできる）と走査とを同義で使用している。本明細書における特定の実施形態においては、マイケルソン干渉計の一方のミラーを、走査ミラーとして、他方を固定ミラーとして説明したが、任意の実施形態においては、いずれか一方のミラー又は両方のミラーを走査することができる。両方のミラーを走査する場合、走査範囲と結果のスペクトル分解能とが２倍になるように、これらのミラーを反対方向に、すなわち互いに１８０度の位相差で走査することが好ましい。従って、ファイバ４２，４６の両方のそれぞれの端部に、それぞれの走査ミラーアセンブリ１００を配置することができる。
【００６２】
レンズ３４は、分光計１０のハウジングの表面に位置させることができ、すなわち、ハウジングと同一平面内にあるか、又はわずかに突き出すか又は引っ込んだ状態にすることができ、又は、そこから延びている光ファイバケーブルの端部に位置させることができる。更に、測定を行いやすくするため、又は、スペースの限られた場所や測定の行いにくい位置で試料Ｓを測定することができるように、一端がレンズ３４に密着しており、他方の端部が試料Ｓに密着する光ファイバケーブルを配置することができる。
【００６３】
特定の電気信号は、「高」値又は「低」値として記載したが、これは、電圧、電流、又は電力の大きさを意味する、或いは、負極性又は正極性であることを意味する、或いは、負又は正の絶対値が更に大きいことを意味することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による干渉計と走査ミラーとを含んでいる分光計の例示的実施形態の概略ブロック図である。
【図２Ａ】図１の例示的実施形態の走査ミラーの例示的実施形態の概略断面図である。
【図２Ｂ】図１の例示的実施形態の走査ミラーの例示的実施形態の概略断面図である。
【図３Ａ】図１の例示的実施形態の走査ミラーの２つの代替の例示的実施形態の概略断面図である。
【図３Ｂ】図１の例示的実施形態の走査ミラーの２つの代替の例示的実施形態の概略断面図である。
【図４】それぞれ異なって長さを変化させることのできる光ファイバを採用している走査ミラーの例示的実施形態の概略図である。
【図５】本発明による有用な逆畳込みプロセスの概略的な流れ図である。
【図６Ａ】本明細書に説明した干渉計によって生成される、代表的な強度−波数スペクトルのグラフである。
【図６Ｂ】図６Ａの基準線の基準応答を拡大した詳細図である。
【図１】
2006517669.tif 000003
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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