(57)【要約】電磁放射により照射されている対象からの非弾性散乱電磁放射を分析するためのシステムが提供される。システムは、電磁放射源と対象との間のビーム経路中に設けられて、電磁放射源から放出された電磁放射のビームを対象の区域上へ投射し、かつ対象からの非弾性散乱電磁放射を受光してコリメートするように配置されたチューナブルレンズを有するチューナブルレンズ・アセンブリを備える。検出された電磁放射に基づいて、制御ユニットは、チューナブルレンズの動作設定を変更する決定を行うことが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射により照射されている対象（Ｏ）からの非弾性散乱電磁放射を分析するためのシステム（１０）であって、前記システムは、
電磁放射を前記対象上へ放出するための電磁放射源（１１）、
前記対象からの前記非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部を検出するための少なくとも１つの検出器（１５、１２１）であって、前記対象からの非弾性散乱電磁放射の波長スペクトルを検出するためにスペクトログラフ・ユニット（１２）中に配置された、前記検出器、
前記電磁放射源（１１）と前記対象との間のビーム経路中に設けられて、前記電磁放射源（１１）から放出された電磁放射のビームを前記対象の区域上へ投射し、かつ前記対象からの前記非弾性散乱電磁放射を受光してコリメートするように配置されたチューナブルレンズ（１３）を備えるチューナブルレンズ・アセンブリ（１３）、および
前記チューナブルレンズ（１３）に接続され、第１の設定制御動作信号を前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）に課すことにより前記チューナブルレンズ・アセンブリの光学特性動作設定を制御するように配置され、前記第１の設定制御動作信号は、達成可能な第１の焦点距離、第１のビーム形状、および／また第１のビーム位置に関する情報を備える、制御ユニット（１４）
を備え、
前記制御ユニット（１４）は、前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）の第１の設定を用いている間に前記対象からの前記非弾性散乱電磁放射の少なくとも第１のスペクトルを受光するための前記少なくとも１つの検出器（１５、１２１）にさらに接続されて、前記制御ユニットは、
前記第１のスペクトルの光学特性を基準値と比較することにより非弾性散乱電磁放射の検出部分を分析して、前記第１の設定が前記チューナブルレンズ・アセンブリの第２の設定へ変更されるべきかどうかを決定するように配置されて、前記第１の設定を第２の設定へ変更する決定が行われた場合には、前記制御ユニットは、
前記第２の設定と関連付けられた第２の設定制御動作信号を電気的に調節可能なレンズ・アセンブリ（１３）へ伝送するようにさらに構成され、前記第２の設定は、前記チューナブルレンズ・アセンブリにより達成可能な第２の焦点距離、第２のビーム形状および／または第２のビーム位置に関する情報を備え、前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）の第２の設定へ変更する前記決定は、
前記第１のスペクトルにおける予め決定された閾値より高い蛍光の第１のレベルの存在であって、それによって前記第２の設定が前記第１の設定と比較して増加したビーム形状と関連付けられる、前記蛍光の第１のレベルの存在、
前記第１のスペクトルにおける前記予め決定されたレベルより低い蛍光の第２のレベルの存在であって、それによって前記第２の設定が前記第１の設定と比較して減少したビーム形状と関連付けられる、前記蛍光の第２のレベルの存在、または、
蛍光の不在もしくは前記第２のレベルより低い蛍光の第３のレベルの存在であって、それによって前記第２の設定が第２の焦点距離または第２のビーム位置と関連付けられる、前記蛍光の不在もしくは前記蛍光の第３のレベルの存在
に基づく、
システム（１０）。
【請求項２】
前記光学特性は、強度、周波数、出力スペクトル、スペクトル密度および／または時間変化のうちの少なくとも１つに関係する、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記光学特性は、前記対象からの非弾性散乱電磁放射の波長スペクトルに関係する、請求項１または２に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記波長スペクトルは、蛍光と関連付けられた波長範囲に対応する、請求項３に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
第１および／または第２の設定制御信号は、複数の予め決定された特定の焦点距離、ビーム形状またはビーム位置を指定するテスト方式にそれぞれ含まれる、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記制御ユニット（１４）は、
複数の予め決定された特定の焦点距離を含む前記テスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送し、伝送された設定制御信号ごとに、
波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、
各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することにより前記複数の記憶されたテスト方式スペクトルを分析するようにさらに構成されて、前記同定された差が基準閾値を超過する場合には、前記制御ユニット（１４）は、
前記対象が前記対象の縦軸に沿って不均質であるという決定を行う
ように配置された、
請求項５に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記制御ユニット（１４）は、
特定のビーム位置に対する複数の予め決定されたビーム形状を含む前記テスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送し、伝送された設定制御信号ごとに、
波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、
各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することにより前記複数の記憶されたテスト方式スペクトルを分析するようにさらに構成され、前記同定された差が基準値を超過する場合には、前記制御ユニットは、
前記対象が前記対象の横軸に沿ってまたは縦軸および前記横軸を含む面への法線に沿ってかつ前記対象のある縦方向位置において不均質であるという決定を行う
ように配置された、
請求項５に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記制御ユニット（１４）は、
特定のビーム形状に対する複数の予め決定されたビーム位置を含む前記テスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送し、伝送された設定制御信号ごとに、
波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、
各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することにより前記複数の記憶されたテスト方式スペクトルを分析するように構成されて、前記同定された差が基準値を超過する場合には、前記制御ユニットは、
前記対象が前記対象の横軸に沿ってまたは縦軸および前記横軸を含む面への法線に沿ってかつ前記対象のある縦方向位置において不均質であるという決定を行う
ように配置された、
請求項５に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記制御ユニット（１４）は、前記対象が前記横軸に沿って不均質であるという決定に基づいて、
さらなる設定制御信号を前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）へ伝送するようにさらに構成され、前記さらなる設定制御信号は、前記横軸に沿って増加した延長部分を有するビームスポットを前記対象上に生成するビーム形状に関する情報を備える、
請求項７または８に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記制御ユニット（１４）は、前記対象が前記縦軸および前記横軸を含む前記面に沿って不均質であるという決定に基づいて、
さらなる設定制御信号を前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）へ伝送するようにさらに構成され、前記さらなる設定制御信号は、前記縦軸および前記横軸を含む前記面への法線に沿って増加した延長部分を有するビームスポットを前記対象上に生成するビーム形状に関する情報を備える、
請求項７または８に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記対象の縦方向位置は、前記対象の表面である、請求項５〜１０のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
それを超えると前記電磁放射源（１１）の耐久性が悪影響を受けるレベルを有する光学特性を検出するために、少なくとも１つのさらなる検出器（１５）は、前記対象と電磁放射源（１１）との間のビーム経路中に配置された、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
電磁放射により照射されている対象（Ｏ）からの非弾性散乱電磁放射を分析するためのシステム（１０）であって、前記システムは、
電磁放射を前記対象上へ放出するための電磁放射源（１１）、
前記対象からの前記非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部を検出するための少なくとも１つの検出器（１５）であって、前記対象から前記電磁放射源（１１）の方へ散乱された電磁放射のレベルを検出するように配置された、前記少なくとも１つの検出器（１５）、
前記電磁放射源（１１）と前記対象との間のビーム経路中に設けられて、前記電磁放射源（１１）から放出された電磁放射のビームを前記対象の区域上へ投射するように配置されれたチューナブルレンズ（１３）を備えるチューナブルレンズ・アセンブリ（１３）、および
前記チューナブルレンズに接続されて、第１の設定制御動作信号を前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）に課すことにより前記チューナブルレンズ・アセンブリの光学特性動作設定を制御するように配置され、前記第１の設定制御動作信号は、達成可能な第１の焦点距離、ビーム形状、および／またビーム位置に関する情報を備える、制御ユニット（１４）
を備え、
前記制御ユニット（１４）は、前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）の第１の設定を用いている間に前記対象からの前記非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部分を受光するための前記少なくとも１つの検出器（１５）にさらに接続され、前記制御ユニットは、
検出部分の光学特性を、それを超えると前記電磁放射源（１１）の耐久性が悪影響を受けるレベルに設定された基準値と比較することにより非弾性散乱電磁放射の前記検出部分を分析するように配置され、前記光学特性が前記基準値より大きい場合には、前記制御ユニットは、第２の設定制御動作信号を前記チューナブルレンズ・アセンブリ（１３）へ伝送するように配置され、前記第２の設定制御動作信号は、前記チューナブルレンズ・レンズ・アセンブリ（１３）が第２の設定に基づいて動作するときに前記検出器により検出される前記光学特性の大きさを減少させるための第２の焦点距離、第２のビーム形状および／または第２のビーム位置に関する情報を備える、
システム（１０）。
【請求項１４】
前記光学特性は、強度、周波数、出力スペクトル、スペクトル密度および／または時間変化のうちの少なくとも１つに関係する、請求項１３に記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
少なくとも１つのさらなる検出器（１２１）のうちの１つは、前記対象からの非弾性散乱電磁放射の波長スペクトルを検出するためにスペクトログラフ・ユニット（１２）中に配置された、請求項１３または１４に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
前記電磁放射源は、レーザである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
【請求項１７】
前記電磁放射源（１１）と前記対象との間の前記ビーム経路中および前記対象と前記少なくとも１つの検出器（１５、１２１）との間の前記ビーム経路間に配置された１つのダイクロイックフィルタ（ＤＦ）をさらに備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
【請求項１８】
前記スペクトログラフ・システムの前記ビーム経路に沿って複数の鋭いエッジのバッフル（１６）をさらに備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
【請求項１９】
各鋭いエッジのバッフル（１６）は、前記検出器（１５，１２１）に面した面取り部分を有する、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、分光法の分野に関する。より詳しくは、本発明は、改良されたラマン分光法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラマン分光法は、システムにおける振動、回転、および他の低周波数モードの観測を可能にする特定の分光法技術である。ラマン分光法は、例えば、化学の分野において異なる分子を同定しうる指紋を提供するための一般的な手法である。
【０００３】
ラマン分光法は、典型的に、試料を構成している物質の同定または定量化のために用いうる分子振動について情報を提供する。試料は、典型的に、単色光を有するレーザまたはＬＥＤなどの電磁放射源により照明される。試料に入射する光は、散乱、吸収または透過される。散乱光の大部分は、通常、光源と同じ周波数にあり、これは、典型的に、レイリーまたは弾性散乱として知られ、すなわち、エネルギーが保存される。通常、極めて少量、典型的に入射光強度の１０−５％の範囲内がラマンまたは非弾性散乱により散乱されて、すなわち、エネルギーが保存されず、散乱光の波長にシフトを生じさせる。
【０００４】
試料のラマンスペクトルは、波長シフトの強度を周波数に対してプロットすることにより得られる。
【０００５】
ラマン分光法は、化学物質を高精度で迅速に同定するための確立された分光学的技法である。すべての物質が固有のラマンスペクトルを発生させることになり、そのことが物質を同定するのにこの技法が適する理由である。
【０００６】
ラマン効果は、集束された単色（レーザ）光が照明される試料中に含まれる分子の振動モードと相互作用するときに典型的に発生する。
【０００７】
分子から散乱された光は、典型的に分子「指紋」を構成する一連の線からなる振動スペクトルを発生させる。
【０００８】
薬学研究所には、通常、ラマン装置が普及している。
【０００９】
電子部品の継続的な小型化がさらに液体、粉体および固体の手測定に用いる携帯およびハンドヘルド・ラマン装置の製造に繋がった。
【００１０】
ラマン装置の光学モジュールは、一般に、３つの主要部分：励起源、例えば、通常はレーザ、サンプリング・デバイス、例えば、通常は光プローブ、および分光計または検出器からなる。光プローブは、通常、レーザ放射を試料へ送達して、試料からの後方散乱ラマン放射を分光計へ送る。
【００１１】
通常、光プローブのジオメトリーの３つの一般的なタイプ、光ファイバを用いた遠隔サンプリング・プローブ、自由空間放射経路をもつ従来型サンプリング・プローブ、および−ラマン分光計の顕微鏡との組み合わせである−ラマン画像化プローブがある。
【００１２】
最初に報告されたラマンプローブは、特許文献１におけるＭｃＣｒｅｅｒｙらによる遠隔サンプリング・プローブであった。そのプローブヘッドは、３本の光ファイバの束であり、レーザビームを試料へ送達するために中心のファイバを、試料からのラマン光を集光するために他の２つを用いた。レーザビームが発散して、ラマン・フォトンの効率は、不十分であった。集光効率を高めるために、ＭｃＣｒｅｅｒｙプローブに多くの改良が行われた。
【００１３】
従来型サンプリング・プローブは、通常、レンズ系と、自由空間レーザ上の光フィルタ材料と、集光経路とを一体化することによりファイバ・バックグラウンドを除去して、光スループットを最適化してよい。これらのプローブは、通常、１８０°または９０°のジオメトリーを用いる。
【００１４】
両方のジオメトリーにいくつかのバリエーションがある。いくつかの用途ではレーザと集光軸との間の角度が９０°超または未満であるのに対して、いくつかの用途は、励起および集光放射のために平行軸を用いる。
【００１５】
１８０°プローブの構成は、市販のラマン装置ではごく一般的となり、多くの利点を有する。例えば、集光レンズと試料との間の作動距離を数センチメートルまでにできて、バイアルを通してのラマン・サンプリングを典型的に可能にする。レーザおよび収集光が同じ表面を通過するので、曲線状のバイアルまたは瓶を許容できる。
【００１６】
しかしながら、試料上のレーザ焦点位置がラマン信号強度により強く影響されるため、両方のジオメトリーにとってサンプル位置合わせが共通の問題である。
【００１７】
異なるサンプリング・ジオメトリーは、焦点に対する異なる感度を有する。例えば、ラマン顕微鏡は、非常に小さいサンプル領域（深さが数ミクロンで横方向が１μｍ）からスペクトルを取得し、通常、焦点位置に極めて敏感であり−光軸に沿った数ミクロンの移動が信号を半分以上減少させる可能性がある。
【００１８】
特許文献２は、共焦点顕微内視鏡のための対物レンズ機器を開示する。同文献では、画像化機器を解剖学的構造（単数または複数）の顕微画像を発生させるように構成できて、この画像化機器が可変焦点レンズを含むことができ、筐体機器内にこの機器を設けることができる。
【００１９】
そのうえ、ラマン分光計の感度は、スポットサイズおよびサンプリング区域サイズに関係する。高感度を達成するためには小さい焦点スポットが望ましいが、これは、サンプリング区域も縮小し、不均一または不均質なサンプルにとって問題である。この問題は、ルータならびに特許文献３および／または特許文献４に記載されるようなビーム走査技法により対処されてきた。
【００２０】
すべての従来型プローブに関する典型的な問題は、プローブの内部機械構造によりもたらされる迷光である。
【００２１】
ラマン分光法は、非弾性散乱に基づき、すなわち、入射粒子の運動エネルギーが保存されないか、またはラマン散乱、すなわち、フォトンの非弾性散乱に基づく。散乱は、典型的に、可視、近赤外、または近紫外領域におけるレーザビームの形態の光により通常は誘起される。
【００２２】
典型的に、サンプルは、高レーザ出力密度を有するレーザビームで照明される。試料の照明スポットからの電磁放射がレンズで集光されて、モノクロメータを通して送られる。
通常、弾性散乱放射は、フィルタで除去され、一方で集光された残りの光は、フィルタを通して検出器上へ分散される。
【００２３】
ラマン分光法で通常用いられる高レーザ出力密度が本手法に問題をもたらす。ラマン分光法では試料の小さい区域を照明することが一般的なので、高レーザ出力密度は、典型的に、試料中の大量の熱発生につながり、試料をひどく損傷しかねない。大量のエネルギーを試料に注入することが、例えば、潜在的に爆発性の物質のケースでは、他の危険にも繋がりうるであろう。
【００２４】
着色試料の調査においてラマン分光法の使用を制限する別の典型的な問題は、この文脈では、非常に弱いラマン信号を隠すファイバコア自体からの蛍光およびラマン放出である。
【００２５】
別の問題は、レーザ出力密度があまりに高い場合に、特に黒色および茶色の試料が局部的な加熱を経験することである。これは、黒体放射のためにラマンスペクトルに重なる広範囲の傾斜したバックグラウンドとして全般的にラマンスペクトル中に観察できて、周りのノイズから散乱を実際に見分けることを難しくする。
【００２６】
従って、ラマン分光法を達成するために新しい改良されたシステムが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第４，５７３，７６１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０２２１７５３号（Ａ１）
【特許文献３】米国特許第８，３１０，６６９号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０１６２６４２号（Ａ１）
【発明の概要】
【００２８】
上述の妨げのいくらかまたはすべてを軽減するために、本発明者らは、洞察的推論後に、これを第１の態様により達成してよいことを理解した。
【００２９】
第１の態様によれば、電磁放射により照射されている対象からの非弾性散乱電磁放射を分析するためのシステムが提供される。システムは、電磁放射を対象上へ放出するための電磁放射源を備える。システムは、対象からの非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部を検出するための少なくとも１つの検出器をさらに備え、検出器は、対象からの非弾性散乱電磁放射の波長スペクトルを検出するためにスペクトログラフ・ユニット中に配置される。そのうえ、システムは、電磁放射源と対象との間のビーム経路中に設けられて、電磁放射源から放出された電磁放射のビームを対象の区域上へ投射し、かつ対象からの非弾性散乱電磁放射を受光してコリメートするように配置されたチューナブルレンズを備えるチューナブルレンズ・アセンブリを備える。制御ユニットは、チューナブルレンズに接続されて、第１の設定制御動作信号をチューナブルレンズ・アセンブリに課すことによりチューナブルレンズ・アセンブリの光学特性動作設定を制御するように配置され、第１の設定制御動作信号は、達成可能な第１の焦点距離、第１のビーム形状、および／また第１のビーム位置に関する情報を備える。制御ユニットは、チューナブルレンズ・アセンブリの第１の設定を用いている間に対象からの非弾性散乱電磁放射の少なくとも第１のスペクトルを受光するための少なくとも１つの検出器にさらに接続される。制御ユニットは、第１のスペクトルの光学特性を基準値と比較することにより非弾性散乱電磁放射の検出部分を分析して、第１の設定がチューナブルレンズ・アセンブリの第２の設定へ変更されるべきかどうかを決定するように配置される。第１の設定を第２の設定へ変更する決定が行われた場合には、制御ユニットは、第２の設定と関連付けられた第２の設定制御動作信号を電気的に調整可能なレンズ・アセンブリへ伝送するようにさらに構成され、第２の設定は、チューナブルレンズ・アセンブリにより達成可能な第２の焦点距離、第２のビーム形状および／または第２のビーム位置に関する情報を備える。チューナブルレンズ・アセンブリの第２の設定を変更する決定は、
第１のスペクトルにおける予め決定された閾値より高い蛍光の第１のレベルの存在であって、それによって第２の設定が第１の設定と比較して増加したビーム形状と関連付けられる、蛍光の第１のレベルの存在、
第１のスペクトルにおける予め決定されたレベルより低い蛍光の第２のレベルの存在であって、それによって第２の設定が第１の設定と比較して減少したビーム形状と関連付けられる、蛍光の第２のレベルの存在、または、
蛍光の不在もしくは第２のレベルより低い蛍光の第３のレベルの存在であって、それによって第２の設定が第２の焦点距離または第２のビーム位置と関連付けられる、蛍光の不在もしくは蛍光の第３のレベルの存在
に基づく。
【００３０】
第２の態様によれば、電磁放射により照射されている対象からの非弾性散乱電磁放射を分析するためのシステムが提供される。システムは、電磁放射を対象上へ放出するための電磁放射源を備える。システムは、対象からの非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部を検出するための少なくとも１つの検出器をさらに備え、少なくとも１つの検出器は、対象から電磁放射源の方へ散乱された電磁放射のレベルを検出するように配置される。そのうえ、システムは、電磁放射源と対象との間のビーム経路中に設けられて、電磁放射源から放出された電磁放射のビームを対象の区域上へ投射するように配置されたチューナブルレンズを備えるチューナブルレンズ・アセンブリを備える。制御ユニットは、チューナブルレンズに接続されて、第１の設定制御動作信号をチューナブルレンズ・アセンブリに課すことによりチューナブルレンズ・アセンブリの光学特性動作設定を制御するように配置され、第１の設定制御動作信号は、達成可能な第１の焦点距離、ビーム形状、および／またはビーム位置に関する情報を備える。制御ユニットは、チューナブルレンズ・アセンブリの第１の設定を用いている間に対象からの非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部分を受光するための少なくとも１つの検出器にさらに接続される。制御ユニットは、検出部分の光学特性を、それを超えると電磁放射源の耐久性が悪影響を受けるレベルに設定された基準値と比較することにより非弾性散乱電磁放射の検出部分を分析するように配置される。光学特性が基準値より大きい場合には、制御ユニットは、第２の設定制御動作信号をチューナブルレンズ・アセンブリへ伝送するように配置される。第２の設定制御動作信号は、電気的に調整可能なレンズ・アセンブリが第２の設定に基づいて動作するときに検出器により検出される光学特性の大きさを減少させるための第２の焦点距離、第２のビーム形状および／または第２のビーム位置に関する情報を備える。
【００３１】
いくつかの実施形態の利点は、照明されている試料を損傷する危険を冒すことなく最適化されたラマン分光法を行いうることである。
【００３２】
いくつかの実施形態の別の利点は、最適な散乱および検出結果を依然として維持しながら最小限の蛍光を達成しうることである。
【００３３】
いくつかの実施形態のさらなる利点は、照明されることになる試料に合わせるために１つだけのシステムが必要であり、光の焦点を自動的にまたは遠隔ユーザにより変更しうることである。
【００３４】
いくつかの実施形態のさらに別の利点は、以前より大きい試料区域をモニタしてよく、従って、試料についてより多くの情報が得られることである。
【００３５】
いくつかの実施形態の別の利点は、最も高いラマン信号強度を提供するためにレーザ焦点を自動的に最適位置へ調整してよいことである。
【００３６】
いくつかの実施形態のさらなる利点は、試料の異なる層を調べ、同定してよいことである。
【００３７】
いくつかの実施形態の別の利点は、試料上のレーザ・スポットサイズを動的かつ自動的に変えてよいことである。
【００３８】
いくつかの実施形態の別の利点は、最小のレーザ照射で最大の散乱光を集光できることである。
【００３９】
いくつかの実施形態のさらに別の利点は、本システムを固定された光学的機構をすでに有する外部サンプリングプローブ・システムと一体化する容易さが増すことである。
【００４０】
さらなる目的、特徴および利点は、添付図面を参照することにより、実施形態の以下の詳細な記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ある実施形態による分光法システムを示す概略図である。
【図２】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図３】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図４】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図５】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図６】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図７】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図８】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図９】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【図１０】ある分光法システムの光学的機構のある実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
先行技術では、試料は、照射源、フィルタ、レンズおよび検出器を備えるシステム中に装着される。試料は、次にその光がフィルタおよびレンズを通して導かれる照射源により照明される。散乱光は、次にラマンスペクトルに関するデータを収集する検出器により検出される。
【００４３】
しかしながら、異なる物質は、異なる特性を有するので、異なる焦点の照明光が望ましいことがある。そのうえ、ラマン分光法は、照明中に蛍光のレベルがあまりに高くなりやすいという点で制限され、そのレベルは、試料上の照射光の焦点位置にも依存する。
【００４４】
この問題の解決法は、レーザ・スポットサイズまたはレーザ出力のいずれかを制御することである。一定のスポットサイズを用いるときに有利なのは、レーザ出力の連続的な制御を可能にし、積分時間の増加を代償にして取得をより低い出力から開始することである。一定の出力を用いるときには、より大きいスポットサイズを用いてよいが、感度の低下が代償となる。以下にさらに詳細に記載されるように、課題は、レーザ焦点レンズの焦点距離を変更することによりスポットサイズが変えられるようにすることである。
【００４５】
ラマン信号は、非常に弱いので、蛍光およびバックグラウンドノイズ中で不明瞭になりやすい。より強いラマン信号を達成するためには、より高い周波数の照射を好ましくは用いるべきである。周波数が高いほど、通常、より高いレベルの蛍光に繋がる。
【００４６】
本発明者らは、試料上の照射の焦点のリアルタイム制御を提供して、照明される試料物質に係わらず、蛍光およびバックグラウンドノイズが最も少ない可能な最良のラマンスペクトルを発生させる焦点を見付けることをさらにいっそう容易にする分光法システムを用いると有益であろうということを理解した。本発明者らは、洞察的推論後に、チューナブルレンズを用いることによりかかるシステムを実現しうることを見出した。より詳しくは、例えば、改良された技術的効果を可能にするためにチューナブルレンズを制御する方法が以下に記載されることになろう。
【００４７】
以下では、改良されたラマン分光法を可能にするための分光法システムを提供する実施形態が記載されることになろう。
【００４８】
以下では、明示的に別に明記しない限り、同様の参照番号が同様の構成要素を参照する。
【００４９】
図１では、対象Ｏからの非弾性散乱光を分析するための分光法システム１０の概略図が図示される。留意すべきは、この開示では、明示的に別に明記しない限り、試料および対象の用語を同義で用いてよいことである。
【００５０】
システム１０は、電磁放射源１１、スペクトログラフ・ユニット１２、チューナブルレンズ１３、制御ユニット１４、および少なくとも１つの検出器１５、１２１を備える。
【００５１】
電磁放射源１１は、電磁放射経路に沿って焦点位置に影響を及ぼすチューナブルレンズ１３を通過する電磁放射、例えば、光を放出する。チューナブルレンズ１３は、チューナブルレンズ１３に隣接して組み立てられた集束レンズＦＬ（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｌｅｎｓ）、例えば、非球面集束レンズと併せて用いられてよい。チューナブルレンズ１３は、集束レンズＦＬの光出力または焦点距離をわずかに変更し、それによって焦点位置が電磁放射経路に沿って移動することを可能にする。集束光が試料Ｏに当たり、試料のスポットを照明して、光の散乱を生じさせる。
【００５２】
チューナブルレンズそれ自体、または随意的に集束レンズＦＬと一緒に組み立てられたチューナブルレンズは、本明細書を通じてチューナブルレンズ・アセンブリ１３と呼ばれてよい。
【００５３】
留意すべきは、図１の図示的なシステムでは、実線矢印は、電磁放射がシステム中をどのように進むかを示すのに対して、破線は、制御ユニット１４から送られるか、またはそれにより受信される信号を示すことである。従って、図１がシステム中の各構成要素の厳密な位置を示すと解釈すべきではない。従って、留意すべきは、スペクトログラフ・ユニット１２がチューナブルレンズ・アセンブリと同じ対象の側に置かれてよいことである。
【００５４】
散乱光の大部分が、通常、スペクトログラフ・ユニット１２で受光される。スペクトログラフ・ユニット１２は、第１の検出器１２１を備えてよい。第１の検出器１２１は、散乱光を検出して、それを制御ユニット１４へ伝送する。
【００５５】
制御ユニット１４は、チューナブルレンズ・アセンブリ１３に接続されて、第１の設定制御動作信号をチューナブルレンズ１３に課すことによりチューナブルレンズ１３の光学特性動作設定を制御するように配置されてよい。
【００５６】
制御ユニット１４は、チューナブルレンズ・アセンブリ１３の第１の設定を用いている間に検出器１２１から受光された非弾性散乱電磁放射の少なくとも第１のスペクトルを受信して、第１のスペクトルの光学特性を基準値と比較することにより少なくとも第１のスペクトルを分析するようにさらに構成されてよい。
【００５７】
基準値は、予め決定されたレベル、例えば、以下には限定されないが、最大蛍光レベルであってよい。
【００５８】
制御ユニット１４は、第１の設定がチューナブルレンズ・アセンブリ１３の第２の設定へ変更されるべきかどうかを決定するようにさらに構成されてよい。
【００５９】
いくつかの実施形態において、第１の設定からチューナブルレンズ・アセンブリ１３の第２の設定へ変更する決定は、蛍光の第１のレベルに基づいてよい。例えば、蛍光のレベルが第１のスペクトルにおける第１の閾値より高いことが検出された場合には、制御ユニット１４が第２の設定へ変更することを決定してよい。第２の設定は、このシナリオでは第１の設定と比較したビーム形状の増加と関連付けられてよい。
【００６０】
第１の閾値は、予め決定されてよい。代わりに、第１の閾値は、用途に基づいて動的に選ばれてもよい。例えば、異なる物質を備える異なる試料は、異なる散乱スペクトルを生じさせるであろう。これらは、異なる閾値を必要としうる。
【００６１】
制御ユニット１４による第１の設定から第２の設定へ変更する判定は、第１のスペクトルにおける第１の閾値より低い蛍光の第２のレベルの存在に基づいてもよい。かかるケースでは、第２の設定は、第１の設定と比較して減少したビーム形状と関連付けられてよい。
【００６２】
いくつかの実施形態において、制御ユニット１４による第１の設定から第２の設定へ変更する決定は、蛍光の不在を検出すること、または蛍光の第２のレベルより低い蛍光の第３のレベルの検出に基づいてよい。かかるケースでは、第２の設定は、第１の設定と比較した第２の焦点距離または第２のビーム位置と関連付けられてよい。
【００６３】
散乱光のうちのいくらかは、電磁放射源１１の方へ後方反射されうる。これが電磁放射源１１の寿命の減少に繋がることがある。電磁放射源の寿命を最大化するために、電磁放射源１１の前に第２の検出器１５が置かれるとよい。この第２の検出器１５は、後方散乱光の量が電磁放射源１１を損傷する危険があるときに検出するように配置されてよい。制御ユニット１４は、かかるケースではより少ない光が電磁放射源アセンブリ１３の方へ後方散乱されるように、チューナブルレンズ・アセンブリ１３の光学特性を自動的に制御するように構成されてよい。当然のことながら、第２の検出器１５は、いくつかの実施形態では省略されてよい。
【００６４】
制御ユニット１４は、第１の設定制御動作信号をチューナブルレンズ・アセンブリ１３に課すことによりチューナブルレンズを制御してよい。第１の設定制御動作信号は、チューナブルレンズにより達成可能な第１の焦点距離、第１のビーム形状および／または第１のビーム位置に関する情報を備えてよい。
【００６５】
チューナブルレンズ１３は、電圧または電流をそれに印加することにより調整されてよい。印加電圧または電流は、チューナブルレンズに形状の変化を生じさせるであろう。チューナブルレンズは、例えば、凹または凸形状を呈してよい。
【００６６】
電磁放射源１１は、用途に依存してレーザまたは任意の他の適切な放射源、例えば、ＬＥＤであってよい。
【００６７】
以下では、明示的に開示しない限り、電磁放射源の用語をレーザの用語と同義で用いてよい。
【００６８】
図２は、図１を参照して記載されるような構成要素を利用した光学的機構を示す。
【００６９】
図３は、分光法システム１０の別の光学的機構を図示し、同図では図２において印加されるより高い電圧がチューナブルレンズ１３に印加され、それによってこの場合には図２と比較して焦点距離が短くなる。図２および３からチューナブルレンズ１３の外観が２つの間で異なることがわかるであろう。チューナブルレンズがその形を凸の図２から凹の図３へ変更するにつれて、ＦＬの光出力を変更し、システムの焦点距離は、レーザ焦点が放射経路に沿って（通常＞１ｍｍ）移動するように長い方（図２）から短い方（図３）へ変化する。
【００７０】
チューナブルレンズ１３は、電気的に調整可能なレンズであってよい。チューナブルレンズ１３は、光学的流体で満たされ弾性ポリマ膜により封じられたコンテナを備えてよい。チューナブルレンズに電流が印加されたときに、レンズに組み込まれた電磁アクチュエータ中を電流が流れることになり、コンテナにおける圧力が変更される。この圧力変化が膜の膨らみ、および結果としてレンズの焦点距離の変化に繋がる。他のチューナブルレンズの実装も存在する。例えば、いわゆる液体チューナブルレンズを用いることもできるであろう。
【００７１】
市販のチューナブルレンズは、それらの形状を印加電圧または電流に応じて球形から円筒形およびくさび形へ迅速かつ連続的に変更できる。
【００７２】
チューナブルレンズ１３は、例えば、−５００〜５０ｍｍの焦点調整範囲を有しうる。
【００７３】
図２および３では、レーザ１１、試料Ｏ、およびスペクトログラフ・ユニット１２の間の位置合わせが直交するレーザおよび光学的集光経路とともに示される。
【００７４】
レーザ経路、すなわち、レーザ１１から発する線上で、光は、レーザー・コリメーションレンズＬＣＬ（ｌａｓｅｒ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ  ｌｅｎｓ）によりコリメートされる。光は、次にそれがフィルタされるバンドパスフィルタＢＦ（ｂａｎｄ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を通過し、次にダイクロイックフィルタＤＦ（ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｆｉｌｔｅｒ）により試料Ｏの方へ方向を変えられる。試料Ｏを照明する前に、光は、集束レンズＦＬを含むチューナブルレンズ・アセンブリ１３により試料Ｏのスポット上へ集束される。
【００７５】
レーザに対する最小スポット径は、ビームウエスト径の２倍であり、以下により与えられ、
２ｗｏ＝ｆθｄ        （１）
ここでθｄは、レーザの全角の発散角であり、ｆは、チューナブルレンズ・アセンブリ１３により達成される合成焦点距離である。
【００７６】
集束レンズの焦点距離を変えることにより、スポットサイズを制御できて、蛍光バックグラウンドを低減しうる。
【００７７】
集光経路、すなわち、線が集光レンズＣＬ（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｌｅｎｓ）の方へ導かれる経路上では、試料から後方散乱されたラマン光がチューナブルレンズ・アセンブリ１３により集光され、コリメートされて、ダイクロイックフィルタＤＦおよびロングパスフィルタＬＦ（ｌｏｎｇ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を通して送られる。後方散乱ラマン光は、次に集光レンズＣＬによりスペクトログラフ・ユニット１２の開口上へ集束される。
【００７８】
バンドパスフィルタＢＦがレーザ周波数にはないすべての光をブロックするのに対して、ダイクロイックフィルタＤＦおよびロングパスフィルタＬＦは、ストークスシフトに依存して、レーザ周波数以上あるいは以下のすべての光をブロックする。このように、可能な限り、確実に試料Ｏからの散乱光のみがスペクトログラフ・ユニット１２へ到達できるようにする。
【００７９】
チューナブルレンズ１３は、集束レンズＦＬに配置される。チューナブルレンズは、可動部を何も備えることなく、印加電圧または電流に応じてその形状を発散面から収束面へ迅速かつ連続的に変更することが可能である。
【００８０】
チューナブルレンズ１３は、形状を変更するにつれて、集束レンズＦＬの光出力が
Φ＝Φ１＋Φ２‐Φ１Φ２ｄ        （２）
に従って変化し、ここで光出力Φ＝１／ｆであり、ｄは、チューナブルレンズ１３と集束レンズＦＬとの間の距離である。
このように光学システムの焦点距離を精密に調節できる。
【００８１】
チューナブルレンズ１３の変化した形状は、レーザ１１から入ってくる光を分散させるか、あるいは収束させることになろう。このように、試料Ｏ上の集束レンズＦＬの焦点スポットは、焦点軸に沿って少なくとも１〜２ｍｍ調整されてよく、全試料区域が走査されてよい。
【００８２】
そのうえ、本システムは、例えば、焦点距離を１〜２ｍｍ変更することにより、例えば、試料を異なる深さレベルで走査することによって、システムのいずれの部分も手作業で移動させる必要なしに試料中の各個別層を同定することを可能にする。焦点距離の変更は、選択される実際の集束レンズおよびチューナブルレンズに依存することに留意すべきである。従って、特定のレンズ仕様に依存して１〜２ｍｍより大きいまたは小さい変更が本発明の範囲内で等しく可能である。
【００８３】
試料、例えば、図２および３を参照して記載されるような対象Ｏの各特定の層を同定するためには、焦点を試料経路に沿って動的に移動して、一度に１層を照明する。
【００８４】
チューナブルレンズ１３を備えるスペクトログラフ・システムの別の利点は、最も強いラマン信号に対する試料上の最適焦点位置を自動的に探索する可能性である。
【００８５】
チューナブルレンズ１３は、試料のより大きい区域を走査するためにレーザ光への曝露中および／または曝露の合間にサンプリング・スポットサイズを動的に変更することも可能にする。これによって不均質および／または非常に小さい試料に対してラマン応答を取得する確率が増加しうる。
【００８６】
図４および５は、各々が図２および３と同様のスペクトログラフ・システム１０を示し、図５では図４におけるよりも高い電圧が制御ユニット１４からチューナブルレンズ１３に印加されて、図５の光学的機構に焦点距離の減少を生じさせる。これは、光ビーム構成にフレキシビリティを与えることにより既存の光学システム、例えば、プローブ・リレー光学系との一体化を容易にするであろう。
【００８７】
制御ユニット１４（図２〜１０には示されない）は、チューナブルレンズ１３に接続されて、第１の設定制御動作信号をチューナブルレンズ１３に課すことによりチューナブルレンズの光学特性動作設定を制御するように配置される。第１の設定制御動作信号は、達成可能な第１の焦点距離、ビーム形状、および／またビーム位置に関する情報を備えてよい。
【００８８】
第２の検出器１５が設けられるときに、制御ユニット１４は、電子的に調整可能なレンズ１３の第１の設定を用いている間に対象Ｏからの非弾性散乱電磁放射の少なくとも一部分を受光するためのその検出器にさらに接続される。制御ユニットは、検出部分の光学特性を、それを超えると電磁放射源１１の耐久性が悪影響を受けるレベルに設定された基準値と比較することにより非弾性散乱電磁放射の検出部分を分析するようにさらに配置されてよい。
【００８９】
光学特性が基準値より大きい場合には、制御ユニットは、第２の設定制御動作信号をチューナブルレンズ１３へ伝送するようにさらに配置されてよい。
【００９０】
光学特性は、強度、周波数、出力スペクトル、スペクトル密度および／または時間変化のうちの少なくとも１つに関係してよい。光学特性は、対象からの非弾性散乱電磁放射の波長スペクトルにも関係してよい。そのうえ、波長スペクトルは、蛍光と関連付けられた波長範囲に対応してよい。
【００９１】
第２の設定制御動作信号は、電気的に調整可能なレンズ１３が第２の設定に基づいて動作するときに検出器により検出される光学特性の大きさを減少させるための第２の焦点距離、第２のビーム形状および／または第２のビーム位置に関する情報を備えてよい。
【００９２】
いくつかの実施形態において、測定は、試料とスペクトログラフ・ユニットとの間により長い試料距離を要求する試料上で実施されてよい。例えば、爆発物を測定しているときには、試料への距離を数ｃｍに保つことが通常は好都合である。
【００９３】
図６は、一方が対象上に光を集束させて、他方がスペクトログラフ・ユニット１２の入口スリット上へ光を集束させる、２つのチューナブルレンズ１３を備えるスペクトログラフ・システムを図示する。ここでは、２つのチューナブルレンズ１３が同時に制御されてよく、それぞれ、試料と入口スリットとの間のより良好な位置合わせを生じさせる。
【００９４】
スペクトログラフ・ユニット１２の開口の形状は、典型的に、線状またはスリット状である。試料Ｏ上の焦点の典型的な形状は、円または点である。
【００９５】
チューナブルレンズが球状に調整されたときに、光が点上へ集束されるのに対して、チューナブルレンズが円筒状に調整されたときには光が線上へ集束される。２つのチューナブルレンズを有することにより、試料Ｏ上の焦点、すなわち、試料Ｏ上の照明区域の点／円形状は、スペクトログラフ・ユニット１２の前に第２のチューナブルレンズを通過するときにスリット形状に近づきうる。このように、スペクトログラフ・ユニットは、最小のレーザ照射で最大量の散乱光を集光することが可能である。増加した照明区域は、加熱および高レベルの蛍光を回避するのにさらに役立つ。
【００９６】
図７は、各チューナブルレンズ１３に対して制御動作設定が変更された図６と同様のスペクトログラフ・システムを示す。ここでは、例えば、前記チューナブルレンズ１３に適用される制御動作設定を増加させることにより、右端のチューナブルレンズ１３の焦点距離が減少した。
【００９７】
図８および９は、図２および３と同様の２つのさらなるそれぞれのスペクトログラフ・システムを示し、チューナブルレンズ１３が対象Ｏと集束レンズＦＬとの間に配置されて、基本的に同じ技術的利点を可能にする。
【００９８】
ある実施形態では、複数の予め決定された特定の焦点距離、ビーム形状またはビーム位置を指定するテスト方式に第１および／または第２の設定信号がそれぞれ含まれる。
【００９９】
制御ユニット１４は、複数の予め決定された特定の焦点距離を含むテスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送するようにさらに構成されてよい。次に、伝送された設定制御信号ごとに、制御ユニットは、波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することによりテスト方式スペクトルを分析するように配置され、この場合には、同定された差が基準閾値を超過する。そのうえ、制御ユニット１４は、対象が対象の縦軸に沿って不均質であるという決定を行うように構成されてよい。
【０１００】
ある実施形態では、制御ユニット１４は、特定のビーム位置に対する複数の予め決定されたビーム形状を含むテスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送するようにさらに構成される。伝送された設定制御信号ごとに、制御ユニットは、波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することによりその複数の記憶されたテスト方式スペクトルを分析するように配置され、この場合には、同定された差が基準値を超過する。そのうえ、制御ユニットは、対象が対象の横軸に沿ってまたは縦軸および横軸を含む面への法線に沿ってかつ対象のある縦方向位置において不均質であるという決定を行うように配置される。
【０１０１】
ある実施形態では、制御ユニット１４は、特定のビーム形状に対する複数の予め決定されたビーム位置を含むテスト方式に基づいて複数の設定制御信号を伝送するようにさらに構成される。伝送された設定制御信号ごとに、制御ユニット１４は、波長スペクトルをメモリに記憶し、複数の記憶されたテスト方式スペクトルを生じさせて、各記憶されたテスト方式スペクトル間の差を同定するために各記憶されたテスト方式スペクトルを他と比較することによりその複数の記憶されたテスト方式スペクトルを分析するように構成されて、この場合には、同定された差が基準値を超過する。そのうえ、制御ユニットは、対象が対象の横軸に沿ってまたは縦軸および横軸を含む面への法線に沿ってかつ対象のある縦方向位置において不均質であるという決定を行うように配置される。
【０１０２】
対象が横軸に沿って不均質であるという決定が行われたことに基づいて、制御ユニット１４は、さらなる設定制御信号をチューナブルレンズ１３へ伝送するように配置され、さらなる設定制御信号は、横軸に沿って増加した延長部分を有するビームスポットを対象上に生成するビーム形状に関する情報を備える。
【０１０３】
対象が縦軸および横軸を含む面に沿って不均質であるという決定が行われたことに基づいて、制御ユニット１４は、さらなる設定制御信号を電気的に調整可能なレンズへ伝送するように配置され、さらなる設定制御信号は、縦軸および横軸を含む面への法線に沿って増加した延長部分を有するビームスポットを対象上に生成するビーム形状に関する情報を備える。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、対象の縦方向位置は、対象の表面である。
【０１０５】
ラマンスペクトルの取得の成功は、実際の信号強度よりもノイズレベルおよびバックグラウンドに依存しうる。通常、バックグラウンドは、ラマン・フォトンではないある他の検出フォトン、すなわち、レーザおよび試料に由来する他のフォトンを含みうる。特に、バックグラウンドは、通常、蛍光および／または熱放出などの、試料または光学系のルミネセンス、もしくはレーザの迷光を含むことがあり、これらは、レイリー散乱、光学系またはほこりからの反射などを含みうる。
【０１０６】
迷光は、通常、フィルタでは除去されないがバッフルおよびベーンによって低減されうるいずれかの弾性的に散乱されたレーザ光を含む。
【０１０７】
プローブ機構体およびその光学部品の内壁から反射される迷光の量を低減するために、本発明の光プローブ・アセンブリは、いくつかの実施形態ではバッフル・システムを備えてよい。
【０１０８】
図１０は、いくつかの実施形態による複数の鋭いバッフル１６をさらに設けたスペクトログラム・システム１０を図示する。図１０のスペクトログラフ・システムは、図１〜９とともに記載されたものに対応する特徴を備えてよい。システムは、システムのビーム経路に沿って複数の鋭いエッジのバッフル１６を備える。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、各々の鋭いエッジのバッフルは、検出器に面した面取り部分を備える。これと関連付けられる技術的効果は、バッフルをこのように配置すると、入射光が面取り部分によって反射されないので光学システムを通して伝搬する迷光を低減するのに役立つことである。
【０１１０】
バッフル１６は、内径および外径を有する円筒管の形状であってよい。外径がすべてのバッフル１６に対して同じであってよいのに対して、各バッフルの内径は、ユニークであっても、または少なくとも互いに異なってもよい。様々な内径は、システムに含まれるプローブのいずれの光学部品も直接に照明される表面を「見る」ことがないことを確実にする。鋭いエッジのバッフルは、バッフル間で放射が反跳するにつれてそれをトラップして、検出器に到達する前に消散させる。従って、検出器は、照明される表面を直接に「見ること」を妨げられる。
【０１１１】
図１０では、発散するレーザビームがレーザ・コリメーティングレンズＬＣＬ（ｌａｓｅｒ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｌｅｎｓ）、例えば、図２〜９とともに記載されるようなレーザ・コリメーティングレンズを通過して、ダイクロイックフィルタＤＦ、例えば、図２〜９において記載されるようなダイクロイックフィルタにより試料Ｏの方へ方向を変えられる。レーザ経路に沿ったバッフルは、ダイクロイックフィルタからレーザアパーチャへの後方散乱放射を減衰させる。（ｘ）および（ｙ）面におけるバッフルの位置は、以下により決定され、
【０１１２】
【数１】
2018518719.tif 000003
【０１１３】
ここでｙｎは、ｘ０＝０の最外バッフルからの距離ｘｎにおけるバッフルｎの内半径である。バッフルの外半径がｒである。
【０１１４】
当然のことながら、バッフル１６の位置は、スペクトログラフ・システム１０の光軸に沿って式（３〜５）により決定されてよい。従って、バッフルがランダムにではなく互いから特定の距離に置かれるように、ｘがバッフル間の位置を定義すると言ってよい。
【０１１５】
本明細書では様々な実施形態が参照された。しかしながら、当業者は、特許請求の範囲に依然として含まれるであろう記載される実施形態への多くの変形形態を認識するであろう。例えば、留意すべきは、実施形態の記載では、機能ブロックの特定のユニットへの分割が決して限定的ではないことである。逆に、これらの分割は、単に例であるに過ぎない。本明細書では１つのユニットとして記載される機能ブロックが２つ以上のユニットへ分けられもよい。同様に、本明細書では２つ以上のユニットとして実装されることが記載される機能ブロックが特許請求の範囲から逸脱することなく単一ブロックとして実装されてよい。
【０１１６】
従って、記載される実施形態の詳細は、単に説明目的であるに過ぎず、決して限定的ではないことを理解されたい。その代わりに、特許請求の範囲に含まれるすべての変形形態がそれらに包含されることが意図される。
【図１】
2018518719.tif 000004
【図２】
2018518719.tif 000005
【図３】
2018518719.tif 000006
【図４】
2018518719.tif 000007
【図５】
2018518719.tif 000008
【図６】
2018518719.tif 000009
【図７】
2018518719.tif 000010
【図８】
2018518719.tif 000011
【図９】
2018518719.tif 000012
【図１０】
2018518719.tif 000013
2018518719.tif 000014
2018518719.tif 000015
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2018518719.tif 000021
2018518719.tif 000022
【国際調査報告】
2018518719.tif 000023
2018518719.tif 000024
2018518719.tif 000025
2018518719.tif 000026
2018518719.tif 000027