JP2007535680A - ラマン分光法を実施する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】光源からレーザ励起光を受け取り且つ該レーザ励起光を伝送する第一の光ファイバと、第一の光ファイバから光を受け取り且つレーザ励起光を通過させると共に、光と関係したスプリアス信号を遮断する第一のフィルタと、第一のフィルタから光を受け取り且つ光を試料に向けて導く第二のフィルタと、第二のフィルタから光を受け取り、該光を試料上に収束させラマン信号を発生させ且つラマン信号を第二のフィルタに戻す収束装置とを備える、ラマンブローブであって、第二のフィルタは収束装置からラマン信号を受け取るとき、ラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、望ましくないレーザ励起光を濾光し、また、第二のフィルタからラマン信号を受け取り且つそのラマン信号を光分析器に伝送する第二の光ファイバを備えるラマンプローブ及びその使用方法である。
【解決手段】光源からレーザ励起光を受け取り且つ該レーザ励起光を伝送する第一の光ファイバと、第一の光ファイバから光を受け取り且つレーザ励起光を通過させると共に、光と関係したスプリアス信号を遮断する第一のフィルタと、第一のフィルタから光を受け取り且つ光を試料に向けて導く第二のフィルタと、第二のフィルタから光を受け取り、該光を試料上に収束させラマン信号を発生させ且つラマン信号を第二のフィルタに戻す収束装置とを備える、ラマンブローブであって、第二のフィルタは収束装置からラマン信号を受け取るとき、ラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、望ましくないレーザ励起光を濾光し、また、第二のフィルタからラマン信号を受け取り且つそのラマン信号を光分析器に伝送する第二の光ファイバを備えるラマンプローブ及びその使用方法である。
Description
本特許出願は、次の特許出願の利益を主張するものである。
(i)光ファイバ上でのラマン分光技術(RAMAN SPECTROSCOPY TECHNIQUES OVER OPTICAL FIBERS)についてペイドン・ワン(Peidong Wang)及びその他の者によって2004年4月30日に出願された米国仮特許出願60/566,713号(弁理士事件番号第AHURA−22号);
(ii)インラインバイアル機能を備えるラマンプローブ(RAMAN PROBE WITH INLINE VIAL CAPABILITY)についてケビン・ノップ(Kevin Knopp)及びその他の者によって2004年9月7日に出願された米国仮特許出願60/607,735号(弁理士事件番号AHURA−30号)。
(i)光ファイバ上でのラマン分光技術(RAMAN SPECTROSCOPY TECHNIQUES OVER OPTICAL FIBERS)についてペイドン・ワン(Peidong Wang)及びその他の者によって2004年4月30日に出願された米国仮特許出願60/566,713号(弁理士事件番号第AHURA−22号);
(ii)インラインバイアル機能を備えるラマンプローブ(RAMAN PROBE WITH INLINE VIAL CAPABILITY)についてケビン・ノップ(Kevin Knopp)及びその他の者によって2004年9月7日に出願された米国仮特許出願60/607,735号(弁理士事件番号AHURA−30号)。
上記2つの特許出願は、その内容を参考として引用し本明細書に含めてある。
本発明は、全体として、物質を同定し且つその特徴を把握する方法及び装置、より具体的には、ラマン分光測定法を使用して物質を同定し且つその特徴を把握する方法及び装置に関する。
ラマン分光法は、多岐に亙る物質を同定し且つその特徴を把握するための有用な技術である。ラマン分光法は、科学的及び商業的領域の双方にて広く使用されている。単に一例として且つ非限定的に、商業的な使用領域は、現在、医薬、バイオ技術、薬学、セキュリティ及び地質学を含む。更に、最近の技術的進歩は、コスト及びサイズの縮小化を通じてラマン分光法を使用する用途範囲を拡大することを可能にしている。例えば、粉体、錠剤、液体等の測定及び同定のような実験室外の用途のため、ポータブル装置が最近、利用可能となっている。
残念なことに、現在のラマン分光システムに関して多数の問題点が存在する。例えば、既存のラマン分光法における未解決の問題点は、レーザ光を試料に送り出し且つ試料からラマンの特徴を集めることである。その他のものの内、これらの問題点は、ポータブル型ラマンシステム内でのスペースの制限、レーザ源からの増強自然放出(ASE)に起因してシステム内に導入された信号が歪むこと等を含む。
また、光源及び光検出器から遠方に配置された試料のラマン分光のため、励起光を送り出し且つラマン信号を集めるため光ファイバが一般的に使用されている。しかし、これらの光ファイバの使用は、蛍光並びに光ファイバ内での相互作用を通じて発生されるレイリー散乱光ー及びラマン散乱光を導入する可能性がある。
従って、本発明の主目的は、現在利用可能なシステムの短所を解決する改良された分光システムを提供することである。
本発明の1つの好ましい実施の形態において、1組みの光学要素を使用してポンプ源をラマン信号から分離し且つラマン信号を遠方の分光計又は検出器まで向ける、改良されたラマン分光システム(以下に、ラマンプローブと称されることがある)が提供される。ラマンプローブは、レーザ源からのASEバックグラウンドを濾光し且つ蛍光並びに光ファイバ内での相互作用を通じて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を濾光し得る形態とされることが好ましい。
本発明の別の形態において、ラマンプローブであって、
光源からレーザ励起光を受け取り且つ該レーザ励起光を伝送する第一の光ファイバと、
第一の光ファイバから光を受け取り且つレーザ励起光を通過させ、また、光と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされた第一のフィルタと、
第一のフィルタから光を受け取り且つ光を試料に向け得るようにされた第二のフィルタと、
第二のフィルタから光を受け取り、光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を第二のフィルタに戻す収束装置と、を備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタがラマン信号を収束装置から受け取るとき、第二のフィルタはラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、不要なレーザ励起光を濾光する更なる形態とされ、
ラマン信号を第二のフィルタから受け取り且つラマン信号を光分析器まで伝送する第二の光ファイバを備える上記ラマンプローブが提供される。
光源からレーザ励起光を受け取り且つ該レーザ励起光を伝送する第一の光ファイバと、
第一の光ファイバから光を受け取り且つレーザ励起光を通過させ、また、光と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされた第一のフィルタと、
第一のフィルタから光を受け取り且つ光を試料に向け得るようにされた第二のフィルタと、
第二のフィルタから光を受け取り、光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を第二のフィルタに戻す収束装置と、を備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタがラマン信号を収束装置から受け取るとき、第二のフィルタはラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、不要なレーザ励起光を濾光する更なる形態とされ、
ラマン信号を第二のフィルタから受け取り且つラマン信号を光分析器まで伝送する第二の光ファイバを備える上記ラマンプローブが提供される。
また、本発明の1つの好ましい実施の形態において、光を励起させ且つ試験中の試料から光を集める3つの独創的な使用モードを提供し、全てが1つの光プローブの設計内に包含された新規な光プローブの導出システムが提供される。第一の使用モードにおいて、ラマンプローブは、ユーザが露出したビームを制限することにより距離の制御及びレーザの安全性の双方を提供する円錐形のスタンドオフ材(standoff)を使用することにより、試料からの距離を維持することを許容する。第二の使用モードは、ユーザが手又はその他の手段により円錐形のスタンドオフ材を除去し、距離の制御を維持することを許容する。第三の使用モードは、試料バイアルをプローブ光学要素組立体内にて直接、挿入することを許容する。
本発明の別の形態において、ラマンプローブであって、
レーザ励起光を発生させる光源と、
光源からレーザ励起光を受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させ、ラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がバイアル受け部に又はバイアル受け部から遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされる、上記ラマンプローブが提供される。
レーザ励起光を発生させる光源と、
光源からレーザ励起光を受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させ、ラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がバイアル受け部に又はバイアル受け部から遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされる、上記ラマンプローブが提供される。
本発明の別の形態において、試料のラマン分光を実施する方法であって、
光源を使用してレーザ励起光を発生させるステップと、
レーザ励起光を第一のフィルタを通過させ、光と関係したスプリアス信号を遮断するステップと、
レーザ励起光を第二のフィルタに向けレーザ励起光を試料に向けて導くステップと、
光を第二のフィルタから受け取り、光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を第二のフィルタに戻すステップとを備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタがラマン信号を試料から受け取るとき、第二のフィルタが不要なレーザ励起光を濾光するような更なる形態とされ、
第二のフィルタから受け取った濾光後の光を光分析器に通すステップと、
試料のラマン特徴を分析し、試料を同定するステップとを備える、上記の方法が提供される。
光源を使用してレーザ励起光を発生させるステップと、
レーザ励起光を第一のフィルタを通過させ、光と関係したスプリアス信号を遮断するステップと、
レーザ励起光を第二のフィルタに向けレーザ励起光を試料に向けて導くステップと、
光を第二のフィルタから受け取り、光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、ラマン信号を第二のフィルタに戻すステップとを備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタがラマン信号を試料から受け取るとき、第二のフィルタが不要なレーザ励起光を濾光するような更なる形態とされ、
第二のフィルタから受け取った濾光後の光を光分析器に通すステップと、
試料のラマン特徴を分析し、試料を同定するステップとを備える、上記の方法が提供される。
本発明の別の形態において、ラマンプローブであって、
ハウジングと、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光を発生させる光源と、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光をレーザ光源から受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、該ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設されて試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
試料とユーザとの間に配設され、これによりユーザを光源から光学的に遮蔽し得るようにハウジングに取り付けられた光遮蔽体を更に備える、上記のラマンプローブが提供される。
ハウジングと、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光を発生させる光源と、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光をレーザ光源から受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、該ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設されて試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
試料とユーザとの間に配設され、これによりユーザを光源から光学的に遮蔽し得るようにハウジングに取り付けられた光遮蔽体を更に備える、上記のラマンプローブが提供される。
本発明の別の形態において、
ハウジングと、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光を発生させる光源と、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光をレーザ光源から受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、該ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設されて試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
その視界がターゲット位置を包含するようにハウジングに取り付けられたカメラと、ハウジングに取り付けられてカメラによって捉えられた像を表示し、これによりユーザがディスプレイを見る間、プローブを試料に対して配置することを許容するディスプレイとを更に備える、上記のラマンプローブが提供される。
ハウジングと、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光を発生させる光源と、
ハウジング内に配設されてレーザ励起光をレーザ光源から受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させラマン信号を発生させると共に、該ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設されて試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
その視界がターゲット位置を包含するようにハウジングに取り付けられたカメラと、ハウジングに取り付けられてカメラによって捉えられた像を表示し、これによりユーザがディスプレイを見る間、プローブを試料に対して配置することを許容するディスプレイとを更に備える、上記のラマンプローブが提供される。
本発明の上記及びその他の目的並びに特徴は、同様の参照番号が同様の部品を表わす、添付図面と共に検討すべきである本発明の好ましい実施の形態の以下の詳細な説明により、一層完全に開示され又は明らかとなるであろう。
新規なラマン分光装置
先ず、図1を参照すると、新規なラマンプローブ5が図示されている。この配置における励起光源LSは、例えば、制限された線幅を有する1つ又はより多数の785nm半導体レーザとすることができる。しかし、ラマンプローブ5は、また、レーザ源がラマン分光検出技術と適合可能である限り、励起光源LSとして任意のその他のレーザ源を使用することもできる。励起光源LSの出力は、光ファイバ10を通して導出され且つレンズ15を通じてコリメートされる。帯域通過フィルタ20(又は帯域通過フィルタ20A、20B多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ、及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ10内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ20は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、フィルタ25(22.5°の入射光の角度AOIにて)及びフィルタ30(22.5°のAOIにて)により反射され、その後、この光はレンズ35を通して収束され、試料40を励起する。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは1つの実施の形態毎に異なるものとしてもよいことを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変化するものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ25、30は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ25は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することが可能であることも理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ35を通して再コリメートされ且つフィルタ30を通って進む。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するものとしてもよい(すなわちフィルタ30を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°AOIにて追加的フィルタ45を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ45は、また、ロングパスフィルタであることが好ましい。試料からラマン信号がフィルタ30を通過するとき、フィルタ30は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ30、45は、光が広帯域幅反射器50(45°AOIにて)及び収束レンズ55を通って集光光ファイバ60内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ60は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。ラマン信号を反射することに加えて、広帯域幅反射器50は、またレーザ励起光(OD1)を濾光する。
先ず、図1を参照すると、新規なラマンプローブ5が図示されている。この配置における励起光源LSは、例えば、制限された線幅を有する1つ又はより多数の785nm半導体レーザとすることができる。しかし、ラマンプローブ5は、また、レーザ源がラマン分光検出技術と適合可能である限り、励起光源LSとして任意のその他のレーザ源を使用することもできる。励起光源LSの出力は、光ファイバ10を通して導出され且つレンズ15を通じてコリメートされる。帯域通過フィルタ20(又は帯域通過フィルタ20A、20B多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ、及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ10内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ20は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、フィルタ25(22.5°の入射光の角度AOIにて)及びフィルタ30(22.5°のAOIにて)により反射され、その後、この光はレンズ35を通して収束され、試料40を励起する。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは1つの実施の形態毎に異なるものとしてもよいことを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変化するものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ25、30は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ25は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することが可能であることも理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ35を通して再コリメートされ且つフィルタ30を通って進む。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するものとしてもよい(すなわちフィルタ30を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°AOIにて追加的フィルタ45を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ45は、また、ロングパスフィルタであることが好ましい。試料からラマン信号がフィルタ30を通過するとき、フィルタ30は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ30、45は、光が広帯域幅反射器50(45°AOIにて)及び収束レンズ55を通って集光光ファイバ60内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ60は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。ラマン信号を反射することに加えて、広帯域幅反射器50は、またレーザ励起光(OD1)を濾光する。
誘電薄膜フィルタ
上述した各種の濾光作用は、次の誘電薄膜フィルタにより実現することができる。この点に関して、本開示の目的のため、対象とするラマン信号は>300cm−1であるものと想定する。励起源に近いラマン信号(すなわち、約100cm−1ないし約300cm−1)は、また別の組みのフィルタを通して検出することもできる。
上述した各種の濾光作用は、次の誘電薄膜フィルタにより実現することができる。この点に関して、本開示の目的のため、対象とするラマン信号は>300cm−1であるものと想定する。励起源に近いラマン信号(すなわち、約100cm−1ないし約300cm−1)は、また別の組みのフィルタを通して検出することもできる。
(1)通過帯域フィルタの設計
上述したように、1つ又はより多数の通過帯域フィルタ20A、20Bを使用してレーザ光を通過させ且つレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断することができる。通過帯域フィルタは、誘電薄膜構造を使用して製造することができる。例えば、レーザASE及び蛍光並びにファイバ内のレイリー散乱光及びラマン散乱光を濾光し得る形態とされた薄膜設計の伝送の特徴を示す図2を参照。
上述したように、1つ又はより多数の通過帯域フィルタ20A、20Bを使用してレーザ光を通過させ且つレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断することができる。通過帯域フィルタは、誘電薄膜構造を使用して製造することができる。例えば、レーザASE及び蛍光並びにファイバ内のレイリー散乱光及びラマン散乱光を濾光し得る形態とされた薄膜設計の伝送の特徴を示す図2を参照。
(2)フィルタの設計
上述したように、フィルタ25、30及び(又は)45(本発明の1つの実施の形態において、好ましくは、ロングパスフィルタ)を使用してレーザ線を反射し又は遮断すると共に、ラマン信号を通過させることができる。かかるフィルタは、誘電薄膜構造を使用して製造することができる。その設計は、800nmないし1100nmの範囲に対する形態とされることが好ましく、CCD検出器は全体としてこの範囲を超えて感知することができない。例えば、レーザ線を反射し(及び/(又は)遮断し)また、ラマン信号を伝送するフィルタ薄膜設計の伝送特徴を示す図3を参照。
上述したように、フィルタ25、30及び(又は)45(本発明の1つの実施の形態において、好ましくは、ロングパスフィルタ)を使用してレーザ線を反射し又は遮断すると共に、ラマン信号を通過させることができる。かかるフィルタは、誘電薄膜構造を使用して製造することができる。その設計は、800nmないし1100nmの範囲に対する形態とされることが好ましく、CCD検出器は全体としてこの範囲を超えて感知することができない。例えば、レーザ線を反射し(及び/(又は)遮断し)また、ラマン信号を伝送するフィルタ薄膜設計の伝送特徴を示す図3を参照。
(3)追加的な広帯域反射器
ラマン信号を収束レンズに向き変えするため、追加的な広帯域反射器50が使用される。更に、追加的な広帯域反射器50は、光を収束フィルタに通す前に、レーザ励起光(OD>1)を更に濾光する。広帯域反射器50は、また、誘電薄膜フィルムの構造を使用して製造することもできる。例えば、ラマン信号を向け且つレーザ線を遮断する形態とされた追加的な広帯域反射器50の伝送特徴を示す図4を参照。
ラマン信号を収束レンズに向き変えするため、追加的な広帯域反射器50が使用される。更に、追加的な広帯域反射器50は、光を収束フィルタに通す前に、レーザ励起光(OD>1)を更に濾光する。広帯域反射器50は、また、誘電薄膜フィルムの構造を使用して製造することもできる。例えば、ラマン信号を向け且つレーザ線を遮断する形態とされた追加的な広帯域反射器50の伝送特徴を示す図4を参照。
追加的な新規な構造
次に、図5を参照すると、全体として広帯域反射器50が集光ファイバの配置の変更により省略される点を除いて、図1に示したものと構造の点にて同様である別の新規なラマンプローブの配置105が示されている。このように、図5に示した構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ110を通して導出され且つレンズ115を通してコリメートされる。帯域通過フィルタ120(又は帯域通過フィルタ120A、120Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させると共にレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ110内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ120は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、フィルタ125(22.5°AOIにて)及びフィルタ130(22.5°AOIにて)により反射され、また、その後、その光はレンズ135を通して収束され、試料140を励起させる。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは実施の形態毎に異なるものとすることが可能であることを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直とする必要はないため、AOI値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変更し、例えば、AOI値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ125、130は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ125はレーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することも可能であることも理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ135を通して再コリメートされ且つフィルタ130を通過する。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するようにしてもよい(すなわち、フィルタ130を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°AOIにて追加的なフィルタ145を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加のフィルタ145は、またロングパスフィルタであることが好ましい。試料からのラマン信号がフィルタ130を通過するとき、フィルタ130は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ130、145は、光が収束レンズ155により集光光ファイバ160内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ160は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは、試料のラマン特徴を分析し、これによりその試料を同定する。該光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、ラマン分光システムの全体を概略図的な形態にて示す図1Aを参照。
次に、図5を参照すると、全体として広帯域反射器50が集光ファイバの配置の変更により省略される点を除いて、図1に示したものと構造の点にて同様である別の新規なラマンプローブの配置105が示されている。このように、図5に示した構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ110を通して導出され且つレンズ115を通してコリメートされる。帯域通過フィルタ120(又は帯域通過フィルタ120A、120Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させると共にレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ110内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ120は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、フィルタ125(22.5°AOIにて)及びフィルタ130(22.5°AOIにて)により反射され、また、その後、その光はレンズ135を通して収束され、試料140を励起させる。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは実施の形態毎に異なるものとすることが可能であることを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直とする必要はないため、AOI値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変更し、例えば、AOI値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ125、130は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ125はレーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することも可能であることも理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ135を通して再コリメートされ且つフィルタ130を通過する。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するようにしてもよい(すなわち、フィルタ130を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°AOIにて追加的なフィルタ145を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加のフィルタ145は、またロングパスフィルタであることが好ましい。試料からのラマン信号がフィルタ130を通過するとき、フィルタ130は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ130、145は、光が収束レンズ155により集光光ファイバ160内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ160は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは、試料のラマン特徴を分析し、これによりその試料を同定する。該光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、ラマン分光システムの全体を概略図的な形態にて示す図1Aを参照。
次に、図6を参照すると、図5に示した構造と全体として同様である別の新規なラマンプローブの配列205が示されている。しかし、この新規な配置により、ファイバ及び信号集光光学素子は、互いに共直線状である(互いに垂直ではない)。このため、図6に示した構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ210を通して導出され且つレンズ215を通してコリメートされる。帯域通過フィルタ220(又は帯域通過フィルタ220A、220Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させると共に、レーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ210内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ220は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。その後、レーザ励起光は、フィルタ225(22.5°AOIにて)、また、フィルタ230(22.5°AOIにて)により反射され、その後、該光はレンズ235を通して収束され、試料240を励起させる。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは実施の形態毎に異なるものとすることが可能であることを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は平行又は垂直とする必要はないため、AOI値は、採用された特定の幾何学的形態に従って変更することができ、例えば、AOI値は、5°AOIないし50°AOIの範囲内とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ225、230は、長通過フィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ225は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することが可能であることも理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ235を通して再コリメートされ且つフィルタ230を通過する。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するようにしてもよい(すなわちフィルタ230を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°のAOIにて追加的なフィルタ245を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ245はロングパスフィルタであることも好ましい。試料からラマン信号がフィルタ230を通過すると、フィルタ230は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち、該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ230、245は、光が収束レンズ255により集光光ファイバ260に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ260は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器は、試料のラマン特徴を分析し、これによりその試料を同定する。該光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、ラマン分光システムの全体を概略図的な形態にて示す図1Aを参照。
図1ないし図6に示した構造において、形態は、フィルタ25、30及び(又は)45(または125、130及び(又は)145等)に対して22.5°の光入射角度(AOI)を利用することが好ましいことを理解すべきである。しかし、上述したように、特定の製造許容公差の利点を活用し得るよう任意のその他のAOIの形態とすることもできる。
例えば、次に、図7を参照すると、フィルタに対して異なるAOIを使用する別の新規なラマンプローブの形態305が示されている。この構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ310を通して導出され且つレンズ315を通してコリメートされる。帯域通過フィルタ320(又は帯域通過フィルタ320A、320Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ310内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ320は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るものとする。次に、レーザ励起光は、この形態において、レーザ線反射器(40°の光入射角度AOIにて)とすることができるフィルタ325と、フィルタ330(5°のAOIにて)とにより反射され、次に、その光はレンズ335を通して収束され、試料340を励起させる。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明の実施の形態に従いAOIは実施の形態毎に異なるものとすることが可能であることを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に異なるものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ330は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この実施の形態において、レーザ線反射器325は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器であることが好ましい。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ335を通して再コリメートされ且つフィルタ330を通って進む。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するものとしてもよい(すなわちフィルタ330を通過することに加えて、ラマン信号は5°AOIにて追加的フィルタ345を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ345は、また、ロングパスフィルタであることが好ましい。試料からラマン信号がフィルタ330を通過するとき、フィルタ330は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ330、345は、光が広帯域幅反射器350(45°AOIにて)及び収束レンズ355を通って集光光ファイバ360内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ360は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは、試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。ラマン信号を反射することに加えて、広帯域幅反射器350は、またレーザ励起光(OD1)を濾光する。
上述したように、ラマンプローブの形態305は、フィルタ330、345に対し5°のAOIを使用する。かかる小さいAOIは、大きい角度のAOIと関係したs、p偏光の差を減少させることができる。より小さいAOIの値を使用することにより、〜300cm−1(又はより小さい)付近のラマン信号は容易に分解することができる。この形態において、レーザ線反射器(又はフィルタ)325は、40°のAOIに対する設計とされている。レーザ線反射器325は、簡単なレーザ線分布ブラッグ反射器(Distributed Bragg Reflector)(DBR)とすることができる。
遥かに狭小な帯域通過フィルタ及び遥かに小さいAOIを有するフィルタの場合、100cm−1近くのラマン信号を容易に利用することが可能であることを理解すべきである。
次に、図8を参照すると、該フィルタ(ロングパスフィルタであることが好ましい)に対しより小さいAOIを使用する別の新規なラマンプローブの形態405が示されている。より具体的には、この構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ410を通して導出され且つレンズ415を通してコリメートされる。帯域通過フィルタ420(又は帯域通過フィルタ420A、420Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ410内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ420は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、レーザ線反射器425(40°の光入射角度、AOIにて)及びフィルタ430(5°AOIにて)により反射され、また、その後、その光はレンズ435を通して収束され、試料440を励起させる。この実施の形態において、レーザ線反射器425は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器であることが好ましい。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは実施の形態毎に異なるものとすることが可能であることを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直とする必要はないため、AOI値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変更し、例えば、AOI値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ430は、ロングパスフィルタであることが好ましい。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ435を通して再コリメートされ且つフィルタ430を通過する。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するようにしてもよい(すなわち、フィルタ430を通過することに加えて、ラマン信号は5°AOIにて追加的なフィルタ445を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加のフィルタ445は、またロングパスフィルタであることが好ましい。試料からのラマン信号がフィルタ430を通過するとき、フィルタ430は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ430、445は、光が収束レンズ455により集光光ファイバ460内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ460は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは、試料のラマン特徴を分析し、これによりその試料を同定する。該光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、ラマン分光システムの全体を概略図的な形態にて示す図1Aを参照。
上述したように、フィルタのその他の任意の角度を使用して、ファイバ及び信号を集める光学素子が互いに共直線状であるラマンプローブの形態とすることもできる。このように、図9に示した構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ510を通して導出され且つレンズ515を通じてコリメートされる。帯域通過フィルタ520(又は帯域通過フィルタ520A、520Bの多数の組み合わせ)を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ、及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ510内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ520は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、フィルタ525(10°AOIにて)及びフィルタ530(10°のAOIにて)により反射され、その後、この光はレンズ535を通して収束され、試料540を励起する。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは1つの実施の形態毎に異なるものとしてもよいことを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に変化するものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ525、530は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この点に関して、フィルタ525は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器にて置換することが可能であることを理解すべきである。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ535を通して再コリメートされ且つフィルタ530を通って進む。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するものとしてもよい(すなわちフィルタ530を通過することに加えて、ラマン信号は10°AOIにて追加的フィルタ545を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ545は、また、ロングパスフィルタであることが好ましい。試料からラマン信号がフィルタ530を通過するとき、フィルタ530は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ530、545は、光が収束レンズ555により集光光ファイバ560内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ560は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。
ラマンプローブは、また、その表面に色々な被覆を有する2つのプリズムを利用することにより、著しくより小型に形成することができる。かかる実施の形態の1つが図10に示されている。この形態において、色々な被覆の機能は上述したものと同一である。より特定的に、図10には、ラマンプローブの形態605が示されている。励起光源LSの出力は、光ファイバ610を通して導出され且つレンズ615を通じてコリメートされる。第一のプリズム675上の広帯域通過フィルタ被覆665を使用してレーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ、及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、また、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ610内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ620は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を遮断し得るようにされている。次に、レーザ励起光は、広帯域の反射防止(AR)被覆670を通じて45度のAOIにて二色性ビームスプリッタ被覆680によって反射され、次に、この光はレンズ635を通して収束され、試料640を励起する。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは1つの実施の形態毎に異なるものとしてもよいことを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に異なるものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。レーザ励起光が試料の投射された後、ラマン信号は、レンズ635を通して再コリメートされ、広帯域AR被覆670を通過する。試料からのラマン信号が広帯域AR被覆670を通過したとき、広帯域AR被覆670は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該被覆は、レーザ線を遮断する。光は、第二のプリズム685を通過し、次に、フィルタ被覆690を通過し、その後、収束レンズ655により集光光ファイバ660内に向き変えされる。光ファイバ660は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。
インラインバイアル機能を有するポータブル型ラマンプローブ
図1ないし図10に示した型式のラマン光学プローブは、多岐に亙る設定状態にて光を試料へ導出し且つ試料から集めるため使用することができる。しかし、かかるラマン光学プローブをポータブル型の分野の用途にて使用しようとするとき、使用の可能性に関する問題が生ずる可能性がある。
図1ないし図10に示した型式のラマン光学プローブは、多岐に亙る設定状態にて光を試料へ導出し且つ試料から集めるため使用することができる。しかし、かかるラマン光学プローブをポータブル型の分野の用途にて使用しようとするとき、使用の可能性に関する問題が生ずる可能性がある。
一例として、図1に示した構造において、導出/集光レンズ35及び試料40からの距離は、全体として、信号の強度を最大にし得るようにレンズ35の焦点距離の約+/−0.5mm以内に維持しなければならない。
更に、多くのユーザは、ラマンプローブ器具が試料にて汚れるのを回避し得るように実際に試料に接触せずに、試料40をレンズ35に近い位置に維持することを望むことがある。
また、一部のユーザは、測定中、その試料をガラスバイアル内に配置することを望むことがある。このことは、先行技術のラマンプローブでは具合が悪い。
上記及びその他の問題点に対処するため、本発明は、3つの異なる使用モードにて使用することができる新規なラマンプローブを提供する。第一の使用モードにおいて、ラマンプローブは、ユーザが円錐形のスタンドオフ材を使用して試料からある距離を維持することを許容し、この円錐形のスタンドオフ材は、露出したビームを選択することにより距離の制御及びレーザの安全性の双方を実現する。第二の使用モードは、手又はその他の手段によりユーザが円錐形のスタンドオフ材を除去して距離の制御を維持することを許容する。第三の使用モードは、試料バイアルをプローブの光学素子組立体内に直接挿入することを許容する。
上記及びその他の問題点に対処するため、本発明は、3つの異なる使用モードにて使用することができる新規なラマンプローブを提供する。第一の使用モードにおいて、ラマンプローブは、ユーザが円錐形のスタンドオフ材を使用して試料からある距離を維持することを許容し、この円錐形のスタンドオフ材は、露出したビームを選択することにより距離の制御及びレーザの安全性の双方を実現する。第二の使用モードは、手又はその他の手段によりユーザが円錐形のスタンドオフ材を除去して距離の制御を維持することを許容する。第三の使用モードは、試料バイアルをプローブの光学素子組立体内に直接挿入することを許容する。
より具体的には、次に、図11を参照すると、上述した3つの使用モードを提供する新規なラマンプローブの形態705が示されている。この構造において、励起光源LSの出力は、光ファイバ710を通して導出され且つレンズ715を通してコリメートされる。帯域幅通過フィルタ720(又は帯域幅通過フィルタ720A、720Bの多数の組み合わせ)を使用して、レーザ励起光を通過させ且つレーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を遮断する。レーザと関係したスプリアス信号は、全体として、レーザからのASEを備え、ファイバと関係したスプリアス信号は、全体として、蛍光並びにファイバ710内に発生されたレイリー励起光及びラマン散乱光を備えている。好ましくは、帯域通過フィルタ720は、レーザ及びファイバの双方と関係してスプリアス信号を遮断し得るようにされるものとする。次に、レーザ励起光は、レーザ線反射器725(22.5°の入射光の角度AOIにて)及びフィルタ730(22.5°のAOIにて)により反射され、その後、この光は試料のバイアル容器805にレンズ735を通して収束され又は試料バイアル容器805及び収束レンズ800を通過し、次に、別の収束レンズ795を通過して試料の位置740に達する。この点に関して、本開示の目的のため、特定のAOI値が使用されるが、本発明に従い、AOIは1つの実施の形態毎に異なるものとしてもよいことを理解すべきである。更に、入力ファイバ及び出力ファイバの幾何学的形態は、平行又は垂直である必要はないため、AOIの値は、採用される特定の幾何学的形態と共に異なるものとし、例えば、AOIの値は5°AOIないし50°AOIの範囲とすることができる。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ730は、ロングパスフィルタであることが好ましい。この実施の形態において、レーザ線反射器725は、レーザ光を反射し得るよう簡単な反射器であることが好ましい。レーザ励起光が試料に投射された後、ラマン信号は、レンズ735を通して(試料がバイアル容器805内に配置されている場合)又は、レンズ795、800、735を通して(試料が試料の位置740に配置されている場合)、再コリメートされ、フィルタ730を通って進む。これと代替的に、ラマン信号は、多数のフィルタを通過するものとしてもよい(すなわちフィルタ730を通過することに加えて、ラマン信号は22.5°AOIにて追加的フィルタ745を通過することができる)。本発明の1つの好ましい実施の形態において、追加的なフィルタ45は、また、ロングフィルタであることが好ましい。試料からラマン信号がフィルタ730を通過するとき、フィルタ730は、この時点にて第二の目的を果たす、すなわち該フィルタはレーザ線を遮断する。フィルタ730、745は、光が収束レンズ755により集光光ファイバ760内に向き変えされる前に、レーザ線を>OD10まで濾光することができる。光ファイバ760は、ラマン信号を光分析器LAに伝送し、該光分析器LAは試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する。光分析器LAは、当該技術にて周知の型式の関係した分析装置を有する分光計を備えることができる。例えば、概略図の形態にてラマン分光システムの全体を示す図1Aを参照する。本発明の1つの好ましい実施の形態において、フィルタ730及び(又は)745はロングパスフィルタを備えることができる。
新規なラマンプローブ705は、次のようにして具体化し且つ使用することができる。
先ず、図12、図13、図14及び図14Aを参照すると、第一の使用モードにおいて、新規なラマンプローブ705は、ユーザが出力ファイバ760に隣接してラマンプローブのハウジング815に取り付けられる円錐形のスタンドオフ材810を使用して試料までのある距離を維持することを許容する。円錐形のスタンドオフ材810は、距離の制御及びレーザの安全性の双方を提供する(ビームの露出を制限することにより)設計とされている。円錐形のスタンドオフ材810は、汚れの問題点を緩和し得るように使い捨て可能な要素として製造することができ又は該スタンドオフ材はラマンプローブのより恒久的な要素とすることができる。1つの好ましい構造において、プローブ及び円錐形のスタンドオフ材は、恒久的又は使い捨て可能な円錐形のスタンドオフ材をポータブル型のラマンユニットに取り付け且つ該ラマンユニットから除去する機構を含む。特に、円錐形のスタンドオフ材は、プローブの残り部分にスナップ嵌めすることができ(図14参照)又は円錐形のスタンドオフ材は、所望に応じて、所要位置に且つ所要位置外に旋回させることができるようプローブの残り部分に回動可能に取り付けることができる。
先ず、図12、図13、図14及び図14Aを参照すると、第一の使用モードにおいて、新規なラマンプローブ705は、ユーザが出力ファイバ760に隣接してラマンプローブのハウジング815に取り付けられる円錐形のスタンドオフ材810を使用して試料までのある距離を維持することを許容する。円錐形のスタンドオフ材810は、距離の制御及びレーザの安全性の双方を提供する(ビームの露出を制限することにより)設計とされている。円錐形のスタンドオフ材810は、汚れの問題点を緩和し得るように使い捨て可能な要素として製造することができ又は該スタンドオフ材はラマンプローブのより恒久的な要素とすることができる。1つの好ましい構造において、プローブ及び円錐形のスタンドオフ材は、恒久的又は使い捨て可能な円錐形のスタンドオフ材をポータブル型のラマンユニットに取り付け且つ該ラマンユニットから除去する機構を含む。特に、円錐形のスタンドオフ材は、プローブの残り部分にスナップ嵌めすることができ(図14参照)又は円錐形のスタンドオフ材は、所望に応じて、所要位置に且つ所要位置外に旋回させることができるようプローブの残り部分に回動可能に取り付けることができる。
円錐形のスタンドオフ材810は、例えば、図12ないし図14及び図14Aに示したような多岐に亙る形態を備えることができる。本発明の1つの好ましい形態において、円錐形のスタンドオフ材810は、距離のスタンドオフ材として機能する外側円錐体810A(図13)と、眼の安全性を実現する内側円錐体810Bとを備えている。好ましくは、内側円錐体810Bは、レーザ光を隠し得るように裏塗りするものとする。円錐形のスタンドオフ材は、プラスチック又は金属或いはこれら2つの材料の組み合わせにて出来たものとすることができる。試料が円錐体内に侵入するのを防止し得るようにレーザの放出点にてガラス窓部810C(図12)を設けることができる。選択的に、円錐形のスタンドオフ材810にスイッチ(図示せず)を設けてサンプルと接触したときにレーザ放出をトリガーするようにしてもよい。所望であれば、円錐形のスタンドオフ材810は、外側円錐体810Aの外周を取り囲む半月フィルタ810D(図14A)を備えることができ、この場合、フィルタ要素810Eは、レーザの作用可能な波長を濾光し、レーザビームを直接見るのを防止し、これにより操作者の安全性を実現し得るような形態とされる。
第二の使用モードは、手で又はその他の手段により所望の距離を維持し得るように円錐形のスタンドオフ材810を除去することを許容する。このモードは、またユーザが試料に触れる必要性を回避するのを許容し、このことはまた、汚れの問題点を緩和するのを助けることができる。この第二のモードにおいて、電子/光学方法の使用を組み合わせ、試料とレンズとの間の距離に比例するフィードバック信号を提供し、ラマン信号を最適化することも可能である。
第三の使用モードにおいて、次に、図15ないし図17を参照すると、バイアル820をバイアル容器805内に挿入し、バイアル820はプローブの光学素子組立体内に位置するようにすることができる。追加的な光学素子は、光を容器805内のバイアル820(バイアルが存在するならば)に収束させ又は光をスタンドオフ材試料740(バイアルが存在しないならば)に導出することを許容する。容器805は、容器の内部とプローブの作用要素との間に水密バリアを有することが好ましい。窓部822(図18)は、光が容器805内に且つ容器805外に進むのを許容する。
所望であるならば、バイアル820は、レンズ800に隣接する窓部822を閉じて、試料が容器805内に保持されるとき、迷光する逆光線が容器805に入るのを防止する「シャッタ」825を含むことができる。
次に、図19を参照すると、カメラ830をプローブの正面側に追加し、カメラからの像がプローブのスクリーン835に表示されるようにすることができる(図14A)。この構造において、操作者は、スクリーン835を見つつ、プローブをスタンドオフ材の位置740にて試料に対して配置することができる。この特徴は、眼の安全性を向上させ、また、更に、カメラの倍率を提供することにより、ラマンポンプビームを正確な位置に位置決めするのを助けることができる。更に、カメラ830からのデータは、日付け及び時間の情報と共に除去可能なメモリチップ(例えば、コンパクトフラッシュ(登録商標)カード)に記憶させ、プローブの試験を容易に文書化することを許容することができる。
更なる構造
本発明は、本明細書に開示し及び(又は)図面に示した特定の構造に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内にて変更例又は等価物を備えるものであることを理解すべきである。
本発明は、本明細書に開示し及び(又は)図面に示した特定の構造に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内にて変更例又は等価物を備えるものであることを理解すべきである。
14Aは、別の形態の円錐形スタンドオフ材を有する新規なポータブル型ラマンプローブを示す図である。
ユーザが試料バイアルをプローブの光学素子組立体内に直接挿入するのを許容する形態とされた図11のポータブル型ラマンプローブを示す図である。
ユーザが試料バイアルをプローブの光学素子組立体内に直接挿入するのを許容する形態とされた図11のポータブル型ラマンプローブを示す図である。
ユーザが試料バイアルをプローブの光学素子組立体内に直接挿入するのを許容する形態とされた図11のポータブル型ラマンプローブを示す図である。
試料バイアルは迷光する逆光線がバイアル容器内に入るのを防止するシャッタを内蔵する、プローブの光学素子組立体内に直接挿入された試料バイアルを示す概略図である。
ラマンプローブの前側に取り付けられたカメラを示す概略図である。
Claims (54)
- ラマンプローブにおいて、
光源からレーザ励起光を受け取り且つ該レーザ励起光を伝送する第一の光ファイバと、
第一の光ファイバから光を受け取り且つレーザ励起光を通過させると共に、光と関係したスプリアス信号(spurious signals)を遮断し得るようにされた第一のフィルタと、
第一のフィルタから光を受け取り且つ光を試料に向けて導き得るようにされた第二のフィルタと、
第二のフィルタから光を受け取り、該光を試料上に収束させてラマン信号を発生させ且つラマン信号を第二のフィルタに戻す収束装置とを備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタがラマン信号を収束装置から受け取るとき、第二のフィルタはラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、不要なレーザ励起光を濾光するような更なる形態とされ、
第二のフィルタからラマン信号を受け取り且つ該ラマン信号を光分析器に伝送する第二の光ファイバを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
光源を更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項2に記載のラマンプローブにおいて、
光源は、制限された線幅を有する少なくとも1つの785nmの半導体レーザを備える、ラマンプローブ。 - 請求項3に記載のラマンプローブにおいて、
光源は<0.2nmFWHMの線幅を有する、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第一のファイバからの光を第一のフィルタ上にコリメート(視準)させ得るよう第一のファイバと第一のフィルタとの間に配設されたレンズを更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
光と関係したスプリアス信号は、レーザ、ファイバ及び(又は)その双方と関係したスプリアス信号を備える、ラマンプローブ。 - 請求項6に記載のラマンプローブにおいて、
レーザと関係したスプリアス信号はASEを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
光と関係したスプリアス信号はファイバと関係したスプリアス信号を備える、ラマンプローブ。 - 請求項8に記載のラマンプローブにおいて、
ファイバと関係したスプリアス信号は蛍光を備える、ラマンプローブ。 - 請求項8に記載のラマンプローブにおいて、
ファイバと関係したスプリアス信号はレイリー散乱光及びラマン散乱光(Raleigh and Raman scatterings)を備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
光と関係したスプリアス信号は、レーザ及びファイバの双方と関係したスプリアス信号を備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第一のフィルタは、レーザからのASEと、蛍光と、第一のファイバ内にて発生されたレイリー散乱光及びラマン散乱光とを遮断し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第一のフィルタは帯域通過フィルタを備える、ラマンプローブ。 - 請求項13に記載のラマンプローブにおいて、
帯域通過フィルタは、互いに組み合さって作用する複数の帯域通過フィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第一のフィルタは、ラマン領域内にて>300cm−1のASEバックグラウンドを濾光し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、互いに組み合わさって作用する複数のフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項16に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、互いに組み合さって作用する3つ又はそれ以上のフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、反射器ユニットと組み合さって作用するフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、22.5°の光入射角度(AOI;Angle of Optical Incidence)の形態とされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、5°の光入射角度(AOI)の形態とされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、10°の光入射角度(AOI)の形態とされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタはロングパスフィルタを備える、ラマンプローブ。 - 請求項22に記載のラマンプローブにおいて、
ロングパスフィルタは、ラマン領域内にて>300cm−1のASEバックグラウンドを濾光し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項22に記載のラマンプローブにおいて、
ロングパスフィルタは、互いに組み合さって作用する複数のロングパスフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項24に記載のラマンプローブにおいて、
ロングパスフィルタは、互いに組み合わさって作用する3つ又はそれ以上のロングパスフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項22に記載のラマンプローブにおいて、
ロングパスフィルタは、反射器ユニットと組み合さって作用するロングパスフィルタユニットを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
収束装置は、第二のフィルタと試料との間に配設されたレンズを備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
収束装置は、第二のフィルタから光を受け取る第一のレンズと、第一のレンズから光を受け取るバイアル容器と、バイアル容器から光を受け取る第二のレンズと、第二のレンズから光を受け取り且つ該光をターゲット位置上に収束させる第三のレンズとを備え、これにより、収束装置は、(i)試料がバイアル容器内に配置されたとき、光を試料上に収束させ、(ii)試料がバイアル容器内に配置されないとき、光をターゲット位置上に収束させ得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項28に記載のラマンプローブにおいて、
第一のレンズ、バイアル容器、第二のレンズ、第三のレンズ及びターゲット位置は全て互いに整合される、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタは、ラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、レーザ励起光を>OD10まで濾光し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
広帯域反射器は、第二のフィルタと第二のファイバとの間に配設される、ラマンプローブ。 - 請求項31に記載のラマンプローブにおいて、
広帯域反射器は、ラマン信号を第二の光ファイバに向ける前に、レーザ励起光をOD1まで濾光し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項31に記載のラマンプローブにおいて、
広帯域反射器はラマン信号を反射し且つレーザ励起光を通過させる、ラマンプローブ。 - 請求項31に記載のラマンプローブにおいて、
広帯域反射器は、>300cm−1のラマン信号を反射し且つ0ないし300cm−1のラマン信号を通過させる、ラマンプローブ。 - 請求項31に記載のラマンプローブにおいて、
広帯域反射器は、45°の光入射角度(AOI)の形態とされる、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
第二のフィルタと第二のファイバとの間に配設されるレンズを更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項1に記載のラマンプローブにおいて、
光分析器を更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項37に記載のラマンプローブにおいて、
光分析器は分光計を備える、ラマンプローブ。 - 請求項37に記載のラマンプローブにおいて、
光分析器は、分光計と、試料のラマン特徴(Raman signature)を分析し、これにより試料を同定し得るようにされた関係した分析装置とを備える、ラマンプローブ。 - ラマンプローブにおいて、
レーザ励起光を発生させる光源と、
光源からレーザ励起光を受け取り、該レーザ励起光を試料上に収束させラマン信号を発生させ且つ該ラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料をバイアル容器内又はバイアル容器から遠方のターゲット位置に配置するような形態とされる、ラマンプローブ。 - 請求項40に記載のラマンプローブにおいて、
バイアル容器及びターゲット位置は互いに整合される、ラマンプローブ。 - 請求項40に記載のラマンプローブにおいて、
収束装置は、光源から光を受け取る第一のレンズと、第一のレンズから光を受け取るバイアル容器と、バイアル容器から光を受け取る第二のレンズと、第二のレンズから光を受け取り且つ該光をターゲット位置上に収束させる第三のレンズとを備え、これにより収束装置は、(i)試料がバイアル容器内に配置されたとき、光を試料上に収束させ、(ii)試料がバイアル容器内に配置されないとき、光をターゲット位置上に収束させ得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項42に記載のラマンプローブにおいて、
第一のレンズ、バイアル容器、第二のレンズ、第三のレンズ及びターゲット位置は全て互いに整合される、ラマンプローブ。 - 請求項42に記載のラマンプローブにおいて、
バイアル容器内に位置するようにされたバイアルを更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項42に記載のラマンプローブにおいて、
バイアルは、該バイアルがバイアル容器内に配置されたとき、迷光する逆光線がバイアル容器に入るのを防止するシャッタを更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項40に記載のラマンプローブにおいて、
収束装置は、バイアル容器とターゲット位置との間に配置された円錐形のスタンドオフ材を備える、ラマンプローブ。 - 請求項46に記載のラマンプローブにおいて、
円錐形のスタンドオフ材は、バイアル容器とターゲット位置との間に配置された窓部を備える、ラマンプローブ。 - 請求項46に記載のラマンプローブにおいて、
円錐形のスタンドオフ材は、プローブの残りの部分に取り外し可能に接続される、ラマンプローブ。 - 請求項46に記載のラマンプローブにおいて、
円錐形のスタンドオフ材はプローブの残りの部分に回動可能に接続される、ラマンプローブ。 - 試料のラマン分光法を実施する方法において、
光源を使用してレーザ励起光を発生させるステップと、
レーザ励起光を第一のフィルタを通過させ、光と関係したスプリアス信号を遮断するステップと、
レーザ励起光を第二のフィルタに向けてレーザ励起光を試料に向けて導くステップと、
第二のフィルタから光を受け取り、該光を試料上に収束させラマン信号を発生させ、該ラマン信号を第二のフィルタに戻すステップとを備え、
第二のフィルタは、第二のフィルタが試料からラマン信号を受け取るとき、第二のフィルタは不要なレーザ励起光を濾光するような更なる形態とされ、
第二のフィルタから受け取った濾光した光を光分析器に通すステップと、
試料のラマン特徴を分析して試料を同定するステップとを備える、試料のラマン分光法を実施する方法。 - ラマンプローブにおいて、
ハウジングと、
レーザ励起光を発生させ得るようにハウジング内に配設された光源と、
ハウジング内に配設されて光源からレーザ励起光を受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させ、ラマン信号を発生させ且つラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設され、試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
試料とユーザとの間に配設され、これによりユーザを光源から光学的に遮蔽し得るようハウジングに取り付けられた光遮蔽体を更に備える、ラマンプローブ。 - 請求項51に記載のラマンプローブにおいて、
光遮蔽体は、光源の作用可能な波長を遮断し得るようにされる、ラマンプローブ。 - 請求項51に記載のラマンプローブにおいて、
光遮蔽体は、半円形の形態を有する、ラマンプローブ。 - ラマンプローブにおいて、
ハウジングと、
レーザ励起光を発生させ得るようにハウジング内に配設された光源と、
ハウジング内に配設されて光源からレーザ励起光を受け取り、レーザ励起光を試料上に収束させ、ラマン信号を発生させ且つラマン信号を光分析器に戻す収束装置と、
ハウジング内に配設され、試料のラマン特徴を分析し、これにより試料を同定する光分析器とを備え、
収束装置は、試料がハウジングから遠方のターゲット位置にあることを許容する形態とされ、
その視界がターゲット位置を包含するようにハウジングに取り付けられたカメラと、カメラにより捉えられた像を表示すべくハウジングに取り付けられたディスプレイとを更に備え、
これにより、ユーザがディスプレイを見る間、プローブを試料に対して配置することを許容する、ラマンプローブ。
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