JP6590793B2 - Spectrometer and method for moving a focused incident beam of a spectrometer across the surface of a spectroscopic sample - Google Patents
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Description
関連出願との相互参照
[0001]本出願は、2011年8月31日にマーク・ワトソンらによって出願された「Spectrometer」という表題の米国特許出願第13/221,899号の一部継続出願であり、それは、本明細書で完全に述べられているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
Cross-reference with related applications
[0001] This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 13 / 221,899, filed Aug. 31, 2011, by Mark Watson et al., Entitled “Spectrometer”, which is incorporated herein by reference. The entirety of which is hereby incorporated by reference as if fully set forth in the text.
[0002]また、本出願は、2010年8月30日にキャロンによって出願された米国仮特許出願第61/378,383号、2010年12月1日にキャロンによって出願された米国仮特許出願第61/418,540号、および、2011年3月7日にキャロンらによって出願された米国仮特許出願第61/450,123号の利益を主張し、その仮出願のそれぞれは、本明細書で完全に述べられているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。 [0002] This application also includes US Provisional Patent Application No. 61 / 378,383, filed by Caron on August 30, 2010, and US Provisional Patent Application No. 61 / 378,383, filed by Caron on December 1, 2010. 61 / 418,540 and US Provisional Patent Application No. 61 / 450,123, filed March 7, 2011, by Caron et al., Each of which is hereby incorporated by reference herein. The entirety of which is hereby incorporated by reference as if fully set forth.
[0003]本発明は、分光器に関する。とりわけ、本発明は、サンプルの全体に集束入射ビームを移動させるように構成されている分光器に関する。 [0003] The present invention relates to spectrometers. In particular, the present invention relates to a spectrometer configured to move a focused incident beam across a sample.
[0004]合理的なスペクトル分解能を維持しながら、比較的に大きいスペクトル領域を提供する分光器(たとえば、ラマンまたは発光(たとえば、蛍光、リン光、化学発光)分光器)が提供される。特定のタイプの分光器が下記に説明されているが(たとえば、ラマンおよび蛍光)、これらは、分光器のスペクトル分解能を維持しながら、サンプルの全体に集束ビームを移動させ、より大きいサンプリング領域を提供するのと同様の様式で使用され得る分光器の単なる例である。 [0004] Spectrometers (eg, Raman or emission (eg, fluorescence, phosphorescence, chemiluminescence) spectrometers) that provide a relatively large spectral region while maintaining reasonable spectral resolution are provided. Although certain types of spectrometers are described below (eg, Raman and fluorescence), these move the focused beam across the sample while maintaining the spectral resolution of the spectrometer, resulting in a larger sampling area. It is just an example of a spectrometer that can be used in a similar manner as provided.
[0005]1つの実装形態では、励起信号を提供する励起源と、分光信号を検出する検出器と、励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を受け入れ、分光信号を検出器へ提供する光学システムとを含む分光器が提供される。光学システムは、励起源からの入射ビームを集束させる集束レンズと、角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体と、サンプルの表面の全体に集束入射ビームを移動させるために回転ミラー組立体を制御するアクチュエーター組立体とを含み、アクチュエーター組立体は、回転モーターを含み、回転モーターは、回転ミラー組立体に連結されており、かつ、角度の付けられたミラー面を回転させて、励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合されている。 [0005] In one implementation, an excitation source that provides an excitation signal, a detector that detects the spectral signal, directs an incident beam of the excitation signal toward the sample, receives the spectral signal from the sample, And an optical system for providing a detector to the detector. The optical system includes a focusing lens that focuses the incident beam from the excitation source, a rotating mirror assembly that includes an angled mirror surface, and a rotating mirror assembly for moving the focused incident beam across the surface of the sample. An actuator assembly for controlling a solid body, the actuator assembly including a rotation motor, the rotation motor being coupled to the rotation mirror assembly, and rotating an angled mirror surface for excitation. It is adapted to redirect the incident beam of signals.
[0006]別の実装形態では、分光サンプルの表面全体に分光器の集束入射ビームを移動させる方法が提供される。この実装形態では、方法は、励起信号の入射ビームを発生させるステップと、分光器の光学システムを介してサンプルに向けて入射ビームを方向付けするステップであって、光学システムは可動ミラーを含むステップと、分光器のサンプルに入射ビームを集束させるステップと、駆動軸を回転させることによって回転モーターの駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、サンプルの表面全体に入射ビームを移動させるステップと、サンプルから分光信号を受け入れるステップと、分光信号を検出するステップとを含む。 [0006] In another implementation, a method is provided for moving a spectroscopic focused incident beam across a surface of a spectroscopic sample. In this implementation, the method includes generating an incident beam of excitation signals and directing the incident beam toward the sample via an optical system of the spectrometer, the optical system including a movable mirror And focusing the incident beam on the sample of the spectrometer, and rotating the rotating mirror assembly connected to the driving shaft of the rotating motor by rotating the driving shaft to focus the incident beam on the entire surface of the sample. Moving, receiving a spectral signal from the sample, and detecting the spectral signal.
[0007]1つの実装形態では、磁気的な位置決めシステムを含む分光器が提供される。この実装形態では、分光器は、励起信号を提供する励起源と、分光信号を検出する検出器と、励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を受け入れ、分光信号を検出器へ提供する光学システムと、磁気的な位置決めシステムとを含む。光学システムは、励起源からの入射ビームを集束させる集束レンズと、可動ミラーと、サンプルの表面の全体に集束入射ビームを移動させるために、可動ミラーを制御するアクチュエーター組立体とを含む。磁気的な位置決めシステムは、磁石、および、磁石に磁気的に結合するように適合されている第2の要素を含む。磁気的な位置決めシステムは、少なくとも1つの磁石を第2の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に可動ミラーを位置決めするように構成されている。磁石および第2の要素のうちの一方が、アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、磁石および第2の要素のうちのもう一方が、アクチュエーター組立体に隣接する分光器に固定されている。 [0007] In one implementation, a spectrometer is provided that includes a magnetic positioning system. In this implementation, the spectrometer has an excitation source that provides an excitation signal, a detector that detects the spectral signal, directs an incident beam of the excitation signal toward the sample, receives the spectral signal from the sample, Including an optical system for providing a detector to the detector and a magnetic positioning system. The optical system includes a focusing lens that focuses the incident beam from the excitation source, a movable mirror, and an actuator assembly that controls the movable mirror to move the focused incident beam across the surface of the sample. The magnetic positioning system includes a magnet and a second element adapted to be magnetically coupled to the magnet. The magnetic positioning system is configured to position the movable mirror in place by magnetically coupling at least one magnet to the second element. One of the magnet and the second element is physically coupled to the actuator assembly, and the other of the magnet and the second element is secured to the spectrometer adjacent to the actuator assembly. .
[0008]本発明の先述のおよび他の態様、特徴、詳細、実用性、および利点は、以下の明細書および請求の範囲を読み、添付図面を参照することによって明らかになるであろう。 [0008] The foregoing and other aspects, features, details, utility, and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following specification and claims, and upon reference to the accompanying drawings.
[0029]合理的なスペクトル分解能を維持しながら、比較的に大きいスペクトル領域を提供する分光器(たとえば、ラマンまたは発光(たとえば、蛍光、リン光、化学発光)分光器)が提供される。特定のタイプの分光器が下記に説明されているが(たとえば、ラマンおよび蛍光)、これらは、分光器のスペクトル分解能を維持しながら、サンプルの全体に集束ビームを移動させ、より大きいサンプリング領域を提供するのと同様の様式で使用され得る分光器の単なる例である。 [0029] Spectrometers (eg, Raman or emission (eg, fluorescence, phosphorescence, chemiluminescence) spectrometers) that provide a relatively large spectral region while maintaining reasonable spectral resolution are provided. Although certain types of spectrometers are described below (eg, Raman and fluorescence), these move the focused beam across the sample while maintaining the spectral resolution of the spectrometer, resulting in a larger sampling area. It is just an example of a spectrometer that can be used in a similar manner as provided.
[0030]1つの実装形態では、たとえば、SERS活性ターゲット(たとえば、繊維)の迅速な認証(たとえば、10秒未満を必要とするポイント&シュート法)を提供する、比較的に低コストのハンドヘルド式ラマン(または、他の)分光器が提供される。たとえば、分光器は、プログラム可能な内蔵式のタガント(taggant)マッチング能力を使用することが可能である。様々な実装形態では、この機器は、SERS活性材料の接触検出および/またはスタンドオフ検出(たとえば0〜2メートルの距離からの織物基材)のために使用され得る。 [0030] In one implementation, for example, a relatively low cost handheld that provides rapid authentication of a SERS active target (eg, fiber) (eg, a point-and-shoot method that requires less than 10 seconds) A Raman (or other) spectrometer is provided. For example, the spectrometer can use a built-in programmable taggant matching capability. In various implementations, the instrument can be used for contact detection and / or standoff detection of SERS active materials (eg, textile substrates from a distance of 0-2 meters).
[0031]別の実装形態では、蛍光(または、他の)分光器は、タグ付きのターゲットの表面の全体に集束ビームをラスターする(あるいは、移動させる)。1つの変形例では、たとえば、分光器は、サンプルから受け入れられる信号を平均化する。添付書面に説明されているように、サンプルの全体にラスターされた励起ビームから受け入れられる平均化された信号は、不均一なサンプルの中に分散されたタグまたは他の検出可能な要素の濃度を検出するために使用され得る。したがって、サンプル(たとえば、タグ付きのペイント)の濃度が知られている場合には、平均化された分光器信号が、サンプルが既知の濃度から希釈されたかどうかということを検出するために使用され得る。 [0031] In another implementation, a fluorescence (or other) spectrometer rasters (or moves) the focused beam across the surface of the tagged target. In one variation, for example, the spectrometer averages the signal received from the sample. As explained in the attached document, the averaged signal received from the excitation beam rastered across the sample is the concentration of tags or other detectable elements dispersed in the non-uniform sample. Can be used to detect. Thus, if the concentration of the sample (eg, tagged paint) is known, the averaged spectrometer signal is used to detect whether the sample has been diluted from a known concentration. obtain.
[0032]図1は、ターゲットの表面の全体に集束ビームを移動させるように構成されている分光器20の例示的な実施形態を示している。特定の例は、ラマン分光器を示しているが、発光分光器などのような他のタイプの分光器も、本明細書の説明に基づいて容易に設計され得る。図1に示されているように、分光器20は、励起源22を含む。ラマン分光器では、たとえば、励起源22は、典型的に、レーザー光源を含む。一実施形態では、たとえば、励起源22は、ダイオードレーザーを含む。ダイオードレーザーは、たとえば、励起源22から複数の波長を提供することが可能である。分光器20は、フィルター24をさらに含む。フィルター24は、励起源22からスプリアス発射を除去するなど、励起源22の出力にフィルターをかける。 [0032] FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of a spectrometer 20 configured to move a focused beam across the surface of a target. Although a specific example shows a Raman spectrometer, other types of spectrometers, such as an emission spectrometer, can be readily designed based on the description herein. As shown in FIG. 1, the spectrometer 20 includes an excitation source 22. In a Raman spectrometer, for example, the excitation source 22 typically includes a laser light source. In one embodiment, for example, the excitation source 22 includes a diode laser. The diode laser can provide multiple wavelengths from the excitation source 22, for example. The spectroscope 20 further includes a filter 24. Filter 24 filters the output of excitation source 22, such as removing spurious emissions from excitation source 22.
[0033]分光器20は、光学システム25をさらに含む。光学システム25は、サンプル28に向けて入射ビーム26を方向付けし、サンプル28から分光信号を受け入れる。図1に示されている実施形態では、たとえば、光学システム25は、ダイクロイックビームスプリッターミラー30を含む。しかし、入射ビーム26は、入射ビーム26の経路の中に位置付けされている任意の介在機器コンポーネントを備えることなく、サンプル28に方向付けされてもよい。また、入射ビーム26は、ミラー、ホログラフィック透過要素、ミラーの中に孔部を備えて形成されたミラー、または、当技術分野で知られている入射ビームを方向付けするための任意の他の手段によって方向付けされてもよい。 The spectroscope 20 further includes an optical system 25. The optical system 25 directs the incident beam 26 towards the sample 28 and accepts a spectral signal from the sample 28. In the embodiment shown in FIG. 1, for example, the optical system 25 includes a dichroic beam splitter mirror 30. However, the incident beam 26 may be directed to the sample 28 without any intervening instrument components positioned in the path of the incident beam 26. The incident beam 26 may also be a mirror, a holographic transmission element, a mirror formed with a hole in the mirror, or any other known for directing an incident beam known in the art. It may be directed by means.
[0034]光学システム25は、サンプル28の表面の全体に入射ビームを移動させるための手段をさらに含む。一実施形態では、たとえば、アクチュエーター組立体31は、光学システム25の1つまたは複数の要素(たとえば、可動ミラー32)を移動させ(たとえば、振動させ)、サンプル28の表面の全体に集束ビームを移動させる。アクチュエーター組立体31は、たとえば、可動ミラー32を制御し、サンプル28の表面の全体に集束入射ビーム26を移動させることが可能である。アクチュエーター組立体31は、たとえば、可動ミラー32を制御し、任意の経路またはパターンで、サンプル28の表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。1つの実装形態では、たとえば、アクチュエーター組立体31は、サンプルの表面の全体に、1つまたは複数の線、円形、楕円形、または他の経路をトレースするような様式で、可動ミラー32を制御することが可能である。下記に説明されている図2から図10は、分光器20において使用するための多数の例示的なアクチュエーター組立体31を説明している。 [0034] The optical system 25 further includes means for moving the incident beam across the surface of the sample 28. In one embodiment, for example, the actuator assembly 31 moves (eg, vibrates) one or more elements (eg, movable mirror 32) of the optical system 25 and directs a focused beam across the surface of the sample 28. Move. Actuator assembly 31 can, for example, control movable mirror 32 and move focused incident beam 26 across the surface of sample 28. The actuator assembly 31 can, for example, control the movable mirror 32 to move the incident beam across the surface of the sample 28 in any path or pattern. In one implementation, for example, the actuator assembly 31 controls the movable mirror 32 in a manner that traces one or more lines, circles, ellipses, or other paths across the surface of the sample. Is possible. 2-10, described below, illustrate a number of exemplary actuator assemblies 31 for use in the spectrometer 20.
[0035]入射ビーム26は、レンズ34を通してさらに方向付けされ得る。一実施形態では、レンズ34は、入射ビーム26の経路の中に集束レンズを含む。集束レンズは、入射ビーム26をサンプル28に結び付け、サンプルから分光信号(たとえば、ラマン散乱光)を収集する。別の実施形態では、2つ以上のレンズ34が、入射ビーム26がサンプル28に衝突する前に、入射ビーム26の経路の中に位置付けされ得る。様々な実施形態では、分光器20は、入射ビーム26をサンプルに向けて方向付けし、サンプルから分光信号を収集するための他の光学要素を含むことが可能である。分光器20の光学システムは、たとえば、コリメートビームチューブまたは光ファイバー導波管などのような要素を含むことが可能である。様々な分光器の光学システムにおいて使用され得るコリメートビームチューブまたは光ファイバー導波管の例として、たとえば、米国特許第7,403,281号を参照されたい。 [0035] Incident beam 26 may be further directed through lens 34. In one embodiment, lens 34 includes a focusing lens in the path of incident beam 26. A focusing lens couples the incident beam 26 to the sample 28 and collects a spectral signal (eg, Raman scattered light) from the sample. In another embodiment, two or more lenses 34 may be positioned in the path of the incident beam 26 before the incident beam 26 strikes the sample 28. In various embodiments, the spectrometer 20 can include other optical elements for directing the incident beam 26 toward the sample and collecting spectral signals from the sample. The optical system of the spectrometer 20 can include elements such as collimated beam tubes or fiber optic waveguides, for example. See, for example, US Pat. No. 7,403,281 for examples of collimated beam tubes or fiber optic waveguides that can be used in various spectroscopic optical systems.
[0036]入射ビーム26は、サンプル28に衝突すると、分光器20によって検出されることとなる分光信号を誘発または発生させる。ラマン分光では、たとえば、入射ビーム26は、サンプル28に衝突すると、散乱放射線を誘発または発生させ、その散乱放射線は、入射ビーム26とは異なるエネルギー差、および、入射ビーム26とは異なる1つまたは複数の波長、または、便宜上、本明細書でラマンビームとして説明されているラマンシフトを有する。上記に述べられているように、また、図1に示されているように、一実施形態では、分光器20は、ダイクロイックビームスプリッターミラー30などのようなビームスプリッターを含む。分光信号36(たとえば、ラマンビーム)は、180度の後方散乱の幾何学形状で、レンズ34およびダイクロイックビームスプリッターミラー30を通過して戻るように方向付けされる。入射ビーム26も分光信号36も共線的である(co−linear)必要はない。しかし、図1に示されている実施形態では、分光信号36は、ダイクロイックビームスプリッターミラー30を通過して、次いで、フィルター要素38を通過して戻る。一実施形態では、フィルター要素38は、ロングパスフィルターを含み、ロングパスフィルターは、分光信号36をスペクトルへと分散させる前に、(たとえば、光源22または別の供給源からの)外部からの放射線を除去する。代替的に、フィルター要素38は、ノッチフィルター、または、弾性散乱放射線を拒絶することができる任意の他のフィルターを含むことが可能である。 [0036] When the incident beam 26 strikes the sample 28, it induces or generates a spectroscopic signal that will be detected by the spectrometer 20. In Raman spectroscopy, for example, when the incident beam 26 impinges on the sample 28, it induces or generates scattered radiation that differs from the incident beam 26 by an energy difference and one or different from the incident beam 26. Multiple wavelengths, or for convenience, have a Raman shift described herein as a Raman beam. As described above, and as shown in FIG. 1, in one embodiment, the spectrometer 20 includes a beam splitter such as a dichroic beam splitter mirror 30 or the like. The spectroscopic signal 36 (eg, a Raman beam) is directed back through the lens 34 and dichroic beam splitter mirror 30 with a 180 degree backscatter geometry. Neither the incident beam 26 nor the spectroscopic signal 36 need to be co-linear. However, in the embodiment shown in FIG. 1, the spectral signal 36 passes through the dichroic beam splitter mirror 30 and then back through the filter element 38. In one embodiment, filter element 38 includes a long pass filter that removes external radiation (eg, from light source 22 or another source) prior to dispersing spectral signal 36 into the spectrum. To do. Alternatively, the filter element 38 can include a notch filter or any other filter that can reject elastically scattered radiation.
[0037]分光信号36は、入力集束レンズ40をさらに通過することが可能であり、入力集束レンズ40は、分光信号36を空間フィルター41におけるポイントに集束させる。一実施形態では、たとえば、空間フィルター41は、開口、スリット、またはノッチを含み、入力集束レンズ40の焦点に位置付けされている。空間フィルター41は、入力集束レンズの焦点におけるビームに空間的にフィルターをかける。 [0037] The spectral signal 36 can further pass through the input focusing lens 40, which focuses the spectral signal 36 to a point in the spatial filter 41. In one embodiment, for example, the spatial filter 41 includes an aperture, slit, or notch and is positioned at the focal point of the input focusing lens 40. Spatial filter 41 spatially filters the beam at the focus of the input focusing lens.
[0038]図1に示されている分光器20は、コリメーティングレンズ42をさらに含み、コリメーティングレンズ42は、発散する分光信号36が空間フィルター41の開口(たとえば、開口、スリット、またはノッチ)を通過した後に、発散する分光信号36をコリメートする。コリメーティングレンズ42は、再コリメートされたラマンビームを回折格子44に向けてさらに方向付けする。回折格子44は、ラマンビームを空間的に分離された波長へと分割する光学要素を含む。回折格子44は、分割されたラマンビーム46を検出器48に向けてさらに方向付けする。分割されたラマンビーム46は、検出器集束レンズ50を通過し、検出器集束レンズ50は、分割されたラマンビーム46の空間的に分離された波長を検出器48に集束させる。 [0038] The spectrometer 20 shown in FIG. 1 further includes a collimating lens 42, where the diverging spectral signal 36 is an aperture (eg, aperture, slit, or After passing through the notch), the diverging spectral signal 36 is collimated. The collimating lens 42 further directs the recollimated Raman beam toward the diffraction grating 44. The diffraction grating 44 includes optical elements that split the Raman beam into spatially separated wavelengths. The diffraction grating 44 further directs the split Raman beam 46 toward the detector 48. The split Raman beam 46 passes through the detector focusing lens 50, and the detector focusing lens 50 focuses the spatially separated wavelengths of the split Raman beam 46 onto the detector 48.
[0039]検出器48は、光学エネルギーを電気信号へ変換する変換器を含む。一実施形態では、たとえば、検出器48は、個々の変換器のアレイを含み、個々の変換器のアレイは、ラマンスペクトルの空間的に分離された波長を表す電気的なパターンを生成させる。CCD(charge-coupled device)アレイは、たとえば、本発明の一実施形態では、検出器48として使用され得る。別の実施形態では、インジウム−ガリウム−ヒ素(InGaAs)検出器48である。また、当技術分野で知られている他の検出器も、本発明の分光器の中で使用され得る。 [0039] The detector 48 includes a transducer that converts optical energy into an electrical signal. In one embodiment, for example, detector 48 includes an array of individual transducers that generate an electrical pattern that represents spatially separated wavelengths of the Raman spectrum. A charge-coupled device (CCD) array may be used as detector 48, for example, in one embodiment of the invention. In another embodiment, an indium-gallium-arsenide (InGaAs) detector 48. Other detectors known in the art can also be used in the spectrometer of the present invention.
[0040]分光器20は、分光器20の動作を制御するための制御電子機器52をさらに含む。制御電子機器52は、たとえば、光源22、アクチュエーター組立体31、検出器48、(たとえば、光源または検出器のための)温度制御要素、ならびに、分光器への、および/または、分光器からのデータ転送の動作を制御することが可能である。一実施形態では、制御電子機器52は、分光器のハウジングの中の単一のPCボードに統合され得る。また、制御電子機器52は、1つまたは複数の独立したコンポーネントおよび/または1つまたは複数の集積回路コンポーネントを含むことも可能である。 [0040] The spectrometer 20 further includes control electronics 52 for controlling the operation of the spectrometer 20. Control electronics 52 may include, for example, light source 22, actuator assembly 31, detector 48, temperature control elements (eg, for the light source or detector), and to and / or from the spectrometer. It is possible to control the data transfer operation. In one embodiment, the control electronics 52 may be integrated on a single PC board in the spectrometer housing. The control electronics 52 can also include one or more independent components and / or one or more integrated circuit components.
[0041]一実施形態では、制御電子機器52は、外部デバイスと通信するための手段を含むことが可能である。通信するための手段は、たとえば、外部コンピューター、PDA(personal data assistant)、またはネットワークなどと通信するための有線または無線の通信ポートを含むことが可能である。有線の通信ポートは、たとえば、パラレル、シリアル、USB(universal serial bus)、ファイヤーワイヤー(登録商標)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、モデム、ケーブルモデム、または、当技術分野で知られている他の有線の通信ポートを含むことが可能である。無線の通信ポートは、たとえば、viaおよび赤外線、Bluetooth、IEEE802.11a/b/g、IrDA、無線モデム、または、当技術分野で知られている他の無線通信ポートなどのような、外部デバイスと無線通信するためのアンテナを含むことが可能である。制御電子機器52は、ポータブルデバイスのためのバッテリーから電力を与えられ、または、当技術分野で知られているような外部供給部から電力を受け入れるための電力入力を含むことが可能である。バッテリーまたは電源回路(たとえば、整流器)は、分光器20のハウジングの中に配置され得る。 [0041] In one embodiment, the control electronics 52 can include means for communicating with an external device. The means for communicating may include, for example, a wired or wireless communication port for communicating with an external computer, a personal data assistant (PDA), or a network. Wired communication ports can be, for example, parallel, serial, USB (universal serial bus), Firewire (registered trademark), IEEE 1394, Ethernet (registered trademark), modem, cable modem, or others known in the art Other wired communication ports. Wireless communication ports can be connected to external devices such as via and infrared, Bluetooth, IEEE 802.11a / b / g, IrDA, wireless modems, or other wireless communication ports known in the art. An antenna for wireless communication can be included. The control electronics 52 can be powered from a battery for the portable device or can include a power input for receiving power from an external supply as is known in the art. A battery or power circuit (eg, rectifier) may be placed in the housing of the spectrometer 20.
[0042]ラマン分光では、分光器20は、サンプル28のラマンスペクトルを検出するように動作する。ラマンスペクトルを検出するために、光源22は、レーザー光源の中にレーザー入射ビームを発生させるなど、励起放射線の入射ビーム26を発生させるように活性化される。一実施形態では、たとえば、光源22の温度が、光源22によって発生させられる入射ビーム26の出力周波数を制御するように制御される。励起放射線の入射ビーム26は、フィルター24を通過し、フィルター24は、入射ビームからスプリアス発射を除去する。入射ビーム26は、ビームスプリッターミラー30からサンプル28に向けて反射される。入射ビーム26は、出力集束レンズ34によって、サンプル28に集束させられる。 [0042] In Raman spectroscopy, the spectrometer 20 operates to detect the Raman spectrum of the sample 28. In order to detect the Raman spectrum, the light source 22 is activated to generate an incident beam 26 of excitation radiation, such as generating a laser incident beam in the laser light source. In one embodiment, for example, the temperature of the light source 22 is controlled to control the output frequency of the incident beam 26 generated by the light source 22. The incident beam 26 of excitation radiation passes through the filter 24, which removes spurious emissions from the incident beam. The incident beam 26 is reflected from the beam splitter mirror 30 toward the sample 28. The incident beam 26 is focused on the sample 28 by the output focusing lens 34.
[0043]入射ビーム26は、サンプル28からラマン散乱光を発生させる。ラマン散乱光は、出力集束レンズ34によって受け入れられ、ビームスプリッターミラー30を通して伝送されて戻る。この実施形態では、ビームスプリッターミラー30は、ラマン散乱光を、ミラー30を通してフィルター38へ渡す。フィルター38から、ラマン散乱光は、入力集束レンズ40を通過し、開口、スリット、またはノッチなどのような空間フィルター41に集束させられる。ラマン散乱光は、空間的にフィルターをかけられ、コリメーティングレンズ42に向けて発散する。コリメーティングレンズ42は、発散するラマン散乱光をコリメートし、光を回折格子44へ伝送し、回折格子44は、ラマン散乱光を空間的に分離された波長へと分割し、その波長を検出器要素48に向けて方向付けする。ラマン散乱光の空間的に分離された波長は、検出器集束レンズ50を通過し、そして、ラマン散乱光の空間的に分離された波長を表す放射線の集束バンドへと集束させられる。放射線の集束バンドは、検出器集束レンズ50によって検出器48にさらに方向付けされる。 [0043] The incident beam 26 generates Raman scattered light from the sample 28. The Raman scattered light is received by the output focusing lens 34, transmitted through the beam splitter mirror 30, and returned. In this embodiment, the beam splitter mirror 30 passes the Raman scattered light through the mirror 30 to the filter 38. From the filter 38, the Raman scattered light passes through the input focusing lens 40 and is focused on a spatial filter 41 such as an aperture, slit, or notch. The Raman scattered light is spatially filtered and diverges toward the collimating lens 42. The collimating lens 42 collimates the divergent Raman scattered light and transmits the light to the diffraction grating 44. The diffraction grating 44 divides the Raman scattered light into spatially separated wavelengths and detects the wavelength. Orient towards the vessel element 48. The spatially separated wavelength of the Raman scattered light passes through the detector focusing lens 50 and is focused into a focused band of radiation that represents the spatially separated wavelength of the Raman scattered light. The focused band of radiation is further directed to detector 48 by detector focusing lens 50.
[0044]この特定の実装形態では、検出器48は、個々の変換器のアレイを含み、個々の変換器のアレイは、個々の変換器のそれぞれにおいて受け入れられる放射線の強度に対応する電気信号をそれぞれ発生させる。検出器の個々の変換器において発生させられる電気信号は、サンプル28のラマンスペクトルの空間的に分離された波長を表す。電気信号は、制御電子機器52によって検出器から読み取られる。一実施形態では、たとえば、分光器20は、次いで、分光器自身のディスプレイまたはインジケーターなどを介して、検出されたラマンスペクトルをユーザーに提示することが可能である。別の実施形態では、分光器20の制御電子機器は、データストレージ要素(たとえば、メモリー、テープ、もしくはディスクドライブ、またはメモリースティックなど)に記憶されたルックアップテーブルを含むことが可能である。この実施形態では、制御電子機器52は、検出器からの信号をルックアップテーブルの中に記憶された値と比較し、ラマンスキャンの結果を決定する。次いで、分光器20は、分光器のディスプレイまたはインジケーターなどを介して、結果をユーザーに提示する。結果は、たとえば、サンプルの中の1つまたは複数の化学物質または物質の存在または不存在を示すことが可能であり、分光器によって検出される化学物質または物質の量または濃度をさらに示すことが可能である。 [0044] In this particular implementation, detector 48 includes an array of individual transducers, each of which has an electrical signal corresponding to the intensity of radiation received at each of the individual transducers. Generate each. The electrical signals generated at the individual transducers of the detector represent the spatially separated wavelengths of the Raman spectrum of sample 28. The electrical signal is read from the detector by the control electronics 52. In one embodiment, for example, the spectrometer 20 can then present the detected Raman spectrum to the user, such as via its own display or indicator. In another embodiment, the control electronics of spectrometer 20 can include a look-up table stored in a data storage element (eg, memory, tape, or disk drive, or memory stick, etc.). In this embodiment, the control electronics 52 compares the signal from the detector with the value stored in the lookup table and determines the result of the Raman scan. The spectrometer 20 then presents the results to the user, such as through a spectrometer display or indicator. The result can, for example, indicate the presence or absence of one or more chemicals or substances in the sample and can further indicate the amount or concentration of the chemicals or substances detected by the spectrometer. Is possible.
[0045]他の実装形態では、検出器48は、1つまたは複数の予想されるスペクトルの特徴(たとえば、ラマン特徴)を迅速にスキャンする1つまたは複数の個々の変換器を含むことが可能である。そのようなシステムの例が、Carronらによって2011年6月15日に出願された「Spectrometer」という表題の米国特許出願第13/161,485号に開示されており、それは、それが教示および示唆するすべてに関して、その全体が、参照により本明細書に組み込まれている。 [0045] In other implementations, the detector 48 may include one or more individual transducers that rapidly scan one or more expected spectral features (eg, Raman features). It is. An example of such a system is disclosed in US patent application Ser. No. 13 / 161,485, filed Jun. 15, 2011, by Carron et al., Which teaches and suggests All of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
[0046]図2は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体60の例示的な実装形態を示している。アクチュエーター組立体60は、たとえば、分光器の光学システムの1つまたは複数の要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいはサンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。 [0046] FIG. 2 shows an exemplary implementation of an actuator assembly 60 for moving the incident beam of the spectrometer across the surface of the sample. The actuator assembly 60 can, for example, move, scan, raster, or move the incident beam across the surface of the sample, one or more elements of the spectrometer optical system.
[0047]図2に示されている特定の実装形態では、ミラー62(または、他の光学要素)が、可撓性の梁64に連結されている。ミラー62は、たとえば、図1に示されている可動ミラー32に対応するものでありうる。可撓性の梁64の第1の近位端部66は、アンカー固定されており、可撓性の梁64の第2の遠位端部68は、ミラー62に連結されている。可撓性の梁は、第1の近位端部66においてアンカー固定され、第2の遠位端部68においてミラー62に連結されるように示されているが、可撓性の梁64は、可撓性の梁64の長さLに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および/または、ミラー62に連結され得る。梁64は、(たとえば、曲げおよび/または捩じりの力に起因して)撓むので、ミラー62は、集束レンズなどのような、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁64の移動は、たとえば、ミラー62の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。コリメートされた入射ビームは、ミラー62に当たり、次いで、固定式の出力レンズ76を通してサンプル78のスポットに集束させられる。照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター70の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化(たとえば、急激に、または一定の割合で増減、換言すればランプ)させられてもよい。 In the particular implementation shown in FIG. 2, a mirror 62 (or other optical element) is coupled to a flexible beam 64. The mirror 62 may correspond to, for example, the movable mirror 32 shown in FIG. The first proximal end 66 of the flexible beam 64 is anchored and the second distal end 68 of the flexible beam 64 is connected to the mirror 62. While the flexible beam is shown anchored at the first proximal end 66 and coupled to the mirror 62 at the second distal end 68, the flexible beam 64 is shown as Can be anchored at any point along the length L of the flexible beam 64 and / or coupled to the mirror 62. Because beam 64 bends (eg, due to bending and / or torsional forces), mirror 62 is relative to one or more other optical elements of the spectrometer, such as a focusing lens. Moved. Movement of the beam 64 can, for example, change the angle of the mirror 62 and redirect the incident beam from the localization path. The collimated incident beam strikes the mirror 62 and is then focused through the fixed output lens 76 onto the spot of the sample 78. The size and shape of the illuminated region can be varied by motor speed, beam shape, beam stiffness, and the like. In addition, the speed of the motor 70 may be changed (eg, increased or decreased abruptly, in other words, a ramp) in a manner that maximizes the illuminated area.
[0048]可撓性の梁64は、任意の比較的に可撓性の材料を含むことが可能である。1つの実装形態では、たとえば、可撓性の梁は、ポリスチレンの1/8”または3/32”チューブを含むことが可能である。また、エネルギーを極度に吸収することなく振動することができる他の比較的に高い弾性率の材料(たとえば、真鍮製のまたは螺旋状の鋼製スプリング)も使用され得る。 [0048] The flexible beam 64 can comprise any relatively flexible material. In one implementation, for example, the flexible beam can include polystyrene 1/8 "or 3/32" tubes. Other relatively high modulus materials (eg, brass or helical steel springs) that can vibrate without extremely absorbing energy can also be used.
[0049]可撓性の梁64は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図2に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト72を含むモーター70(たとえば、携帯電話のバイブレーターモーター)が、可撓性の梁のアンカー点(たとえば、第1の近位端部66)からオフセットされて、可撓性の梁64に連結されている。モーター70が励起されると、オフセットウェイト72は、可撓性の梁64を振動させ、可撓性の梁64に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、可動ミラー62を含み、可動ミラー62は、分光器からの入射励起ビーム74を出力集束レンズ76に向けて反射し、出力集束レンズ76は、入射ビームをサンプル78に集束させる。ミラー62を移動させることによって、アクチュエーター組立体60は、サンプル78の表面の全体に入射ビーム74を移動させる。入射ビーム76によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、出力集束レンズ76を介して受け入れられ、可動ミラー74から反射され、分光器のダイクロイックビームスプリッターミラー(たとえば、図1におけるビームスプリッターミラー30を参照)を通過させられる。 [0049] The flexible beam 64 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIG. 2, for example, a motor 70 (eg, a mobile phone vibrator motor) that includes an offset weight 72 is used as the anchor point (eg, first proximal end) of the flexible beam. Offset from the portion 66) and connected to the flexible beam 64. When the motor 70 is energized, the offset weight 72 vibrates the flexible beam 64 and moves the optical element connected to the flexible beam 64. In this implementation, the optical element includes a movable mirror 62 that reflects the incident excitation beam 74 from the spectroscope toward the output focusing lens 76, which outputs the incident beam to the sample 78. Focus on. By moving the mirror 62, the actuator assembly 60 moves the incident beam 74 across the surface of the sample 78. Spectral signals induced in the sample by the incident beam 76 are received through the output focusing lens 76, reflected from the movable mirror 74, and see the spectroscope dichroic beam splitter mirror (see, eg, beam splitter mirror 30 in FIG. 1). ).
[0050]可撓性の梁64に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号をモーター70に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、(ミラー62などのような)1つまたは複数の光学要素の運動、そして、サンプル78の表面の全体にわたる入射ビーム74の運動を制御するために使用され得る。 [0050] Movement of the one or more optical elements coupled to the flexible beam 64 may be controlled by applying one or more control signals to the motor 70. FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that include movement of one or more optical elements (such as mirror 62) and a sample 78. Can be used to control the motion of the incident beam 74 across the surface of the surface.
[0051]アクチュエーター組立体60は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル78の表面の全体に入射ビーム74を移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体60は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー62を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプル78の表面の全体にわたる入射ビーム74の移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプルの領域をサンプリングすることを可能にする。 [0051] The actuator assembly 60 may be used to move the incident beam 74 across the surface of the sample 78 in any number of patterns or paths. The actuator assembly 60 moves the mirror 62 in a linear, elliptical, circular manner, or in other controlled or uncontrolled manner, for example, in any number of patterns or paths, to the surface of the sample. It is possible to move the incident beam over the whole. Thus, movement of the incident beam 74 across the surface of the sample 78 allows the spectrometer to sample a larger sample area without reducing the resolution of the spectrometer.
[0052]図3は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体80の別の例示的な実装形態を示している。図2に示されているアクチュエーター組立体60と同様に、図3に示されているアクチュエーター組立体80は、分光器の1つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0052] FIG. 3 illustrates another exemplary implementation of an actuator assembly 80 for moving the incident beam of the spectrometer across the surface of the sample. Similar to the actuator assembly 60 shown in FIG. 2, the actuator assembly 80 shown in FIG. 3 moves, scans, rasters, or rasters one or more optical elements of the spectrometer. Move the incident beam across the surface of the sample.
[0053]図3に示されている特定の実装形態では、ミラー82(または、他の光学要素)が、たとえば、図2に関して上記に説明されているように、可撓性の梁84に連結されている。図2と同様に、ミラー82は、図1に示されている可動ミラー32に対応するものでありうる。可撓性の梁84の第1の近位端部86は、アンカー固定されており、可撓性の梁84の第2の遠位端部88は、ミラー82に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁84は、第1の近位端部86においてアンカー固定され、第2の遠位端部88においてミラー82に連結されるように示されているが、可撓性の梁84は、可撓性の梁84の長さLに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および/または、ミラー82に連結され得る。梁84は、(たとえば、曲げおよび/または捩じりの力に起因して)撓むので、ミラー82は、集束レンズ96などのような、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁84の移動は、たとえば、ミラー82の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。(集束レンズ96を介して受け入れられる)収束する入射ビームは、ミラー82に当たり、集束させられたスポットまたは領域をサンプル98に形成するように方向付けし直される。図2に関して上記に説明されているように、サンプル98に照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター90の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化(たとえば、急激に、または一定の割合で増減)させられてもよい。 [0053] In the particular implementation shown in FIG. 3, a mirror 82 (or other optical element) is coupled to a flexible beam 84, eg, as described above with respect to FIG. Has been. Similar to FIG. 2, the mirror 82 may correspond to the movable mirror 32 shown in FIG. The first proximal end 86 of the flexible beam 84 is anchored and the second distal end 88 of the flexible beam 84 is connected to the mirror 82. Again, the flexible beam 84 is shown anchored at the first proximal end 86 and coupled to the mirror 82 at the second distal end 88. The flexible beam 84 may be anchored and / or coupled to the mirror 82 at any point along the length L of the flexible beam 84. Since beam 84 bends (eg, due to bending and / or torsional forces), mirror 82 may be coupled to one or more other optical elements of the spectrometer, such as focusing lens 96. It is moved against. The movement of the beam 84 can, for example, change the angle of the mirror 82 and redirect the incident beam from the localization path. The converging incident beam (accepted via focusing lens 96) strikes mirror 82 and is redirected to form a focused spot or region on sample 98. As described above with respect to FIG. 2, the size and shape of the region irradiated on the sample 98 can be varied by motor speed, beam shape, beam stiffness, and the like. In addition, the speed of the motor 90 may be varied (eg, abruptly or increased or decreased at a constant rate) in a manner that maximizes the illuminated area.
[0054]可撓性の梁84は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図3に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト92を含むモーター90(たとえば、携帯電話バイブレーターモーター)が、可撓性の梁84のアンカー点(たとえば、第1の近位端部86)からオフセットされて、可撓性の梁84に連結されている。モーターが励起されると、オフセットウェイト92は、可撓性の梁84を振動させ、可撓性の梁84に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー82を含み、ミラー82は、分光器の出力レンズ96からの入射励起ビーム94をサンプル98に向けて反射させる。ミラー82を移動させることによって、アクチュエーター組立体80は、サンプルの表面の全体に入射ビーム94を移動させる。入射ビーム94によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー82を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ96に反射されるか、または、ミラー(たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー)を通過させられる。 [0054] The flexible beam 84 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIG. 3, for example, a motor 90 (eg, a mobile phone vibrator motor) that includes an offset weight 92 is used to anchor the flexible beam 84 (eg, a first proximal end). Offset from the portion 86) and connected to the flexible beam 84. When the motor is excited, the offset weight 92 vibrates the flexible beam 84 and moves the optical element connected to the flexible beam 84. In this implementation, the optical element includes a mirror 82 that reflects the incident excitation beam 94 from the output lens 96 of the spectrometer toward the sample 98. By moving the mirror 82, the actuator assembly 80 moves the incident beam 94 across the surface of the sample. The spectroscopic signal induced in the sample by the incident beam 94 is received through the mirror 82 and reflected by the output lens 96 of the spectrograph or mirror (eg, dichroic beam splitter mirror or spectroscopic). A mirror with an aperture for receiving the signal.
[0055]図2に関して上記に説明されているように、可撓性の梁84に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号をモーター90に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル98の表面の全体にわたる入射ビーム94の運動を制御するために使用され得る。 [0055] The movement of one or more optical elements coupled to the flexible beam 84 applies one or more control signals to the motor 90, as described above with respect to FIG. Can be controlled. FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that control the movement of the optical element and the movement of the incident beam 94 across the surface of the sample 98. FIG. Can be used for.
[0056]アクチュエーター組立体80は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル98の表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体80は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー82を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプル98の領域をサンプリングすることを可能にする。 [0056] The actuator assembly 80 may be used to move the incident beam across the surface of the sample 98 in any number of patterns or paths. The actuator assembly 80 moves the mirror 82 in a linear, elliptical, circular manner, or in other controlled or uncontrolled manner, for example, in any number of patterns or paths in the surface of the sample. It is possible to move the incident beam over the whole. Thus, movement of the incident beam across the surface of the sample allows the spectrometer to sample a larger area of the sample 98 without reducing the resolution of the spectrometer.
[0057]図4および図5は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体100のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図4は、アクチュエーター組立体100の上面図を示し、図5は、アクチュエーター組立体100の側面図を示している。図2および図3に示されているアクチュエーター組立体60および80と同様に、図4および図5に示されているアクチュエーター組立体100は、分光器の1つまたは複数の光学要素(たとえば、可動ミラー)を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0057] FIGS. 4 and 5 illustrate yet another exemplary implementation of an actuator assembly 100 for moving an incident beam of a spectrometer across the surface of a sample. 4 shows a top view of the actuator assembly 100, and FIG. 5 shows a side view of the actuator assembly 100. Similar to the actuator assemblies 60 and 80 shown in FIGS. 2 and 3, the actuator assembly 100 shown in FIGS. 4 and 5 includes one or more optical elements (eg, movable) of the spectrometer. The mirror) is moved, scanned, rastered, or the incident beam is moved across the surface of the sample.
[0058]図4に示されている実装形態では、たとえば、ミラー102などのような光学要素が、可撓性のシートストック104に連結されている。可撓性のシートストック104は、アンカー固定されている周縁部108に連結されている複数のサポート部材106を含む。サポート部材106は、モーター、磁石/コイル対、または圧電アクチュエーターなどのように、アクチュエーターに応答して移動する(たとえば、揺動する)ことが可能である。また、サポート部材106は、分光器の1つまたは複数の光学要素(たとえば、ミラー102など)を支持する。可撓性のシートストック104は、任意の比較的に可撓性の材料を含むことが可能である。一実施形態では、たとえば、0.040または0.060シートのポリスチレンが使用され得る。また、エネルギーを極度に吸収することなく振動することができる他の比較的に高い弾性率の材料(たとえば、真鍮)も使用され得る。可撓性のシートストック104の中の切欠部は、たとえば、アクチュエーター組立体のサポート部材106を形成することが可能である。切欠部は、モーター110が活性化されると、特定の曲げまたは捩じりプロファイルを生成するように形成されてもよい。 [0058] In the implementation shown in FIG. 4, an optical element, such as, for example, a mirror 102, is coupled to the flexible sheet stock 104. The flexible sheet stock 104 includes a plurality of support members 106 that are coupled to an anchored peripheral edge 108. The support member 106 can move (eg, swing) in response to an actuator, such as a motor, a magnet / coil pair, or a piezoelectric actuator. Support member 106 also supports one or more optical elements (eg, mirror 102) of the spectrometer. The flexible sheet stock 104 can include any relatively flexible material. In one embodiment, for example, 0.040 or 0.060 sheets of polystyrene may be used. Other relatively high modulus materials (eg, brass) that can vibrate without excessive energy absorption may also be used. The cutout in the flexible sheet stock 104 can form, for example, a support member 106 of the actuator assembly. The notch may be formed to produce a specific bending or twisting profile when the motor 110 is activated.
[0059]図2および図3と同様に、ミラー102は、図1に示されている可動ミラー32、または、分光器の別のミラーに対応するものでありうる。可撓性のシートストック104の周縁部108は、アンカー固定され、サポート部材106が移動する(たとえば、可撓性のシートストックの中で揺動する)ことを可能にする。様々な実施形態では、任意の数の周縁部108(たとえば、可撓性のシートの1つ、2つ、3つ、または、4つすべての縁部)が、全体にまたは部分的に、アンカー固定され得る。可撓性のシートストック104は、周縁部108に沿ってアンカー固定され、内部サポート部材106においてミラー102に連結されるように示されているが、可撓性のシートストック104は、可撓性のシートストック104の任意の場所において、アンカー固定され、および/または、ミラー102に連結され得る。可撓性のシートストック104のサポート部材106は撓むので、ミラー102が、集束レンズ116などのような、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。 [0059] Similar to FIGS. 2 and 3, the mirror 102 may correspond to the movable mirror 32 shown in FIG. 1, or another mirror of the spectrometer. The peripheral edge 108 of the flexible sheet stock 104 is anchored to allow the support member 106 to move (eg, swing within the flexible sheet stock). In various embodiments, any number of peripheral edges 108 (eg, one, two, three, or all four edges of a flexible sheet) may be anchored in whole or in part. Can be fixed. While flexible sheet stock 104 is shown anchored along peripheral edge 108 and coupled to mirror 102 at internal support member 106, flexible sheet stock 104 is flexible. Can be anchored and / or coupled to the mirror 102 anywhere in the sheet stock 104. As the support member 106 of the flexible sheet stock 104 bends, the mirror 102 is moved relative to one or more other optical elements of the spectrometer, such as a focusing lens 116.
[0060]可撓性のシートストック104は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図4および図5に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト112を含むモーター110(たとえば、携帯電話バイブレーターモーター)が、可撓性のシートストック104に連結されている。また、オフセットウェイトを備える2つ以上のモーターも使用され得る。複数のモーターは、たとえば、可撓性のシートストック104のサポート部材の中に、より高いオーダーの揺動を誘発させるために使用され得る。図4および図5に示されている特定の実装形態では、たとえば、モーター110は、可撓性のシートストック104に対して、ミラー102と反対側に配設されている。モーター110は、たとえば、図4に示されているようにミラー102からオフセットされるか、または、ミラー102の正反対にあることが可能である。しかし、他の実装形態では、モーター102は、可撓性のシートストック104の事実上任意の場所に配設され得る。たとえば、モーターは、可撓性のシートストック104に対して、光学要素(たとえば、ミラー102)と同じ側に配設され得る。モーター110が励起されると、オフセットウェイト112が、可撓性のシートストック104を振動させ、可撓性のシートストック104に連結されている光学要素(たとえば、ミラー102)を移動させる。 [0060] The flexible sheet stock 104 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIGS. 4 and 5, for example, a motor 110 (eg, a mobile phone vibrator motor) that includes an offset weight 112 is coupled to the flexible seat stock 104. Two or more motors with offset weights can also be used. Multiple motors can be used, for example, to induce higher order swings in the support member of the flexible sheet stock 104. In the particular implementation shown in FIGS. 4 and 5, for example, the motor 110 is disposed opposite the mirror 102 with respect to the flexible sheet stock 104. The motor 110 can be offset from the mirror 102, for example, as shown in FIG. However, in other implementations, the motor 102 can be disposed in virtually any location on the flexible sheet stock 104. For example, the motor may be disposed on the same side of the flexible sheet stock 104 as the optical element (eg, mirror 102). When the motor 110 is energized, the offset weight 112 vibrates the flexible sheet stock 104 and moves an optical element (eg, mirror 102) coupled to the flexible sheet stock 104.
[0061]この実装形態では、光学要素は、ミラー102を含み、ミラー102は、分光器の入射励起ビーム114を反射させる。図5に示されているように、ミラー102は、図3の実装形態に示されている配置と同様に、出力集束レンズ116とサンプル118との間に配設され、そして、出力集束レンズ116からの入射ビームをサンプル118に向けて反射させる。しかし別の実装形態では、ミラー102は、図2に示されている実装形態の配置と同様に、分光器の励起源と出力集束レンズ116との間に配設され、そして、出力集束レンズ116を通して入射ビームをサンプル118に向けて反射させる。 [0061] In this implementation, the optical element includes a mirror 102 that reflects the incident excitation beam 114 of the spectrometer. As shown in FIG. 5, the mirror 102 is disposed between the output focusing lens 116 and the sample 118, similar to the arrangement shown in the implementation of FIG. The incident beam from is reflected towards the sample 118. However, in another implementation, the mirror 102 is disposed between the spectrometer excitation source and the output focusing lens 116, similar to the implementation arrangement shown in FIG. Through which the incident beam is reflected back towards the sample 118.
[0062]ミラー102を移動させることによって、アクチュエーター組立体100は、サンプル118の表面の全体に入射ビーム114を移動させる。入射ビーム114によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー102を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ116に反射されるか、または、ミラー(たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー)を通過させられる。 [0062] By moving the mirror 102, the actuator assembly 100 moves the incident beam 114 across the surface of the sample 118. Spectral signals induced in the sample by the incident beam 114 are received through the mirror 102 and reflected by the output lens 116 of the spectrometer or mirror (eg, dichroic beam splitter mirror or spectroscopic). A mirror with an aperture for receiving the signal.
[0063]図2および図3に関して上記に説明されているように、可撓性のシートストック104に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号をモーター110に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル118の表面の全体にわたる入射ビーム114の運動を制御するために使用され得る。 [0063] As described above with respect to FIGS. 2 and 3, movement of one or more optical elements coupled to the flexible sheet stock 104 causes one or more control signals to be motorized. 110 can be controlled by applying. FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that control the movement of the optical elements and the movement of the incident beam 114 across the surface of the sample 118. FIG. Can be used for.
[0064]アクチュエーター組立体100は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体100は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー102を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプルの領域をサンプリングすることを可能にする。 [0064] The actuator assembly 100 may be used to move the incident beam across the surface of the sample in any number of patterns or paths. The actuator assembly 100 moves the mirror 102 in a linear, elliptical, circular manner, or in other controlled or uncontrolled manner, for example, in any number of patterns or paths, to the surface of the sample. It is possible to move the incident beam over the whole. Thus, movement of the incident beam across the surface of the sample allows the spectrometer to sample a larger area of the sample without reducing the resolution of the spectrometer.
[0065]図6は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体120のさらなる別の例示的な実装形態を示している。この実装形態では、多面的かつ多角度の(multi-angled)ミラー組立体122がモーター124に取り付けられており、モーター124は組立体を回転させるように構成されており、ミラー組立体122の異なる面126を分光器の光学システムに提供してサンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。図2〜図5に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図6に示されているアクチュエーター組立体120は、分光器の1つまたは複数の光学要素(たとえば、ミラー)を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0065] FIG. 6 illustrates yet another exemplary implementation of an actuator assembly 120 for moving the incident beam of the spectrometer across the surface of the sample. In this implementation, a multi-angled, multi-angled mirror assembly 122 is attached to a motor 124, which is configured to rotate the assembly, with different mirror assemblies 122 being different. A surface 126 is provided to the spectroscopic optical system to move the incident beam across the surface of the sample. Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2-5, the actuator assembly 120 shown in FIG. 6 moves and scans one or more optical elements (eg, mirrors) of the spectrometer. Or rasterize or move the incident beam across the surface of the sample.
[0066]図6に示されているアクチュエーター組立体120は、分光器の集束レンズ128とサンプル130との間に配設されている。アクチュエーター組立体120は、集束レンズ128から入射ビーム132を受け入れ、サンプル130に向けてビームを反射させる。また、アクチュエーター組立体120は、サンプル130から分光信号を受け入れ、それを反射し、集束レンズ128を介して分光器の光学システムに戻す。 [0066] The actuator assembly 120 shown in FIG. 6 is disposed between the focusing lens 128 and the sample 130 of the spectrometer. Actuator assembly 120 receives incident beam 132 from focusing lens 128 and reflects the beam toward sample 130. The actuator assembly 120 also accepts the spectroscopic signal from the sample 130, reflects it back to the spectroscope optical system via the focusing lens 128.
[0067]多面的かつ多角度のミラーの複数の切子面126がモーター124によって回転させられるので、入射ビーム132(および、それに対応して戻って来る分光信号)は、事実上任意の数のパターンまたは経路で、サンプル130の表面の全体に方向付けされ得る。1つの実装形態では、たとえば、アクチュエーター組立体120の複数の切子面126は、入射ビーム132が、CRT(cathode ray tube)ラスターパターンと同様のラスターパターンで複数のラインをトレースすることを可能にする。ミラー組立体122が回転するとき、たとえば、それぞれのミラー126は、サンプル130の全体に一列に入射ビームを方向付けすることが可能であり、そして次に、異なって角度を付けられたミラーが入射ビーム132に向けて回転させられると、異なる角度のミラーが、サンプル130の表面の全体に連続した列で入射ビーム132を方向付けすることが可能である。また、他のミラー角度および切子面が、異なるパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを方向付けするために使用され得る。 [0067] Since the facets 126 of the multi-faceted, multi-angle mirror are rotated by the motor 124, the incident beam 132 (and the corresponding returning spectral signal) can be virtually any number of patterns. Or it can be directed to the entire surface of the sample 130 in a path. In one implementation, for example, the facets 126 of the actuator assembly 120 allow the incident beam 132 to trace multiple lines in a raster pattern similar to a CRT (cathode ray tube) raster pattern. . As the mirror assembly 122 rotates, for example, each mirror 126 is capable of directing the incident beam in a row across the sample 130, and then a differently angled mirror is incident. When rotated toward the beam 132, mirrors of different angles can direct the incident beam 132 in a continuous row across the surface of the sample 130. Other mirror angles and facets can also be used to direct the incident beam across the surface of the sample in different patterns or paths.
[0068]図7は、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体140の別の例示的な実装形態を示している。図6に示されている実装形態と同様に、図7の実装形態は、多面的かつ多角度のミラー組立体142を含み、多面的かつ多角度のミラー組立体142は、モーター144に取り付けられており、モーター144は、組立体142を回転させるように構成されており、ミラー組立体142の異なる面146を分光器の光学システムに提供し、サンプル150の表面の全体に入射ビーム152を移動させる。図2〜図6に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図7に示されているアクチュエーター組立体140は、分光器の1つまたは複数の光学要素(たとえば、ミラー146)を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプル150の表面の全体に入射ビーム152を移動させる。 [0068] FIG. 7 illustrates another exemplary implementation of an actuator assembly 140 for moving the incident beam across the surface of the sample. Similar to the implementation shown in FIG. 6, the implementation of FIG. 7 includes a multi-faceted and multi-angle mirror assembly 142 that is attached to a motor 144. The motor 144 is configured to rotate the assembly 142, providing different surfaces 146 of the mirror assembly 142 to the spectroscopic optical system and moving the incident beam 152 across the surface of the sample 150. Let Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2-6, the actuator assembly 140 shown in FIG. 7 moves one or more optical elements (eg, mirror 146) of the spectrometer, Scan, raster, or move the incident beam 152 across the surface of the sample 150.
[0069]図7に示されているアクチュエーター組立体140は、分光器の励起源と分光器の集束レンズ148との間に配設されている。アクチュエーター組立体140は、励起源を介して、直接的にまたは間接的に(たとえば、コリメートビームで)、入射ビーム152を受け入れ、集束レンズ148に向けてビーム152を反射させ、そして、集束レンズ148は、サンプル150に入射ビーム152を集束させる。また、アクチュエーター組立体140は、集束レンズ148を介して分光信号を受け入れ、分光器の光学システムへそれを方向付けし直す。 [0069] The actuator assembly 140 shown in FIG. 7 is disposed between the excitation source of the spectrometer and the focusing lens 148 of the spectrometer. Actuator assembly 140 receives incident beam 152 directly or indirectly (eg, with a collimated beam) via an excitation source, reflects beam 152 toward focusing lens 148, and focusing lens 148. Focuses the incident beam 152 onto the sample 150. The actuator assembly 140 also accepts the spectroscopic signal via the focusing lens 148 and redirects it to the spectroscopic optical system.
[0070]図6のアクチュエーター組立体と同様に、図7のアクチュエーター組立体140は、CRTラスターパターンと同様のラスターパターンなどのような、任意の数のパターンで、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを方向付けするように設計され得る。 [0070] Similar to the actuator assembly of FIG. 6, the actuator assembly 140 of FIG. 7 is a spectroscope over the entire surface of the sample in any number of patterns, such as a raster pattern similar to the CRT raster pattern. Can be designed to direct the incident beam.
[0071]図7Aは、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体120Aのさらなる別の例示的な実装形態を示している。この実装形態では、角度の付けられたミラー組立体122Aが、モーター124Aの駆動軸125Aに取り付けられている。モーター124Aは、たとえば、回転駆動軸を回転させ、そして、角度の付けられたミラー組立体122Aを回転させるように構成され得る。角度の付けられたミラー組立体122Aを回転させることは、角度の付けられたミラー組立体122Aの面126Aを、入射ビーム(たとえば、レーザーまたは他の光ビーム)に対して移動させる。ミラー組立体122Aの面126Aが回転させられるので、入射ビームは、サンプルの表面へ方向付けし直され、サンプルの表面の全体に移動させられる。図7Aに示されている実装形態では、たとえば、入射ビームは、概して円形、概して楕円形、円形、楕円形、または、他の形状付けされたパターンで、サンプルの表面の全体に方向付けされ得る。図2〜図7に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図7Aに示されているアクチュエーター組立体120Aは、分光器の1つまたは複数の光学要素(たとえば、ミラー)を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0071] FIG. 7A illustrates yet another exemplary implementation of an actuator assembly 120A for moving an incident beam of a spectrometer across the surface of a sample. In this implementation, the angled mirror assembly 122A is attached to the drive shaft 125A of the motor 124A. The motor 124A may be configured, for example, to rotate the rotational drive shaft and rotate the angled mirror assembly 122A. Rotating the angled mirror assembly 122A moves the surface 126A of the angled mirror assembly 122A relative to the incident beam (eg, a laser or other light beam). As the face 126A of the mirror assembly 122A is rotated, the incident beam is redirected to the sample surface and moved across the sample surface. In the implementation shown in FIG. 7A, for example, the incident beam can be directed across the surface of the sample in a generally circular, generally elliptical, circular, elliptical, or other shaped pattern. . Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2-7, the actuator assembly 120A shown in FIG. 7A moves and scans one or more optical elements (eg, mirrors) of the spectrometer. Or rasterize or move the incident beam across the surface of the sample.
[0072]図7Aに示されている特定の例では、たとえば、角度の付けられたミラー組立体122Aが、モーター124Aの駆動軸125Aに対して垂直ではない角度127Aで配設されている。この例では、入射ビームがミラー組立体122Aの面126Aに対して中心から外れて方向付けされており、ミラー組立体122Aがモーター124Aの駆動軸125Aによって回転させられるので、入射ビームが、サンプルの表面の全体に移動させられる。ミラー組立体122Aが概して剛体であり、駆動軸125Aに固定して装着される場合には、たとえば、入射ビームは、概して円形パターンで、サンプルの表面の全体に移動させられることとなる。しかし、(たとえば、1つもしくは複数のスプリングによって、もしくは、図4および図5に関して本明細書で示されて説明されている可撓性の基板もしくはシートストックなどのような他の可撓性のマウントによって)ミラー組立体122Aを駆動軸125Aに柔軟に装着することによって、ミラー組立体122Aが駆動軸125Aに対して動揺し(wobble)、あるいは移動することができるようにミラー組立体122Aを駆動軸125Aに装着することによって、角度127Aを変化させることによってパターンは変更されてもよい。かつ/または、モーター124Aが、1つまたは複数のスプリングまたは他の可撓性のマウントなどを介して、分光器の中にもしくは分光器に、柔軟に装着されてもよい。ミラー組立体122Aおよび/またはモーター124Aが柔軟に装着される場合、ミラー組立体122Aはミラー面126Aが駆動軸に対して概して垂直であるように駆動軸に装着されてもよく、それでもミラー面126Aが入射ビームに対して移動させられる(たとえば、振動させられる)ので、サンプルの表面に対して入射ビームを移動させることが可能である。 [0072] In the particular example shown in FIG. 7A, for example, an angled mirror assembly 122A is disposed at an angle 127A that is not perpendicular to the drive shaft 125A of the motor 124A. In this example, the incident beam is directed off-center relative to the surface 126A of the mirror assembly 122A, and the mirror assembly 122A is rotated by the drive shaft 125A of the motor 124A so that the incident beam is Moved across the surface. If the mirror assembly 122A is generally rigid and fixedly attached to the drive shaft 125A, for example, the incident beam will be moved across the surface of the sample in a generally circular pattern. However (for example, one or more springs or other flexible substrates such as the flexible substrate or sheet stock shown and described herein with respect to FIGS. 4 and 5) By flexibly mounting the mirror assembly 122A to the drive shaft 125A (by mounting), the mirror assembly 122A is driven so that the mirror assembly 122A can be wobbled or moved relative to the drive shaft 125A. By mounting on the shaft 125A, the pattern may be changed by changing the angle 127A. And / or the motor 124A may be flexibly mounted in or on the spectrometer, such as via one or more springs or other flexible mounts. If mirror assembly 122A and / or motor 124A are flexibly mounted, mirror assembly 122A may be mounted on the drive shaft such that mirror surface 126A is generally perpendicular to the drive shaft, and still mirror surface 126A. Can be moved (eg, oscillated) relative to the incident beam so that it can be moved relative to the surface of the sample.
[0073]また、ミラー組立体122Aは、固定された位置へ自動的にリセットされ、固定された場所でのサンプルのスペクトルをとるために、入射ビームが単一の所定の場所へ信頼性高く方向付けされ得るようになっている。1つの実装形態では、たとえば、1対の磁石127A、129Aが、ミラー組立体122Aおよび/またはモーター124Aの駆動軸125Aに取り付けられ得る。磁石127A、129Aは、たとえば、永久磁石および/または電磁石を含むことが可能であり、永久磁石および/または電磁石は、設定された所定の位置へ、入射ビームに対してミラー組立体122Aを移動させることが可能である。したがって、スペクトルが、サンプルにおいて設定された定位位置でとられるとき、1対の磁石127A、129Aは、互いに引き付け合い、所定の位置にミラー組立体をロックすることが可能である。しかし、駆動軸125Aが回転させられるとき、入射ビームは、また、サンプルの表面に対して移動させられ得る。1つの実装形態では、たとえば、駆動軸125Aがモーター124Aによって回転させられないときに、1対の磁石127A、129Aは、設定された所定の場所へミラー組立体122Aを移動させるのに十分な強度を提供するが、モーター124Aは、1対の磁石127A、129Aの強度に打ち勝つのに十分強力であり、モーター124Aが、駆動軸およびミラー組立体122Aを回転させることができるようになっている。別の実施形態では、磁石127A、129Aのうちの1つまたは両方は、電磁石であることが可能であり、その電磁石は、ミラー組立体122Aが設定された所定の場所にロックされることとなるときに活性化され、ミラー組立体122Aが入射ビームに対して移動させられることとなるときに非活性化される。 [0073] The mirror assembly 122A is also automatically reset to a fixed position, and the incident beam is reliably directed to a single predetermined location to take a spectrum of the sample at the fixed location. It can be attached. In one implementation, for example, a pair of magnets 127A, 129A may be attached to mirror assembly 122A and / or drive shaft 125A of motor 124A. The magnets 127A, 129A can include, for example, permanent magnets and / or electromagnets, which move the mirror assembly 122A relative to the incident beam to a predetermined set position. It is possible. Thus, when the spectrum is taken at the stereotaxic position set in the sample, the pair of magnets 127A, 129A can attract each other and lock the mirror assembly in place. However, when the drive shaft 125A is rotated, the incident beam can also be moved relative to the surface of the sample. In one implementation, for example, when the drive shaft 125A is not rotated by the motor 124A, the pair of magnets 127A, 129A is strong enough to move the mirror assembly 122A to a predetermined set location. However, the motor 124A is powerful enough to overcome the strength of the pair of magnets 127A, 129A, allowing the motor 124A to rotate the drive shaft and mirror assembly 122A. In another embodiment, one or both of the magnets 127A, 129A can be an electromagnet, which will be locked in place where the mirror assembly 122A is set. It is sometimes activated and deactivated when the mirror assembly 122A is to be moved relative to the incident beam.
[0074]別の実装形態では、1対の磁石は、その代わりに、単一の磁石、および、単一の磁石を用いて磁気的に結合され得る別のコンポーネントを含むことが可能である。たとえば、磁石に結合され得る材料(たとえば、鉄)が、上記に説明されている磁石のうちの1つの代わりに使用され得る。1つの実装形態では、たとえば、磁石が、アクチュエーターの駆動軸および/または回転ミラー組立体、ならびに、磁石に磁気的に結合するように構成されている固定された要素に連結され得る。この実装形態では、駆動軸および/または回転ミラー組立体に物理的に連結されている磁石は、磁石が固定された要素に隣接して位置決めされるまで、駆動軸および/または回転ミラー組立体を回し、設定された所定の位置にミラー面および回転ミラー組立体を設定することが可能である。代替的に、磁石は、分光器の中におよび/または分光器に固定され、また、アクチュエーターの駆動軸および/または回転ミラー組立体に物理的に固定された要素に磁気的に結合するように構成され得る。この実装形態では、磁石は、アクチュエーターの固定された要素を、それらが互いに隣接して配設され、ミラー面および/または回転ミラー組立体が設定された所定の位置となるまで磁石に向けて引っ張る。 [0074] In another implementation, a pair of magnets can instead include a single magnet and other components that can be magnetically coupled using a single magnet. For example, a material that can be coupled to the magnet (eg, iron) can be used in place of one of the magnets described above. In one implementation, for example, a magnet may be coupled to an actuator drive shaft and / or rotating mirror assembly and a fixed element configured to be magnetically coupled to the magnet. In this implementation, the magnet physically coupled to the drive shaft and / or rotating mirror assembly causes the drive shaft and / or rotating mirror assembly to remain until the magnet is positioned adjacent to the fixed element. It is possible to rotate and set the mirror surface and the rotating mirror assembly at a predetermined position. Alternatively, the magnet is fixed in and / or to the spectrometer and is magnetically coupled to an element physically fixed to the actuator drive shaft and / or rotating mirror assembly. Can be configured. In this implementation, the magnet pulls the fixed elements of the actuator towards the magnet until they are arranged adjacent to each other and the mirror surface and / or the rotating mirror assembly is in place. .
[0075]図7Bは、別の実装形態を示しており、2つ以上の回転ミラー組立体122B、122Cが、入射ビームをサンプルへ方向付けするために使用されている。回転ミラー組立体は、それぞれ、図7Aに関して示されて説明されているものなどのような組立体であることが可能であり、任意の数の構成で配置され得る。図7Bに示されている特定の実装形態では、たとえば、入射ビームが第1の回転ミラー組立体122Bに方向付けされ、次いで第2の回転ミラー組立体122Cに方向付けされ、次いでサンプルに方向付けされるように、2つの回転ミラー組立体122Bおよび122Cが配置されている。この実装形態では、入射ビームは、円形または楕円形などのパターンで第2のミラー組立体122Cのミラー面に対して移動させられるように、第1の回転ミラー組立体122Bによって方向付けし直される。この実装形態では、たとえば、回転ミラー組立体122Bおよび122Cは、角度の付けられたミラー面126B、126Cを含み、角度の付けられたミラー面126B、126Cは、それぞれの組立体の駆動軸に対して非垂直の角度で配設されている。 [0075] FIG. 7B shows another implementation where two or more rotating mirror assemblies 122B, 122C are used to direct the incident beam to the sample. Each rotating mirror assembly can be an assembly such as that shown and described with respect to FIG. 7A and can be arranged in any number of configurations. In the particular implementation shown in FIG. 7B, for example, the incident beam is directed to the first rotating mirror assembly 122B, then directed to the second rotating mirror assembly 122C, and then directed to the sample. As shown, two rotating mirror assemblies 122B and 122C are arranged. In this implementation, the incident beam is redirected by the first rotating mirror assembly 122B so that it is moved relative to the mirror surface of the second mirror assembly 122C in a pattern such as circular or elliptical. . In this implementation, for example, rotating mirror assemblies 122B and 122C include angled mirror surfaces 126B, 126C, and the angled mirror surfaces 126B, 126C are relative to the drive shaft of the respective assembly. Are arranged at non-vertical angles.
[0076]図7Bに示されているように、1対の回転ミラー組立体122Β、122Cが上記に説明されているように回転させられるとき、入射ビームが、略円形パターンの中で一連の楕円形パターンで移動させられ、より大きい、この略円形のパターンの中で、サンプルの表面の全体でサンプルを照射する。特定のパターンが示されて説明されているが、任意の数のパターン、または、さらには、パターン化されていない移動も、図7Aに関して上記に説明されているようなアクチュエーター組立体120Bの構造および配置に応じて実現され得る。アクチュエーター組立体120Bの任意のコンポーネントは、コンポーネントの振動、動揺、または他の移動が、サンプルにおける入射ビームの移動を変更することができるように、柔軟に、あるいは移動可能に装着されている。 [0076] As shown in FIG. 7B, when the pair of rotating mirror assemblies 122Β, 122C are rotated as described above, the incident beam is a series of ellipses in a generally circular pattern. In this larger, generally circular pattern that is moved in a shape pattern, the sample is illuminated over the entire surface of the sample. Although a particular pattern is shown and described, any number of patterns, or even unpatterned movements, can be used for the structure of actuator assembly 120B as described above with respect to FIG. 7A and It can be realized depending on the arrangement. Any component of the actuator assembly 120B is mounted flexibly or movably so that the vibration, sway, or other movement of the component can change the movement of the incident beam in the sample.
[0077]図6および図7に関して上記に説明されているように、図7Aおよび図7Bに示されているアクチュエーター組立体120Aまたは120Bは、(たとえば、図6に示されているように)分光器の集束レンズ128とサンプル130との間に配設され、または、励起源と分光器の集束レンズとの間に配設され得る。いずれの実装形態でも、アクチュエーター組立体120Aまたは120Bは、(集束レンズまたは励起源からの)入射ビームを受け入れ、サンプルに向けてビームを反射させる。また、アクチュエーター組立体は、サンプルからの分光信号を受け入れ、それを反射し、分光器の光学システムに戻す。 [0077] As described above with respect to FIGS. 6 and 7, the actuator assembly 120A or 120B shown in FIGS. 7A and 7B may be spectroscopic (eg, as shown in FIG. 6). It may be disposed between the focusing lens 128 of the instrument and the sample 130, or may be disposed between the excitation source and the focusing lens of the spectrometer. In either implementation, actuator assembly 120A or 120B receives an incident beam (from a focusing lens or excitation source) and reflects the beam toward the sample. The actuator assembly also accepts the spectroscopic signal from the sample, reflects it back to the spectroscope optical system.
[0078]図7Aに関して説明されているように、アクチュエーター組立体120Bは、設定された所定の位置へ回転ミラー組立体122Bおよび122Cを移動させる1対の磁石をさらに含むことが可能である。同様に、(図7Aまたは図7Bのいずれかの)モーターは、そのように行うように構成されたステッパーモーターまたは他のモーターなどを介して、所定の位置へ組立体を移動させるように構成され得る。加えて、図7Aおよび図7Bに関して示されているが、同様の磁気的な構成が、本明細書で示されて説明されている他のアクチュエーター組立体に対して使用され得る。図1〜図5および図8〜図10に示されている様々な可撓性の梁または可撓性のシートストックの実装形態に関して、第1の磁石は(たとえば、可撓性の梁の遠位端部もしくはその近くで)可撓性の梁に、または(たとえば、ミラーが可撓性のシートストックに付着されている場所もしくはその近くで)可撓性のシートストックに取り付けられ、第2の磁石は、設定された所定の位置に可撓性の梁または可撓性のシートストックを引き付け、保持するように、分光器内に、および/または分光器上に固定されてもよい。図6および図7に示されている回転する多面的かつ多角度のミラー実装形態に関して、磁石の対は、図6および図7に関して示されて説明されているように、実質的に同様の様式で配置され得る。 [0078] As described with respect to FIG. 7A, the actuator assembly 120B may further include a pair of magnets that move the rotating mirror assemblies 122B and 122C to a predetermined set position. Similarly, the motor (either in FIG. 7A or FIG. 7B) is configured to move the assembly to a predetermined position, such as via a stepper motor or other motor configured to do so. obtain. In addition, although shown with respect to FIGS. 7A and 7B, similar magnetic configurations can be used for other actuator assemblies shown and described herein. With respect to the various flexible beam or flexible sheet stock implementations shown in FIGS. 1-5 and 8-10, the first magnet (e.g., the distal end of the flexible beam). Attached to the flexible beam stock (at or near the proximal end) or to the flexible sheet stock (eg, at or near where the mirror is attached to the flexible sheet stock) The magnets may be fixed in and / or on the spectrometer to attract and hold the flexible beam or flexible sheet stock in a predetermined set position. With respect to the rotating multi-faceted and multi-angle mirror implementation shown in FIGS. 6 and 7, the magnet pairs are substantially similar in manner as shown and described with respect to FIGS. Can be arranged in
[0079]図8は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体160のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図2〜図7に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図8に示されているアクチュエーター組立体160は、分光器の1つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0079] FIG. 8 illustrates yet another exemplary implementation of an actuator assembly 160 for moving the incident beam of the spectrometer across the surface of the sample. Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2-7, the actuator assembly 160 shown in FIG. 8 moves, scans, rasters one or more optical elements of the spectrometer, Alternatively, the incident beam is moved across the surface of the sample.
[0080]図8に示されている特定の実装形態では、ミラー162(または、他の光学要素)が、たとえば、可撓性の梁164に連結されている。ミラー162は、図1に示されている可動ミラー32に対応するものでありうる。可撓性の梁164の第1の近位端部166は、アンカー固定されており、可撓性の梁164の第2の遠位端部168は、ミラー162に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁は、第1の近位端部166においてアンカー固定され、第2の遠位端部168においてミラー162に連結されるように示されているが、可撓性の梁164は、可撓性の梁164の長さLに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および/または、ミラー162に連結され得る。梁164は撓むので、ミラー162は、集束レンズ176などのような、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。 [0080] In the particular implementation shown in FIG. 8, a mirror 162 (or other optical element) is coupled to a flexible beam 164, for example. The mirror 162 may correspond to the movable mirror 32 shown in FIG. The first proximal end 166 of the flexible beam 164 is anchored and the second distal end 168 of the flexible beam 164 is coupled to the mirror 162. Again, although the flexible beam is shown anchored at the first proximal end 166 and coupled to the mirror 162 at the second distal end 168, the flexible beam is shown. The sex beam 164 may be anchored and / or coupled to the mirror 162 at any point along the length L of the flexible beam 164. As beam 164 bends, mirror 162 is moved relative to one or more other optical elements of the spectrometer, such as focusing lens 176.
[0081]可撓性の梁164は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図8に示されている特定の実装形態では、たとえば、磁石/コイル対170が提供されており、可撓性の梁164、および、梁164に連結されている光学要素(たとえば、ミラー162)を移動させる。図8に示されている実装形態では、たとえば、磁石/コイル対170の磁石172(たとえば、永久磁石)は、可撓性の梁164(たとえば、第1の近位端部166)のアンカー点からオフセットされて、可撓性の梁164に連結されている。磁石/コイル対170のコイル173は、磁石172に隣接して配設され、梁164に連結されている磁石172を反発しおよび/または引き付けるように制御され得る。磁石172が、可撓性の梁164に連結されるように示されており、コイル173が、梁164および磁石172からオフセットされて示されているが、反対のものも提供され得る(すなわち、コイルが、梁164に連結され、磁石172が、梁164およびコイル173からオフセットされ得る)。電流がコイル173に印加されると、対向する磁石172が、反発され、および/または引き付けられ、可撓性の梁164を移動させ、そして可撓性の梁164に連結されている光学要素(たとえば、ミラー162)を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー162を含み、ミラー162は、分光器の出力レンズ176からの入射励起ビーム174をサンプル178に向けて反射させる。ミラー162を移動させることによって、アクチュエーター組立体160は、サンプル178の表面の全体に入射ビーム174を移動させる。入射ビーム174によってサンプル178において誘発させられた分光信号は、ミラー162を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ176に反射されるか、または、ミラー(たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー)を通過させられる。また、同様に、ミラー162は、図2に示されているように、励起源と集束レンズ176との間に配設され得る。 [0081] The flexible beam 164 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIG. 8, for example, a magnet / coil pair 170 is provided and a flexible beam 164 and an optical element coupled to the beam 164 (eg, mirror 162). Move. In the implementation shown in FIG. 8, for example, magnet 172 (eg, permanent magnet) of magnet / coil pair 170 is anchored to flexible beam 164 (eg, first proximal end 166). And is connected to a flexible beam 164. Coil 173 of magnet / coil pair 170 may be controlled to repel and / or attract magnet 172 disposed adjacent to magnet 172 and coupled to beam 164. Although magnet 172 is shown coupled to flexible beam 164 and coil 173 is shown offset from beam 164 and magnet 172, the opposite may also be provided (ie, A coil is coupled to beam 164 and magnet 172 can be offset from beam 164 and coil 173). When current is applied to the coil 173, the opposing magnet 172 is repelled and / or attracted to move the flexible beam 164 and an optical element coupled to the flexible beam 164 ( For example, the mirror 162) is moved. In this implementation, the optical element includes a mirror 162 that reflects the incident excitation beam 174 from the output lens 176 of the spectrometer toward the sample 178. By moving the mirror 162, the actuator assembly 160 moves the incident beam 174 across the surface of the sample 178. The spectral signal induced in the sample 178 by the incident beam 174 is received via the mirror 162 and reflected to the output lens 176 of the spectrometer or is mirrored (eg, a dichroic beam splitter mirror, or A mirror with an aperture for receiving the spectroscopic signal. Similarly, the mirror 162 may be disposed between the excitation source and the focusing lens 176 as shown in FIG.
[0082]図2〜図5に関して上記に説明されているように、可撓性の梁164に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号を磁石/コイル対170に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル178の表面の全体にわたる入射ビーム174の運動を制御するために使用され得る。 [0082] As described above with respect to FIGS. 2-5, movement of the one or more optical elements coupled to the flexible beam 164 causes one or more control signals to be transmitted to the magnet / It can be controlled by applying to the coil pair 170. FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that control the movement of the optical element and the movement of the incident beam 174 across the surface of the sample 178. FIG. Can be used for.
[0083]図9は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体180の別の例示的な実装形態を示している。図2〜図8に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図9に示されているアクチュエーター組立体180は、分光器の1つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0083] FIG. 9 illustrates another exemplary implementation of an actuator assembly 180 for moving the incident beam of the spectrometer across the surface of the sample. Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2-8, the actuator assembly 180 shown in FIG. 9 moves, scans, rasters one or more optical elements of the spectrometer, Alternatively, the incident beam is moved across the surface of the sample.
[0084]図9に示されている特定の実装形態では、ミラー182(または、他の光学要素)が、たとえば、可撓性の梁184に連結されている。ミラー182は、図1に示されている可動ミラー32に対応するものでありうる。可撓性の梁184の第1の近位端部186は、アンカー固定されており、可撓性の梁184の第2の遠位端部188は、ミラー182に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁は、第1の近位端部186においてアンカー固定され、第2の遠位端部188においてミラー182に連結されるように示されているが、可撓性の梁184は、可撓性の梁184の長さLに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および/または、ミラー182に連結され得る。梁184は撓むので、ミラー182は、集束レンズ196などのような、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。 [0084] In the particular implementation shown in FIG. 9, a mirror 182 (or other optical element) is coupled to a flexible beam 184, for example. The mirror 182 may correspond to the movable mirror 32 shown in FIG. The first proximal end 186 of the flexible beam 184 is anchored and the second distal end 188 of the flexible beam 184 is coupled to the mirror 182. Again, although the flexible beam is shown anchored at the first proximal end 186 and coupled to the mirror 182 at the second distal end 188, the flexible beam is shown. The sex beam 184 may be anchored and / or coupled to the mirror 182 at any point along the length L of the flexible beam 184. As beam 184 deflects, mirror 182 is moved relative to one or more other optical elements of the spectrometer, such as focusing lens 196.
[0085]可撓性の梁184は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図9に示されている特定の実装形態では、たとえば、圧電アクチュエーター190(たとえば、圧電アクチュエータースタック)が提供されており、可撓性の梁184、および、梁184に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、たとえば、圧電アクチュエーター190は、可撓性の梁184のアンカー点(たとえば、第1の近位端部186)からオフセットされている場所191において、可撓性の梁184に連結されている。また、圧電アクチュエーター190は、圧電アクチュエーター190が可撓性の梁184に連結されている場所に対向する場所192にアンカー固定されている。圧電アクチュエーター190は、(たとえば、梁184を撓ませることによって)可撓性の梁184を移動させるように制御され得る。そして、可撓性の梁は、可撓性の梁184に連結されている光学要素を移動させる。この実装形態では、光学要素は、ミラー182を含み、ミラー182は、分光器の出力レンズからの入射励起ビーム194をサンプル198に向けて反射させる。ミラー182を移動させることによって、アクチュエーター組立体180は、サンプル198の表面の全体に入射ビーム194を移動させる。入射ビーム194によってサンプル198において誘発させられた分光信号は、ミラー182を介して受け入れられ、そして、分光器の出力レンズ196に反射されるか、または、ミラー(たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー)を通過させられる。また、同様に、ミラー182は、図2に示されているように、励起源と集束レンズ196との間に配設され得る。 [0085] The flexible beam 184 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIG. 9, for example, a piezoelectric actuator 190 (eg, a piezoelectric actuator stack) is provided and includes a flexible beam 184 and an optical element coupled to the beam 184. Move. In this implementation, for example, the piezoelectric actuator 190 is coupled to the flexible beam 184 at a location 191 that is offset from the anchor point (eg, first proximal end 186) of the flexible beam 184. Has been. The piezoelectric actuator 190 is anchored to a location 192 that faces the location where the piezoelectric actuator 190 is connected to the flexible beam 184. Piezoelectric actuator 190 may be controlled to move flexible beam 184 (eg, by deflecting beam 184). The flexible beam then moves the optical element coupled to the flexible beam 184. In this implementation, the optical element includes a mirror 182 that reflects the incident excitation beam 194 from the output lens of the spectrometer toward the sample 198. By moving the mirror 182, the actuator assembly 180 moves the incident beam 194 across the surface of the sample 198. Spectral signals induced in the sample 198 by the incident beam 194 are received via the mirror 182 and reflected to the output lens 196 of the spectrometer or mirror (eg, dichroic beam splitter mirror, or A mirror with an aperture for receiving the spectroscopic signal. Similarly, the mirror 182 can be disposed between the excitation source and the focusing lens 196 as shown in FIG.
[0086]図2〜図5に関して上記に説明されているように、可撓性の梁184に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号を圧電アクチュエーター190に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル198の表面の全体にわたる入射ビーム194の運動を制御するために使用され得る。 [0086] As described above with respect to FIGS. 2-5, movement of the one or more optical elements coupled to the flexible beam 184 may cause one or more control signals to be transmitted to the piezoelectric actuator. It can be controlled by applying to 190. FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that control the movement of the optical element and the movement of the incident beam 194 across the surface of the sample 198. FIG. Can be used for.
[0087]図8および図9のアクチュエーターは、可撓性の梁に関して示されているが、アクチュエーターは、代替的に、図4および図5に関して示されているものなどのような、1つまたは複数の可撓性のシートストックを提供され得る。 [0087] Although the actuators of FIGS. 8 and 9 are shown with respect to a flexible beam, the actuators may alternatively be one or more such as those shown with respect to FIGS. Multiple flexible sheet stocks can be provided.
[0088]図10は、サンプルの表面の全体に分光器の入射ビームを移動させるためのアクチュエーター組立体200のさらなる別の例示的な実装形態を示している。図2および図3に示されているアクチュエーター組立体と同様に、図10に示されているアクチュエーター組立体200は、分光器の1つまたは複数の光学要素を移動させ、スキャンし、ラスターし、あるいは、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させる。 [0088] FIG. 10 illustrates yet another exemplary implementation of an actuator assembly 200 for moving an incident beam of a spectrometer across the surface of a sample. Similar to the actuator assembly shown in FIGS. 2 and 3, the actuator assembly 200 shown in FIG. 10 moves, scans, rasters one or more optical elements of the spectrometer, Alternatively, the incident beam is moved across the surface of the sample.
[0089]図10に示されている特定の実装形態では、集束ミラー202(または、他の光学要素)が、たとえば、図2および図3に関して上記に説明されているように、可撓性の梁204に連結されている。集束ミラー202は、図1に示されている可動ミラー32と出力集束レンズ34の組み合わせに対応するものでありうる。したがって、集束ミラー202は、入射ビーム214を集束させること、および、サンプル218の表面の全体にビーム214を移動させることの両方を行う。可撓性の梁204の第1の近位端部206は、アンカー固定されており、可撓性の梁204の第2の遠位端部208は、ミラー202に連結されている。繰り返しになるが、可撓性の梁204は、第1の近位端部206においてアンカー固定され、第2の遠位端部208においてミラー202に連結されるように示されているが、可撓性の梁204は、可撓性の梁204の長さLに沿って任意のポイントで、アンカー固定され、および/または、ミラー202に連結され得る。梁204は、(たとえば、曲げおよび/または捩じりの力に起因して)撓むので、集束ミラー202は、分光器の1つまたは複数の他の光学要素に対して移動させられる。梁204の移動は、たとえば、集束ミラー202の角度を変更し、定位経路から入射ビームを方向付けし直すことが可能である。(分光器の光学システムを介して受け入れられる)コリメートされた入射ビームは、たとえば、集束ミラー202に当たり、集束させられたスポットまたは領域をサンプル218に形成するように集束させられ、方向付けし直される。図2および図3に関して上記に説明されているように、サンプル218に照射される領域のサイズおよび形状は、モーター速度、梁形状、および梁剛性などによって変化させられ得る。加えて、モーター210の速度は、照射される領域を最大化するような仕方で変化(たとえば、急激に、または一定の割合で増減)させられてもよい。 [0089] In the particular implementation shown in FIG. 10, the focusing mirror 202 (or other optical element) is flexible, for example as described above with respect to FIGS. It is connected to the beam 204. The focusing mirror 202 may correspond to the combination of the movable mirror 32 and the output focusing lens 34 shown in FIG. Accordingly, the focusing mirror 202 both focuses the incident beam 214 and moves the beam 214 across the surface of the sample 218. The first proximal end 206 of the flexible beam 204 is anchored and the second distal end 208 of the flexible beam 204 is coupled to the mirror 202. Again, the flexible beam 204 is shown anchored at the first proximal end 206 and coupled to the mirror 202 at the second distal end 208. The flexible beam 204 may be anchored and / or coupled to the mirror 202 at any point along the length L of the flexible beam 204. As beam 204 deflects (eg, due to bending and / or torsional forces), focusing mirror 202 is moved relative to one or more other optical elements of the spectrometer. Movement of the beam 204 can, for example, change the angle of the focusing mirror 202 and redirect the incident beam from the localization path. The collimated incident beam (accepted via the spectroscopic optical system) hits the focusing mirror 202, for example, and is focused and redirected to form a focused spot or region on the sample 218. . As described above with respect to FIGS. 2 and 3, the size and shape of the region irradiated on the sample 218 can be varied by motor speed, beam shape, beam stiffness, and the like. In addition, the speed of the motor 210 may be varied (eg, abruptly or increased or decreased at a constant rate) in such a way as to maximize the illuminated area.
[0090]可撓性の梁214は、任意の数のアクチュエーターによって移動させられ得る。図10に示されている特定の実装形態では、たとえば、オフセットウェイト212を含むモーター210(たとえば、携帯電話バイブレーターモーター)が、可撓性の梁204のアンカー点(たとえば、第1の近位端部206)からオフセットされて、可撓性の梁204に連結されている。モーターが励起されると、オフセットウェイト212は、可撓性の梁204を振動させ、可撓性の梁204に連結されている光学要素(たとえば、集束レンズ202)を移動させる。この実装形態では、光学要素は、集束ミラー202を含み、集束ミラー202は、分光器光学システムからの入射励起ビーム214をサンプル218に向けて集束および反射させる。ミラー202を移動させることによって、アクチュエーター組立体200は、サンプル218の表面の全体に入射ビーム214を移動させる。入射ビーム214によってサンプルにおいて誘発させられた分光信号は、ミラー202を介して受け入れられ、そして、分光器光学システムに反射されるか、または、ミラー202(たとえば、ダイクロイックビームスプリッターミラー、または、分光信号を受け入れるための開口を備えるミラー)を通過させられる。 [0090] The flexible beam 214 may be moved by any number of actuators. In the particular implementation shown in FIG. 10, for example, a motor 210 that includes an offset weight 212 (eg, a mobile phone vibrator motor) is attached to the anchor point (eg, first proximal end) of the flexible beam 204. Offset from the portion 206) and connected to the flexible beam 204. When the motor is energized, the offset weight 212 causes the flexible beam 204 to vibrate and move the optical element (eg, focusing lens 202) coupled to the flexible beam 204. In this implementation, the optical element includes a focusing mirror 202 that focuses and reflects the incident excitation beam 214 from the spectrometer optical system toward the sample 218. By moving the mirror 202, the actuator assembly 200 moves the incident beam 214 across the surface of the sample 218. Spectral signals induced in the sample by incident beam 214 are received via mirror 202 and reflected to the spectroscopic optical system or mirror 202 (eg, dichroic beam splitter mirror or spectroscopic signal). Through a mirror).
[0091]図2および図3に関して上記に説明されているように、可撓性の梁204に連結されている1つまたは複数の光学要素の移動は、1つまたは複数の制御信号をモーター210に適用することによって制御され得る。下記に説明されている図11および図12は、例示的な制御波形を示しており、その制御波形は、光学要素の運動、そして、サンプル218の表面の全体にわたる入射ビーム214の運動を制御するために使用され得る。 [0091] As described above with respect to FIGS. 2 and 3, movement of one or more optical elements coupled to the flexible beam 204 causes one or more control signals to be transmitted to the motor 210. Can be controlled by applying to FIGS. 11 and 12, described below, illustrate exemplary control waveforms that control the movement of the optical element and the movement of the incident beam 214 across the surface of the sample 218. FIG. Can be used for.
[0092]アクチュエーター組立体200は、任意の数のパターンまたは経路で、サンプル218の表面の全体に入射ビームを移動させるために使用され得る。アクチュエーター組立体200は、たとえば、線、楕円、円形の様式で、または、他の制御されたもしくは制御されていない様式で、ミラー202を移動させ、任意の数のパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させることが可能である。したがって、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動は、分光器が、分光器の分解能を低減させることなく、より大きいサンプル218の領域をサンプリングすることを可能にする。 [0092] The actuator assembly 200 may be used to move the incident beam across the surface of the sample 218 in any number of patterns or paths. Actuator assembly 200 moves mirror 202 in a linear, elliptical, circular manner, or in other controlled or uncontrolled manner, for example, in any number of patterns or paths, to the surface of the sample. It is possible to move the incident beam over the whole. Thus, movement of the incident beam across the surface of the sample allows the spectrometer to sample a larger area of sample 218 without reducing the resolution of the spectrometer.
[0093]図11および図12は、図2〜図5および図10に示されている実装形態のモーターを制御するために使用され得る例示的なモーター駆動波形の波形を示している。図11は、たとえば、アクチュエーター組立体のモーターのための制御信号として使用され得る鋸歯状のモーター駆動波形220を示している。鋸歯状のモーター駆動波形は、初期パワーブースト部分222および速度制御ランプ部分224を含む。図12は、アクチュエーター組立体のモーターのための制御信号として使用され得る三角形モーター駆動波形230を示している。三角形モーター駆動波形230は、初期パワーブースト部分232および速度制御ランプ部分234を含む。これらの例示的な波形は、制御されたやり方で、モーター速度を変化させるために使用され得る。DCモーターは、始動するときよりも低い速度(または電圧)で動くので、制御信号は、初期スパイクを提供し、次いで、制御されたランプ信号に切り替わりうる。 [0093] FIGS. 11 and 12 show exemplary motor drive waveform waveforms that may be used to control the motors of the implementations shown in FIGS. 2-5 and 10. FIG. 11 shows a sawtooth motor drive waveform 220 that can be used, for example, as a control signal for a motor in an actuator assembly. The serrated motor drive waveform includes an initial power boost portion 222 and a speed control ramp portion 224. FIG. 12 shows a triangular motor drive waveform 230 that can be used as a control signal for the motor of the actuator assembly. Triangular motor drive waveform 230 includes an initial power boost portion 232 and a speed control ramp portion 234. These exemplary waveforms can be used to change motor speed in a controlled manner. Since the DC motor moves at a lower speed (or voltage) than when it starts, the control signal can provide an initial spike and then switch to a controlled ramp signal.
[0094]DCモーターの速度を変化させることで、入射ビームが単にパターンの周縁を回るだけでなくパターン全体にわたって移動するように、パターン(たとえば、円形または楕円形のパターン)を崩すことができる。 [0094] By changing the speed of the DC motor, the pattern (eg, a circular or elliptical pattern) can be disrupted so that the incident beam moves not only around the periphery of the pattern but also across the pattern.
[0095]また、他のアクチュエーターが、様々な様式で駆動され、様々なパターンまたは経路で、サンプルの表面の全体にわたる入射ビームの移動を実現することが可能である。図8に示されているような磁石/コイル対のアクチュエーターは、方形波または正弦波制御信号などのような制御信号によって駆動され得る。また、図9に示されているような圧電アクチュエーターは、正弦波などのような制御信号によって駆動され得る。正弦波制御信号は、たとえば、アクチュエーター組立体の運動を変化させるように振幅および/または周波数を変化させられてもよい。 [0095] Other actuators can also be driven in various ways to achieve movement of the incident beam across the surface of the sample in various patterns or paths. A magnet / coil pair actuator as shown in FIG. 8 may be driven by a control signal such as a square wave or sinusoidal control signal. Also, the piezoelectric actuator as shown in FIG. 9 can be driven by a control signal such as a sine wave. The sinusoidal control signal may be varied in amplitude and / or frequency, for example, to vary the motion of the actuator assembly.
[0096]非常にハイエンドのレニショー社製ラマン顕微鏡と、手頃な価格のCOTS(commercial-of-the-shelf)ハンドヘルド式ラマンシステムとの組み合わせなどのような様々な機器をプラットフォームとして、ラマンターゲットの分析が行われ得るが、より大きいターゲット領域の中に配設されている小さいターゲットを検出することは、困難である可能性がある。1つまたは複数のタグ付きの繊維(たとえば、撚糸)がより大きい織物製品の中に配設されている織物環境では、手頃な価格のCOTSラマンデバイスを、タグ付きの撚糸の認証を行うために使用することができる。しかし、より実行可能な細線ベースの織物認証ソリューションを提供する設計変化が提供される(図13)。 [0096] Analysis of Raman targets using various instruments as a platform, such as a combination of a very high-end Renishaw Raman microscope and an affordable commercial-of-the-shelf (COTS) handheld Raman system Can be performed, but it can be difficult to detect small targets that are disposed within a larger target area. In a textile environment where one or more tagged fibers (eg, twisted yarns) are arranged in a larger textile product, an affordable COTS Raman device can be used to perform tagged twisted yarn authentication. Can be used. However, a design change is provided that provides a more feasible fine line based fabric authentication solution (FIG. 13).
[0097]上記に説明されているようなCOTSラマンリーダーは、(たとえば、未知のバルク材料(粉末、純正液体など)を識別するために)システムとサンプルとの間の焦点距離の適度な制御を提供するサンプリングプローブを使用しうる。バルク材料識別は、典型的に、サンプルの正確な場所を必要としない。さらに、未知の物体の識別は、高いスペクトル分解能、および、関連づけられた小さいサンプリング/焦点体積(50μm)を必要とする。1つの実装形態では、たとえば、小さい焦点体積を使用する規格外に細い線のサンプルのラマン分析に関する困難性は、10〜30μmの間の直径を有する個々の繊維から作製された繊維状基材を位置付けし、その上に焦点を合わせることの困難性を含む。 [0097] A COTS Raman reader, as described above, provides reasonable control of the focal length between the system and the sample (eg, to identify unknown bulk materials (powder, pure liquid, etc.)). The provided sampling probe can be used. Bulk material identification typically does not require the exact location of the sample. Furthermore, identification of unknown objects requires high spectral resolution and an associated small sampling / focal volume (50 μm). In one implementation, for example, the difficulty with Raman analysis of sub-standard thin line samples using small focal volumes is due to fibrous substrates made from individual fibers having a diameter between 10-30 μm. Including the difficulty of positioning and focusing on it.
[0098]検出器の1つの実装形態では、ラマン分光器は、本明細書で提供されているように、織物製品の中に混入されたタグ付きの繊維(たとえば、1〜3%だけ活性繊維を有するような混入された細線)を検出するために使用され得る。1つの実装形態では、スキャニング能力、および、拡張された焦点体積(たとえば、数百μm)を装備したラマンリーダーが提供される。 [0098] In one implementation of the detector, the Raman spectrometer, as provided herein, includes tagged fibers (eg, 1 to 3% active fibers) incorporated into the textile product. Can be used to detect mixed fine lines). In one implementation, a Raman reader equipped with scanning capabilities and an expanded focal volume (eg, several hundred μm) is provided.
[0099]1つの実装形態では、低コストで使用しやすいハンドヘルド式デバイスを備える、細線ベースの織物認証のためのラマンリーダーが提供される。より大きいサンプリング領域の中の小さいタグ付きのアイテムと結び付く実行可能な市販のリーダーを設計するための挑戦は、エンドユーザーのためのサンプリングメカニズム、およびコスト/性能上の便益を含む。 [0099] In one implementation, a Raman reader for fine line based fabric authentication is provided that comprises a low cost, easy to use handheld device. Challenges to design a viable commercial reader that connects with smaller tagged items in a larger sampling area include sampling mechanisms for end users, and cost / performance benefits.
[00100]1つの実装形態では、たとえば、特徴的な高エタンデュの励起/収集システムおよび分光器設計が提供される。 [00100] In one implementation, for example, a characteristic high etendue excitation / collection system and spectrometer design is provided.
[00101]エタンデュは、光収集に関係するが、単に収集された光の立体角を表すというよりも、スペクトルの分解能をも含むといったほうがよい。これは、エタンデュ(G)についての近似式G=S’L/qから理解することが可能である。ここで、S’はスリット幅であり、Lは収集レンズの面積であり、qは収集レンズから入口スリットまでの距離である。たとえば、www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/throughput-etendue/を参照されたい。この概念は、1:1画像分光器における入口スリットの幅を説明し、スペクトルの分解能と同視する。また、この概念は、レンズの面積および倍率を、L/qの項を通して説明する。 [00101] Etendue is related to light collection, but it is better to include spectral resolution than just representing the solid angle of the collected light. This can be understood from the approximate expression G = S′L / q for etendue (G). Here, S ′ is the slit width, L is the area of the collecting lens, and q is the distance from the collecting lens to the entrance slit. For example, see www.horiba.com/us/en/scientific/products/optics-tutorial/throughput-etendue/. This concept describes the width of the entrance slit in a 1: 1 image spectrometer and is equated with spectral resolution. This concept also explains the lens area and magnification through the L / q term.
[00102]典型的な最新のラマンシステムは、収集レンズが大きい立体角を収集し、スポットを拡大し、狭いスリットを通してそれを送ることで合理的な分解能を維持するように、サンプルにおいて小さいスポットを作り出すことを指向している。これは、均質なバルクサンプルに理想的である。しかし、上記に示されているように、特定の検出ソリューションは、異なるセットの標準を必要とする。そのようなサンプル、たとえば衣類の縫糸は、均質なサンプルの例ではなく、連続的な試験を繰り返す需要をもつエンドユーザーが、正しい縫糸に当てるための慎重なポイントおよびシュート精度をもちうるとは考えられない。これは、リーダーに、典型的な材料識別システムではサンプルにおける大きいスポットサイズを意味する大きい領域をサンプリングすることと、エタンデュ概念が提案するように不十分なスペクトル分解能を伴う大きいスリットとを要求する。これは、非常に限定された数のタグでは許容可能であり得るが、様々な実装形態に存在し得る多くのタグ(たとえば、数百から数千のタグ)を解像するために必要とされるスペクトルの分解能とは両立しない。 [00102] A typical state-of-the-art Raman system uses a small spot in the sample so that the collection lens collects a large solid angle, magnifies the spot, and sends it through a narrow slit to maintain reasonable resolution. Oriented to produce. This is ideal for homogeneous bulk samples. However, as indicated above, certain detection solutions require a different set of standards. Such samples, such as garment threads, are not examples of homogeneous samples, and we believe that end-users with the need to repeat continuous tests may have careful points and chute accuracy to hit the correct thread. I can't. This requires the reader to sample a large area, which means a large spot size in the sample in a typical material identification system, and a large slit with insufficient spectral resolution as suggested by the etendue concept. This may be acceptable with a very limited number of tags, but is needed to resolve many tags (eg, hundreds to thousands of tags) that may exist in various implementations. This is incompatible with the resolution of the spectrum.
[00103]図14は、この問題に対するソリューションの1つの実装形態を図示している。この実装形態では、リーダーは、しっかりと集束させられるレーザー励起ビームをラスターするように設計されており、それは、良好なスペクトルの分解能のために、そのビームからのラマン励起を幅の狭いスリット幅に結び付け、低f/#収集レンズおよびスペクトログラフを備える高いスペクトルのスループットを維持する。大きいスポットサイズを使用するというよりも、オービタルラスタースキャン(ORS:orbital raster scan)は、開口設計に対して小さいビームサイズを維持する。正味の効果は、平均化されたスポットサイズであり、それは、エンドユーザーが、目的の縫糸の近くにデバイスを設置し、縫糸を囲むのに十分な大きさの領域をスキャンすることを可能にする。この設計と現在市販されているラマンシステムとの間の相違は重要である。ORSを用いて、高いスペクトル分解能、および、したがってラマン解像力が、様々なシステムで検出されることとなる複数の(たとえば、1000以上の)タグとして保持されることとなる。 [00103] FIG. 14 illustrates one implementation of a solution to this problem. In this implementation, the reader is designed to raster a tightly focused laser excitation beam that, for good spectral resolution, reduces the Raman excitation from that beam to a narrow slit width. Combine and maintain high spectral throughput with low f / # collection lens and spectrograph. Rather than using a large spot size, an orbital raster scan (ORS) maintains a small beam size for the aperture design. The net effect is the averaged spot size, which allows the end user to place the device near the target thread and scan an area large enough to surround the thread . The difference between this design and the currently marketed Raman system is significant. Using ORS, high spectral resolution, and thus Raman resolution, will be retained as multiple (eg, 1000 or more) tags that will be detected by various systems.
[00104]レーザーの安全
また、エンドユーザーへの配慮もまた、リーダーの焦点を制御する。様々な他の材料識別システムが、最良の焦点を保証するために、接触式プローブを使用している。サンプルが、たとえば、均質な粉末、固体、または液体である場合には、これらのシステムは、先の尖った先端部またはバイアルホルダーを使用する。完全な危険物(HAZMAT)へ一次的な防御のために、これは非常に適切な設計である。しかし、それは、タグ付きのデバイス(たとえば、衣類のピースのタグ付きの繊維)を位置付けするのには理想的でない。
[00104] Laser safety End-user considerations also control the focus of the reader. Various other material identification systems use contact probes to ensure the best focus. If the sample is, for example, a homogeneous powder, solid, or liquid, these systems use a pointed tip or vial holder. This is a very suitable design for primary protection against a complete hazard (HAZMAT). However, it is not ideal for positioning a tagged device (eg, a tagged piece of clothing piece).
[00105]1つの実装形態では、リーダー焦点を収集レンズから離れて(たとえば、25mm離れて)位置付けし、保護材料(たとえば、プラスチック)のチューブによってサンプリング距離をカバーすることが可能である。材料(たとえば、プラスチック)は、全体的な吸光度を作り出すためにスモークされるか、サンプルの良好な可視性を可能にするために選択的な波長であり、提案される808nm波長レーザーにおける吸収を依然として提供することが可能である。 [00105] In one implementation, the reader focus can be positioned away (eg, 25 mm away) from the collection lens and the sampling distance can be covered by a tube of protective material (eg, plastic). The material (eg, plastic) is smoked to create an overall absorbance or is a selective wavelength to allow good visibility of the sample and still absorbs in the proposed 808 nm wavelength laser It is possible to provide.
[00106]この実装形態では、システムは、未熟なエンドユーザーが、照射される領域を観察しながら、焦点調整または目の安全性に対する心配なく、デバイスを動作させることを可能にすることとなる。目の安全用シリンダーは、インターロックされ、圧力がサンプルに加えられたときだけ、レーザーがオンになるようになっている。これは、レーザーの安全性をユーザーに提供する。 [00106] In this implementation, the system will allow unskilled end-users to operate the device while observing the illuminated area without worrying about focus adjustment or eye safety. The eye safety cylinder is interlocked so that the laser is turned on only when pressure is applied to the sample. This provides the user with laser safety.
[00107]ライブラリーマッチングおよび分解能
典型的なライブラリーマッチングアルゴリズムでは、簡単な相関関係が、次式によって表される。
[00107] Library Matching and Resolution In a typical library matching algorithm, a simple correlation is represented by:
R2=1−(<Lm>・<Um>)2/[(<Lm>・<Lm>)(<Um>・<Um>)]
ここで、LmおよびUmは、それぞれ、平均中心化されたライブラリーおよびサンプル(未知)のスペクトルである。この方法は、大きいデータベースを探索するために非常にうまく機能する。このアルゴリズムの1つの性質は、ラマン特徴の周波数位置に対する高い感度、および、相対的なピーク強度に対する低い感度である。平均中心化することは、スペクトルのベースラインの変化に起因するスプリアス結果を除去する。
R 2 = 1 − (<L m > · <U m >) 2 / [(<L m > · <L m >) (<U m > · <U m >)]]
Where L m and U m are the average centered library and sample (unknown) spectra, respectively. This method works very well for searching large databases. One property of this algorithm is high sensitivity to the frequency location of Raman features and low sensitivity to relative peak intensities. Average centering eliminates spurious results due to changes in the baseline of the spectrum.
[00108]蛍光バックグラウンドが平均中心化によって除去されないので、蛍光は、このルーチンによって問題を引き起こす可能性がある。蛍光に関して修正するために、一次微分スペクトルをとることが可能である。これは、高周波数ラマンバンドに関して鋭いピークを作り出しながら、蛍光に起因する低周波数強度変化を除去する(図15)。 [00108] Fluorescence can cause problems with this routine because the fluorescence background is not removed by average centering. To correct for fluorescence, it is possible to take a first derivative spectrum. This eliminates the low frequency intensity change due to fluorescence while creating a sharp peak for the high frequency Raman band (FIG. 15).
[00109]R.マクレアリー、A.ホルン、J.スペンサー、およびE.ジェファーソン,1998年,“Noninvasive identification of materials inside USP vials with Raman spectroscopy and a Raman spectral library”,Journal of Pharmaceutical Sciences,第87巻第1号),1−8頁は、ラマン分光との現実的な材料マッチングに関する参考文献である。この参考文献は、一次微分相関関係とのマッチングの大きな改善を図示している。それは、SNR低減に対するマッチングアルゴリズムの相対的な抵抗を図示している。たとえば、それらは、ノイズに対する信号の比が17である場合に優秀なマッチング(R2=0.95)を示した。ノイズに対する信号の比が2.8である場合でも、マッチングアルゴリズムは、依然として、材料を適正に識別した。 [00109] R.C. McClary, A.M. Horn, J.H. Spencer, and E.I. Jefferson, 1998, “Noninvasive identification of materials inside USP vials with Raman spectroscopy and a Raman spectral library”, Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol. 87, No. 1), p. 1-8, is a realistic material with Raman spectroscopy. This is a reference for matching. This reference illustrates a significant improvement in matching with first-order differential correlations. It illustrates the relative resistance of the matching algorithm to SNR reduction. For example, they showed excellent matching (R 2 = 0.95) when the signal to noise ratio was 17. Even if the signal to noise ratio was 2.8, the matching algorithm still correctly identified the material.
[00110]活性化された縫糸の図15のスペクトルは、下記に説明されることとなるシステムによって、1秒で獲得された。表1は、タグに関して、計算されたおよび予想されたSNR値を図示している。この表では、SNRは、2つのフォーマットで表されている。すなわち、単一のピーク測定、およびフルスペクトルのマッチング測定として、表されている。単一のピークおよびフルスペクトルのマッチングの実際のSNR比較は、左側の第2列から表されている。フルスペクトルのマッチングは、単一のピークよりもほぼ4倍良いSNRである。1つの実装形態では、システムは、織物製品の中におおよそ2%混入されたタグ付きの繊維を使用して、細いタグ付きの繊維を明白に識別することが可能である。次の列は、この希釈によって、および、ラスタリングによって、SNRがどのように影響を受け、より大きいスポットを作り出し、10秒までの統合を変化させるということを示している。SNRの閾値>5が確立される場合には、低い電力を与えられるレーザーシステムが、領域(フルスペクトルの)マッチングに関するものよりも十分に優れているということが理解され、また、より高出力のもの(80mWレーザー)が使用される場合には、閾値よりも12倍優れている。 [00110] The spectrum of FIG. 15 of the activated thread was acquired in 1 second by the system that will be described below. Table 1 illustrates the calculated and expected SNR values for the tags. In this table, the SNR is represented in two formats. That is, it is represented as a single peak measurement and a full spectrum matching measurement. The actual SNR comparison of single peak and full spectrum matching is represented from the second column on the left. Full spectrum matching is an SNR that is almost four times better than a single peak. In one implementation, the system can clearly identify thin tagged fibers using tagged fibers mixed approximately 2% in the textile product. The next column shows how the SNR is affected by this dilution and by rastering, creating a larger spot and changing the integration up to 10 seconds. It is understood that if a SNR threshold> 5 is established, a low power laser system will be well outperformed with respect to region (full spectrum) matching, and higher power When an object (80 mW laser) is used, it is 12 times better than the threshold.
例示的なラマンリーダー設計
[00111]分光器を実現するコンパクトな試験台において、レーザー、検出器、格子、開口、およびレンズを交換することによって、異なるリーダーの分析が実施された。この分析は、$1000未満の売上原価(COGS)で、ゴールドスタンダードシステム(および/または、高度に冷却されるCCD)を結果として生じさせた。主要なコストドライバーは、レーザーおよび検出器である。低コストVCSELレーザー源およびリニアCCDを備えるシステムは、高出力レーザーおよび高価な科学グレードの検出器を備えるシステムとほぼ均等の性能を有していた。これらの結果は、確立されたラマン性能とは対照的であるように見える。しかし、実現され得る様々な実装形態を理解することは重要である。特定の実装形態では、たとえば、リーダーは、10秒未満の獲得レジームにおいて動作させられる。このレジームでは、ダークノイズは重要でなく、低コスト、低読み出しノイズの検出器が、高価な高度に冷却される検出器と同様に実施され得る。
Example Raman reader design
[00111] Analysis of different readers was performed by exchanging lasers, detectors, gratings, apertures, and lenses in a compact test bench that realized the spectrometer. This analysis resulted in a Gold Standard system (and / or a highly cooled CCD) with a cost of sales (COGS) of less than $ 1000. The main cost drivers are lasers and detectors. A system with a low cost VCSEL laser source and a linear CCD had almost equivalent performance as a system with a high power laser and an expensive scientific grade detector. These results appear to be in contrast to established Raman performance. However, it is important to understand the various implementations that can be realized. In certain implementations, for example, the leader is operated in an acquisition regime of less than 10 seconds. In this regime, dark noise is not important, and low cost, low readout noise detectors can be implemented similar to expensive highly cooled detectors.
SERSナノ粒子活性繊維リーダー
[00112]SERSナノ粒子活性繊維ターゲットと結び付く実行可能な市販のリーダーについての挑戦は、エンドユーザーのためのサンプリングメカニズムおよびコスト/性能の便益を含む。これらの挑戦は、本明細書で説明されている分光器設計の特徴的な高エタンデュ励起/収集システムによって満たされ得る。
エタンデュ
[00113]エタンデュは、光収集に関係するが、単に収集された光の立体角を表すというよりも、スペクトルの分解能をも含むといったほうがよい。これは、エタンデュ(G)についての近似式G=S’L/qから理解することが可能である。ここで、S’はスリット幅であり、Lは収集レンズの面積であり、qは収集レンズから入口スリットまでの距離である。この概念は、1:1画像分光器においてスペクトルの分解能と同視される入口スリットの幅をうまく説明している。また、この概念は、レンズの面積および倍率を、L/qの項を通して説明する。
SERS nanoparticle active fiber leader
[00112] Challenges for viable commercial leaders associated with SERS nanoparticle active fiber targets include sampling mechanisms and cost / performance benefits for end users. These challenges can be met by the characteristic high etendue excitation / collection system of the spectrometer design described herein.
Etendue
[00113] Etendue is related to light collection, but it is better to include spectral resolution than just representing the solid angle of the collected light. This can be understood from the approximate expression G = S′L / q for etendue (G). Here, S ′ is the slit width, L is the area of the collecting lens, and q is the distance from the collecting lens to the entrance slit. This concept well explains the width of the entrance slit that is equated with spectral resolution in a 1: 1 image spectrometer. This concept also explains the lens area and magnification through the L / q term.
[00114]典型的な最新のラマンシステムは、収集レンズが大きい立体角を収集し、スポットを拡大し、狭いスリットを通してそれを送ることで合理的な分解能を維持するように、サンプルにおいて小さいスポットを作り出すことを指向している。ハンドヘルド式材料識別システムは、サンプルが均質であるときのこれらの要件の下で十分に機能する。 [00114] A typical state-of-the-art Raman system uses a small spot in the sample so that the collection lens collects a large solid angle, magnifies the spot, and sends it through a narrow slit to maintain reasonable resolution. Oriented to produce. The handheld material identification system works well under these requirements when the sample is homogeneous.
[00115]1つの実装形態では、標準の異なるセットが提供される。サンプル(たとえば、衣類の縫糸)は、均質なサンプルを表さない。連続的な試験を繰り返す需要をもつエンドユーザーが、連続的な試験の繰り返しの需要の下で、正しい縫糸に当てるための慎重なポイントおよびシュート精度をもちうるとは考えられない。これは、リーダーに、典型的な材料識別システムではサンプルにおける大きいスポットサイズを意味する大きい領域をサンプリングすることと、エタンデュ概念が提案するように不十分なスペクトル分解能を伴う大きいスリットとを要求する。これは、非常に限定された数のタグでは許容可能であり得るが、様々な実装形態で提供される多くのタグ(たとえば、数百から数千のタグ)を解像するために必要とされるスペクトルの分解能とは両立しない。 [00115] In one implementation, a different set of standards is provided. Samples (eg, clothing threads) do not represent a homogeneous sample. It is unlikely that an end-user with the need to repeat a continuous test may have the prudent point and chute accuracy to hit the correct thread under the demand for repeated continuous testing. This requires the reader to sample a large area, which means a large spot size in the sample in a typical material identification system, and a large slit with insufficient spectral resolution as suggested by the etendue concept. This may be acceptable with a very limited number of tags, but is required to resolve many tags (eg, hundreds to thousands) provided in various implementations. This is incompatible with the resolution of the spectrum.
[00116]図16は、この困難に対する1つのソリューションを図示している。このソリューションでは、リーダーは、しっかりと集束させられるレーザー励起ビームをラスターしており、良好なスペクトルの分解能のために、そのビームからのラマン励起を幅の小さいスリット幅に結び付け、低f/#収集レンズおよびスペクトログラフを備える高いスペクトルのスループットを維持する。大きいスポットサイズを使用するというよりも、SnRIからのオービタルラスタースキャン(ORS)は、開口設計に対して、瞬間的に結び付けられる小さいビームサイズを維持する。正味の効果は、平均化されたスポットサイズであり、それは、エンドユーザーが、目的の縫糸の近くにデバイスを設置し、縫糸を位置付けするのに十分な大きさの領域をスキャンすることを可能にする。この設計と現在のラマンシステムとの間の相違は重要である。高いスペクトル分解能、および、したがってラマン解像力が維持される。 [00116] Figure 16 illustrates one solution to this difficulty. In this solution, the reader rasters a tightly focused laser excitation beam, and for good spectral resolution, combines the Raman excitation from that beam with a narrow slit width and low f / # acquisition Maintain high spectral throughput with lenses and spectrograph. Rather than using a large spot size, an orbital raster scan (ORS) from SnRI maintains a small beam size that is instantaneously tied to the aperture design. The net effect is the averaged spot size, which allows the end user to scan the area large enough to place the device near the target thread and position the thread To do. The difference between this design and the current Raman system is important. High spectral resolution and thus Raman resolution is maintained.
タガントの例
[00117]サンプルの中に配設されている分散されたレポーター(たとえば、タガント)は、サンプルの表面の全体に入射ビームを移動させるように構成されている分光器によって検出され得る。1つの実装形態では、たとえば、タグ付きのペイントでコーティングされたパネルは、そのような分光器によってサンプリングされ得る。この実装形態では、たとえば、タガントは、低い濃度であることが可能であり、均一に分散されている必要はない。タガントは、スペクトルを解像するために高いスペクトル分解能を必要とする発光材料であることが可能である。図17は、サンプルの全体に集束入射ビームを移動させること(たとえば、ラスタリング)に起因して、少量のタガントを含む場所、および、そのスポットにおける強い信号変化を示している。図17は、単一ポイントの焦点測定(実線)および同じスポットの周りのラスター測定(点線)の例を示している。ポイント焦点は、少量のタガントを備えるスポットに当たっている。ラスタースキャンは、多量のタガントおよび少量のタガントを含有する領域を平均する。
Tagant example
[00117] A dispersed reporter (eg, taggant) disposed in a sample can be detected by a spectrometer configured to move the incident beam across the surface of the sample. In one implementation, for example, a panel coated with tagged paint can be sampled by such a spectrometer. In this implementation, for example, the taggant can be at a low concentration and need not be uniformly distributed. Taggant can be a luminescent material that requires high spectral resolution to resolve the spectrum. FIG. 17 shows a location containing a small amount of taggant and a strong signal change at that spot due to moving the focused incident beam across the sample (eg, rastering). FIG. 17 shows an example of single point focus measurement (solid line) and raster measurement around the same spot (dotted line). The point focus is on a spot with a small amount of taggant. Raster scans average areas that contain a large amount of taggant and a small amount of taggant.
[00118]図18は、ビームを移動させること(たとえば、ラスタリング)が使用されるときの、パネルの全体にわたる小さい変化を図示している。この図示では、ラスタリングによる平均化、あるいは、サンプルの全体に入射ビームを移動させることによる平均化が示されている。本出願の目標は、タガントの不均質性に起因する信号の変化を低減させることである。この特定の例では、ラスタリングは、<4%まで変化を低減させる。 [00118] FIG. 18 illustrates a small change across the panel when moving the beam (eg, rastering) is used. In this illustration, averaging by rastering or averaging by moving the incident beam across the sample is shown. The goal of this application is to reduce signal changes due to taggant inhomogeneities. In this particular example, rastering reduces the change to <4%.
[00119]図19は、ポイント焦点を使用する機器とラスタースキャンアタッチメントを備える機器との間の相違を図示している。図19は、サンプル不均質性を図示している。この例では、左のボックスは、ポイント焦点を有するシステムを用いて行われた、サンプルに対する3つの測定を含有している。非常に大きい信号の変化が存在している。右のボックスは、3つのスポットからのラスターされた信号を示している。この例では、ラスタリングは、不均質性を修正できている。 [00119] FIG. 19 illustrates the difference between a device using point focus and a device with a raster scan attachment. FIG. 19 illustrates sample heterogeneity. In this example, the left box contains three measurements on the sample made using a system with a point focus. There are very large signal changes. The right box shows the rasterized signal from three spots. In this example, rastering can correct inhomogeneities.
[00120]図20は、100倍希釈に対して15標準の線形回帰分析を図示している。ラスター信号とタガント濃度との間の相関は、>0.99である。これは、不均質性に起因する大きな信号の変化を除去することはユーザーがサンプルの中のタガントの量を定量化することを可能にするという点において、ラスタースキャニングの目標を示している。この技法は、タグ付きのサンプルの純度を検証するためにも使用される。 [00120] FIG. 20 illustrates a linear regression analysis of 15 standards for a 100-fold dilution. The correlation between the raster signal and the taggant concentration is> 0.99. This illustrates the goal of raster scanning in that removing large signal changes due to inhomogeneities allows the user to quantify the amount of taggant in the sample. This technique is also used to verify the purity of the tagged sample.
[00121]図21は、0.05%タガント(2000のうちの1つ)および4通りの希釈を含む、ペイントされたパネルの1組を図示している。この例では、タガントが高度におよび不均一に分散されている場所でも、スペクトルの強度が希釈と相関している。この例は、サンプルが希釈されているときに、ラスタースキャン表面で観察される信号を示している。この例では、サンプルは、0.05%のタガントを含有し、非常に不均質である。ラスタースキャニングは、希釈要因を正確に定量化するのに十分に大きいサンプルの領域を平均化することが可能である。 [00121] FIG. 21 illustrates one set of painted panels containing 0.05% taggant (one of 2000) and four dilutions. In this example, the intensity of the spectrum correlates with the dilution even where the taggants are highly and non-uniformly distributed. This example shows the signal observed on the raster scan surface when the sample is diluted. In this example, the sample contains 0.05% taggant and is very heterogeneous. Raster scanning can average areas of the sample that are large enough to accurately quantify the dilution factor.
[00122]図22は、切子の例示的な実装形態を示している
[00123]本発明の複数の実施形態が、ある程度の特殊性とともに上記に説明されてきたが、当業者は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、開示されている実施形態に対して多数の代替例を作ることが可能である。すべての方向性の参照(たとえば、上側、下側、上向き、下向き、左、右、左方向、右方向、上部、下部、上方、下方、垂直方向、水平方向、時計回り、および反時計回り)は、単に、本発明の読者の理解を支援する識別目的のために使用されており、とりわけ、本発明の位置、配向、または使用に関して、限定を生成しない。接合の参照(たとえば、取り付けられている、連結されている、および、接続されているなど)は、広く解釈されるべきであり、要素の接続の間に中間部材を含み、要素同士の間の相対移動を含むことが可能である。それゆえ、接合の参照は、2つの要素が直接的に接続されており、互いに固定された関係になっているということを必ずしも暗示していない。上記の説明に含有され、または添付の図面に示されているすべての事項は、単に例示目的として解釈されるべきであり、限定するものとして解釈されるべきではないということが意図されている。細部または構造の変化は、添付の請求の範囲に規定されているような本発明の精神から逸脱することなく行われ得る。
(項目1)
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムと
を備え、
前記光学システムは、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体、および、
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束された入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体を含み、
前記アクチュエーター組立体は、前記回転ミラー組立体に連結され、前記角度の付けられたミラー面を回転させて前記励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合された回転モーターを含む、分光器。
(項目2)
前記回転モーターが、前記回転モーターの駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されている、項目1に記載の分光器。
(項目3)
前記回転ミラー組立体が、可撓性のマウントを介して前記回転モーターの前記駆動軸に連結されている、項目2に記載の分光器。
(項目4)
前記可撓性のマウントが、少なくとも1つのスプリングを含む、項目3に記載の分光器。
(項目5)
回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に固定して取り付けられている、項目2に記載の分光器。
(項目6)
前記回転ミラー組立体が、前記回転モーターの前記駆動軸に緩結合されており、前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、項目2に記載の分光器。
(項目7)
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、項目1に記載の分光器。
(項目8)
前記回転ミラー組立体が、多面的かつ多角度のミラー組立体を含む、項目1に記載の分光器。
(項目9)
前記回転ミラー組立体が、集束ミラーを含む、項目1に記載の分光器。
(項目10)
前記分光器が、前記サンプルから受け入れられる複数の信号を平均化する、項目1に記載の分光器。
(項目11)
前記アクチュエーター組立体が、第2の回転ミラー組立体に連結されている第2の回転モーターを含み、
前記入射ビームが、前記回転ミラー組立体から前記第2の回転ミラー組立体へ方向付けされる、項目1に記載の分光器。
(項目12)
第1の磁石が、前記回転モーターの駆動軸または前記回転ミラー組立体に連結されており、前記分光器の固定された要素に磁気的に結合することによって、前記駆動軸または前記回転ミラー組立体をそれぞれ固定された位置に整列させるように適合されている、項目1に記載の分光器。
(項目13)
前記分光器の前記固定された要素が、第2の磁石を含む、項目12に記載の分光器。
(項目14)
前記磁石が、永久磁石および電磁石のうちの少なくとも1つを含む、項目12に記載の分光器。
(項目15)
第1の磁石が、前記アクチュエーター組立体に隣接して前記分光器に物理的に連結されており、前記回転モーターの前記駆動軸または前記回転ミラー組立体に物理的に連結されている要素に磁気的に結合するように適合されており、所定の位置において前記ミラー面表面を整列させるように適合されている、項目1に記載の分光器。
(項目16)
分光サンプルの表面全体に分光器の集束入射ビームを移動させる方法であって、
励起信号の入射ビームを発生させるステップと、
前記分光器の光学システムを介して前記サンプルに向けて前記入射ビームを方向付けするステップであって、前記光学システムは可動ミラーを含むステップと、
前記分光器のサンプル上に前記入射ビームを集束させるステップと、
駆動軸を回転させて回転モーターの前記駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、前記サンプルの表面全体に前記入射ビームを移動させるステップと、
前記サンプルから分光信号を受け入れるステップと、
前記分光信号を検出するステップと
を含む、方法。
(項目17)
前記検出するステップの動作が、前記サンプルから受け入れられた複数の分光信号を平均化することを含む、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記回転ミラー組立体が、単一の角度の付けられたミラー表面を含む、項目16に記載の方法。
(項目19)
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグを検出することを含む、項目16に記載の方法。
(項目20)
前記検出するステップの動作が、前記サンプルにおけるタグの濃度を検出することを含む、項目16に記載の方法。
(項目21)
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムであって、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
可動ミラー、および
前記可動ミラーを制御して前記サンプルの表面全体に集束入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体
を含む光学システムと、
磁石、および前記磁石に磁気的に結合するように適合されている第2の要素を含む磁気的な位置決めシステムであって、少なくとも1つの前記磁石を前記第2の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように構成される磁気的な位置決めシステムと
を備え、
前記磁石および前記第2の要素のうちの一方が前記アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、前記磁石および前記第2の要素のうちの他方が前記アクチュエーター組立体に隣接する前記分光器に固定されている、分光器。
(項目22)
前記第2の要素が、第2の磁石を含む、項目21に記載の分光器。
(項目23)
前記アクチュエーター組立体が、駆動軸を有する回転モーターを含み、
前記磁気的な位置決めシステムが、前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように適合されている、項目21に記載の分光器。
(項目24)
前記磁気的な位置決めシステムが、直接的にまたは間接的に前記駆動軸を回して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように構成されている、項目23に記載の分光器。
(項目25)
前記アクチュエーター組立体が、前記可動ミラーが装着される可撓性の要素を含み、
前記磁気的な位置決めシステムが、前記可撓性の要素の移動を制限して前記所定の位置に前記可動ミラーを位置決めするように適合されている、項目21に記載の分光器。
[00122] FIG. 22 illustrates an exemplary implementation of a facet
[00123] While embodiments of the present invention have been described above with some particularity, those skilled in the art will recognize the disclosed embodiments without departing from the spirit or scope of the present invention. Many alternatives can be made. All directional references (eg, top, bottom, up, down, left, right, left, right, top, bottom, up, down, vertical, horizontal, clockwise, and counterclockwise) Are merely used for identification purposes to aid the reader's understanding of the present invention and, among other things, do not create limitations regarding the position, orientation, or use of the present invention. Joining references (eg, attached, linked and connected, etc.) should be interpreted broadly, including intermediate members between the connections of elements, and between elements Relative movement can be included. Therefore, a junction reference does not necessarily imply that the two elements are directly connected and in a fixed relationship with each other. It is intended that all matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings shall be construed as illustrative only and not as limiting. Changes in detail or structure may be made without departing from the spirit of the invention as defined in the appended claims.
(Item 1)
An excitation source providing an excitation signal;
A detector for detecting a spectral signal;
An optical system that directs an incident beam of the excitation signal toward a sample, receives the spectral signal from the sample, and provides the spectral signal to the detector;
With
The optical system comprises:
A focusing lens for focusing the incident beam from the excitation source;
A rotating mirror assembly including an angled mirror surface, and
An actuator assembly for controlling the rotating mirror assembly to move an incident beam focused on the entire surface of the sample;
The spectrometer assembly includes a rotary motor coupled to the rotating mirror assembly and adapted to rotate the angled mirror surface to redirect the incident beam of the excitation signal .
(Item 2)
The spectroscope according to item 1, wherein the rotary motor is connected to the rotary mirror assembly via a drive shaft of the rotary motor.
(Item 3)
The spectroscope according to item 2, wherein the rotating mirror assembly is connected to the drive shaft of the rotating motor via a flexible mount.
(Item 4)
The spectroscope of claim 3, wherein the flexible mount includes at least one spring.
(Item 5)
The spectroscope according to item 2, wherein a rotary mirror assembly is fixedly attached to the drive shaft of the rotary motor.
(Item 6)
The rotary mirror assembly is loosely coupled to the drive shaft of the rotary motor, and the rotary mirror assembly is configured to swing relative to the drive shaft when the drive shaft is activated. Spectroscope described in 1.
(Item 7)
The spectroscope of claim 1, wherein the rotating mirror assembly includes a single angled mirror surface.
(Item 8)
The spectroscope of claim 1, wherein the rotating mirror assembly comprises a multi-faceted and multi-angle mirror assembly.
(Item 9)
The spectroscope of claim 1, wherein the rotating mirror assembly includes a focusing mirror.
(Item 10)
The spectrometer of claim 1, wherein the spectrometer averages a plurality of signals received from the sample.
(Item 11)
The actuator assembly includes a second rotating motor coupled to a second rotating mirror assembly;
The spectroscope of claim 1, wherein the incident beam is directed from the rotating mirror assembly to the second rotating mirror assembly.
(Item 12)
A first magnet is connected to a drive shaft of the rotary motor or the rotary mirror assembly, and is magnetically coupled to a fixed element of the spectroscope to thereby provide the drive shaft or the rotary mirror assembly. The spectroscope of claim 1, wherein the spectrometer is adapted to align each at a fixed position.
(Item 13)
13. A spectrometer according to item 12, wherein the fixed element of the spectrometer includes a second magnet.
(Item 14)
Item 13. The spectrometer of item 12, wherein the magnet includes at least one of a permanent magnet and an electromagnet.
(Item 15)
A first magnet is physically coupled to the spectrometer adjacent to the actuator assembly and is magnetically coupled to an element physically coupled to the drive shaft of the rotary motor or the rotating mirror assembly. The spectroscope of claim 1, wherein the spectroscope is adapted to be coupled to each other and adapted to align the mirror surface at a predetermined position.
(Item 16)
A method of moving a focused incident beam of a spectrometer across the surface of a spectroscopic sample, comprising:
Generating an incident beam of excitation signals;
Directing the incident beam toward the sample via an optical system of the spectrometer, the optical system including a movable mirror;
Focusing the incident beam on a sample of the spectrometer;
Moving the incident beam across the surface of the sample by rotating a drive shaft to rotate a rotating mirror assembly coupled to the drive shaft of a rotary motor;
Receiving a spectral signal from the sample;
Detecting the spectral signal;
Including the method.
(Item 17)
The method of item 16, wherein the act of detecting comprises averaging a plurality of spectral signals received from the sample.
(Item 18)
The method of claim 16, wherein the rotating mirror assembly includes a single angled mirror surface.
(Item 19)
The method of item 16, wherein the act of detecting comprises detecting a tag in the sample.
(Item 20)
The method of item 16, wherein the act of detecting comprises detecting the concentration of a tag in the sample.
(Item 21)
An excitation source providing an excitation signal;
A detector for detecting a spectral signal;
An optical system that directs an incident beam of the excitation signal toward a sample, receives the spectral signal from the sample, and provides the spectral signal to the detector;
A focusing lens for focusing the incident beam from the excitation source;
Movable mirror, and
An actuator assembly that controls the movable mirror to move a focused incident beam across the surface of the sample
An optical system comprising:
A magnetic positioning system comprising a magnet and a second element adapted to be magnetically coupled to the magnet, wherein at least one of the magnets is magnetically coupled to the second element A magnetic positioning system configured to position the movable mirror at a predetermined position;
With
One of the magnet and the second element is physically connected to the actuator assembly, and the other of the magnet and the second element is connected to the spectrometer adjacent to the actuator assembly. A spectrometer that is fixed.
(Item 22)
Item 22. The spectrometer of item 21, wherein the second element includes a second magnet.
(Item 23)
The actuator assembly includes a rotary motor having a drive shaft;
Item 22. The spectrometer of item 21, wherein the magnetic positioning system is adapted to rotate the drive shaft to position the movable mirror in the predetermined position.
(Item 24)
24. The spectrometer of item 23, wherein the magnetic positioning system is configured to position the movable mirror at the predetermined position by rotating the drive shaft directly or indirectly.
(Item 25)
The actuator assembly includes a flexible element to which the movable mirror is mounted;
Item 22. The spectrometer of item 21, wherein the magnetic positioning system is adapted to limit movement of the flexible element to position the movable mirror in the predetermined position.
Claims (24)
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムと
を備え、
前記光学システムは、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
角度の付けられたミラー面表面を含む回転ミラー組立体、および、
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束された入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体を含み、
前記アクチュエーター組立体は、前記回転ミラー組立体に連結され、前記角度の付けられたミラー面を回転させて前記励起信号の入射ビームを方向付けし直すように適合された回転モーターを含み、
前記回転モーターが、前記回転モーターの駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されており、
前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、分光器。 An excitation source providing an excitation signal;
A detector for detecting a spectral signal;
An optical system that directs an incident beam of the excitation signal toward a sample, receives the spectral signal from the sample, and provides the spectral signal to the detector;
The optical system comprises:
A focusing lens for focusing the incident beam from the excitation source;
A rotating mirror assembly including an angled mirror surface, and
An actuator assembly for controlling the rotating mirror assembly to move an incident beam focused on the entire surface of the sample;
The actuator assembly includes a rotating motor coupled to the rotating mirror assembly and adapted to rotate the angled mirror surface to redirect the incident beam of the excitation signal;
The rotary motor is connected to the rotary mirror assembly via a drive shaft of the rotary motor;
The spectroscope configured to swing the rotating mirror assembly relative to the drive shaft when the drive shaft is activated.
前記入射ビームが、前記回転ミラー組立体から前記第2の回転ミラー組立体へ方向付けされる、請求項1に記載の分光器。 The actuator assembly includes a second rotating motor coupled to a second rotating mirror assembly;
The spectrometer of claim 1, wherein the incident beam is directed from the rotating mirror assembly to the second rotating mirror assembly.
励起信号の入射ビームを発生させるステップと、
前記分光器の光学システムを介して前記サンプルに向けて前記入射ビームを方向付けするステップであって、前記光学システムは可動ミラーを含むステップと、
前記分光器のサンプル上に前記入射ビームを集束させるステップと、
駆動軸を回転させて回転モーターの前記駆動軸に連結されている回転ミラー組立体を回転させることによって、前記サンプルの表面全体に前記入射ビームを移動させるステップと、
前記サンプルから分光信号を受け入れるステップと、
前記分光信号を検出するステップと
を含み、
前記駆動軸が回転すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、方法。 A method of moving a focused incident beam of a spectrometer across the surface of a spectroscopic sample, comprising:
Generating an incident beam of excitation signals;
Directing the incident beam toward the sample via an optical system of the spectrometer, the optical system including a movable mirror;
Focusing the incident beam on a sample of the spectrometer;
Moving the incident beam across the surface of the sample by rotating a drive shaft to rotate a rotating mirror assembly coupled to the drive shaft of a rotary motor;
Receiving a spectral signal from the sample;
Detecting the spectroscopic signal,
A method wherein the rotating mirror assembly is configured to swing relative to the drive shaft as the drive shaft rotates.
励起信号を提供する励起源と、
分光信号を検出する検出器と、
前記励起信号の入射ビームをサンプルに向けて方向付けし、前記サンプルから前記分光信号を受け入れ、前記分光信号を前記検出器に提供する光学システムであって、
前記励起源からの前記入射ビームを集束させる集束レンズ、
回転ミラー組立体、および
前記回転ミラー組立体を制御して前記サンプルの表面全体に集束入射ビームを移動させるアクチュエーター組立体
を含む光学システムと、
磁石、および前記磁石に磁気的に結合するように適合されている第2の要素を含む磁気的な位置決めシステムであって、少なくとも1つの前記磁石を前記第2の要素に磁気的に結合させることによって、所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように構成される磁気的な位置決めシステムと
を備え、
前記磁石および前記第2の要素のうちの一方が前記アクチュエーター組立体に物理的に連結されており、前記磁石および前記第2の要素のうちの他方が前記アクチュエーター組立体に隣接する位置で前記分光器の中に固定されており、
前記アクチュエーター組立体が、駆動軸を有する回転モーターを含み、
前記回転モーターが、前記駆動軸を介して前記回転ミラー組立体に連結されており、
前記駆動軸が起動すると前記回転ミラー組立体が前記駆動軸に対して動揺するように構成されている、分光器。 In the spectrometer
An excitation source providing an excitation signal;
A detector for detecting a spectral signal;
An optical system that directs an incident beam of the excitation signal toward a sample, receives the spectral signal from the sample, and provides the spectral signal to the detector;
A focusing lens for focusing the incident beam from the excitation source;
An optical system comprising: a rotating mirror assembly; and an actuator assembly that controls the rotating mirror assembly to move a focused incident beam across the surface of the sample;
A magnetic positioning system comprising a magnet and a second element adapted to be magnetically coupled to the magnet, wherein at least one of the magnets is magnetically coupled to the second element And a magnetic positioning system configured to position the rotating mirror assembly at a predetermined position,
One of the magnet and the second element is physically coupled to the actuator assembly, and the other of the magnet and the second element is adjacent to the actuator assembly at the position where the spectroscopy is performed. It is fixed in the vessel,
The actuator assembly includes a rotary motor having a drive shaft;
The rotary motor is connected to the rotary mirror assembly via the drive shaft;
The spectroscope configured to swing the rotating mirror assembly relative to the drive shaft when the drive shaft is activated.
前記磁気的な位置決めシステムが、前記可撓性の要素の移動を制限して前記所定の位置に前記回転ミラー組立体を位置決めするように適合されている、請求項20に記載の分光器。 The actuator assembly includes a flexible element to which the rotating mirror assembly is mounted;
21. The spectrometer of claim 20, wherein the magnetic positioning system is adapted to position the rotating mirror assembly in the predetermined position with limited movement of the flexible element.
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