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公開番号2025172896
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-26
出願番号2025145291,2022581018
出願日2025-09-02,2021-06-29
発明の名称フーリエ変換分光計及びフーリエ変換分光方法
出願人ザ・ユニバーシティ・オブ・マンチェスター,THE UNIVERSITY OF MANCHESTER
代理人個人,個人,個人
主分類G01J 3/45 20060101AFI20251118BHJP(測定;試験)
要約【課題】小型化されたフーリエ変換分光計を提供する。
【解決手段】固定ミラー11、可動ミラー12、検出器を備えた干渉計10を備えたフーリエ変換分光計である。固定ミラーと可動ミラーとが互いに対して平行に配置され、光学キャビティ13を形成し、可動ミラーが、光学キャビティのサイズを変化させるように、固定ミラーに対して移動するように動作可能であり、固定ミラーが、サンプルから受領された光14が、光学キャビティに、固定ミラーの後部を通って入るように配置されており、検出器が、可動ミラーの後部を通って光学キャビティを出て、かつインターフェログラムを出力する光を検出するように、配置されるとともに動作可能であり、固定ミラーと可動ミラーとが互いから離れている。可動ミラーが、干渉計内で反射された、受領された光に関する検出器への少なくとも2つの経路16、31が等しい長さである位置にあるか、またはこの位置に移動できる。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
固定ミラー、可動ミラー、回路、電極、及び検出器を備えている干渉計を備えたフーリエ変換分光計であって、ミラーが互いに対して平行に配置され、光学キャビティを形成し、前記可動ミラーが、前記光学キャビティの長さを変化させるように、前記固定ミラーに対して移動するように動作可能であり、前記ミラーの第１のミラーが、受領された光が、前記第１のミラーの後部を通って前記光学キャビティに入るように配置されており、前記検出器が、前記ミラーの第２のミラーの後部を通って前記光学キャビティを出て、かつインターフェログラムを出力する光を検出するように、配置されるとともに動作可能であり、前記ミラーが互いから離れており、それにより、前記可動ミラーが、前記干渉計内で反射された、受領された光に関する前記検出器への少なくとも２つの光路が等しい長さである位置にあるか、またはこの位置に移動できるようになっており、前記可動ミラーと電極とが互いからある距離に配置されており、前記回路が前記可動ミラー及び前記電極に接続され、前記可動ミラーと前記電極との間に電界を印加して、前記可動ミラーを前記固定ミラーに対して移動させるように動作可能であり、前記電極が、前記可動ミラーが前記固定ミラーと前記電極との間にあるように配置されている、前記フーリエ変換分光計。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記ミラーがシリコンを含んでいる、請求項１に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項３】
前記干渉計がハウジングを備えている、請求項１または請求項２に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項４】
前記干渉計が、前記可動ミラーを前記ハウジングに接続する１つまたは複数の弾性要素を備え、前記可動ミラーが前記弾性要素上または各弾性要素上で移動可能である、請求項３に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項５】
前記弾性要素または各弾性要素が湾曲部である、請求項４に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項６】
前記電極がグラフェンを含んでいる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項７】
前記電極が石英上のグラフェンを含んでいる、請求項６に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項８】
前記ミラーが互いから離間しており、それにより、前記可動ミラーが、前記光学キャビティが２０μｍから４５μｍの間にある位置にあるか、またはこの位置に移動できるようになっている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項９】
前記ミラーが互いから離間しており、それにより、前記可動ミラーが、前記光学キャビティが２５μｍから４０μｍの間にある位置にあるか、またはこの位置に移動できるようになっている、請求項８に記載のフーリエ変換分光計。
【請求項１０】
前記ミラーが互いから離間しており、それにより、前記可動ミラーが、前記光学キャビティが３０μｍから３５μｍの間にある位置にあるか、またはこの位置に移動できるようになっている、請求項９に記載のフーリエ変換分光計。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ変換分光計及びフーリエ変換分光方法に関する。具体的には、排他的ではないが、本発明は、赤外線フーリエ変換分光計及び分光に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
どの分子及び／または物質も、別個の吸収スペクトルを有し、異なる波長の光を異なる範囲まで吸収する。図１は例示的な吸収スペクトルを示しており、このケースでは、ジクロロメタンのスペクトルを示している。したがって、分子及び／または物質と、その組成とを、その吸収スペクトルを取得することにより、分光を使用して判定することができる。
【０００３】
分子及び／または物質と、それらの組成とを判定する能力が与えられているとすると、分光には、
食品の品質の監視（たとえば、食品の汚染または年代測定）、
環境の監視（たとえば、大気汚染または水質）、
医療上の用途（たとえば、血液の分析及び薬物検査）、及び
材料の制御、
を含む幅広い範囲の用途がある。
【０００４】
しかし、多くの現在利用可能な分光計は、比較的大きくて扱いにくい、及び／または高額であり、研究所のセッティングの外でのそれらの使用を制限し、そのため、それらの有用性を制限する。研究所の外での使用のためには、一方で、費用を下げもしつつ、分光計を小型化する必要がある。理想的な分光計は、分光計を移動電子デバイスに組み込むことができるように、数ミリメートル平方のサイズまでスケールダウン可能であり、かつ、十分に安価である。
【０００５】
格子と、ファブリ－ペロー干渉計と、マイケルソン干渉計との、小型化が可能な分光計の３つの主要な構成が存在する。
【０００６】
格子は図２に示されている。格子に関しては、サンプル上に入射している光１が、入射角αで格子２に向けられている。格子内の異なるスリットを通過するか、反射される光は、干渉し、検出器によって検出することができる、出力角度βに依存する干渉パターン３となる。波長により、光の各波長に関するパターンの最大及び最小の位置が規定されると、検出器は、複数の波長を検出することができ、そのため、スペクトルを構築することができる。
【０００７】
パターン３を十分に検出し、吸収スペクトル全体を形成するための必要な情報すべてを取得するために、検出器の幅広いアレイが必要である。さらに、パターン３は、十分な解像度を達成するように、拡がるための十分な空間が必要である。最後に、より高次の反射に起因して、格子は、限定された自由スペクトル領域を有している。これら課題は、格子を使用する分光計をどれだけ小型化できるかの限界が存在することを意味しており、また、結果としての分光計は、限定された光学的周波数レンジを有している。
【０００８】
ファブリ－ペロー干渉計は図３に示されている。サンプル上に入射している光１は、第１のミラー４を通して、２つの平行なミラー４とミラー５との間に形成されたキャビティ内へと伝えられる。光１は、ミラー４とミラー５との間で反射され、キャビティサイズと共振する光１の波長のみが第２のミラー５を通して伝えられることになり、光６が次いで、検出器上に進む。ミラー４とミラー５との間の距離は変更することができ、それにより、ユーザは、光の異なる波長を通してスキャンすることができる。この方法で、分光計は、様々な波長を通して動くことができ、吸収スペクトルを構築する。
【０００９】
ファブリ－ペロー干渉計を使用することに関するいくつかの課題が存在する。ファブリ－ペロー干渉計は、光の波長の水準で均等なミラー間隔を必要としている。これは製造が困難である。さらなる課題は、高次の反射が、干渉計が制限された自由スペクトル領域を有していることを意味していることである。さらに、ファブリ－ペロー干渉計は、高品質の光学的ミラー表面、通常は層状のブラッグミラーを必要としている。このことは、ファブリ－ペロー干渉計を使用する分光計が、製造が比較的高価であることと、限定された光学的周波数レンジを有していることとの両方であることを意味している。
【００１０】
上述のものに加え、ブラッグミラーを構築するために、異なる材料の交互になっている層が必要である。気相のフッ化水素酸などの、標準的なマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）プロセッシング技術は、多くの材料には不適合であり、したがって、ファブリ－ペロー干渉計を使用する分光計をスケールダウンする際に、材料の選択が制限される。
（【００１１】以降は省略されています）

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