專利名稱：時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，特別是涉及用于該時(shí)間序 列信號取得的掃描機(jī)構(gòu)、及光學(xué)系統(tǒng)的排列結(jié)構(gòu)(光學(xué)配置)。
背景技術(shù)：
近年來，由于超短波脈沖激光技術(shù)的實(shí)用化，脈沖狀的相關(guān)遠(yuǎn)紅外區(qū)域 (特別是MMHz頻域)的電磁波的輻射技術(shù)及檢測技術(shù)飛速發(fā)展。因此， 采用該脈沖狀的遠(yuǎn)紅外區(qū)域電vF茲波的時(shí)間序列變換脈沖分光成為可能，在日 本，時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的使用化裝置的開發(fā)也居于領(lǐng)先地位。
所謂時(shí)間序列變換脈沖分光是一種分光法，其測量依存于脈沖狀的電磁 波時(shí)間的電場強(qiáng)度，通過將依存于該時(shí)間的數(shù)據(jù)(時(shí)間序列數(shù)據(jù))進(jìn)行傅立 葉變換，得到形成該脈沖的各頻率成分的電場強(qiáng)度與相位。該分光法的特征 之一進(jìn)行列舉，波長測定區(qū)域是從來就難以進(jìn)行測量的光和電磁波的分界區(qū) 域。因此，通過該分光法，能夠期待了解新規(guī)材料的性質(zhì)和新的現(xiàn)象。另夕卜， 在現(xiàn)有的分光法中，只能得到電磁波的電場強(qiáng)度，但在該時(shí)間序列變換脈沖 分光測量方法中，具有如下唯一的特征，即，由于直接測量電磁波的電場強(qiáng) 度的時(shí)間變化，所以，不僅能得到電磁波的電場強(qiáng)度(振幅)，還能得到其 相位。因此，通過與沒有試樣的情況進(jìn)行比較，能夠得到相位變換光譜。由 于相位變換與波譜頻率成正比，所以可采用該分光法決定試樣中的分散關(guān) 系，由該分散關(guān)系還可以得知電介質(zhì)材料的介電常數(shù)(參照特開2002-277394 號公報(bào))。
圖1表示現(xiàn)有的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置之一例。
3符號1是輻射毫微微秒激光的光源。從光源1輻射的毫微微秒激光光束
Ll由分光器(分割裝置)2分割。另一方面，毫《敖微秒激光光束作為激發(fā)用 脈沖激光光束(泵浦脈沖光束)L2照射到脈沖光束輻射裝置5上。此時(shí)， 激發(fā)用脈沖激光光束L2在由光斬波器3調(diào)制后，由物鏡透鏡4聚光。該脈 沖光束輻射裝置5例如是光傳導(dǎo)元件，在激發(fā)用脈沖激光光束L2照射時(shí)， 瞬間流過電流，輻射遠(yuǎn)紅外電磁波脈沖。該遠(yuǎn)紅外電磁波脈沖通過拋物面鏡 6、 7導(dǎo)光，照射到測量試樣8上。反射或透過該試樣8的脈沖電磁波(在該 例中是透過電磁波)，由拋物面鏡9、 10導(dǎo)向檢測裝置12。
被分光器2分割的另 一束激光光束作為檢測用脈沖激光光束(脈沖調(diào)制 脈沖光)L3導(dǎo)向檢測裝置12。該檢測裝置12例如也是光傳導(dǎo)元件，檢測用 脈沖激光光束L3進(jìn)行照射，由于只在其瞬間產(chǎn)生導(dǎo)電性，所以能夠?qū)脑?瞬間到達(dá)的試樣8反射或透過的脈沖電磁波的電場強(qiáng)度作為電流檢測。從試 樣8反射或透過的脈沖電磁波電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號可如下得到，即，使 用光學(xué)延遲裝置13 (或14)在檢測用脈沖激光光束L3，對激發(fā)用脈沖激光 光束L2每隔規(guī)定的時(shí)間間隔給與延遲的時(shí)間差。在該例中，除時(shí)間序列信 號測量用的光學(xué)延遲裝置13 (或14)之外，還具備時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整用的光學(xué) 延遲裝置14 (或13)。
反射或透過試樣8的脈沖電磁波的電場強(qiáng)度各時(shí)間的分解數(shù)據(jù)由信號處 理裝置處理。即，通過鎖定放大器16傳送到計(jì)算機(jī)17，其次，作為時(shí)間序 列數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將一系列的時(shí)間序列數(shù)據(jù)在該計(jì)算才幾17進(jìn)行傅利葉變換處理， 通過將其變換為振動(dòng)數(shù)(頻率數(shù))空間，得到反射或透過試樣8的脈沖電磁 波的電場強(qiáng)度的振幅及相位的分光光譜。
專利文獻(xiàn)l:特開2003-131137號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:特開2003-121355號公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:特開2003-83888號公報(bào)
專利文獻(xiàn)4:特開2003-75251號公報(bào)
專利文獻(xiàn)5:特開2003-14620號公報(bào)
專利文獻(xiàn)6:特開2002-277393號公報(bào)
專利文獻(xiàn)7:特開2002-277394號公報(bào)
專利文獻(xiàn)8:特開2002-257629號公報(bào)
專利文獻(xiàn)9:特開2002-243416號/>|艮專利文獻(xiàn)10:特開2002-98634號公報(bào) 專利文獻(xiàn)ll:特開2001-141567號公報(bào) 專利文獻(xiàn)12:特開2001-66375號公報(bào) 專利文獻(xiàn)13:特開2001-21503號公報(bào) 專利文獻(xiàn)14:特開2001-275103號公報(bào)
非專利文獻(xiàn)1: Q.Wu and X ,C.Zhang,Appl.Phys丄ctt.67(1995)3523 ) 非專利文獻(xiàn)2: M. Tani. S. Matsuura， K.. Sakai， and S. Nakashima， Appl. Opt. 36(1997)7853
非專利文獻(xiàn)3:阪井清美分光研究、50 (2001 ) 261
非專利文獻(xiàn)4:小島誠治、西澤誠治、武田三男分光研究、50 (2003 )
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如上所述，在時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置中，在分光測定帶區(qū)域沒 有停留在含有現(xiàn)有的分光裝置中難以得到的遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域，在該測量光譜 中，不僅能夠獨(dú)立地測量強(qiáng)度分散，而且還能獨(dú)立地測量相位分?jǐn)湣６疫€ 能以實(shí)際時(shí)間追蹤微微秒?yún)^(qū)域的過渡現(xiàn)象的時(shí)間分解分光測定。由于具備這 種特征，所以，由時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置能夠測定或要測定的試樣 的種類和狀態(tài)(固體、液體、氣體等)等是涉及多方面的。但是，為了實(shí)施 這種多樣的試樣和其狀態(tài)等的時(shí)間序列變換分光測量，而必須有與它們對應(yīng) 不同的光學(xué)系統(tǒng)或光學(xué)配置，對用戶造成很大的負(fù)擔(dān)，同時(shí)還存在試樣交換 后到測定開始的準(zhǔn)備等需要長時(shí)間的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述情況而構(gòu)成的，其目的在于，提供時(shí)間序列變換脈沖 分光計(jì)測裝置，能夠使多種的試樣和其狀態(tài)等的時(shí)間序列變換分光測量容易 且短時(shí)間地進(jìn)行。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其具備脈沖激光光源；
分割裝置，該分割裝置將來自該脈沖激光光源的脈沖激光分割為激發(fā)用脈沖
激光光束和;險(xiǎn)測用脈沖激光光束；脈沖光輻射裝置，該脈沖光輻射裝置通過 所述激發(fā)用脈沖激光的照射，輻射含有遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域的波長的脈沖光；檢 測裝置，該檢測裝置一企測來自試樣的反射或透過的脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)序列信號，來自該脈沖光輻射裝置的脈沖光照射該試樣；試樣保持部，其保 持試樣；試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將來自該脈沖光輻射裝置的 脈沖光導(dǎo)向試樣，同時(shí)將由于該照射而從試樣反射或透過的脈沖光導(dǎo)向檢測 裝置側(cè)，其特征在于，具有至少一個(gè)測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置和至少 一個(gè)所述時(shí)間序列信號測定用光學(xué)延遲裝置，所述光程變更裝置配備在從所 述分割裝置到所述脈沖光輻射裝置的入射側(cè)光路及/或從所述分割裝置到所 述檢測裝置的檢測側(cè)光路；所述光學(xué)延遲裝置配備在從所述分割裝置到所述 脈沖光輻射裝置的入射側(cè)光路及/或從所述分割裝置到所述檢測裝置的檢測 側(cè)光路。
在此，"試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)"是指，在試樣的種類和狀態(tài)變更時(shí)， 光學(xué)系統(tǒng)的變換.調(diào)整^/或光學(xué)配置的變換、調(diào)整含有需要的試樣(或試樣 保持部)前后的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，配置于所述脈沖光輻射裝置與所述檢 測裝置之間的光學(xué)系統(tǒng)。
"測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置"是指，例如，通過隨著試樣的種類 和狀態(tài)變更的光學(xué)系統(tǒng)的交換^/或光學(xué)配置的變更，在試樣部射入射出光學(xué) 系統(tǒng)的光程變化時(shí)，補(bǔ)償該光程的變化，設(shè)定來自試樣的反射或透射脈沖電 磁波的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號的測定開始位置的裝置，特別是，即使對于 隨著光學(xué)系統(tǒng)改變的大幅度光程的變化，也可以例如只是通過反射器的掃描 來補(bǔ)償其大幅度的光程變化的結(jié)構(gòu)的裝置。
由所述光程變更裝置引起的光程的變更，可以是能夠進(jìn)行連續(xù)性變更的 結(jié)構(gòu)，也可以是能夠進(jìn)行不連續(xù)性變更的結(jié)構(gòu)。即，例如，可以是通過掃描 配置在光路中的反射器來連續(xù)變更光程的結(jié)構(gòu)，或也可以是將在用于一種試 樣中設(shè)定側(cè)光區(qū)域的光路變更為由反射鏡切換光路，在用于其它試樣中設(shè)定 測光區(qū)域的光路的結(jié)構(gòu)。
"時(shí)間序列信號測定用的光學(xué)延遲裝置"是指，各光學(xué)延遲裝置具有與 現(xiàn)有的時(shí)間序列信號測定用的光學(xué)延遲裝置(圖1中符號13或14)同樣的 機(jī)能，但在具備多個(gè)光學(xué)延遲裝置時(shí)，從只是利用光學(xué)延遲裝置的數(shù)量的這 一部分就能夠進(jìn)行經(jīng)過更長時(shí)間的時(shí)間序列信號的測定的結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)上來 看，與現(xiàn)有的光學(xué)延遲裝置不同。
"測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置"及"時(shí)間序列信號測量用的光學(xué)延 遲裝置"既可以并列配置，也可以直列配置，當(dāng)然，也可以是各種配置。根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)如下效果，即，在試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)的光程變化時(shí)，能夠補(bǔ)償其光程的變化，設(shè)定來自試樣的反射或透過脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號的測定開始位置。特別是實(shí)現(xiàn)如下效果，即，即使對于隨光學(xué)系統(tǒng)的交換而大幅度光程的變化來說，也可以采用該測定區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置，來補(bǔ)償其大幅度的光程的變化。另外，實(shí)現(xiàn)能夠自由設(shè)定測光區(qū)域的效果。在時(shí)間序列信號測定用的光學(xué)延遲裝置具有多個(gè)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)如下效果，即，只是利用光學(xué)延遲裝置數(shù)量的這一部分就能夠進(jìn)行經(jīng)過更長時(shí)間的時(shí)間序列信號的測定。
另外，本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置中，所述測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置作為可動(dòng)型的反射器。
"測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器"典型的是，可通過掃描能夠變更光路的類型的反射器，但與用于伴隨光學(xué)配置的調(diào)整而調(diào)整必需的時(shí)間原點(diǎn)
的現(xiàn)有的反射器(圖1中符號13或14)相比較，全部技術(shù)性的思想是不同
的。即，如果說關(guān)于具體結(jié)構(gòu)的差異，現(xiàn)有的時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整用反射器是用于
在測定時(shí)進(jìn)行的光學(xué)匹配中調(diào)整偏離的時(shí)間原點(diǎn)的裝置，反射器的掃描區(qū)域
小也沒有關(guān)系，所以，只要有一個(gè)就足夠了。由于裝置不同，使"時(shí)間序列
信號測量用的光學(xué)延遲裝置，，也承擔(dān)起具有時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整的功能，由此，有時(shí)不具備單獨(dú)時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整用的反射器的情況，其意義在于，時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整
用的反射器不是必需的構(gòu)成要素。與此相對，本發(fā)明的測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器是本發(fā)明的必須的構(gòu)成要素，為了即使大幅度光程變化，也可進(jìn)行補(bǔ)償，所以，合計(jì)了一個(gè)或兩個(gè)以上的測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型反射器的掃描區(qū)域與時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整用的反射器相比，形成為顯著寬的結(jié)構(gòu)。而且，由于具備多個(gè)的反射器，從而還可成為使掃描區(qū)域更寬的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)
明的測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器，可以說其意義在于，對于可以掃描的反射器來說，看到與以前完全不同的利用方法，即使對于涉及不能躲避光程的大的變化的多方面的各種試樣來說，也可以僅用測光區(qū)域設(shè)定用的反射器的掃描就能容易地測定。
而且，"測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器"從尺寸上的限制來看是如下結(jié)構(gòu)，在不能使一個(gè)反射器的掃描距離變長時(shí)，通過將多個(gè)反射器平行配置等，只是利用其反射器的數(shù)量的這一部分就能確保較大的光程長度。
另外，"測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器"不限于時(shí)間序列信號測位置的設(shè)置，當(dāng)然，還可使用時(shí)間原點(diǎn)調(diào)整用，能夠靈活應(yīng)用于需要改變光程的各種測光區(qū)域的設(shè)定。
作為"測光區(qū)域設(shè)定用的可動(dòng)型的反射器"，例如可以是直角反射鏡，但不限于此。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)可以連續(xù)變更光程的效果。
本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，所述測定區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置是可動(dòng)型或固定型的反射器，該反射器的任意一種都具有選通裝置，該裝置在射向該反射器的脈沖光的入射側(cè)，對射向反射器的脈沖光進(jìn)^f亍通過或阻斷，通過切換所述通過或阻斷，可以附加經(jīng)由一個(gè)或兩個(gè)以上的所述反射器的光路而延長光程，及/或跳過一個(gè)或兩個(gè)以上的所述反射器而縮短光程。
所述選通裝置例如是反射鏡，這時(shí)，通過將反射鏡向光路進(jìn)行插拔，切換脈沖光的光路而變更光程。即，通過進(jìn)行反射鏡的插拔，脈沖光向規(guī)定的反射器入射或被阻斷，可附加經(jīng)由該反射器的光路而延長光程，及/或跳過該反射器而縮短光程。
所述選通裝置也可以是不進(jìn)行空間的移動(dòng)而進(jìn)行脈沖光的通過或阻斷的結(jié)構(gòu)。
所述選通裝置的通過或阻斷的切換既可以自動(dòng)、手動(dòng)的任何一個(gè)，光程的變更也可以由多個(gè)選通裝置進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)不使反射器進(jìn)行空間的移動(dòng)而變更光程的效果。即，由于也可以僅用固定型的反射器變更光程，所以，實(shí)現(xiàn)可以以低價(jià)格制造裝置的效果。實(shí)現(xiàn)可以從多個(gè)反射器中選擇使用的反射器，且可進(jìn)行對應(yīng)測定的自由地光路-沒定的效果。因此，不限于每一次試樣交換，實(shí)現(xiàn)也可以對相同試樣在每一次測定時(shí)選擇使用的反射器進(jìn)行測量的效果。例如，實(shí)現(xiàn)也可以在發(fā)生多個(gè)反射器中的一個(gè)或兩個(gè)以上的反射器不合適時(shí)，避開其反射器而進(jìn)行設(shè)定光路的效果。另外，實(shí)現(xiàn)可對多個(gè)反射器的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)配置進(jìn)行更多配置的效果。
另外，本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，至少一個(gè)所述選通裝置的通過或阻斷是通過向該選通裝置的平移形成的光路的插H而進(jìn)4亍的。
所述選通裝置還可以是與所述反射器一起平移的結(jié)構(gòu)。
8另外，本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，至少一個(gè)所述選通裝置的通過或阻斷是通過向該選通裝置的旋轉(zhuǎn)形成的光路的插拔而進(jìn)行的。
在此，"旋轉(zhuǎn)，，是指，含有可以由選通裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行光路的切換操作的全部的情況。
另外，本發(fā)明通過時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，具備自動(dòng)掃描所述光程變更裝置及/或所述光學(xué)延遲裝置的驅(qū)動(dòng)裝置和自動(dòng)控制該驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算機(jī)控制裝置。
在此，"驅(qū)動(dòng)裝置"例如可以采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等通常的掃描用驅(qū)動(dòng)裝置，但不限于此。
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)可自動(dòng)掃描光程變更裝置及/或所述光學(xué)延遲裝置，并由計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)控制該掃描的效果。
另外，本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，所述試樣保持部和所述試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)配置于可以在所述裝置插拔切換的附屬光學(xué)單元內(nèi)。
所述附屬光學(xué)單元最好是專用化的，具有對每個(gè)試樣都進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)的試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)。
另外，在該時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置中，安裝附屬光學(xué)單元的裝置上的空間尺寸被限定在可由所述測光區(qū)域設(shè)定用的可以掃描的反射器，成
為光程變化校正的可能范圍內(nèi)。因此，例如空間尺寸為寬，其大于或等于150mm至小于或等于250mm;厚，其大于或等于180mm;高，其大于或等于150mm。
根據(jù)本發(fā)明，由于隨附屬光學(xué)單元的交換的大幅度光程的變化可由所述測定域設(shè)定用的光程變更裝置補(bǔ)償，故實(shí)現(xiàn)可縮短到測定開始的準(zhǔn)備時(shí)間的效果。另外，通過采用具有對每個(gè)試樣都進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)的試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)的專用化的附屬光學(xué)單元，實(shí)現(xiàn)不需要進(jìn)行附屬光學(xué)單元的交換時(shí)的試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整的效果。
另外，本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其特征在于，相對于所述附屬光學(xué)單元進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，使其具有光學(xué)匹配。
在此，"具有光學(xué)匹配'，是指，與FOV(Fieldofview(視場))的值一致。
根據(jù)本發(fā)明，也可以通過進(jìn)行所述附屬光學(xué)單元的交換，實(shí)現(xiàn)防止附屬
9光學(xué)單元與裝置接續(xù)部分光的損失的效果。
另外，本發(fā)明提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其具有脈沖激光光源；分割裝置，該分割裝置將來自該脈沖激光光源的脈沖激光分割為激發(fā)用脈沖激光光束和檢測用脈沖激光光束；脈沖光輻射裝置，該脈沖光輻射裝置通過所述激發(fā)用脈沖激光的照射，輻射含有遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域的波長的脈沖光；檢測裝置，該檢測裝置檢測來自試樣的反射或透過脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號，所述試樣照射來自該脈沖光輻射裝置的脈沖光；保持試樣的試樣保持部；試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將來自該脈沖光輻射裝置的脈沖光導(dǎo)向試樣，同時(shí)將由于該照射而從試樣反射或透過的脈沖光導(dǎo)向檢測裝置，其特征在于，從所述脈沖光輻射裝置到所述試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，及/或從所述檢測裝置到所述試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，以該順序配置有一個(gè)或多個(gè)平面鏡及一個(gè)或多個(gè)非球面鏡。
配置在脈沖光輻射裝置與試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)之間的入射側(cè)光路的非5求面鏡，朝向試樣將脈沖光聚光。另一方面，平面鏡配置在脈沖光輻射裝置與非球面鏡之間，使從脈沖光輻射裝置輻射的光折返。由此，能使脈沖光輻射裝置與非球面鏡之間的光程變長。通過使該光程變長，可盡可能地減小由非球面鏡聚光的焦點(diǎn)面積，進(jìn)而提高構(gòu)成測定對象的試樣的空間分解能力。
另外，由于通過平面鏡使脈沖光折返，所以，可加長光程，且能使裝置
形成極其緊湊的結(jié)構(gòu)。
另外，由于能使脈沖光輻射裝置與非球面的光程變長，所以，能夠維持希望的焦點(diǎn)面積，并且將非球面鏡與試樣之間距離增大。因此，能充分確保試樣周圍的空間，即，能充分確保試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)及試樣保持部的空間，所以，能夠使分析作業(yè)的自由度增加。
檢測裝置與試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)之間的檢測光路也與所述入射側(cè)光路一樣，在非球面鏡與檢測裝置之間配置平面鏡，形成光程變長的結(jié)構(gòu)，所以，可盡可能地減小由非球面鏡聚光的焦點(diǎn)面積，進(jìn)而提高成為測定對象的試樣的空間分解能力。另外與入射側(cè)光路一樣，能使裝置緊湊地構(gòu)成，且能充分確保試樣周圍的空間。


圖1是現(xiàn)有的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的概略結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)
圖3 ( a)是用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。是表示將由圖3 (b)圖3(a)表示的結(jié)構(gòu)并列配置的結(jié)構(gòu)的圖4是用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另 一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖5 (a)是用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。圖5 (b)、圖5 (a)的局部放大圖6是用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另 一 實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖7 ( a)是用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。表示使圖7(b)、圖7 U)的選通裝置與反射器移動(dòng)的圖。
符號說明
1脈沖激光光源
2分割裝置
8試樣
12檢測裝置
20時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置26、 27、 28、 29非球面鏡30附屬光學(xué)單元31試樣保持部
32、 33、 34試樣部入射光學(xué)系統(tǒng)35、 36、 37試樣部射出光學(xué)系統(tǒng)41、 42光程變更裝置或光學(xué)延遲裝置51、 52、 53反射器61、 62、 63、 64反射器71、 73、 75選通裝置81、 82、 83反射器 91、 93選通裝置 101、 102反射器 112選通裝置 115反射器
具體實(shí)施例方式
圖2是表示本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置及其用于取得時(shí)間 序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。與圖l相同的結(jié)構(gòu)要 素采用相同的符號，省略其說明。
該時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置20具備脈沖激光光源1。來自該脈沖 激光光源1的脈沖激光光束L1被導(dǎo)向分割成激發(fā)用脈沖激光光束L2和檢測 用脈沖激光光束L3的分割裝置2。
時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置20還具備脈沖光輻射裝置5，其通過 激發(fā)用脈沖激光光束L2的照射，輻射含有遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域的波長的脈沖光； 檢測裝置12，其檢測來自試樣8的反射脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號， 所述試樣8照射來自該脈沖光輻射裝置5的脈沖光。-
在脈沖光輻射裝置5和檢測裝置12之間設(shè)有保持試樣8的試樣保持 部31、將來自脈沖光輻射裝置的脈沖光導(dǎo)向試樣的試樣部入射的光學(xué)系統(tǒng) 32、 33、 34、和由該照射將從試樣反射的脈沖光導(dǎo)向檢測裝置12側(cè)的試樣 部射出的光學(xué)系統(tǒng)35、 36、 37。
而且，時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置20具有，至少一個(gè)測光區(qū)域設(shè) 定用的光程變更裝置(圖2的情況為直角反射鏡)41、和至少一個(gè)時(shí)間序列 信號測量用的光學(xué)延遲裝置42 (圖2的情況為直角反射鏡)。在此，光程變 更裝置41是能夠掃描的可動(dòng)型反射器。
另外，在測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置41及時(shí)間序列信號測量用的 光學(xué)延遲裝置42中具備自動(dòng)掃描的驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)，而且還具備自動(dòng)控 制該驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(未圖示)。(但是，反射器41及42中，即 使前者作為時(shí)間序列信號測量用，后者作為測光區(qū)域設(shè)定用也沒關(guān)系)。
而且試樣保持部31及試樣部射入射出的光學(xué)系統(tǒng)32、 33、 34、 35、 36、 37配置在附屬光學(xué)單元30內(nèi)，該附屬光學(xué)單元30可以在該時(shí)間序列變換脈
12沖分光計(jì)測裝置中插拔交換。
在脈沖光輻射裝置5與附屬光學(xué)單元30之間的入射側(cè)光路中設(shè)置著橢 圓鏡(非球面鏡)26及平面鏡27作為光學(xué)要素。橢圓鏡26將來自脈沖光輻 射裝置5的脈沖光聚光。平面鏡27配置在脈沖光輻射裝置5與橢圓鏡26之 間，實(shí)現(xiàn)將來自脈沖光輻射裝置5的脈沖光折返的功能。另外，如本實(shí)施例 那樣，橢圓鏡26及平面鏡27可以為一個(gè)，但也可以將多個(gè)組合使用。
在檢測裝置12及附屬光學(xué)單元30之間的檢測側(cè)光路中設(shè)有橢圓鏡(非 球面鏡)28及平面鏡29作為光學(xué)要素。橢圓鏡28將來自試樣8的反射脈沖 光聚光。平面鏡29配置在橢圓鏡28與檢測裝置12之間，實(shí)現(xiàn)將來自橢圓 鏡28的反射脈沖光折返的功能。如本實(shí)施例那樣，橢圓鏡28及平面鏡29 可以為 一個(gè)， <旦也可以多個(gè)組合^f吏用。
對作為光學(xué)要素的橢圓鏡26、平面鏡27、橢圓鏡28、平面鏡29及未圖 示的其它的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，使其對該附屬光學(xué)單元30具有光學(xué)匹 配。
在本實(shí)施例的情況中，形成檢測來自試樣的反射脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí) 間序列信號的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也可以是檢測透過脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列 信號的結(jié)構(gòu)。
在具備大致以上這樣結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置 中，試樣測定的準(zhǔn)備如下進(jìn)行。
首先，將測定的試樣8安裝到附屬光學(xué)單元30的試樣保持部31上。其 次，將附屬光學(xué)單元30安裝到時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置20中。然后， 為了在該附屬光學(xué)單元30內(nèi)的試樣部射入射出的光學(xué)系統(tǒng)32、 33、 34、 3、 36、 37上設(shè)定相對固有光程的輸出信號的時(shí)間序列配置的原點(diǎn)，而使未圖示 的驅(qū)動(dòng)裝置及計(jì)算機(jī)控制裝置工作，掃描測光區(qū)域的設(shè)定或用的反射器41 ， 這樣，完成試樣測定的準(zhǔn)備。
試樣測定中，本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置也與圖l所示的 現(xiàn)有裝置實(shí)質(zhì)上同樣的作用。
即，從光源1輻射的脈沖激光光束Ll被分割裝置2分割為激發(fā)用的脈L3。
激發(fā)用脈沖激光光束L 2經(jīng)由透鏡4照射到脈沖光輻射裝置5。由于該
13照射，脈沖光輻射裝置5輻射遠(yuǎn)紅外電磁波脈沖。該遠(yuǎn)紅外電^f茲波脈沖在被
平面鏡27將其光路折返后，導(dǎo)向橢圓鏡26并聚光。導(dǎo)向附屬光學(xué)單元30 內(nèi)的遠(yuǎn)紅外電磁波脈沖經(jīng)由試樣部入射的光學(xué)系統(tǒng)32、 33、 34聚光，對試 樣8進(jìn)行照射。含有試樣8的光學(xué)信息，且從試樣8反射的反射脈沖電磁波 經(jīng)由試樣部入射的光學(xué)系統(tǒng)35、 36、 37由附屬光學(xué)單元30之外的橢圓鏡28 反射，之后，由平面鏡29折返，進(jìn)而導(dǎo)向檢測裝置12。
另 一方面，被分割裝置2分割的檢測用脈沖激光光束L3可使檢測裝置 12只在其瞬間產(chǎn)生導(dǎo)電性，將來自瞬間到達(dá)的試樣8的反射脈沖電磁波的電 場強(qiáng)度作為電流檢測。在此，通過由反射器42對激發(fā)用脈沖激光光束L2以 每隔規(guī)定的時(shí)間間隔賦予^r測用脈沖激光光束L3延遲時(shí)間差，得到來自試 樣8的反射脈沖電磁波的時(shí)間序列信號。
圖中未圖示，但該時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置也可以具備時(shí)間原點(diǎn) 調(diào)整專用的反射器。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，利用配置在脈沖光輻射裝置5與橢圓鏡26之間的 平面鏡27將從脈沖光輻射裝置5輻射的脈沖光折返。因此，能夠使脈沖光 輻射裝置5與橢圓鏡26的光程變長，且能使由橢圓鏡26聚光的光束焦點(diǎn)面 積盡可能的減小，進(jìn)而改善構(gòu)成測定對象的試樣8的空間分解能力。
另外，由于通過平面鏡27使脈沖光折返，所以，雖然光程變長，但能 使裝置形成極緊湊的結(jié)構(gòu)。
另外，由于能使脈沖光輻射裝置5與橢圓鏡26的光程變長，所以，能 夠維持理想的焦點(diǎn)面積，并且使橢圓鏡26與試樣8之間距離增大。因此， 能充分確保設(shè)置附屬光學(xué)單元30的空間，所以，能夠^f吏分析作業(yè)容易地進(jìn) 行。
檢測裝置12與附屬光學(xué)系統(tǒng)30之間的檢測光路也與所述入射側(cè)光路一 樣，為在橢圓鏡28與檢測裝置12之間配置平面鏡29而將光程成為變長的 結(jié)構(gòu)，所以，可以使由橢圓鏡28聚光的光束的焦點(diǎn)面積盡可能地減小，進(jìn) 而提高構(gòu)成測定對象的試樣的空間分解能力。另外，與入射側(cè)光路一樣，能 使裝置形成緊湊地結(jié)構(gòu)，充分確保設(shè)置附屬光學(xué)單元30的空間。
序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另 一實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)。
在該實(shí)施例中，在從所述分割裝置到所述脈沖光輻射裝置的入射側(cè)光路
14及/或從所述分割裝置到所述檢測裝置的檢測側(cè)光路中，多個(gè)光路變更裝置及 /或光學(xué)延遲裝置(圖3的情況為反射器)使入射及反射到反射器的光路平行， 并在光路以錯(cuò)開的狀態(tài)對向配置。圖中的情況，反射器是直角反射鏡。在該
結(jié)構(gòu)中，入射到掃描機(jī)構(gòu)的脈沖激光光束L2或L3由直角反射鏡51、 52、 53...順序反射，導(dǎo)向掃描機(jī)構(gòu)的之夕卜，送到脈沖光輻射裝置5或檢測裝置12。
由于為這種結(jié)構(gòu)，所以與1個(gè)反射器的情況比較，能夠改變只是反射器 的數(shù)量的這一部分而產(chǎn)生的光程長度。另外，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在反射器的掃 描方向空間不充分，但在與掃描方向正交的方向有充分的空間，在該情況下， 還能夠變更大的光程。在該實(shí)施例中，如圖3 (b)所示，圖3 (a)這種結(jié) 構(gòu)的掃描機(jī)構(gòu)也可以在入射側(cè)光路及/或^r測側(cè)光路中并列配置。
如圖3 (b)所示，圖3 (a)這種結(jié)構(gòu)的光程變更裝置及/或光學(xué)延遲裝 置也可以在入射側(cè)光路及/或檢測側(cè)光路中并列配置。
信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的另 一 實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)。
在該實(shí)施例中，測光區(qū)域設(shè)定用的反射器(圖中的情況為直角反射鏡) 及時(shí)間序列信號測定用的反射器(圖中的情況為直角反射鏡)的每個(gè)以每兩 個(gè)(61及62和63及64 )并列配置并且同時(shí)掃描，測光區(qū)域設(shè)定用的反射 器61、 62與時(shí)間序列信號測定用的反射器63、 64在將光路錯(cuò)開的狀態(tài)對向 配置。在該結(jié)構(gòu)中，由分割裝置2分割的激發(fā)用的脈沖激光光束L2和檢測 用的脈沖激光光束L3在由反射鏡65反射后，進(jìn)入掃描機(jī)構(gòu)，在測光區(qū)域設(shè) 定用及時(shí)間序列信號測定用的反射器63、 61、 64及62上順序反射，導(dǎo)向掃 描機(jī)構(gòu)的之外，進(jìn)而由反射鏡66及67反射，送到脈沖光輻射裝置5或檢測 裝置12。
由于這種結(jié)構(gòu)，所以與1個(gè)直角反射鏡的情況比較，具有可對反射器的 掃描變更2倍光程的特征。因此，實(shí)現(xiàn)可迅速地進(jìn)^f亍測光區(qū)域的設(shè)定及時(shí)間 系列信號測定用的設(shè)定的效果。也可以將圖4的結(jié)構(gòu)用于光程變更裝置、光 學(xué)延遲裝置的任一種。
列信號的光程差補(bǔ)償^U勾的其它實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
在圖5(a)的實(shí)施例中，測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置81、 82、 83... 是可動(dòng)型或固定型的反射器，該反射器的任意一種都至少在脈沖光向該反射73、 75,通過進(jìn)4亍該通過或阻斷的切:換，可以附加一個(gè)或兩個(gè)以上的經(jīng)由所 述反射器81、 82、 83的光路，將光程延長，^/或跳過一個(gè)或兩個(gè)以上的所 述反射器81、 82、 83,將光程縮短。另外，圖5的情況下，選通裝置是反射 鏡，具備反射鏡72、 74...，該反射鏡72、 74...將來自反射器81、 82、 83 的反射脈沖光反射到鄰接的反射器側(cè)。在該實(shí)施例中，至少一個(gè)反射鏡的(選 通裝置)的通過、阻斷如下進(jìn)行，即，由反射鏡的旋轉(zhuǎn)向反射鏡的光路進(jìn)行 插拔。在圖中，在反射鏡附近標(biāo)注的箭頭及表示反射鏡的實(shí)線及虛線是模式 性地表示反射鏡的通過 阻止的切換的情況。
采用將圖5 (a)局部放大的圖5 (b)對該實(shí)施例的作用進(jìn)行說明。例 如，在切換之前，在反射鏡71插入光路中(實(shí)線)，并且反射鏡72(實(shí)線) 從光路中移出去的情況下，激光光束L4由反光鏡71反射，形成L41，作為 L5前進(jìn)。在該情況下，跳過反射器81。與此相對，切換反射鏡71、 72，如 虛線那樣，在將反射鏡71從光路中移出，并且將反射鏡72插入光路的情況 下，激光光束L4作為L42由反射器81反射，形成L43，進(jìn)而又被反射，形 成L44，且由反射器72反射，作為L5前進(jìn)。這樣，通過進(jìn)行切換，而附加 經(jīng)由反射器81的光路。與此相對，如果反向進(jìn)行該切換順序，則相反，不 會(huì)形成經(jīng)由反射器81的光路，光路被縮短。也可以將圖5的結(jié)構(gòu)使用在光 程變更裝置、光學(xué)延遲裝置的任一個(gè)之中。
圖6表示用于取得本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的時(shí)間序 列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的其它實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
在該實(shí)施例中為如下結(jié)構(gòu)，根據(jù)用途，多個(gè)反射器101、 102...配置在適 當(dāng)?shù)奈恢茫蛇x通裝置91、 93...及被送向鄰接的反射器的反射鏡92、 94變 更光程，圖6的情況中，選通裝置是反射鏡。
在該實(shí)施例中，在將選通裝置91、 93及被送向鄰接的反射器的反射鏡 92、 94配置在實(shí)線的位置的情況下，入射到光程變更裝置的脈沖光首先由選 通裝置91反射，通過反射鏡92、選通裝置93、及反射鏡94旁，由反射鏡 95反射，導(dǎo)向外部。此時(shí)，是不進(jìn)行使用反射器101、 102的試樣的測定的 情況。另一方面，通過將選通裝置91及反射鏡92切換到虛線的位置，脈沖 光就可以測定采用反射器101的試樣(在圖中是反射測定)。另外，通過將 選通裝置91及反射鏡92切換到實(shí)線位置，并且將選通裝置93及反射鏡94切換到虛線位置，就可以測定釆用反射器102的試樣(在圖中是充氣光電管 測定)。
圖7 ( a)及圖7 ( b )表示用于取得時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置的 時(shí)間序列信號的光程差補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的其它實(shí)施例的概略結(jié)構(gòu)圖。
在該實(shí)施例中，至少一個(gè)選通裝置112的通過或阻斷是由向該選通裝置 112的平行移動(dòng)得到的光路的插拔而進(jìn)行的。特別是在圖7的情況中，將選 通裝置112與反射器115 —起裝配在移動(dòng)裝置116之上。而且，將從反射鏡 115反射的脈沖光反射送向反射器114的反射鏡113也裝配在移動(dòng)裝置116 上。圖的情況中，選通裝置112是反射鏡。
此時(shí)，在將移動(dòng)裝置116裝配在圖7 (a)的位置時(shí)，從反射鏡lll反射 過來的脈沖光通過選通裝置112及反射鏡113的旁邊，反射到反射器114， 導(dǎo)向外邊。當(dāng)使移動(dòng)裝置116從圖(a)的位置移動(dòng)到圖7 (b)的位置時(shí)， 使選通裝置112及反射鏡113與反射器115 —起平行移動(dòng)，附加經(jīng)由反射器 115的光路，將光程延長，可進(jìn)行使用反射器115測定。
權(quán)利要求
1、一種時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其具有脈沖激光光源；分割裝置，該分割裝置將來自該脈沖激光光源的脈沖激光光束分割為激發(fā)用脈沖激光光束和檢測用脈沖激光光束；脈沖光輻射裝置，該脈沖光輻射裝置通過進(jìn)行所述激發(fā)用脈沖激光的照射，輻射含有遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域的波長的脈沖光；檢測裝置，該檢測裝置檢測來自試樣的反射或透過脈沖光的電場強(qiáng)度的時(shí)間序列信號，所述試樣是照射來自該脈沖光輻射裝置的脈沖光；保持試樣的試樣保持部；試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將來自脈沖光輻射裝置的脈沖光導(dǎo)向試樣，同時(shí)將通過進(jìn)行該照射而從試樣反射或透過的脈沖光導(dǎo)向檢測裝置側(cè)，其特征在于，從所述脈沖光輻射裝置到所述試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)及/或從所述檢測裝置到所述試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，將一個(gè)或多個(gè)平面鏡及一個(gè)或多個(gè)非球面鏡以該順序進(jìn)行配置。
全文摘要
一種提供時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置，其可容易地在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多種試樣或其狀態(tài)等的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測。本發(fā)明的時(shí)間序列變換脈沖分光計(jì)測裝置具有脈沖激光光源；分割裝置，其將來自該脈沖激光光源的脈沖激光分割為激發(fā)用脈沖激光光束和檢測用脈沖激光光束；脈沖光輻射裝置；檢測裝置；保持試樣的試樣保持部；試樣部射入射出光學(xué)系統(tǒng)，具有至少一個(gè)測光區(qū)域設(shè)定用的光程變更裝置，其配備在從分割裝置到脈沖光輻射裝置的入射側(cè)光路及/或從分割裝置到檢測裝置的檢測側(cè)光路的任一個(gè)；至少一個(gè)時(shí)間序列信號測定用光學(xué)延遲裝置，其配備在從分割裝置到脈沖光輻射裝置的入射側(cè)光路及/或從分割裝置到檢測裝置的檢測側(cè)光的任一個(gè)。
文檔編號G01J3/42GK101487793SQ20081019065
公開日2009年7月22日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者巖本敏志, 西澤誠治 申請人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu);西澤誠治