CN116265923A - 拉曼显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可容易地获取深度方向上的多个点处的拉曼光谱的拉曼显微镜。深度测定处理部(111)通过沿着激光对试样的照射方向即深度方向使所述激光的焦点位置发生变化，同时获取深度方向上的多个点处的拉曼光谱，来进行深度测定。显示处理部(103)与载物台上的试样的表面图像相对应地显示用于输入对所述试样进行深度测定时的参数的输入画面。所述参数中包括沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围以及所述范围内的所述多个点的间隔。

Description

拉曼显微镜

技术领域

本发明涉及一种拉曼显微镜，所述拉曼显微镜通过使激光会聚而照射到载物台上的试样，并利用检测器接收来自试样的拉曼散射光，从而获取拉曼光谱。

背景技术

在作为拉曼分光装置的一例的拉曼显微镜中，使激光会聚而照射到载物台上的试样，并利用检测器接收来自试样的拉曼散射光(例如，参照下述专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平10-90064号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在所述那样的拉曼显微镜中，通过沿着激光对试样的照射方向即深度方向使所述激光的焦点位置发生变化，能够获取所述深度方向上的多个点处的拉曼光谱。在所述情况下，用户需要进行使载物台的高度发生变化等作业，因此作业繁杂。

本发明是鉴于所述实际情况而完成，其目的在于提供一种可容易地获取深度方向上的多个点处的拉曼光谱的拉曼显微镜。

[解决问题的技术手段]

本发明的第一形态是一种拉曼显微镜，通过使激光会聚而照射到载物台上的试样，并利用检测器接收来自试样的拉曼散射光，从而获取拉曼光谱，且所述拉曼显微镜包括深度测定处理部以及显示处理部。所述深度测定处理部通过沿着激光对试样的照射方向即深度方向使所述激光的焦点位置发生变化，同时获取所述深度方向上的多个点处的拉曼光谱来进行深度测定。所述显示处理部与所述载物台上的试样的表面图像相对应地，显示用于输入对所述试样进行所述深度测定时的参数的输入画面。所述参数中包括沿着所述深度方向使所述激光的焦点位置发生变化的范围以及所述范围内的所述多个点的间隔。

[发明的效果]

根据本发明，可容易地获取深度方向上的多个点处的拉曼光谱。

附图说明

图1是表示拉曼显微镜的结构例的概略图。

图2是表示拉曼显微镜的结构例的概略图。

图3是表示拉曼显微镜的电性结构的一例的框图。

图4是表示在显示部上显示的操作画面的一例的图。

图5是表示在显示部上显示的操作画面的一例的图。

图6是表示在显示部上显示的操作画面的一例的图。

[附图标记说明]

1：拉曼显微镜

3：载物台

71：拉曼分光计

100：控制部

101：拉曼分析处理部

102：红外分析处理部

103：显示处理部

111：深度测定处理部

504：输入画面

541：焦点操作区域

542：上端设定区域

543：深度输入区域

544：下端设定区域

545：符号显示区域

546：步长输入区域

547：测定开始键

具体实施方式

1.拉曼显微镜的整体结构

图1及图2是表示拉曼显微镜1的结构例的概略图。本实施方式的拉曼显微镜1不仅能够进行拉曼分光分析，也能够进行红外分光分析。图1表示进行拉曼分光分析时的状态，图2表示进行红外分光分析时的状态。

拉曼显微镜1包括：板2、载物台3、驱动部4、对物光学元件5、对物光学元件6、拉曼光检测系统7、红外光检测系统8及切换机构9等。试样以固定于板2的状态载置于载物台3上。载物台3通过驱动部4的驱动，能够在水平方向或铅垂方向上移位。驱动部4例如包括马达及齿轮等。

对物光学元件5用于拉曼分光分析，例如为将凸透镜与凹透镜组合而成的结构。在进行拉曼分光分析时，如图1所示，对物光学元件5与板2上的试样相向。即，对物光学元件5位于板2上的试样的正上方。

对物光学元件6用于红外分光分析，例如为将凹面镜与凸面镜组合而成的卡塞格林(cassegrain)镜。在进行红外分光分析时，如图2所示，对物光学元件6与板2上的试样相向。即，对物光学元件6位于板2上的试样的正上方。

拉曼光检测系统7在进行拉曼分光分析时使用，包括光源A、光学摄影元件10及拉曼分光计71。从光源A射出的光例如是具有可见区域或近红外区域的波长的激光，其波长为数μm至数十μm左右。如图1所示，在进行拉曼分光分析时，从光源A射出的光利用各种光学元件(未图示)而被引导至对物光学元件5。

入射到对物光学元件5的光在固定于板2上的试样上聚焦。即，来自光源A的光通过透过对物光学元件5而会聚，从而照射到试样上或试样中的焦点位置。从被照射了来自光源A的光的试样产生拉曼散射光，所述光利用各种光学元件(未图示)而被引导至拉曼光检测系统7。从对物光学元件5被引导至拉曼光检测系统7的光的一部分入射到光学摄影元件10，剩余的光入射到拉曼分光计71。

光学摄影元件10对产生拉曼散射光的试样表面的可见图像进行摄影。光学摄影元件10例如包括电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器等，且构成为能够对试样的静止图像或动态图像进行摄影。光学摄影元件10可对试样的明场像、暗场像、相位差像、荧光像及偏光显微镜像等的全部或至少一个进行摄影。

拉曼分光计71通过对来自试样的拉曼散射光进行分光来检测各波长的强度。基于来自所述拉曼分光计71的检测信号，可获取拉曼光谱。拉曼光谱中，纵轴由强度表示，横轴由波长表示。如此，在拉曼显微镜1中，通过利用检测器(拉曼分光计71)接收来自试样的拉曼散射光，可获取拉曼光谱。

红外光检测系统8在进行红外分光分析时使用，包括光源B、光学摄影元件11及红外分光计81。从光源B射出的光例如是从陶瓷加热器射出的红外光，其波长为405nm至1064nm左右，多数情况下使用组合了532nm与785nm的波长的光。如图2所示，在进行红外分光分析时，从光源B射出的光利用各种光学元件(未图示)而被引导至对物光学元件6。

入射到对物光学元件6的光在固定于板2上的试样上聚焦。即，来自光源B的光通过透过对物光学元件6而会聚，从而照射到试样上或试样中的焦点位置。来自被照射了来自光源B的光的试样的反射光利用各种光学元件(未图示)而被引导至红外光检测系统8。从对物光学元件6被引导至红外光检测系统8的光的一部分入射到光学摄影元件11，剩余的光入射到红外分光计81。

光学摄影元件11对反射红外光的试样表面的可见图像进行摄影。光学摄影元件11可为与光学摄影元件10同样的结构。光学摄影元件11与光学摄影元件10同样地能够对试样的静止图像或动态图像进行摄影，且可对试样的明场像、暗场像、相位差像、荧光像及偏光显微镜像等的全部或至少一个进行摄影。

红外分光计81例如是傅里叶变换红外分光计。红外分光计81所包括的分光器可为迈克尔逊(Michelson)干涉分光器。红外分光计81通过对来自试样的红外光的反射光进行分光来检测各波长的强度。基于来自所述红外分光计81的检测信号，可获取红外光谱。红外光谱中，纵轴由强度表示，横轴由波长表示。如此，在拉曼显微镜1中，通过利用检测器(红外分光计81)接收来自试样的红外光的反射光，可获取红外光谱。

切换机构9对拉曼分光分析与红外分光分析进行切换。具体而言，切换机构9利用驱动部4对载物台3进行驱动，来调整对物光学元件5与板2的位置关系、及对物光学元件6与板2的位置关系。在切换为拉曼分光分析的情况下，通过调整对物光学元件5与板2的位置关系，使利用对物光学元件5而会聚的光的焦点位置对准试样的规定的测定位置。另一方面，在切换为红外分光分析的情况下，通过调整对物光学元件6与板2的位置关系，使利用对物光学元件6而会聚的光的焦点位置对准试样的规定的测定位置。

2.拉曼显微镜的电性结构

图3是表示拉曼显微镜1的电性结构的一例的框图。拉曼显微镜1除了包括所述各部分以外，还包括控制部100、存储部200、显示部300及操作部400。

控制部100例如是包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的结构。控制部100通过CPU执行程序，而作为拉曼分析处理部101、红外分析处理部102及显示处理部103等发挥功能。

拉曼分析处理部101在由切换机构9切换为拉曼分光分析的状态下，执行用于对载物台3上的试样进行拉曼分光分析的处理。即，从光源A使激光会聚而照射到试样，基于来自拉曼分光计71的检测信号获取拉曼光谱。另外，拉曼分析处理部101可基于由光学摄影元件10进行摄影的可见图像，获取拉曼分光分析中的试样的表面图像。在进行拉曼分光分析时，也可通过对驱动部4进行控制，一边使载物台3移动一边进行分析。

红外分析处理部102在由切换机构9切换为红外分光分析的状态下，执行用于对载物台3上的试样进行红外分光分析的处理。即，从光源B使红外光会聚而照射到试样，基于来自红外分光计81的检测信号获取红外光谱。另外，红外分析处理部102可基于由光学摄影元件11进行摄影的可见图像，获取红外分光分析中的试样的表面图像。在进行红外分光分析时，也可通过对驱动部4进行控制，一边使载物台3移动一边进行分析。

通过拉曼分析处理部101的处理而获得的拉曼分光分析中的数据、及通过红外分析处理部102的处理而获得的红外分光分析中的数据存储在存储部200中。存储部200例如包括硬盘等非易失性存储器。存储部200中存储例如通过拉曼分光分析而获取的拉曼光谱、及通过红外分光分析而获取的红外光谱等。

显示处理部103对显示部300上的显示进行控制。即，通过显示处理部103的控制，在显示部300的显示画面上显示出操作画面等各种画面。显示部300例如为包括液晶显示器的结构，但并不限于此。通过显示处理部103的控制，可在显示部300的显示画面上显示存储在存储部200中的拉曼光谱或红外光谱。

操作部400用于由用户进行输入操作，例如为包括键盘或鼠标等的结构，但并不限于此。当在显示部300上显示出操作画面时，通过对操作部400进行操作，可进行对所述操作画面的输入操作。在使用操作部400进行了输入操作的情况下，所述输入的信息(数值等)被反映并显示在显示部300的操作画面。

在本实施方式中，拉曼分析处理部101包括深度测定处理部111。深度测定处理部111在拉曼分光分析中对驱动部4进行控制，一边使载物台3在铅垂方向上移动一边获取多个点处的拉曼光谱，由此进行深度测定。即，在进行深度测定时，通过载物台3沿铅垂方向移动，试样与对物光学元件5的距离发生变化。

由于从对物光学元件5朝向试样的激光的焦点位置固定，因此在进行深度测定时，随着载物台3的移动，激光相对于试样的焦点位置发生变化。即，在进行深度测定时照射到试样的激光的焦点位置不仅进入试样上，也进入试样中。

具体而言，在深度测定中，沿着激光对试样的照射方向(光轴方向)即深度方向使激光的焦点位置发生变化，同时以规定间隔基于来自拉曼分光计71的检测信号获取拉曼光谱。由此，在深度方向上在以所述规定间隔分离的多个点处，分别获取基于来自拉曼分光计71的检测信号的拉曼光谱。所述规定间隔可由用户预先设定。

显示处理部103可使显示部300显示用于输入进行深度测定时的参数的输入画面。所述参数中除了包括所述规定间隔以外，也包括进行深度测定的深度方向的范围、或者试样的表面图像上的激光的直径(光斑直径)等。深度测定处理部111基于输入到所述输入画面的参数，进行深度测定。

3.操作画面的具体例

图4～图6是表示在显示部300上显示的操作画面500的一例的图。所述操作画面500中包括表面图像显示区域501及光谱显示区域502。其中，表面图像显示区域501及光谱显示区域502均不限于包括在操作画面500中的显示形态，至少一方可以与操作画面500不同的画面显示。

在表面图像显示区域501显示出载物台3上的试样的表面图像。即，由光学摄影元件10进行摄影的可见图像显示在表面图像显示区域501。显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像可为由光学摄影元件10进行摄影的实时的图像，也可为以规定的定时进行摄影的静止图像。在使载物台3沿水平方向(与深度方向交叉的方向)移动的情况下，显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像的区域也可发生变化。

用户可在显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像上选择测定位置。测定位置是指在水平面内选择的任意位置，沿着所选择的测定位置的深度方向进行深度测定。

测定位置可仅选择一个，也可选择多个。在图4的例子中，选择三个测定位置511。另外，多个测定位置511以排列在一条直线上的方式选择。测定位置511通过对操作部400的操作来选择，其选择方法为任意。例如，在操作部400中包括鼠标那样的点击设备的情况下，可通过拖动操作等容易地选择多个测定位置511。水平方向上的多个测定位置511间的距离可固定，也可不固定。

此外，拉曼光检测系统7中的光源A也可能够以多个波长射出激光。在所述情况下，在显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像上选择的测定位置能够按波长选择。

用户在以所述方式选择了测定位置511之后，选择样品测定键503。样品测定键503是用于显示输入画面的选择键，所述输入画面用于输入进行深度测定时的参数。选择样品测定键503后，如图5所示，在显示部300上显示输入画面504。

在所述例子中，作为与操作画面500不同的画面，输入画面504弹出显示在显示部300。由此，表面图像显示区域501与输入画面504同时显示在显示部300，因此可与试样的表面图像相对应地显示输入画面504。其中，并不限于此种结构，也可在操作画面500内显示输入画面504作为输入区域。

在输入画面504中，作为进行深度测定时的参数，包括沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围(深度范围)以及在所述深度范围中获取拉曼光谱的多个点的间隔(步长)。深度范围可由深度方向的上端与下端来规定。步长在多个点之间可为固定间隔，也可不为固定间隔。

输入画面504中包括用于使载物台3在深度方向上移动而操作的焦点操作区域541。所述焦点操作区域541中例如包括用于使载物台3沿着深度方向向上方移动而操作的上移动键541a以及用于使载物台3沿着深度方向向下方移动而操作的下移动键541b。用户利用对焦点操作区域541的操作使载物台3向深度方向的上方或下方移动，由此可沿着深度方向使激光相对于试样的焦点位置发生变化。

输入画面504中包括用于设定深度范围的上端而操作的上端设定区域542。用户在通过如所述那样对焦点操作区域541进行操作来进行焦点位置的调整之后，通过选择上端设定区域542，可将此时的焦点位置设定为深度范围的上端。即，只要选择上端设定区域542，则将通过对焦点操作区域541的操作而发生变化的焦点位置设定为深度范围的上端。

深度范围的上端可为试样的表面(上表面)，也可为相对于试样的表面在深度方向上错开的位置。在将试样的表面设为深度范围的上端的情况下，只要在实时显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像上，对焦点操作区域541进行操作使得光斑直径变得最小之后，选择上端设定区域542即可。其中，也可不利用显示在表面图像显示区域501的试样的表面图像，而是由用户一边直接目视试样的表面，一边对焦点操作区域541进行操作使得光斑直径变得最小。另一方面，若将深度范围的上端设定在比试样的表面更靠上方处，则可从比试样的表面更靠上方处开始深度测定。

输入画面504中包括深度输入区域543，所述深度输入区域543用于以通过选择上端设定区域542而设定的深度范围的上端为基准来输入深度。深度输入区域543中可输入表示深度的数值。通过对深度输入区域543的输入操作，输入相对于在上端设定区域542设定的深度范围的上端的深度，因此深度范围的下端被设定，由此完成深度范围的设定。

在本实施方式中，除了通过所述那样的深度范围的设定方法以外，也可通过对输入画面504中包括的下端设定区域544的操作来进行深度范围的设定。在所述情况下，用户在通过选择上端设定区域542而设定了深度范围的上端之后，通过对焦点操作区域541进行操作，将焦点位置调整到作为深度范围的下端而期望的位置。然后，只要选择下端设定区域544，则通过焦点操作区域541的操作而发生变化的焦点位置被设定为深度范围的下端，由此完成深度范围的设定。

输入画面504中包括符号显示区域545，所述符号显示区域545显示表示深度范围的上端和下端的相对位置关系的符号。在符号显示区域545中，虚拟地显示表示试样的符号545a，并且以所述符号545a为基准而显示表示深度范围的上端的符号545b以及表示深度范围的下端的符号545c。

表示深度范围的下端的符号545c的位置根据输入到深度输入区域543的深度而发生变化。因此，可以容易理解的方式向用户显示深度范围的下端的位置。此外，表示深度范围的上端的符号545b的位置也可根据选择上端设定区域542之前对焦点操作区域541的操作而发生变化。另外，表示深度范围的下端的符号545c的位置也可根据在选择下端设定区域544之前对焦点操作区域541的操作而发生变化。

输入画面504中包括用于输入步长的步长输入区域546。在步长输入区域546中可输入数值，所述数值表示进行深度测定时的、获取拉曼光谱的深度方向的各点的间隔。由此，完成步长的设定。

用户在以所述方式输入了深度范围及步长的各参数之后，选择输入画面504中所包括的测定开始键547。由此，使用所设定的各参数开始深度测定。此外，在选择了测定开始键547之后到深度测定结束为止的期间，不显示输入画面504。

深度测定可在显示于表面图像显示区域501的试样的表面图像上选择的测定位置511以各种形态进行，用户可任意选择所述形态中的任意一个。例如，在选择了多个测定位置511的情况下，可在各测定位置511从上端朝向下端进行深度测定，也可交替重复从上端朝向下端进行深度测定的测定位置511与从下端朝向上方进行深度测定的测定位置511。

另外，在所选择的多个测定位置511排列在一条直线上的情况下，也可重复进行如下动作：通过使载物台3沿水平方向在一条直线上移动来进行各测定位置511处的相同深度的测定，然后使载物台3沿铅垂方向移动，进行所述深度处的各测定位置511的测定。在所述情况下，使载物台3沿水平方向在一条直线上移动时的起点及终点在沿深度方向观察时，在各深度处可为相同的位置，也可在各深度处交替替换。

如图6所示，若深度测定结束，则在光谱显示区域502显示拉曼光谱。在图6中，将在深度测定中最后获取的拉曼光谱显示在光谱显示区域502。

此外，用户通过对操作部400进行操作，能够从存储部200读出所获取的多个拉曼光谱中所需的拉曼光谱，并将其显示在显示部300。在所述情况下，例如，可在显示部300显示例如用于选择深度位置的条等操作键，通过使所述操作键移动而将多个拉曼光谱连续地切换而显示在显示部300。

4.形态

本领域技术人员可理解所述多个例示性实施方式是以下形态的具体例。

(第一项)一形态的拉曼显微镜通过使激光会聚而照射到载物台上的试样，并利用检测器接收来自试样的拉曼散射光，从而获取拉曼光谱，且所述拉曼显微镜可为包括：

深度测定处理部，通过沿着激光对试样的照射方向即深度方向使所述激光的焦点位置发生变化，同时获取所述深度方向上的多个点处的拉曼光谱来进行深度测定；以及

显示处理部，与所述载物台上的试样的表面图像相对应地，显示用于输入对所述试样进行所述深度测定时的参数的输入画面，

所述参数中包括沿着所述深度方向使所述激光的焦点位置发生变化的范围以及所述范围内的所述多个点的间隔。

根据第一项所述的拉曼显微镜，在用于输入进行深度测定时的参数的输入画面中，可将沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围以及所述范围内的深度方向上的多个点的间隔作为参数而输入。通过基于这样输入的参数来进行深度测定，可容易地获取深度方向上的多个点处的拉曼光谱。

(第二项)根据第一项所述的拉曼显微镜，其中，

所述输入画面中可包括：焦点操作区域，用于使沿着所述深度方向使所述激光的焦点位置发生变化而操作；以及上端设定区域，用于将通过对所述焦点操作区域的操作而发生变化的所述焦点位置设定在所述范围的上端。

根据第二项所述的拉曼显微镜，通过对焦点操作区域进行操作而沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化之后，通过上端设定区域，可容易地将所述焦点位置设定为在进行深度测定时沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围的上端。

(第三项)根据第二项所述的拉曼显微镜，其中，

所述输入画面中可包括深度输入区域，所述深度输入区域用于输入相对于在所述上端设定区域设定的所述范围的上端的深度。

根据第三项所述的拉曼显微镜，通过在深度输入区域输入深度，输入相对于在进行深度测定时沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围的上端的深度，且所述范围的下端被设定，因此可容易地进行所述范围的设定。

(第四项)根据第三项所述的拉曼显微镜，其中，

所述输入画面中包括符号显示区域，所述符号显示区域显示表示所述范围的上端与下端的相对位置关系的符号，

所述显示处理部根据输入到所述深度输入区域的深度而使所述符号的显示发生变化。

根据第四项所述的拉曼显微镜，可以容易理解的方式向用户显示在进行深度测定时沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围的上端及下端的位置，因此，可更容易地进行所述范围的设定。

(第五项)根据第二项至第四项中任一项所述的拉曼显微镜，其中，

所述输入画面中可包括下端设定区域，所述下端设定区域用于将通过所述焦点操作区域的操作而发生变化的所述焦点位置设定为所述范围的下端。

根据第五项所述的拉曼显微镜，通过对焦点操作区域进行操作而沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化之后，通过下端设定区域，可容易地将所述焦点位置设定为在进行深度测定时沿着深度方向使激光的焦点位置发生变化的范围的下端。

Claims (5)

1.一种拉曼显微镜，其特征在于，通过使激光会聚而照射到载物台上的试样，并利用检测器接收来自试样的拉曼散射光，从而获取拉曼光谱，且所述拉曼显微镜包括：

深度测定处理部，通过沿着激光对试样的照射方向即深度方向使所述激光的焦点位置发生变化，同时获取所述深度方向上的多个点处的拉曼光谱，来进行深度测定；以及

显示处理部，与所述载物台上的试样的表面图像相对应地，显示用于输入对所述试样进行所述深度测定时的参数的输入画面，

所述参数中包括沿着所述深度方向使所述激光的焦点位置发生变化的范围以及所述范围内的所述多个点的间隔。

2.根据权利要求1所述的拉曼显微镜，其特征在于，所述输入画面中包括：焦点操作区域，用于使沿着所述深度方向使所述激光的焦点位置发生变化而操作；以及上端设定区域，用于将通过对所述焦点操作区域的操作而发生变化的所述焦点位置设定为所述范围的上端。

3.根据权利要求2所述的拉曼显微镜，其特征在于，所述输入画面中包括深度输入区域，所述深度输入区域用于输入相对于在所述上端设定区域设定的所述范围的上端的深度。

4.根据权利要求3所述的拉曼显微镜，其特征在于，所述输入画面中包括符号显示区域，所述符号显示区域显示表示所述范围的上端与下端的相对位置关系的符号，

所述显示处理部根据输入到所述深度输入区域的深度而使所述符号的显示发生变化。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的拉曼显微镜，其特征在于，所述输入画面中包括下端设定区域，所述下端设定区域用于将通过所述焦点操作区域的操作而发生变化的所述焦点位置设定为所述范围的下端。

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