JP2000321200A

JP2000321200A - 共焦点顕微分光装置

Info

Publication number: JP2000321200A
Application number: JP11130100A
Authority: JP
Inventors: Masaji Suruga; 正次駿河; Hiroaki Misawa; 弘明三澤; Tatsuya Uchida; 達也内田
Original assignee: TOKYO INSTR Inc; Japan Science and Technology Corp; Tokyo Instruments Inc
Current assignee: TOKYO INSTR Inc; Japan Science and Technology Agency; Tokyo Instruments Inc
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】製造及び調整を容易なものとしつつ、高い感
度で良好な質の信号が得られる共焦点顕微分光装置を提
供する。【解決手段】レーザ光源からの光束を集光させる第１
の集光レンズ４と、この第１の集光レンズ４による集光
点上に配置されるピンホール６と、このピンホール６内
を通過して拡散する光束を試料Ｓ上に集光させる第２の
集光レンズ７と、試料Ｓにより反射されて拡散し第２の
集光レンズ７を経てピンホール６内に結像されこのピン
ホール６内を通過する反射光束を光電子倍増管３に導く
ビームスプリッタ８からなる共焦点顕微鏡を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点顕微鏡によ
り、試料に光束を照射したときに生ずる散乱光などを検
出する共焦点顕微分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料に光束を照射したときに生ず
るラマン散乱や蛍光などを共焦点顕微鏡を介して検出す
る装置が提案されている。この共焦点顕微鏡としては、
図４に示すように、レーザ光源より発せられたレーザ光
束を第１の集光レンズ１０１により集光させ、この第１
の集光レンズによる集光点上に第１のピンホールマスク
（空間フィルタ）１０２のピンホール１０３を位置さ
せ、このピンホール１０３内を通過した拡散する光束を
ビームスプリッタ１０４を介して第２の集光レンズ１０
５に導き、この第２の集光レンズ１０５により光束を試
料１０６上に集光させるように構成されたものが提案さ
れている。

【０００３】そして、この共焦点顕微鏡においては、試
料１０６上に集光された光束は、この試料１０６により
散乱光などを含んで反射され、第２の集光レンズ１０５
を経て収束しつつビームスプリッタ１０４に戻る。ビー
ムスプリッタ１０４に戻った反射光束は、このビームス
プリッタ１０４により、レーザ光源側に戻る光路より分
岐されて検出手段である光電子増倍管（ＰＭＴ：photom
ultiplier tube）１０９の側に導かれる。この反射光束
は、ビームスプリッタ１０４を経て光電子増倍管１０９
に至る間に、一旦集光する。この集光点上には、第２の
ピンホールマスク１０７のピンホール１０８が位置して
いる。すなわち、第１のピンホールマスク１０２のピン
ホール１０３と第２のピンホールマスク１０７のピンホ
ール１０８とは、ビームスプリッタ１０４に対して共役
な位置となされている。

【０００４】また、従来、共焦点顕微鏡としては、図５
に示すように、レーザ光源より発せられたレーザ光束を
第１の集光レンズ１０１により集光させ、この第１の集
光レンズによる集光点上にピンホールマスク１０２のピ
ンホール１０３を位置させ、このピンホール１０３内を
通過した拡散する光束をビームスプリッタ１０４を介し
て第２の集光レンズ１０５に導き、この第２の集光レン
ズ１０５により光束を試料１０６上に集光させることは
上述の共焦点顕微鏡と同様であるが、試料１０６上に集
光され反射され、第２の集光レンズ１０５を経て収束し
つつビームスプリッタ１０４を経た光束を、電荷結合素
子（ＣＣＤ：charge-coupled device）１１０上に集光
させて検出するようにしたものが提案されている。

【０００５】また、従来、図６に示すように、上述のよ
うな共焦点顕微鏡１１１を介して電荷結合素子１１０な
どにより検出される光束についての波長選択を行う手段
として、ノッチフィルタ（Notch-filter）１１５を使用
することが提案されている。このノッチフィルタ１１５
は、特定の狭い波長域の光束のみを遮断（反射）する特
性を持ったフィルタであり、ここでは、レーザ光源１１
２より発せられる光束の中心波長帯域を遮断（反射）す
るものを用いる。

【０００６】この場合においては、レーザ光源１１２よ
り発せられた平行光束であるレーザ光束を第１の集光レ
ンズ１０１によりピンホールマスク１０２のピンホール
１０３内に集光させ、このピンホール１０３内を通過し
て拡散する光束をコリメータレンズ１１３により平行光
束に戻し、この平行光束をミラー１１４を介して、ノッ
チフィルタ１１５に入射させる。ミラー１１４を介して
ノッチフィルタ１１５に入射される光束は、該ノッチフ
ィルタ１１５に対して、例えば５°の入射角をもって入
射される。

【０００７】そして、このノッチフィルタ１１５により
反射された光束は、共焦点顕微鏡１１１に入射され、試
料上に集光される。この試料により反射されて共焦点顕
微鏡１１１を経た光束は、ノッチフィルタ１１５に戻
り、このノッチフィルタ１１５を透過して、電荷結合素
子１１０などの検出手段に入射する。この電荷結合素子
１１０においては、試料から反射された光束のうち、試
料において生じたラマン散乱光や蛍光など、レーザ光源
より発せられた光束とは異なる波長の光が検出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、第１及び第２の２つのピンホールマスクを備える共
焦点顕微鏡においては、これらピンホールマスクの相対
的な位置の調整が非常に困難であり、製造及び取扱いが
非常に煩雑なものとなっていた。

【０００９】また、１つのピンホールマスクを用いて電
荷結合素子により検出を行うように構成された共焦点顕
微鏡においては、２つのピンホールマスクを備える場合
に比較して調整は容易であるが、光束が一度しかピンホ
ールを通過しないので、反射光に含まれるノイズ成分の
除去が充分に行えず、また、電荷結合素子を用いている
ことにより、光電子増倍管を用いる場合よりも感度が低
く、信号の処理時間も長くなるという欠点がある。

【００１０】さらに、上述のように波長選択を行う手段
としてノッチフィルタを使用することについては、この
ノッチフィルタに対して光束を傾斜して入射させること
から、所望の特性が得られるノッチフィルタを作製する
ことが極めて困難であり、多数のノッチフィルタから選
別しなければ充分な特性のノッチフィルタが得られない
のが実情である。また、ノッチフィルタと光束との角度
調整が困難であるとともに、ノッチフィルタの面精度が
２λ程度と悪いことも問題である。

【００１１】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、装置の製造及び調整が容易であ
りながら、高い感度で良好な質の信号が得られる共焦点
顕微分光装置を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、レーザ光源からの光束を試料上の集光さ
せこの試料からの反射光束を結像させる共焦点顕微鏡
と、該反射光束について波長選択を行う波長選択手段
と、この波長選択手段により波長選択された上記共焦点
顕微鏡による結像光を検出する検出手段とを備える共焦
点顕微分光装置において、共焦点顕微鏡を、レーザ光源
からの光束を集光させる第１の集光手段と、この第１の
集光手段による該光束の集光点上に配置されるピンホー
ルを有するピンホールマスクと、このピンホールマスク
のピンホール内を通過して拡散する光束を試料上に集光
させる第２の集光手段と、該試料により反射されて拡散
し前記第２の集光手段を経て前記ピンホール内に結像さ
れこのピンホール内を通過する反射光束を上記検出手段
に導く光束分岐手段とを備えたものとしたことを特徴と
する。

【００１３】また、本発明は、上記の共焦点顕微分光装
置において、検出手段を光電子増倍管としたことを特徴
とするものである。

【００１４】さらに、本発明は、上記の共焦点顕微分光
装置において、波長選択手段をホログラフィックビーム
スプリッタとし、このホログラフィックビームスプリッ
タが光束分岐手段も兼ねることを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１６】本発明に係る共焦点顕微分光装置は、図１
に示すように、対物レンズブロック部１内に設置される
試料Ｓに対し、レーザ光源２より発せられたレーザ光束
を照射し、この照射により試料Ｓから生ずるラマン散乱
や蛍光などの成分を共焦点顕微鏡を介して検出手段とな
る光電子増倍管（ＰＭＴ：photomultiplier tube）３に
より検出する装置である。

【００１７】この共焦点顕微分光装置における共焦点顕
微鏡においては、図２に示すように、レーザ光源より発
せられた平行光束であるレーザ光束は、光束分岐手段で
あるビームスプリッタ８により９０°偏向されて、第１
の集光手段となる第１の集光レンズ４に導かれる。レー
ザ光束は、この第１の集光レンズ４により集光される。
この第１の集光レンズ４による集光点上には、ピンホー
ルマスク（空間フィルタ）５のピンホール６が位置され
ている。このピンホール６内を通過して拡散する光束
は、第２の集光手段となる第２の集光レンズ７により試
料Ｓ上に集光される。

【００１８】そして、この共焦点顕微鏡においては、試
料Ｓ上に集光された光束は、この試料Ｓにより散乱光な
どを含んで反射され、第２の集光レンズ７を経て収束し
つつ、再び、ピンホールマスク５のピンホール６に戻
り、このピンホール６内において結像される。このピン
ホール６内を通過し拡散する反射光束は、第１の集光レ
ンズ４により平行光束に戻され、反射光束を検出手段に
導く光束分岐手段であるビームスプリッタ８に戻る。反
射光束は、このビームスプリッタ８を透過することによ
り、レーザ光源側に戻る光路より分岐されて光電子増倍
管３側に導かれる。ビームスプリッタ８を経た反射光束
は、第３の集光レンズ９により収束されて、光電子増倍
管３により検出される。

【００１９】なお、光電子増倍管３は、光電陰極と出力
電極の間に一つ以上のダイノードをもつ光電管である。
この光電子増倍管３においては、光電陰極からの電子の
流れは、おのおののダイノードで順次反射され、反射時
ごとに二次電子放出を伴うものとなる。

【００２０】そして、この共焦点顕微鏡におけるビーム
スプリッタ８は、ホログラフィックビームスプリッタで
あり、反射光束について波長選択を行う波長選択手段と
もなっている。すなわち、図３に示すように、レーザ光
源２より発せられたレーザ光束は、ミラー１１を経てホ
ログラフィックビームスプリッタであるビームスプリッ
タ８に入射されると、レーザ光源２の発振波長を中心と
する２ｎｍ程度の狭い波長帯域の光束のみが反射されて
第１の集光レンズ４に導かれる。レーザ光束は、この第
１の集光レンズ４から、上述のように、ピンホールマス
ク６及び第２の集光レンズ７を含む対物レンズブロック
部１に入射され、試料により反射されて、再び、ピンホ
ールマスク６及び第１の集光レンズ４を経て、ビームス
プリッタ８に戻る。このビームスプリッタ８において、
試料からの反射光束は、レーザ光源２の発振波長を中心
とする２ｎｍ程度の狭い波長帯域以外の帯域の光が９０
％程度の高い透過率で透過し、光電子増倍管３に向か
う。ここで、さらにノッチフィルタ（Notch-filter）１
２を透過させるようにすれば、波長選択性をより高める
ことができる。このノッチフィルタ１２に対しては、反
射光束は、垂直入射させる。

【００２１】この共焦点顕微分光装置の全体の構成とし
ては、図１に示すように、レーザ光源２より発せられた
光束は、ミラー１３，１４を経て、まず、集光レンズ１
５、ピンホールマスク１６及びコリメータレンズ１７を
経て、平行光束となされる。この平行光束は、さらに、
ミラー１８，１１を経て、円偏光状態で、上述したビー
ムスプリッタ８に入射される。そして、ビームスプリッ
タ８に入射された光束は、共焦点顕微鏡を構成する第１
の集光レンズ４、ピンホールマスク６を経て、対物レン
ズブロック部１内のミラー１９を介して、第２の集光レ
ンズ７に入射されて、試料Ｓ上に集光される。ここで
は、第２の集光レンズ７は、コリメータレンズ７ａと対
物レンズ７ｂとから構成されている。

【００２２】そして、試料Ｓにおいて反射された反射光
束は、第２の集光レンズ７、ミラー１９、ピンホールマ
スク６及び第１の集光レンズ４を経て、ビームスプリッ
タ８に戻る。ここで、反射光束のうちのラマン散乱や蛍
光による成分は、上述のように、ビームスプリッタ８を
透過して、ノッチフィルタ１２，２０を経て、さらに、
ミラー２１、干渉フィルタ２７、第３の集光レンズ９を
介して、分光ブロック３１に導入される。なお、干渉フ
ィルタ２７は、いわゆるターレット式により異なるもの
に差し替えることが可能となっている。

【００２３】分光ブロック３１においては、反射光光束
は、ミラー２２，２３に反射され、反射型回折格子２４
を経て、さらに、ミラー２５に反射されて、スリットを
介して、光電子増倍管３により検出される。なお、反射
型回折格子２４は、いわゆるターレット式により異なる
ものに差し替えることが可能となっている。

【００２４】そして、この共焦点顕微分光装置において
は、ビームスプリッタ８を透過してノッチフィルタ１
２，２０を経た反射光束を、ミラー２６、干渉フィルタ
２７及び集光レンズ２８を介して電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ：charge-coupled device）２９に導く光路も形成さ
れている。この光路を使用する場合には、反射光束を分
光ブロック３１内に導入するミラー２１を光路より外
し、また、電荷結合素子２９へ至る光路を遮断している
シャッタ３０を開ける。この電荷結合素子２９により、
ビームスプリッタ８及びノッチフィルタ１２，２０を経
た反射光束を画像として観察することができる。

【００２５】さらに、この共焦点顕微分光装置において
は、ミラー２１を介して分光ブロック３１に入射され、
この分光ブロック３１においてミラー２２，２３に反射
され、反射型回折格子２４を経て、ミラー２５に反射さ
れた反射光光束を、電荷結合素子（ＣＣＤ）２９により
観察することができる。すなわち、シャッタ３０の電荷
結合素子２９側はミラー面となっており、図１に示すよ
うに、このシャッタ３０を電荷結合素子２９に対する閉
位置と開位置との中間の位置とすることにより、ミラー
２５に反射されて光電子増倍管３に向かう反射光光束
は、このシャッタ３０のミラー面に反射されて電荷結合
素子２９に入射される。

【００２６】このようにして分光ブロック３１内の光学
系を経て電荷結合素子２９に入射された光束において
は、この電荷結合素子２９により、この分光ブロック３
１内で分散されたスペクトル領域の全域を同時測定する
ことができる。電荷結合素子２９により反射光光束を観
測する場合には、短時間の測光が可能である。また、数
十分間といった長時間に亘って露光することも可能であ
る。

【００２７】なお、この共焦点顕微分光装置は、この装
置内の各部分の動作を制御するためのコントローラ回路
３２を内蔵している。

【００２８】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る共焦点顕微
分光装置においては、共焦点顕微鏡は、レーザ光源から
の光束を集光させる第１の集光手段と、この第１の集光
手段による該光束の集光点上に配置されるピンホールを
有するピンホールマスクと、このピンホールマスクのピ
ンホール内を通過して拡散する光束を試料上に集光させ
る第２の集光手段と、該試料により反射されて拡散し前
記第２の集光手段を経て前記ピンホール内に結像されこ
のピンホール内を通過する反射光束を上記検出手段に導
く光束分岐手段とを備えている。

【００２９】したがって、この共焦点顕微分光装置にお
いては、ピンホールマスクの位置調整が容易でありなが
ら、光束が該ピンホールマスクのピンホールを二度通過
するので、質の高い信号を得ることができる。

【００３０】また、本発明に係る共焦点顕微分光装置に
おいては、検出手段を光電子増倍管とすることにより、
高い感度感度を実現することができる。

【００３１】さらに、本発明に係る共焦点顕微分光装置
においては、波長選択手段をホログラフィックビームス
プリッタとし、このホログラフィックビームスプリッタ
が光束分岐手段も兼ねるものとすることにより、製造及
び調整が容易であり、ホログラフィックビームスプリッ
タの特性としても容易に所望のものを得ることができ
る。

【００３２】すなわち、本発明は、装置の製造及び調整
が容易でありながら、高い感度で良好な質の信号が得ら
れる共焦点顕微分光装置を提供することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る共焦点顕微分光装置の構成を示す
側面図である。

【図２】上記共焦点顕微分光装置を構成する共焦点顕微
鏡の光学系を示す側面図である。

【図３】上記共焦点顕微分光装置を構成する波長選択手
段を含む光学系を示す側面図である。

【図４】従来の共焦点顕微鏡の構成を示す側面図であ
る。

【図５】従来の共焦点顕微鏡の構成の他の例を示す側面
図である。

【図６】従来の波長選択手段を含む光学系を示す側面図
である。

【符号の説明】

２レーザ光源、３光電子倍増管、４第１の集光レ
ンズ、５ピンホールマスク、６ピンホール、７第
２の集光レンズ、８ビームスプリッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500293995 内田達也宮城県仙台市太白区郡山５−３−10 メゾン・ド・フルールＣ−201 (74)上記２名の代理人 100067736 弁理士小池晃（外３名） (72)発明者駿河正次東京都江戸川区西葛西６丁目18番14号株式会社東京インスツルメンツ内 (72)発明者三澤弘明徳島県徳島市八万町大坪232−１大坪住宅１−31 (72)発明者内田達也宮城県仙台市青葉区平町15−５−202 Ｆターム(参考） 2G043 AA06 EA01 HA09 HA15 KA01 KA09 LA02 LA03 2G059 AA02 EE02 EE03 FF01 FF03 GG01 JJ02 JJ30 KK02 KK04 LL01 LL04 2H052 AA08 AA09 AB14 AB24 AC04 AC29 AC34 AD32 AF07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源からの光束を試料上の集光さ
せ、この試料からの反射光束を結像させる共焦点顕微鏡
と、上記反射光束について波長選択を行う波長選択手段と、上記波長選択手段により波長選択された上記共焦点顕微
鏡による結像光を検出する検出手段とを備える共焦点顕
微分光装置であって、上記共焦点顕微鏡は、レーザ光源からの光束を集光させ
る第１の集光手段と、この第１の集光手段による該光束
の集光点上に配置されるピンホールを有するピンホール
マスクと、このピンホールマスクのピンホール内を通過
して拡散する光束を試料上に集光させる第２の集光手段
と、該試料により反射されて拡散し前記第２の集光手段
を経て前記ピンホール内に結像されこのピンホール内を
通過する反射光束を上記検出手段に導く光束分岐手段と
を備えていることを特徴とする共焦点顕微分光装置。
【請求項２】検出手段は、光電子増倍管であることを
特徴とする請求項１記載の共焦点顕微分光装置。
【請求項３】波長選択手段は、ホログラフィックビー
ムスプリッタであって、このホログラフィックビームス
プリッタは、光束分岐手段も兼ねていることを特徴とす
る請求項１、または、請求項２記載の共焦点顕微分光装
置。