JP2002524751A - ラマン分光法用の光フィルタ - Google Patents

ラマン分光法用の光フィルタ

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JP2002524751A
JP2002524751A JP2000569267A JP2000569267A JP2002524751A JP 2002524751 A JP2002524751 A JP 2002524751A JP 2000569267 A JP2000569267 A JP 2000569267A JP 2000569267 A JP2000569267 A JP 2000569267A JP 2002524751 A JP2002524751 A JP 2002524751A
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デイビッド ジェームズ ダンスタン
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Renishaw PLC
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
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Abstract

(57)【要約】 サブトラクティブ二重モノクロメータ形式の光学フィルタ。各分散ステージにおいて、凹面ミラー４４が回折格子（４２）とステージ間の伝達ミラー（３４）との間で光を集束させる。伝達ミラーを外れる光（４６）は阻止される。広い帯域幅にわたって収差を低減するために、ミラー（４４）の曲率半径（Ｒ）は格子（４２）を中心とし、伝達ミラー（３４）は曲率半径Ｒ／２を有してミラー（４４）と格子（４２）間の途中にある。したがってミラー（３４）は、両ステージにおけるスペクトル像の焦点軌跡と一致する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は光フィルタに関する。本発明は、例えばラマン分光法（Raman spectr
oscopy）などの分光用途で使用できる。
【０００２】 ラマン分光法では、試料は、例えばレーザからの単色光で照明される。生じた
散乱光は分光分析される。散乱光は励起レーザビームと同じ波長でレイリー散乱
する。しかしながら、わずかな部分は、試料を構成する分子との相互作用の結果
としてラマンシフトされた波長で散乱する。異なる分子種はそのようなラマンシ
フトされた光の異なる特性スペクトルを有し、したがってこのラマン効果を使用
すれば存在する分子種を分析することができる。
【０００３】 ラマンスペクトルを分析するためにはまず、はるかに強いレイリー散乱光を取
り除く必要があり、さもなければラマン散乱光が完全にスワンプされることにな
る。
【０００４】 知られているラマン分光装置は欧州特許出願ＥＰ−Ａ−５４３５７８（Ｒｅｎ
ｉｓｈａｗ）に記載されている。これは、ホログラフィクノッチまたはエッジフ
ィルタを使用してレイリー散乱を除去し、同時にラマン散乱を透過するものであ
る。記載されている構成によれば、レイリー線から５０ｃｍ-1もの低い波数を有
するラマン散乱光を検出することができる。しかしながら、約５０ｃｍ-1よりも
レイリー線に近いラマン散乱光を検出するには、レーザ波長での高い光学濃度と
、透過すべきラマン波長での低い光学濃度との間の、透過特性のより急峻な遷移
を有するフィルタが必要となる。
【０００５】 従来、レーザ波長でのレイリー散乱光から非常に低いラマン波数を分離するた
めに二重および三重モノクロメータが使用されてきた。従来の二重モノクロメー
タは、分散要素（通常は回折格子）をそれぞれ含んでいる２つの分散ステージを
含んでいる。第１の分散ステージの前には入口スリットが設けられ、２つのステ
ージの間には中間または伝達スリットが設けられる。第１のステージによって分
散したスペクトルは中間または伝達スリットの平面内に集束され、スペクトルか
らのただ１つの単色波数が第２の分散ステージ中に透過される。このようにして
透過された波数は、集束されたスペクトルの平面内でスリットを動かすことによ
って、またはより一般的には格子または他の分散要素を回転させることによって
調整することができる。第２の分散ステージは「サブトラクティブ（subtractiv
e）」、すなわち第１のステージ中の分散を逆にする。
【０００６】 このタイプのモノクロメータフィルタの欠点は、ただ１つのラマン波数が一度
に透過されることである。全ラマンスペクトルを分析するにはフィルタがスペク
トルを走査しなければならず、したがって時間がかかる。
【０００７】 もちろん、より広い中間または伝達スリットを使用し、あるレンジのラマン波
数を通することもできる。例えば（Ｄｉｌｏｒに譲渡された）米国特許第５４２
４８２５号を参照されたい。そこには、集束された分散スペクトルの平面内に比
較的広いアパーチャがあり、より広い帯域の波数が第２の分散ステージ（サブト
ラクティブと呼ばれ、したがって多色ビームを再形成する）へ通過する。アパー
チャ内には狭い光トラップが設けられ、レイリー散乱線の近傍の狭い帯域を阻止
する。米国特許第５４２４８２５号はまた、この比較的広い伝達アパーチャの平
面内に平面ミラーを有する逆構成を示唆している。この伝達ミラーの幅はアパー
チャの幅に対応し、このレンジの波数内のミラー上に入射したすべてのラマン波
数は第２の分散ステージに向かって反射される。伝達ミラー中の狭いスリットに
より、レイリー散乱線の近傍の狭い波長バンドは第２の分散ステージ中に反射さ
れることなくミラーを通過することができる。これは伝達アパーチャ中の狭い光
トラップに対応する。
【０００８】 画定された幅の伝達ミラーを有する、やや似たフィルタ（ただしラマン分光法
用ではない）がＷ Ｄ Ｗｒｉｇｈｔ、Ｏｐｔｉｃａ Ａｃｔａ、１、１０２−
１０７（１９５４年９月）に記載されている。この論文では、第１の分散ステー
ジは直列の２つのガラスプリズムの上側部分の形をとる。これらから生じた分散
スペクトルは、球形ミラーのストリップ上に集束される。ミラーの曲率半径はス
ペクトルをプリズムの下側部分に戻すように選択され、これにより第２のサブト
ラクティブ分散ステージを形成する。球形ミラーのストリップの適切な幅を選択
することによって、第２の分散ステージに戻すべきスペクトル帯域幅を任意に選
択することができる。
【０００９】 米国特許出願第３８６５４９０号（Ｇｒｏｓｓｍａｎ）は、プリズムの代わり
に回折格子を使用した、ラマン分光法用の伝達ミラーを有する別の構成を示して
いる。伝達ミラーは、レイリー線を除去する狭いスリットを有する。もう一度、
ミラーは、反射された光線が第２のサブトラクティブ分散ステージに向かって正
確に向けられるように選択される曲率半径を有する。
【００１０】 上記では、分散スペクトルが集束される平面について述べた。しかしながら、
一般に、集束されたスペクトルの軌跡は単一の平面内にはない。そうではなく、
この軌跡は湾曲している。さらに、この曲線は、光線を第２の分散ステージに向
かって導くためにＷｒｉｇｈｔの論文およびＧｒｏｓｓｍａｎの特許におけるミ
ラーの必要な湾曲と一般に一致しない。
【００１１】 集束されたスペクトルの軌跡のこの湾曲は、狭い伝達スリットしか有しない従
来のモノクロメータの問題を引き起こさない。そのような場合、スリットが集束
されたスペクトルと一致するように構成することは容易である。しかしながら、
相当な幅のアパーチャまたはミラーを使用した場合、焦点はアパーチャまたはミ
ラーとその全幅にわたって一致しない。その結果、特に広い帯域幅が必要な場合
、著しい収差が生じる。
【００１２】 上記の従来技術の文献のうち、Ｇｒｏｓｓｍａｎの特許だけはこの問題を認識
し、解決策を提案している。しかしながら、この解決策は多数のセグメントから
構成されるミラーを必要とする。光線を第２の分散ステージ中に正確に戻すため
に必要な曲率半径を有するように各セグメントの面を研削する。次いで面をずら
して、スペクトル像の軌跡に対応するステップまたはエシェル（echelle）構成
にする。そのような構成は製造およびセットアップが複雑であり、異なるレーザ
波長を阻止するようにフィルタを再調整する必要があるときには、異なるステッ
プまたはエシェルミラー構成が必要である。
【００１３】 上記の従来の提案に関する他の問題は、阻止すべき波長での高い光学濃度と、
透過すべき波長での低い光学濃度との間の、光学濃度の遷移の急峻さに関係する
ものである。ラマン分光法の場合、この急峻さは、ラマンスペクトルがレーザ線
にどのくらい近く識別され得るか、すなわち非常に低いラマン波数を検出するこ
とができるかどうかを左右する。伝達アパーチャまたはミラーのエッジの不完全
さは、非常に高い分散を使用することによってしか急峻な遷移が得られないこと
を意味する。しかしながら、これらの従来の提案では、伝達アパーチャまたはミ
ラーは（収差を最小限に抑えるために）有限のサイズにすることができる。有限
のサイズの伝達アパーチャまたはミラー上のそのような高い分散の結果、フィル
タは比較的狭い帯域幅しか有することができないことになる（狭い帯域の波長し
か第２の分散ステージに通すことができない）。
【００１４】 一態様では、本発明は、 第１の分散ステージと、 第２の分散ステージと、 前記第１および第２の分散ステージの間の伝達ミラーまたはアパーチャとを備
え、 各分散ステージは、分散光に対する所定の焦点軌跡を有する分散要素と集束手
段を含んでおり、 前記第１の分散ステージ中の前記分散要素からの光は前記第１の分散ステージ
の前記集束手段によって集束されて、前記第１の分散ステージの焦点軌跡中にス
ペクトル像を生じ、 前記伝達ミラーまたはアパーチャは前記焦点軌跡中に位置し、前記伝達ミラー
またはアパーチャ上に入射する前記スペクトル像の光は受容されて前記第２の分
散ステージに通され、前記伝達ミラーまたはアパーチャ上に入射しない前記スペ
クトル像の光は阻止され、 前記第２の分散ステージの所定の焦点軌跡中のスペクトル像からの光は、前記
集束手段およびその分散要素によってサブトラクティブに再結合されて多色ビー
ムとなり、 前記第１および第２の分散ステージの前記所定の焦点軌跡は一致し、前記伝達
ミラーまたはアパーチャは前記一致した軌跡中に位置することを特徴とする光学
フィルタを提供する。
【００１５】 第１および第２のステージの分散要素は互いの上に結像されることが好ましい
。２つの分散ステージ間の視野オプティック（例えばレンズや非平面ミラー）が
２つのステージの集束手段と協働してこれを達成する。分散要素は回折格子であ
ることが好ましい。
【００１６】 現在、各分散ステージにおける集束要素は凹面ミラーにすることが好まれてい
る。しかし、代わりに集束レンズを使用することもできる。あるいは、凹面回折
格子を使用すれば分散要素と集束手段の両方を兼ねることができる。
【００１７】 第２の様態では、本発明は、 第１の分散ステージと、 第２の分散ステージと、 前記第１および第２の分散ステージの間の伝達ミラーまたはアパーチャとを備
え、 各分散ステージは分散要素（回折格子など）および凹面ミラーを含んでおり、
前記第１の分散ステージ中の前記分散要素からの光は前記第１の分散ステージの
凹面ミラーによって集束されて所定の軌跡中にスペクトル像を生じ、前記伝達ミ
ラーまたはアパーチャは前記軌跡中に位置し、前記伝達ミラーまたはアパーチャ
上に入射する前記スペクトル像の光は受容され、前記伝達ミラーまたはアパーチ
ャ上に入射しない前記スペクトル像の光は阻止され、 前記第２の分散ステージの前記凹面ミラーは、前記伝達ミラーまたはアパーチ
ャによって受容された光を受け取って、それを前記第２の分散ステージの前記分
散要素に通し、 前記分散ステージのうちの少なくとも一方にある凹面集束ミラーは、その分散
ステージの前記分散要素を中心とする曲率半径を有することを特徴とする光学フ
ィルタを提供する。
【００１８】 ここで、伝達ミラーまたはアパーチャは、両方が光を第１の分散ステージから
第２の分散ステージに正確に伝達し、スペクトル像の焦点の軌跡と一致するよう
に配置することができる。伝達ミラーの場合、これを達成するために凹面にする
ことが好ましい。前記両分散ステージの凹面集束ミラーは、それぞれの分散ステ
ージの分散要素を中心とする曲率半径を有することが好ましい。
【００１９】 次に、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら例とし
て説明する。
【００２０】 先ず図１を参照すると、このラマンマイクロスコープは欧州特許出願ＥＰ５４
３５７８に記載されているものに基づいており、その詳細については後述する。
手短に言えば、レーザ１０が入力レーザビームを発生し、このビームはミラー１
２およびビームスプリッタ１４によってマイクロスコープ１６に向かって反射さ
れる。そこで、ビームはミラー１５によって反射され、マイクロスコープの対物
レンズ１８がそれを集束して、試料２０上にスポット（好ましくは回折制限され
たスポット）を投じる。その結果、レイリー散乱光とラマン散乱光の両方が生じ
、これは対物レンズ１８によって収集され、ミラー１５およびビームスプリッタ
１４を介して戻る。
【００２１】 ＥＰ５４３５７８には、ビームスプリッタ１４に対応する位置にあり、ラマン
散乱光からレイリー散乱光を取り除き、かつ照明レーザビームを試料に向かって
導くために、二色性ミラー、例えばホログラフィフィルタが記載されている。し
かしながら、この実施形態では、ビームスプリッタ１４は従来の中性濃度タイプ
のものである。５０／５０ビームスプリッタではなく、８０／２０または９０／
１０ビームスプリッタを使用することが好ましいこともある。その結果、所望の
ラマン散乱光の８０％または９０％が以下で説明する試料から装置の残部に向か
って透過されることになる。
【００２２】 ビームスプリッタ１４を通過したレイリー散乱光とラマン散乱光の混合光は、
以下でより詳細に説明する光学フィルタ２４に向かってミラー２２によって偏向
される。これによりレイリー散乱光は阻止され、ラマン散乱光はさらに先のミラ
ー２６を介して分光写真器２８に通される。分光写真器２８はＥＰ５４３５７８
に記載されているものでよく、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）などの適切な検出器
上にラマンスペクトルを分散させる回折格子を回転可能なステージ上に含んでい
る。ただし、もちろん、他の分光写真器装置、または走査型分光計などの異なる
分光装置も使用できる。
【００２３】 光学フィルタ２４は、好ましい実施形態では、選択されたラマン波数に照らし
て試料の二次元像を見るためのＥＰ５４３５７８に記載されている様々なフィル
タリング構成要素の代わりに、その出願に記載されているラマンシステムと同じ
ハウジング内に嵌合するように設計されている。この理由で、光学フィルタ２４
は、その入力をミラー２２およびさらに先のミラー３０を介して受け取り、その
出力をミラー３２および２６を介して分光写真器２８に導くためにコンパクトに
設計されている。ただし、もちろん、これらの機能のいずれも本質的なものでは
ない。
【００２４】 ミラー２２から光学フィルタ２４への入力はミラー３０によって下側水平面（
lower level）上に導かれ、この様子が図２に示される。この出力は、図３に示
す光学フィルタ２４の上側水平面（upper level）から、ミラー３２を介してミ
ラー２６および分光写真器２８に向かって得られる。対称的な設計が好ましいの
で、下側水平面および上側水平面の構成要素は一般に同じである。光は、図２と
図３の両方に見られる、上側水平面と下側水平面の間にある伝達ミラー３４を介
して、下側水平面から上側水平面に伝達される。
【００２５】 次に、フィルタ２４の入力水平面（input level）について、図１および図２
を参照しながら説明する。入力ラマンおよびレイリー散乱光はレンズ３６によっ
て入口スリット３８上に集束される。次いでその光は凹面ミラー４０によってコ
リメートされる。ミラー４０は放物面であることが好ましいが、これは必須では
ない。構成要素３６、３８、４０は空間的フィルタリングおよびビーム拡大（be
am expansion）を行うが、必要に応じて省略することもできる。ミラー４０は、
図１の平面から外れてコリメート光を図２に見られる反射回折格子４２に向かっ
て導くために数度だけ軸を外れて配置される。格子４２は、調整プロセスのため
に、軸４３を中心として回転可能である。
【００２６】 格子４２は分散スペクトルを生じ、このスペクトルは凹面ミラー４４に向かっ
て導かれ、ミラー４４がそれを集束する。ミラー４４は球形ミラーの一部とする
こともでき、あるいは非球面円環状ミラー、さらには円筒状ミラーにすることも
できる。ミラー４４は、格子４２を中心とし、より具体的にはその中心軸４３を
中心とする曲率半径を有する。
【００２７】 格子４２を中心とする曲率半径を有するミラー４４の配置は従来技術の構成と
は反対である。格子４２からミラー４４へ通る所与の波数の光はコリメートされ
るので、従来技術の構成はこれらの構成要素の相対的な配置に注意を払わない。
【００２８】 凹面ミラー４４によって集束されたスペクトル像は湾曲した軌跡を占有する。
ミラー４４の曲率半径（すなわち格子４２とミラー４４の間の距離）をＲで示し
た場合、この湾曲した軌跡は格子４２とミラー４４間の途中の距離Ｒ／２のとこ
ろにあり、同じく格子４２を中心とする曲率半径Ｒ／２を有する。
【００２９】 これとは別に、ミラー４４を放物面にすることもできる。これは（レーザ線に
近い）低い波数の識別の改善のために帯域幅を犠牲にすることになる。この場合
、その曲率の逆数は球形ミラーで使用した曲率半径Ｒに等しくなる。
【００３０】 伝達ミラー３４は、スペクトル像が集束される湾曲した軌跡中に配置される。
伝達ミラーは、スペクトル像の軌跡と一致するように、同じく格子４２を中心と
する曲率半径Ｒ／２を有する凸面球形または円筒形ミラーであることが好ましい
。この一致のために、収差が最小限に抑えられる。ミラー３４は反射光を第２の
分散ステージ（図３）中に正確に導くために右凸湾曲を有する。ただし、平面ミ
ラーを使用することができる。その場合、収差はあまり補正されず、その結果フ
ィルタの帯域幅を制限する必要が生じることがある。
【００３１】 上記では、伝達ミラー３４は図１に見られる上側水平面と下側水平面の間にあ
ることを述べた。スペクトル像がミラー３４に導かれるように、凹面集束ミラー
４４は図２の平面から外れて数度だけ軸を外れて上方に傾斜する。
【００３２】 ミラー４０は同じ量だけ傾斜するが、ミラー４４の傾斜に対して直角な平面内
にあることを想起されたい。ミラー４０のその傾斜は少量の非点収差をもたらし
たが、この非点収差はミラー４４の直角な傾斜によって大きく補正される。
【００３３】 凸面伝達ミラー３４は所望のスペクトル像を図３に見られる光学フィルタ２４
の上側水平面に反射する。完全に対称な構成で、上側水平面は下側水平面に見ら
れる構成要素と同様の構成要素を含んでいる。それらの説明を繰り返す必要を避
けるために、対応する構成要素には図２と同じ参照番号を付けた。ただし添字Ａ
が付いている。したがって、上側水平面では、光は下側水平面に対して反対方向
に進行し、分散スペクトルは回折格子４２Ａによってサブトラクティブに再結合
されて、多色光ビームを与える。このビームは、（任意選択の）出口スリット３
８Ａおよびミラー３２、２６を介して分光写真器２８に出力される。
【００３４】 凹面ミラー４４、４４Ａおよび凸面伝達ミラー３４は、格子４２、４２Ａが互
いの上に結像されるように配置される。すなわち一方の格子上の単一の点からの
発散光は、他方の格子上の対応する点にもっていかれることになる。
【００３５】 第２の分散ステージ（図３）を第１のステージ（図２）と対称にする必要はな
い。例えば、ミラー４４Ａをその曲率半径Ｒが格子４２Ａを中心とするように配
置することに関する条件は無視することもできる。ただし、それには格子４２Ａ
をより大きくし、スペクトルがその上にある程度まで広がる必要がある。
【００３６】 回折格子４２Ａは回折格子４２と縦に一列に並んで軸３４を中心として回転可
能である。実際、２つの別々の回折格子ではなく、下側水平面と上側水平面の間
で垂直方向に延びる単一の回折格子を使用することもできる。
【００３７】 伝達ミラー３４は、所望のラマン光のみがそれに当たり、上側水平面（図３）
の凹面ミラー４４Ａに向かって反射されるように集束されたスペクトル像の湾曲
した軌跡中にある。したがって、図２に見られるように、４６におけるレイリー
散乱光がミラー３４に当たらず、阻止されるように構成される。低い波数を有す
る（すなわちレイリー散乱線に近い）ラマン散乱光がミラー３４によって反射さ
れ、かつレイリー散乱光４６が依然としてミラー３４を外れ、阻止されるような
微調整は、集束されたスペクトル像の軌跡中のミラー３４の位置調整によって実
行することもできる。ただし、そのような微調整は、格子４２、４２Ａを軸４３
を中心として回転させることによってより容易に達成される。
【００３８】 例えば、異なるレーザ波長を使用すべき場合、格子４２、４２Ａを回転させる
ことによって粗調整を実行することができる。
【００３９】 光学フィルタ２４の所望の透過特性は、適切に設計された伝達ミラー３４によ
って達成することができる。例えば、対応する幅のミラー３４を設けることによ
って広い、または狭い受容帯域を達成することができる。図面に示される構成で
は、ミラー３４はレイリー線のストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）側のラマン散乱光の
みを受容する。ミラー３４をレイリー光線４６の反対側に配置することによって
、反ストークスラマン散乱が代わりに受容されることが理解できよう。狭い中央
スリットを有する伝達ミラー３４を設け、スリットがレイリー光線４６と一致す
る（したがって阻止する）ように配置することによって、ストークス散乱と反ス
トークス散乱の両方を容認することもできる。
【００４０】 別の実施形態では、図１に示される構成と比較して、フィルタ２４を再び新し
く９０°の方向に向け、図１の光景（view）が図２の光景を逆さまに含むように
することもできる。すなわち、上側水平面だったもの（図３）が図２に示される
構成要素の後ろにくる。ミラー２２，２６，３０，３２は、再び新しい方向に適
切に向けられる。この別の構成をＥＰ５４３５７８の分光写真器と合体させると
、格子４２、４２Ａが偏光に関して分光写真器中のそれと一致するようになる。
【００４１】 不要なレイリー光線４６の阻止と、レイリー線に非常に近い所望のラマン波数
の反射との間の急峻な遷移が得られるように、レイリー光線４６に最も近いミラ
ー３４のエッジは、できるだけまっすぐで十分に画定され（well defined）、エ
ッジの波長以下まで光学的に正確な形を有する完全なエッジにすることが望まし
い。また、ミラーのエッジが前から見えないように、ミラーの後面に向かって鋭
角をなすべきである。これにより強いレイリー散乱光が不要な迷光としてエッジ
から反射されなくなる。
【００４２】 したがって、ミラー３４を次のように製造することが好ましい。この方法はそ
れ自体の権利が新規なものであり、本明細書に記載の目的以外の目的でミラーを
製造するために使用することができる。
【００４３】 ミラー３４をシリコンや他の半導体などの適切な反射単結晶材料から製造する
。その表面を所望の平面、球面または円筒形反射プロファイルを有するように研
削および／または研磨する。その後、結晶をきれいにへき開することによってま
っすぐで十分に画定されたエッジを生成する。これを可能にするためには、反射
面を単結晶の選択されたへき開面と適切に整合するように生成する必要がある。
へき開後にはミラーの研磨は行わない。これは、へき開によって生成した十分に
画定されたエッジが研磨により損傷することがあり、また、従来の光学的研磨方
法では、エッジから数分の１ミリメートルにわたって光学的形態の損失が生じる
ためである。
【００４４】 例として、１１１配列ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を使用してミラー３４を生成
することに成功した。所要の鋭いエッジは１１０へき開面をへき開することによ
って生成する。この方法を図５に示す。図５には結晶の反射面が６０で示されて
いる。線６２で示された平面上のへき開が鋭いエッジ６３を生成する。矢印４６
は使用中に阻止すべきレイリー光線を示す。矢印６４は反射すべきラマン散乱光
を示す。
【００４５】 これまでに説明した構成を用いて、レイリー線の１５ｃｍ-1以内までラマンス
ペクトルを検視することに成功した。とはいえ、このフィルタは広い帯域幅を有
する。この帯域幅は、冒頭で論じた従来の提案の場合と同様に収差と引き合わな
い。
【００４６】 図６〜図８にミラー３４を作成する別の方法を示す。平凸レンズ７０をアルミ
ニウム層７２で被覆してミラー表面を形成する。次いでワックス層７６を使用し
て、相手となる平凹レンズ７４を一時的にレンズ７０に結合する。次に、結合さ
れたレンズを線７８上で切断する。この工程中、平凹レンズはミラー表面７２を
支持し、きれいな切断を保証する。最後に、ワックスを除去し、図８に見られる
ミラー構成要素３４を除いてすべてのレンズ部品を廃棄する。クリーニング後、
これは充分に画定されたエッジ８０を持つミラー層７２を有する。
【００４７】 図４に図１〜図３の装置の変更形態を示す。これによれば、レイリー線から５
ｃｍ-1または１０ｃｍ-1ほどの低さでラマンスペクトルが検視できるようになる
。図４には、図２と同様に、４８として示された凹面ミラー４０からのコリメー
トされた入力ビームとともに回折格子４２が示されている。ただし、図２では、
格子４２は、回折されたスペクトルが凹面ミラー４４に向かって導かれるような
角度まで回転させられるが、図４では、この格子は代わりに、回折されたスペク
トルが固定の平面ミラー５０上に入射するように回転させられる。その場合、ミ
ラー５０は分散スペクトルを反射して格子４２に戻し、そこでそのスペクトルは
５２に示すようにさらに分散される。分散スペクトル５２は前述したようにミラ
ー４４に向かって導かれるが、図２と比較して２倍の分散を有する。その結果、
ミラー３４上に形成されたスペクトル像の解像度が２倍になり、レイリー光線４
６と、反射されてミラー４４Ａに戻され、分光写真器２８上にくる所望の低いラ
マン波数との間の解像度の向上を可能とする。
【００４８】 図４の構成は、上側水平面（図３）の格子４２Ａに関して繰り返されることが
理解できよう。固定のミラー５０を上側水平面に複製することもでき、あるいは
上側水平面と下側水平面の両方で垂直方向に延びる単一のミラーを使用すること
もできる。
【００４９】 図４の構成は、レーザ線に近くないスペクトルの部分に収差をもたらす。この
理由で、非常に低い波数でラマン線を研究する場合にのみ使用することが好まし
い。より高い波数での作業には、格子を回転させて、スペクトルが凹面ミラー４
４に向かって直接分散される通常位置に戻す。
【００５０】 伝達ミラー３４の代わりに、伝達アパーチャを設けることもできる。所望のス
ペクトルは伝達ミラー３４によって反射されるのではなくアパーチャを透過する
ので、下側水平面（図２）または上側水平面（図３）がそれらのそれぞれの図に
示される構成のミラー像になることが理解できよう。例えば、図３で、凹面ミラ
ー４４Ａを左側に構成して、伝達アパーチャを通過する光を収集し、それを図の
右側に置いた回折格子４２Ａに導くこともできる。
【００５１】 視野レンズ（負の倍率を持つことが好ましい）をそのようなアパーチャの中ま
たは近くに配置することができよう。あるいは、視野レンズを、ミラー４４、４
４Ａのより近くに対称的に配置された多数の要素で構成することもできる。視野
レンズが正の倍率を有する場合、（格子が依然として互いに結像されることを保
証するように）格子をミラー４４、４４Ａのより近くに移動することができるが
、焦点軌跡はより湾曲する（正レンズ要素に向かって凹形）。
【００５２】 もちろん、伝達ミラー３４の代わりに伝達アパーチャを持つそのような構成で
は、ミラー４４、４４Ａはそれらのそれぞれの格子４２、４２Ａを中心とする曲
率半径Ｒを依然として有するべきであり、伝達アパーチャは図２に示すように位
置Ｒ／２に配置すべきである。
【００５３】 別の可能性としては、伝達アパーチャをミラー３４と効果的に結合し、それ以
外は図２および図３と同様の構成にする。レーザ波長をシステムの外に反射する
クワジアパーチャ（quasi-aperture）の１つのエッジとして、他のミラーを設け
る。これは格子４２およびミラー４４の焦点軌跡にある。これは、良好なエッジ
を与えるために、上記で論じたように製造することができる。ミラー３４はこの
ミラーの後ろ数１０ミクロンまたは数百ミクロンのところにあり、負の視野レン
ズの働きをし、所望のラマン波長をミラー４４Ａに反射する。伝達ミラーをわず
かに後ろに移動することによって生じる収差は無視できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光学フィルタの好ましい実施形態を組み込んだラマンマイクロスコープの概略
図である。
【図２】 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける光学フィルタの図である（光学フィルタの図１の
図は図２の線Ｉ−Ｉによって示される）。
【図３】 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける光学フィルタの図である（図１の図は同じく
線Ｉ−Ｉによって示される）。
【図４】 図２の構成の変更部分を示す図である。
【図５】 図１〜図４の装置中で使用されるミラーを作成する１つの方法を示す図である
。
【図６】 そのような使用のためのミラーを作成する別の方法のステップを示す図である
。
【図７】 そのような使用のためのミラーを作成する別の方法のステップを示す図である
。
【図８】 そのような使用のためのミラーを作成する別の方法のステップを示す図である
。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダンスタン デイビッド ジェームズ イギリス イー１ ４エヌエス ロンドン マイル エンド ロード マイル エン ド キャンパス （ユニバーシティー オ ブ ロンドン） クィーン メリー アン ド ウェストフィールド カレッジ フィ ジックス デパートメント （番地なし) (72)発明者 フログレイ マーク デイビッド イギリス イー１ ４エヌエス ロンドン マイル エンド ロード マイル エン ド キャンパス （ユニバーシティー オ ブ ロンドン） クィーン メリー アン ド ウェストフィールド カレッジ デパ ートメント オブ フィジックス （番地 なし) Ｆターム(参考） 2G020 CA04 CB23 CC02 CC31 CC47 CD04 CD14 CD24 2G043 AA01 EA03 FA02 GA04 GB01 HA01 HA02 HA09 JA04 KA09 LA03 MA01 2H049 AA06 AA50 AA58 AA68 2H087 KA12 TA02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の分散ステージと、 第２の分散ステージと、 前記第１および第２の分散ステージの間の伝達ミラーまたはアパーチャと を備え、 各分散ステージは、分散光に対する所定の焦点軌跡を有する分散要素と集束手
    段を含んでおり、 前記第１の分散ステージ中の前記分散要素からの光は前記第１の分散ステージ
    の前記集束手段によって集束されて、前記第１の分散ステージの焦点軌跡中にス
    ペクトル像を生じ、 前記伝達ミラーまたはアパーチャは前記焦点軌跡中に位置し、前記伝達ミラー
    またはアパーチャ上に入射する前記スペクトル像の光は受容されて前記第２の分
    散ステージに通され、前記伝達ミラーまたはアパーチャ上に入射しない前記スペ
    クトル像の光は阻止され、 前記第２の分散ステージの所定の焦点軌跡中のスペクトル像からの光は、前記
    集束手段およびその分散要素によってサブトラクティブに再結合されて多色ビー
    ムとなり、 前記第１および第２の分散ステージの前記所定の焦点軌跡は一致し、前記伝達
    ミラーまたはアパーチャは前記一致した軌跡中に位置することを特徴とする光学
    フィルタ。
  2. 【請求項２】 第１の分散ステージと、 第２の分散ステージと、 前記第１および第２の分散ステージの間の伝達ミラーまたはアパーチャとを備
    え、 各分散ステージは分散要素および凹面ミラーを含んでおり、前記第１の分散ス
    テージ中の前記分散要素からの光は前記第１の分散ステージの凹面ミラーによっ
    て集束されて所定の軌跡中にスペクトル像を生じ、前記伝達ミラーまたはアパー
    チャは前記軌跡中に位置し、前記伝達ミラーまたはアパーチャ上に入射する前記
    スペクトル像の光は受容され、前記伝達ミラーまたはアパーチャ上に入射しない
    前記スペクトル像の光は阻止され、 前記第２の分散ステージの前記凹面ミラーは、前記伝達ミラーまたはアパーチ
    ャによって受容された光を受け取って、それを前記第２の分散ステージの前記分
    散要素に通し、 前記分散ステージのうちの少なくとも一方にある凹面集束ミラーは、その分散
    ステージの前記分散要素を中心とする曲率半径を有することを特徴とする光学フ
    ィルタ。
  3. 【請求項３】 前記分散要素が回折格子であることを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載のフィルタ。
  4. 【請求項４】 前記分散要素が互いの上に結像されることを特徴とする請求
    項１から３のいずれか一項に記載のフィルタ。
  5. 【請求項５】 前記分散要素が視野オプティックによって互いの上に結像さ
    れることを特徴とする請求項４に記載のフィルタ。
  6. 【請求項６】 前記伝達ミラーが非平面であり、前記視野オプティックを形
    成することを特徴とする請求項５に記載のフィルタ。
  7. 【請求項７】 前記伝達ミラーは前記スペクトル像の焦点の軌跡と一致する
    ように凸形であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のフィ
    ルタ。
  8. 【請求項８】 各分散ステージにおける前記集束手段は凹面ミラーであり、
    それぞれのステージの前記分散要素を中心とする曲率半径を有することを特徴と
    する請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルタ。
  9. 【請求項９】 前記伝達ミラーは、単結晶材料をへき開することによって生
    成された十分に画定されたエッジを有することを特徴とする請求項１から８のい
    ずれか一項に記載のフィルタ。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれか一項に記載のフィルタを組み込
    んだことを特徴とする分光システム。
  11. 【請求項１１】 反射面を持つ単結晶材料を準備するステップと、 前記単結晶材料をそのへき開面に沿ってへき開して、前記反射面に対して十分
    に画定されたエッジを与えるステップと を含むことを特徴とするミラーの製造方法。
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