JP2005121479A - Confocal microscopic spectroscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共焦点光学顕微鏡により試料に励起レーザ光を照射したときに生ずる反射光及び散乱光を測定する共焦点顕微分光装置に関する。 The present invention relates to a confocal microspectroscopic device that measures reflected light and scattered light generated when a sample is irradiated with excitation laser light by a confocal optical microscope.
従来、試料に励起レーザ光を照射したときに生ずるラマン散乱光や蛍光などを共焦点光学顕微鏡を介して検出する装置が提案されている。この共焦点光学顕微鏡として、特許文献1に記載されているものは、図8に示すように、レーザ光源101より発せられ平行光束となされた励起レーザ光をビームスプリッタ102を介して第1の集光レンズ103に入射させ、この第1の集光レンズ103により励起レーザ光を集光させ、この第1の集光レンズ103による集光点上にピンホールマスク(空間フィルタ)104のピンホール105を位置させ、さらに、このピンホール105内を通過して拡散する励起レーザ光を第2の集光レンズ(対物レンズ)106に導き、この第2の集光レンズ106により試料S上に励起レーザ光を集光させるように構成されたものが提案されている。
Conventionally, there has been proposed an apparatus for detecting Raman scattered light, fluorescence, and the like generated when a sample is irradiated with excitation laser light through a confocal optical microscope. As this confocal optical microscope, what is described in Patent Document 1 is a first collection of excitation laser light emitted from a
この共焦点光学顕微鏡においては、試料S上に集光された励起レーザ光が照射されることにより、この試料Sより励起レーザ光の反射光及び散乱光が生じる。この反射光及び散乱光は、第2の集光レンズ106を経て収束しつつピンホール105に戻り、このピンホール105及び第1の集光レンズ103を経て、ビームスプリッタ102に戻る。ビームスプリッタ102に戻った光束は、このビームスプリッタ102により、レーザ光源101側に戻る光路より分岐され、検出手段である光電子増倍管(PMT:photomultiplier tube)108の側に導かれる。この光電子増倍管108においては、試料Sから反射または散乱された光束のうち、試料Sにおいて生じたラマン散乱光や蛍光など、レーザ光源101より発せられた励起レーザ光とは異なる波長の光が検出される。
ところで、上述のように共焦点光学顕微鏡を用いてラマン散乱光や蛍光などを検出する装置においては、これらラマン散乱光や蛍光などの散乱光と、試料の光学像(共焦点光学顕微鏡像)との位置関係が不明確であった。 By the way, in the apparatus for detecting Raman scattered light or fluorescence using a confocal optical microscope as described above, the scattered light such as Raman scattered light or fluorescence, and an optical image of the sample (confocal optical microscope image) The positional relationship was unclear.
すなわち、試料上のある被測定個所において、ラマン散乱光や蛍光などについて特異的なデータが得られた場合に、その被測定個所が、共焦点光学顕微鏡像(光学像)においてどのような箇所であるのかを特定することが困難であった。 In other words, when specific data on Raman scattered light, fluorescence, etc. is obtained at a certain measurement location on the sample, where the measurement location is in the confocal optical microscope image (optical image). It was difficult to identify whether there was.
ラマン散乱光や蛍光などに基づいて分析される被測定個所の化学状態と、当該被測定個所の凹凸などの光学像(3次元情報)とを同時に測定することができれば、被測定個所の状態をより的確に測定することができるのであるが、従来の装置においては、ラマン散乱光や蛍光などを測定する状態と、光学像を測定する状態とで、光学系の切換えや、試料の位置の変更などを行わなければならず、これらを同時に測定することはできなかった。 If the chemical state of the measurement site to be analyzed based on Raman scattered light or fluorescence and the optical image (three-dimensional information) of the measurement site can be measured simultaneously, the state of the measurement site can be determined. Although it is possible to measure more accurately, in the conventional apparatus, switching of the optical system and changing the position of the sample between the state of measuring Raman scattered light and fluorescence and the state of measuring the optical image Etc., and these could not be measured at the same time.
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、ラマン散乱光や蛍光などの散乱光と、試料の光学像(共焦点光学顕微鏡像)とを同時に測定することができ、これらの位置関係を明確にすることができる共焦点顕微分光装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above circumstances, and can simultaneously measure scattered light such as Raman scattered light and fluorescence and an optical image of a sample (confocal optical microscope image). Therefore, an object of the present invention is to provide a confocal microspectroscopic device that can clarify the positional relationship between them.
上述の課題を解決するため、本発明に係る共焦点顕微分光装置は、連続発振またはパルス発振する少なくとも2以上の励起用レーザ光源と、所定の波長光を透過または反射し他の波長光を反射または透過する複数の光学フィルタ及び光路を遮断する複数のシャッタを有しこれら光学フィルタ及びシャッタを切換えることにより各励起レーザ光源からの励起レーザ光のうちから一の励起レーザ光を選択する励起レーザ光選択手段と、この励起レーザ光選択手段により選択された励起レーザ光の試料に対する照射を行う照射手段及びこの試料からの反射光または散乱光の集光手段となる共焦点光学顕微鏡と、試料から発生した散乱光を分光して試料の被測定個所の分光スペクトルを測定する分光手段と、試料の位置を3次元的に移動させながら予め設定したスペクトル窓内のスペクトル強度のデータを蓄積し蓄積したスペクトル強度のデータに基づいてスペクトル分布像を3次元的に表示するスペクトル分布像形成手段とを備え、分光手段は、励起レーザ光が共焦点光学顕微鏡により試料上の被測定箇所に集光されて照射されることにより該被測定箇所から発生する該励起レーザ光の反射光と散乱光とを波長弁別を行う第1の光学フィルタにより分離させ分離された反射光の強度を光検出器によって検出するとともに分離された散乱光について励起レーザ光選択手段による励起レーザ光の選択に同期して選択される該励起レーザ光よりも長波長の光を反射または透過する特性を有する第2の光学フィルタを介して試料上の同一被測定個所について励起波長が異なるラマン散乱光及び蛍光スペクトルを分光装置により波長分散させて同時に測定し、スペクトル分布像形成手段は、試料における被測定箇所を順次移動させながら分光手段において測定された測定データの蓄積を所定回数繰返した後蓄積された測定データに基づき励起レーザ光の反射光測定に対応した共焦点光学顕微鏡像とスペクトル測定に対応した2次元または3次元分布像とを表示することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, a confocal microspectroscopic device according to the present invention includes at least two or more excitation laser light sources that continuously or pulse oscillate, and transmit or reflect light of a predetermined wavelength and reflect light of other wavelengths. Or, a plurality of optical filters that pass through and a plurality of shutters that block the optical path, and a pump laser beam that selects one of the pump laser beams from each pump laser light source by switching these optical filters and shutters A selection means, an irradiation means for irradiating the sample with the excitation laser light selected by the excitation laser light selection means, a confocal optical microscope as a means for condensing reflected light or scattered light from the sample, and generated from the sample Spectroscopic means for spectroscopically measuring the scattered light and measuring the spectroscopic spectrum of the sample to be measured, and moving the position of the sample in three dimensions in advance. Spectral distribution image forming means for accumulating spectral intensity data within the set spectral window and displaying the spectral distribution image three-dimensionally based on the accumulated spectral intensity data. The spectroscopic means is configured to share excitation laser light. The reflected light and the scattered light of the excitation laser light generated from the measurement location are separated by a first optical filter that performs wavelength discrimination by being focused and irradiated on the measurement location on the sample by a focusing optical microscope. The intensity of the separated reflected light is detected by a photodetector, and the separated scattered light is light having a wavelength longer than that of the excitation laser light selected in synchronization with the selection of the excitation laser light by the excitation laser light selection means. Scattered light and fluorescence having different excitation wavelengths for the same measurement location on the sample through the second optical filter having the characteristic of reflecting or transmitting the light. The spectrum is dispersed by the spectroscopic device and measured simultaneously. The spectral distribution image forming means repeats the accumulation of measurement data measured in the spectroscopic means while sequentially moving the measurement points in the sample, and the accumulated measurement is performed. A confocal optical microscope image corresponding to reflected light measurement of excitation laser light and a two-dimensional or three-dimensional distribution image corresponding to spectrum measurement are displayed based on the data.
また、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、入射される励起レーザ光のビーム径を予め設定されたビーム径に拡大または縮小しビーム形状を整形する機能を有するビームエクスパンダを備え、このビームエクスパンダを経た励起レーザ光を共焦点光学顕微鏡に入射させることにより、該励起レーザ光の光束径を、該共焦点光学顕微鏡の対物レンズの瞳径に一致させることを特徴とするものである。 Further, the present invention includes a beam expander having a function of shaping the beam shape by expanding or reducing the beam diameter of the incident excitation laser light to a preset beam diameter in the above-described confocal microspectroscopic device, By making the excitation laser light that has passed through this beam expander enter a confocal optical microscope, the beam diameter of the excitation laser light is made to coincide with the pupil diameter of the objective lens of the confocal optical microscope. is there.
さらに、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、励起レーザ光の一部を半透過鏡を介して取出して光強度を測定することにより該励起レーザ光の光強度を算定し、分光装置により波長分散されて測定されたラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度を励起レーザ光の光強度によって除することにより、該励起レーザ光の光強度の変動により生ずるラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度の変動を補正することを特徴とするものである。 Furthermore, the present invention provides a spectroscopic device that calculates the light intensity of the excitation laser light by taking out a part of the excitation laser light through a semi-transmission mirror and measuring the light intensity in the confocal microspectroscopic device described above. By dividing the intensity of the Raman scattered light and the fluorescence spectrum measured after being wavelength-dispersed by the light intensity of the excitation laser light, the fluctuation of the intensity of the Raman scattered light and the fluorescence spectrum caused by the fluctuation of the light intensity of the excitation laser light It is characterized by correcting.
そして、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、共焦点光学顕微鏡が備えているピンホールは、開口幅が連続可変可能な第1のスリットと、開口幅が連続可変可能となされ第1のスリットに対して開口幅方向を略々垂直となされて配置された第2のスリットとが重ねられることにより構成されていることを特徴とするものである。 According to the present invention, in the above-described confocal microspectroscopic device, the pinhole provided in the confocal optical microscope has a first slit whose opening width can be continuously changed, and an opening width which can be continuously changed. The second slit, which is arranged with the opening width direction being substantially perpendicular to the slit, is overlapped with the other slit.
また、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、ピンホールは、必要とされる空間分解能及び光のスループット量に応じて、口径が調整されることを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described confocal microspectroscopic device, the diameter of the pinhole is adjusted according to the required spatial resolution and the amount of light throughput.
本発明に係る共焦点顕微分光装置においては、分光手段が、試料上の同一被測定個所について反射光の強度と、励起波長が異なるラマン散乱光及び蛍光スペクトルとを同時に測定し、また、スペクトル分布像形成手段が、励起レーザ光の反射光測定に対応した共焦点光学顕微鏡像とスペクトル測定に対応した2次元または3次元分布像とを表示するので、試料上の同一被測定個所についての共焦点光学顕微鏡像と、ラマン散乱光及び蛍光スペクトルとの位置関係が明確化される。 In the confocal microspectroscopic device according to the present invention, the spectroscopic means simultaneously measures the intensity of the reflected light, the Raman scattered light and the fluorescence spectrum having different excitation wavelengths at the same measurement location on the sample, and the spectral distribution. Since the image forming means displays the confocal optical microscope image corresponding to the reflected light measurement of the excitation laser beam and the two-dimensional or three-dimensional distribution image corresponding to the spectrum measurement, the confocal point at the same measurement location on the sample is displayed. The positional relationship between the optical microscope image, the Raman scattered light, and the fluorescence spectrum is clarified.
すなわち、本発明は、ラマン散乱光や蛍光などの散乱光と、試料の光学像(共焦点光学顕微鏡像)とを同時に測定することができ、これらの位置関係を明確にすることができ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。 That is, the present invention can simultaneously measure scattered light such as Raman scattered light and fluorescence, and an optical image (confocal optical microscope image) of the sample, and can clarify the positional relationship between them. A microspectroscopic device can be provided.
また、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、励起レーザ光をこの励起レーザ光のビーム径を予め設定されたビーム径に拡大または縮小しビーム形状を整形する機能を有するビームエクスパンダを介して共焦点光学顕微鏡に入射させることにより、該励起レーザ光の光束径を、該共焦点光学顕微鏡の対物レンズの瞳径に一致させるので、励起用レーザ光源の発光エネルギを高効率で励起レーザ光として使用することができる。 Further, the present invention provides a beam expander having a function of shaping the beam shape by expanding or reducing the beam diameter of the excitation laser light to a preset beam diameter in the confocal microspectroscopic device described above. By making the beam diameter of the excitation laser light coincide with the pupil diameter of the objective lens of the confocal optical microscope by making it incident on the confocal optical microscope through the excitation laser, the emission energy of the excitation laser light source can be excited with high efficiency. Can be used as light.
さらに、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、分光装置により波長分散されて測定されたラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度を励起レーザ光の光強度によって除することにより、該励起レーザ光の光強度の変動により生ずるラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度の変動を補正するので、励起用レーザ光源における励起レーザ光の発光強度が変動しても、この変動に影響されずに、安定してラマン散乱光及び蛍光スペクトルを測定することができる。 Furthermore, the present invention provides the above-described confocal microspectroscopic device by dividing the intensity of Raman scattered light and fluorescence spectrum measured by wavelength dispersion by a spectroscopic device by the light intensity of the excitation laser light. Because the fluctuation of the intensity of the Raman scattered light and the fluorescence spectrum caused by the fluctuation of the light intensity of the light source is corrected, even if the emission intensity of the excitation laser light in the excitation laser light source fluctuates, Raman scattered light and fluorescence spectrum can be measured.
そして、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、共焦点光学顕微鏡が備えているピンホールを、開口幅が連続可変可能な第1のスリットと、開口幅が連続可変可能となされ第1のスリットに対して開口幅方向を略々垂直となされて配置された第2のスリットとを重ねることにより構成しているので、ピンホールの径を、例えば、共焦点光学顕微鏡において必要とされる空間分解能及び光のスループット量に応じて、自在に設定することができる。 According to the present invention, in the above-described confocal microspectroscopic device, the pinhole provided in the confocal optical microscope has a first slit whose opening width can be continuously changed, and an opening width which can be continuously changed. In this case, the diameter of the pinhole is required in a confocal optical microscope, for example. It can be freely set according to the spatial resolution and the light throughput.
また、本発明は、上述の共焦点顕微分光装置において、ピンホールは、必要とされる空間分解能及び光のスループット量に応じて、口径が調整されるようにしているので、共焦点光学顕微鏡において必要な空間分解能及び光のスループット量が迅速に実現される。 Further, according to the present invention, in the confocal microspectroscopic device described above, the pinhole is adjusted in aperture according to the required spatial resolution and light throughput, so in the confocal optical microscope The required spatial resolution and light throughput are quickly realized.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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、励起用レーザ光源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光学顕微鏡及び分光装置を介して光電子増倍管(PMT:photomultiplier tube)3により検出するとともに、試料Sからの反射光の強度を光検出器4によって検出する装置である。
As shown in FIG. 1, the confocal microspectroscopic device according to the present invention irradiates a sample S installed in the objective lens block unit 1 with a laser beam emitted from an excitation
図1において、(A)は正面図であり、(B)は側面図である。 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view.
なお、対物レンズブロック部1内において、試料Sは、図示しない3次元ステージ(X−Y−Zステージ)により支持されており、任意の3次元方向に移動操作可能となされている。 In the objective lens block unit 1, the sample S is supported by a three-dimensional stage (XYZ stage) (not shown) and can be moved in any three-dimensional direction.
この共焦点顕微分光装置においては、励起用レーザ光源2として、図2に示すように、連続発振またはパルス発振する少なくとも2以上の互いに発振波長の異なる励起用レーザ光源2a,2b,2c・・・が設けられている。これら各励起用レーザ光源2a,2b,2c・・・から発せられた各レーザ光は、励起レーザ光選択手段によって一のレーザ光のみが選択されて、励起レーザ光として試料Sに導かれることとなる。励起レーザ光選択手段は、図2に示すように、所定の波長光を透過または反射し他の波長光を反射または透過する光学フィルタである複数のエッジフィルタと、光路を遮断する複数のシャッタとを有して構成されている。各エッジフィルタは、いずれか一が光路上に位置するように切換え可能となされ、各シャッタは、いずれか一が開放状態となるように切換え可能となされている。
In this confocal microspectroscopic device, as the excitation
すなわち、この励起レーザ光選択手段においては、第1の励起用レーザ光源2aから発せられたレーザ光は、開放された第1のシャッタ5を介して、第1のビームコンバイナ(合成器)6を経て、第1乃至第3の遅相板7,8,9のうち第1の励起用レーザ光源2aに適応する遅相板を経て、さらに、第1乃至第3のエッジフィルタ10,11,12のうち第1の励起用レーザ光源2aに適応するエッジフィルタを経て出射される。
That is, in this excitation laser light selection means, the laser light emitted from the first excitation
また、第2の励起用レーザ光源2bから発せられたレーザ光は、開放された第2のシャッタ13を介して、第2のビームコンバイナ(合成器)14及び第1のビームコンバイナ6を経て、第1乃至第3の遅相板7,8,9のうち第2の励起用レーザ光源2bに適応する遅相板を経て、さらに、第1乃至第3のエッジフィルタ10,11,12のうち第2の励起用レーザ光源2bに適応するエッジフィルタを経て出射される。
The laser light emitted from the second excitation
さらに、第3の励起用レーザ光源2cから発せられたレーザ光は、開放された第3のシャッタ15を介して、第2のビームコンバイナ(合成器)14及び第1のビームコンバイナ6を経て、第1乃至第3の遅相板7,8,9のうち第3の励起用レーザ光源2cに適応する遅相板を経て、さらに、第1乃至第3のエッジフィルタ10,11,12のうち第3の励起用レーザ光源2cに適応するエッジフィルタを経て出射される。
Further, the laser light emitted from the third excitation
この励起レーザ光選択手段においては、選択される励起用レーザ光源に対応したいずれか一のシャッタが開放され、他のシャッタは閉塞される。また、この励起レーザ光選択手段においては、選択される励起用レーザ光源に対応して、第1乃至第3の遅相板7,8,9のうちのいずれか一及び第1乃至第3のエッジフィルタ10,11,12のうちのいずれか一が選択されて、光路上に配置される。
In this excitation laser beam selecting means, any one shutter corresponding to the selected excitation laser light source is opened, and the other shutters are closed. Further, in this excitation laser light selection means, one of the first to
この励起レーザ光選択手段から出射された励起レーザ光は、図1に示すように、第1のミラー16及び第2のミラー17に反射されて光路を変えられて、プラズマライン18を透過し、ボラライザ(偏光子)となる偏光ビームスプリッタ19に入射される。第2のミラー17は半透過鏡であり、この第2のミラー17においては、励起レーザ光のうちの一定比率の光量が透過する。この第2のミラー17を透過したレーザ光は、第1のND(Neutral Density)フィルタ20を透過して、励起レーザ光の光量較正用の光電子増倍管(PMT)21に入射される。
As shown in FIG. 1, the excitation laser light emitted from the excitation laser light selection means is reflected by the
偏光ビームスプリッタ19に入射された励起レーザ光は、第2のNDフィルタ22を透過して、ビームエキスパンダ23に入射される。なお、第1及び第2のNDフィルタ20,22は、それぞれターレット式に複数の濃度の異なるフィルタを備えており、選択された励起用レーザ光源に応じて、ステッピングモータ駆動により対応するフィルタが選択されるようになっている。
The excitation laser light incident on the
ビームエキスパンダ23は、図3に示すように、第1乃至第3の凸レンズL1,L2,L3から構成されており、第1及び第2の凸レンズL1,L2間の距離X1と第2及び第3の凸レンズL2,L3間の距離X2とをそれぞれ可変することにより、入射される励起レーザ光の光束径(ビーム径)を予め設定されたビーム径に拡大または縮小し、ビーム形状を整形する機能を有している。
As shown in FIG. 3, the
図3において、(A)に示す状態よりも、(B)に示す状態においては、第1及び第2の凸レンズL1,L2間の距離X1が小さくなされ、第2及び第3の凸レンズL2,L3間の距離X2が大きくなされることにより、出射光の光束径が大きくなっている。 In FIG. 3, the distance X1 between the first and second convex lenses L1, L2 is made smaller in the state shown in (B) than in the state shown in (A), and the second and third convex lenses L2, L3. By increasing the distance X2 between them, the beam diameter of the emitted light is increased.
この励起レーザ光のビーム径は、後述する共焦点光学顕微鏡の対物レンズの瞳径に一致するように調整される。この共焦点顕微分光装置においては、励起レーザ光のビーム径が対物レンズの瞳径に一致することにより、励起用レーザ光源2の発光エネルギを高効率で励起レーザ光として使用することができる。
The beam diameter of the excitation laser light is adjusted to coincide with the pupil diameter of an objective lens of a confocal optical microscope described later. In this confocal microspectroscopic device, the emission energy of the excitation
ビームエキスパンダ23における各凸レンズL1,L2,L3の移動は、ステッピングモータ駆動によって行われる。また、このビームエキスパンダ23を経た励起レーザ光の光束径は、選択される励起用レーザ光源及び使用する対物レンズに応じて予め設定された値に調整される。
The movement of each convex lens L1, L2, L3 in the
ビームエキスパンダ23からの出射光は、図1に示すように、第3のミラー24及び第4のミラー25に反射されて光路を変えられて、二分の一波長板26を透過して、第1の光学フィルタとなるノッチフィルタ(Notch-filter)(または、エッジフィルタ)27に入射される。このノッチフィルタ27は、特定の狭い波長域の光束のみを反射する特性を持ったフィルタであり、ここでは、励起用レーザ光源2より発せられる光束の中心波長帯域を反射する特性を有している。このノッチフィルタ27に反射された励起レーザ光は、対物レンズブロック部1に入射され、第5のミラー28に反射され、共焦点光学顕微鏡を構成する対物レンズ29に入射される。この共焦点光学顕微鏡は、励起レーザ光選択手段において選択された励起レーザ光を試料Sに対して照射する照射手段となるとともに、この試料Sからの反射光及び散乱光を集光する集光手段となるものである。すなわち、対物レンズ29に入射された励起レーザ光は、試料S上の被測定箇所に集光して照射される。
As shown in FIG. 1, the light emitted from the
試料S上に集光された励起レーザ光は、この試料Sにより散乱光などを含んで反射され、ノッチフィルタ27に戻る。このノッチフィルタ27において、試料S上の被測定箇所から発生する励起レーザ光の反射光と散乱光とは、このノッチフィルタ27の反射光と透過光とに分離される。すなわち、ノッチフィルタ27は、励起レーザ光を反射させ、他の波長光を透過されることにより波長弁別を行う。
The excitation laser beam condensed on the sample S is reflected by the sample S including scattered light and returns to the
ここでノッチフィルタ27により反射された励起レーザ光は、試料Sからの反射光であり、二分の一波長板26、第4のミラー25を経て、第3のミラー24に戻る。この試料Sからの反射光は、第3のミラー24において一部が透過し、第6のミラー30により反射され、集光レンズ31により集光される。この集光レンズ31による集光点上には、ピンホールマスク(空間フィルタ)のピンホール32が位置されている。このピンホール32内を通過して拡散する光束は、第3のNDフィルタ33を透過して、光検出器4に入射される。この光検出器4は、光電子増倍管(PMT)であり、反射光の光量を測定する。
Here, the excitation laser light reflected by the
一方、ノッチフィルタ27を透過した他の波長光は、試料Sにおける散乱光であり、この散乱光を散乱光を分光して試料の被測定個所の分光スペクトルを測定する分光手段に入射される。この分光手段において、散乱光は、アイリス34及びボラライザ(偏光子)となる偏光ビームスプリッタ35を経て、さらに、第2の光学フィルタとなるバンドパスフィルタ36及びアイリス37を経て、集光レンズ38に入射される。バンドパスフィルタ36は、励起レーザ光よりも長波長の光を透過させる特性を有している。このバンドパスフィルタ36は、励起レーザ光選択手段における励起用レーザ光源の選択に同期して選択される。
On the other hand, the other wavelength light that has passed through the
集光レンズ38に入射された散乱光は、集光されつつ、第7のミラー39により反射される。この集光レンズ38による集光点上には、ピンホールマスク(空間フィルタ)のピンホール40が位置されている。このピンホール40内を通過して拡散する光束は、分光ブロック41に入射される。
The scattered light incident on the
この共焦点顕微分光装置において、対物レンズ29より各ピンホール32,40に至る共焦点光学顕微鏡においては、各ピンホール32,40は、図4に示すように、開口幅が連続可変可能な第1のスリット50と、開口幅が連続可変可能となされ第1のスリット50に対して開口幅方向を略々垂直となされて配置された第2のスリット51とが重ねられることにより構成されている。すなわち、ピンホール32,40の開口面積は、第1のスリット50の開口幅と第2のスリット51の開口幅との積によって示される。
In the confocal microspectroscopic device, in the confocal optical microscope from the
これらスリット50,51の開口幅は、ステッピングモータ駆動により、可変調整される。ピンホール32,40の口径は、例えば、共焦点光学顕微鏡において必要とされる空間分解能及び光のスループット量に応じて、自在に設定することができる。すなわち、ピンホール32,40の口径を小さくすると共焦点光学顕微鏡における空間分解能が向上するが、スループット量は減少し、ピンホール32,40の口径を大きくすると共焦点光学顕微鏡における空間分解能が低下するが、スループット量は増大する。
The opening widths of the
このように、この共焦点顕微分光装置においては、ピンホール32,40の口径を調整することにより、共焦点光学顕微鏡において必要な空間分解能及び光のスループット量を迅速に設定することができる。
As described above, in this confocal microspectroscopic device, the spatial resolution and the light throughput necessary for the confocal optical microscope can be quickly set by adjusting the diameters of the
分光ブロック41に入射された試料Sからの散乱光は、図1に示すように、ミラー42に反射され、分光装置となる反射型回折格子43を経て、さらに、ミラー44に反射されて、ミラー45を経て、光電子増倍管3により検出される。または、ミラーの位置を切り替えることにより入射された散乱光は、電荷結合素子(CCD:charge-coupled device)46に入射される。
As shown in FIG. 1, the scattered light incident on the
なお、この共焦点光学顕微鏡の光学系を簡略化して示すと、図5に示すように、試料Sからの反射光及び散乱光が対物レンズ29により集光され、この集光点にピンホールマスクのピンホール40が配置され、このピンホール40を経た光束を光電子増倍管3により検出するという光学系となっている。
When the optical system of the confocal optical microscope is simplified, as shown in FIG. 5, reflected light and scattered light from the sample S are condensed by the
試料Sからの散乱光のうち、励起波長が異なるラマン散乱光及び蛍光スペクトルは、反射型回折格子43により波長分散されて、ミラー45を切り替えることにより光電子増倍管3または電荷結合素子46に入射される。光電子増倍管3は、主として波長幅の広い蛍光スペクトルの検出に使用する。また、電荷結合素子46は、主として多数の微細構造を示すラマン散乱光の検出に使用する。
Of the scattered light from the sample S, Raman scattered light and fluorescence spectrum having different excitation wavelengths are wavelength-dispersed by the
そして、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し、また、測定されたデータを信号処理するためのスペクトル分布像形成手段となる電子回路部を備えている。 The confocal microspectroscopic device is provided with an electronic circuit unit that controls the operation of each part in the device and serves as a spectral distribution image forming means for processing the measured data.
この電子回路部は、試料Sを支持する3次元ステージを制御し、試料Sの位置を3次元的に移動させながら、予め設定したスペクトル窓内のスペクトル強度のデータを蓄積し、蓄積したスペクトル強度のデータに基づいて、図示しない表示装置を介して、スペクトル分布像を3次元的に表示する。また、この電子回路部は、試料Sの位置を3次元的に移動させながら試料Sからの反射光の光量のデータを蓄積し、蓄積された測定データに基づき、図示しない表示装置を介して、励起レーザ光の反射光測定に対応した共焦点光学顕微鏡像を表示する。 The electronic circuit unit controls the three-dimensional stage that supports the sample S, accumulates spectral intensity data within a preset spectral window while moving the position of the sample S three-dimensionally, and stores the accumulated spectral intensity. Based on the data, the spectrum distribution image is displayed three-dimensionally through a display device (not shown). In addition, the electronic circuit unit accumulates data on the amount of reflected light from the sample S while moving the position of the sample S three-dimensionally, and based on the accumulated measurement data, through a display device (not shown), A confocal optical microscope image corresponding to the reflected light measurement of the excitation laser light is displayed.
すなわち、この電子回路部は、試料Sにおける被測定箇所を順次移動させながら、分光手段において測定された測定データの蓄積を所定回数繰返した後、蓄積された測定データに基づいて、スペクトル分布像及び共焦点光学顕微鏡像を表示することができる。 That is, the electronic circuit unit repeats the accumulation of measurement data measured by the spectroscopic means a predetermined number of times while sequentially moving the measurement site in the sample S, and then, based on the accumulated measurement data, A confocal optical microscope image can be displayed.
したがって、この共焦点顕微分光装置においては、上述のように、分光手段が、試料S上の同一被測定個所について反射光の強度と、励起波長が異なるラマン散乱光及び蛍光スペクトルとを同時に測定し、また、スペクトル分布像形成手段が、励起レーザ光の反射光測定に対応した共焦点光学顕微鏡像とスペクトル測定に対応した2次元または3次元分布像とを表示するので、試料S上の同一被測定個所についての共焦点光学顕微鏡像と、ラマン散乱光または蛍光スペクトルとの位置関係が明確化される。 Therefore, in this confocal microspectroscopic device, as described above, the spectroscopic means simultaneously measures the intensity of the reflected light, the Raman scattered light and the fluorescence spectrum having different excitation wavelengths at the same measurement location on the sample S. Further, since the spectral distribution image forming means displays the confocal optical microscope image corresponding to the reflected light measurement of the excitation laser light and the two-dimensional or three-dimensional distribution image corresponding to the spectral measurement, the same object on the sample S is displayed. The positional relationship between the confocal optical microscope image at the measurement location and the Raman scattered light or the fluorescence spectrum is clarified.
さらに、この電子回路部は、励起レーザ光の一部を半透過鏡である第2のミラー17を介して励起レーザ光の光量較正用の光電子増倍管(PMT)21によって取出し、光強度を測定することにより、励起レーザ光の光強度を算定する。このように、励起レーザ光の一部を取り出す光学系を簡略化して示すと、図6に示すように、共焦点光学顕微鏡に入射される前の励起レーザ光の一部を第2のミラー17によって光電子増倍管21に入射される光学系となる。
Further, this electronic circuit section takes out a part of the excitation laser light through a
そして、この電子回路部は、分光装置により波長分散されて測定されたラマン散乱光または蛍光スペクトルの強度を、励起レーザ光の光強度によって除して較正することにより、励起レーザ光の光強度の変動により生ずるラマン散乱光または蛍光スペクトルの強度の変動を補正する。 The electronic circuit unit calibrates the intensity of Raman scattered light or fluorescence spectrum measured by wavelength dispersion by a spectroscopic device by dividing the intensity by the light intensity of the excitation laser light, thereby adjusting the light intensity of the excitation laser light. Corrections are made for variations in the intensity of the Raman scattered light or the fluorescence spectrum caused by the variations.
したがって、この共焦点顕微分光装置においては、励起用レーザ光源2における励起レーザ光の発光強度が変動しても、この変動に影響されずに、安定してラマン散乱光及び蛍光スペクトルを測定することができる。
Therefore, in this confocal microspectroscopic device, even if the emission intensity of the excitation laser light in the excitation
なお、本発明に係る共焦点顕微分光装置は、図7に示すように、本体部を倒立させて使用することができるようになされている。 Note that the confocal microspectroscopic device according to the present invention can be used with the main body portion inverted as shown in FIG.
図7において、(A)は側面図であり、(B)は正面図である。 7A is a side view, and FIG. 7B is a front view.
この場合には、試料Sが対物レンズ29の下方に設置され、対物レンズ29は、この試料Sに対して、上方より、励起レーザ光を照射することとなる。
In this case, the sample S is installed below the
2 レーザ光源、3 光電子倍増管、31 第1の集光レンズ、32 ピンホール、38 第2の集光レンズ、40 ピンホール 2 laser light source, 3 photomultiplier tube, 31 first condenser lens, 32 pinhole, 38 second condenser lens, 40 pinhole
Claims (5)
所定の波長光を透過または反射し他の波長光を反射または透過する複数の光学フィルタ及び光路を遮断する複数のシャッタを有し、これら光学フィルタ及びシャッタを切換えることにより上記各励起レーザ光源からの励起レーザ光のうちから一の励起レーザ光を選択する励起レーザ光選択手段と、
上記励起レーザ光選択手段により選択された励起レーザ光の試料に対する照射を行う照射手段及びこの試料からの反射光または散乱光の集光手段となる共焦点光学顕微鏡と、
上記試料から発生した散乱光を分光して試料の被測定個所の分光スペクトルを測定する分光手段と、
上記試料の位置を3次元的に移動させながら、予め設定したスペクトル窓内のスペクトル強度のデータを蓄積し、蓄積したスペクトル強度のデータに基づいてスペクトル分布像を3次元的に表示するスペクトル分布像形成手段と
を備え、
上記分光手段は、上記励起レーザ光が上記共焦点光学顕微鏡により上記試料上の被測定箇所に集光されて照射されることにより該被測定箇所から発生する該励起レーザ光の反射光と散乱光とを、波長弁別を行う第1の光学フィルタにより分離させ、分離された反射光の強度を光検出器によって検出するとともに、分離された散乱光について、上記励起レーザ光選択手段による励起レーザ光の選択に同期して選択される該励起レーザ光よりも長波長の光を反射または透過する特性を有する第2の光学フィルタを介して、上記試料上の同一被測定個所について励起波長が異なるラマン散乱光及び蛍光スペクトルを分光装置により波長分散させて同時に測定し、
上記スペクトル分布像形成手段は、上記試料における被測定箇所を順次移動させながら、上記分光手段において測定された測定データの蓄積を所定回数繰返した後、蓄積された測定データに基づき、励起レーザ光の反射光測定に対応した共焦点光学顕微鏡像と、スペクトル測定に対応した2次元または3次元分布像とを表示する
ことを特徴とする共焦点顕微分光装置。 At least two or more excitation laser light sources that oscillate continuously or pulse; and
It has a plurality of optical filters that transmit or reflect light of a predetermined wavelength and reflect or transmit light of other wavelengths and a plurality of shutters that block the optical path. An excitation laser beam selecting means for selecting one excitation laser beam from among the excitation laser beams;
An irradiating means for irradiating the sample of the excitation laser light selected by the excitation laser light selecting means, and a confocal optical microscope as a condensing means for reflected light or scattered light from the sample;
A spectroscopic means for spectroscopically measuring the scattered light generated from the sample and measuring the spectroscopic spectrum of the measured portion of the sample;
Spectral distribution image that three-dimensionally moves the position of the sample, accumulates spectral intensity data within a preset spectral window, and displays the spectral distribution image three-dimensionally based on the accumulated spectral intensity data Forming means, and
The spectroscopic means is configured such that the excitation laser light is condensed and irradiated on the measurement site on the sample by the confocal optical microscope, and reflected and scattered light of the excitation laser beam generated from the measurement site. Are separated by a first optical filter that performs wavelength discrimination, the intensity of the separated reflected light is detected by a photodetector, and the separated scattered light is separated from the excitation laser light by the excitation laser light selection means. Raman scattering with different excitation wavelengths for the same measurement location on the sample through a second optical filter having a characteristic of reflecting or transmitting light having a wavelength longer than that of the excitation laser light selected in synchronization with the selection Simultaneously measure the wavelength of light and fluorescence spectrum by spectral dispersion using a spectroscope,
The spectral distribution image forming means repeats accumulation of measurement data measured by the spectroscopic means for a predetermined number of times while sequentially moving the measurement site in the sample, and then based on the accumulated measurement data, A confocal microspectroscopic device, which displays a confocal optical microscope image corresponding to reflected light measurement and a two-dimensional or three-dimensional distribution image corresponding to spectrum measurement.
上記ビームエクスパンダを経た励起レーザ光を上記共焦点光学顕微鏡に入射させることにより、該励起レーザ光の光束径を、該共焦点光学顕微鏡の対物レンズの瞳径に一致させ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。 A beam expander having a function of expanding or reducing the beam diameter of the incident excitation laser beam to a preset beam diameter and shaping the beam shape,
The excitation laser light that has passed through the beam expander is incident on the confocal optical microscope so that the beam diameter of the excitation laser light matches the pupil diameter of the objective lens of the confocal optical microscope. Item 2. The confocal microspectroscopic device according to Item 1.
上記分光装置により波長分散されて測定されたラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度を、上記励起レーザ光の光強度によって除することにより、該励起レーザ光の光強度の変動により生ずるラマン散乱光及び蛍光スペクトルの強度の変動を補正す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。 By extracting a part of the excitation laser light through a semi-transmission mirror and measuring the light intensity, the light intensity of the excitation laser light is calculated,
By dividing the intensity of the Raman scattered light and the fluorescence spectrum measured by wavelength dispersion by the spectroscopic device by the light intensity of the excitation laser light, the Raman scattered light and the fluorescence generated by the fluctuation of the light intensity of the excitation laser light. 2. The confocal microspectroscopic device according to claim 1, wherein fluctuations in spectrum intensity are corrected.
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