JP2010054368A - Optical microscope and observation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical microscope capable of measuring spectra by a spectrograph and imaging a sample speedily with high resolution, and to provide an observation method. <P>SOLUTION: The optical microscope 100 comprises a laser light source 10, a Y scanning device 40 for performing scanning of light beams in a Y direction, an objective lens 23, an X scanning device 20 for performing scanning of light beams in an X direction, the spectrograph 31 for measuring spectra, and a line CCD camera 50. Then, a switching mirror 27 is provided so that it can be inserted and removed, where it switches a first optical path 51 toward the spectrograph 31 and an optical path 52 toward the line CCD camera 50. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学顕微鏡及び観察方法に関し、特に詳しくは、スペクトルを測定するための分光器を備える光学顕微鏡及び観察方法に関する。   The present invention relates to an optical microscope and an observation method, and more particularly to an optical microscope and an observation method including a spectroscope for measuring a spectrum.

ラマン分光測定は、試料が気体、液体、結晶、無定形固体であることを問わず、温度は高温でも低温でも可能であり、測定において、真空などの特殊な測定雰囲気を必要としないという利点を持つ。さらに、試料の前処理を特に必要とせず、試料をそのままの状態で測定可能であるなどの長所があり、これらの長所を生かした測定が多くなされている。ラマン分光測定を利用することによって、分子を非染色で観測すること、及び半導体中の不純物を観測することができる。   Raman spectroscopic measurement is possible regardless of whether the sample is a gas, liquid, crystal, or amorphous solid, and the temperature can be high or low, and there is an advantage that a special measurement atmosphere such as a vacuum is not required for the measurement. Have. Furthermore, there is an advantage that the sample can be measured as it is without requiring any pre-treatment of the sample, and many measurements are made by taking advantage of these advantages. By utilizing Raman spectroscopy, it is possible to observe molecules without staining and to observe impurities in the semiconductor.

このようなラマン分光測定を行うため、分光器を用いたラマン顕微鏡が開示されている(特許文献1、特許文献2)。このラマン顕微鏡では、試料にレーザ光を集光して照射している。そして、試料からのラマン散乱光を分光器で分光することにより、ラマンスペクトルを測定することができる。さらに、これらのラマン顕微鏡では、試料を移動させて測定することにより、特定の波長におけるラマン散乱光強度の空間分布を測定することができる。また、測定時間を短縮するため、シリンドリカルレンズにより試料をライン状に照明して、CCDカメラにより検出するラマン顕微鏡も開示されている(非特許文献1)。このラマン顕微鏡では、ライン状に照明しているため一度に広い領域を照射することができ、測定時間を短縮することができる。しかしながら、シリンドリカルレンズを用いて光をライン状にした場合、均一に光を照射することが困難であり、周辺領域が暗くなってしまう。   In order to perform such Raman spectroscopic measurement, a Raman microscope using a spectroscope has been disclosed (Patent Documents 1 and 2). In this Raman microscope, a sample is irradiated with focused laser light. A Raman spectrum can be measured by spectroscopically analyzing Raman scattered light from the sample. Furthermore, in these Raman microscopes, the spatial distribution of the Raman scattered light intensity at a specific wavelength can be measured by moving the sample and measuring. In order to shorten the measurement time, a Raman microscope in which a sample is illuminated in a line by a cylindrical lens and detected by a CCD camera is also disclosed (Non-Patent Document 1). Since this Raman microscope illuminates in a line shape, it can irradiate a wide area at a time, and the measurement time can be shortened. However, when the light is formed in a line shape using a cylindrical lens, it is difficult to irradiate the light uniformly, and the peripheral area becomes dark.

さらに、レーザ光を偏向させて、走査する光学顕微鏡が開示されている(特許文献3)。この文献では、X方向の走査装置、及びY方向の走査装置を設けている。そして、分光器に設けられたカメラの露光時間よりもY走査装置の走査周期を短くしている(段落0042)。これにより、カメラの1フレームでライン状の領域におけるラマンスペクトルを測定することができる。
特開2002−14043号公報 特開2003−344776号公報 特開2007−179002号公報 CHARLENE A.DRUMM、他1名「Microscopic Raman Line−Imaging With Principal Component Analysis」 APPLIED SPECTROSCOPY、1995年、49巻、第9号、p.1331−1337
Furthermore, an optical microscope that scans by deflecting laser light is disclosed (Patent Document 3). In this document, an X-direction scanning device and a Y-direction scanning device are provided. The scanning period of the Y scanning device is made shorter than the exposure time of the camera provided in the spectroscope (paragraph 0042). Thereby, the Raman spectrum in a linear area | region can be measured with 1 frame of a camera.
JP 2002-14043 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-344776 JP 2007-179002 A CHARLENE A. DRUMM and 1 other "Microscopic Raman Line-Imaging With Principle Component Analysis" APPLIED SPECTROCOPY, 1995, 49, No. 9, p. 1331-1337

上記のように、特許文献3や非特許文献1では、ラマンスペクトルを測定するために、分光器を用いている。ところで、上記のようなラマン顕微鏡において、ラマンスペクトルの情報とともに、分光しない試料の情報を取得したいという要求がある。例えば、試料で反射した反射光によって試料を観察したいという要求がある。あるいは、試料で発生した蛍光を用いて観察を行いたいという要求がある。このような観察を行う場合、高速かつ高分解能で試料を撮像することが好ましい。   As described above, in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1, a spectroscope is used to measure a Raman spectrum. By the way, in the Raman microscope as described above, there is a demand for acquiring information on a sample that is not subjected to spectroscopy together with information on a Raman spectrum. For example, there is a demand for observing a sample with reflected light reflected from the sample. Alternatively, there is a demand for observation using fluorescence generated in a sample. When performing such observation, it is preferable to image the sample at high speed and with high resolution.

しかしながら、上記のラマン顕微鏡では、分光器を通して反射光を分光器用カメラで撮像することになるため、以下に示す問題点がある。分光器用のカメラは、低雑音であることが要求されるため、読み出し速度が遅くなってしまう。すなわち、分光器用カメラでは、高速で撮像することが困難になってしまう。また、分光器を通すことで、収差が発生してしまう。特に、ツェルニターナ型の分光器では、凹面鏡を用いているため、収差が大きい。収差がある場合、反射光による画像がぼけてしまう。このような場合、高分解能での撮像することが困難になってしまう。上記のように、スペクトルを測定するための分光器を用いた光学顕微鏡では、試料を、高速かつ高分解能で撮像することができないという問題点がある。   However, in the above-mentioned Raman microscope, the reflected light is imaged by the spectroscope camera through the spectroscope, and there are the following problems. Since the spectroscope camera is required to have low noise, the readout speed is slow. That is, it becomes difficult for the spectroscope camera to capture images at high speed. In addition, aberration is generated by passing through the spectroscope. In particular, the Zernitana spectrometer has a large aberration because it uses a concave mirror. When there is aberration, the image due to reflected light is blurred. In such a case, it becomes difficult to image with high resolution. As described above, an optical microscope using a spectroscope for measuring a spectrum has a problem that a sample cannot be imaged at high speed and with high resolution.

このように従来の光学顕微鏡では、スペクトルを測定するための分光器を用いた構成では、試料を高速かつ高分解能で撮像することが困難である問題点があった。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、スペクトルを測定するための分光器を用いた構成であっても、試料を高速かつ高分解能で撮像することができる光学顕微鏡、及び観察方法を提供することを目的とする。
As described above, the conventional optical microscope has a problem that it is difficult to image a sample at high speed and with high resolution in a configuration using a spectroscope for measuring a spectrum.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an optical microscope capable of imaging a sample at high speed and with high resolution, and observation even with a configuration using a spectroscope for measuring a spectrum. It aims to provide a method.

本発明の第1の態様にかかる光学顕微鏡は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光ビームを偏向させて第1の方向に走査する第1の走査手段と、前記第1の走査手段により走査された光ビームを集光して試料に入射させる対物レンズと、前記第1の走査手段によって走査された光ビームと前記試料との相対位置を移動させて第2の方向に走査する第2の走査手段と、前記第1の走査手段から前記試料までの光路中に配置され、前記試料に入射された光ビームのうち前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する入射光とを分離する光分岐手段と、前記光分岐手段により分離された出射光が集光されて入射する入射側に前記第1の方向に対応する方向に沿って配置された入射スリットを有し、前記入射スリットを通過した前記出射光を波長に応じて空間的に分散させる分光器と、前記分光器で分散された出射光を検出する2次元アレイ光検出器と、前記試料と共役な位置に配置され、前記第1の方向に対応する方向に沿って配列された受光素子を有する光検出器と、前記光分岐手段で分離された出射光が、前記分光器に向かうか、前記光検出器に向かうかを切換える切換手段と、を備えるものである。これにより、分光器によってスペクトルを測定可能な構成であっても、コンフォーカル光学系を介しての試料を撮像することができる。また、分光器用の2次元アレイ光検出器と異なる光検出器によって試料を撮像している。よって、試料を高速かつ高分解能で撮像することができる。   An optical microscope according to a first aspect of the present invention includes a laser light source, first scanning means for deflecting a light beam from the laser light source and scanning in a first direction, and scanning by the first scanning means. An objective lens that collects the incident light beam and makes it incident on the sample, and a second position that scans in the second direction by moving the relative position of the light beam scanned by the first scanning means and the sample. Scanning means, light emitted from the sample to the objective lens side among the light beams incident on the sample and disposed in the optical path from the first scanning means to the sample, and from the laser light source to the sample A light branching means for separating the incident light incident on the light beam, and an incident light arranged on the incident side where the outgoing light separated by the light branching means is collected and incident along a direction corresponding to the first direction. Having a slit, A spectroscope that spatially disperses the emitted light that has passed through the emission slit, a two-dimensional array photodetector that detects the emitted light dispersed by the spectrometer, and a position conjugate with the sample. And a photodetector having light receiving elements arranged along a direction corresponding to the first direction, and the outgoing light separated by the light branching unit is directed to the spectrometer or to the photodetector. And switching means for switching whether to go. Thereby, even if it is the structure which can measure a spectrum with a spectroscope, the sample can be imaged through a confocal optical system. Further, the sample is imaged by a photodetector different from the two-dimensional array photodetector for the spectroscope. Therefore, the sample can be imaged at high speed and with high resolution.

本発明の第2の態様にかかる光学顕微鏡は、上記の光学顕微鏡であって、前記光分岐手段が、波長に応じて光を分岐する第1のビームスプリッタと、波長に関わらず光を分岐する第2のビームスプリッタとを有し、前記第1のビームスプリッタと第2のビームスプリッタとが排他的に使用され、前記出射光が前記分光器に向かう場合は、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離し、前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記光検出器で前記試料の反射像を撮像するため、前記第2のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離することを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で、出射光を光検出器又は2次元アレイ光検出器まで効率よく伝播させることができる。   An optical microscope according to a second aspect of the present invention is the optical microscope described above, wherein the light branching unit branches the light regardless of the wavelength, and a first beam splitter that branches the light according to the wavelength. A second beam splitter, wherein the first beam splitter and the second beam splitter are used exclusively, and when the emitted light is directed to the spectrometer, the first beam splitter In the case where the incident light and the emitted light are separated and the emitted light is directed to the photodetector, the reflected light of the sample is captured by the photodetector. The outgoing light is separated. As a result, the emitted light can be efficiently propagated to the photodetector or the two-dimensional array photodetector with a simple configuration.

本発明の第3の態様にかかる光学顕微鏡は、上記の光学顕微鏡であって、前記第1のビームスプリッタを光路中に挿入した状態で、前記試料で発生する蛍光を前記光検出器で検出するものである。これにより、試料で発生した蛍光による蛍光像を撮像することができる。   An optical microscope according to a third aspect of the present invention is the above-described optical microscope, wherein the fluorescence generated in the sample is detected by the photodetector in a state where the first beam splitter is inserted in an optical path. Is. Thereby, the fluorescence image by the fluorescence which generate | occur | produced with the sample can be imaged.

本発明の第4の態様にかかる光学顕微鏡は、上記の光学顕微鏡であって、前記第1の走査手段が、前記2次元アレイ光検出器の露光時間で前記光ビームを1回以上走査する低速スキャナーと、前記低速スキャナーよりも高速に前記光ビームを走査する高速スキャナーと、を備え、前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記試料上の所定の位置を観察するため、前記低速スキャナーで前記入射光を位置決めするものである。これにより、正確に位置決めすることができ、所定の位置における試料の時間変化を観察することができる。
本発明の第5の態様にかかる光学顕微鏡は、上記の光学顕微鏡であって、前記光分岐手段が、波長に応じて光を透過又は反射するエッジフィルタを有しており、前記光ビームの前記エッジフィルタに対する入射角度が12°以下であるものである。これにより、出射光と入射光とを確実に分離することができる。
An optical microscope according to a fourth aspect of the present invention is the above-described optical microscope, wherein the first scanning unit scans the light beam at least once with the exposure time of the two-dimensional array photodetector. A scanner and a high-speed scanner that scans the light beam at a higher speed than the low-speed scanner, and the low-speed scanner is used to observe a predetermined position on the sample when the emitted light is directed to the photodetector. The incident light is positioned by a scanner. Thereby, it can position correctly and can observe the time change of the sample in a predetermined position.
An optical microscope according to a fifth aspect of the present invention is the above-described optical microscope, wherein the light branching unit includes an edge filter that transmits or reflects light according to a wavelength, and the light beam includes the edge filter. The incident angle with respect to the edge filter is 12 ° or less. Thereby, outgoing light and incident light can be reliably separated.

本発明の第6の態様にかかる観察方法は、レーザ光源からの光ビームを偏向させて第1の方向に走査し、前記第1の方向に走査された光ビームを集光して試料に入射させ、前記第1の方向に走査された光ビームと前記試料との相対位置を移動させて第2の方向に走査し、前記試料に入射された光ビームのうち、前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光が、前記第1の方向にデスキャンされる前に、前記出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する入射光とを分離し、前記入射光から分離された出射光が第1の光路及び第2の光路の一方を伝播するように、光路を切換え、前記出射光が第1の光路を伝播する場合は、前記第1の方向に対応する方向に沿って配置された入射スリットに入射させ、前記入射スリットを通過した前記出射光を波長に応じて空間的に分散させ、前記分散された出射光を、前記入射スリットの方向及び前記出射光が分散される方向に沿って受光素子が配列された2次元アレイ光検出器によって検出して、スペクトルを測定し、前記出射光が第2の光路を伝播する場合は、前記試料と共役な位置に配置され、前記第1の方向に対応する方向に沿って設けられた受光素子を有する光検出器で検出する、ものである。これにより、分光器によってスペクトルを測定可能な構成であっても、コンフォーカル光学系を介しての試料を撮像することができる。また、分光器用の2次元アレイ光検出器と異なる光検出器によって試料を撮像している。よって、試料を高速かつ高分解能で撮像することができる。   In the observation method according to the sixth aspect of the present invention, the light beam from the laser light source is deflected and scanned in the first direction, and the light beam scanned in the first direction is condensed and incident on the sample. And moving the relative position between the light beam scanned in the first direction and the sample to scan in the second direction, and out of the light beam incident on the sample from the sample to the objective lens side. Before the outgoing light emitted from the laser beam is descanned in the first direction, the outgoing light and the incident light incident on the sample from the laser light source are separated, and the outgoing light separated from the incident light is The optical path is switched so as to propagate through one of the first optical path and the second optical path, and when the emitted light propagates through the first optical path, the incident is arranged along a direction corresponding to the first direction. The light exits from the entrance slit and passes through the entrance slit. Light is spatially dispersed according to wavelength, and the dispersed outgoing light is separated by a two-dimensional array photodetector in which light receiving elements are arranged along the direction of the incident slit and the direction in which the outgoing light is dispersed. When detecting and measuring the spectrum, and the emitted light propagates through the second optical path, a light receiving element disposed at a position conjugate with the sample and provided along a direction corresponding to the first direction It detects with the photodetector which has these. Thereby, even if it is the structure which can measure a spectrum with a spectroscope, the sample can be imaged through a confocal optical system. Further, the sample is imaged by a photodetector different from the two-dimensional array photodetector for the spectroscope. Therefore, the sample can be imaged at high speed and with high resolution.

本発明の第7の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記入射光と出射光とを分離する時において、波長に応じて光を分岐する第1のビームスプリッタと、波長によらず光を分岐する第2のビームスプリッタとを排他的に使用し、前記出射光が第1の光路を伝播する場合は、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離し、前記出射光が第2の光路を伝播する場合において、前記光検出器で反射像を撮像するため、前記第2のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離することを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で、出射光を光検出器又は2次元アレイ光検出器まで効率よく伝播させることができる。   An observation method according to a seventh aspect of the present invention is the observation method described above, wherein when separating the incident light and the emitted light, a first beam splitter that branches light according to the wavelength, and a wavelength If the second beam splitter that splits the light is used exclusively and the emitted light propagates through the first optical path, the incident light and the emitted light are separated by the first beam splitter. When the outgoing light propagates through the second optical path, the incident light and the outgoing light are separated by the second beam splitter in order to capture a reflected image with the photodetector. It is what. As a result, the emitted light can be efficiently propagated to the photodetector or the two-dimensional array photodetector with a simple configuration.

本発明の第8の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記出射光が第2の光路を伝播する場合において、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離して、前記試料で発生する蛍光を前記光検出器で検出するものである。これにより、試料で発生した蛍光による蛍光像を撮像することができる。   An observation method according to an eighth aspect of the present invention is the observation method described above, wherein when the emitted light propagates through a second optical path, the incident light and the emitted light are transmitted by the first beam splitter. And the fluorescence generated in the sample is detected by the photodetector. Thereby, the fluorescence image by the fluorescence which generate | occur | produced with the sample can be imaged.

本発明の第9の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記2次元アレイ光検出器の露光時間で前記光ビームを1回以上走査する低速スキャナーと、前記低速スキャナーよりも高速で前記光ビームを走査する高速スキャナーと、が設けられ、前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記試料上の所定の位置を観察するため、前記低速スキャナーで前記入射光を位置決めするものである。これにより、正確に位置決めすることができ、所定の位置における試料の時間変化を観察することができる。
波長に応じて光を透過又は反射するエッジフィルタを光路中に挿入することによって、前記光ビームと前記出射光とを分離し、本発明の第10の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記光ビームの前記エッジフィルタに対する入射角度が12°以下であるものである。これにより、出射光と入射光とを確実に分離することができる。
An observation method according to a ninth aspect of the present invention is the observation method described above, wherein the low-speed scanner scans the light beam at least once with the exposure time of the two-dimensional array photodetector, and the low-speed scanner. A high-speed scanner for scanning the light beam at high speed, and positioning the incident light with the low-speed scanner for observing a predetermined position on the sample when the emitted light is directed to the photodetector. To do. Thereby, it can position correctly and can observe the time change of the sample in a predetermined position.
The observation method according to the tenth aspect of the present invention is such that the light beam and the emitted light are separated by inserting an edge filter that transmits or reflects light in accordance with the wavelength into the optical path. And the incident angle with respect to the said edge filter of the said light beam is 12 degrees or less. Thereby, outgoing light and incident light can be reliably separated.

本発明によれば、スペクトルを測定するための分光器を用いた構成であっても、試料を高速かつ高分解能で撮像することができる光学顕微鏡、及び観察方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical microscope and an observation method capable of imaging a sample at high speed and with high resolution even with a configuration using a spectroscope for measuring a spectrum.

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。   Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Further, those skilled in the art will be able to easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and abbreviate | omits description suitably.

発明の実施の形態1.
本発明の実施の形態にかかる光学顕微鏡について図1を用いて説明する。図1は本実施の形態にかかる光学顕微鏡100の光学系の構成を模式的に示す図である。光学顕微鏡100は、試料24を観察するための構成として、レーザ光源10と、ビームエキスパンダ11とレーザラインフィルタ12、Y走査装置40、リレーレンズ14、リレーレンズ15、リレーレンズ17、リレーレンズ18、エッジフィルタ19、X走査装置20、リレーレンズ21、チューブレンズ22、対物レンズ23、ハーフミラー25、結像レンズ26、切換えミラー27、分光器31、ラインCCDカメラ50、ステージ60と、を有している。
Embodiment 1 of the Invention
An optical microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system of an optical microscope 100 according to the present embodiment. The optical microscope 100 is configured to observe the sample 24 as a laser light source 10, a beam expander 11, a laser line filter 12, a Y scanning device 40, a relay lens 14, a relay lens 15, a relay lens 17, and a relay lens 18. , Edge filter 19, X scanning device 20, relay lens 21, tube lens 22, objective lens 23, half mirror 25, imaging lens 26, switching mirror 27, spectrometer 31, line CCD camera 50, and stage 60. is doing.

光学顕微鏡100はラマン顕微鏡であり、レーザ光源10からの光ビームを試料24に入射させ、試料24からのラマン散乱光を分光器31で検出する。ラマン散乱光を分光器31で分光するため、ラマンスペクトルを測定することができる。さらに、光学顕微鏡100では、XY方向(水平方向)及びZ方向(鉛直方向)に走査することができるため、3次元のラマンスペクトルイメージを測定することができる。さらに、光学顕微鏡100は、コンフォーカル光学系を介して反射像を撮像するために、ラインCCDカメラ50が設けられている。すなわち、試料24を反射した反射光は、ラインコンフォーカル光学系を介して検出される。ラマン散乱光のスペクトル測定を行うための光学系と、反射像を撮像するための光学系とを切換えることができる。ラマン散乱光のスペクトル測定を行うための光学系と、反射像を撮像するための光学系とは、一部の光路が共通しており、切換えミラー27によって、切換が行われる。   The optical microscope 100 is a Raman microscope. A light beam from the laser light source 10 is incident on the sample 24, and Raman scattered light from the sample 24 is detected by the spectroscope 31. Since the Raman scattered light is split by the spectroscope 31, the Raman spectrum can be measured. Furthermore, since the optical microscope 100 can scan in the XY direction (horizontal direction) and the Z direction (vertical direction), a three-dimensional Raman spectrum image can be measured. Further, the optical microscope 100 is provided with a line CCD camera 50 in order to capture a reflected image via a confocal optical system. That is, the reflected light reflected from the sample 24 is detected through the line confocal optical system. It is possible to switch between an optical system for measuring the spectrum of Raman scattered light and an optical system for capturing a reflected image. The optical system for measuring the spectrum of Raman scattered light and the optical system for capturing a reflected image share a part of the optical path, and are switched by the switching mirror 27.

光学顕微鏡100の全体構成について説明する。まず、ラマンスペクトルを測定するときの照明光学系について説明する。照明光学系では、レーザ光源10は、励起光となるレーザ光を出射する。レーザ光源10は、所定のレーザ波長の光を出射する。レーザ光源10は、例えば、赤色や緑色の単色光を出射する。レーザ光源10には、例えば、スペクトラフィジックス社製Millenniaを用いることができる。このレーザ光源10はレーザ波長532nm、線幅0.24nm、最大出力が10WのNd/YVO4レーザである。レーザ光源10はこのレーザ波長を有するレーザ光を出射する。   The overall configuration of the optical microscope 100 will be described. First, an illumination optical system for measuring a Raman spectrum will be described. In the illumination optical system, the laser light source 10 emits laser light serving as excitation light. The laser light source 10 emits light having a predetermined laser wavelength. The laser light source 10 emits red or green monochromatic light, for example. For example, Millennia manufactured by Spectra Physics Co., Ltd. can be used as the laser light source 10. The laser light source 10 is an Nd / YVO4 laser having a laser wavelength of 532 nm, a line width of 0.24 nm, and a maximum output of 10 W. The laser light source 10 emits laser light having this laser wavelength.

レーザ光は、ビームエキスパンダ11で拡大される。すなわち、ビームエキスパンダ11は、レーザ光のスポットが所定の大きさとなるように、ビーム径を拡大する。この後、レーザ光は、レーザラインフィルタ12に入射する。レーザラインフィルタ12は、レーザ波長以外の光を遮光する。これにより、ノイズとなる迷光を低減することができる。そして、レーザ光は、レーザラインフィルタ12を通過して、高速スキャナ13に入射する。   The laser light is magnified by the beam expander 11. That is, the beam expander 11 expands the beam diameter so that the laser beam spot has a predetermined size. Thereafter, the laser light enters the laser line filter 12. The laser line filter 12 blocks light other than the laser wavelength. Thereby, the stray light used as noise can be reduced. Then, the laser light passes through the laser line filter 12 and enters the high-speed scanner 13.

高速スキャナ13は、低速スキャナ16とともに、Y走査装置40を構成する。すなわち、Y走査装置40は、高速スキャナ13と低速スキャナ16とを含んでいる。Y走査装置40は、レーザ光をY方向に偏向して、走査する。Y走査装置40は、入射した光ビームの出射角を変化させて、光ビームを偏向させる。これにより、試料24上で光ビームの入射位置がY方向に沿って変化する。例えば、高速スキャナ13は、共振型ガルバノミラーであり、約8kHzでレーザ光を走査する。具体的には、ガルバノミラーの反射面の角度が変化することで、レーザ光の方向が変わる。低速スキャナ16は、サーボガルバノミラーであり、高速スキャナ13よりも低速で動作する。これにより、レーザ光が走査される。なお、高速スキャナ13、及び低速スキャナ16はレーザ光をY方向に走査する。なお、Y走査装置40の動作については後述する。   The high speed scanner 13 and the low speed scanner 16 constitute a Y scanning device 40. That is, the Y scanning device 40 includes the high speed scanner 13 and the low speed scanner 16. The Y scanning device 40 scans by deflecting the laser light in the Y direction. The Y scanning device 40 deflects the light beam by changing the emission angle of the incident light beam. Thereby, the incident position of the light beam on the sample 24 changes along the Y direction. For example, the high-speed scanner 13 is a resonance type galvanometer mirror, and scans the laser beam at about 8 kHz. Specifically, the direction of the laser beam is changed by changing the angle of the reflection surface of the galvanometer mirror. The low-speed scanner 16 is a servo galvanometer mirror and operates at a lower speed than the high-speed scanner 13. Thereby, the laser beam is scanned. The high speed scanner 13 and the low speed scanner 16 scan the laser beam in the Y direction. The operation of the Y scanning device 40 will be described later.

高速スキャナ13と低速スキャナ16の間には、リレーレンズ14、15が設けられている。リレーレンズ14、15は、レーザ光を屈折して、像をリレーする。なお、リレーレンズ14とリレーレンズ15との間には、絞りが設けられていてもよい。低速スキャナ16で反射されたレーザ光は、リレーレンズ17、18に入射する。リレーレンズ17,18は、レーザ光を屈折して、像をリレーする。そして、リレーレンズ18からのレーザ光は、エッジフィルタ19に入射する。   Relay lenses 14 and 15 are provided between the high-speed scanner 13 and the low-speed scanner 16. The relay lenses 14 and 15 refract laser light and relay images. A diaphragm may be provided between the relay lens 14 and the relay lens 15. The laser light reflected by the low-speed scanner 16 enters the relay lenses 17 and 18. The relay lenses 17 and 18 refract the laser light and relay the image. The laser light from the relay lens 18 enters the edge filter 19.

エッジフィルタ19は、波長に応じて光を反射又は透過する。すなわち、エッジフィルタ19は、波長に応じた透過率、及び反射率を有している。具体的には、エッジフィルタ19は、レーザ波長の光を反射して、レーザ波長よりも波長の長い光を透過する。これにより、効率よく、ラマン散乱光を測定することができる。すなわち、励起光となるレーザ光のほとんどは、エッジフィルタ19で反射して、試料24の方向に向かう。一方、レーザ光よりも長い波長を有するラマン散乱光のほとんどは、エッジフィルタ19を透過して、分光器31の方向に向かう。ここでは、Semrock社製のエッジフィルタ19を用いている。   The edge filter 19 reflects or transmits light according to the wavelength. That is, the edge filter 19 has a transmittance and a reflectance according to the wavelength. Specifically, the edge filter 19 reflects light having a laser wavelength and transmits light having a wavelength longer than the laser wavelength. Thereby, Raman scattered light can be measured efficiently. That is, most of the laser light serving as excitation light is reflected by the edge filter 19 and travels in the direction of the sample 24. On the other hand, most of the Raman scattered light having a wavelength longer than that of the laser light passes through the edge filter 19 and travels toward the spectroscope 31. Here, an edge filter 19 manufactured by Semrock is used.

エッジフィルタ19で反射されたレーザ光は、X走査装置20に入射する。X走査装置20は、例えばサーボガルバノミラーであり、反射面の角度が変化することによって、光ビームを偏向させる。すなわち、光軸に対するX走査装置20の反射面の傾斜角度が変化するため、光ビームの出射角を変化させることができる。これにより、試料24上で光ビームの入射位置がX方向に沿って変化する。試料24上で、光ビームをX方向に走査することができる。なお、X走査装置20での偏向角は、電気信号によって制御される。また、X方向とY方向とは互いに直交する方向であるため、X走査装置20及びY走査装置40によってXY方向に走査することにより、試料24上において2次元領域を走査することができる。   The laser light reflected by the edge filter 19 enters the X scanning device 20. The X scanning device 20 is a servo galvanometer mirror, for example, and deflects the light beam by changing the angle of the reflecting surface. That is, since the inclination angle of the reflection surface of the X scanning device 20 with respect to the optical axis changes, the emission angle of the light beam can be changed. As a result, the incident position of the light beam on the sample 24 changes along the X direction. A light beam can be scanned in the X direction on the sample 24. The deflection angle in the X scanning device 20 is controlled by an electrical signal. Further, since the X direction and the Y direction are orthogonal to each other, the two-dimensional region can be scanned on the sample 24 by scanning in the XY direction by the X scanning device 20 and the Y scanning device 40.

そして、X走査装置20で反射されたレーザ光は、リレーレンズ21、チューブレンズ22で屈折され、対物レンズ23に入射する。対物レンズ23は、光ビームを集光して、試料24上を入射させる。すなわち、対物レンズ23は、試料24上に光ビームを集光して、試料24照明する。これにより、試料24のスポット状の領域が照明される。対物レンズ23には、例えば、ニコン製アポクロマート NA 1.2 x60を用いることができる。   The laser light reflected by the X scanning device 20 is refracted by the relay lens 21 and the tube lens 22 and enters the objective lens 23. The objective lens 23 collects the light beam and makes it incident on the sample 24. That is, the objective lens 23 collects the light beam on the sample 24 and illuminates the sample 24. Thereby, the spot-like region of the sample 24 is illuminated. As the objective lens 23, for example, Nikon Apochromate NA 1.2 x60 can be used.

対物レンズ23は、レーザ光を集光して、試料24に入射させる。このとき、X走査装置20、及びY走査装置40によって、レーザ光がXY方向に走査されている。すなわち、試料24上におけるレーザ光の入射位置が、X走査装置20、及びY走査装置40の動作に応じて変化している。これにより、試料24上において2次元領域を走査することができる。   The objective lens 23 collects the laser beam and makes it incident on the sample 24. At this time, the laser beam is scanned in the XY directions by the X scanning device 20 and the Y scanning device 40. That is, the incident position of the laser beam on the sample 24 changes according to the operations of the X scanning device 20 and the Y scanning device 40. Thereby, a two-dimensional area can be scanned on the sample 24.

対物レンズ23から試料24に入射した入射光は、試料24で反射される。また、試料24に入射した入射光の一部はラマン散乱される。試料24に入射した入射光のうち、対物レンズ23側に出射した光を出射光とする。すなわち、試料24から対物レンズ23側に向かう光を出射光と称する。この出射光には、レーザ波長と同じ波長のレイリー散乱光、及びレーザ波長と異なる波長のラマン散乱光が含まれている。さらに、試料24が蛍光物質を含む場合、出射光に蛍光が含まれている。   Incident light that has entered the sample 24 from the objective lens 23 is reflected by the sample 24. A part of the incident light incident on the sample 24 is Raman scattered. Out of the incident light incident on the sample 24, light emitted to the objective lens 23 side is defined as emitted light. That is, light traveling from the sample 24 toward the objective lens 23 is referred to as outgoing light. The emitted light includes Rayleigh scattered light having the same wavelength as the laser wavelength and Raman scattered light having a wavelength different from the laser wavelength. Further, when the sample 24 includes a fluorescent material, the emitted light includes fluorescence.

ラマン散乱された出射光は、入射光と異なる波長となっている。すなわち、ラマンシフトによって出射光は入射光の振動数からずれて散乱される。この出射光のスペクトルがラマンスペクトルとなる。したがって、出射光のスペクトルを測定することにより、試料24中に含まれる物質の化学構造及び物理的状態を特定することができる。すなわち、ラマンスペクトルには、試料24を構成する物質の振動数の情報が含まれるため、出射光を分光器31で分光して検出することにより、試料24中の物質を特定することができる。そして、入射光の焦点位置をXYZ方向にスキャンして試料24の全面又は一部の領域からの出射光のスペクトルを測定することにより、ラマンスペクトルの3次元測定を行うことができる。測定したラマンスペクトルのうち、特定の波長に注目することにより、特定物質の3次元空間分布の測定も可能となる。具体的には、試料24を生体細胞とした場合、核酸や脂質の空間分布あるいはスクロースやポリスチレン球の空間分布を測定することができる。   The Raman scattered outgoing light has a wavelength different from that of the incident light. That is, the outgoing light is scattered by being shifted from the frequency of the incident light by the Raman shift. The spectrum of the emitted light becomes a Raman spectrum. Therefore, by measuring the spectrum of the emitted light, the chemical structure and physical state of the substance contained in the sample 24 can be specified. That is, since the Raman spectrum includes information on the frequency of the substance constituting the sample 24, the substance in the sample 24 can be identified by detecting the emission light by spectroscopically detecting it. Then, by scanning the focal position of the incident light in the XYZ directions and measuring the spectrum of the emitted light from the entire surface or a part of the sample 24, the three-dimensional measurement of the Raman spectrum can be performed. By paying attention to a specific wavelength in the measured Raman spectrum, it is possible to measure the three-dimensional spatial distribution of the specific substance. Specifically, when the sample 24 is a living cell, the spatial distribution of nucleic acids and lipids or the spatial distribution of sucrose and polystyrene spheres can be measured.

なお、試料24はステージ60の上に載置されている。ステージ60は、例えば、XYZステージである。このステージ60は可動ステージであり、試料24の任意の位置を照明することができる。また、ステージ60をZ方向に駆動することによって、対物レンズ23と試料24との距離を変化させることができる。従って、対物レンズ23の焦点位置を光軸方向に沿って変化させることができる。光学顕微鏡100は、後述するようにレーザコンフォーカル顕微鏡を構成しているため、焦点位置を変化させることによって、Z方向の走査が可能となる。すなわち、Z方向にステージを移動させることによって、試料24の断層画像を撮像することができる。試料24の任意の高さからのラマン散乱光の検出することができ、3次元のラマンスペクトルイメージの測定が可能になる。   The sample 24 is placed on the stage 60. The stage 60 is, for example, an XYZ stage. This stage 60 is a movable stage and can illuminate an arbitrary position of the sample 24. Further, the distance between the objective lens 23 and the sample 24 can be changed by driving the stage 60 in the Z direction. Therefore, the focal position of the objective lens 23 can be changed along the optical axis direction. Since the optical microscope 100 constitutes a laser confocal microscope as will be described later, scanning in the Z direction is possible by changing the focal position. That is, a tomographic image of the sample 24 can be taken by moving the stage in the Z direction. Raman scattered light from an arbitrary height of the sample 24 can be detected, and a three-dimensional Raman spectrum image can be measured.

次に、試料24からの出射光を検出するための光学系について説明する。ステージ60上に載置された試料24からの出射光は、入射光と同じ光路上を伝播していく。すなわち、対物レンズ23により屈折され、チューブレンズ22及びリレーレンズ21で屈折されて、X走査装置20に入射する。X走査装置20は、入射した出射光をエッジフィルタ19の方向に反射する。このとき、出射光は、X走査装置20によってデスキャンされる。すなわち、X走査装置20で反射されることによって、出射光は、レーザ光源10からX走査装置20に入射した入射光の進行方向と反対方向に伝播する。また、試料24からのレーリー散乱光もラマン散乱光と同じ光路で伝播していく。   Next, an optical system for detecting light emitted from the sample 24 will be described. Light emitted from the sample 24 placed on the stage 60 propagates on the same optical path as the incident light. That is, the light is refracted by the objective lens 23, refracted by the tube lens 22 and the relay lens 21, and enters the X scanning device 20. The X scanning device 20 reflects incident outgoing light in the direction of the edge filter 19. At this time, the emitted light is descanned by the X scanning device 20. That is, by being reflected by the X scanning device 20, the emitted light propagates in the direction opposite to the traveling direction of the incident light incident on the X scanning device 20 from the laser light source 10. Further, the Rayleigh scattered light from the sample 24 also propagates in the same optical path as the Raman scattered light.

X走査装置20によって、反射された出射光は、エッジフィルタ19に入射する。エッジフィルタ19は、試料24からの出射光と、レーザ光源10から試料24に入射する入射光とを波長に基づいて分岐する。すなわち、エッジフィルタ19は、その反射面が入射光の光軸に対して傾いて設けられている。試料24からの出射光がエッジフィルタ19を透過することによって、試料24からの出射光の光軸が、レーザ光源10から試料24に入射する入射光の光軸と異なるものとなる。よって、試料24からの出射光を、レーザ光源10から試料24に入射する入射光から分離することができる。このように、エッジフィルタ19は、入射光と出射光とを分岐する光分岐手段を構成する。   The outgoing light reflected by the X scanning device 20 enters the edge filter 19. The edge filter 19 branches the light emitted from the sample 24 and the incident light incident on the sample 24 from the laser light source 10 based on the wavelength. That is, the edge filter 19 is provided such that its reflection surface is inclined with respect to the optical axis of the incident light. When the light emitted from the sample 24 passes through the edge filter 19, the optical axis of the light emitted from the sample 24 is different from the optical axis of the incident light incident on the sample 24 from the laser light source 10. Therefore, the light emitted from the sample 24 can be separated from the incident light incident on the sample 24 from the laser light source 10. Thus, the edge filter 19 constitutes a light branching unit that branches incident light and outgoing light.

光分岐手段として用いるエッジフィルタ19は、波長に応じて光を透過又は反射する。エッジフィルタ19に対する光ビームの入射角度を小さくすることが好ましい。ここで、光ビームの入射角度は、光ビームの主光線とエッジフィルタ19の反射面の垂線との間の角度である。エッジフィルタ19の反射面に対するリレーレンズ18からの光ビームの入射角度を、例えば12°以下とすることが好ましく、さらに、入射角度を10°とすることがより好ましい。このように、エッジフィルタ19に対して垂直方向に近い方向から光ビームを入射させる。また、リレーレンズ18と光路が重ならないように入射角度を8°以上とすることが好ましいが、設計によっては、8°以下とすることも可能である。これにより、エッジフィルタ19の特性を向上させることができ、レーリー散乱光とラマン散乱光と確実に分離することができる。すなわち、エッジフィルタ19のレーリー散乱光に対する反射率及び、エッジフィルタ19のラマン散乱光に対する透過率を向上することができる。したがって、レーリー散乱光とラマン散乱光との波長の差に基づいて、レーリー散乱光とラマン散乱光とを確実に分離することができる。もちろん、本発明にかかる光学顕微鏡において、光ビームのエッジフィルタ19に対する入射角度は、上記の値に限定されるものではない。   The edge filter 19 used as the light branching unit transmits or reflects light according to the wavelength. It is preferable to reduce the incident angle of the light beam with respect to the edge filter 19. Here, the incident angle of the light beam is an angle between the principal ray of the light beam and the normal of the reflection surface of the edge filter 19. The incident angle of the light beam from the relay lens 18 with respect to the reflection surface of the edge filter 19 is preferably set to 12 ° or less, for example, and more preferably set to 10 °. In this way, the light beam is incident on the edge filter 19 from a direction close to the vertical direction. In addition, the incident angle is preferably set to 8 ° or more so that the optical path of the relay lens 18 does not overlap, but may be set to 8 ° or less depending on the design. Thereby, the characteristics of the edge filter 19 can be improved, and the Rayleigh scattered light and the Raman scattered light can be reliably separated. That is, the reflectance of the edge filter 19 with respect to Rayleigh scattered light and the transmittance of the edge filter 19 with respect to Raman scattered light can be improved. Therefore, the Rayleigh scattered light and the Raman scattered light can be reliably separated based on the wavelength difference between the Rayleigh scattered light and the Raman scattered light. Of course, in the optical microscope according to the present invention, the incident angle of the light beam with respect to the edge filter 19 is not limited to the above value.

さらに、エッジフィルタ19は、レーザ波長の光を反射して、ラマン散乱光を透過するような、特性を有している。従って、試料24からのレーリー散乱光は、エッジフィルタ19で反射され、ラマン散乱光は、エッジフィルタ19を透過する。すなわち、エッジフィルタ19を用いることによって、レーリー散乱光とラマン散乱光との波長に差に基づいてレーリー散乱光を除去することができる。さらに、レーザ光源10からのレーザ光のほとんどはエッジフィルタ19で反射され、試料24に向かう。これにより、レーザ光のロスを低減することができ、効率よくラマン散乱光のみを検出することができる。なお、エッジフィルタ19の反射特性は、測定するスペクトルの範囲に応じて決定すればよい。ここで、エッジフィルタ19は、Y走査装置40から試料24までの間に配置されている。従って、エッジフィルタ19は、Y走査装置40によってデスキャンされる前の出射光と、レーザ光源10からの光ビームとを分離する。   Furthermore, the edge filter 19 has a characteristic that reflects light having a laser wavelength and transmits Raman scattered light. Accordingly, the Rayleigh scattered light from the sample 24 is reflected by the edge filter 19, and the Raman scattered light passes through the edge filter 19. That is, by using the edge filter 19, it is possible to remove the Rayleigh scattered light based on the difference between the wavelengths of the Rayleigh scattered light and the Raman scattered light. Further, most of the laser light from the laser light source 10 is reflected by the edge filter 19 and travels toward the sample 24. Thereby, the loss of a laser beam can be reduced and only Raman scattered light can be detected efficiently. The reflection characteristic of the edge filter 19 may be determined according to the spectrum range to be measured. Here, the edge filter 19 is disposed between the Y scanning device 40 and the sample 24. Therefore, the edge filter 19 separates the outgoing light before being descanned by the Y scanning device 40 and the light beam from the laser light source 10.

エッジフィルタ19を透過した出射光は、結像レンズ26に入射する。結像レンズ26は、試料24の像を入射スリット30またはラインCCDカメラ50上に結像する。さらに、結像レンズ26で屈折された出射光は、切換えミラー27で反射して、分光器31の入射側に設けられた入射スリット30に入射する。このとき、結像レンズ26は入射スリット30上に出射光を集光している。すなわち、結像レンズ26は、入射スリット30上に試料24照明された領域の拡大像を結像している。入射スリット30には、ライン状の開口部が設けられている。この開口部は、Y方向に対応する方向に沿って設けられている。すなわち、入射スリット30の開口部は試料24上におけるY走査装置40の走査方向(Y方向)に対応する方向に沿って設けられている。   The outgoing light that has passed through the edge filter 19 enters the imaging lens 26. The imaging lens 26 forms an image of the sample 24 on the entrance slit 30 or the line CCD camera 50. Further, the outgoing light refracted by the imaging lens 26 is reflected by the switching mirror 27 and enters the incident slit 30 provided on the incident side of the spectroscope 31. At this time, the imaging lens 26 condenses outgoing light on the entrance slit 30. That is, the imaging lens 26 forms an enlarged image of the area illuminated by the sample 24 on the entrance slit 30. The entrance slit 30 is provided with a line-shaped opening. The opening is provided along a direction corresponding to the Y direction. That is, the opening of the entrance slit 30 is provided along a direction corresponding to the scanning direction (Y direction) of the Y scanning device 40 on the sample 24.

結像レンズ26は出射光を屈折させて、入射スリット30上に結像する。ここで、試料24面上において入射光はスポット状に結像されているため、入射スリット30上において出射光はスポット状に集光される。入射スリット30の開口部の方向とY走査装置20の走査方向とを一致させる。出射光は、Y走査装置20によってデスキャンされずに、エッジフィルタ19に入射している。このため、Y走査装置20で走査すると、入射スリット30上で光ビームのスポット位置が入射スリット30のライン状の開口部の方向に移動する。試料24上でY方向に走査された光が入射スリット30の開口部に結像するように配置する。換言すると入射スリット30と試料24とは互いに共役な関係となるよう配置される。   The imaging lens 26 refracts the emitted light and forms an image on the entrance slit 30. Here, since the incident light is imaged in a spot shape on the surface of the sample 24, the emitted light is collected in a spot shape on the incident slit 30. The direction of the opening of the entrance slit 30 and the scanning direction of the Y scanning device 20 are matched. The emitted light is incident on the edge filter 19 without being descanned by the Y scanning device 20. For this reason, when scanning with the Y scanning device 20, the spot position of the light beam moves on the entrance slit 30 in the direction of the line-shaped opening of the entrance slit 30. It arrange | positions so that the light scanned in the Y direction on the sample 24 may form an image in the opening part of the entrance slit 30. FIG. In other words, the entrance slit 30 and the sample 24 are arranged so as to have a conjugate relationship with each other.

したがって、ラマン顕微鏡はコンフォーカル光学系として構成される。例えば、絞り(不図示)と試料24面上とが互いに共役な関係となるように配置され、試料24面上と入射スリット30とが互いに共役な関係となるように配置されている。絞りが設けられたXY平面及び試料24面上において、入射光がスポット状に集光される。そして、試料24から散乱して出射した出射光は入射スリット30上でスポット状に集光される。入射スリット30はY方向に沿った開口部を有しており、この開口部に入射した出射光のみを分光器31の2次元検出器に透過させる。レーザ光源10から試料24までの照明光学系及び試料24からアレイ光検出器36まで観察光学系をこのような結像光学系とすることにより、共焦点ラマン顕微鏡とすることができる。これにより、Z方向の分解能の高い測定を行うことができる。そして、ステージ60をZ方向に移動することにより、試料24の任意の高さからのラマン散乱光を他の高さからのラマン散乱光から分離して検出することができる。   Therefore, the Raman microscope is configured as a confocal optical system. For example, the stop (not shown) and the surface of the sample 24 are arranged so as to be conjugated with each other, and the surface of the sample 24 and the entrance slit 30 are arranged so as to be conjugated with each other. Incident light is collected in a spot shape on the XY plane on which the diaphragm is provided and on the surface of the sample 24. Then, the emitted light scattered and emitted from the sample 24 is collected in a spot shape on the entrance slit 30. The incident slit 30 has an opening along the Y direction, and only the outgoing light incident on the opening is transmitted to the two-dimensional detector of the spectroscope 31. By using such an imaging optical system for the illumination optical system from the laser light source 10 to the sample 24 and the observation optical system from the sample 24 to the array photodetector 36, a confocal Raman microscope can be obtained. Thereby, measurement with high resolution in the Z direction can be performed. Then, by moving the stage 60 in the Z direction, Raman scattered light from an arbitrary height of the sample 24 can be detected separately from Raman scattered light from other heights.

この入射スリット30を通過した出射光は、分光器31の本体に入射する。この分光器31について、図2を用いて説明する。図2は、分光器31の構成に示す図である。ここでは、ツェルニターナ型の分光器31を示している。分光器31には、入射スリット30、ミラー32、凹面鏡33、グレーティング34、凹面鏡35、及びアレイ光検出器36が設けられている。   The outgoing light that has passed through the entrance slit 30 enters the main body of the spectroscope 31. The spectroscope 31 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the spectroscope 31. Here, a Zellnitana type spectrometer 31 is shown. The spectroscope 31 is provided with an entrance slit 30, a mirror 32, a concave mirror 33, a grating 34, a concave mirror 35, and an array photodetector 36.

入射スリット30は、分光器31の入射側に配置されている。また、入射スリットは、Y方向に沿って配置されている。入射スリット30を通過して出射光は、ミラー32、凹面鏡33で反射され、グレーティング34に入射する。グレーティング34は、入射スリット30から入射した光をその波長に応じて空間的に分散させる。ここでは、グレーティング34として、反射型回折格子を用いている。そして、グレーティング34は、入射スリット30の方向と垂直な方向に、出射光を分散させる。そして、グレーティング34で分散した光は、凹面鏡35で反射されて、アレイ光検出器36に入射する。   The incident slit 30 is disposed on the incident side of the spectroscope 31. Moreover, the entrance slit is arrange | positioned along the Y direction. The outgoing light passing through the entrance slit 30 is reflected by the mirror 32 and the concave mirror 33 and enters the grating 34. The grating 34 spatially disperses the light incident from the incident slit 30 according to the wavelength. Here, a reflection type diffraction grating is used as the grating 34. The grating 34 disperses the emitted light in a direction perpendicular to the direction of the entrance slit 30. The light dispersed by the grating 34 is reflected by the concave mirror 35 and enters the array photodetector 36.

もちろん、上記以外の構成を有する分光器31を用いてもよい。出射光は分光器31によって入射スリット30の方向と垂直な方向に分散される。すなわち、分光器31は、入射スリット30のライン状の開口部と垂直な方向に出射光を波長分散する。分光器31により分光された出射光はアレイ光検出器36に入射する。アレイ光検出器36は受光素子がマトリクス状に配列されたエリアセンサである。具体的には、アレイ光検出器36は画素がアレイ状に配置されたCCDカメラなどの2次元アレイ光検出器である。   Of course, a spectroscope 31 having a configuration other than the above may be used. The outgoing light is dispersed by the spectroscope 31 in a direction perpendicular to the direction of the entrance slit 30. That is, the spectroscope 31 wavelength-disperses the emitted light in a direction perpendicular to the line-shaped opening of the entrance slit 30. The outgoing light separated by the spectroscope 31 enters the array photodetector 36. The array photodetector 36 is an area sensor in which light receiving elements are arranged in a matrix. Specifically, the array photodetector 36 is a two-dimensional array photodetector such as a CCD camera in which pixels are arranged in an array.

アレイ光検出器36には、例えば、冷却CCDを用いることができる。具体的には、アレイ光検出器36として、プリンストン・インスツルメンツ社製1024×256画素の電子冷却CCD(−25℃)を用いることができる。また、アレイ光検出器36にイメージインテンシファイアを取り付けることも可能である。アレイ光検出器36の画素は、入射スリット30に対応する方向に沿って配置されている。したがって、アレイ光検出器36の画素の一方の配列方向は入射スリット30の方向と一致し、他方の配列方向は、分光器31の分散方向と一致する。アレイ光検出器36の入射スリット30の方向に対応する方向がY方向となり、入射スリット30と垂直な方向、すなわち、分光器31によって出射光が分散される方向がX方向となる。   For the array photodetector 36, for example, a cooled CCD can be used. Specifically, an electronically cooled CCD (−25 ° C.) of 1024 × 256 pixels manufactured by Princeton Instruments can be used as the array photodetector 36. It is also possible to attach an image intensifier to the array photodetector 36. The pixels of the array photodetector 36 are arranged along the direction corresponding to the entrance slit 30. Therefore, one arrangement direction of the pixels of the array photodetector 36 coincides with the direction of the entrance slit 30, and the other arrangement direction coincides with the dispersion direction of the spectrometer 31. The direction corresponding to the direction of the entrance slit 30 of the array photodetector 36 is the Y direction, and the direction perpendicular to the entrance slit 30, that is, the direction in which the emitted light is dispersed by the spectroscope 31 is the X direction.

アレイ光検出器36は各画素で受光した出射光の光強度に応じた検出信号を処理装置71に出力する。処理装置71は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)などの情報処理装置であり、アレイ光検出器36からの検出信号をメモリなどに記憶していく。そして、検出結果に所定の処理を行い、モニターに表示する。さらに、処理装置71は、Y走査装置40及びX走査装置20の走査や、ステージ60の駆動を制御している。ここで、アレイ光検出器36のX方向は出射光の波長(振動数)に対応している。すなわち、X方向に配列されている画素列において、一端の画素は長波長(低振動数)の出射光を検出し、他端の画素は短波長(高振動数)の出射光を検出する。このように、アレイ光検出器36のX方向における光強度の分布はラマンスペクトルの分布を示すことになる。   The array photodetector 36 outputs a detection signal corresponding to the light intensity of the emitted light received by each pixel to the processing device 71. The processing device 71 is an information processing device such as a personal computer (PC), for example, and stores a detection signal from the array photodetector 36 in a memory or the like. Then, the detection result is subjected to a predetermined process and displayed on the monitor. Further, the processing device 71 controls scanning of the Y scanning device 40 and the X scanning device 20 and driving of the stage 60. Here, the X direction of the array photodetector 36 corresponds to the wavelength (frequency) of the emitted light. That is, in the pixel array arranged in the X direction, one pixel detects outgoing light having a long wavelength (low frequency), and the other pixel detects outgoing light having a short wavelength (high frequency). Thus, the distribution of light intensity in the X direction of the array photodetector 36 shows the distribution of Raman spectrum.

Y走査装置40による走査と、アレイ光検出器36の受光画素との関係について図3を用いて詳細に説明する。図3(a)は、入射スリット30の入射面における光ビームのスポット形状を模式的に示す図である。図3(b)は、アレイ光検出器36における受光面を模式的に示す図である。図3(a)に示すように、入射スリット30には、Y方向に沿って開口部30aが設けられている。開口部30aは、Y方向におけるアレイ光検出器36の受光面に対応した長さを有している。   The relationship between the scanning by the Y scanning device 40 and the light receiving pixels of the array photodetector 36 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram schematically illustrating the spot shape of the light beam on the incident surface of the incident slit 30. FIG. 3B is a diagram schematically showing a light receiving surface in the array photodetector 36. As shown in FIG. 3A, the entrance slit 30 is provided with an opening 30a along the Y direction. The opening 30a has a length corresponding to the light receiving surface of the array photodetector 36 in the Y direction.

出射光は結像レンズ26によって入射スリット30に結像されているため、開口部30aには光ビームのスポット38が形成されている。ここで、Y走査装置40を駆動して、光ビームを走査すると、入射スリット30の入射面において、光ビームのスポット38が入射スリット30の開口部30aに沿って移動する。すなわち、入射スリット30に入射面における光ビームの入射位置がスポット38a、スポット38b、・・・、スポット38nと順次移動していく。   Since the emitted light is imaged on the entrance slit 30 by the imaging lens 26, a light beam spot 38 is formed in the opening 30a. Here, when the Y scanning device 40 is driven to scan the light beam, the light beam spot 38 moves along the opening 30 a of the entrance slit 30 on the entrance surface of the entrance slit 30. That is, the incident position of the light beam on the incident surface of the incident slit 30 sequentially moves from the spot 38a, the spot 38b,.

図3(b)には、アレイ光検出器36の受光面に設けられた受光画素37が示されている。この受光画素37には、それぞれフォトダイオードなどの受光素子が形成されている。さらに、アレイ光検出器36がCCDカメラの場合、各画素には、電荷結合素子(CCD)が形成されている。受光画素37は、マトリクス状、すなわち、縦方向及び横方向に配列されている。例えば、横方向に1024画素、縦方向に256画素が設けられている。図3(b)に示すように、マトリクス状に配列された画素のうち最上列の受光画素37を受光画素37aとする。さらに、受光画素37aの隣、すなわち、上から2列目の受光画素37を受光画素37bとし、最下列の受光画素37を受光画素37nとする。   FIG. 3B shows a light receiving pixel 37 provided on the light receiving surface of the array photodetector 36. Each light receiving pixel 37 is formed with a light receiving element such as a photodiode. Further, when the array photodetector 36 is a CCD camera, a charge coupled device (CCD) is formed in each pixel. The light receiving pixels 37 are arranged in a matrix, that is, in the vertical direction and the horizontal direction. For example, 1024 pixels are provided in the horizontal direction and 256 pixels are provided in the vertical direction. As shown in FIG. 3B, the light receiving pixel 37 in the uppermost column among the pixels arranged in a matrix is defined as a light receiving pixel 37a. Further, the light receiving pixels 37 next to the light receiving pixels 37a, that is, the second row from the top are the light receiving pixels 37b, and the light receiving pixels 37 in the bottom row are the light receiving pixels 37n.

ここで、図3(b)における縦方向(Y方向)が、入射スリット30の開口部30aに対応する方向となる。従って、光ビームがスポット38aに入射しているとき、出射光は、最上列の受光画素37aに入射する。このとき、出射光は、分光器31で分光されているので、最上列の受光画素37aの横方向は、出射光の波長(λ)に対応する。すなわち、分光器31は、入射スリット30を通過した出射光を、入射スリット30の開口部30aと垂直な方向に分散させている。従って、最上列の受光画素37aの一端には、長波長の出射光が入射し、他端には、短波長の出射光が入射する。すなわち、最上列の各受光画素37aには、異なる波長の出射光が入射する。このように、2次元アレイ状に画素が配列されたアレイ光検出器36のY方向と直交する方向に、ラマン散乱光の分光情報を展開することができる。   Here, the vertical direction (Y direction) in FIG. 3B is a direction corresponding to the opening 30 a of the entrance slit 30. Therefore, when the light beam is incident on the spot 38a, the emitted light is incident on the uppermost light receiving pixel 37a. At this time, since the emitted light is split by the spectroscope 31, the horizontal direction of the uppermost light receiving pixel 37a corresponds to the wavelength (λ) of the emitted light. That is, the spectroscope 31 disperses outgoing light that has passed through the entrance slit 30 in a direction perpendicular to the opening 30 a of the entrance slit 30. Therefore, the long-wavelength outgoing light is incident on one end of the uppermost light receiving pixel 37a, and the short-wavelength outgoing light is incident on the other end. That is, outgoing light with different wavelengths is incident on each light receiving pixel 37a in the uppermost row. Thus, the spectral information of the Raman scattered light can be developed in a direction orthogonal to the Y direction of the array photodetector 36 in which pixels are arranged in a two-dimensional array.

Y走査装置40によって、入射光をY方向に走査し、入射スリット30の開口部30aを通過した光がアレイ光検出器36の上から2列目の受光画素37bに入射するようにする。このとき、入射スリット30における光ビームの入射位置は35bとなる。また、試料上における照明位置がY方向に走査される。さらに、入射スリット30を透過した出射光は、分光器31によって分光されているため、2列目の受光画素37bの横方向は、出射光の波長(λ)に対応する。このように、アレイ状に配列された受光画素の縦方向は、Y走査装置40の走査方向に対応し、横方向はラマン散乱光の波長に対応している。   The Y scanning device 40 scans the incident light in the Y direction so that the light that has passed through the opening 30a of the incident slit 30 enters the light receiving pixels 37b in the second column from the top of the array photodetector 36. At this time, the incident position of the light beam in the incident slit 30 is 35b. In addition, the illumination position on the sample is scanned in the Y direction. Furthermore, since the outgoing light transmitted through the entrance slit 30 is split by the spectroscope 31, the horizontal direction of the light receiving pixels 37b in the second column corresponds to the wavelength (λ) of the outgoing light. Thus, the vertical direction of the light-receiving pixels arranged in an array corresponds to the scanning direction of the Y scanning device 40, and the horizontal direction corresponds to the wavelength of the Raman scattered light.

ここで、アレイ光検出器36が1フレーム撮像する間に、光ビームをY方向に1回以上走査する。すなわち、Y走査装置40の走査周期を露光時間よりも短くして、アレイ光検出器36の1フレームの露光時間内で、Y方向に1回以上走査する。これにより、アレイ光検出器36の1フレームで、走査範囲に応じたライン状の領域のラマンスペクトルを測定することができる。すなわち、露光時間内に、Y走査装置40の走査領域の全体を走査させる。これにより、露光時間内に入射スリット30上で、光ビームの入射位置がスポット38aからスポット38nまで移動する。従って、試料24上において、開口部30aに対応する領域全体に対してラマン散乱光のスペクトル測定を行うことができる。すなわち、1フレームで、入射スリット30の開口部30aに対応する長さのライン状の領域を撮像することができる。試料24上の複数の点からのラマンスペクトルを1回の露光で測定することができる。従って、アレイ光検出器36のCCDにおける電荷の転送回数及びCCDからのデータの転送回数を減少し、測定時間を短縮することができる。よって、1フレームのデータ転送で複数の点のラマンスペクトルを測定することができる。各点毎にデータ転送等を行なう必要がなくなり、測定時間を短縮することができる。この場合、アレイ光検出器36の受光画素37がa〜n列まであるため、試料24のn個の点でのラマンスペクトルを1回の露光で測定することができる。よって、測定時間を短縮することができる。よって、例えば、3次元の広い領域に対してラマンスペクトルを測定する場合でも、測定時間が長時間となるのを防ぐことができ、実用性を向上することができる。   Here, while the array photodetector 36 captures one frame, the light beam is scanned in the Y direction at least once. That is, the scanning period of the Y scanning device 40 is made shorter than the exposure time, and scanning is performed once or more in the Y direction within the exposure time of one frame of the array photodetector 36. As a result, the Raman spectrum of the linear region corresponding to the scanning range can be measured with one frame of the array photodetector 36. That is, the entire scanning area of the Y scanning device 40 is scanned within the exposure time. Thereby, the incident position of the light beam moves from the spot 38a to the spot 38n on the entrance slit 30 within the exposure time. Therefore, on the sample 24, the spectrum of Raman scattered light can be measured for the entire region corresponding to the opening 30a. That is, it is possible to image a linear region having a length corresponding to the opening 30 a of the entrance slit 30 in one frame. Raman spectra from a plurality of points on the sample 24 can be measured by one exposure. Accordingly, it is possible to reduce the number of charges transferred in the CCD of the array photodetector 36 and the number of data transfers from the CCD, thereby shortening the measurement time. Therefore, the Raman spectrum of a plurality of points can be measured with one frame of data transfer. It is not necessary to transfer data for each point, and the measurement time can be shortened. In this case, since there are the light receiving pixels 37 of the array photodetector 36 in rows a to n, the Raman spectrum at n points of the sample 24 can be measured by one exposure. Therefore, the measurement time can be shortened. Therefore, for example, even when a Raman spectrum is measured for a three-dimensional wide region, it is possible to prevent the measurement time from being long and improve the practicality.

このように、2次元アレイ状に受光画素が配列されたアレイ光検出器36のY方向と直交する方向に、ラマン散乱光の分光情報を展開する。そして、試料24における直線状の領域の分光情報を1度に取得する。従って、高速にラマンスペクトルを測定することができる。また、スポット光で照明しているため、均一に照明することができ、正確に測定を行うことができる。すなわち、スポット光で試料24を照明しているため、スペックルノイズを防ぐことができる。さらに、スポット光を走査しているため、試料24上の位置に応じた照明光輝度の変動を低減することができる。よって、正確な測定を短時間で行うことができる。   In this way, the spectral information of the Raman scattered light is developed in a direction orthogonal to the Y direction of the array photodetector 36 in which the light receiving pixels are arranged in a two-dimensional array. And the spectral information of the linear area | region in the sample 24 is acquired at once. Therefore, the Raman spectrum can be measured at high speed. Moreover, since it illuminates with spot light, it can illuminate uniformly and can perform a measurement accurately. That is, since the sample 24 is illuminated with the spot light, speckle noise can be prevented. Furthermore, since the spot light is scanned, the fluctuation of the illumination light luminance according to the position on the sample 24 can be reduced. Therefore, accurate measurement can be performed in a short time.

このようにして、ライン状の領域のラマンスペクトルの測定を行うことができる。そして、上記の1フレームの撮像が終了したら、X走査装置20によってX方向に1照明領域分照明位置をずらす。そして、同様1フレームの撮像を行い、ライン状の領域のラマンスペクトルを測定する。これを繰り返し行なうことによって、試料24上の2次元の領域のラマンスペクトルを測定することができる。このとき、対物レンズの照明領域毎にラマンスペクトルを測定することができるため、2次元ラマンスペクトルイメージを測定することができる。すなわち、X走査装置20によってX方向に走査しているため、試料の各点におけるラマン分光測定が可能になる。すなわち、試料24上の2次元領域におけるラマンスペクトルを測定することができる。さらに、ステージ60をXY方向に移動することにより、より広い領域のラマンスペクトルを測定することができる。また、ステージ60をZ方向に駆動して、焦点位置を光軸に沿って移動させることによって、3次元測定が可能になる。すなわち、2次元領域のスペクトル測定が終了したら、焦点位置をZ方向にずらして、同様に2次元領域のラマンスペクトル測定を行う。これにより、ラマンスペクトルの3次元測定が可能になる。このように、Y方向に走査することで、アレイ光検出器36の露光時間内では、光がライン状となる。すなわち、アレイ光検出器36の露光時間を考慮すると、試料24がライン状に照明されていることになる。そして、ラインコンフォーカル(スリットコンフォーカル)光学系を介して、ラマン散乱光を検出する。   In this way, it is possible to measure the Raman spectrum of the linear region. Then, when the imaging of one frame is finished, the X scanning device 20 shifts the illumination position by one illumination area in the X direction. Then, similarly, one frame is imaged, and the Raman spectrum of the linear region is measured. By repeating this, the Raman spectrum of the two-dimensional region on the sample 24 can be measured. At this time, since a Raman spectrum can be measured for each illumination region of the objective lens, a two-dimensional Raman spectrum image can be measured. That is, since scanning is performed in the X direction by the X scanning device 20, Raman spectroscopic measurement at each point of the sample can be performed. That is, a Raman spectrum in a two-dimensional region on the sample 24 can be measured. Furthermore, by moving the stage 60 in the XY directions, a Raman spectrum in a wider area can be measured. Further, the three-dimensional measurement can be performed by driving the stage 60 in the Z direction and moving the focal position along the optical axis. That is, when the spectrum measurement of the two-dimensional region is completed, the focal position is shifted in the Z direction, and the Raman spectrum of the two-dimensional region is similarly measured. Thereby, the three-dimensional measurement of the Raman spectrum becomes possible. Thus, by scanning in the Y direction, the light becomes a line shape within the exposure time of the array photodetector 36. In other words, considering the exposure time of the array photodetector 36, the sample 24 is illuminated in a line. Then, Raman scattered light is detected via a line confocal (slit confocal) optical system.

なお、露光時間における走査は整数回行うことが好ましい。すなわち、走査周期を露光時間の整数倍とすることが好ましい。ここで、1回の走査は、走査範囲の一端から他端までとする。例えば、露光時間内に、Y方向の走査をn回(nは自然数)往復させ、露光の開始時と終了時において、試料24上で照明光が入射する位置を同じにする。あるいは、アレイ光検出器36の露光とY走査装置40の走査とを同期させ、露光の開始と同時に走査範囲の一端から走査を開始して、走査範囲の他端又は一端となったら露光を終了するようにする。これにより、露光時間内において、ライン状の領域に照射される照明光の光量が均一になる。従って、アレイ光検出器36の縦方向の画素列のそれぞれに対応する照明領域における照明量が均一になり、より正確にラマンスペクトルを測定することができる。具体的には、1回の露光時間で100回以上走査を行う。さらに、1回の露光時間での走査回数を多くすることによって、光源の光強度の揺らぎによる影響を低減し、より均一に照明することができる。   Note that scanning during the exposure time is preferably performed an integer number of times. That is, it is preferable that the scanning cycle is an integral multiple of the exposure time. Here, one scanning is performed from one end to the other end of the scanning range. For example, the scanning in the Y direction is reciprocated n times (n is a natural number) within the exposure time, and the position where the illumination light is incident on the sample 24 is the same at the start and end of the exposure. Alternatively, the exposure of the array light detector 36 and the scan of the Y scanning device 40 are synchronized, and scanning is started from one end of the scanning range simultaneously with the start of exposure, and the exposure ends when the other end or one end of the scanning range is reached. To do. Thereby, the light quantity of the illumination light irradiated to a linear area | region becomes uniform within exposure time. Therefore, the illumination amount in the illumination area corresponding to each of the vertical pixel columns of the array photodetector 36 becomes uniform, and the Raman spectrum can be measured more accurately. Specifically, scanning is performed 100 times or more in one exposure time. Furthermore, by increasing the number of scans in one exposure time, the influence of fluctuations in the light intensity of the light source can be reduced and illumination can be performed more uniformly.

次に、反射光による反射像を撮像するための光学系について、図1を用いて説明する。反射像を撮像する場合、エッジフィルタ19を光路上から取り除く。そして、エッジフィルタ19が挿入されていた位置に、ハーフミラー25を挿入する。すなわち、エッジフィルタ19、及びハーフミラー25を挿脱可能に設けて、いずれか一方のみを光路中に挿入するようにする。エッジフィルタ19、及びハーフミラー25は排他的に使用される。レーザ波長と同じ波長の反射光を検出する場合、ハーフミラー25が使用され、ラマン散乱光を検出する場合、エッジフィルタ19が使用される。さらに、レーザ波長と同じ波長の反射光を検出する場合、切換えミラー27が光路上から取り除かれる。なお、これら以外の構成については、ラマン散乱光を検出する場合と同じであるため、説明を省略する。   Next, an optical system for capturing a reflected image by reflected light will be described with reference to FIG. When capturing a reflection image, the edge filter 19 is removed from the optical path. Then, the half mirror 25 is inserted at the position where the edge filter 19 has been inserted. That is, the edge filter 19 and the half mirror 25 are detachably provided, and only one of them is inserted into the optical path. The edge filter 19 and the half mirror 25 are used exclusively. The half mirror 25 is used when detecting reflected light having the same wavelength as the laser wavelength, and the edge filter 19 is used when detecting Raman scattered light. Further, when detecting reflected light having the same wavelength as the laser wavelength, the switching mirror 27 is removed from the optical path. The configuration other than these is the same as the case of detecting Raman scattered light, and thus the description thereof is omitted.

リレーレンズ18からのレーザ光は、ハーフミラー25に入射する。ハーフミラー25は、入射した光の一部を反射し、一部を透過する。ここでは、ハーフミラー25に入射したレーザ光の半分がX走査装置20の方向に反射される。そして、ラマン散乱光を検出する場合と同様に、レーザ光が試料24に入射する。そして、試料24からの出射光が同様に、X走査装置20でデスキャンされて、ハーフミラー25に入射する。ハーフミラー25は、出射光の半分を結像レンズ26の方向に透過する。なお、ハーフミラー25は、波長によらず、透過率及び反射率が一定である。このため、ラマン散乱光の一部もハーフミラー25を透過するが、ラマン散乱光は、反射光(レイリー散乱光)に比べて十分に弱いため、反射像の撮像には、問題ない。   Laser light from the relay lens 18 enters the half mirror 25. The half mirror 25 reflects a part of the incident light and transmits a part thereof. Here, half of the laser light incident on the half mirror 25 is reflected in the direction of the X scanning device 20. As in the case of detecting Raman scattered light, the laser light is incident on the sample 24. Similarly, the emitted light from the sample 24 is descanned by the X scanning device 20 and enters the half mirror 25. The half mirror 25 transmits half of the emitted light in the direction of the imaging lens 26. The half mirror 25 has constant transmittance and reflectance regardless of the wavelength. For this reason, part of the Raman scattered light also passes through the half mirror 25. However, since the Raman scattered light is sufficiently weaker than the reflected light (Rayleigh scattered light), there is no problem in capturing the reflected image.

そして、ハーフミラー25を透過した出射光は、結像レンズ26で屈折される。ラインCCDカメラ50の方向に向かう。このとき、切換えミラー27が光路上から離脱している。このため、出射光が、分光器31の方向に反射されずに、ラインCCDカメラ50の方向に向かう。結像レンズ26が出射光をラインCCDカメラ50の受光面に結像している。ラインCCDカメラ50は、Y方向に対応する方向に沿って配列された受光画素を有している。   The outgoing light that has passed through the half mirror 25 is refracted by the imaging lens 26. It goes in the direction of the line CCD camera 50. At this time, the switching mirror 27 is separated from the optical path. For this reason, the emitted light is not reflected in the direction of the spectroscope 31 but goes in the direction of the line CCD camera 50. The imaging lens 26 images the emitted light on the light receiving surface of the line CCD camera 50. The line CCD camera 50 has light receiving pixels arranged along a direction corresponding to the Y direction.

さらに、Y走査装置40は、1フレーム撮像する間に、光ビームをY方向に1回以上走査する。すなわち、Y走査装置40の走査周期を露光時間よりも短くして、ラインCCDカメラ50の1フレームの露光時間内で、Y方向に1回以上走査する。これにより、ラインCCDカメラ50の1フレームで、走査範囲に応じたライン状の領域のラマンスペクトルを測定することができる。すなわち、露光時間内に、Y走査装置40の走査領域の全体を走査する。したがって、反射光はラインコンフォーカル(スリットコンフォーカル)光学系を介して検出される。上記の1フレームの撮像が終了したら、X走査装置20によってX方向に1照明領域分、照明位置をずらす。そして、同様に1フレームの撮像を行い、ライン状の領域の反射光を検出する。これを繰り返し行なうことによって、試料24上の2次元領域の反射像を撮像することができる。なお、ラインCCDカメラ50での検出信号は、処理装置71に出力される。そして、処理装置71で処理が行われて、反射像となる。   Further, the Y scanning device 40 scans the light beam one or more times in the Y direction while imaging one frame. That is, the scanning cycle of the Y scanning device 40 is made shorter than the exposure time, and scanning is performed once or more in the Y direction within the exposure time of one frame of the line CCD camera 50. Thereby, the Raman spectrum of the line-shaped region corresponding to the scanning range can be measured with one frame of the line CCD camera 50. That is, the entire scanning area of the Y scanning device 40 is scanned within the exposure time. Therefore, the reflected light is detected through a line confocal (slit confocal) optical system. When the imaging of one frame is completed, the illumination position is shifted by one illumination area in the X direction by the X scanning device 20. Similarly, one frame is imaged, and the reflected light of the line-shaped region is detected. By repeating this, a reflected image of a two-dimensional region on the sample 24 can be taken. A detection signal from the line CCD camera 50 is output to the processing device 71. Then, processing is performed by the processing device 71 to form a reflected image.

ラインCCDカメラ50は、アレイ光検出器36よりも露光時間が短くなっている。よって、高速に反射像を撮像することができる。すなわち、撮像時間を短縮することができる。さらに、分光器31を介さずに、出射光がラインCCDカメラ50に入射する。よって、画像がぼけることがなくなり、高分解能での撮像が可能になる。よって、ラマンスペクトルを測定可能な光学顕微鏡100でも、高速、かつ高分解能で、反射像を撮像することができる。また、Y方向に高速に走査することで、ラインCCDカメラ50の露光時間内では、光がライン状となる。すなわち、ラインCCDカメラ50の露光時間を考慮すると、試料24がライン状に照明されていることになる。   The exposure time of the line CCD camera 50 is shorter than that of the array photodetector 36. Therefore, a reflected image can be taken at high speed. That is, the imaging time can be shortened. Further, the outgoing light enters the line CCD camera 50 without going through the spectroscope 31. Thus, the image is not blurred and high-resolution imaging is possible. Therefore, even with the optical microscope 100 capable of measuring a Raman spectrum, it is possible to capture a reflected image at high speed and with high resolution. Further, by scanning at high speed in the Y direction, the light becomes a line shape within the exposure time of the line CCD camera 50. That is, considering the exposure time of the line CCD camera 50, the sample 24 is illuminated in a line.

本実施の形態では、出射光の光路を切換える切換え手段として、切換えミラー27が設けられている。切換えミラー27は、出射光の光路中に挿脱可能に設けられている。切換えミラー27が光路中に挿入されることで、出射光が反射されて、分光器31の方向に向かう。一方、切換えミラー27が光路中から取り除かれると、出射光が切換えミラー27の挿入位置を直進して、ラインCCDカメラ50の方向に向かう。このように、切換えミラー27を挿脱することで、ラマンスペクトル測定か、反射像の撮像かを切換えることができる。もちろん、切換えミラー27を挿入時に、反射像を撮像してもよい。この場合、スペクトル測定時には、切換えミラー27が光路から取り除かれる。切換えミラー27を動作させることで、分光器31による測定か、ラインCCDカメラ50による測定かを選択することができる。入射光から分離された出射光が分光器31に向かう光路51又はラインCCDカメラ50に向かう光路52を伝播するように、切換えミラー27が光路を切換える。なお、光路を切換える切換え手段は、切換えミラー27に限られるものではない。例えば、光を屈折するプリズムなどであってもよい。   In the present embodiment, a switching mirror 27 is provided as switching means for switching the optical path of the emitted light. The switching mirror 27 is detachably provided in the optical path of the emitted light. As the switching mirror 27 is inserted into the optical path, the emitted light is reflected and travels toward the spectroscope 31. On the other hand, when the switching mirror 27 is removed from the optical path, the emitted light goes straight through the insertion position of the switching mirror 27 and travels toward the line CCD camera 50. Thus, by inserting / removing the switching mirror 27, it is possible to switch between Raman spectrum measurement and reflection image capturing. Of course, a reflection image may be taken when the switching mirror 27 is inserted. In this case, the switching mirror 27 is removed from the optical path during spectrum measurement. By operating the switching mirror 27, it is possible to select between measurement by the spectroscope 31 and measurement by the line CCD camera 50. The switching mirror 27 switches the optical path so that the outgoing light separated from the incident light propagates through the optical path 51 toward the spectroscope 31 or the optical path 52 toward the line CCD camera 50. Note that the switching means for switching the optical path is not limited to the switching mirror 27. For example, a prism that refracts light may be used.

次に、Y走査装置40について説明する。本実施の形態では、Y方向に走査するY走査装置40として、高速スキャナ13、及び低速スキャナ16の2つが設けられている。そして、用途に応じて、一方のスキャナーを駆動する。例えば、分光器31でスペクトル測定を行う場合、高速スキャナ13を用いる。高速スキャナ13は、例えば、共振型ガルバノミラーであり、例えば、8kHzの周波数で動作する。   Next, the Y scanning device 40 will be described. In the present embodiment, two high-speed scanners 13 and low-speed scanners 16 are provided as Y scanning devices 40 that scan in the Y direction. Then, one of the scanners is driven according to the application. For example, when the spectroscope 31 performs spectrum measurement, the high-speed scanner 13 is used. The high-speed scanner 13 is a resonant galvanometer mirror, for example, and operates at a frequency of 8 kHz, for example.

低速スキャナ16は、サーボ型ガルバノミラーであり、高速スキャナ13よりも低い周波数で動作する。高速スキャナ13は低速スキャナ16よりも高速にレーザ光を走査する。なお、いずれか一方のスキャナで十分な場合は、一方のスキャナのみでY走査装置40を構成してもよい。   The low-speed scanner 16 is a servo galvanometer mirror and operates at a frequency lower than that of the high-speed scanner 13. The high speed scanner 13 scans the laser beam at a higher speed than the low speed scanner 16. If any one of the scanners is sufficient, the Y scanning device 40 may be configured by only one scanner.

例えば、ラマン散乱光を検出するラマンモードの場合、高速スキャナ13を固定して、低速スキャナ16を動作させる。すなわち、アレイ光検出器36の露光時間がラインCCDカメラ50の露光時間よりも長いため、低速スキャナ16による低速スキャンで十分となる。このとき、アレイ光検出器36と低速スキャナ16を同期させる。ラマンモードの場合、X走査装置20も動作させる。このとき、光路上からは、ハーフミラー25が取り除かれ、光路中にはエッジフィルタ19が挿入されている。また、切換えミラー27も光路中に挿入されている。これにより、分光器31で分光測定が可能になる。なお、ラマンモードでは、高速スキャナ13を動作させて、低速スキャナ16を固定してもよい。   For example, in the Raman mode for detecting Raman scattered light, the high speed scanner 13 is fixed and the low speed scanner 16 is operated. That is, since the exposure time of the array photodetector 36 is longer than the exposure time of the line CCD camera 50, a low-speed scan by the low-speed scanner 16 is sufficient. At this time, the array photodetector 36 and the low-speed scanner 16 are synchronized. In the Raman mode, the X scanning device 20 is also operated. At this time, the half mirror 25 is removed from the optical path, and the edge filter 19 is inserted in the optical path. A switching mirror 27 is also inserted in the optical path. Thereby, the spectroscope 31 can perform spectroscopic measurement. In the Raman mode, the high speed scanner 13 may be operated and the low speed scanner 16 may be fixed.

一方、ラインCCDカメラ50の露光時間は、アレイ光検出器36の露光時間よりも短い。よって、レーザ光と同じ波長の反射光を検出する反射モードでは、高速スキャナ13を動作させて、低速スキャナ16を固定する。これにより、ラインCCDカメラ50の露光時間で、Y方向に、レーザ光が1回以上走査される。反射モードの場合、X走査装置20も動作させる。このとき、光路上からは、エッジフィルタ19が取り除かれ、光路中にはハーフミラー25が挿入されている。また、切換えミラー27が光路上から取り除かれている。これにより、ラインCCDカメラ50で反射光検出が可能になる。ラインCCDカメラ50は、アレイ光検出器36よりも露光時間が短いため、高速スキャナ13で走査することが好ましい。   On the other hand, the exposure time of the line CCD camera 50 is shorter than the exposure time of the array photodetector 36. Therefore, in the reflection mode in which the reflected light having the same wavelength as the laser light is detected, the high speed scanner 13 is operated and the low speed scanner 16 is fixed. Thereby, the laser beam is scanned once or more in the Y direction in the exposure time of the line CCD camera 50. In the case of the reflection mode, the X scanning device 20 is also operated. At this time, the edge filter 19 is removed from the optical path, and the half mirror 25 is inserted in the optical path. Further, the switching mirror 27 is removed from the optical path. Thereby, the reflected light can be detected by the line CCD camera 50. The line CCD camera 50 is preferably scanned by the high-speed scanner 13 because the exposure time is shorter than that of the array photodetector 36.

また、試料24の特定位置を観察する場合、低速スキャナ16でレーザ光をその特定位置に照射する。そして、レーザ光の走査を停止して、照射位置をその位置で固定する。このとき、高速スキャナ13の動作は停止している。これにより、特定の位置での像の変化を観察することができる。このように、位置決め精度が必要な場合、低速スキャナ16のみを用いてレーザ光の照射位置を移動させる。すなわち、特定の位置を照明するため、低速スキャナ16で位置決めする。これにより、レーザ光の照射位置が特定の位置で固定される。一方、高速スキャナ13は、反射光の検出時に用いる。もちろん、1つのスキャナで十分な場合は、1つのスキャナのみでY方向に走査してもよい。このように、Y方向に走査する走査手段として、低速スキャナ16と高速スキャナ13を設ける。そして、2つのスキャナを用途に応じて使い分ける。   Further, when observing a specific position of the sample 24, the low-speed scanner 16 irradiates the specific position with laser light. Then, the laser beam scanning is stopped, and the irradiation position is fixed at that position. At this time, the operation of the high-speed scanner 13 is stopped. Thereby, the change of the image at a specific position can be observed. Thus, when positioning accuracy is required, the irradiation position of the laser beam is moved using only the low-speed scanner 16. That is, in order to illuminate a specific position, the low-speed scanner 16 performs positioning. Thereby, the irradiation position of the laser beam is fixed at a specific position. On the other hand, the high-speed scanner 13 is used when detecting reflected light. Of course, if a single scanner is sufficient, scanning may be performed in the Y direction with only one scanner. Thus, the low speed scanner 16 and the high speed scanner 13 are provided as scanning means for scanning in the Y direction. The two scanners are used properly according to the application.

さらに、この構成では、蛍光を検出することができる。蛍光を検出する蛍光モードの場合、高速スキャナ13を動作させて、低速スキャナ16を固定する。蛍光モードの場合、X走査装置20も動作させる。このとき、光路上からは、ハーフミラー25が取り除かれ、光路中にはエッジフィルタ19が挿入されている。これにより、蛍光から励起光を分岐することができる。すなわち、レーザ波長と異なる波長の蛍光がエッジフィルタ19を通過し、レーザ光がエッジフィルタ19で反射される。また、切換えミラー27が光路上から取り除かれている。これにより、ラインCCDカメラ50で蛍光像を取得することができる。このように、蛍光モード、反射モード、ラマンモードの切り替えを簡便に行うことができる。さらに、エッジフィルタ19とハーフミラー25を排他的に使用することで、別途、帯域フィルタ等を設ける必要がなくなる。よって、装置構成を簡便にすることができる。   Furthermore, in this configuration, fluorescence can be detected. In the case of the fluorescence mode for detecting fluorescence, the high speed scanner 13 is operated and the low speed scanner 16 is fixed. In the case of the fluorescence mode, the X scanning device 20 is also operated. At this time, the half mirror 25 is removed from the optical path, and the edge filter 19 is inserted in the optical path. Thereby, excitation light can be branched from fluorescence. That is, fluorescence having a wavelength different from the laser wavelength passes through the edge filter 19, and the laser light is reflected by the edge filter 19. Further, the switching mirror 27 is removed from the optical path. Thereby, a fluorescent image can be acquired by the line CCD camera 50. In this way, switching between the fluorescence mode, the reflection mode, and the Raman mode can be easily performed. Furthermore, by using the edge filter 19 and the half mirror 25 exclusively, it is not necessary to provide a separate band filter or the like. Therefore, the apparatus configuration can be simplified.

本実施の形態では、入射光を高速に走査して、試料24のXY平面における任意のポイントのラマンスペクトルを測定している。このため、スペクトルの測定時間を短縮化することができる。すなわち、試料24の広い領域におけるラマンスペクトルの測定を短時間で行うことができる。よって、試料24の観察領域を広くした場合でも、長い測定時間が必要とならない。これにより、ラマンスペクトルの波長分解能を向上した場合や、より広い範囲のスペクトルを測定した場合でも、測定時間が長時間とならず、実用的な観察を行なうことができる。例えば、任意の波長(振動数)のラマン散乱光に着目した2次元像の観察や試料24の特定の点におけるラマンスペクトルの測定を高い分解能で行なうことができる。   In the present embodiment, incident light is scanned at high speed, and a Raman spectrum at an arbitrary point on the XY plane of the sample 24 is measured. Therefore, the spectrum measurement time can be shortened. That is, the measurement of the Raman spectrum in a wide region of the sample 24 can be performed in a short time. Therefore, even when the observation area of the sample 24 is widened, a long measurement time is not required. Thereby, even when the wavelength resolution of the Raman spectrum is improved or when a spectrum in a wider range is measured, the measurement time does not take a long time, and practical observation can be performed. For example, observation of a two-dimensional image focusing on Raman scattered light having an arbitrary wavelength (frequency) and measurement of a Raman spectrum at a specific point of the sample 24 can be performed with high resolution.

さらに、本実施の形態では、ラマン散乱光を集光するスリットコンフォーカル光学系として構成している。これにより、Z方向の分解能を向上することができるため、ラマンスペクトルの3次元測定が可能になる。すなわち、対物レンズ23と試料24との距離を変化させ、試料24上の焦点位置をZ方向に走査することができる。これにより、XYZ方向の走査が可能となり、ラマンスペクトルを3次元空間分布の測定をすることができる。換言すると、立体的な試料24の任意にポイントにおいて、ラマンスペクトルを測定することができる。このような、ラマンスペクトルの3次元空間分布を測定した場合でも、ライン状の領域を一度に測定することにより、測定時間を短縮することができる。よって、実用的な時間で測定を行うことができる。このように、上記の構成では、XYZ−λの4次元の測定を行うことができる。4次元測定を行うことにより、様々なスペクトル解析を行なうことができる。そして、解析結果を処理装置のディスプレイに表示させることにより、より高度な分析が可能になる。   Further, in the present embodiment, a slit confocal optical system that collects Raman scattered light is configured. Thereby, since the resolution in the Z direction can be improved, three-dimensional measurement of the Raman spectrum becomes possible. In other words, the focal position on the sample 24 can be scanned in the Z direction by changing the distance between the objective lens 23 and the sample 24. As a result, scanning in the XYZ directions becomes possible, and the Raman spectrum can be measured for a three-dimensional spatial distribution. In other words, the Raman spectrum can be measured at an arbitrary point of the three-dimensional sample 24. Even when such a three-dimensional spatial distribution of the Raman spectrum is measured, the measurement time can be shortened by measuring the linear region at a time. Therefore, measurement can be performed in a practical time. Thus, in the above configuration, four-dimensional measurement of XYZ-λ can be performed. Various spectrum analysis can be performed by performing the four-dimensional measurement. Then, by displaying the analysis result on the display of the processing apparatus, more advanced analysis is possible.

さらに、反射光や蛍光を検出するめの光学系をスリットコンフォーカル光学系としている。よって、ステージ60をZ方向に移動させることで、任意の高さにおける反射像や蛍光像を取得することができる。これにより、断層画像を高速かつ高分解能で取得することができる。よって、3次元観察を容易に行うことができる。   Furthermore, the optical system for detecting reflected light and fluorescence is a slit confocal optical system. Therefore, by moving the stage 60 in the Z direction, a reflection image and a fluorescence image at an arbitrary height can be acquired. Thereby, a tomographic image can be acquired at high speed and with high resolution. Therefore, three-dimensional observation can be easily performed.

なお、上記の説明では、アレイ光検出器36、及びラインCCDカメラ50をCCDカメラとして説明したが、これらはCCDカメラに限られるものではない。すなわち、受光画素がマトリクス状に配列されている2次元光検出器を分光測定用に用いることができる。また、受光画素が1列に配列された1次元光検出器を反射光検出用に用いることができる。さらに、一定の露光時間だけ検出信号を積分して、出力する積分型の光検出器とする。   In the above description, the array photodetector 36 and the line CCD camera 50 have been described as CCD cameras, but these are not limited to CCD cameras. That is, a two-dimensional photodetector having light receiving pixels arranged in a matrix can be used for spectroscopic measurement. In addition, a one-dimensional photodetector in which light receiving pixels are arranged in a row can be used for reflected light detection. Further, the detection signal is integrated for a certain exposure time, and an integration type photodetector is output.

さらに、ラマン散乱光とレーザ光を分岐するビームスプリッタは、エッジフィルタ19に限られるものではない。例えば、波長に応じて光を分岐するダイクロイックミラーをビームスプリッタとして用いてもよい。また、X走査装置20はビームを偏向させるものに限られるものではなく、ステージ60を駆動するものでもよい。なお、Y走査装置40の代わりにシリンドリカルレンズなどを用いてスリットコンフォーカル光学系を構成してもよい。すなわち、光をライン状にする光変換手段をY走査装置40の代わりに用いる。そして、ライン状の光のスポットを試料24上に形成すれば、スリットコンフォーカル光学系を構成することができる。さらに、光分岐手段として、ハーフミラー25とエッジフィルタ19を排他的に用いることが好ましい。   Further, the beam splitter that branches the Raman scattered light and the laser light is not limited to the edge filter 19. For example, a dichroic mirror that branches light according to the wavelength may be used as the beam splitter. Further, the X scanning device 20 is not limited to the one that deflects the beam, and may be one that drives the stage 60. Note that a slit confocal optical system may be configured using a cylindrical lens or the like instead of the Y scanning device 40. That is, a light converting means for making light into a line shape is used instead of the Y scanning device 40. If a line-shaped light spot is formed on the sample 24, a slit confocal optical system can be configured. Furthermore, it is preferable to exclusively use the half mirror 25 and the edge filter 19 as the light branching means.

発明の実施の形態2.
本実施の形態にかかる光学顕微鏡100について、図4を用いて説明する。図4は、本実施形態にかかる光学顕微鏡の光学系を示す図である。本実施の形態では、高速スキャナ13と低速スキャナ16との間に、リレーレンズ14、15が設けられていない。これ以外の構成については、実施の形態1と同様であるため、重複する部分については説明を省略する。このような構成によって、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
Embodiment 2 of the Invention
An optical microscope 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an optical system of the optical microscope according to the present embodiment. In the present embodiment, the relay lenses 14 and 15 are not provided between the high-speed scanner 13 and the low-speed scanner 16. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, the description of the overlapping portions is omitted. With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

発明の実施の形態3.
本実施の形態にかかる光学顕微鏡100について、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態にかかる光学顕微鏡の光学系を示す図である。本実施の形態では、低速スキャナ16がエッジフィルタ19とX走査装置20との間に設けられている。すなわち、ハーフミラー25又はエッジフィルタ19からの入射光が低速スキャナ16に入射する。これ以外の構成については、実施の形態4と同様であるため説明を省略する。このような構成であっても実施の形態1、2と同様の効果を得ることができる。
Embodiment 3 of the Invention
An optical microscope 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing an optical system of the optical microscope according to the present embodiment. In the present embodiment, the low speed scanner 16 is provided between the edge filter 19 and the X scanning device 20. That is, incident light from the half mirror 25 or the edge filter 19 enters the low-speed scanner 16. Since the configuration other than this is the same as that of the fourth embodiment, the description thereof is omitted. Even if it is such a structure, the effect similar to Embodiment 1, 2 can be acquired.

本発明の実施の形態1にかかる光学顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical microscope concerning Embodiment 1 of this invention. 光学顕微鏡に用いられる分光器の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the spectrometer used for an optical microscope. 入射スリットの入射面における光ビームのスポット形状、並びに、アレイ光検出器の受光面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the spot shape of the light beam in the entrance plane of an entrance slit, and the light-receiving surface of an array photodetector. 実施の形態2にかかる光学顕微鏡の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an optical microscope according to a second embodiment. 実施の形態3にかかる光学顕微鏡の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an optical microscope according to a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 レーザ光源
11 ビームエキスパンダ
12 レーザラインフィルタ
13 高速スキャナ
14 リレーレンズ
15 リレーレンズ
16 低速スキャナ
17 リレーレンズ
18 リレーレンズ
19 エッジフィルタ
20 X走査装置
21 リレーレンズ
22 チューブレンズ
23 対物レンズ
24 試料
25 ハーフミラー
26 結像レンズ
27 切換えミラー
30 入射スリット
31 分光器
32 ミラー
33 凹面鏡
34 グレーティング
35 凹面鏡
36 2次元CCDカメラ
37 受光画素
40 Y走査装置
50 ラインCCDカメラ
60 ステージ
71 処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light source 11 Beam expander 12 Laser line filter 13 High speed scanner 14 Relay lens 15 Relay lens 16 Low speed scanner 17 Relay lens 18 Relay lens 19 Edge filter 20 X scanning device 21 Relay lens 22 Tube lens 23 Objective lens 24 Sample 25 Half mirror 26 imaging lens 27 switching mirror 30 entrance slit 31 spectroscope 32 mirror 33 concave mirror 34 grating 35 concave mirror 36 two-dimensional CCD camera 37 light receiving pixel 40 Y scanning device 50 line CCD camera 60 stage 71 processing device

Claims (10)

レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光ビームを偏向させて第1の方向に走査する第1の走査手段と、
前記第1の走査手段により走査された光ビームを集光して試料に入射させる対物レンズと、
前記第1の走査手段によって走査された光ビームと前記試料との相対位置を移動させて第2の方向に走査する第2の走査手段と、
前記第1の走査手段から前記試料までの光路中に配置され、前記試料に入射された光ビームのうち前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する入射光とを分離する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分離された出射光が集光されて入射する入射側に前記第1の方向に対応する方向に沿って配置された入射スリットを有し、前記入射スリットを通過した前記出射光を波長に応じて空間的に分散させる分光器と、
前記分光器で分散された出射光を検出する2次元アレイ光検出器と、
前記試料と共役な位置に配置され、前記第1の方向に対応する方向に沿って配列された受光素子を有する光検出器と、
前記光分岐手段で分離された出射光が、前記分光器に向かうか、前記光検出器に向かうかを切換える切換手段と、を備える光学顕微鏡。
A laser light source;
First scanning means for deflecting a light beam from the laser light source and scanning in a first direction;
An objective lens for condensing the light beam scanned by the first scanning means and entering the sample;
Second scanning means for scanning in a second direction by moving a relative position between the light beam scanned by the first scanning means and the sample;
Outgoing light that is arranged in the optical path from the first scanning means to the sample and is emitted from the sample to the objective lens side among the light beams incident on the sample, and incident that is incident on the sample from the laser light source A light branching means for separating light;
The outgoing light having an incident slit arranged along a direction corresponding to the first direction on the incident side where the outgoing light separated by the light branching unit is collected and incident, and has passed through the incident slit A spectrometer that spatially disperses the light according to the wavelength;
A two-dimensional array photodetector for detecting the emitted light dispersed by the spectrometer;
A photodetector having a light receiving element arranged at a position conjugate with the sample and arranged along a direction corresponding to the first direction;
An optical microscope comprising: switching means for switching whether the emitted light separated by the light branching means is directed to the spectroscope or to the photodetector.
前記光分岐手段が、波長に応じて光を分岐する第1のビームスプリッタと、波長に関わらず光を分岐する第2のビームスプリッタとを有し、
前記第1のビームスプリッタと第2のビームスプリッタとが排他的に使用され、
前記出射光が前記分光器に向かう場合は、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離し、
前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記光検出器で前記試料の反射像を撮像するため、前記第2のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離することを特徴とする請求項1に記載の光学顕微鏡。
The light branching means includes a first beam splitter that branches light according to a wavelength, and a second beam splitter that branches light regardless of the wavelength,
The first and second beam splitters are used exclusively;
When the outgoing light goes to the spectroscope, the incident light and the outgoing light are separated by the first beam splitter,
When the emitted light is directed to the photodetector, the second beam splitter separates the incident light and the emitted light in order to capture a reflected image of the sample with the photodetector. The optical microscope according to claim 1.
前記第1のビームスプリッタを光路中に挿入した状態で、前記試料で発生する蛍光を前記光検出器で検出する請求項2に記載の光学顕微鏡。   The optical microscope according to claim 2, wherein fluorescence generated in the sample is detected by the photodetector in a state where the first beam splitter is inserted in an optical path. 前記第1の走査手段が、前記2次元アレイ光検出器の露光時間で前記光ビームを1回以上走査する低速スキャナーと、
前記低速スキャナーよりも高速に前記光ビームを走査する高速スキャナーと、を備え、
前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記試料上の所定の位置を観察するため、前記低速スキャナーで前記入射光を位置決めする請求項1、2、又は3に記載の光学顕微鏡。
A low-speed scanner, wherein the first scanning means scans the light beam at least once with an exposure time of the two-dimensional array photodetector;
A high-speed scanner that scans the light beam at a higher speed than the low-speed scanner, and
The optical microscope according to claim 1, wherein the incident light is positioned by the low-speed scanner in order to observe a predetermined position on the sample when the emitted light is directed to the photodetector.
前記光分岐手段が、波長に応じて光を透過又は反射するエッジフィルタを有しており、
前記光ビームの前記エッジフィルタに対する入射角度が12°以下である請求項1乃至4のいずれかに記載の光学顕微鏡。
The light branching means has an edge filter that transmits or reflects light according to wavelength,
The optical microscope according to claim 1, wherein an incident angle of the light beam with respect to the edge filter is 12 ° or less.
レーザ光源からの光ビームを偏向させて第1の方向に走査し、
前記第1の方向に走査された光ビームを集光して試料に入射させ、
前記第1の方向に走査された光ビームと前記試料との相対位置を移動させて第2の方向に走査し、
前記試料に入射された光ビームのうち、前記試料から前記対物レンズ側に出射する出射光が、前記第1の方向にデスキャンされる前に、前記出射光と前記レーザ光源から前記試料に入射する入射光とを分離し、
前記入射光から分離された出射光が第1の光路及び第2の光路の一方を伝播するように、光路を切換え、
前記出射光が第1の光路を伝播する場合は、前記第1の方向に対応する方向に沿って配置された入射スリットに入射させ、
前記入射スリットを通過した前記出射光を波長に応じて空間的に分散させ、
前記分散された出射光を、前記入射スリットの方向及び前記出射光が分散される方向に沿って受光素子が配列された2次元アレイ光検出器によって検出して、スペクトルを測定し、
前記出射光が第2の光路を伝播する場合は、前記試料と共役な位置に配置され、前記第1の方向に対応する方向に沿って設けられた受光素子を有する光検出器で検出する、観察方法。
Deflecting the light beam from the laser light source and scanning in the first direction;
The light beam scanned in the first direction is collected and incident on the sample;
Moving the relative position of the light beam scanned in the first direction and the sample to scan in the second direction;
Out of the light beam incident on the sample, the emitted light emitted from the sample to the objective lens side enters the sample from the emitted light and the laser light source before being descanned in the first direction. Separating incident light,
Switching the optical path so that the outgoing light separated from the incident light propagates in one of the first optical path and the second optical path;
When the emitted light propagates through the first optical path, it is incident on an entrance slit arranged along a direction corresponding to the first direction,
The outgoing light that has passed through the entrance slit is spatially dispersed according to the wavelength,
The dispersed outgoing light is detected by a two-dimensional array photodetector in which light receiving elements are arranged along the direction of the incident slit and the direction in which the outgoing light is dispersed, and a spectrum is measured.
When the emitted light propagates through the second optical path, it is detected by a photodetector having a light receiving element disposed at a position conjugate with the sample and provided along a direction corresponding to the first direction. Observation method.
前記入射光と出射光とを分離する時において、波長に応じて光を分岐する第1のビームスプリッタと、波長によらず光を分岐する第2のビームスプリッタとを排他的に使用し、
前記出射光が第1の光路を伝播する場合は、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離し、
前記出射光が第2の光路を伝播する場合において、前記光検出器で反射像を撮像するため、前記第2のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離することを特徴とする請求項6に記載の観察方法。
When separating the incident light and the emitted light, the first beam splitter that branches the light according to the wavelength and the second beam splitter that branches the light regardless of the wavelength are exclusively used,
When the emitted light propagates through the first optical path, the incident light and the emitted light are separated by the first beam splitter,
The incident light and the emitted light are separated by the second beam splitter in order to capture a reflected image by the photodetector when the emitted light propagates through a second optical path. Item 7. The observation method according to Item 6.
前記出射光が第2の光路を伝播する場合において、前記第1のビームスプリッタで前記入射光と前記出射光とを分離して、前記試料で発生する蛍光を前記光検出器で検出する請求項7に記載の観察方法。   When the outgoing light propagates through a second optical path, the incident light and the outgoing light are separated by the first beam splitter, and the fluorescence generated in the sample is detected by the photodetector. 8. The observation method according to 7. 前記2次元アレイ光検出器の露光時間で前記光ビームを1回以上走査する低速スキャナーと、前記低速スキャナーよりも高速で前記光ビームを走査する高速スキャナーと、が設けられ、
前記出射光が前記光検出器に向かう場合において、前記試料上の所定の位置を観察するため、前記低速スキャナーで前記入射光を位置決めする請求項6、7、又は8に記載の観察方法。
A low-speed scanner that scans the light beam at least once with an exposure time of the two-dimensional array photodetector, and a high-speed scanner that scans the light beam at a higher speed than the low-speed scanner,
The observation method according to claim 6, 7, or 8, wherein the incident light is positioned by the low-speed scanner in order to observe a predetermined position on the sample when the emitted light is directed to the photodetector.
波長に応じて光を透過又は反射するエッジフィルタを光路中に挿入することによって、前記光ビームと前記出射光とを分離し、
前記光ビームの前記エッジフィルタに対する入射角度が12°以下である請求項6乃至9のいずれか1項に記載の観察方法。
By inserting an edge filter that transmits or reflects light according to wavelength into the optical path, the light beam and the emitted light are separated,
The observation method according to claim 6, wherein an incident angle of the light beam with respect to the edge filter is 12 ° or less.
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