JP3377209B2 - 共焦点分光分析 - Google Patents
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えばラマン効果を利用してサンプルを分
析するのに分光分析が使用される装置および方法に関す
るものである。
析するのに分光分析が使用される装置および方法に関す
るものである。
背景技術
ラマン効果はサンプルが所与の周波数の入射光を散乱
して入射光とサンプルを構成する分子との相互作用によ
り惹起される線を有する周波数スペクトルにする現象で
ある。分子種が異なると特徴的ラマンスペクトルが異な
り、そのためこの効果はサンプル中に存在している分子
種の分析に使用することができる。
して入射光とサンプルを構成する分子との相互作用によ
り惹起される線を有する周波数スペクトルにする現象で
ある。分子種が異なると特徴的ラマンスペクトルが異な
り、そのためこの効果はサンプル中に存在している分子
種の分析に使用することができる。
ラマン分析装置の従来構成は「ラマンマイクロプロー
ブおよびレーザ励起顕微鏡」（Raman Microprobe and M
icroscope with Laser Excitation）（M Delhaye and P
Dhamelincourt,Journal of Raman Spectroscopy,3（19
75）,33−43）および本出願人の国際特許公開明細書WO9
0/07108号公報にも記載されている。サンプルがレーザ
からの単色光を照射され、散乱光が分析されて、得られ
たラマンスペクトルの特定の線が選択される。この分析
は回折格子、例えばモノクロメータのような分散性装
置、により行ってもよく、あるいはWO90/07108号公報に
記載のように非分散性の波長可変なフィルタを使用して
行ってもよい。WO90/07108号公報は生じたラマン散乱光
は２次元光検出アレイである電荷結合素子（CCD）上に
合焦、つまり焦点を結ばせてもよいことも開示してい
る。
ブおよびレーザ励起顕微鏡」（Raman Microprobe and M
icroscope with Laser Excitation）（M Delhaye and P
Dhamelincourt,Journal of Raman Spectroscopy,3（19
75）,33−43）および本出願人の国際特許公開明細書WO9
0/07108号公報にも記載されている。サンプルがレーザ
からの単色光を照射され、散乱光が分析されて、得られ
たラマンスペクトルの特定の線が選択される。この分析
は回折格子、例えばモノクロメータのような分散性装
置、により行ってもよく、あるいはWO90/07108号公報に
記載のように非分散性の波長可変なフィルタを使用して
行ってもよい。WO90/07108号公報は生じたラマン散乱光
は２次元光検出アレイである電荷結合素子（CCD）上に
合焦、つまり焦点を結ばせてもよいことも開示してい
る。
サンプルが単色光または多色光さえも照射され、散乱
光が分析される他の分光分析技術も知られている。例と
しては蛍光分光分析および赤外分光分析がある。本発明
はそのような技術にも応用できる。そのような技術を共
焦点法で使用してサンプルの一定の面から散乱された光
のみを分析することも可能である。これは散乱された光
をレンズ系の焦点に非常に小さなピンホール（典型的に
は10μｍ）を備えた空間フィルタを通過させることを含
む。要求された面から散乱された光はピンホールにおい
て緊密に焦点を絞られて通過するが、他の面からの光は
焦点がそれほど緊密（tight）に絞られず遮断される。
しかしながら、そのような空間フィルタは正確に構成す
るのが難しい。というのは、光学要素を注意深く整合
（アラインメント）させて散乱された光を非常に小さな
ピンホール上に緊密に焦点合わせすることを保証する必
要があるからである。同じ理由で、最初に組み立てた
後、光学要素を正確に整合状態に維持するのが難しく、
この系は、また、振動に対して敏感である。ラマン系の
ような非常に低レベルの散乱された光しか分析に利用で
きない系では、焦点に集められた光を目で見ることがで
きないので、整合を行うのが特に困難である。
光が分析される他の分光分析技術も知られている。例と
しては蛍光分光分析および赤外分光分析がある。本発明
はそのような技術にも応用できる。そのような技術を共
焦点法で使用してサンプルの一定の面から散乱された光
のみを分析することも可能である。これは散乱された光
をレンズ系の焦点に非常に小さなピンホール（典型的に
は10μｍ）を備えた空間フィルタを通過させることを含
む。要求された面から散乱された光はピンホールにおい
て緊密に焦点を絞られて通過するが、他の面からの光は
焦点がそれほど緊密（tight）に絞られず遮断される。
しかしながら、そのような空間フィルタは正確に構成す
るのが難しい。というのは、光学要素を注意深く整合
（アラインメント）させて散乱された光を非常に小さな
ピンホール上に緊密に焦点合わせすることを保証する必
要があるからである。同じ理由で、最初に組み立てた
後、光学要素を正確に整合状態に維持するのが難しく、
この系は、また、振動に対して敏感である。ラマン系の
ような非常に低レベルの散乱された光しか分析に利用で
きない系では、焦点に集められた光を目で見ることがで
きないので、整合を行うのが特に困難である。
発明の開示
本発明は、サンプルに光を照射して散乱光スペクトル
を得るステップと、前記スペクトルを分析するステップ
と、前記分析されたスペクトルの少なくとも一つの成分
を光検出器に通し、前記サンプルの所与の面から散乱す
る光を前記光検出器の所与の領域に合焦させ、前記サン
プルの他の面から散乱する光を前記光検出器に合焦させ
ないステップとを具備する分光分析方法であって、前記
光はスリットを備えた一次元空間フィルタを通過して第
一の次元で共焦点作用をもたらし、前記光検出器の前記
所与の領域で受ける光が、前記所与の領域外で受ける光
を含まずに、またはこの光と分離して検出され、前記所
与の領域は前記第一の次元を横切る第二の次元で共焦点
作用をもたらすように形成されていることを特徴とする
ものである。
を得るステップと、前記スペクトルを分析するステップ
と、前記分析されたスペクトルの少なくとも一つの成分
を光検出器に通し、前記サンプルの所与の面から散乱す
る光を前記光検出器の所与の領域に合焦させ、前記サン
プルの他の面から散乱する光を前記光検出器に合焦させ
ないステップとを具備する分光分析方法であって、前記
光はスリットを備えた一次元空間フィルタを通過して第
一の次元で共焦点作用をもたらし、前記光検出器の前記
所与の領域で受ける光が、前記所与の領域外で受ける光
を含まずに、またはこの光と分離して検出され、前記所
与の領域は前記第一の次元を横切る第二の次元で共焦点
作用をもたらすように形成されていることを特徴とする
ものである。
本発明は、また、この方法を実施する装置を提供す
る。
る。
図面の簡単な説明
第１図はラマン分析装置の第１の実施例の概略図であ
る。
る。
第２図および第３図は、それぞれ、第１図の装置とと
もに使用されるCCDの部分の概略平面図である。
もに使用されるCCDの部分の概略平面図である。
第４図はラマン分析装置の別の実施例の概略図であ
る。
る。
第５図は第４図の実施例とともに使用されるCCDの部
分の概略平面図である。
分の概略平面図である。
第６図および第７図は、それぞれ、ラマン分析装置の
他の実施例を説明するために使用されるCCDの平面図で
ある。
他の実施例を説明するために使用されるCCDの平面図で
ある。
発明を実施するための最良の形態
第１図に示される装置の第１の実施例はWO90/07108号
公報に示された装置に基づいており、引用によりここに
導入される（詳細については同公報参照）。入力レーザ
ビーム10は光路に45゜に置かれたダイクロイックフィル
タ12により90゜反射される。次いで、このレーザビーム
は顕微鏡対物レンズ16に送られる。このレンズはこのレ
ーザビームをサンプル18上の焦点19におけるスポットに
焦点を結ばせる。光はこの照射されたスポットでサンプ
ルにより散乱され、顕微鏡対物レンズ16により集光さ
れ、平行ビームに平行化（コリメート）され、ダイクロ
イックフィルタ12に戻る。フィルタ12は入力レーザビー
ム10と同じ周波数を持つレーリー散乱光を遮断し、ラマ
ン散乱光を伝送する。ラマン散乱光は次いでラマン分析
器20に送られる。
公報に示された装置に基づいており、引用によりここに
導入される（詳細については同公報参照）。入力レーザ
ビーム10は光路に45゜に置かれたダイクロイックフィル
タ12により90゜反射される。次いで、このレーザビーム
は顕微鏡対物レンズ16に送られる。このレンズはこのレ
ーザビームをサンプル18上の焦点19におけるスポットに
焦点を結ばせる。光はこの照射されたスポットでサンプ
ルにより散乱され、顕微鏡対物レンズ16により集光さ
れ、平行ビームに平行化（コリメート）され、ダイクロ
イックフィルタ12に戻る。フィルタ12は入力レーザビー
ム10と同じ周波数を持つレーリー散乱光を遮断し、ラマ
ン散乱光を伝送する。ラマン散乱光は次いでラマン分析
器20に送られる。
ラマン分析器20はWO90/07108号公報に記載のように、
関心のあるラマン線を選定するための波長可変非分散性
フィルタを１つまたは複数個備えている。あるいは、従
来のモノクロメータ構成または英国特許出願第9124408.
7に記載の構成のいずれかの構成の回折格子のような分
散性エレメントを備えていてもよい。いずれの場合も、
分析器20からの光はレンズ22により適当な光検出器上に
焦点を結ぶ。２次元光検出器アレイが好ましい。本実施
例では、電荷結合素子（CCD）24が使用される。CCDはピ
クセルの２次元アレイからなり、コンピュータに接続さ
れる。コンピュータは各ピクセルからデータを獲得し、
それを必要に応じて分析する。ラマン分析器20が波長可
変非分散性フィルタを備えている場合、選定されたラマ
ン周波数の光がCCD24の26に焦点を結ぶ。回折格子のよ
うな分散性エレメントが使用されている場合、分析器20
は単一のスポットではなく、CCD24に沿って線上に広が
る破線28で示される種々のバンドを持つスペクトルを生
じる。
関心のあるラマン線を選定するための波長可変非分散性
フィルタを１つまたは複数個備えている。あるいは、従
来のモノクロメータ構成または英国特許出願第9124408.
7に記載の構成のいずれかの構成の回折格子のような分
散性エレメントを備えていてもよい。いずれの場合も、
分析器20からの光はレンズ22により適当な光検出器上に
焦点を結ぶ。２次元光検出器アレイが好ましい。本実施
例では、電荷結合素子（CCD）24が使用される。CCDはピ
クセルの２次元アレイからなり、コンピュータに接続さ
れる。コンピュータは各ピクセルからデータを獲得し、
それを必要に応じて分析する。ラマン分析器20が波長可
変非分散性フィルタを備えている場合、選定されたラマ
ン周波数の光がCCD24の26に焦点を結ぶ。回折格子のよ
うな分散性エレメントが使用されている場合、分析器20
は単一のスポットではなく、CCD24に沿って線上に広が
る破線28で示される種々のバンドを持つスペクトルを生
じる。
レンズ16の焦点19からの光はCCD上に緊密な焦点を結
ぶ。しかしながら、破線36で示されるように、焦点19の
前または後の光はより拡散した焦点になる。分析器20に
非分散性フィルタが使用される場合、効果はCCD24の部
分の平面図である第２図に示されている。CCDの個々の
ピクセルが正方形40として示されている。ピクセルのピ
ッチは典型的には22μｍ以下でよい。円26は焦点19から
散乱された光の分布を表し、円38はサンプルの他の場所
から散乱された光のより拡散した焦点を表す。データを
分析するときは、コンピュータは、26に焦点を結んだ光
を受ける、影をつけて示された数個のピクセル42をまと
めて貯蔵する。円38の他の場所からの外光（無関係の
光）はコンピュータにより無視される。これは、データ
を各ピクセル42から順番に読取、ピクセル42からのデー
タを一緒に加え、残りを無視するコンピュータソフトウ
ェアにより容易に達成される。
ぶ。しかしながら、破線36で示されるように、焦点19の
前または後の光はより拡散した焦点になる。分析器20に
非分散性フィルタが使用される場合、効果はCCD24の部
分の平面図である第２図に示されている。CCDの個々の
ピクセルが正方形40として示されている。ピクセルのピ
ッチは典型的には22μｍ以下でよい。円26は焦点19から
散乱された光の分布を表し、円38はサンプルの他の場所
から散乱された光のより拡散した焦点を表す。データを
分析するときは、コンピュータは、26に焦点を結んだ光
を受ける、影をつけて示された数個のピクセル42をまと
めて貯蔵する。円38の他の場所からの外光（無関係の
光）はコンピュータにより無視される。これは、データ
を各ピクセル42から順番に読取、ピクセル42からのデー
タを一緒に加え、残りを無視するコンピュータソフトウ
ェアにより容易に達成される。
CCDをコンピュータと組み合わせると、このように、
従来の空間フィルタにおけるピンホールと同じ効果を与
える。レンズ16がサンプルの表面に焦点を結ぶと、サン
プル内の表面の背後から散乱された光をフィルタリング
して取り除くことができ、表面自体の分析も行うことが
できる。あるいは、レンズ16を故意にサンプル内の点に
焦点を結ばせて表面から散乱された光をフィルタリング
して取り除くことができる。このように、余分の空間フ
ィルタを使用しないでも共焦点作用が達成されていた。
従来の空間フィルタにおけるピンホールと同じ効果を与
える。レンズ16がサンプルの表面に焦点を結ぶと、サン
プル内の表面の背後から散乱された光をフィルタリング
して取り除くことができ、表面自体の分析も行うことが
できる。あるいは、レンズ16を故意にサンプル内の点に
焦点を結ばせて表面から散乱された光をフィルタリング
して取り除くことができる。このように、余分の空間フ
ィルタを使用しないでも共焦点作用が達成されていた。
回折格子その他の分散性エレメントが第１図の分析器
20として使用され、単一のラマンバンドでなく完全なラ
マンスペクトルを見ることが望まれているときは、完全
な共焦点分光分析はそのような単純なソフトウェアでは
不可能である。しかしながら、第３図に示すようにCCD2
4とコンピュータ25を操作することにより部分的共焦点
作用を達成することができる。回折格子はサンプルから
のラマンスペクトルをCCDを横切って一つの線に分散さ
せる。この線の幅は例えば第３図のCCD上の線44同士の
間の影を付けてない領域の焦点19から散乱された光に対
して最も小さい。焦点19を含む焦点面の外側の面からの
光は第３図の線46同士の間に定義されるようなもっと幅
広な線に散乱される。従って、部分的共焦点作用を得る
には、コンピュータ25は、線44同士の間の領域にあるCC
Dのピクセルからだけデータを獲得し、CCDの他の場所で
受領された光を排除するように（上述したのと同様の仕
方で）プログラムされる。これにより、焦点19の外側か
らの第３図の影を付けた領域で受領された光が排除され
る。
20として使用され、単一のラマンバンドでなく完全なラ
マンスペクトルを見ることが望まれているときは、完全
な共焦点分光分析はそのような単純なソフトウェアでは
不可能である。しかしながら、第３図に示すようにCCD2
4とコンピュータ25を操作することにより部分的共焦点
作用を達成することができる。回折格子はサンプルから
のラマンスペクトルをCCDを横切って一つの線に分散さ
せる。この線の幅は例えば第３図のCCD上の線44同士の
間の影を付けてない領域の焦点19から散乱された光に対
して最も小さい。焦点19を含む焦点面の外側の面からの
光は第３図の線46同士の間に定義されるようなもっと幅
広な線に散乱される。従って、部分的共焦点作用を得る
には、コンピュータ25は、線44同士の間の領域にあるCC
Dのピクセルからだけデータを獲得し、CCDの他の場所で
受領された光を排除するように（上述したのと同様の仕
方で）プログラムされる。これにより、焦点19の外側か
らの第３図の影を付けた領域で受領された光が排除され
る。
第３図の構成が部分的共焦点作用のみを発揮する理由
は、CCDとコンピュータにより提供される空間フィルタ
リングが一次元でのみ起こり、二次元では起きないから
である。これは、第１図のものと同じエレメントに空間
フィルタ14を加えた第４図の実施例を使用することによ
り克服できる。第１図で使用したのと同じ参照番号が使
用されている。
は、CCDとコンピュータにより提供される空間フィルタ
リングが一次元でのみ起こり、二次元では起きないから
である。これは、第１図のものと同じエレメントに空間
フィルタ14を加えた第４図の実施例を使用することによ
り克服できる。第１図で使用したのと同じ参照番号が使
用されている。
空間フィルタ14は２つのレンズ32,34と、紙面に鉛直
に延びるスリット30を有するスクリーン31とを備えてい
る。レンズ32は散乱された光の平行ビームをスリット30
を通過する非常に緊密な焦点に絞り込まれ、レンズ34は
この光を再び平行化して平行ビームに戻す。入力レーザ
ビーム10は同様に非常に小さいスポットに絞り込まれて
スリット30を通過する。このスリット30の効果は顕微鏡
対物レンズ16が共焦点的に作用することにある。すなわ
ち、実質的にレンズ16の焦点19で散乱された光だけがス
リット30を通過する。破線36で示したように、焦点19の
前または後で散乱される光は穴30で焦点を結ばないた
め、実質的にスクリーン31により遮断される。
に延びるスリット30を有するスクリーン31とを備えてい
る。レンズ32は散乱された光の平行ビームをスリット30
を通過する非常に緊密な焦点に絞り込まれ、レンズ34は
この光を再び平行化して平行ビームに戻す。入力レーザ
ビーム10は同様に非常に小さいスポットに絞り込まれて
スリット30を通過する。このスリット30の効果は顕微鏡
対物レンズ16が共焦点的に作用することにある。すなわ
ち、実質的にレンズ16の焦点19で散乱された光だけがス
リット30を通過する。破線36で示したように、焦点19の
前または後で散乱される光は穴30で焦点を結ばないた
め、実質的にスクリーン31により遮断される。
第５図は、CCDを第４図の実施例で使用したときの第
２図および第３図に対応する平面図である。スリット30
を通過する光は回折格子分析器20によりラマンスペクト
ルの個々のバンド28に分散される。スリット30がない
と、バンド28に対応するが焦点19の外側から散乱された
光が破線対48,50の間にあるもっと広い領域に現れる。
スリット30は一次元空間フィルタリングのみを提供し、
ラマンバンド28のそれぞれが第５図の水平方向に空間的
にフィルタリングされるようにしていることが認められ
るであろう。しかしながら、焦点19の外側からの若干の
光が依然としてスリット30を通過し第３図の影を付けた
領域に対応する第５図の領域において受領されることが
ある。これを克服するには、コンピュータ25を第３図の
実施例におけると同様にプログラムして、線44同士の間
にあるピクセルからのデータだけを処理し、線46同士の
間にある他のピクセルを排除する。これにより、垂直方
向における空間フィルタリングが得られ、スリット30に
より与えられる水平空間フィルタリングと一緒に、完全
な二次元共焦点作用が達成される。
２図および第３図に対応する平面図である。スリット30
を通過する光は回折格子分析器20によりラマンスペクト
ルの個々のバンド28に分散される。スリット30がない
と、バンド28に対応するが焦点19の外側から散乱された
光が破線対48,50の間にあるもっと広い領域に現れる。
スリット30は一次元空間フィルタリングのみを提供し、
ラマンバンド28のそれぞれが第５図の水平方向に空間的
にフィルタリングされるようにしていることが認められ
るであろう。しかしながら、焦点19の外側からの若干の
光が依然としてスリット30を通過し第３図の影を付けた
領域に対応する第５図の領域において受領されることが
ある。これを克服するには、コンピュータ25を第３図の
実施例におけると同様にプログラムして、線44同士の間
にあるピクセルからのデータだけを処理し、線46同士の
間にある他のピクセルを排除する。これにより、垂直方
向における空間フィルタリングが得られ、スリット30に
より与えられる水平空間フィルタリングと一緒に、完全
な二次元共焦点作用が達成される。
スリット30の代りにピンホールを使用した構成に対す
るこの構成の利点はピンホールよりもスリットの方が整
列するのがより容易であることにある。
るこの構成の利点はピンホールよりもスリットの方が整
列するのがより容易であることにある。
所望により、12で示す位置の代りに第４図の12Aにお
いて破線で示す位置にダイクロイックフィルタを設ける
ことが可能である。レーザビームはそのとき10の代りに
10Aで系に入射する。この構成は入力レーザビームは空
間フィルタ14を通過する必要がないという利点を有す
る。その結果、レーザビームが穴30の縁に当り、そこか
らの散乱を生じるという危険がない。そのような散乱は
望ましくない。というのは、穴の縁が極端に清浄に保た
れない限り、汚れが少しでもあると未知のラマン散乱光
を生じて分析器20を通過してCCD24上に記録されるから
である。逆に、ダイクロイックフィルタを位置12に配置
することは、装置を設定するときに容易に視ることので
きる光を使用して穴30の位置を調整できるという利点を
有する。12Aにおけるダイクロイックフィルタでは、ダ
イクロイックフィルタを通過して空間フィルタ14に至る
ラマン散乱光は満足に視ることができない。さらに、ダ
イクロイックフィルタを12に置くことは、空間フィルタ
14はWO90/07108号公報に記載のような既存の装置に対し
て顕微鏡と装置の残りとの間に容易に追加でき、調整の
ために容易に接近できることを意味する。
いて破線で示す位置にダイクロイックフィルタを設ける
ことが可能である。レーザビームはそのとき10の代りに
10Aで系に入射する。この構成は入力レーザビームは空
間フィルタ14を通過する必要がないという利点を有す
る。その結果、レーザビームが穴30の縁に当り、そこか
らの散乱を生じるという危険がない。そのような散乱は
望ましくない。というのは、穴の縁が極端に清浄に保た
れない限り、汚れが少しでもあると未知のラマン散乱光
を生じて分析器20を通過してCCD24上に記録されるから
である。逆に、ダイクロイックフィルタを位置12に配置
することは、装置を設定するときに容易に視ることので
きる光を使用して穴30の位置を調整できるという利点を
有する。12Aにおけるダイクロイックフィルタでは、ダ
イクロイックフィルタを通過して空間フィルタ14に至る
ラマン散乱光は満足に視ることができない。さらに、ダ
イクロイックフィルタを12に置くことは、空間フィルタ
14はWO90/07108号公報に記載のような既存の装置に対し
て顕微鏡と装置の残りとの間に容易に追加でき、調整の
ために容易に接近できることを意味する。
空間フィルタとして動作するためには、スリット30の
幅は非常に小さく、典型的には10μｍ以下でなければな
らない。最大値は50μｍになろう。このように、スリッ
ト30は、十分量の光を集めるために例えば最低200μｍ
のようにずっと大きな従来のモノクロメータに普通に設
けられている入口スリット、出口スリットと混同される
べきでない。
幅は非常に小さく、典型的には10μｍ以下でなければな
らない。最大値は50μｍになろう。このように、スリッ
ト30は、十分量の光を集めるために例えば最低200μｍ
のようにずっと大きな従来のモノクロメータに普通に設
けられている入口スリット、出口スリットと混同される
べきでない。
上述した本発明の種々の例ではCCDを検知器として使
用した。しかし、第２図において円26内に光を検出し、
この円の外側の光を遮断するには、正しいサイズの、例
えば雪崩型フォトダイオードの単一の光検出器を使用す
ることが可能である。この構成も回折格子により生成さ
れる単一のラマンバンドを検出するのに使用することが
できる。第３図および第５図において線44同士の間の光
を検出し、他の光を遮断するには、適当な幅を持つ一次
元（すなわち、線形）光検出器アレイを使用することが
できる。
用した。しかし、第２図において円26内に光を検出し、
この円の外側の光を遮断するには、正しいサイズの、例
えば雪崩型フォトダイオードの単一の光検出器を使用す
ることが可能である。この構成も回折格子により生成さ
れる単一のラマンバンドを検出するのに使用することが
できる。第３図および第５図において線44同士の間の光
を検出し、他の光を遮断するには、適当な幅を持つ一次
元（すなわち、線形）光検出器アレイを使用することが
できる。
さらなる可能性は、他に使用されていないCCDのピク
セル（例えば、円38（第２図）の外側または線46（第３
図および第５図）の外側のピクセル）を使用して背景光
のDCレベルを検出することである。これは、ついで、関
心のあるピクセルにより生成された信号からコンピュー
タ25により減算される。
セル（例えば、円38（第２図）の外側または線46（第３
図および第５図）の外側のピクセル）を使用して背景光
のDCレベルを検出することである。これは、ついで、関
心のあるピクセルにより生成された信号からコンピュー
タ25により減算される。
上述した第４図および第５図は回折格子のような分散
性素子が分析器20として使用されるときにいかに完全な
共焦点作用が得られるかを説明したものである。第６図
および第７図を用いて、同様の結果が達成されるが空間
フィルタ14を必要としない（すなわち、第１図に示すハ
ードウェアを使用する）技法を説明する。これらの技法
は、コンピュータ25内でもっと複雑なイメージ処理ソフ
トウェアを使用してCCD24から受領したデータを分析し
ている。従って、第４図および第５図の実施例と比べ
て、これらの技法はより単純でより安価な光学的−機械
的構成の利点を有するが、これと引き替えに、より時間
のかかり、より大きなコンピュータや、コンピュータ処
理を必要とする可能性がある。
性素子が分析器20として使用されるときにいかに完全な
共焦点作用が得られるかを説明したものである。第６図
および第７図を用いて、同様の結果が達成されるが空間
フィルタ14を必要としない（すなわち、第１図に示すハ
ードウェアを使用する）技法を説明する。これらの技法
は、コンピュータ25内でもっと複雑なイメージ処理ソフ
トウェアを使用してCCD24から受領したデータを分析し
ている。従って、第４図および第５図の実施例と比べ
て、これらの技法はより単純でより安価な光学的−機械
的構成の利点を有するが、これと引き替えに、より時間
のかかり、より大きなコンピュータや、コンピュータ処
理を必要とする可能性がある。
第６図は第３図に相当するCCD24の図であるが、より
詳細に示している。分散性分析器20（理想化された場
合）により生成されたラマンスペクトルのバンドは線44
内にある小さなスポット60により示される。そのような
理想化された描図は、しかしながら、下記の３つの仮定
が満たされる場合にのみ得られる。すなわち、 （ａ）サンプル18の光照射は小領域にわたるというより
も点状であることが必要であり； （ｂ）すべての散乱は、焦点の上または下の隣接平面か
らではなくレンズ16の焦点面からでなくてはならず；か
つ （ｃ）ラマン散乱は光子と非常に精密に規定された周波
数値を有するフォノンの相互作用により惹起され、各ラ
マンバンドは鋭く、非常に狭い幅（すなわち、精密に規
定された波数）を有することが必要である。
詳細に示している。分散性分析器20（理想化された場
合）により生成されたラマンスペクトルのバンドは線44
内にある小さなスポット60により示される。そのような
理想化された描図は、しかしながら、下記の３つの仮定
が満たされる場合にのみ得られる。すなわち、 （ａ）サンプル18の光照射は小領域にわたるというより
も点状であることが必要であり； （ｂ）すべての散乱は、焦点の上または下の隣接平面か
らではなくレンズ16の焦点面からでなくてはならず；か
つ （ｃ）ラマン散乱は光子と非常に精密に規定された周波
数値を有するフォノンの相互作用により惹起され、各ラ
マンバンドは鋭く、非常に狭い幅（すなわち、精密に規
定された波数）を有することが必要である。
もちろん、現実には、これらの仮定が完全には満たさ
れることはない。仮定（ａ）および（ｂ）が満たされな
いと、その結果、線46の間で、第６図の大きい方の円62
により示されるように、イメージのぼけが生じる。精密
に規定されたフォノン周波数（仮定（ｃ））を持たない
効果は、ラマンバンドのそれぞれを広げて、第６図に示
すスポット60の代りに第７図に示す線60Aを与えること
があるこれに対応するぼけは、円62の代りに楕円62Aに
よって示される。本発明の好適な実施例におけるような
共焦点技法の目的は、特に仮定（ｂ）満たされない場合
のぼけ効果を低減させることである。
れることはない。仮定（ａ）および（ｂ）が満たされな
いと、その結果、線46の間で、第６図の大きい方の円62
により示されるように、イメージのぼけが生じる。精密
に規定されたフォノン周波数（仮定（ｃ））を持たない
効果は、ラマンバンドのそれぞれを広げて、第６図に示
すスポット60の代りに第７図に示す線60Aを与えること
があるこれに対応するぼけは、円62の代りに楕円62Aに
よって示される。本発明の好適な実施例におけるような
共焦点技法の目的は、特に仮定（ｂ）満たされない場合
のぼけ効果を低減させることである。
コンピュータ25内のソフトウェアにより実行すること
ができるイメージ処理アルゴリズムはぼけを低減または
除去する効果があり、円62からスポット60を回復し、ま
たは楕円62Aから線60Aを回復する。いずれの場合も、こ
のアルゴリズムの第１の工程はCCDからのイメージのす
べてのデータをコンピュータ25のメモリー（またはハー
ドディスクのような適当な格納媒体）内に読み込むこと
である。データはコンピュータ内でCCDの各ピクセルに
対応して１つの格納位置を持つアレイとして格納され
る。
ができるイメージ処理アルゴリズムはぼけを低減または
除去する効果があり、円62からスポット60を回復し、ま
たは楕円62Aから線60Aを回復する。いずれの場合も、こ
のアルゴリズムの第１の工程はCCDからのイメージのす
べてのデータをコンピュータ25のメモリー（またはハー
ドディスクのような適当な格納媒体）内に読み込むこと
である。データはコンピュータ内でCCDの各ピクセルに
対応して１つの格納位置を持つアレイとして格納され
る。
このアルゴリズムの次の工程は第６図および第７図に
示されるＸ方向に相当する方向に格納されたデータを走
査することである。これは線44内の一列のピクセルに対
応する一列の格納されたデータのアレイに沿って行うこ
とができる。この走査から、アルゴリズムは各円62の真
中で最大照度点を決定する。円62が真円であり、かつ、
各個別のラマンバンドの幅についての情報は必要がない
単純な場合、アルゴリズムは各最大照度点の位置を対応
するラマンバンドの波数としてアウトプットすることが
できる。この単純な場合、アルゴリズムは、次いで、
（円62のそれぞれについて）円62内で走査されたばかり
の照度の値の合計（または平均）を決定することができ
る。この値もアウトプットされて各ラマンバンドに関連
した強度値を与える。
示されるＸ方向に相当する方向に格納されたデータを走
査することである。これは線44内の一列のピクセルに対
応する一列の格納されたデータのアレイに沿って行うこ
とができる。この走査から、アルゴリズムは各円62の真
中で最大照度点を決定する。円62が真円であり、かつ、
各個別のラマンバンドの幅についての情報は必要がない
単純な場合、アルゴリズムは各最大照度点の位置を対応
するラマンバンドの波数としてアウトプットすることが
できる。この単純な場合、アルゴリズムは、次いで、
（円62のそれぞれについて）円62内で走査されたばかり
の照度の値の合計（または平均）を決定することができ
る。この値もアウトプットされて各ラマンバンドに関連
した強度値を与える。
もっと込み入ったアルゴリズムは線46の間のすべての
ピクセルを走査することができる（すなわち、前の一次
元走査の代りの二次元走査）。円62のそれぞれについ
て、このアルゴリズムは図心（centroid）を決定してそ
の図心のＸ方向の位置を対応するラマンバンドの波数と
してアウトプットする。再び、このラマンバンドの強度
は該当する円62内で走査されたばかりの値を合計または
平均することにより決定することができる。
ピクセルを走査することができる（すなわち、前の一次
元走査の代りの二次元走査）。円62のそれぞれについ
て、このアルゴリズムは図心（centroid）を決定してそ
の図心のＸ方向の位置を対応するラマンバンドの波数と
してアウトプットする。再び、このラマンバンドの強度
は該当する円62内で走査されたばかりの値を合計または
平均することにより決定することができる。
しかしながら、上述した２種のアルゴリズムのいずれ
も第７図の線60Aにより示されるラマンバンドの幅につ
いての情報を与えない。また、それらはラマンバンドの
形（すなわち、線60A内の強度分析）についての情報も
与えない。そのような情報が要求されるときは、もっと
複雑なイメージ処理技術を利用することができる。この
ために、ソフトウェアはつぎのようなアルゴリズムを行
う。このアルゴリズムは、楕円62Aは多数の仮想の重な
り合う円62Bであって、各仮想円は線60A内の異なるピク
セルを中心としており、各仮想円はぼけ（第６図の円62
におけると同じ仕方で生起する）に対応しているものと
考えてよい、とする仮定に基づいている。
も第７図の線60Aにより示されるラマンバンドの幅につ
いての情報を与えない。また、それらはラマンバンドの
形（すなわち、線60A内の強度分析）についての情報も
与えない。そのような情報が要求されるときは、もっと
複雑なイメージ処理技術を利用することができる。この
ために、ソフトウェアはつぎのようなアルゴリズムを行
う。このアルゴリズムは、楕円62Aは多数の仮想の重な
り合う円62Bであって、各仮想円は線60A内の異なるピク
セルを中心としており、各仮想円はぼけ（第６図の円62
におけると同じ仕方で生起する）に対応しているものと
考えてよい、とする仮定に基づいている。
このアルゴリズムは以下のように進行する。まず、楕
円62Aのデータが前と同様に走査されてこの楕円の最大
照度の図心または点を決定する。次に、この点を含むピ
クセルの列（コラム）についてのデータがＹ方向に走査
されてこの中心点からの種々の異なる半径での強度分布
を決定する。近似として、この強度分布は楕円の図心の
ピクセル上に中心を置く仮想円の分布に対応するもの
と、かつ、この仮想円はＸ方向には同じ分布をしている
ものと仮定してもよい。しかしながら、この測定された
分布は、また、すべての他の仮想円からの寄与を含んで
いるので、Ｘ方向に測定された分布は対応しない。
円62Aのデータが前と同様に走査されてこの楕円の最大
照度の図心または点を決定する。次に、この点を含むピ
クセルの列（コラム）についてのデータがＹ方向に走査
されてこの中心点からの種々の異なる半径での強度分布
を決定する。近似として、この強度分布は楕円の図心の
ピクセル上に中心を置く仮想円の分布に対応するもの
と、かつ、この仮想円はＸ方向には同じ分布をしている
ものと仮定してもよい。しかしながら、この測定された
分布は、また、すべての他の仮想円からの寄与を含んで
いるので、Ｘ方向に測定された分布は対応しない。
このアルゴリズムの次の工程は、従って、他の仮想円
のそれぞれについて、この走査をＹ方向に繰り返すこと
である。すなわち、Ｙ分布は線60Aに沿う各ピクセルに
対応して決定される。線60Aの所与のピクセルについて
の真の強度値を得るには、アルゴリズムは、次に、その
所与のピクセルの測定された強度値からすべての他の仮
想円からの寄与を減算する。仮想円のそれぞれについ
て、減算されるべき値は、その円に対応するＹ分布走査
から決定される。円内の適当な半径に対する強度値であ
る。使用すべき適当な半径は問題としているピクセルと
問題としている円の中心との間の距離に相当する。その
ような減算は仮想円のそれぞれについて行われる。全工
程が線60Aに沿う各ピクセルに対して繰り返される。
のそれぞれについて、この走査をＹ方向に繰り返すこと
である。すなわち、Ｙ分布は線60Aに沿う各ピクセルに
対応して決定される。線60Aの所与のピクセルについて
の真の強度値を得るには、アルゴリズムは、次に、その
所与のピクセルの測定された強度値からすべての他の仮
想円からの寄与を減算する。仮想円のそれぞれについ
て、減算されるべき値は、その円に対応するＹ分布走査
から決定される。円内の適当な半径に対する強度値であ
る。使用すべき適当な半径は問題としているピクセルと
問題としている円の中心との間の距離に相当する。その
ような減算は仮想円のそれぞれについて行われる。全工
程が線60Aに沿う各ピクセルに対して繰り返される。
このアルゴリズムの最終工程は線60A内の各ピクセル
に対して得られた強度値を対応する波数（Ｘ方向の位
置）とともにアウトプットすることである。
に対して得られた強度値を対応する波数（Ｘ方向の位
置）とともにアウトプットすることである。
もちろん、所望により、もっと複雑なイメージ処理ア
ルゴリズムを考案することも可能である。例えば、アル
ゴリズムは円62または楕円62Aで示したものよりも複雑
なぼけを処理するように考案してもよい。例としてはサ
ンプル18の照射された領域19が不均一な表面粗さを有し
ていたり、刻み面のある表面（例えばダイアモンドフィ
ルム）を有する場合である。
ルゴリズムを考案することも可能である。例えば、アル
ゴリズムは円62または楕円62Aで示したものよりも複雑
なぼけを処理するように考案してもよい。例としてはサ
ンプル18の照射された領域19が不均一な表面粗さを有し
ていたり、刻み面のある表面（例えばダイアモンドフィ
ルム）を有する場合である。
産業上の利用可能性
上述した方法はラマン分光分析以外の分光分析技法、
例えば蛍光分光分析および赤外分光分析にも類似の仕方
で使用することができる。
例えば蛍光分光分析および赤外分光分析にも類似の仕方
で使用することができる。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−245716（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−272714（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−267512（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−33711（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/61
G01N 21/62 - 21/74
G01J 3/00 - 3/52
G02B 21/00
ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (13)
- 【請求項１】サンプルに光を照射して散乱光スペクトル
を得るステップと、 前記スペクトルを分析するステップと、 前記分析されたスペクトルの少なくとも一つの成分を光
検出器に通し、前記サンプルの所与の面から散乱する光
を前記光検出器の所与の領域に合焦させ、前記サンプル
の他の面から散乱する光を前記光検出器に合焦させない
ステップと を具備する分光分析方法であって、 前記光はスリットを備えた一次元空間フィルタを通過し
て第一の次元で共焦点作用をもたらし、 前記光検出器の前記所与の領域で受ける光が、前記所与
の領域外で受ける光を含まずに、またはこの光と分離し
て検出され、前記所与の領域は前記第一の次元を横切る
第二の次元で共焦点作用をもたらすように形成されてい
ることを特徴とする分光分析方法。 - 【請求項２】前記光検出器の前記所与の領域が細長いこ
とを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。 - 【請求項３】前記光検出器の前記所与の領域が前記スリ
ットを横切る方向に延在していることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の分光分析方法。 - 【請求項４】前記光検出器はピクセルのアレイを備え、
前記所与の領域の前記光が前記ピクセルの一部からのデ
ータを選択的にまとめて貯蔵することにより検出される
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載
の分光分析方法。 - 【請求項５】前記光検出器はピクセルの二次元アレイを
備え、前記合焦する前記光は前記アレイにより与えられ
るイメージを表すデータを処理することによって検出さ
れることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに
記載の分光分析方法。 - 【請求項６】前記スペクトルがラマン散乱光のスペクト
ルであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れ
かに記載の分光分析方法。 - 【請求項７】サンプルに光を照射して散乱光のスペクト
ルを得る手段と、 前記スペクトルを分析する手段と、 光検出器と、 前記分析されたスペクトルの少なくとも一つの成分を前
記光検出器に通し、前記サンプルの所与の面から散乱さ
れた光を前記光検出器の所与の領域に合焦させ前記サン
プルの他の面から散乱された光を前記光検出器に合焦さ
せない手段と を具備する分光分析装置であって、 前記光はスリットを備えた一次元空間フィルタを通過し
て第一の次元で共焦点作用をもたらし、 前記光検出器の前記所与の領域で受ける光が、前記所与
の領域外で受ける光を含まずに、またはこの光と分離し
て検出され、前記所与の領域は前記第一の次元を横切る
第二の次元で共焦点作用をもたらすように形成されてい
ることを特徴とする分光分析装置。 - 【請求項８】前記光検出器の前記所与の領域が細長いこ
とを特徴とする請求項７に記載の分光分析装置。 - 【請求項９】前記光検出器の前記所与の領域が前記スリ
ットを横切る方向に延在していることを特徴とする請求
項７または請求項８に記載の分光分析装置。 - 【請求項１０】前記光検出器はピクセルのアレイを備え
たことを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記
載の分光分析装置。 - 【請求項１１】前記所与の領域の前記ピクセルの一部か
らのデータを選択的にまとめて貯蔵する手段を有するこ
とを特徴とする請求項10に記載の分光分析装置。 - 【請求項１２】前記光検出器はピクセルの二次元アレイ
を備え、前記アレイにより与えられるイメージを表すデ
ータを受け、このイメージデータを処理して合焦される
前記光を検出する計算手段を有することを特徴とする請
求項10または請求項11に記載の分光分析装置。 - 【請求項１３】前記スペクトルがラマン散乱光のスペク
トルであることを特徴とする請求項７から請求項12の何
れかに記載の分光分析装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB919112343A GB9112343D0 (en) | 1991-06-08 | 1991-06-08 | Surface analysis apparatus |
| GB9112343.0 | 1991-06-08 | ||
| GB9124397.2 | 1991-11-16 | ||
| GB919124397A GB9124397D0 (en) | 1991-11-16 | 1991-11-16 | Raman analysis apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06500637A JPH06500637A (ja) | 1994-01-20 |
| JP3377209B2 true JP3377209B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=26299038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51130592A Expired - Lifetime JP3377209B2 (ja) | 1991-06-08 | 1992-06-08 | 共焦点分光分析 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0542962B2 (ja) |
| JP (1) | JP3377209B2 (ja) |
| DE (1) | DE69203830T3 (ja) |
| WO (1) | WO1992022793A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021215166A1 (ja) | 2020-04-24 | 2021-10-28 | 株式会社堀場製作所 | 分光分析装置、分光分析方法及びコンピュータプログラム |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0543578B1 (en) | 1991-11-16 | 1995-06-28 | RENISHAW plc | Spectroscopic apparatus and methods |
| DE19722790B4 (de) * | 1997-05-30 | 2006-01-05 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Anordnung und Verfahren zur zeitaufgelösten Messung nach dem Scannerprinzip |
| US6389306B1 (en) * | 1998-04-24 | 2002-05-14 | Lightouch Medical, Inc. | Method for determining lipid and protein content of tissue |
| ATE269663T1 (de) | 1998-04-24 | 2004-07-15 | Lightouch Medical Inc | Gerät und verfahren zur thermischen modulation von gewebe |
| DE19915137C2 (de) * | 1999-03-26 | 2001-10-18 | Michael Schaefer | Verfahren zur Quantifizierung mehrerer Fluorochrome in einer mehrfach gefärbten Probe bei der Fluoreszenzmikroskopie und Verwendungen des Verfahrens |
| JP2002181625A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-06-26 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 分光測定装置 |
| GB0106342D0 (en) | 2001-03-15 | 2001-05-02 | Renishaw Plc | Spectroscopy apparatus and method |
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