JP7028335B2 - 顕微分光装置、及び顕微分光方法 - Google Patents
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Description
本発明は、試料のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルと、赤外吸収スペクトルとを取得可能な顕微分光装置及び顕微分光法に関し、特に、これらを空間的、時間的に同時取得可能な一体型の顕微分光装置及び顕微分光法に関する。
従来、有機物サンプル（例えば、食品包装、塗料等）の同定のために赤外分光顕微鏡が用いられ、無機物サンプル（例えば、鉄やチタン等の金属酸化物）の同定のために、ラマン分光分顕微鏡が用いられている。
赤外分光顕微鏡は、フーリエ変換赤外分光計と顕微鏡とを組み合わせて、赤外線波長域で顕微分光を行う装置である。赤外分光顕微鏡は、赤外光束をごく小さな面積に集光させるように設計されており、近年、光源に中赤外レーザを用いて、５～１０μｍ帯の赤外スペクトルが取得可能なシステムも実用に供されている。なお、このようなシステムの空間分解能は、赤外光束のスポットサイズに依存し、一般に、約１０μｍである。
また、ラマン分光顕微鏡は可視～近赤外光波長域で顕微分光を行う装置であり、励起光を試料に照射し、試料から発生するラマン散乱光をノッチフィルタ（ロングパスフィルタ）、レンズ、アパーチャーを介して分光器（ＣＣＤ）に導入することでラマンスペクトルを得る（例えば、特許文献１）。このようなシステムにおいては、回折限界まで光束を集光させることで空間分解能を１μｍ以下に設定することが可能となる。
また、上記赤外分光顕微鏡とラマン分光顕微鏡の測定原理である赤外分光法とラマン分光法は、いずれも振動分光法であるが、上述のように、測定対象によって活性が異なるため、同一微小領域のラマンと赤外の両方のスペクトルを同時に測定可能な、ラマン赤外一体型顕微分光装置も提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１のような構成によれば、１台の顕微分光装置でラマンと赤外の両方のスペクトルを測定できるため、設置スペース、測定時間、及び経費が節約できる。しかしながら、特許文献１の構成は、試料に対して赤外光と可視光を同時に入射させ、試料を透過した赤外光を赤外検出器で検出して赤外分光スペクトルを取得し、試料を透過した可視光を可視検出器で検出してラマンスペクトルを取得する構成であり、ラマンスペクトルの空間分解能（約１μｍ）に比較して、赤外分光スペクトルの空間分解能（約１０μｍ）が低下してしまうといった問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い空間分解能（約１μｍ）のラマンスペクトルと赤外スペクトルを空間的、時間的に同時に取得可能な顕微分光装置及び顕微分光方法を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の顕微分光装置は、中赤外波長域のポンプ光を出射する波長可変の第１の光源と、可視域のプローブ光を出射する第２の光源と、赤外光源の波長を変化させる光源制御部と、ポンプ光とプローブ光を合成し、試料の微小部位に集光する第１光学系と、試料の透過光又は反射光からプローブ光を少なくとも遮断する第２光学系と、第２光学系からの光が入射し、該入射光を検出する検出器と、プローブ光が試料に照射されているときの、入射光のスペクトルを、試料のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルとして取得する第１スペクトル取得手段と、プローブ光及びポンプ光が試料に照射されているときの、光源制御部による波長の変化に対する入射光のスペクトルの変化に基づいて、試料の赤外吸収スペクトルを取得する第２スペクトル取得手段と、を備えることを特徴とする。
なお、ここで言う「波長」は「波数」と一義的に対応するものであり、「波数」を用いて同様の構成を組み立てることも可能である。
また、第２スペクトル取得手段は、ポンプ光の波長をνとし、プローブ光のみが試料に照射されているときの、入射光のスペクトルをＩ１（ν）とし、プローブ光及びポンプ光が試料に照射されているときの、入射光のスペクトルをＩ２（ν）としたとき、以下の式（１）に基づいて試料の赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）を求め、該赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）に基づいて、試料の赤外吸収スペクトルを作成することができる。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｋは、所定の係数である。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｋは、所定の係数である。
また、赤外光源が、外部共振器型半導体レーザであってもよい。
また、第１光学系は、ポンプ光とプローブ光が同軸上の光となるように合成することができる。
また、赤外光源の波長を測定する波長計をさらに備え、光源制御部は、波長計で測定される波長に基づいて、赤外光源の波長を変化させるように構成することができる。
また、ポンプ光が試料に照射されているときに、微小部位周辺に熱レンズ効果Ｅによる屈折率分布が生じるように構成することができる。
また、別の観点からは、本発明の顕微分光方法は、波長可変の第１の光源から出射される中赤外波長域のポンプ光と、第２の光源から出射される可視域のプローブ光とを合成し、試料の微小部位に集光する工程と、試料の透過光又は反射光からプローブ光を少なくとも遮断して測定光を得る工程と、プローブ光を試料に照射して、測定光のスペクトルを、試料のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルとして取得する工程と、プローブ光及びポンプ光を試料に照射して、ポンプ光の波長の変化に対する測定光のスペクトルの変化に基づいて、試料の赤外吸収スペクトルを取得する工程と、を含むことを特徴とする。
以上のように、本発明の顕微分光装置及び顕微分光方法によれば、可視域の入射光（又は測定光）のみを検出して、該入射光（又は測定光）からラマンスペクトル又は蛍光スペクトルと、赤外吸収スペクトルとを取得するため、高い空間分解能（約１μｍ）のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルと、赤外スペクトルとを空間的、時間的に同時に取得することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の顕微分光装置１００は、試料Ｓの透過光Ｔからラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを取得する装置である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の顕微分光装置１００は、試料Ｓの透過光Ｔからラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを取得する装置である。
顕微分光装置１００は、中赤外波長域のポンプ光ＩＲを出射する波長可変の赤外光源（第１の光源）１１１と、赤外光源１１１の波長を変化させる光源制御部１１２と、可視域のプローブ光Ｖを出射する可視光源（第２の光源）１１３と、試料Ｓが載置されるステージ１５０と、赤外光源１１１及び可視光源１１３からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖをステージ１５０上に導光する第１光学系１２０と、試料Ｓの透過光Ｔを検出する検出器１４０と、試料Ｓの透過光Ｔを試料Ｓから検出器１４０に導光する第２光学系１３０と、光源制御部１１２、可視光源１１３及び検出器１４０を制御すると共に、ラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを算出するコンピュータ１６０と、を備えている。
赤外光源１１１は、試料Ｓの赤外吸収スペクトルの波長範囲（例えば、３～１０μｍ）で波長可変のものであり、例えば、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）、注入電流制御型波長可変ダイオードレーザによって構成される。なお、赤外光源１１１からは、ポンプ光ＩＲが略平行光として出射されるように構成されている。
光源制御部１１２は、赤外光源１１１とコンピュータ１６０に接続され、コンピュータ１６０の指示によって赤外光源１１１を制御する電子回路である。光源制御部１１２は、コンピュータ１６０からの指示に従って、赤外光源１１１をオン／オフすると共に、所定の波長及び光量で赤外光源１１１を発光させる。
可視光源１１３は、試料Ｓのラマンスペクトルを測定可能な波長（例えば、５００～９００ｎｍ）のものであり、例えば、半導体レーザによって構成される。可視光源１１３は、コンピュータ１６０に接続され、コンピュータ１６０からの指示に従って、オン／オフされる。なお、可視光源１１３からは、プローブ光Ｖが略平行光として出射されるように構成されている。
第１光学系１２０は、フィルタ１２１と、ミラー１２３と、ミラー１２５と、ミラー１２７と、対物レンズ１２９とから構成されている。フィルタ１２１は、赤外光源１１１からのポンプ光ＩＲを透過させると共に、可視光源１１３からのプローブ光Ｖをミラー１２３に向けて反射させる、いわゆるロングパスフィルタである。なお、本実施形態においては、フィルタ１２１によって、ポンプ光ＩＲとプローブ光Ｖが重なり、同軸上の光となるように合成される。ミラー１２３、１２５、１２７は、フィルタ１２１からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖを対物レンズ１２９に導くための反射部材である。対物レンズ１２９は、ミラー１２７からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖをステージ１５０上の試料Ｓの微小部位に集光させる光学部材である。
ステージ１５０は、試料Ｓが載置される、ガラス等の透明の板状部材である。対物レンズ１２９からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖは、集光しながらステージ１５０を透過し、ステージ１５０上の試料Ｓに入射する。そして、試料Ｓを透過した透過光Ｔが第２光学系１３０の対物レンズ１３１に向けて出射されるようになっている。なお、本実施形態の透過光Ｔには、プローブ光Ｖと試料Ｓで発生するストークス・ラマン散乱光（以下、「ラマン散乱光ＳＬ」という。）が含まれている（詳細は後述）。
第２光学系１３０は、対物レンズ１３１と、ミラー１３３と、フィルタ１３５と、レンズ１３７と、アパーチャー１３９と、から構成されている。対物レンズ１３１は、試料Ｓを透過した透過光Ｔを略平行光となるように整形する光学部材であり、整形後の透過光Ｔをミラー１３３に出射する。ミラー１３３は、対物レンズ１３１からの透過光Ｔをフィルタ１３５に導くための反射部材である。フィルタ１３５は、透過光Ｔに含まれるプローブ光Ｖを透過させると共に、透過光Ｔに含まれる、プローブ光Ｖよりも長い波長のラマン散乱光ＳＬをレンズ１３７に向けて反射させる、いわゆるショートパスフィルタ又はノッチフィルタである。レンズ１３７は、フィルタ１３５からのラマン散乱光ＳＬを検出器１４０の入射口（不図示）に集光させる光学部材である。また、アパーチャー１３９は、レンズ１３７と検出器１４０の入射口との間に配置された、円形の開口絞りを有する部材であり、レンズ１３７からのラマン散乱光ＳＬを所定のビーム径に整形すると共に、不要光をカットする。
検出器１４０は、アパーチャー１３９を介して入射するラマン散乱光ＳＬを検出する装置であり、例えば、ラマン散乱光ＳＬのスペクトル及び光量を測定可能な分光器である。検出器１４０は、コンピュータ１６０に接続され、コンピュータ１６０からの指示に従って、ラマン散乱光ＳＬのスペクトルを測定する。
コンピュータ１６０は、ユーザからの指示に従い、光源制御部１１２、可視光源１１３及び検出器１４０を制御し、ラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを算出する装置であり、例えば、汎用のＰＣ（Personal computer）によって構成される。
（ラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルの測定手順）
図２は、本実施形態に係る顕微分光装置１００を用いて、ラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを測定する場合の手順を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の測定手順では、先ず、ユーザからの指示を受けて、コンピュータ１６０が、可視光源１１３を制御し、所定の光量のプローブ光Ｖを照射させる（ステップＳ１）。可視光源１１３からのプローブ光Ｖは、フィルタ１２１、ミラー１２３、ミラー１２５、ミラー１２７、対物レンズ１２９を介して、ステージ１５０上の試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓの透過光Ｔが、対物レンズ１３１、ミラー１３３を介してフィルタ１３５に照射され、フィルタ１３５によってラマン散乱光ＳＬのみが抽出される。そして、ラマン散乱光ＳＬは、レンズ１３７、アパーチャー１３９を介して検出器１４０に入射する。次いで、コンピュータ１６０が、検出器１４０を制御し、検出器１４０で検出された全光量（スペクトル）Ｉ１（ν１）を得る（ステップＳ２）。
図２は、本実施形態に係る顕微分光装置１００を用いて、ラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを測定する場合の手順を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の測定手順では、先ず、ユーザからの指示を受けて、コンピュータ１６０が、可視光源１１３を制御し、所定の光量のプローブ光Ｖを照射させる（ステップＳ１）。可視光源１１３からのプローブ光Ｖは、フィルタ１２１、ミラー１２３、ミラー１２５、ミラー１２７、対物レンズ１２９を介して、ステージ１５０上の試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓの透過光Ｔが、対物レンズ１３１、ミラー１３３を介してフィルタ１３５に照射され、フィルタ１３５によってラマン散乱光ＳＬのみが抽出される。そして、ラマン散乱光ＳＬは、レンズ１３７、アパーチャー１３９を介して検出器１４０に入射する。次いで、コンピュータ１６０が、検出器１４０を制御し、検出器１４０で検出された全光量（スペクトル）Ｉ１（ν１）を得る（ステップＳ２）。
図３は、ステップＳ２のときの状態を説明する図であり、図３（ａ）は、プローブ光Ｖとラマン散乱光ＳＬとの関係を説明する模式図であり、図３（ｂ）は、ステップＳ２で得られる全光量Ｉ１（ν１）の一例を示すグラフである。なお、図３（ａ）においては、説明の便宜のため、対物レンズ１２９から検出器１４０までの光線を示し、対物レンズ１３１、ミラー１３３、フィルタ１３５、レンズ１３７は省略している。
図３（ａ）に示すように、ステップＳ２のとき、プローブ光Ｖがステージ１５０上の試料Ｓに照射され、試料Ｓのラマン散乱光ＳＬがアパーチャー１３９によって整形されて検出器１４０に入射する。そして、検出器１４０によって全光量Ｉ１（ν１）が検出される（図３（ｂ））。
図２に戻り、ステップＳ２が終了すると、コンピュータ１６０は、光源制御部１１２を介して赤外光源１１１を制御し、所定の最低波長（ν１）のポンプ光ＩＲを照射させる（ステップＳ３）。赤外光源１１１からのポンプ光ＩＲは、フィルタ１２１、ミラー１２３、ミラー１２５、ミラー１２７、対物レンズ１２９を介して、ステージ１５０上の試料Ｓに照射される。そして、コンピュータ１６０が、検出器１４０を制御し、検出器１４０で検出された全光量Ｉ２（ν１）を得る（ステップＳ４）。
図４は、ステップＳ４のときの状態を説明する図であり、図４（ａ）は、プローブ光Ｖ及びポンプ光ＩＲとラマン散乱光ＳＬとの関係を説明する模式図であり、図４（ｂ）は、ステップＳ４で得られる全光量Ｉ２（ν１）の一例を示すグラフである。なお、図４（ａ）においては、説明の便宜のため、図３（ａ）と同様、対物レンズ１２９から検出器１４０までの光線を示し、対物レンズ１３１、ミラー１３３、フィルタ１３５、レンズ１３７は省略している。
図４（ａ）に示すように、ステップＳ４のとき、ポンプ光ＩＲとプローブ光Ｖがステージ１５０上の試料Ｓに照射されるため、試料Ｓの周辺にはポンプ光ＩＲによる熱レンズ効果Ｅが発生し（つまり、屈折率が変化し）、ステップＳ２のとき（図３（ａ））と比較して、ラマン散乱光ＳＬの拡がり角が小さくなる。従って、アパーチャー１３９によるケラレが減少し（つまり、アパーチャー１３９の開口を通る光量が増加し）、検出器１４０によって検出される全光量Ｉ２（ν１）は、ポンプ光ＩＲのないときの全光量Ｉ１（ν１）と比較して増加することとなる（図４（ｂ））。なお、熱レンズ効果Ｅによる赤外透過率ＩＲＲは、一般に、以下の式（１）で表すことができ、ポンプ光ＩＲの波長によって変化する（つまり、赤外透過率ＩＲＲに波長依存性がある）ことが知られている。
ＩＲＲ（ν１）＝ｋ×Ｉ１（ν１）／Ｉ２（ν１）・・・（１）
なお、式（１）において、ｋは、所定の係数である。
ＩＲＲ（ν１）＝ｋ×Ｉ１（ν１）／Ｉ２（ν１）・・・（１）
なお、式（１）において、ｋは、所定の係数である。
そこで、本実施形態においては、ステップＳ４のときの全光量Ｉ２（ν１）と赤外透過率ＩＲＲからラマンスペクトルＲ（λ）を算出し、さらに、赤外透過率ＩＲＲの波長依存性を利用して、赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）を算出している。
具体的には、ステップＳ５において、コンピュータ１６０が、ステップＳ４で得られた全光量Ｉ２（ν１）と式（１）に基づいて、ラマンスペクトルＲ（λ）を算出する（図２）。
また、ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８において、コンピュータ１６０は、光源制御部１１２を介して赤外光源１１１を制御すると共に、検出器１４０を制御し、ポンプ光ＩＲの波長をν２、ν３、ν４・・・と掃引させながら（ステップＳ６）、各波長（ν２、ν３、ν４・・・）において、プローブ光Ｖのみ照射して全光量Ｉ１（ν２、ν３、ν４・・・）を取得し（ステップＳ７）、プローブ光Ｖ及びポンプ光ＩＲを照射して全光量Ｉ２（ν２、ν３、ν４・・・）を取得する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ５で得られた全光量Ｉ２（ν１）及びステップＳ８で得られた全光量Ｉ２（ν２、ν３、ν４・・・）と、式（１）で求まる各波長での赤外透過率ＩＲＲ（ν１、ν２、ν３、ν４・・・）から、赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）を算出する（ステップＳ９）。
つまり、本実施形態の赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）について、一般化すると、ポンプ光ＩＲの波長をνとし、プローブ光Ｖのみが試料Ｓに照射されているときの、入射光の光量をＩ１（ν）とし、プローブ光Ｖ及びポンプ光ＩＲが試料Ｓに照射されているときの、入射光の光量をＩ２（ν）としたとき、以下の式（２）に基づいて試料Ｓの赤外透過率ＩＲＲ（ν）を求め、赤外透過率ＩＲＲ（ν）に基づいて、試料Ｓの赤外吸収スペクトルを作成している。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（２）
ただし、式（２）において、ｋは、所定の係数である。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（２）
ただし、式（２）において、ｋは、所定の係数である。
そして、コンピュータ１６０は、不図示のモニタに、ステップＳ５で求めたラマンスペクトルＲ（λ）とステップＳ９で求めた赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）を表示する。
このように、本実施形態においては、ポンプ光ＩＲによる熱レンズ効果Ｅによって、赤外透過率ＩＲＲが変化することを利用して、赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）を算出している。つまり、本実施形態においては、従来のような赤外の吸収を直接測定する代わりに、ポンプ光ＩＲの波長の変化に伴う可視光（つまり、ラマン散乱光ＳＬ）のスペクトルの変化を測定して、赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）を得ている。従って、本実施形態の構成によれば、ラマンスペクトルＲ（λ）と同様、高い空間分解能（約１μｍ）の赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）が得られる。また、本実施形態の構成によれば、可視光（つまり、ラマン散乱光ＳＬ）のスペクトルのみが得られる検出器１４０を１台使用すればよいため、従来のような赤外域のスペクトルを得るための分光器が不要となる。
以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、本実施形態の構成および具体的数値構成等に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
例えば、本実施形態の顕微分光装置１００は、試料Ｓの透過光Ｔからラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを取得する装置であるとしたが、試料Ｓが蛍光を発する物質を含む場合、ラマンスペクトルに代えて、蛍光スペクトルが測定される。
また、本実施形態においては、最低波長（ν１）のポンプ光ＩＲとプローブ光Ｖを照射したときの全光量Ｉ２（ν１）と、ポンプ光ＩＲのないときの全光量Ｉ１（ν１）からラマンスペクトルＲ（λ）を算出しているが（図２：ステップＳ５）、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。ラマンスペクトルＲ（λ）は、ポンプ光ＩＲの波長に依存しないため、プローブ光Ｖのみを照射させたときの全光量Ｉ１（ν１、ν２、ν３、ν４・・・）のいずれかをラマンスペクトルＲ（λ）とすることができる。
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態の顕微分光装置２００は、試料Ｓの反射光ＲＬからラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを取得する装置であり、第１光学系２２０と、第２光学系２３０の構成が異なる点で、第１の実施形態の顕微分光装置１００と異なっている。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態の顕微分光装置２００は、試料Ｓの反射光ＲＬからラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルを取得する装置であり、第１光学系２２０と、第２光学系２３０の構成が異なる点で、第１の実施形態の顕微分光装置１００と異なっている。
本実施形態の第１光学系２２０は、フィルタ２２１と、フィルタ２２４と、ミラー２２７と、対物レンズ２２９とから構成されており、第２光学系２３０は、対物レンズ２２９と、ミラー２２７と、フィルタ２２４と、レンズ２３７と、アパーチャー２３９と、から構成されている。つまり、フィルタ２２４、ミラー２２７、及び対物レンズ２２９が第１光学系２２０及び第２光学系２３０として共用されている。
フィルタ２２１は、赤外光源１１１からのポンプ光ＩＲを透過させると共に、可視光源１１３からのプローブ光Ｖをフィルタ２２４に向けて反射させる、いわゆるロングパスフィルタである。なお、本実施形態においても、フィルタ２２１によって、ポンプ光ＩＲとプローブ光Ｖが重なり、同軸上の光となるように合成される。フィルタ２２４は、ポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖをミラー２２７に向けて透過させると共に、ミラー２２７からフィルタ２２４に向けて出射される反射光ＲＬに含まれるポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖを透過させ、さらに反射光ＲＬに含まれる、プローブ光Ｖよりも長い波長のラマン散乱光ＳＬをレンズ２３７に向けて反射させる、いわゆるショートパスフィルタ又はノッチフィルタである。ミラー２２７は、フィルタ２２４からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖを対物レンズ２２９に導くと共に、対物レンズ２２９からの反射光ＲＬをフィルタ２２４に導くための反射部材である。対物レンズ２２９は、ミラー２２７からのポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖをステージ１５０上の試料Ｓの微小部位に集光させると共に、試料Ｓで反射した反射光ＲＬを略平行光となるように整形する光学部材である。このように、本実施形態においては、試料Ｓで反射した反射光ＲＬは、対物レンズ２２９、ミラー２２７、フィルタ２２４を逆に（つまり、ポンプ光ＩＲ及びプローブ光Ｖとは逆方向に）進む。そして、フィルタ２２４によって反射されたラマン散乱光ＳＬは、レンズ２３７によって集光され、アパーチャー２３９を通って、検出器１４０の入射口（不図示）に集光される。
なお、検出器１４０に入射したラマン散乱光ＳＬは、上述のラマンスペクトル及び赤外吸収スペクトルの測定手順（図２～図４参照）に従って処理され、第１の実施形態と同様、赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）及びラマンスペクトルＲ（λ）が得られる。なお、この場合、第１の実施形態の「赤外透過率ＩＲＲ」は、「赤外反射率ＩＲＲ」として読み替えて適用すればよい。
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態の顕微分光装置３００は、赤外光源１１１から出射されるポンプ光ＩＲの波長を測定する波長計３１３を備える点で、第１の実施形態の顕微分光装置１００と異なっている。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る顕微分光装置の概略構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態の顕微分光装置３００は、赤外光源１１１から出射されるポンプ光ＩＲの波長を測定する波長計３１３を備える点で、第１の実施形態の顕微分光装置１００と異なっている。
本実施形態の波長計３１３は、２枚のエタロンを平行に置いたファブリ・ペロー干渉計やフィゾー干渉計からなる装置であり、赤外光源１１１から出射されるポンプ光ＩＲの波長を測定し、その結果を光源制御部１１２に出力する。従って、光源制御部１１２が波長計３１３からの出力を赤外光源１１１にフィードバックする（つまり、赤外光源１１１の波長を補正する）ことにより、赤外光源１１１からは所望する正確な波長のポンプ光ＩＲが出力される。
従って、本実施形態の構成によれば、より正確な赤外吸収スペクトルＩＲ（ν）及びラマンスペクトルＲ（λ）が得られる。
なお、本実施形態においては、波長計３１３は、赤外光源１１１から出射されるポンプ光ＩＲの波長を測定するものとしたが、第１光学系１２０内のポンプ光ＩＲの波長を測定すればよく、例えば、ミラー１２７に近接して配置してもよい。この場合、第１光学系１２０中に存在する水の吸収や各光学部品による光吸収の影響なども含めて波長補正や強度補正が可能となる。
１００、２００、３００ ：顕微分光装置
１１１ ：赤外光源
１１２ ：光源制御部
１１３ ：可視光源
１２０、２２０ ：第１光学系
１２１、１３５、２２１、２２４ ：フィルタ
１２３、１２５、１２７、１３３、２２７ ：ミラー
１２９、１３１、２２９ ：対物レンズ
１３０、２３０ ：第２光学系
１３７、２３７ ：レンズ
１３９、２３９ ：アパーチャー
１４０ ：検出器
１５０ ：ステージ
１６０ ：コンピュータ
３１３ ：波長計
１１１ ：赤外光源
１１２ ：光源制御部
１１３ ：可視光源
１２０、２２０ ：第１光学系
１２１、１３５、２２１、２２４ ：フィルタ
１２３、１２５、１２７、１３３、２２７ ：ミラー
１２９、１３１、２２９ ：対物レンズ
１３０、２３０ ：第２光学系
１３７、２３７ ：レンズ
１３９、２３９ ：アパーチャー
１４０ ：検出器
１５０ ：ステージ
１６０ ：コンピュータ
３１３ ：波長計
Claims (8)
- 中赤外波長域のポンプ光を出射する波長可変の第１の光源と、
可視域のプローブ光を出射する第２の光源と、
前記赤外光源の波長を変化させる光源制御部と、
前記ポンプ光と前記プローブ光を合成し、試料の微小部位に集光する第１光学系と、
前記試料の透過光又は反射光から前記プローブ光を少なくとも遮断する第２光学系と、
前記第２光学系からの光が入射し、該入射光を検出する検出器と、
前記プローブ光前記試料に照射されているときの、前記入射光のスペクトルを、前記試料のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルとして取得する第１スペクトル取得手段と、
前記プローブ光及び前記ポンプ光が前記試料に照射されているときの、前記光源制御部による波長の変化に対する前記入射光のスペクトルの変化に基づいて、前記試料の赤外吸収スペクトルを取得する第２スペクトル取得手段と、
を備えることを特徴とする顕微分光装置。 - 前記第２スペクトル取得手段は、前記ポンプ光の波長をνとし、前記プローブ光のみが前記試料に照射されているときの、前記入射光のスペクトルをＩ１（ν）とし、前記プローブ光及び前記ポンプ光が前記試料に照射されているときの、前記入射光のスペクトルをＩ２（ν）としたとき、以下の式（１）に基づいて前記試料の赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）を求め、該赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）に基づいて、前記試料の赤外吸収スペクトルを作成することを特徴とする請求項１に記載の顕微分光装置。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｋは、所定の係数である。 - 前記赤外光源が、外部共振器型半導体レーザであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の顕微分光装置。
- 前記第１光学系は、前記ポンプ光と前記プローブ光が同軸上の光となるように合成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の顕微分光装置。
- 前記赤外光源の波長を測定する波長計をさらに備え、
前記光源制御部は、前記波長計で測定される波長に基づいて、前記赤外光源の波長を変化させる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の顕微分光装置。 - 前記ポンプ光が前記試料に照射されているときに、前記微小部位周辺に熱レンズ効果による屈折率分布が生じることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の顕微分光装置。
- 波長可変の第１の光源から出射される中赤外波長域のポンプ光と、第２の光源から出射される可視域のプローブ光とを合成し、試料の微小部位に集光する工程と、
前記試料の透過光又は反射光から前記プローブ光を少なくとも遮断して測定光を得る工程と、
前記プローブ光を前記試料に照射して、前記測定光のスペクトルを、前記試料のラマンスペクトル又は蛍光スペクトルとして取得する工程と、
前記プローブ光及び前記ポンプ光を前記試料に照射して、前記ポンプ光の波長の変化に対する前記測定光のスペクトルの変化に基づいて、前記試料の赤外吸収スペクトルを取得する工程と、
を含むことを特徴とする顕微分光方法。 - 前記試料の赤外吸収スペクトルを取得する工程は、前記ポンプ光の波長をνとし、前記プローブ光のみが前記試料に照射されているときの、前記測定光のスペクトルをＩ１（ν）とし、前記プローブ光及び前記ポンプ光が前記試料に照射されているときの、前記抽出された光のスペクトルをＩ２（ν）としたとき、以下の式（１）に基づいて前記試料の赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）を求め、該赤外透過率又は反射率ＩＲＲ（ν）に基づいて、前記試料の赤外吸収スペクトルを作成することを特徴とする請求項７に記載の顕微分光方法。
ＩＲＲ（ν）＝ ｋ × Ｉ１（ν）／Ｉ２（ν） ・・・（１）
ただし、式（１）において、ｋは、所定の係数である。
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