JP7392856B2 - 顕微ラマン分光測定装置、及び顕微ラマン分光測定装置の調整方法 - Google Patents
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Description
本発明は、被検体からのラマン散乱光を測定するラマン分光測定に係り、特に顕微鏡を用いる顕微ラマン分光測定装置、及び顕微ラマン分光測定装置の調整方法に関する。
従来、分析対象の試料の組成、化学構造、結晶構造等の解析を行う方法としてラマン分光法が用いられている。ラマン分光法は、試料にレーザ光を照射して得られる散乱光を分光して、ラマン散乱光のスペクトルを得る方法であり、このスペクトルのピーク波長を解析することによって試料の組成、化学構造、結晶構造等の解析を行うことができる。そして、特に光学系に顕微鏡を用いる顕微ラマン分光法を用いると、試料中の微細な領域の情報を取り出すことができ、空間分解能の高い測定、解析を行うことができるため、例えば、特許文献１に記載されているような顕微ラマン分光測定装置が実用に供されている。
特許文献１に記載の顕微ラマン分光測定装置は、レーザ光を出射するレーザ光源、試料が載置されるステージ、レーザ光の光束を試料に集光する対物レンズ、レーザ光とラマン散乱光を弁別する光弁別部、複数のミラー、分光部等を備え、試料から発せられるラマン散乱光を分光部に導光してラマン散乱光のスペクトルを測定している。
このような顕微ラマン分光測定装置において、高精度の（つまり、高いＳ／Ｎ比（Signal/Noise比））測定を行うためには、試料に対して励起光（レーザ光）を正確に入射させると共に、試料から発せられるラマン散乱光を正確に分光部に導光する必要があるため、励起光の光路及びラマン散乱光の光路は正確に調整される。
しかしながら、励起光の光路及びラマン散乱光の光路を一旦正確に調整したとしても、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系（レーザ光源、対物レンズ、ミラー、光弁別部）の位置ずれが発生することがあり、このような位置ずれが発生すると、ラマン散乱光の光路も変位してしまう、といった問題がある。
そして、ラマン散乱光の光路が変位すると、分光部に導光されるラマン散乱光が減少し、分光部からの出力信号も低下してしまうため、分光測定のＳ／Ｎ比が低下してしまうこととなる。
しかしながら、励起光の光路及びラマン散乱光の光路を一旦正確に調整したとしても、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系（レーザ光源、対物レンズ、ミラー、光弁別部）の位置ずれが発生することがあり、このような位置ずれが発生すると、ラマン散乱光の光路も変位してしまう、といった問題がある。
そして、ラマン散乱光の光路が変位すると、分光部に導光されるラマン散乱光が減少し、分光部からの出力信号も低下してしまうため、分光測定のＳ／Ｎ比が低下してしまうこととなる。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、外乱等によってラマン散乱光の光路が変位した場合であってもＳ／Ｎ比の高い測定を行うことができる顕微ラマン分光測定装置、及び顕微ラマン分光測定装置の調整方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、励起光が照射された試料から散射されるラマン散乱光を検出して分析する顕微ラマン分光測定装置において、励起光を出射するレーザ光源と、ラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器と、レーザ光源から出射した励起光が試料に向かうように反射すると共に、試料から散射されるラマン散乱光が分光部に向かうように透過する光弁別部と、光弁別部と分光器の間に配置され、光弁別部を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズと、集光レンズと分光器の間に配置され、分光器に入射するラマン散乱光を制限するアパーチャと、アパーチャを通過するラマン散乱光の光量が最大となるように、集光レンズによって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置とアパーチャの位置が一致するように調整する調整手段と、を備える顕微ラマン分光測定装置に関する。
本発明の第２の態様は、励起光を出射するレーザ光源と、励起光が照射された試料から散射されるラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器と、レーザ光源から出射した励起光が試料に向かうように反射すると共に、試料から散射されるラマン散乱光が分光部に向かうように透過する光弁別部と、光弁別部と分光器の間に配置され、光弁別部を透過したラマン散乱光を集光する集光レンズと、集光レンズと分光器の間に配置され、分光器に入射するラマン散乱光を制限するアパーチャと、を備える顕微ラマン分光測定装置の調整方法において、アパーチャを通過するラマン散乱光の光量が最大となるように、集光レンズによって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置とアパーチャの位置が一致するように調整する工程を含む、顕微ラマン分光測定装置の調整方法に関する。
本発明の顕微ラマン分光測定装置によれば、外乱等によってラマン散乱光の光路が変位した場合であっても、ラマン散乱光の光路とアパーチャの相対的な位置関係が調整されるため、分光器に入射するラマン散乱光が減少することはなく、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことができる。また同様に、本発明の顕微ラマン分光測定装置の調整方法によれば、外乱等によってラマン散乱光の光路が変位した場合であっても、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことができる。
以下、本発明の顕微ラマン分光測定装置、及び顕微ラマン分光測定装置の調整方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
（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ラマン分光測定装置１００のブロック図である。図１に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００は、試料Ｓが載置されるステージ１０１と、レーザ光源１０２と、コリメートレンズ１０３と、可動ミラー１０４と、第１フィルタ１０５と、ミラー１０６、１０７、１０８と、対物レンズ１０９と、第２フィルタ１１０と、結像レンズ１１１と、分光器１２０と、光ファイバ１２２と、アパーチャ部材１２４と、制御部１３０等を備えている。なお、図１において、グレーの太線は、レーザ光源１０２から出射される励起光（図１において破線矢印で示す）の光路と、試料Ｓから発せられるラマン散乱光（図１において実線矢印で示す）の光路を示している。なお、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００は、実際の測定に先立ってキャリブレーション（校正）を行うことができるように光路の調整機能を有しており、校正を行う場合には、試料Ｓとして、特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルが用いられる（詳細は後述）。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００のブロック図である。図１に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００は、試料Ｓが載置されるステージ１０１と、レーザ光源１０２と、コリメートレンズ１０３と、可動ミラー１０４と、第１フィルタ１０５と、ミラー１０６、１０７、１０８と、対物レンズ１０９と、第２フィルタ１１０と、結像レンズ１１１と、分光器１２０と、光ファイバ１２２と、アパーチャ部材１２４と、制御部１３０等を備えている。なお、図１において、グレーの太線は、レーザ光源１０２から出射される励起光（図１において破線矢印で示す）の光路と、試料Ｓから発せられるラマン散乱光（図１において実線矢印で示す）の光路を示している。なお、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００は、実際の測定に先立ってキャリブレーション（校正）を行うことができるように光路の調整機能を有しており、校正を行う場合には、試料Ｓとして、特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルが用いられる（詳細は後述）。
ステージ１０１は、試料Ｓを固定支持する支持台であり、試料Ｓは不図示のカバーガラスとスライドガラスに挟まれた状態でステージ１０１上に載置される。
レーザ光源１０２は、単波長の励起光を出射する装置である。レーザ光源１０２から出射された励起光はコリメートレンズ１０３によって平行光に成形され、可動ミラー１０４のミラー部１０４ｅ（図２）の略中央部に入射する。
図２は、本実施形態の可動ミラー１０４の概略構成を説明する図である。可動ミラー１０４は、レーザ光源１０２から入射する励起光を第１フィルタ１０５に向けて反射する部材であり、図２に示すように、固定部１０４ａと、ピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃと、可動部１０４ｄと、可動部１０４ｄに固定されたミラー部１０４ｅ等から構成されている。
固定部１０４ａは、顕微ラマン分光測定装置１００内の所定位置に固定される部材であり、ピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃの一端部に接続されている。
ピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃは、不図示の端子を介して制御部１３０と電気的に接続されており、制御部１３０から入力される電圧によって変形する（伸縮する）素子である。ピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃの他端部は可動部１０４ｄに固定されており、ピエゾ素子１０４ｂが変形すると、可動部１０４ｄに固定されたミラー部１０４ｅが光軸ＡＸを中心にＸ方向に回転し、ピエゾ素子１０４ｃが変形すると、可動部１０４ｄに固定されたミラー部１０４ｅがＸ方向と直交するＹ方向に回転するようになっている。上述のように、ミラー部１０４ｅの略中央部には励起光が入射するため、ミラー部１０４ｅがＸ方向及びＹ方向に回転することにより、励起光の反射方向が変更されることとなる。つまり、本実施形態の可動ミラー１０４は、制御部１３０からピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃに入力される電圧を調整することにより、ミラー部１０４ｅの角度を変更することが可能になっており、これによってミラー部１０４ｅに入射される励起光を所望の方向に反射することが可能となっている。ミラー部１０４ｅによって反射された励起光は、第１フィルタ１０５に入射する（図１）。
第１フィルタ１０５（光弁別部）は、可動ミラー１０４からの励起光を反射すると共に、試料Ｓからのラマン散乱光を選択的に透過させるＬＰＦ（ロングパスフィルタ）である。図１に示すように、第１フィルタ１０５によって反射された励起光は、ミラー１０６、１０７によって反射され、対物レンズ１０９によってスポット状に集光され、ステージ１０１上の試料Ｓに照射される。
試料Ｓに励起光が照射されると、励起光スポット（つまり、励起光の集光位置）から光が放射される。放射される光には、試料Ｓにより散乱された光や反射された光が含まれ、それらの中には、本発明の顕微ラマン分光測定装置１００に用いるラマン散乱光も含まれる。ラマン散乱光を含む放射光は、対物レンズ１０９、ミラー１０７、１０６を経て第１フィルタ１０５に入射する。
上述したように、第１フィルタ１０５は、ラマン散乱光を選択的に通過させる性質を有するフィルタであるため、第１フィルタ１０５を透過する透過光はラマン散乱光のみとなり、他の成分（試料Ｓからの他の散乱光や反射光）は第１フィルタ１０５によって取り除かれる。第１フィルタ１０５を透過したラマン散乱光は、ミラー１０８によって反射され、第２フィルタ１１０に入射する。
上述したように、第１フィルタ１０５は、ラマン散乱光を選択的に通過させる性質を有するフィルタであるため、第１フィルタ１０５を透過する透過光はラマン散乱光のみとなり、他の成分（試料Ｓからの他の散乱光や反射光）は第１フィルタ１０５によって取り除かれる。第１フィルタ１０５を透過したラマン散乱光は、ミラー１０８によって反射され、第２フィルタ１１０に入射する。
第２フィルタ１１０は、波長特性を改善するためのＬＰＦ（ロングパスフィルタ）である。第２フィルタ１１０を透過したラマン散乱光は、結像レンズ１１１によって集光され、アパーチャ部材１２４に入射する。
アパーチャ部材１２４は、結像レンズ１１１からのラマン散乱光が入射する略円形のアパーチャ（開口部）１２４ａを有すると共に、分光器１２０と接続された光ファイバ１２２の一端部を支持する部材である。本実施形態のアパーチャ１２４ａは、試料Ｓと共役な位置に配置されており、アパーチャ１２４ａに結像されるスポット像と略合同の形状及びサイズを有するように構成されている。そして、アパーチャ１２４ａを通過したラマン散乱光は、光ファイバ１２２によって分光器１２０に導光されるようになっている。
つまり、結像レンズ１１１によって結像されるスポット像の位置とアパーチャ１２４ａの位置が正確に一致すると、試料Ｓ内の測定領域の光学的情報が、アパーチャ１２４ａおよび光ファイバ１２２を介して、分光器１２０に過不足なく導入されるように構成されている。
なお、本実施形態のアパーチャ１２４ａは、略円形（ピンホール）であるものとして説明するが、入射するラマン散乱光を規制して、所定の形状及びサイズのスポットに整形できればよく、任意の形状の開口を適用することができる。
つまり、結像レンズ１１１によって結像されるスポット像の位置とアパーチャ１２４ａの位置が正確に一致すると、試料Ｓ内の測定領域の光学的情報が、アパーチャ１２４ａおよび光ファイバ１２２を介して、分光器１２０に過不足なく導入されるように構成されている。
なお、本実施形態のアパーチャ１２４ａは、略円形（ピンホール）であるものとして説明するが、入射するラマン散乱光を規制して、所定の形状及びサイズのスポットに整形できればよく、任意の形状の開口を適用することができる。
分光器１２０は、例えば回折格子を有し、光ファイバ１２２を通って入射されるラマン散乱光を分光して、試料Ｓ固有の（つまり、試料Ｓ内の測定領域の）スペクトルデータを得る。分光器１２０によって得られたスペクトルデータは、制御部１３０に送信される。
制御部１３０は、分光器１２０から受信するスペクトルデータを収集し、試料Ｓの組成、化学構造、結晶構造等の解析を行う装置であり、例えば市販のＰＣ（Personal Computer）で構成することができる。
また上述したように、本実施形態の制御部１３０は、可動ミラー１０４のピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃと電気的に接続されており、制御部１３０から出力される電圧によってピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃを変形させ（伸縮させ）、ミラー部１０４ｅの角度を変更することが可能になっている。ミラー部１０４ｅの角度を変更すると、ミラー部１０４ｅによって反射される励起光の方向が変更されるため、第１フィルタ１０５に入射する励起光の方向が変更されることとなる。
そして、第１フィルタ１０５に入射する励起光の方向が変更されると、第１フィルタ１０５によって反射される励起光（つまり、試料Ｓに向かう励起光）の角度が変更される。この結果、試料Ｓに照射される励起光のスポット位置が変更されるため、試料Ｓから放射されるラマン散乱光の位置も変更されることになる。
そして、試料Ｓから放射されるラマン散乱光の位置が変更されと、第１フィルタ１０５に入射するラマン散乱光の方向が変更され、ミラー１０８、第２フィルタ１１０、結像レンズ１１１を通過するラマン散乱光の方向も変更され、アパーチャ部材１２４に集光されるスポット位置も変更されることとなる。
また上述したように、本実施形態の制御部１３０は、可動ミラー１０４のピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃと電気的に接続されており、制御部１３０から出力される電圧によってピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃを変形させ（伸縮させ）、ミラー部１０４ｅの角度を変更することが可能になっている。ミラー部１０４ｅの角度を変更すると、ミラー部１０４ｅによって反射される励起光の方向が変更されるため、第１フィルタ１０５に入射する励起光の方向が変更されることとなる。
そして、第１フィルタ１０５に入射する励起光の方向が変更されると、第１フィルタ１０５によって反射される励起光（つまり、試料Ｓに向かう励起光）の角度が変更される。この結果、試料Ｓに照射される励起光のスポット位置が変更されるため、試料Ｓから放射されるラマン散乱光の位置も変更されることになる。
そして、試料Ｓから放射されるラマン散乱光の位置が変更されと、第１フィルタ１０５に入射するラマン散乱光の方向が変更され、ミラー１０８、第２フィルタ１１０、結像レンズ１１１を通過するラマン散乱光の方向も変更され、アパーチャ部材１２４に集光されるスポット位置も変更されることとなる。
このように、本実施形態においては、制御部１３０によって、アパーチャ部材１２４に集光されるラマン散乱光のスポット位置を変更可能に構成し、例えば、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系（レーザ光源１０２、対物レンズ１０９、ミラー１０６、１０７、１０８、第１フィルタ１０５、第２フィルタ１１０）の位置ずれや角度ずれが発生した場合でも分光器１２０に入射するラマン散乱光が減少することがないように調整（校正）している。
（顕微ラマン分光測定装置１００の調整方法（キャリブレーション処理））
図３は、アパーチャ部材１２４（アパーチャ１２４ａ）の位置と、アパーチャ部材１２４に集光されるラマン散乱光のスポット位置との関係を示す図である。各光学系（レーザ光源１０２、対物レンズ１０９、ミラー１０６、１０７、１０８、第１フィルタ１０５、第２フィルタ１１０）が理想的な位置に調整されている場合、アパーチャ部材１２４に集光されるラマン散乱光のスポット位置はアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの位置に略一致する（図３（ａ））。
しかし、各光学系の位置を一旦正確に調整したとしても、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系の位置ずれや角度ずれが発生することがある。そして、このような位置ずれや角度ずれが発生すると、ラマン散乱光の光路が変位してしまう結果、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係がずれてしまう（図３（ｂ））。
このように、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係がずれてしまうと、アパーチャ１２４ａに入るラマン散乱光が減少し、その結果、分光器１２０に入射するラマン散乱光が減少することとなる。
そこで、本実施形態においては、測定を開始する前に、試料Ｓとして特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルを使用し、アパーチャ１２４ａを通過するラマン散乱光の光量が最大となるように（つまり、図３（ａ）の状態となるように）、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係を調整するキャリブレーション処理を行っている。
具体的には、顕微ラマン分光測定装置１００による測定を開始する前に、ステージ１０１上に試料Ｓ（基準サンプル）を載置し、不図示のユーザインターフェースを介してキャリブレーション処理を実行すると、制御部１３０が分光器１２０の出力をモニタし、分光器１２０の出力が最大となるようにピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃに印加する電圧を変更する。そして、キャリブレーション処理が終了すると、分光器１２０の出力が最大となった状態（つまり、図３（ａ）の状態）で顕微ラマン分光測定装置１００による測定（つまり、スペクトルデータの取得）を開始できるように構成されている。
図３は、アパーチャ部材１２４（アパーチャ１２４ａ）の位置と、アパーチャ部材１２４に集光されるラマン散乱光のスポット位置との関係を示す図である。各光学系（レーザ光源１０２、対物レンズ１０９、ミラー１０６、１０７、１０８、第１フィルタ１０５、第２フィルタ１１０）が理想的な位置に調整されている場合、アパーチャ部材１２４に集光されるラマン散乱光のスポット位置はアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの位置に略一致する（図３（ａ））。
しかし、各光学系の位置を一旦正確に調整したとしても、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系の位置ずれや角度ずれが発生することがある。そして、このような位置ずれや角度ずれが発生すると、ラマン散乱光の光路が変位してしまう結果、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係がずれてしまう（図３（ｂ））。
このように、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係がずれてしまうと、アパーチャ１２４ａに入るラマン散乱光が減少し、その結果、分光器１２０に入射するラマン散乱光が減少することとなる。
そこで、本実施形態においては、測定を開始する前に、試料Ｓとして特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルを使用し、アパーチャ１２４ａを通過するラマン散乱光の光量が最大となるように（つまり、図３（ａ）の状態となるように）、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係を調整するキャリブレーション処理を行っている。
具体的には、顕微ラマン分光測定装置１００による測定を開始する前に、ステージ１０１上に試料Ｓ（基準サンプル）を載置し、不図示のユーザインターフェースを介してキャリブレーション処理を実行すると、制御部１３０が分光器１２０の出力をモニタし、分光器１２０の出力が最大となるようにピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃに印加する電圧を変更する。そして、キャリブレーション処理が終了すると、分光器１２０の出力が最大となった状態（つまり、図３（ａ）の状態）で顕微ラマン分光測定装置１００による測定（つまり、スペクトルデータの取得）を開始できるように構成されている。
このように、本実施形態の構成によれば、顕微ラマン分光測定装置１００による測定を開始する前に、アパーチャ１２４ａを通過するラマン散乱光の光量が最大となるように（つまり、図３（ａ）の状態となるように）、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係が調整されるため、仮に、環境温度の変化や振動等、外乱の影響によって各光学系の位置ずれや角度ずれが発生した場合でも分光器１２０に入射するラマン散乱光が減少することがない。
従って、常にＳ／Ｎ比の高い状態で測定を行うことが可能となる。
従って、常にＳ／Ｎ比の高い状態で測定を行うことが可能となる。
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
例えば、本実施形態においては、可動ミラー１０４のミラー部１０４ｅの角度を変更することによって励起光の光路を移動する（変更する）構成としたが、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、励起光又はラマン散乱光の少なくともいずれか一方の光路を移動させればよい。ラマン散乱光の光路を移動させる構成としては、例えば、結像レンズ１１１を支持し、ラマン散乱光の光路と直交する方向に結像レンズ１１１を移動させる移動手段を備える構成を採ることができる。また、アパーチャ部材１２４を支持し、ラマン散乱光の光路と直交する方向にアパーチャ部材１２４を移動させる移動手段を備える構成とすることもできる。
また、本実施形態の可動ミラー１０４のミラー部１０４ｅは、ピエゾ素子１０４ｂ、１０４ｃによって回動するものとしたが、ミラー部１０４ｅの角度を変更できればよく、例えば圧電素子や減速機構付きパルスモータ等を使用することもできる。
また、本実施形態においては、アパーチャ１２４ａが形成されたアパーチャ部材１２４を備える構成としたが、光ファイバ１２２のコアが一種のアパーチャとして機能するため、アパーチャ部材１２４は必ずしも必要ではない。
また、本実施形態のキャリブレーション処理（調整方法）においては、試料Ｓとして特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルを使用するものとしたが、例えば、実際の測定に使用する試料Ｓのラマン散乱光の波長が予め分かっている場合には、基準サンプルに代えて、実際の測定に使用する試料Ｓを使用することができる。
また、ステージ１０１上に、実際の測定に使用する試料Ｓと基準サンプルを載置できる構成とし、キャリブレーション処理時と実際の測定時とで、基準サンプルと実際の測定に使用する試料Ｓとを切り替えてもよい。
また、ステージ１０１上に、実際の測定に使用する試料Ｓと基準サンプルを載置できる構成とし、キャリブレーション処理時と実際の測定時とで、基準サンプルと実際の測定に使用する試料Ｓとを切り替えてもよい。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ａのブロック図である。図４に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００Ａは、ミラー１０４Ａが固定され、可動ミラー１０８Ａが可動する構成となっている点で第１の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００と異なる。なお、本実施形態の可動ミラー１０８Ａの構成は、第１の実施形態の可動ミラー１０４の構成と同一である。
可動ミラー１０８Ａを回動させると、可動ミラー１０８Ａから分光器１２０に向かうラマン散乱光の光路を移動させることができるため、第１の実施形態と同様、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係を調整することができる。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ａのブロック図である。図４に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００Ａは、ミラー１０４Ａが固定され、可動ミラー１０８Ａが可動する構成となっている点で第１の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００と異なる。なお、本実施形態の可動ミラー１０８Ａの構成は、第１の実施形態の可動ミラー１０４の構成と同一である。
可動ミラー１０８Ａを回動させると、可動ミラー１０８Ａから分光器１２０に向かうラマン散乱光の光路を移動させることができるため、第１の実施形態と同様、ラマン散乱光の光路（つまり、スポット位置）とアパーチャ部材１２４のアパーチャ１２４ａの相対的な位置関係を調整することができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ｂのブロック図である。図５に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００Ｂは、アパーチャ１２４ａが分光器１２０の入射口に形成されている（つまり、分光器１２０の入射口がアパーチャ１２４ａを兼ねている）点で第２の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ａと異なる。
本実施形態の構成によれば、アパーチャ部材１２４や光ファイバ１２２等、ラマン散乱光を分光器１２０に導光するための特別な部材が不要となる。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ｂのブロック図である。図５に示すように、本実施形態の顕微ラマン分光測定装置１００Ｂは、アパーチャ１２４ａが分光器１２０の入射口に形成されている（つまり、分光器１２０の入射口がアパーチャ１２４ａを兼ねている）点で第２の実施形態に係る顕微ラマン分光測定装置１００Ａと異なる。
本実施形態の構成によれば、アパーチャ部材１２４や光ファイバ１２２等、ラマン散乱光を分光器１２０に導光するための特別な部材が不要となる。
［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）一態様に係る顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）は、
励起光が照射された試料（Ｓ）から散射されるラマン散乱光を検出して分析する顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）であって、
前記励起光を出射するレーザ光源（１０２）と、
前記ラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器（１２０）と、
前記レーザ光源（１０２）から出射した前記励起光が前記試料（Ｓ）に向かうように反射すると共に、前記試料（Ｓ）から散射される前記ラマン散乱光が前記分光器（１２０）に向かうように透過する光弁別部（１０５）と、
前記光弁別部（１０５）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記光弁別部（１０５）を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズ（１１１）と、
前記集光レンズ（１１１）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光を制限するアパーチャ（１２４ａ）と、
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過する前記ラマン散乱光の光量が最大となるように、前記集光レンズ（１１１）によって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置と前記アパーチャ（１２４ａ）の位置が一致するように調整する調整手段（１０４、１３０）と、を備えるように構成されている。
励起光が照射された試料（Ｓ）から散射されるラマン散乱光を検出して分析する顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）であって、
前記励起光を出射するレーザ光源（１０２）と、
前記ラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器（１２０）と、
前記レーザ光源（１０２）から出射した前記励起光が前記試料（Ｓ）に向かうように反射すると共に、前記試料（Ｓ）から散射される前記ラマン散乱光が前記分光器（１２０）に向かうように透過する光弁別部（１０５）と、
前記光弁別部（１０５）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記光弁別部（１０５）を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズ（１１１）と、
前記集光レンズ（１１１）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光を制限するアパーチャ（１２４ａ）と、
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過する前記ラマン散乱光の光量が最大となるように、前記集光レンズ（１１１）によって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置と前記アパーチャ（１２４ａ）の位置が一致するように調整する調整手段（１０４、１３０）と、を備えるように構成されている。
第１項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、外乱等によってラマン散乱光の光路が変位した場合であっても、ラマン散乱光のスポット像の位置とアパーチャの位置が一致するように調整されるため、分光器に入射するラマン散乱光が減少することはなく、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことができる。
（第２項）第１項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記レーザ光源（１０２）から前記光弁別器（１０５）に向かう前記励起光の光路中に配置され、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第１のミラー部（１０４）を有するように構成されている。
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記レーザ光源（１０２）から前記光弁別器（１０５）に向かう前記励起光の光路中に配置され、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第１のミラー部（１０４）を有するように構成されている。
第２項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、第１のミラー部の角度を変更することにより、ラマン散乱光の光路の位置を容易に変更することができる。
（第３項）第１項又は第２項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路中に配置され、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第２のミラー部（１０８Ａ）を有するように構成されている。
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路中に配置され、前記光弁別器（１０５）から前記分光器（１２０）に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第２のミラー部（１０８Ａ）を有するように構成されている。
第３項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、第２のミラー部の角度を変更することにより、ラマン散乱光の光路の位置を容易に変更することができる。
（第４項）第１項から第３項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記アパーチャ（１２４ａ）を移動させる第１の移動手段を有するように構成されている。
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記アパーチャ（１２４ａ）を移動させる第１の移動手段を有するように構成されている。
第４項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、第１の移動手段を移動させることにより、ラマン散乱光の光路の相対的位置を容易に変更することができる。
（第５項）第１項から第４項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記集光レンズ（１１１）移動させる第２の移動手段を有するように構成されている。
前記調整手段（１０４、１３０）は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記集光レンズ（１１１）移動させる第２の移動手段を有するように構成されている。
第５項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、第２の移動手段を移動させることにより、ラマン散乱光の光路の相対的位置を容易に変更することができる。
（第６項）第１項から第５項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過した前記ラマン散乱光を前記分光器（１２０）に導光する光ファイバ（１２２）を備えるように構成されている。
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過した前記ラマン散乱光を前記分光器（１２０）に導光する光ファイバ（１２２）を備えるように構成されている。
第６項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、アパーチャを通過したラマン散乱光を容易に分光器まで導光することができる。
（第７項）第６項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記アパーチャ（１２４ａ）が、前記光ファイバの入射面上に形成されている。
前記アパーチャ（１２４ａ）が、前記光ファイバの入射面上に形成されている。
第７項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、特別な部材を追加することなくラマン散乱光を制限することができる。
（第８項）第１項から第５項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記アパーチャ（１２４ａ）が、前記分光器光（１２０）の入射口に形成されている。
前記アパーチャ（１２４ａ）が、前記分光器光（１２０）の入射口に形成されている。
第８項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、特別な部材を追加することなくラマン散乱光を制限することができる。
（第９項）第１項から第８項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記試料（Ｓ）は、特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルである。
前記試料（Ｓ）は、特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルである。
第９項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、所定強度のラマン散乱光を得ることができるため、正確なキャリブレーションを行うことが可能となる。
（第１０項）第１項から第９項のいずれか一項に記載の顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）において、
前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光の光量を取得する光量取得手段（１３０）と、
前記調整手段（１０４、１３０）を駆動する駆動手段（１０４ｂ、１０４ｃ）と、
前記光量取得手段（１３０）によって取得した前記光量に基づいて前記駆動手段（１０４ｂ、１０４ｃ）を駆動する制御手段（１３０）と、をさらに備えるように構成されている。
前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光の光量を取得する光量取得手段（１３０）と、
前記調整手段（１０４、１３０）を駆動する駆動手段（１０４ｂ、１０４ｃ）と、
前記光量取得手段（１３０）によって取得した前記光量に基づいて前記駆動手段（１０４ｂ、１０４ｃ）を駆動する制御手段（１３０）と、をさらに備えるように構成されている。
第１０項に記載の顕微ラマン分光測定装置によれば、ラマン散乱光のスポット像の位置とアパーチャの位置が一致するように自動的に調整することができる。
（第１１項）一態様に係る顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）の調整方法は、
励起光を出射するレーザ光源（１０２）と、前記励起光が照射された試料（Ｓ）から散射されるラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器（１２０）と、前記レーザ光源（１０２）から出射した前記励起光が前記試料（Ｓ）に向かうように反射すると共に、前記試料（Ｓ）から散射される前記ラマン散乱光が前記分光部（１２０）に向かうように透過する光弁別部（１０５）と、前記光弁別部（１０５）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記光弁別部（１０５）を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズ（１１１）と、前記集光レンズ（１１１）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光を制限するアパーチャ（１２４ａ）と、を備える顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）の調整方法において、
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過する前記ラマン散乱光の光量が最大となるように、前記集光レンズ（１１１）によって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置と前記アパーチャ（１２４ａ）の位置が一致するように調整する工程を含む。
励起光を出射するレーザ光源（１０２）と、前記励起光が照射された試料（Ｓ）から散射されるラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器（１２０）と、前記レーザ光源（１０２）から出射した前記励起光が前記試料（Ｓ）に向かうように反射すると共に、前記試料（Ｓ）から散射される前記ラマン散乱光が前記分光部（１２０）に向かうように透過する光弁別部（１０５）と、前記光弁別部（１０５）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記光弁別部（１０５）を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズ（１１１）と、前記集光レンズ（１１１）と前記分光器（１２０）の間に配置され、前記分光器（１２０）に入射する前記ラマン散乱光を制限するアパーチャ（１２４ａ）と、を備える顕微ラマン分光測定装置（１００、１００Ａ）の調整方法において、
前記アパーチャ（１２４ａ）を通過する前記ラマン散乱光の光量が最大となるように、前記集光レンズ（１１１）によって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置と前記アパーチャ（１２４ａ）の位置が一致するように調整する工程を含む。
第１１項に記載の顕微ラマン分光測定装置の調整方法によれば、外乱等によってラマン散乱光の光路が変位した場合であっても、ラマン散乱光のスポット像の位置とアパーチャの位置が一致するように調整されるため、分光器に入射するラマン散乱光が減少することはなく、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことができる。
１００ ：顕微ラマン分光測定装置
１００Ａ ：顕微ラマン分光測定装置
１０１ ：ステージ
１０２ ：レーザ光源
１０３ ：コリメートレンズ
１０４ ：可動ミラー
１０４Ａ ：ミラー
１０４ａ ：固定部
１０４ｂ ：ピエゾ素子
１０４ｃ ：ピエゾ素子
１０４ｄ ：可動部
１０４ｅ ：ミラー部
１０５ ：第１フィルタ
１０６ ：ミラー
１０７ ：ミラー
１０８ ：ミラー
１０８Ａ ：可動ミラー
１０９ ：対物レンズ
１１０ ：第２フィルタ
１１１ ：結像レンズ
１２０ ：分光器
１２２ ：光ファイバ
１２４ ：アパーチャ部材
１２４ａ ：アパーチャ
１３０ ：制御部
Ｓ ：試料
１００Ａ ：顕微ラマン分光測定装置
１０１ ：ステージ
１０２ ：レーザ光源
１０３ ：コリメートレンズ
１０４ ：可動ミラー
１０４Ａ ：ミラー
１０４ａ ：固定部
１０４ｂ ：ピエゾ素子
１０４ｃ ：ピエゾ素子
１０４ｄ ：可動部
１０４ｅ ：ミラー部
１０５ ：第１フィルタ
１０６ ：ミラー
１０７ ：ミラー
１０８ ：ミラー
１０８Ａ ：可動ミラー
１０９ ：対物レンズ
１１０ ：第２フィルタ
１１１ ：結像レンズ
１２０ ：分光器
１２２ ：光ファイバ
１２４ ：アパーチャ部材
１２４ａ ：アパーチャ
１３０ ：制御部
Ｓ ：試料
Claims (9)
- 励起光が照射された試料から散射されるラマン散乱光を検出して分析する顕微ラマン分光測定装置において、
前記励起光を出射するレーザ光源と、
前記ラマン散乱光のスペクトルを計測する分光器と、
前記レーザ光源から出射した前記励起光が前記試料に向かうように反射すると共に、前記試料から散射される前記ラマン散乱光が前記分光器に向かうように透過する光弁別部と、
前記光弁別部と前記分光器の間に配置され、前記光弁別部を透過した前記ラマン散乱光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズと前記分光器の間に配置され、前記分光器に入射する前記ラマン散乱光を制限するアパーチャと、
前記アパーチャを通過する前記ラマン散乱光の光量が最大となるように、前記集光レンズによって集光されるラマン散乱光のスポット像の位置と前記アパーチャの位置が一致するように調整する調整手段と、
前記分光器に入射するラマン散乱光の光量を取得する光量取得手段と、
前記調整手段を駆動する駆動手段と、
測定を開始する前のキャリブレーションとして、前記光量取得手段によって取得した光量に基づいて前記駆動手段を駆動する制御手段と、を備える顕微ラマン分光測定装置。 - 前記調整手段は、前記レーザ光源から前記光弁別部に向かう前記励起光の光路中に配置され、前記光弁別部から前記分光器に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第１のミラー部を有する、請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記調整手段は、前記光弁別部から前記分光器に向かう前記ラマン散乱光の光路中に配置され、前記光弁別部から前記分光器に向かう前記ラマン散乱光の光路の位置を変更する第２のミラー部を有する、請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記調整手段は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記アパーチャを移動させる第１の移動手段を有する、請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記調整手段は、前記ラマン散乱光の光路と直交する方向に前記集光レンズを移動させる第２の移動手段を有する、請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記アパーチャを通過した前記ラマン散乱光を前記分光器に導光する光ファイバを備える請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記アパーチャが、前記光ファイバの入射面上に形成されている請求項６に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記アパーチャが、前記分光器の入射口に形成されている請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
- 前記試料は、特定の波長のラマン散乱光を発する基準サンプルである請求項１に記載の顕微ラマン分光測定装置。
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