JP7619212B2 - 分光検出器 - Google Patents

Description

本開示は、分光検出器に関する。

特開平１０－９００６４号公報（特許文献１）に記載の顕微ラマン装置は、励起用レーザと、分光器と、検出器とを有している。特許文献１に記載の顕微ラマン装置では、励起用レーザからのレーザ光がサンプルに照射されることにより、サンプルからラマン散乱光が発生する。このラマン散乱光は分光器において分散され、分散されたラマン散乱光の強度分布が検出器において検出される。

特開平１０－９００６４号公報

特許文献１に記載の顕微ラマン装置では、迷光が検出器において検出されることについて対策されていない。本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、迷光が検出されることを抑制可能な分光検出器を提供するものである。

本開示の分光検出器は、第１筐体と、第２筐体と、第１筐体に収納されているカメラレンズと、第２筐体に収納されている撮像素子とを備えている。第１筐体には、第１貫通穴が形成されている。第２筐体には、第２貫通穴が形成されている。第２筐体は、第２筐体の内部が第１貫通穴及び第２貫通穴により第１筐体の内部と連通するように第１筐体に取り付けられている。第２筐体が第１筐体に取り付けられた状態において、第２貫通穴の縁は、第１貫通穴の縁よりも内側にある。カメラレンズは、カメラレンズの光軸の方向において、入射端と、入射端の反対側の端である出射端とを有している。出射端は、第１貫通穴に挿入されている。出射端におけるカメラレンズの外径と第１貫通穴の内径との差は、第１貫通穴が形成されている部分における第１筐体の厚さよりも小さい。撮像素子は、カメラレンズの光軸の方向において、出射端と間隔を空けて対向配置されている。

上記の分光検出器では、カメラレンズが、カメラレンズの光軸の方向において、入射端側にある固定レンズチューブと出射端側にある可動レンズチューブとに分割されていてもよい。カメラレンズの光軸の方向において、可動レンズチューブは、固定レンズチューブに対して移動可能であってもよい。

上記の分光検出器では、カメラレンズの光軸の方向における可動レンズチューブの固定レンズチューブに対する位置が、可動レンズチューブを固定レンズチューブに対してカメラレンズの光軸回りに回転させることにより移動可能であってもよい。

本開示の分光検出器によると、迷光が検出されることを抑制可能である。

顕微ラマン装置１００の概略構成図である。 分光検出器４０の断面図である。 カメラレンズ４３の側面図である。

本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（実施形態に係る顕微ラマン装置の構成）
以下に、実施形態に係る顕微ラマン装置の構成を説明する。実施形態に係る顕微ラマン装置を、顕微ラマン装置１００とする。

以下に、顕微ラマン装置１００の構成を説明する。

図１は、顕微ラマン装置１００の概略構成図である。図１に示されるように、顕微ラマン装置１００は、レーザ光源１０と、ビームスプリッタ２０と、対物レンズ３０と、分光検出器４０と、試料セット部５０とをさらに有している。試料セット部５０には、試料Ｓが収納される。

レーザ光源１０は、レーザ光Ｌ１を発生させる。レーザ光Ｌ１の波長は、第１波長である。ビームスプリッタ２０は、波長が第１波長以下の光を反射し、波長が第１波長を超える光を通過させる。

レーザ光源１０において発生したレーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ２０により反射される。ビームスプリッタ２０により反射されたレーザ光Ｌ１は、対物レンズ３０により集光されて試料Ｓに照射される。

レーザ光Ｌ１が試料Ｓに照射されることにより、試料Ｓからラマン散乱光Ｌ２が発生する。ラマン散乱光Ｌ２の波長は、第１波長から長波長側へシフトしている。すなわち、ラマン散乱光Ｌ２の波長は、第２波長である。ラマン散乱光Ｌ２は、対物レンズ３０及びビームスプリッタ２０を順次通過する。ビームスプリッタ２０を通過したラマン散乱光Ｌ２は、分光検出器４０に入射される。分光検出器４０の構成については、後述する。

試料セット部５０は、ステージ５１と、カバー５２とを有している。ステージ５１は、試料セット部５０の内部にある。ステージ５１上には、試料Ｓが配置される。カバー５２は、開閉可能である。カバー５２を開くことにより、試料セット部５０の内部における操作（例えば、試料Ｓに対する操作）が可能となる。

＜分光検出器４０の概略構成＞
分光検出器４０は、コリメータレンズ４１（図示せず）と、グレーティング４２と、カメラレンズ４３と、撮像素子４４とを有している。

分光検出器４０に入射されたラマン散乱光Ｌ２は、コリメータレンズ４１に向かう。ラマン散乱光Ｌ２は、コリメータレンズ４１を通過することにより、平行光となる。コリメータレンズ４１を通過したラマン散乱光Ｌ２は、グレーティング４２を通過することにより、分散される。グレーティング４２により分散されたラマン散乱光Ｌ２は、カメラレンズ４３により、撮像素子４４に集光される。これにより、ラマン散乱光Ｌ２のスペクトルが測定される。

＜分光検出器４０の詳細構成＞
図２は、分光検出器４０の断面図である。なお、図２中では、コリメータレンズ４１の図示が省略されている。図３に示されるように、分光検出器４０は、第１筐体４５と、第２筐体４６とを有している。

第１筐体４５には、コリメータレンズ４１、グレーティング４２及びカメラレンズ４３が収納されている。第２筐体４６には、撮像素子４４が収納されている。なお、図示されていないが、第２筐体４６には、撮像素子４４を冷却するためのペルチェ素子等の冷却装置及び撮像素子４４に対する制御を行う電子回路も収納されている。

第１筐体４５の外壁部には、第１貫通穴４５ａが形成されている。第２筐体４６の外壁部には、第２貫通穴４６ａが形成されている。第２筐体４６は、第１筐体４５に取り付けられている。より具体的には、第２貫通穴４６ａの形成されている第２筐体４６の外壁部（以下においては、外壁部４６ｂとする）が、第１貫通穴４５ａの形成されている第１筐体４５の外壁部（以下においては、外壁部４５ｂとする）に取り付けられている。

第１貫通穴４５ａは、第１筐体４５の内部と第１筐体４５の外部とを接続している。第２貫通穴４６ａは、第２筐体４６の内部と第２筐体４６の外部とを接続している。第２筐体４６が第１筐体４５に取り付けられている状態において、第２筐体４６の内部は、第１貫通穴４５ａ及び第２貫通穴４６ａにより、第１筐体４５の内部に連通している。

第２筐体４６が第１筐体４５に取り付けられている状態において、カメラレンズ４３の光軸に沿う方向から見た際、第２貫通穴４６ａの縁は、第１貫通穴４５ａの縁よりも内側にある。すなわち、第２貫通穴４６ａの内径は、第１貫通穴４５ａの内径よりも小さい。

カメラレンズ４３は、入射端４３ａと、出射端４３ｂとを有している。カメラレンズ４３の光軸の方向におけるカメラレンズ４３の両端が、それぞれ、入射端４３ａ及び出射端４３ｂである。グレーティング４２を通過したラマン散乱光Ｌ２は、入射端４３ａからカメラレンズ４３に入射される。出射端４３ｂは、入射端４３ａの反対側の端である。出射端４３ｂは、第１貫通穴４５ａに挿入されている。

外壁部４５ｂの厚さを、厚さＷとする。第１貫通穴４５ａの内径と出射端４３ｂにおけるカメラレンズ４３の外径との差（第１貫通穴４５ａの内径から出射端４３ｂにおけるカメラレンズ４３の外径を減じた値）は、厚さＷよりも小さい。

カメラレンズ４３は、カメラレンズ４３の光軸の方向において、固定レンズチューブ４３１と可動レンズチューブ４３２とに分割されている。固定レンズチューブ４３１には複数枚のレンズ（図示せず）が収納されており、可動レンズチューブ４３２には複数のレンズ（図示せず）が収納されている。可動レンズチューブ４３２は、第１貫通穴４５ａに挿入されている。固定レンズチューブ４３１は、可動レンズチューブ４３２よりも入射端４３ａ側にある。

固定レンズチューブ４３１は、第１筐体４５の内部にある内壁部４５ｃに固定されている。そのため、カメラレンズ４３の光軸の方向における固定レンズチューブ４３１の位置は、固定されている。他方で、カメラレンズ４３の光軸の方向における可動レンズチューブ４３２の固定レンズチューブ４３１に対する位置は、移動可能である。カメラレンズ４３の光軸の方向において可動レンズチューブ４３２を固定レンズチューブ４３１に対して移動させることにより、撮像素子４４に対する焦点の調整が行われる。

図３は、カメラレンズ４３の側面図である。図３に示されるように、固定レンズチューブ４３１の外周面には、雄ねじ４３１ａが形成されている。図示されていないが、可動レンズチューブ４３２の内周面には、雄ねじ４３１ａと螺合する雌ねじが形成されている。そのため、可動レンズチューブ４３２をカメラレンズ４３の光軸回りに回転させることにより、可動レンズチューブ４３２の固定レンズチューブ４３１に対する位置が移動する。

また、雄ねじ４３１ａには、ロックリング４３３が螺合されている。ロックリング４３３は、可動レンズチューブ４３２よりも入射端４３ａ側にある。ロックリング４３３は、可動レンズチューブ４３２を所望の位置まで移動させた後に、可動レンズチューブ４３２に接触するまでカメラレンズ４３の光軸回りに回転される。これにより、ロックリング４３３と可動レンズチューブ４３２との間にロッキング力が発生し、可動レンズチューブ４３２の回転が規制される。このようにして、ロックリング４３３は、可動レンズチューブ４３２を所望の位置において固定する。

撮像素子４４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。但し、撮像素子４４は、これに限られない。撮像素子４４は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラであってもよい。撮像素子４４は、カメラレンズ４３の光軸の方向において、出射端４３ｂと間隔を空けて対向配置されている。これにより、カメラレンズ４３の光軸の方向において可動レンズチューブ４３２を固定レンズチューブ４３１に対して移動させた際に、出射端４３ｂが撮像素子４４に接触することが防止されている。

（実施形態に係る顕微ラマン装置の効果）
以下に、顕微ラマン装置１００の効果を説明する。

分光検出器４０では、撮像素子４４に対する焦点を調整するために、可動レンズチューブ４３２を固定レンズチューブ４３１に対して移動させる。そのため、撮像素子４４とカメラレンズ４３とが接触しないように、出射端４３ｂと撮像素子４４との間の距離を確保する必要がある。出射端４３ｂと撮像素子４４との間の距離が大きくなると、撮像素子４４に迷光が入射しやすくなる。

しかしながら、分光検出器４０では、第１貫通穴４５ａの内径と出射端４３ｂにおけるカメラレンズ４３の外径との差は、厚さＷよりも小さくなっている。そのため、カメラレンズ４３と第１貫通穴４５ａとの間の隙間を通過するために、迷光は、この隙間内において複数回反射されることになる。この複数回の反射に伴い、迷光は減衰する。

また、分光検出器４０では、第２貫通穴４６ａの縁が第１貫通穴４５ａの縁よりも内側にある。そのため、迷光は、カメラレンズ４３と第１貫通穴４５ａとの間の隙間を通過したとしても、第２筐体４６の内部に到達するためには、出射端４３ｂと外壁部４６ｂとの間でさらに反射が繰り返されることになる。そのため、迷光はさらに減衰する。

このように、分光検出器４０は撮像素子４４に到達する前に迷光を減衰させるラビリンス構造を有しているため、分光検出器４０を有する顕微ラマン装置１００によると、迷光が撮像素子４４において検出されることが抑制される。なお、迷光が撮像素子４４において検出されることが抑制される結果、撮像素子４４のＳ／Ｎ比が改善される。

以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

１００ 顕微ラマン装置、１０ レーザ光源、２０ ビームスプリッタ、３０ 対物レンズ、４０ 分光検出器、４１ コリメータレンズ、４２ グレーティング、４３ カメラレンズ、４３ａ 入射端、４３ｂ 出射端、４３１ 固定レンズチューブ、４３１ａ 雄ねじ、４３２ 可動レンズチューブ、４３３ ロックリング、４４ 撮像素子、４５ 第１筐体、４５ａ 第１貫通穴、４５ｂ 外壁部、４５ｃ 内壁部、４６ 第２筐体、４６ａ 第２貫通穴、４６ｂ 外壁部、５０ カメラ、６０ 試料セット部、６１ ステージ、６２ カバー、Ｌ１ レーザ光、Ｌ２ ラマン散乱光、Ｓ 試料、Ｗ 厚さ。

Claims (3)

1. 第１筐体と、
   第２筐体と、
   前記第１筐体に収納されているカメラレンズと、
   前記第２筐体に収納されている撮像素子とを備え、
   前記第１筐体には、第１貫通穴が形成されており、
   前記第２筐体には、第２貫通穴が形成されており、
   前記第２筐体は、前記第２筐体の内部が前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴により前記第１筐体の内部と連通するように前記第１筐体に取り付けられており、
   前記第２筐体が前記第１筐体に取り付けられた状態において、前記第２貫通穴の縁は、前記第１貫通穴の縁よりも内側にあり、
   前記カメラレンズは、前記カメラレンズの光軸の方向において、入射端と、前記入射端の反対側の端である出射端とを有し、
   前記出射端は、前記第１貫通穴に挿入されており、
   前記出射端における前記カメラレンズの外径と前記第１貫通穴の内径との差は、前記第１貫通穴が形成されている部分における前記第１筐体の厚さよりも小さく、
   前記撮像素子は、前記カメラレンズの光軸の方向において、前記出射端と間隔を空けて対向配置されている、分光検出器。
2. 前記カメラレンズは、前記カメラレンズの光軸の方向において、前記第１貫通穴に挿入されている可動レンズチューブと前記可動レンズチューブよりも前記入射端側にある固定レンズチューブとに分割されており、
   前記カメラレンズの光軸の方向において、前記可動レンズチューブは、前記固定レンズチューブに対して移動可能である、請求項１に記載の分光検出器。
3. 前記カメラレンズの光軸の方向における前記可動レンズチューブの前記固定レンズチューブに対する位置は、前記可動レンズチューブを前記固定レンズチューブに対して前記カメラレンズの光軸回りに回転させることにより移動可能である、請求項２に記載の分光検出器。
   

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