JPH09500970A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電荷結合素子（ＣＣＤ）の検出器を有するラマン分光器において、ラマン散乱光のスペクトルを包含する入射ビーム（３６）は、回折格子（４４）によって分散される。前記スペクトルの異なる部分は、エッジフィルタ（３８Ａ，３８Ｂ）および反射鏡（４６）によって別々の光路（４８Ａ〜４８Ｃ）に分けられる。これらの構成要素は、回折格子（４４）によって分散後の各スペクトル（５０Ａ〜５０Ｃ）がＣＣＤ（２４）の上にずらして形成されるように、垂直と異なる角度に傾けられる。これは、大きく分散したスペクトルの多数の連続した部分を同時に高分解能でＣＣＤ（２４）で検出されることを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 分光装置 本発明は、分光装置および方法に関する。特に、ラマン分光器において有用で あるが、他の形態の分光器に等しく使用することができる。 ラマン効果は、試料が所与の周波数の入射光を、試料を構成する分子と入射光 との相互作用によってもたらされる線を持った周波数のスペクトルに散乱する現 象である。異なる種類の分子は、異なる特性のラマンスペクトルを有するので、 この効果は、与えられた分子の種類を解析するのに使用することができる。 従来のラマン分析装置は、我々の先の欧州特許出願第ＥＰ０５４３５７８号に 記述されている。試料は、レーザビームで照射され、その結果として生ずるラマ ン散乱光が解析され、さらに検出される。この検出器は、画素の二次元アレイか らなる電荷結合素子（ＣＣＤ）であって良い。ラマンスペクトルの解析は、試料 中の一点あるいは線から発生したスペクトルを、ＣＣＤの幅を横切って分散する 回折格子の如き分散装置により行うことができる。 この装置は、高いスペクトル分解能を得るために、ＣＣＤを広範囲に横切るよ うにスペクトルを分散させるべく企図することができる。しかしながら、ＣＣＤ が所与の幅であるため、一度に検出することができるのは、スペクトルの一部の みである。より広いスペクトルからデータを得るための一つの可能な方法は、ス ペクトルの一部を充分な時間、ＣＣＤに露光し、そしてＣＣＤからこのスペクト ルの露光部分に関するデータのすべてをコンピュータに読み込むことである。次 に、スペクトルの次の部分をＣＣＤが受光するように、回折格子が新たな回転位 置に割り出される。再び、充分な露光時間が与えられ、そしてスペクトルの次の 部分からのデータのすべてがコンピュータに読み込まれる。このプロセスは、必 要に応じて繰り返される。しかしながら、このステップアンドリピート式の方法 は、スペクトルの個々の部分から得た別々なデータブロックを継ぎ目なく相互に 接続することが困難となることがあるので、その後のコンピュータのデータの処 理の間ずっと不利益を被る。この不利益は、それぞれの露光の間に背景光量の変 化があったり、あるいは他の状態が変化した場合、特に当てはまる。さらに、ス ペクトルを分割して露光することは、対象となる全スペクトルがより狭くＣＣＤ の幅を横切るように分散させた、より安価な分析システムと比較すると、結果と して、全部のスペクトルを解析するのに必要な時間が明らかに増大する。 ＥＰ０５４３５７８は、広く分散させたスペクトルから継ぎ目のないデータの 獲得を可能とするため、回折格子の回転と同期してＣＣＤが走査される技術を記 述している。この技術は、異なる背景光量を持った個々のデータブロックを相互 に接続するという問題を克服するが、全スペクトルを解析するために同じ所要時 間を未だ必要とする。さらに、これら二つの方法は共に、好ましくはコンピュー タの制御の下で再現可能な位置に自動的に回転できるように、回折格子を取り付 けるための精密回転台を必要とする。 本発明によると、試料から出た拡散光のスペクトルを受ける光入力と、少なく とも第一の方向に拡がる前記拡散光の検出器と、前記光学的入力と前記検出器と の間に配置されて前記スペクトルの一部を前記検出器を横切って前記第一の方向 に分散する分散部材と、前記光学的入力と前記検出器との間に配置されて前記検 出器に対し少なくとも二つの光路をたどるべく前記拡散光を分ける少なくとも一 つの光スプリッタとを具え、それぞれの前記光路によって前記検出器に到達する 光は、前記スペクトルの異なる部分である分光分析装置が提供される。 ここで、本発明の好ましい実施例が、例示の方法により添付図面を参照して記 述され、添付図面において、 図１は、従来のラマン分析装置の概略ブロック図であり、 図２は、本発明によるラマン分析装置の第一実施例の解析および検出部の概略 平面図であり、 図３は、図２の装置の概略斜視図であり、 図４は、本発明によるラマン分析装置の第二実施例の解析および検出部の概略 平面図であり、 図５は、図４による装置の概略斜視図であり、 図６は、図４および図５の実施例に関して一つの実現可能な装置の平面図であ り、 図７は、図４および図５の実施例を変更した構造の側面図であり、 図８は、本発明によるラマン分析装置の第三の実施例の概略平面図であり、 図９は、図８の装置の概略展開側面図である。 図面を参照するように、既に知られた図１に示す装置は、入射レーザビーム１ ０に対して４５°に設けたダイクロイックフィルタ１２を有する。このフィルタ １２は、レーザビーム１０の特定の波長の光を反射するが、他の全ての波長の光 を通す。それで、このレーザビーム１０は、光路１３に対して９０°反射され、 顕微鏡対物レンズ１６によって試料１８上の点１９に焦点が合わせられる。試料 から拡散する種々の波長の光（例えば、ラマン散乱の結果として）は、レンズ１ ６によって集光され、このシステムの後方に進む。ダイクロイックフィルタ１２ は、入射レーザビームと同じ特定波長の反射したレイリー散乱光を除き、他の波 長に偏移した光のスペクトルを通す。このスペクトルは、解析器２０によって解 析され、電荷結合素子（ＣＣＤ）２４の如き検出器にレンズ２２によって焦点が 合わせられる。ＣＣＤ２４によって検出した信号２４は、その後、さらなる処理 のためにコンピュータ２５に取得されても良い。 ＥＰ０５４３５７８に記述されたように、解析器２０は、破線２８で示したよ うに、ＣＣＤ２４の幅を横切ってスペクトルが分散される場合、回折格子の如き 分散部材であって良い。さらに、４５°のフィルタ１２は、小さな入射角、例え ば１０°のホログラフィックフィルタに置き換え可能である。 図２および図３は、本発明の第一実施例を例示しており、このシステムの解析 器および検出器の部分のみ示している。試料を照明すると共に散乱光を集光する 光学部品は、図１に示すようにできるし、あるいは他の一般的な配置にすること ができる。図２および図３のシステムは、検出器としてのＣＣＤ２４と、このＣ ＣＤ２４の幅を水平に横切るスペクトルとして入射ビーム３５のラマン散乱光を 分散するようにふるまう回折格子４４とを使用している。良好な分析を達成する ため、回折格子４４は、対象とするスペクトルが一様な幅のＣＣＤ２４に収容可 能となるよりも広く分散するように設けられる。 エッジフィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は、回折格子４４とＣＣＤ２ ４に分散スペクトルを焦点合わせするレンズ２２との間のこのスペクトルの光 路に配置される。第一のフィルタ３８Ａは、中位の波数および低波数のスペクト ルを通すが、散乱ビーム４８Ａの如きより高波数のスペクトルを反射する。この 高波数のスペクトルは、ＣＣＤ２４に５０Ａとしてスペクトルをもたらすように 、レンズ２２によって焦点が合わせられる。 エッジフィルタ３８Ｂの遮断部、すなわち端部は、フィルタ３８Ａの端部より も低い波数となるように配置され、それでこのフィルタ３８Ａを通る中位の波数 の光は、ビーム４８Ｂの如くフィルタ３８Ｂで反射される。レンズ２２は、この 中位の波数のビームをスペクトル５０ＢとしてＣＣＤに焦点合わせする。最終的 に、フィルタ３８Ａおよびフィルタ３８Ｂを共に通過する低波数の光は、ビーム ４８Ｃとして反射鏡４６によって反射され、レンズ２２によりＣＣＤ２４にスペ クトル５０Ｃとして焦点が合わせられる。 フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は、スペクトル５０Ａ，５０Ｂ，５ ０ＣがＣＣＤ２４の同じ水平位置に反射されるように、すべて異なる水平角に傾 けられる（すなわち、それらの垂直な軸線回りに傾けられる）。しかしながら、 フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は、図３で最も良く見られるように、 スペクトル５０Ａ，５０Ｂ，５０ＣがＣＣＤ２４の垂直方向に相互に分けられる ように、垂直方向（すなわち、それらの水平軸線回り）に僅かに異なる傾きがそ れぞれ与えられる。この方法において、対象となるスペクトルのすべては、分析 の損失なく、ＣＣＤ２４上の三つの異なる部分に同時に焦点が合わせられる。実 際問題として、スペクトルの三つの部分のデータは、ソフトウェアがスペクトル の三つの部分のデータを相互に接続するコンピュータ２５（図１参照）によって 、スペクトル全体を表示あるいはプリントアウトするように、ＣＣＤから得られ る。スペクトル情報の一部は、この接続で失われるかも知れないが、この損失は 、フィルタの遮断端部を鋭くすることによって最小となる。個々のスペクトル５ ０Ａ，５０Ｂの間およびスペクトル５０Ｂ，５０Ｃの間を接続するため、理想的 には、各エッジフィルタの鋭い遮断端部を重ね合わせることが可能であるが、よ り段階的な遮断端部のエッジフィルタを適用させることもできる。このソフトウ ェアは、周知のスペクトルを回折格子４４で分散することにより器具を予め測定 して得たルックアップテーブルから、結果として得られたデータを修正す ることができる。 図２および図３の構造は、スペクトルの異なる部分をＣＣＤを横切って分散さ せるため、回折格子４４を間欠的に回転する従来のシステムと比べると、種々の 利点を有する。まず第一に、全スペクトルに対するデータを得るのに必要な時間 が少なくなる。調整位置に慎重に割り出すために必要な前述の如き精密回転台に 回折格子４４を取り付ける必要もない。使用中に移動する部品を持たないこの構 造は、重要な利点である。他の利点は、すべての異なるスペクトル部５０Ａ〜５ ０Ｃが同じ状態の下で同時に得られることであり、これによって、この利点は、 複数の異なるスペクトル部を測定する間に背景光の如き状態が変化したか否か、 先の方法で経験した問題を不要にする。 図４および図５は、図２および図３に対する他の構造を示す。この構造におい て、フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は、回折格子４４の前に設けられ る。図２および図３の場合と同じように、これらは、入射ビーム３６を異なる波 数領域を有する三つの部分に分割するように傾けられ、その後、回折格子４４に よってＣＣＤ２４の上に相互に垂直に出現する三つのスペクトル部５０Ａ，５０ Ｂ，５０Ｃに分散される。図３および図４の構造と比べると、この構造は、フィ ルタ３８Ａ，３８Ｂおよびレンズ２２の物理的寸法をより小さくすることができ 、このため、これらの部品をより安くしかもより容易に実現できるという利点を 有する。特に、この構造においては、レンズ２２によって引き起こされる収差を 減少させることができる。 図６は、図４および図５に示した原理に従うシステムの実際のレイアウトを示 す。図６に示した種々の光学部品は、すべてハウジング６０内に収納される。入 力レーザビーム１０（ハウジング６０に対して外部のレーザ発振器により発生さ せることができる）は、反射鏡６２によってダイクロイックノッチフィルタ６４ 、例えばホログラフィックノッチフィルタに反射される。このフィルタ６４は、 入射レーザビームの特定周波数の光を反射するが、他のすべての周波数を通す。 このため、入力レーザビーム１０は、光路６６に沿って試料を照明するための適 当な光学系（図示せず）を通ってハウジング６０の外側に反射される。試料で散 乱した光は、光路６６に沿って戻り、入射レーザビーム１０と同じ周波数の レイリー散乱光を遮断するフィルタ６４を通る。ＥＰ４５３５７８に記述したよ うに、このフィルタは、光路に対して垂直ではなく、１０°あるいは１１°の如 きわずかに斜めの角度である。このわずかな角度は、レーザビームが光路６６に 送り込まれることを許容すると同時に、この光が偏光されるか否か、重要な問題 を伴うことなく、レイリー線に対して閉じたラマン散乱光を弁別するための手段 を今まで通りに与えている。 フィルタ６４を通過したラマン散乱光は、概ね６８で示した一般的な構成部品 を通る。これらは、入射スリットおよびこれに関連するレンズ群と、ラマン散乱 光の偏光状態を調べるための偏光フィルタと、レイリー散乱光を遮断するための 付加的なノッチフィルタなどとを選択的に有することができる。 次に、このラマン散乱光は、当該ラマン散乱光を異なるスペクトル領域に分け るため、図４および図５に関して記述したような作用のエッジフィルタ３８Ａ， ３８Ｂおよび反射鏡４６を通り、そしてビーム折り返し反射鏡６８に、つまり回 折格子７０に三つの部分的なスペクトル領域を反射する。このラマン散乱光は、 三つのビーム４８Ａ〜４８Ｃに分散し、そしてその結果として生ずる三つのスペ クトル部は、レンズ２２によりＣＣＤ２４に焦点が合わせられる。図４および図 ５に示すように、フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡は、これら三つのスペク トル部がＣＣＤ２４に垂直に位置がずれるように、図６の紙面の外側に異なる角 度で傾けられる。 フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６および回折格子７０は、図６の紙面 内で適正な位置および角度（すなわち、図６の紙面に対して垂直な軸線回りに適 正な角度で傾く）に調整されることも重要である。これらの角度は、三つのスペ クトル部がＣＣＤ２４上の望ましい位置に出現するように、回折格子７０に対す る三つの反射ビームの望ましい入射角と、望ましい三つのスペクトル部が回折格 子によって分散されることによって生ずる角度とに依存する。これらの角度は、 関係した波長および回折格子７０のピッチなどを参照して算出可能である。 図６に示した構造の格別な特徴は、この設計が波長の異なるレーザ光源に対し て容易に適合可能なことである。６８で示した位置にある反射鏡の場合、この構 造は、波長が６３３nmのレーザ光源に対して好適である。これは、（例えば） ７８０nmあるいは１０６４nmの波長を持つレーザ光源に適用させるために、容易 に改造することができる。この改造は、それぞれ６８′および６８″で示した位 置に反射鏡を移動したり、回折格子７０をピッチの異なるものに交換すると共に 図６の水平面内で適当な角度にこれを傾けたり、要求した波長に適合するように 適当なフィルタ３８Ａ，３８Ｂを選択したり、フィルタ３８Ａおよび反射鏡４６ の位置および角度を（破線で示すと共にビーム４８Ａおよび４８Ｂに対する三つ の別な光路で示すように）わずかに調整することを意味する。シリコンＣＣＤ２ ４は、１０６４nmのレーザ光源に対して充分に高感度にすることができないので 、これを（例えば）ガリウム砒素二次元光検出器アレイに置き換えることができ る。 適正な角度への回折格子７０の傾斜は、これを回転台７２に取り付けることに よって達成可能である。もちろん、この台７２は、使用時に動かすものではない ので、これを自動制御の下で正確な割り出し位置に回転する必要はない。このた め、ＥＰ５４３５７８において必要な精密回転台よりも著しく安価にすることが できる。適切な位置への反射鏡６８の移動は、三つの位置に他の取り付け具を与 えることによって達成可能である。フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は 、平行移動および水平および垂直軸線回りの傾斜共にその位置を変更するため、 ねじ調整機構で調整可能な光学架台７４に取り付けることができる。適当な調整 架台は、英国ケンブリッジ州のPhoton Control Limitedまたは米国カリフォルニ ア州Fountain Valley のNewport Corporation から商業的に入手可能である。同 様な架台は、反射鏡６２およびホログラフィックフィルタ６４に使用したり、ま た架台７２に回折格子７０を取り付けるために使用することも可能であるが、こ れらの場合、全領域での位置調整の必要性はない。 ビーム折り返し反射鏡６８が必須ではないことは認識されよう。しかしながら 、図６の構造において、これは二つの利点を生ずる。第一に、種々の光学部品を より小さな寸法のハウジング６０に合致させることが可能である。第二に、反射 鏡６８の位置の単純な変更は、ビーム４８Ａ〜４８Ｃと、ＣＣＤ２４に向けて分 散したスペクトルの中心線との間の広範囲な夾み角に適応する。すでに述べたよ うに、この広範囲な角度は、様々な波長のレーザ光源に適応する。 図２〜図６に示した構造は、回折格子４４として反射形回折格子を使用してい る。反射が光ビームの折り返しをもたらすので、この反射形回折格子は、光学部 品が小型のハウジングに適合するという利点を有することができる。しかしなが ら、この反射形格子の代わりに透過形回折格子を使用することも可能である。図 ４〜図６の構造において、透過形回折格子は、この回折格子への入射ビームがレ ンズと衝突しないように確保する必要がないので、反射形格子で可能となるより もレンズ２２をより近づけて配置することができる。この透過形格子は、レンズ に対してより接近させることができるので、より小さく、より安価なレンズか、 あるいは低収差のレンズを使用することができる。 図７は、他の実施例を示す。ここで、レンズ２２と、ＣＣＤ２４と、透過形格 子４４Ａは、入射ビーム３６に対して概ね傾斜した面に位置している。図７に見 られるように、これら部品の列は、入射光線の上方および紙面の外側に共に傾け られている。それで、フィルタ３８Ｂが格子４４Ａおよびレンズ２２およびＣＣ Ｄ２４のそれぞれ中心点を通る線上に配置されている場合、フィルタ３８Ａはこ の傾斜面の下方に位置する一方、反射鏡４６はこの傾斜面の上方に位置する。こ の結果、前述の如くＣＣＤ２４上で相互にずれたこれら各スペクトル５０Ａ〜５ ０Ｃをもたらすレンズ２２の中心領域をすべて通るように、各スペクトル部４８ Ａ〜４８Ｃに対し、フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６を適当な傾斜を伴 って配置することが可能である。これは、各ビーム４８Ａ〜４８Ｃがレンズ２２ の異なる領域を通過する図２〜図６の構造に対する改良であることに注意された い。繰り返すと、より小さく、より安価であるか、あるいは収差の少ないレンズ ２２を使用することが可能である。 図６および図７の構造を比較すると、図６におけるすべての光学部品は、一つ の平面内に位置しているが、フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６は、その 平面の外側に光ビームの一部を向けるように傾けられる。これに対し、図７にお ける種々の光学部品は、すべて同一平面にないので、より好ましい使用が、利用 可能な三つの次元で構成される。しかしながら、この構造は、同一平面にないの で、製造がより困難になることがある。入射ビーム３６の面と光学部品４４Ａ， ２２，２４との間の必要な傾斜角が、いくつかの場合において、極めて小さいこ とはすでに述べた通りであり、例えば１°あるいは数度のみにすることができる 。この傾斜角は、図７においてやや誇張されている。このため、実際問題として 、ビーム４８Ａ〜４８Ｃが平面の外側に位置する光学部品４８Ａ，２２，２４の 部分を通るように、フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反射鏡４６を水平軸線回りに 適当な角度に傾けて方向付けるのではなく、時には部品４４Ａ，２２，２４を入 射ビーム３６と同一平面に概略的に取り付けることが可能であっても良い。 図７は、透過形格子４４Ａの使用を示すけれども、反射形回折格子を使用する ことが同様に可能であり、この場合でも入射ビーム３６に対して傾斜した平面に 位置するように、反射形格子およびレンズ２２およびＣＣＤ２４を配置する。 図２〜図７の例は、二つのフィルタと反射鏡とを使用することによって、三つ に分割したスペクトルを示している。しかし、スペクトルを二つに分割するため にただ一枚のフィルタを使用したり、あるいはスペクトルを四つあるいはそれ以 上に分割するためにより多くのフィルタを使用することは、もちろん可能である 。各フィルタの実際の遮断周波数は、調査することが望ましいスペクトルの幅を 含む特別な適用と励起光の波長とに依存することはもちろんである。 図８は、他の装置の平面図である。試料からのラマン散乱光は、入射スリット ８０を通り、レンズ８２によって平行光束にされる。この装置は、前述のような 異なるスペクトル部を含む四つのビーム部４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄを有 する。第一のビーム部４８Ａは、エッジフィルタ３８Ａを透過するスペクトル部 からなる。ビーム折り返し反射鏡６８は、このビーム部４８Ａを透過形回折格子 ４４Ａに反射する。それで、この透過形回折格子４４Ａは、ＣＣＤカメラ２４の 上にレンズ２２によって焦点を合わせられる各スペクトル部を分散させる。 エッジフィルタ３８Ａは、エッジフィルタ３８Ｂに向けて残りのスペクトルを 反射する反射鏡４６Ｂに向け、これを引き続き反射する。このエッジフィルタ３ ８Ｂは、ビーム折り返し反射鏡６８および第二のビーム部４８Ｂが再び分散され る回折格子４４Ａに向けてこの第二のビーム部４８Ｂを通過させ、この分散スペ クトルがＣＣＤカメラ２４の上にレンズ２２によって焦点を合わせられる。同様 にして、スペクトルの適当な部分の光を通過させるエッジフィルタ３８Ｃに向け 、エッジフィルタ３８Ｂおよび反射鏡４６Ｃからの反射によって、第三のビー ム部４８Ｃが作り出される。最終的に、エッジフィルタ３８Ｃは、反射鏡４６Ｄ に向けて第四のビーム部４８Ｄを作り出すスペクトル部を反射する。図７に示す ように、これらすべてのビーム部がレンズ２２の中央部を通るならば、収差を減 少させることができ、しかもより安価なレンズがこのレンズ２２として使用され る。図９は、ＣＣＤ２４の上に垂直にずらしてビーム部４８Ａ〜４８Ｄを今まで 通り焦点合わせしていたとしても、すべてのビーム部がレンズの中央部を通るこ とが達成されることを示す概略側面図である。明瞭さのために、この側面図は、 展開して示され、すなわち、ビーム折り返し反射鏡６８および回折格子４４での 回折角を無視している。エッジフィルタ３８Ａ〜３８Ｃおよび反射鏡４６Ｂ〜４ ６Ｄの水平な傾斜角（すなわち、図８に見ることができる垂直軸線回りの傾斜） に加え、これらのフィルタおよび反射鏡はまた、図９に示したように垂直方向（ すなわち、これらの水平軸線回りに）傾けられる。それで、ビーム部４８Ｂ〜４ ８Ｄのそれぞれは、図８の平面の外側に垂直方向にわずかに傾けられる。このた め、レンズ２２の中央部を通過した後、それぞれのビーム部４８Ａ〜４８Ｄから 形成される各スペクトル部は、ＣＣＤ２４に垂直にずらして隙間があけられる。 図９の概略図において、回折格子４４Ａおよびレンズ２２およびＣＣＤ２４は また、これらがビーム部４８Ａ〜４８Ｄに関して対称のままとなるように、わず かに垂直な傾けて示されており、これによって収差を減少すると共にＣＣＤ２４ の利用可能な検出領域を最大限に使用している。しかしながら、製造の容易性の ために、これらの部品は入射ビーム３６と同一平面にあることが望ましい。これ は、ビーム折り返し反射鏡６８をわずかに垂直に傾けて配置することにより容易 に達成され、これによって要求した水平面に合わせて回折格子４４Ａおよびレン ズ２２およびＣＣＤ２４に戻している。 垂直の傾斜角は、図９にやや誇張されている。実際問題として、これらは１° あるいは２，３°程度しかない。このため、エッジフィルタ３８Ａ〜３８Ｃおよ び反射鏡４６Ｂ〜４６Ｄは、入力ビーム３６の平面のわずかに外側にあるだけで あり、それでこれらは適当な調整架台の要求位置に組み立てることが相対的に容 易となる。 図８に見られるように、各エッジフィルタ３８Ａ〜３８Ｃは、それぞれのビー ム部に対して相対的に小さな入射角（約１０°）を有する。このようなフィルタ は、入射光の偏光状態に依存した透過／反射特性を持つことがあるので、より大 きな入射角は欠点となることがある。小さな入射角を保持することによって、こ のような偏光効果が最小となる。１０°の入射角で示したこの形態は、要求した 如くこれら各スペクトル部がＣＣＤ２４に向けてすべて確実に回折されるように 、ビーム部４８Ａ〜４８Ｄが必要な入射角で回折格子４４に収束されることを常 に可能とする。フィルタ３８Ａ〜３８Ｃの入射角が小さすぎた場合、この要求は 、ビーム部４８Ｂ〜４８Ｄに対して極めて大きな長さを結果として生じ、従って 、相対的に小さなハウジング内にこの装置を合致させることができなくなる。 上述のように、この実施例は、より小さな波数を通過してより大きな波数を反 射する（すなわち、より短波長を通過させてより長波長を反射させる）フィルタ ３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを使用している。より大きな波数を通過させてより小さ な波数を反射するフィルタを用いた逆の構造を使用することが可能であることは もちろんである。記述した如きエッジフィルタを使用するよりはむしろ、バンド パスフィルタを使用することができることはもちろんであり、これらはレイリー 散乱光のより大きな遮断を与える利点を有することができる。 例示の目的のため、種々のレンズが単レンズであるように例示されている。し かしながら、実際問題として、低収差を持った必要な性能を達成するため、単レ ンズや、複レンズや複合レンズ、例えばメニスカス複レンズや非メニスカス複レ ンズを使用できる。 簡単な変更として、記述した本発明の実施例のどれでも、フィルタ３８Ａ，３ ８Ｂ，３８Ｃの場所にビームスプリッタを使用することができる。しかしながら 、ビームスプリッタをそれぞれ通過する際に、利用可能な光の５０％が失われる ので、これらはフィルタであることが好ましい。図４〜図９の各スペクトル部の 一つをそれぞれ作り出す複数の別々な回折格子や他の分散部材を使用することを 企図することもまた可能である。 図２〜図７の実施例において、各スペクトル部５０Ａ〜５０Ｃに対するＣＣＤ ２４を、三つの直線光検出器アレイで置き換えることも可能である。同様に、図 ８および図９においては、四つの直線光検出器アレイが使用可能である。他の可 能性は、ただ一つの直線光検出器アレイを使用し、このアレイに各スペクトル部 ５０Ａ〜５０Ｃの焦点を合わせることである（フィルタ３８Ａ，３８Ｂおよび反 射鏡４６の垂直な傾きはない）。それで、各スペクトル部は、適当なシャッタで ビーム４８Ａ〜４８Ｃのそれぞれを遮断し、そして各シャッタを個別に開くこと によって個々に観察される。しかしながら、このような構造は、検出器のコスト を少なくする反面、これは全てのスペクトル部の同時観察の利点を明らかに除外 する。 入射レーザビーム１０がフィルタ１２またはフィルタ６４によって光路１３ま たは光路６６に導入される図１および図６に示した構造は必須ではない。希望す るのであれば、完全に分割した光路を介して試料を照明することが可能である。 例えば、本発明はレーザ光が第一の光ファイバを介してプローブヘッドに伝え、 そしてラマン散乱光が別な光ファイバにより光路６６に沿って戻される遠隔の手 持ち形(hand-held)プローブヘッドを有する分光装置と共に使用することができ る。 すべての前記実施例は、ラマン分光装置を記述しているが、本発明は、蛍光や 、赤外や、細密線(narrow line)光ルミネセンスや、陰極線ルミネセンスなどを 含む他の形式の分光装置に使用することがもちろん可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バチェルダー，デヴィッド ネヴィル 英国 エルエス16 ５ピービー ヨークシ ャ リーヅ フォックスヒル アヴェニュ ２エー (72)発明者 ボールドウィン，カート ジャスティン 英国 エルエス９ ９ジェイティー ヨー クシャ リーヅ ユニバーシティー オブ リーヅ デパートメント オブ フィズ ィクス モレキュラー フィズィクス ア ンド インスツルメンティション グルー プ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．試料から出た散乱光のスペクトルを受ける光学的入力と、 少なくとも第一の方向に拡がる前記散乱光の検出器と、 前記光学的入力と前記検出器との間に配置されて前記検出器を横切る前記第一 の方向に前記スペクトルの一部を分散させる分散部材と、 前記光学的入力と前記検出器との間に配置されて前記検出器に対して少なくと も二つの異なる光路をたどるように前記散乱光を分け、この散乱光は前記それぞ れの光路により前記スペクトルの異なる部分となって前記検出器に到達する少な くとも一つの光スプリッタと を具えた分光分析装置。 ２．前記検出器は、前記第一の方向に対して直角な第二の方向に拡がる二次元で あって、一方の前記光路によって前記検出器に達する前記スペクトルの第一の部 分の光は、他方の前記光路によって前記検出器に達するスペクトルの第二の部分 の光から前記第二の方向に間隔があいている請求項１に記載の分光分析装置。 ３．少なくとも三つの異なる光路を有し、前記スペクトルの少なくとも三つの部 分の光は、前記光路のそれぞれ一つを介して前記検出器の前記第二の方向に隙間 を隔てたそれぞれの位置に達する請求項２に記載の分光分析装置。 ４．前記検出器は、電荷結合素子である請求項２または請求項３に記載の分光分 析装置。 ５．前記光スプリッタは、前記スペクトルの一部を一方の光路に沿って通過させ 、前記スペクトルの他の部分を他方の光路に沿って反射するフィルタである請求 項１から請求項４の何れかに記載の分光分析装置。 ６．前記フィルタは、エッジフィルタである請求項５に記載の分光分析装置。 ７．前記複数の光路に前記散乱光を分ける前記複数のフィルタを有する請求項５ または請求項６に記載の分光分析装置。 ８．前記光スプリッタは、前記光学的入力と前記分散部材との間に位置する請求 項１から請求項７の何れかに記載の分光分析装置。 ９．前記光スプリッタは、前記分散部材と前記検出器との間に位置する請求項１ から請求項７の何れかに記載の分光分析装置。 １０．前記光路の前記光をそれぞれ検出器に焦点合わせする共通レンズを有し、 各光路はこの共通レンズの中央を通る請求項１から請求項９の何れかに記載の分 光分析装置。 １１．前記分散部材および前記検出器は、前記光学的入力を通って受ける光とほ ぼ同一平面にある請求項１から請求項１０の何れかに記載の分光分析装置。 １２．検出される前記スペクトルは、ラマン散乱光のスペクトルである請求項１ から請求項１１の何れかに記載の分光分析装置。