(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を照明する光源であって、前記光源の波数から変位された波数での散乱を起こす光源と、
前記散乱光を集め、これを検出器に送る光路と、
前記光路において順次設置され、照明波数の光を遮断し、前記変位された波数の光を透過させるように配置された一対のエッジフィルタと、
を備えるラマン分光システムであって、
前記エッジフィルタが、前記光路に対してそれぞれの軸を中心に傾斜され、前記軸が互いに略直交しており、これにより、一方の前記エッジフィルタについて、第一の偏光状態のための遮断波数が、第二の偏光状態のための遮断波数よりも前記照明波数に近く、その一方で、他方の前記エッジフィルタについて、前記第二の偏光状態のための遮断波数が、前記第一の偏光状態のための遮断波数よりも前記照明波数に近く、各偏光状態の異なる遮断波数の効果が、少なくとも部分的に相互に打ち消し合い、これにより、前記一対の組み合わされたエッジフィルタについて、前記第一および第二の偏光状態のための遮断波数が、各エッジフィルタ単独についてのものよりも相互に近づくことを特徴とするラマン分光システム。
【請求項２】
前記エッジフィルタが薄膜多層誘電フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のラマン分光システム。
【請求項３】
前記エッジフィルタが硬質酸化物フィルタであることを特徴とする請求項２に記載のラマン分光システム。
【請求項４】
前記エッジフィルタがホログラフィックフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のラマン分光システム。
【請求項５】
前記光源からの光が、第１のエッジフィルタにより反射されて前記試料に向けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のラマン分光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光システム、たとえばラマン分光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のラマン分光システムは特許文献１に記載されており、同特許は引用によって本願に援用される。添付の図面の図１は、このようなシステムの市販されている実施形態を示す。
【０００３】
図１において、レーザ源１０からの光１３は、ミラー１２，１４によって、およびダイクロイックビームスプリッタとして機能するノッチまたはエッジフィルタ１６によって反射される。これによって、光は光路１５に沿って顕微鏡１８へと導かれ、顕微鏡１８において、光はミラー２０によって屈折されて、対物レンズ２２を通過し、試料２４に合焦される。ラマン散乱が試料上で発生し、入射レーザラインと異なる波数のラマン変位光(Raman-shifted light)を生成する。ラマン変位光は対物レンズ２２によって集められ、光路１５に沿ってミラー２０を経由してフィルタ１６へと戻される。
【０００４】
フィルタ１６はレーザ波長の光を反射する一方で、ラマン変位波数を透過させる。その間、フィルタ１６ははるかに高強度のレーザラインを遮断する。レーザラインは、第二の同じフィルタ２６でさらに遮断される。その後、ラマン変位光はラマンアナライザ２８を通過し、このラマンアナライザ２８は、特許文献１に記載されているように、回折格子または、対象となる特定のラマン線を透過させるフィルタを備えていてもよい。その結果得られる光は次に、検出器３０に送られる。これは、たとえば電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えていてもよく、このＣＣＤを通過してラマンスペクトルが回折格子によって分散される。あるいは、フィルタは、選択されたラマン波数を考慮して、試料の二次元画像をＣＣＤに送ってもよい。
【０００５】
ノッチまたはエッジフィルタ１６，２６は、特許文献１に記載されているように、ホログラフィックフィルタとすることができる。あるいは、これらのフィルタは、たとえば米国ニューヨーク州ロチェスタのセムロック社によってＲａｚｏｒＥｄｇｅの商標で販売されている硬質酸化物フィルタのような薄膜多層誘電フィルタであってもよい。このようなフィルタは特許文献２に記載されており、同特許は引用によって本願に援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，４４２，４３８号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０６８，４３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フィルタ１６は、光源１０からの光を試料２４に向けて入射させるために、必然的に光路に対して斜めに設置される。しかしながら、レーザラインの遮断とレーザラインに近い波数のラマン拡散光の透過との間の急峻な波長遮断性(cut-off)が実現されるようにするために、特許文献１には、この角度は小さな入射角、たとえば１０°とするべきであると記載されている。第二のフィルタ２６も同様に、これと釣り合う性能を提供するために、同じ小さな入射角で設置される。実際には、７．５°から１３°の間の角度が使用されるが、他の角度でもよい。
【０００８】
しかしながら、上記のように小さい入射角にしても、偏光効果が波長遮断性の高さを低下させる。入射角が大きいほど、問題は大きくなる。具体的には、ｐ偏光についての波長遮断性はｓ偏光についてのそれと異なり、その差の大きさは入射角に依存する。その結果、フィルタの透過特性は、ランダムに偏光された光について約５０％の透過率での遮断性立ち上がり部において階段または棚状部分を示す。これにより、素子により測定される、その結果として得られるスペクトルには偏光によるアーチファクトが生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様は、
試料を照明する光源であって、光源の波数から変位された波数での散乱を起こすための光源と、
散乱光を集め、これを検出器に送る光路と、
光路において順次設置され、照明波数の光を遮断し、変位された波数の光を透過させるように配置された一対のフィルタであって、第一と第二の異なる偏光状態の光について異なる特性を有する一対のフィルタと、
を備え、
フィルタが、それぞれの偏光状態に対する各々の効果が少なくとも部分的に相互に打ち消し合うように配置されることを特徴とする分光システムを提供する。
【００１０】
本発明の第二の態様は、
光路において順次設置され、第一の波数の光を遮断し、第二の波数の光を透過させるように配置された一対のフィルタであって、第一と第二の偏光状態の光について異なる特性を有する一対のフィルタと、
を備え、
フィルタが、それぞれの偏光状態に対する各々の効果が少なくとも部分的に相互に打ち消し合うように配置されることを特徴とするフィルタ装置を提供する。
【００１１】
好ましくは、両方のフィルタは、光路に関して各々の軸を中心に傾斜され、これらの軸は相互に略直交する。
【００１２】
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術による分光システムの概略図である。
【図２】このようなシステムにおける一対のフィルタの新規な配置を示す図である。
【図３】波数に対する各フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図４】波数に対する各フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図５】２つのフィルタの合成透過特性を示すグラフである。
【図６】図１に示されるようなシステムにおいて使用するためのフィルタの別の新規な配置を示す図である。
【図７】図１に示されるようなシステムにおいて使用するためのフィルタの別の新規な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここに示す本発明の実施形態は、ほとんどの点において、図１に関して上述したものと同じである。図２は、本発明の第一の実施形態において、図１に変更を加える１つの方法を示す。
【００１５】
第一のノッチまたはエッジフィルタ１６は、図１のものと同じタイプである。これは図１と同様に配置され、光路１５に関して軸３２を中心として、たとえば１０°の小さい入射角で好適に傾斜されている。前述のように、たとえば７．５°から１３°等、他の角度も使用できる。図２に示されるように、軸３２は略水平である。
【００１６】
しかしながら、第二のフィルタ２６は、図２の２６Ａに示されるように、図１とは異なって配置される。これは、軸３２に平行な軸を中心に傾斜されるのではなく、軸３２に略直交する軸３４を中心に傾斜される。したがって、軸３４は略鉛直（垂直）である。しかしながら、第二のフィルタ２６Ａは、好ましくは、たとえば１０°と、第一のフィルタと同じ入射角まで傾斜される。これにより、その性能は、以下の点を除き、フィルタ１６のそれと確実に釣り合うものとなる。
【００１７】
フィルタを反対に配置し、第一のフィルタが鉛直軸を中心に傾斜され、第二のフィルタが水平軸を中心に傾斜されるようにすることももちろん可能である。それ以外にも、略直交する他のどのような配置でも利用できる。入射レーザ光１３がフィルタ１６によって光路１５へと入射されるようにする場合、レーザ光１３はもちろん適当な角度でフィルタ１６に送られる必要がある。
【００１８】
図３は、第一のフィルタ１６の透過特性（透過率対波数）を示す。これは、レーザラインＬも示している。以下の説明において、ｓおよびｐ偏光方向はすべて、図３の第一のフィルタ１６について示されているような光の入射角に関して定められている。
【００１９】
図３に見られるように、ｐ偏光に関する透過特性Ｐは、レーザラインＬの付近で急峻な立ち上がりを示す。ｓ偏光の透過特性Ｓも同様の急峻な立ち上がりを見せるが、これはよりレーザラインＬから遠い。その結果、合成された偏光の透過特性Ｍは、約５０％の透過率で平坦な棚または階段状部分を示しており、これは、この領域において、フィルタはｐ偏光を透過させるが、ｓ偏光を透過させないからである。
【００２０】
図１に示す従来技術による配置において、フィルタ１６とフィルタ２６はどちらも図３と同様の特性を示す。したがって、前述のように、レーザラインＬの付近で観察される、結果として得られるスペクトルに偏光によるアーチファクトが生じる。しかしながら、図２のフィルタ２６Ａはフィルタ１６に直交する軸を中心として傾斜されているため、ｓ偏光とｐ偏光に関する特性が逆転する。これは図４に示されており、図４において、ｓ偏光に関する急峻な遮断性の立ち上がりＳは、ｐ偏光に関する遮断性の立ち上がりＰよりレーザラインに近い。
【００２１】
したがって、散乱光が光路１５に沿って移動する際にフィルタ１６，２６Ａを順次通過すると、合成された透過特性は図５に示されるとおりとなる。ｓ偏光とｐ偏光に関する全体的な透過特性ＳとＰは、格段に相互に近づく。したがって、その結果得られる、混合された偏光の特性Ｍは、図３，４に示されるような棚または階段状部分を呈さない。結果として得られるスペクトルにおける偏光によるアーチファクトは削減または除去される。
【００２２】
有利な配置において、第一のフィルタ１６の傾斜軸（３２または３４）は、よりレーザラインＬから遠い遮断曲線が入射レーザの偏光と合致するように選択される。たとえば、図３の特性を有するフィルタは、レーザがｓ偏光されるときに使用されるであろう。あるいは、レーザがｐ偏光される場合、第一のフィルタの軸は図４の特性を有するように配置されるであろう。入射角を調整することにより、フィルタ１６を、その急峻な遮断性の立ち上がりがレーザラインにより近くなるように設定できる。ファルタの組み合わせにより、良好なレーザ遮断性能が得られ、その一方で、第一のフィルタが入射レーザ偏光に関するもう一方の傾斜軸をもって配置された場合よりレーザラインに近いラマン散乱光が透過される。
【００２３】
本発明は、図２に示されるような直交軸を中心に傾斜されたフィルタの使用に限定されない。異なる偏光状態に対する２つのフィルタの効果が部分的または全体的に相互に打ち消し合うのを確実にするために、上記以外の配置も構想できる。
【００２４】
たとえば、そのような配置が図６に示されている。ここで、上記のいずれかのタイプの２つのフィルタ１６，２６があり、これらは前述のような入射角を実現するように傾斜されている。フィルタの傾斜軸は、図１に示されるように相互に平行である。しかしながら、２つのフィルタの間に２分の１波長板が設置されている。これは、光路１５内の散乱光の偏光を、散乱光が一方のフィルタからもう一方のフィルタへと通過する際に９０°回転させる。この効果は、図２に示される直交する傾斜軸を使用した場合と同様である。
【００２５】
あるいは、図７に示されるように、複合的な光学コンポーネント３８を使用してもよい。これは、２つのフィルタ４２の間に挟まれた２分の１波長板４０でなる。フィルタ４２は上記のタイプのいずれでもよく、単純に２分の１波長板４０の相対する面に接着させることができる。しかしながら、フィルタ４２は、たとえばセムロック社が販売する硬質酸化物によるもののような薄膜多層誘電タイプであると有利である。この場合、これらのフィルタは２分の１波長板４０の相対する面に直接設置されたコーティングとして形成することができる。
【００２６】
光をその当初の偏光状態に戻すことが望ましい場合、第二の２分の１波長板を光路１５内における図６，７に示されるフィルタと２分の１波長板の配置の前または後に設けることができる。
【００２７】
前述の実施形態は、図１に関して述べた各種の変形を取り入れることができる。さらに別の代替例において、顕微鏡１８の代わりに、周知の光ファイバプローブを使って離れた場所にある試料を分析してもよい。このような光ファイバプローブの１つのタイプを用いた場合、入射されるレーザ光はフィルタ１６を介して入射されなくてもよく、第一の光ファイバを介してプローブに直接取り入れられてもよい。その後、ラマン散乱光は第二の光ファイバを介してフィルタ１６に戻される。
【００２８】
さらに、このシステムはラマン分光に限定されない。このシステムは、たとえば蛍光ルミネセンス、狭線の光ルミネセンスおよび陰極線ルミネセンス等、他の種類の分光にも有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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