(57)【要約】  検体（２６）がレーザー光によって照射されている。その結果、ラーマンスペクトラム（６２）が、高いスペクトラム分解能でＣＣＤ（電荷結合素子）３４の検出要素６０の一つ以上の行または列に沿って分光される。その結果、電荷が、Ｙ´方向に転送され、ＣＣＤの出力レジスタ６４に貯蔵される。分光されたスペクトラムが、出力レジスタにある電荷の転送（矢印７２）と同時にＸ´方向に向かって行または列に沿って移動される。そして、移動期間に、スペクトラムにおける所定の波数からのデータが、出力レジスタの中に蓄積し続ける。これは、出力レジスタに向けた電荷の各行への転送が分散方向に直交するようにＣＣＤが構成されている場合においても、コンピューターの中で、後でデータのブロックを組み合わせることを必要とせず、広範囲のスペクトラムからのデータが高い分解能で収集可能とされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光装置において、
散乱された光のスペクトラムを作り出すように検体を照射するための光源と、
投射光の強度に応じてデータをそれぞれ蓄積する少なくとも一つの列または行の検出素子と、該検出素子からのデータを受け入れるための一列の記憶要素を備える出力レジスタとを含む検出器であって、前記散乱された光を検出するための検出器と、
前記検体から受け取られた前記スペクトラムを分解し、前記検出器に沿って該スペクトラムを分散させるための分散素子と、を含み、
前記出力レジスタは、分散方向に対し平行に配され、前記装置は、前記スペクトラムが分散方向に移動するように前記分散素子を作動させるように構成され、
前記装置は、前記スペクトラムの移動に同期して前記出力レジスタの一つの記憶要素から次の記憶要素にデータを移動するように構成されることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記装置は、一行または一列の前記検出素子を前記スペクトラムの少なくとも一部に対しさらし、該一行または一列の該検出素子からのデータを前記出力レジスタの対応する記憶要素に読み込むように構成される請求項１記載の分光装置。
【請求項３】
前記露光は、繰り返され、データは、前記スペクトラムが移動中、前記出力レジスタにおける対応する記憶要素に読み込まれる請求項２記載の分光装置。
【請求項４】
前記分散素子は、連続的に動く請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の分光装置。
【請求項５】
前記検出器は、二次元配列の前記検出素子を含む請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の分光装置。
【請求項６】
前記検出器は、電荷結合素子である請求項５記載の分光装置。
【請求項７】
前記複数の行または列の検出素子が、前記スペクトラムに対しさらされ、該複数の行または列からのデータが、前記出力レジスタ内に一緒に格納される請求項５または請求項６記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置及び方法に関する。特に、ラマン分光法において役に立つ、とはいっても、例えば、蛍光、狭線（ｎａｒｒｏｗ  ｌｉｎｅ）フォトルミネセンス、カソードルミネセンスを用いる他の形式の分光法に同様に使用可能とされる。
【背景技術】
【０００２】
ラマン分光装置の一つの例は、米国特許第５，６８９，３３３号（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒ等）に示されている。レーザー光源からの光が、検体における小さな部分に集束される。光と検体の分子との間の相互作用が、励起レーザーの周波数に対し変化される周波数および波数を有するスペクトラムに、ラマン散乱を引き起こす。レーザー周波数を減衰させた後、回折格子のような分散素子が、この散乱されたラマンスペクトラムを二次元の光検出器列、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）の形の光検出器列にわたって分散させる。さまざまな分子種は、異なる特徴的なラマンスペクトラムがある。そして、その効果が、存する分子種を分析するために使用可能とされる。また、ラマンスペクトラムは、検体内の局部応力または局部歪のような他の情報も与えることができる。
【０００３】
装置がスペクトラムをＣＣＤにわたって広く分散させ、高いスペクトラム分解能をもたらすように設置されるならば、それから、スペクトラムの一部だけが、一度に受け取られることが可能である。もっと広いスペクトラムからのデータを取得するために、一つの従来技術の方法は、スペクトラムの一部をＣＣＤに十分な時間、照射し、それから、ＣＣＤからのそのスペクトラムの一部に関するすべてのデータをコンピューターに読み込むのである。次に、スペクトラムの次の部分がＣＣＤにより受け取られ、十分な照射時間がもたらされて、このスペクトラムの一部からのすべてのデータがコンピューター内に読み込まれるように、その回折格子が、割り出されている。上述の工程が必要のたびごとに繰り返される。しかし、このステップアンドリピート（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｒｅｐｅａｔ）方法は、次のデータのコンピューター処理中、不利益を有する。なぜならば、分かれているスペクトラムのそれぞれの部分から取得された別個のデータのブロックを組み合わせることが難しいからである。それぞれの照射相互間にバックグランドライトレベル（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｌｉｇｈｔ  ｌｅｖｅｌ）の変更、又は、他の条件の変更があれば、これは、特に本当である。
【０００４】
そして、米国特許第５，６８９，３３３号は、改良したデータの取得方法を記載している。ある時点で、ラマンスペクトラムの一部は、所望のスペクトラム分解能を有するＣＣＤにおける一行または一列に沿って分散されている。その回折格子が、分散の方向に、一行または一列の画素に沿ってスペクトラムを走査するように動かされる。これと同時に、スペクトラムの照射によるＣＣＤに蓄積された電荷が、一行または一列内において一つの画素から次の画素に転送される。従って、スペクトラム内の各波数からの電荷が、走査の処理につれて、蓄積し続け、連続的にＣＣＤの出力レジスタに読み出され、コンピューター内に読み込まれる。
【０００５】
この方法は、コンピューター内で、後でスペクトラムの一部を組み合わせる必要がなく、均一にデータを収集できる利点を有している。さらに、そのスペクトラムの各画素がＣＣＤから一回だけ読み出されるのでリードアウトノイズ（ｒｅａｄｏｕｔ  ｎｏｉｓｅ）が各画素に一回だけ加えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５６８９３３３号明細書
【特許文献２】国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０００２５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の方法に取って代わる代案、および、それを行うための装置を提供することを目指している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
代替案が役に立つ場合の一つは、電荷がＣＣＤ内で転送される方向が、スペクトラムの分散の方向に対し直交する位置にあるように、ＣＣＤが装置内に取り付けられている場合である。その場合は、例えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０００２５２号に記載されている装置に当てはまる。
【０００９】
本発明の一形態は、分光装置を提供する。分光装置においては、散乱された光のスペクトラムを作り出すように検体を照射するための光源と、投射光の強度に応じてデータをそれぞれ蓄積する少なくとも一つの列または行の検出素子と、該検出素子からのデータを受け入れるための一列の記憶要素を備える出力レジスタとを含む検出器であって、前記散乱された光を検出するための検出器と、前記検体から受け取られた前記スペクトラムを分解し、前記検出器に沿って該スペクトラムを分散させるための分散素子と、を含み、前記出力レジスタは、分散方向に対し平行に配され、前記装置は、前記スペクトラムが分散方向に移動するように前記分散素子を作動させるように構成され、前記装置は、前記スペクトラムの移動に同期して前記出力レジスタの一つの記憶要素から次の記憶要素にデータを移動するように構成されることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、本装置は、一行または一列の前記検出素子を前記スペクトラムの少なくとも一部に対しさらし、該一行または一列の該検出素子からのデータを前記出力レジスタの対応する記憶要素に読み込むように構成される。前記露光は、繰り返され、データは、前記スペクトラムが移動中、前記出力レジスタにおける対応する記憶要素に読み込まれる。
【００１１】
そして、米国特許第５，６８９，３３３号と大いに違って、そのデータは、一行または一列の検出素子ではなく、出力レジスタ内でスペクトラムの移動に同期して移動され、蓄積される。これは、出力レジスタに向けて検出要素からのデータのいずれかの移動方向に対し直交して行われる。
【００１２】
本発明の好適な実施例は、添付図面を参照し一例として説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】分光装置の概略図である
【図２】ＣＣＤ検出器の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照するに、分光装置は、励起光源（ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｅｘｃｉｔｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ）としての役割を果たすレーザー１０を備える。これが、ビーム拡大器１２、レンズ１３、反射鏡１４、１６、１８、フィルター２０を介して顕微鏡２２に入る。顕微鏡２２の対物レンズ２４が、レーザービームを載物台、即ち、テーブル２８に取り付けられた検体２６に集束させる。載物台２８は、コンピューター３２の制御のもとで、Ｘ方向およびＹ方向に沿って移動可能とされる複数のモーター３０を有する。
【００１５】
励起レーザービームによる照射は、散乱された光、例えば、異なる周波数／波数でラマン散乱光を発生させる。この光は、顕微鏡の対物レンズ２４に収集されて、二次元の光検出器列３４に方向づけられる。これは、反射鏡１８、フィルター２０、スリット３５（装置の深さ分解能を制御するように共焦点的に（ｃｏｎｆｏｃａｌｌｙ）役割を果たし得る）、複数の反射鏡３６、回折格子３８、および、集束レンズ３７を介して通過する。
【００１６】
好適な二次元の光検出器３４は、市販のＣＣＤ（電荷結合素子）検出器である。しかし、他の検出器も可能である。回折格子３８が、散乱光のスペクトラムを所望の高いスペクトラム分解能でＣＣＤ３４の表面にわたってＸ´方向に分散させる。これは、モーター駆動され、ＣＣＤ３４上にスペクトラムをＸ´方向に移動させるように、コンピューター３２の制御のもとで矢印Ｒにより示されるように回転する。
【００１７】
フィルター２０は、二つの目的に適う。先ず、励起レーザーの照射を顕微鏡２２および検体２６に向かう光路に入れるように、レーザー１０からの励起レーザーの照射を反射する。次に、照射するレーザービームの周波数と同じ周波数を有するレイリー散乱光を排除し、目的とするラマンスペクトラムだけをＣＣＤ検出器３４に向けて通す。こういう性質とする様々な異なる種類の誘電体フィルターが使用でき、たとえば、ホログラフィックフィルター（示されるように光路に対して低い入射角で配されてもよい）を含む。必要ならば、こういう一つ以上のフィルターが、レイリー散乱光の排除を改善するように直列に備えられてもよい。
【００１８】
上述された構成における多数の特徴は、参照することにより本明細書の一部を構成する米国特許第５，６８９，３３３号に詳細に記載されている。
【００１９】
図２は、ＣＣＤ検出器３４の一部を表す。それは、二次元の検出要素列６０を含み、スペクトラム６２が、Ｘ´方向に、検出要素列６０にわたって分散されている（ハッチングの帯で表している）。そのスペクトラムは、複数の検出要素のうちの一つの行に集束され得るが、通常、示されるように、隣接する二、三以上の行に投射される。
【００２０】
分散方向Ｘ´に平行な一方の縁においては、ＣＣＤが、一列に並んだ記憶要素を有する出力レジスタ６４を備える。一方の端部で、その出力レジスタは、コンピューター３２内にデータを読み出す出力回路６６を有する。ＣＣＤの動作は、制御ライン６８，７０を介しコンピューター３２により制御される。ライン６８により、検出器の要素におけるデータが、一行づつ、Ｙ´方向に、出力レジスタ６４に向かって転送される。ライン７０により、Ｘ´に平行な矢印７２により示されるように、出力レジスタ内のデータが、出力回路６６に向かって転送される。
【００２１】
その装置の動作は、下記の通りである。複数の検出要素が、スペクトラム６２にさらされ、従って、電荷がそれらの中に蓄積される。それから、これが、ライン６８における制御信号によって、対応する出力レジスタ６４の記憶要素に向けて一行づつ転送される。示されるように、複数の隣接する行がスペクトラムにさらされている場合、それらの電荷は、この時、対応する出力要素に一緒に貯蔵される。
【００２２】
次に、回折格子３８が、そのスペクトラムをＸ´方向（図２に示される右の方へ）に移動させるように回転される（コンピューター制御のもとで）。同時に、これと同期して、コンピューターが、出力要素の中の電荷を矢印７２の方向に同量だけ移動させる。それから、すべての処理が、繰り返される。このようにして、そのスペクトラムの中の所定の波数からの電荷が、スペクトラムの移動と同期して、出力レジスタの中を移動するとき、蓄積し続けられる。
【００２３】
実際には、格子３８の不連続な動きは、必要ではない。格子３８は、ＣＣＤチップの中のデータのＹ´方向および方向７２への転送が、一致するように制御された状態で、適切な速度で連続して動くことができる。すべてのデータが、出力回路６６を介して連続してコンピューター３２内に読み出される。
【００２４】
転送の間、ＣＣＤを閉じることが可能である、といっても、これが実際に必要ではないことが分かった。
【００２５】
説明された方法は、コンピューターにおいて後でスペクトラムの部分を一緒に組み合わせる必要がなく、均一にデータを収集できる利点がある。その上、スペクトラムの各画素がＣＣＤから一回だけ読み出されるので、リードアウトノイズ（ｒｅａｄｏｕｔ  ｎｏｉｓｅ）が、各画素に一回だけ加えられる。
【００２６】
これらの利点は、ＣＣＤ３４が米国特許５，６８９，３３３号においてＣＣＤに対し直交するように位置されていれば、得ることができる。そして、我々の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００８／０００２５２号に記載されているような、他の方法において使用可能とされる。
【００２７】
実際に、スペクトラム６２が、できるだけ出力レジスタの近くでＣＣＤに投射されていることを確実にすることが望まれる。なぜかというと、そのスペクトラムと出力レジスタとの間に、所望の信号とともにその空白行（ｂｌａｎｋ  ｒｏｗｓ）を格納する必要があるからである。例えば、宇宙線からのノイズを減少させるために、出力レジスタの各転送ごとに、できる限り少ない空の行を貯蔵することが望まれる。実際には、例えば、１０行の空白行、および、スペクトラムを含む二行がある場合がある。それから、ライン６８におけるコントロールが、ライン７０により制御される出力レジスタの各単一の転送ごとに１２行分を格納する。
【００２８】
これらの１２行分を出力レジスタに貯蔵したあとで、蓄積されたいかなるノイズもなくすために全検出器列の電荷が消去され得る。これは、出力レジスタから離れて、１３行分の充電を転送することにより、行われてもよい。より一般的に、電荷が、ｎ行の転送を用いて出力レジスターに転送されるならば、消去するステップが、出力レジスタから離れて、ｎ＋１行の転送を用いて行われる。このようにして、ＣＣＤにおける使用されていない部分が、ゆっくり、連続的に使用された部分から離れて消し去られる。
【００２９】
代替的な構成においては、垂直方向の電荷の転送なしに、光が出力レジスタの要素自体によって検出されるように、スペクトラムを出力レジスタ６４に直接的に集束させることも可能である。それから、先述のように、所定の波数からの電荷が蓄積するように出力レジスタの中の電荷の移動に同期して上述のようにそのスペクトラムが移動される。
【００３０】
必要ならば、スペクトラムの受け入れ、および、電荷の除去を、断続的な検体へのレーザー照射の点滅と位相同期することができる。例えば、その検体が、不所望な蛍光、ならびに、所望されるラマン散乱にさらされているならば、それから、これは、蛍光信号（照射が終わった後、存続するであろう）を減少させることを可能にする。または、蛍光が、「オフ」期間中、ラマン信号とは別に検出されて、後でコンピューターにおいて、取り去られることも可能である。それは、２つの出力レジスタ（一つが対象となっている部分の上に、一つが対象となっている部分の下にある）を有するＣＣＤを用いて可能である。ラマン信号は、複数のレジスタのうちの一方のレジスタに転送され、それから、蛍光信号は他方のレジスタに転送される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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