(57)【要約】【課題】  試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うラマン顕微鏡を提供する。【解決手段】  本発明にかかるラマン顕微鏡は、試料に励起光を照射するレーザ光源１０２と、励起光が照射されることにより試料から発せられるラマン散乱光を分光する分光器１０５と、分光器１０５によって分光されるラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る検出器１０６と、検出器１０６によって検出される任意の波長帯域のラマンスペクトルに基づいてラマンスペクトルイメージを表示する画像処理部１０７とを備えるラマン顕微鏡であって、画像処理部１０７は、ラマンスペクトルのうち、励起光に対応する波長帯域を遮断する遮断部１０９と、遮断部１０９により励起光が遮断されたラマンスペクトルに対応した表示色を表示する表示部１１４とを備えるものである。【選択図】  図１
2007147357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に励起光となるレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記試料と前記励起光の照射領域との相対位置を変化させ、前記試料上を前記励起光により走査する走査部と、
前記励起光が照射されることにより前記試料から発せられるラマン散乱光を分光する分光器と、
前記分光器によって分光されるラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る検出器と、
前記検出器によって検出される任意の波長帯域のラマンスペクトルに基づいてラマンスペクトルイメージを表示する画像処理部と、
を備えるラマン顕微鏡であって、
前記画像処理部は、
前記ラマンスペクトルのうち、前記励起光に対応する波長帯域を遮断する遮断部と、
前記遮断部により前記励起光が遮断されたラマンスペクトルに対応した表示色を表示する表示部と、
を備えるラマン顕微鏡。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記ラマンスペクトルに基づいて色彩を表す３以上の変数を演算する演算部をさらに備え、
前記表示部は、前記演算部において算出される色彩を表す３以上の変数に応じた表示色を表示する請求項１に記載のラマン顕微鏡。
【請求項３】
前記画像処理部は、ＸＹＺ表色系の等色関数を記憶する記憶部をさらに備え、
前記演算部は、前記遮断部において励起光が遮断されたラマンスペクトルと前記記憶部に記憶されたＸＹＺ表色系の等色関数とを乗算することによりＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数を演算する請求項２に記載のラマン顕微鏡。
【請求項４】
前記表示部は、前記ＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数に基づいてｓＲＧＢに対応するＲＧＢの各要素を加法混色することにより前記表示色を表示する請求項２又は３に記載のラマン顕微鏡。
【請求項５】
前記画像処理部は、前記検出器によって検出された前記ラマンスペクトルの波長を異なる波長に変換する変換部をさらに備え、
前記表示部は、前記変換部により変換された波長のラマンスペクトルに対応した表示色を表示する請求項１〜４のいずれか１項に記載のラマン顕微鏡。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記ラマンスペクトルの一部の波長帯域の幅を拡張する拡張部をさらに備え、
前記表示部は、前記拡張部により拡張された波長帯域のラマンスペクトルに対応した表示色を表示する請求項１〜５のいずれか１項に記載のラマン顕微鏡。
【請求項７】
レーザ光源から試料に励起光となるレーザ光を照射し、
前記励起光の試料からのラマン散乱光を分光し、
分光されたラマン散乱光を検出して得られる任意の波長帯域のラマンスペクトルに基づいてラマンスペクトルイメージを表示するラマンスペクトルイメージの表示方法であって、
前記ラマンスペクトルのうち、前記励起光に対応する波長帯域を遮断し、
前記励起光が遮断されたラマンスペクトルに対応した表示色を表示するラマンスペクトルイメージの表示方法。
【請求項８】
前記ラマンスペクトルに基づいて色彩を表す３以上の変数を演算し、
前記色彩を表す３以上の変数に応じて表示色を表示する請求項７に記載のラマンスペクトルイメージの表示方法。
【請求項９】
前記遮断部において励起光が遮断されたラマンスペクトルとＸＹＺ表色系の等色関数とを乗算することによりＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数を演算する請求項８に記載のラマンスペクトルイメージの表示方法。
【請求項１０】
前記ＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数に基づいてｓＲＧＢに対応するＲＧＢの各要素を加法混色することにより前記表示色を表示する請求項８又は９に記載のラマンスペクトルイメージの表示方法。
【請求項１１】
前記検出器によって検出された前記ラマンスペクトルの波長を異なる波長に変換し、
変換された波長のラマンスペクトルに対応する表示色を表示する請求項７〜１０のいずれか１項に記載のラマンスペクトルイメージの表示方法。
【請求項１２】
前記ラマンスペクトルの一部の波長帯域の幅を拡張し、
拡張された波長帯域のラマンスペクトルに対応する表示色を表示する請求項７〜１１のいずれか１項に記載のラマンスペクトルイメージの表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラマン顕微鏡及びラマンスペクトルイメージの表示方法に関し、特に詳しくは試料に励起光を照射し、試料からのラマン散乱光を検出して観察を行うラマン顕微鏡及びラマンスペクトルイメージの表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料にレーザ光を照射したときに生じるラマン散乱光を、顕微鏡を介して検出するラマン顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このラマン顕微鏡を用いると、ミクロンオーダーからサブミクロンオーダーの空間分解能で、試料上の各点のラマンスペクトルを取得することができる。このラマンスペクトルにより、試料中に含まれる成分や、化学構造、物理的状態などを特定することができる。また、このような装置によれば、試料としては、固体、液体、気体を問わず、かつ、非破壊での測定を行うことができる。
【０００３】
また、ラマン顕微鏡では、試料上の各点で測定されたラマンスペクトルをそれぞれ１つの画素として表示し、これらを合成表示することによって２次元のラマンスペクトルイメージを得ることができる。従来、このラマンスペクトルイメージの表示方法としては、例えば、試料上の各点のラマンスペクトルのある波長での強度を画素の明るさとした画像の表示方法や、任意の３点の波長におけるラマンスペクトルの強度を抽出して、それぞれをＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各要素に割りあて、加法混色による画像の表示方法などが用いられてきた。
【特許文献１】特開２０００−０５５８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のラマンスペクトルイメージの表示方法によると、以下のような問題があった。上記の表示方法では、３点の特定の波長に対して、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれか１色を割り当て、これらの混色により対応する画素の表示色を決定していた。例えば、４種類以上の成分を含んだ試料のラマンスペクトルイメージを表示する場合、ラマンスペクトルには４つ以上のピーク波長が存在することとなる。このとき、上記の表示方法によれば、ＲＧＢの各要素が割り当てられたピーク波長以外の波長は、表示色に関係しない。このため、ＲＧＢの各要素が割り当てられたピーク波長以外の波長が異なる場合であっても、これらに対応する画素は同じ色に表示されてしまい、これらの成分の試料上の分布を直感的に把握できるように表示を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うラマン顕微鏡及びラマンスペクトルイメージの表示方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様にかかるラマン顕微鏡は、試料に励起光となるレーザ光を照射するレーザ光源と、前記試料と前記励起光の照射領域との相対位置を変化させ、前記試料上を前記励起光により走査する走査部と、前記励起光が照射されることにより前記試料から発せられるラマン散乱光を分光する分光器と、前記分光器によって分光されるラマン散乱光を検出し、ラマンスペクトルを得る検出器と、前記検出器によって検出される任意の波長帯域のラマンスペクトルに基づいてラマンスペクトルイメージを表示する画像処理部とを備えるラマン顕微鏡であって、前記画像処理部は、前記ラマンスペクトルのうち、前記励起光に対応する波長帯域を遮断する遮断部と、前記遮断部により前記励起光が遮断されたラマンスペクトルに対応した表示色を表示する表示部とを備えるものである。このような構成を有することによって、試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【０００７】
本発明の第２の態様にかかるラマン顕微鏡は、上記のラマン顕微鏡において、前記画像処理部は、前記ラマンスペクトルに基づいて色彩を表す３以上の変数を演算する演算部をさらに備え、前記表示部は、前記演算部において算出される色彩を表す３以上の変数に応じた表示色を表示するものである。このような構成を有することによって、簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【０００８】
本発明の第３の態様にかかるラマン顕微鏡は、上記のラマン顕微鏡において、前記画像処理部は、ＸＹＺ表色系の等色関数を記憶する記憶部をさらに備え、前記演算部は、前記遮断部において励起光が遮断されたラマンスペクトルと前記記憶部に記憶されたＸＹＺ表色系の等色関数とを乗算することによりＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数を演算するものである。このような構成を有することによって、より簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【０００９】
本発明の第４の態様にかかるラマン顕微鏡は、上記のラマン顕微鏡において、前記表示部は、前記ＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数に基づいてｓＲＧＢに対応するＲＧＢの各要素を加法混色することにより前記表示色を表示するものである。このような構成を有することによって、さらに簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１０】
本発明の第５の態様にかかるラマン顕微鏡は、上記のラマン顕微鏡において、前記画像処理部は、前記検出器によって検出された前記ラマンスペクトルの波長を異なる波長に変換する変換部をさらに備え、前記表示部は、前記変換部により変換された波長のラマンスペクトルに対応した表示色を表示するものである。このような構成を有することによって、試料上の成分の分布をより直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１１】
本発明の第６の態様にかかるラマン顕微鏡は、上記のラマン顕微鏡において、前記画像処理部は、前記ラマンスペクトルの一部の波長帯域の幅を拡張する拡張部をさらに備え、前記表示部は、前記拡張部により拡張された波長帯域のラマンスペクトルに対応した表示色を表示するものである。このような構成を有することによって、成分の同定に必要なラマンスペクトルの一部を拡大し、試料上の成分の分布をさらに直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１２】
本発明の第７の態様にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法は、レーザ光源から試料に励起光となるレーザ光を照射し、前記励起光の試料からのラマン散乱光を分光し、分光されたラマン散乱光を検出して得られる任意の波長帯域のラマンスペクトルに基づいてラマンスペクトルイメージを表示するラマンスペクトルイメージの表示方法であって、前記ラマンスペクトルのうち、前記励起光に対応する波長帯域を遮断し、前記励起光が遮断されたラマンスペクトルに対応した表示色を表示する。これによって、試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１３】
本発明の第８の態様にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法は、上記の表示方法において、前記ラマンスペクトルに基づいて色彩を表す３以上の変数を演算し、前記色彩を表す３以上の変数に応じて表示色を表示する。これによって、簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１４】
本発明の第９の態様にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法は、上記の表示方法において、前記遮断部において励起光が遮断されたラマンスペクトルとＸＹＺ表色系の等色関数とを乗算することによりＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数を演算する。これによって、より簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１５】
本発明の第１０の態様にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法は、上記の表示方法において、前記ＸＹＺ表色系において色彩を表す３個の変数に基づいてｓＲＧＢに対応するＲＧＢの各要素を加法混色することにより前記表示色を表示する。これにより、さらに簡便に試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１６】
本発明の第１１の態様にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法は、上記の表示方法において、前記検出器によって検出された前記ラマンスペクトルの波長を異なる波長に変換し、変換された波長のラマンスペクトルに対応する表示色を表示する。これにより、試料上の成分の分布をより直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【００１７】
本発明の第１２の態様にかかるラマンスペクトルイマージの表示方法は、上記の表示方法において、前記ラマンスペクトルの一部の波長帯域の幅を拡張し、拡張された波長帯域のラマンスペクトルに対応する表示色を表示する。これにより、試料上の成分の分布をさらに直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、試料上の成分の分布を直感的に把握することが可能なラマンスペクトルイメージの表示を行うラマン顕微鏡及びラマンスペクトルイメージの表示方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００２０】
実施の形態．
本発明の実施の形態にかかるラマン顕微鏡について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態にかかるラマン顕微鏡の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるラマン顕微鏡１００は、ステージ１０１、レーザ光源１０２、ビームスプリッタ１０３、対物レンズ１０４、分光器１０５、検出器１０６、画像処理部１０７を備える。本実施の形態にかかるラマン顕微鏡１００は、検出器１０６において検出したラマンスペクトルを、同じ波長を持った発光物体を人間の眼で見たときと同じ表示色（色彩）で表示する。本実施の形態において、注目すべき点は画像処理部１０７であり、後に詳述する。
【００２１】
ステージ１０１には、被測定対象である試料１０８が載置される。ステージ１０１は、マニピュレータなどの移動手段により、Ｘ−Ｙ方向（水平方向）に、移動可能に設けられている。ステージ１０１を移動させることにより、試料１０８上を走査することができる。これにより、試料と励起光の照射領域との相対位置を変化させることができ、試料上の任意の箇所のラマンスペクトルを測定することができる。
【００２２】
レーザ光源１０２は、励起光となるレーザ光を出射する。レーザ光源１０２としては、例えば、レーザ波長５３２ｎｍのＮｄ／ＹＶＯ４レーザなどを用いることができる。レーザ光源１０２から出射された励起光は、ビームスプリッタ１０３を透過して、対物レンズ１０４に入射する。ビームスプリッタ１０３は、例えば、ダイクロイックミラーであり、レーザ光の波長に対応する光を透過する。対物レンズ１０４は、レーザ光源１０２から出射された励起光を集光し、試料１０８に入射させる。試料１０８に入射した励起光を入射光とする。
【００２３】
試料１０８に入射した入射光の一部は、ラマン散乱される。試料１０８に入射した入射光のうち、ラマン散乱により対物レンズ１０４側に出射した光を出射光とする。すなわち、ラマン散乱光のうち、対物レンズ１０４に入射したものを出射光とする。ラマン散乱された出射光は励起光とは異なる波長となっている。また、試料１０８に入射した入射光の一部は、レーザ光と同じ波長のまま試料１０８で反射される。この試料１０８に入射した入射光のうち、レーザ光と同じ波長のまま試料１０８で反射される光を反射光とする。反射光及び出射光は、対物レンズ１０４を介してビームスプリッタ１０３に入射する。ビームスプリッタ１０３は、ダイクロイックミラーであり、入射した光をその波長に応じて分離する。これにより、出射光と反射光とが分離される。すなわち、レーザ光と同じ波長の反射光は、ビームスプリッタ１０３を透過し、レーザ光の波長と異なる波長で散乱されたラマン散乱光はビームスプリッタ１０３で反射される。ビームスプリッタ１０３で反射された出射光は、分光器１０５に入射する。
【００２４】
分光器１０５は、回折格子（グレーティング）やプリズムなどの分光素子を備えており、入射した光をその波長に応じて空間的に分散させる。反射型回折格子を用いた分光器１０５の場合、さらに入射した光を分光素子までに導く球面ミラーと分光素子によって分光された光を検出器１０６まで導く球面ミラーなどの光学系が設けられている。
【００２５】
分光器１０５により分光された出射光は、検出器１０６に入射する。検出器１０６は、分光器１０５により分光された出射光を検出し、ラマンスペクトルを得る。検出器１０６は、受光素子がマトリクス状に配列されたエリアセンサである。すなわち、検出器１０６は、画素がアレイ状に配置された２次元ＣＣＤなどの２次元アレイ光検出器である。
【００２６】
検出器１０６は、各画素で受光した出射光の光強度に応じた検出信号を図示しない処理装置に出力する。処理装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置であり、検出器１０６からの検出信号をメモリなどに記憶していく。ここで、検出器１０６の一端に配列されている画素は長波長（低振動数）の出射光を検出し、他端に配列されている画素は短波長（高振動数）の出射光を検出する。このようにして得られる検出器１０６の光強度の分布は、ラマンスペクトルの分布を示す。
【００２７】
固体や分子の格子振動や分子振動の振動数はその物質に依存する。ラマン散乱光の振動数は、入射光の振動数に対して、試料を構成する物質に依存した格子振動や分子振動の振動数を加減算したものである。したがって、このラマンスペクトルを測定することにより、試料１０８中に含まれる物質の化学構造及び物理的状態を特定することができる。すなわち、ラマンスペクトルには、試料１０８を構成する物質の振動数の情報が含まれるため、出射光を分光器１０５で分光して検出することにより、試料１０８中の物質を特定することができる。画像処理部１０７は、検出器１０６において得られたラマンスペクトルに対応した表示色を表示する。
【００２８】
ここで、図２を参照して、画像処理部１０７について詳細に説明する。図２は、画像処理部１０７の構成を示すブロック図である。図２に示すように、画像処理部１０７は、遮断部１０９、記憶部１１０、演算部１１１、変換部１１２、拡張部１１３、表示部１１４を備えている。ここで、変換部１１２及び拡張部１１３については、ここでは用いないため、説明を省略し後に詳述する。
【００２９】
遮断部１０９は、検出器１０６で得られたラマンスペクトルから、レーザ光源１０２から出射された励起光の波長帯域に属するピークを遮断する。図３に、検出器１０６で得られたラマンスペクトルの一例を示す。図３において、横軸は波長（λ）を示し、縦軸はラマン散乱光強度を示している。図３に示すように、検出器１０６において得られるラマンスペクトルには、レーザ光源１０１から出射された励起光を遮光しきれず、励起光の波長帯域に属するピークが含まれることとなる。したがって、ラマンスペクトルに対応した表示色を表示する際、励起光の波長帯域に属するピークを遮断し、試料１０８に含まれる物質の成分の同定に必要な波長帯域に属するラマンスペクトルを用いる。すなわち、励起光に対応する波長帯域を除いた波長帯域のラマンスペクトルに基づいて表示色を表示する。具体的には、励起光に対応する波長帯域におけるスペクトル強度を０として、処理を行なう。換言すると、励起光に対応する波長帯域を除いた波長帯域から、所定の幅を有する波長帯域を抽出する。例えば、測定されたラマンスペクトルから、励起光の波長帯域を取り除き、分子振動を表す部分（振動数ω＝８０〜４０００ｃｍ−１）を取り出したラマンスペクトルに基づいて表示色が決定される。
【００３０】
この振動数ωは、以下の式で算出できる。
ω＝１／λ
以下、検出器１０６によって検出されたラマンスペクトルから、遮断部１０９において励起光の波長帯域に属するピークを遮断し、試料１０８に含まれる物質の成分の同定に必要な波長帯域に属するものを、同定用ラマンスペクトルとする。
【００３１】
上記のように取り出した同定用ラマンスペクトルが、これと同じスペクトルを持った発光物体を人間の眼でみたときと同じ色彩に見えるように、表示色を決定する。このとき、表示色を数値的に表す方法として、例えば、ＣＩＥ１９３１表色系を用いることができる。
【００３２】
したがって、記憶部１１０は、ＣＩＥ１９３１表色系を表すＸＹＺ表色系の等色関数を記憶している。図４に、ＣＩＥにおいて定められた２°視野のＸＹＺ表色系の等色関数を示す。ＸＹＺ表色系の等色関数は、可視波長帯域において正の値をとる。このため、後述する三刺激値を求める際の積分計算が容易となる。なお、ＣＩＥにおいて定められる１０°視野のＸＹＺ表色系の等色関数を用いてもよい。また、これに限らずＲＧＢ表色系の等色関数など他の表色系の関数を用いてもよい。
【００３３】
演算部１１１は、記憶部１１０に記憶されているＸＹＺ表色系の等色関数と同定用ラマンスペクトルを乗算し、可視波長帯域において積分することにより、三刺激値を演算する。表示部１１４は、演算部１１１において演算された三刺激値に基づいて、ｓＲＧＢに対応するＲＧＢ各要素を加法混色することにより所定の表示色を表示する。表示部１１４としては、ＣＲＴモニタや液晶モニタなどを用いることができる。本実施の形態のように、色彩をＣＩＥ１９３１表色系の三刺激値であるＸＹＺで表している場合には、このＸＹＺの値をｓＲＧＢに変換することにより、簡便にモニタなどに表示することができる。この変換方法については、後に詳述する。
【００３４】
ｓＲＧＢは、色空間の国際標準規格であり、パソコンの機種の違いや、ＣＲＴや液晶などディスプレイの違いによらず、意図したとおりの色を再現するための表現形式を定めているものである。したがって、これらのディスプレイがｓＲＧＢに対応していれば、どのディスプレイを用いてラマンスペクトルイメージを表示しても、同じ表示色を再現することができる。
【００３５】
ここで、試料１０８の各点で測定されたラマンスペクトルから、ＣＩＥ１９３１表色系におけるＸＹＺ三刺激値を求め、これを表示部１１４において表示可能なデータ形式であるｓＲＧＢに変換する方法について具体的に説明する。試料１０８の各点で測定されたラマンスペクトルを、波長λにおける散乱光の強度Ｒ（λ）とする。まず、このラマンスペクトルＲ（λ）から分子振動の部分のみを取り出す。例えば、本実施の形態においては、振動数ω＝８０〜４０００ｃｍ−１の部分を取り出す。これにより、励起光の波長帯域を遮断することができる。すなわち、測定したラマンスペクトルから励起光の波長大域に属するピークを除去することができる。
【００３６】
具体的には、必要な部分において１、必要でない部分において０となるような関数Ｆ（λａ、λｂ）と、上述のＲ（λ）とを乗算する。例えば、測定したラマンスペクトルＲ（λ）における不必要な部分をλａからλｂの範囲とし、Ｆ（λａ、λｂ）をλａからλｂの範囲で１、この範囲外で０であるような関数とすると、取り出された同定用ラマンスペクトルは、Ｒ（λ）・Ｆ（λａ、λｂ）で表される。もちろん、本実施の形態においては、振動数８０ｃｍ−１≦ω≦４０００ｃｍ−１では１、振動数ω＜８０ｃｍ−１、４０００ｃｍ−１＜ωの波長帯域では０となる。
【００３７】
次に、取りだした同定用ラマンスペクトルの色彩を表すＣＩＡ１９３１表色系における三刺激値ＸＹＺを求める。三刺激値ＸＹＺは、それぞれ次の式で表される。
【数１】
2007147357.tif 000003
【数２】
2007147357.tif 000004
【数３】
2007147357.tif 000005
ここで、Ｘ（λ）、Ｙ（λ）、Ｚ（λ）はそれぞれ、ＣＩＥ１９３１表色系において定められている等色関数である。図４に、この等色関数を示す。
【００３８】
求められた三刺激値ＸＹＺの値から、実際に表示部１１４で表示を行うため、ＣＩＥ１９３１表色系から、表示デバイスで用いられるｓＲＧＢへの変換を行う。ＲＧＢ各要素の値は、次の式で表される。
Ｒ＝３．２４１０Ｘ−１．５３７４Ｙ−０．４９８６Ｚ
Ｇ＝−０．９６９２Ｘ＋１．８７６０Ｙ−０．０４１６Ｚ
Ｂ＝０．０５５６Ｘ−０．２０４０Ｙ＋１．０５７０Ｚ
【００３９】
このように求められたＲＧＢの値に対応して、励起光のスポットに対応する１つの画素の表示色が求められる。このとき、検出器１０６において検出したラマンスペクトルは、同じ波長を持った発光物体を人間の眼で見たときと同じ表示色（色彩）で表示されている。
【００４０】
次に、ラマンスペクトルイメージの表示方法について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、試料１０８の構成の一例を示す図である。図６は、ラマンスペクトルイメージの表示方法を説明するためのフローチャートである。
【００４１】
図５に示すように、試料１０８をマトリクス状に分割して、１つの被測定領域Ｐごとにそれぞれラマンスペクトルの測定を行う。この被測定領域Ｐは、対物レンズ１０４によって集光されたレーザ光が照射される領域に対応する。図６に示すように、まず、被特定領域Ｐに励起光が照射されるように、ステージ１０１をＸＹ方向に走査する（ステップＳ１）。これにより、所定の被測定領域Ｐにレーザ光が照射されるよう位置決めを行なうことができる。そして、レーザ光を励起光として、試料に照射する（ステップＳ２）。そして、この被測定領域Ｐについてラマンスペクトルを測定する（ステップＳ３）これにより、１画素分のラマンスペクトルが測定される。
【００４２】
測定対象となる領域に対応する全画素分の測定が終了していない場合は、Ｓ１の走査ステップから処理を繰り返し、全画素分のラマンスペクトルを測定する（ステップＳ４）。全画素分のラマンスペクトル測定が終了したら、各画素のＲＧＢ値を決定する（ステップＳ５）。具体的には、まず、上述した画像処理部１０７において、励起光を遮断し、同定用ラマンスペクトルを取り出す。そして、この同定用ラマンスペクトルに基づいて、三刺激値ＸＹＺの演算を行い、ｓＲＧＢに対応するＲＧＢ値に変換する。そして、このＲＧＢ値に基づいて、ラマンスペクトルイメージを表示する（Ｓ６）。これにより、測定対象となる領域に対応する２次元のラマンスペクトルイメージを表示させることができる。
【００４３】
このように、試料１０８上の各点からのラマンスペクトルに対応した表示色を１つの画像として合成表示することによって、試料１０８に含まれる物質の成分の試料１０８上の２次元分布を直感的に把握できるラマンスペクトルイメージを表示することができる。また、取り出した同定用ラマンスペクトルが、これと同じスペクトルを持った発光物体を人間の眼でみたときと同じ色彩に見えるように、表示色を決定しているため、より直感的に試料１０８に含まれる物質の成分の分布を把握することが可能である。
【００４４】
図２に示す画像処理部１０７は、変換部１１２をさらに備えている。上述の説明では用いなかった変換部１１２を利用することにより、試料１０８上の成分の分布をより直感的に把握することができるラマンスペクトルイメージの表示を行うことが可能である。以下、変換部１１２について詳細に説明する。なお、図２においてすでに説明した構成要素については、重複説明を省略する。
【００４５】
変換部１１２は、検出器１０６によって検出されたラマンスペクトルの波長を異なる波長に変換する。表示部１１４は、変換部１１２により変換された波長のラマンスペクトルに基づいて表示を行う。
【００４６】
上述したように、固体や分子の格子振動や分子振動の振動数はその物質に依存する。ラマン散乱光の振動数は、入射光の振動数にこの物質に固有の振動数を加減算したものである。したがって、レーザ光源の振動数（波長の逆数）と測定したラマン散乱光の振動数との差Δωは、試料１０８に含まれる物質の振動数に対応する。このため、異なる波長の励起光を出射する複数のレーザ光源１０１を用いて同じ物質の測定を行った場合、振動数差Δωを横軸、ラマンス散乱光強度を縦軸にとると、略等しい形状のラマンスペクトルのグラフが得られる。Δωはラマンシフトと呼ばれ、次の式で表される。
Δω＝ω光源−ω
＝１／λ光源−１／λ
ここで、ω光源＝１／λ光源はレーザ光源１０２から出射される励起光の波長に対応する振動数、ω＝１／λは測定したラマン散乱光の波長に対応する振動数である。
【００４７】
これを用いることによって、異なる波長の励起光を出射する複数のレーザ光源１０１を用い、検出器１０６で検出された複数のラマンスペクトルを比較することができる。すなわち、変換部１１２によりそれぞれのラマンスペクトルの波長をそろえることによって、同一の成分に対応する振動数は等しくなる。表示部１１４は、変換された波長のラマンスペクトルに基づいて、ラマンスペクトルイメージを表示する。これにより、測定に用いたレーザ光源１０２の波長が異なる場合であっても、同一の成分は同一の表示色となり、より直感的に把握することができるラマンスペクトルイメージの表示を行うことが可能となる。
【００４８】
ここで、波長λ光源のレーザ光源を用いて得られたラマンスペクトルＲ変換前（λ）を、波長λ仮想光源のレーザ光源を仮想的に用いた場合に相当するラマンスペクトルＲ変換後（λ）に変換する方法について、詳細に説明する。λ光源を測定に用いたレーザ光源１０２の波長、λ仮想光源を変換するレーザ光源の波長、λ変換前を測定に用いたレーザ光源１０２によって得られたラマンスペクトルの波長、λ変換後を変換するレーザ光源によって得られるラマンスペクトルの波長とすると、以下の関係が成り立つ。
１／λ光源−１／λ変換前＝１／λ仮想光源−１／λ変換後
λ変換前＝１／（１／λ変換後−１／λ仮想光源＋１／λ光源）
【００４９】
上記の関係により、Ｒ（λ）においてλの代わりに、１／（１／λ−１／λ仮想光源＋１／λ光源）とすることで、波長λ仮想光源のレーザ光源を用いた場合に相当するラマンスペクトルを得ることができる。すなわち、Ｒ変換後（λ）＝Ｒ変換前（１／（１／λ−１／λ仮想光源＋１／λ光源））となる。１／λ仮想光源及び１／λ光源は定数であるため、波長λ仮想光源のレーザ光源を用いた場合に相当するラマンスペクトルを算出することができる。
【００５０】
このように、波長を変換したラマンスペクトルに基づいて、実施の形態１で説明したように、ラマンスペクトルイメージの表示を行うことによって、異なった波長を持つレーザ光源を用いて測定されたラマンスペクトルについても、試料１０８の同一成分は同一の表示色で生じされることとなる。すなわち、Δωを横軸として表示されたラマンスペクトルが同じである場合には、同じ物質は同じ表示色で表されることになり、試料１０８に含まれる成分を直感的に把握することが可能となる。もちろん、変換後のスペクトルで遮断する励起光の波長帯域はレーザ光の波長からシフトしたものとなる。
【００５１】
また、光源の波長が紫外域や赤外域などである場合には、ラマン散乱光は人間の眼には見えない波長となる。このような場合にも、可視波長帯域のレーザ光源を用いた場合に相当するラマンスペクトルに変換することで、直感的に把握できるようにラマンスペクトルイメージを表示することができる。
【００５２】
図２に示す画像処理部１０７は、拡張部１１３をさらに備えている。上述の説明では用いなかった拡張部１１３を利用することにより、試料１０８上の成分の分布をさらに直感的に把握することができるラマンスペクトルイメージの表示を行うことが可能である。以下、拡張部１１３について詳細に説明する。なお、図２においてすでに説明した構成要素については、重複説明を省略する。
【００５３】
拡張部１１３は、ラマンスペクトルの一部の波長帯域の幅を拡張する。表示部１１４は、拡張部１１３により拡張された波長帯域のラマンスペクトルに基づいて表示を行う。
【００５４】
ラマンスペクトルにおいて、振動数ω＝５００〜１８００ｃｍ−１の領域は、この領域のラマンスペクトルを比較することでほとんどの有機分子を同定できるために、重要である。しかしながら、例えば、５３２ｎｍの波長を持つレーザ光源１０２を用いて、ラマンスペクトルを取得した場合、振動数ω＝５００〜１８００ｃｍ−１の領域は、波長５４６．５ｎｍ〜５８８．３ｎｍに相当する。したがって、上記のように、そのままの波長でこれを表示した場合、青緑から黄緑に表示されてしまい、表示色の変化が少ない。
【００５５】
そこで、拡張部１１３を用い、ラマンスペクトルを横軸方向に拡張する。すなわち、試料１０８の成分の同定に必要なラマンスペクトルの一部の波長帯域を取り出して、その幅を拡張する。換言すると、ラマンスペクトルの横軸方向の縮尺を変更する。この拡張したラマンスペクトルに基づいて、ラマンスペクトルイメージを表示することによって、ラマンスペクトルの重要な領域が表示色に反映される。
【００５６】
例えば、５３２ｎｍの励起光で測定したラマンスペクトルから振動数ω＝５００〜１８００ｃｍ−１の領域を取り出した場合、本来、これは波長５４６．５ｎｍ〜５８８．３ｎｍに相当する。これを拡張し、取り出したラマンスペクトルが、４００ｎｍ〜７００ｎｍにわたって存在するようにする。このようにすることによって、青緑から黄緑の表示色の変化の少ないラマンスペクトルイメージを、青から赤まで表示色の変化が多いラマンスペクトルイメージに得ることができる。これにより、さらに直感的に把握することができるラマンスペクトルイメージの表示を行うことが可能となる。
【００５７】
ここで、測定したラマンスペクトルの一部の波長帯域を拡張する方法について、詳細に説明する。測定したラマンスペクトルを、ラマンシフトΔωを横軸として表示し、このスペクトルの横軸をΔωからΔω／ａに変換し、ａ倍に拡張する場合について説明する。ここで、ａは１以上の正の実数である。
【００５８】
λ光源を測定に用いたレーザ光源１０２の波長、λ変換前を測定に用いたレーザ光源１０２によって得られたラマンスペクトルの波長、λ変換後を変換するレーザ光源によって得られるラマンスペクトルの波長とすると、以下の関係が成り立つ。
１／λ光源−１／λ変換前＝（１／λ光源−１／λ変換後）／ａ
λ変換前＝１／（１／λ光源−（１／λ光源−１／λ変換後）／ａ）
【００５９】
上記の関係により、Ｒ（λ）においてλの代わりに、１／（１／λ光源−（１／λ光源−１／λ）／ａ）とすることで、ａ倍に拡張したラマンスペクトルを得ることができる。すなわち、Ｒ変換後（λ）＝Ｒ変換前（１／（１／λ光源−（１／λ光源−１／λ）／ａ））となる。ここで、１／λ光源及びａは定数であるため、変換後のラマンスペクトルＲ変換後（λ）を算出することができる。ここで、ａの値が、波長帯域を拡大する倍率となる。
【００６０】
このように、拡張部１１３により拡張したラマンスペクトルに基づいて、ラマンスペクトルイメージの表示を行うことによって、表示色の変化が多いラマンスペクトルイメージに得ることができる。これにより、さらに直感的に把握することができるラマンスペクトルイメージの表示を行うことが可能となる。
【００６１】
また、測定に用いたレーザ光源の波長が異なる場合、拡張されたラマンスペクトルの波長を変換部１１２によりさらに変換して、ラマンスペクトルイメージの表示を行うことも可能である。
【００６２】
また、上記の説明ではステージを駆動することにより走査を行ったが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ガルバノミラーなどによってレーザ光源１０１からの光ビームを走査してもよい。また、ビームスプリッタ１０３としては、ダイクロイックミラーの代わりに、半透過ミラーを用いてもよい。この場合、さらにダイクロイックフィルタを設けて、励起光を減衰させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施の形態にかかるラマン顕微鏡の構成の一例を示す模式図である。
【図２】実施の形態にかかるラマン顕微鏡の画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態にかかるラマン顕微鏡を用いて測定したラマンスペクトルの一例を示す図である。
【図４】実施の形態にかかるラマンスペクトルイメージの表示に用いる等色関数を示す図である。
【図５】実施の形態にかかるラマン顕微鏡を用いて測定する試料を説明するための図である。
【図６】実施の形態にかかるラマンスペクトルイメージの表示方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１００  ラマン顕微鏡
１０１  ステージ
１０２  レーザ光源
１０３  ビームスプリッタ
１０４  対物レンズ
１０５  分光器
１０６  検出器
１０７  画像処理部
１０８  試料
１０９  遮断部
１１０  記憶部
１１１  演算部
１１２  変換部
１１３  拡張部
１１４  表示部
【図１】
2007147357.tif 000006
【図２】
2007147357.tif 000007
【図３】
2007147357.tif 000008
【図４】
2007147357.tif 000009
【図５】
2007147357.tif 000010
【図６】
2007147357.tif 000011