(57)【要約】【課題】レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無くラマン散乱光を増加させることができるラマン散乱光検出装置を提供する。【解決手段】試料面１１を有する半球状プリズム（透光部材）１へレーザ光源（入射部）２からレーザ光（光ビーム）を入射する。レーザ光は、試料面１１で反射し、鏡（反射体）３１で反射し、試料面１１で再度反射する。鏡３１の反射角度は反射の前後で光路が一致しないように調整されてあり、レーザ光は試料面１１上の前回とは異なる位置で反射する。以後、レーザ光は、ミラーコーティングが施された球面部１２と試料面１１との間で反射位置を変えながら反射を繰り返す。レーザ光はレーザ光源２へ入射せず、レーザ光源２でレーザの発振不良は起こらない。レーザ光は試料Ｓの一点に集中することが無く、試料Ｓの損傷は起こらない。試料面１１でレーザ光が複数回反射することにより、ラマン散乱光が増加する。【選択図】図１
2012242245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の試料が接触される平面状の試料面を有する透光部材と、前記試料面で反射するように光ビームを前記透光部材の内部へ入射する入射部と、前記光ビームによって試料に発生するラマン散乱光を検出する手段とを備えるラマン散乱光検出装置において、
前記試料面で反射した後の光ビームを、再度反射して前記試料面へ入射し、前記試料面上の前記試料面上で前回反射した位置とは異なる位置で反射させる反射手段を備えること
を特徴とするラマン散乱光検出装置。
【請求項２】
前記反射手段は、
前記入射部へ向かう光ビームを反射する手段を含むこと
を特徴とする請求項１に記載のラマン散乱光検出装置。
【請求項３】
前記反射手段は、
前記試料面で反射して前記透光部材から出射した光ビームを、光路を変えて前記透光部材へ入射するように反射する反射体を含むこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のラマン散乱検出装置。
【請求項４】
前記反射体は、光の反射角度を調整可能に構成してあること
を特徴とする請求項３に記載のラマン散乱検出装置。
【請求項５】
前記反射体は、光の反射角度が連続的に変化するように揺動可能に構成してあり、
前記反射体を揺動させる駆動部を更に備えること
を特徴とする請求項３に記載のラマン散乱検出装置。
【請求項６】
前記透光部材は、平面部を前記試料面とした半球状プリズムであり、
前記反射手段は、
前記半球状プリズムの内部で光が反射するように、一部を除いて前記半球状プリズムの球面部をミラーコーティングしたミラーコーティング部を含むこと
を特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のラマン散乱検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料が接触される試料面の裏側で励起光を反射させ、試料から発生するラマン散乱光を検出するラマン散乱光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料に含まれる物質の同定又は特定物質の分布の推定等を非破壊で行う方法として、ラマン分光分析が利用されている。ラマン分光分析では、透光部材に試料を接触させ、透光部材内において試料との接触面で励起光を反射させ、反射光とは異なる方向へ出射したラマン散乱光を検出する方法が用いられている。特に、試料との接触面で励起光を全反射させ、全反射により発生したエバネッセント光によって試料から発生したラマン散乱光を検出する方法がある。エバネッセント光は試料の表面のみを励起するので、試料表面のラマン分光分析を行うことができる。
【０００３】
ところで、ラマン散乱光は微弱であるので、ラマン散乱光を増加させるための技術が開発されている。特許文献１には、励起光としてレーザ光を用い、試料を励起させたレーザ光を反射させて再度試料へ入射する技術が開示されている。励起光が再度試料へ入射することにより、発生するラマン散乱光が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、励起光として用いたレーザ光が反射されて再度試料へ入射した際、レーザ光の往路と復路とが一致しているので、レーザ光がレーザ光源へ入射し、レーザ光源でレーザの発振不良が発生する虞がある。また、試料上の同一の位置へ励起光が入射され、励起光が試料上の一点に集中して試料が損傷する虞がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光路を変えながら励起光を複数回入射することにより、レーザの発振不良を起こすこと無くラマン散乱光を増加させることができ、しかも試料の損傷を起こし難いラマン散乱光検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、任意の試料が接触される平面状の試料面を有する透光部材と、前記試料面で反射するように光ビームを前記透光部材の内部へ入射する入射部と、前記光ビームによって試料に発生するラマン散乱光を検出する手段とを備えるラマン散乱光検出装置において、前記試料面で反射した後の光ビームを、再度反射して前記試料面へ入射し、前記試料面上の前記試料面上で前回反射した位置とは異なる位置で反射させる反射手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、ラマン散乱光検出装置は、試料が接触する試料面を有する透光部材に対して入射部から光ビームを入射し、透光部材内において試料面で光ビームを反射させた後、光ビームを再度反射し、試料面の他の位置で光ビームを反射させる。試料面の他の位置で光ビームが反射するように光ビームが反射されることで、光ビームの光路が変更され、入射部へ光ビームが入射することが無い。また試料面の異なる位置で光ビームが複数回反射するので、光ビームが試料上の一点に集中して照射されることが無い。
【０００９】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、前記反射手段は、前記入射部へ向かう光ビームを反射する手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、ラマン散乱光検出装置は、試料面で反射した後で入射部に向かう光ビームを反射させる。反射した光ビームは、試料面へ入射され、試料面での光ビームの反射が繰り返される。
【００１１】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、前記反射手段は、前記試料面で反射して前記透光部材から出射した光ビームを、光路を変えて前記透光部材へ入射するように反射する反射体を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、ラマン散乱光検出装置は、透光部材から出射した光ビームを、光路を変えて透光部材へ入射されるように反射体で反射する。
【００１３】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、前記反射体は、光の反射角度を調整可能に構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、光ビームを反射する反射体は、光ビームの光路を適切に変更できるように、反射角度を適宜調整可能となっている。
【００１５】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、前記反射体は、光の反射角度が連続的に変化するように揺動可能に構成してあり、前記反射体を揺動させる駆動部を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、光ビームを反射する反射体は、揺動することによって、反射する高速の光路を変更させる。
【００１７】
本発明に係るラマン散乱光検出装置は、前記透光部材は、平面部を前記試料面とした半球状プリズムであり、前記反射手段は、前記半球状プリズムの内部で光が反射するように、一部を除いて前記半球状プリズムの球面部をミラーコーティングしたミラーコーティング部を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、透光部材は半球状プリズムであり、半球状プリズムの球面部にミラーコーティング部を設けてあり、試料面とミラーコーティング部との間で光ビームを繰り返し反射させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にあっては、光ビームの反射を繰り返して試料へ光ビームを複数回入射することにより、光ビームの強度を大きくせずにラマン散乱光の強度を増大させることができる。また、入射部へ光ビームが入射することが無いので、入射部でレーザ光の発振不良が起こることが無い。また、光ビームが試料上の一点に集中することに起因する試料の損傷が発生しない。従って、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、試料からラマン散乱光を複数回発生させ、検出可能なラマン散乱光を増加させることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態２に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態３に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図４】実施の形態４に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図５】実施の形態５に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図６】実施の形態６に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図７】実施の形態７に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【図８】実施の形態８に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。ラマン散乱光検出装置は、試料Ｓを載置される半球状プリズム（hemispherical  prism）１と、レーザ光（光ビーム）Ｌを発光するレーザ光源（入射部）２と鏡（反射体）３１とを備えている。半球状プリズム１は、石英ガラス等の透光性の材料からなり、球中心を通る平面で球体を切断した半球体の形状に形成してある。半球状プリズム１は、本発明における透光部材に対応する。また半球状プリズム１は、平面部を上側にして配置されており、平面部は試料Ｓを載置される試料面１１である。試料面１１は、半球状プリズム１の球面部１２の球中心を含み、球中心を円の中心とする円形となっている。半球状プリズム１の三次元形状は、球中心を通り試料面１１に直交する軸を中心に図１に示す半球状プリズム１の断面図を回転させた形状となっている。
【００２２】
レーザ光源２は、半球状プリズム１の球面部１２に交差するようにレーザ光を半球状プリズム１へ入射する位置に配置されている。例えば、レーザ光源２は、試料面１１の中心と球面部１２上の一点とを結んだ直線上に配置されている。半球状プリズム１へ入射したレーザ光は、半球状プリズム１の内部において試料面１１で反射する。図１中には、レーザ光を矢印付きの実線で示す。レーザ光源２は、試料面１１でレーザ光が全反射する条件を満たしながらレーザ光を半球状プリズム１へ入射するように配置されていることが望ましい。なお、ラマン散乱光検出装置の構成は、レーザ光源２からのレーザ光が光学系を経由して半球状プリズム１へ入射される構成であってもよい。
【００２３】
レーザ光源２から半球状プリズム１へ入射して試料面１１で反射したレーザ光は、球面部１２と交差し、半球状プリズム１から出射する。鏡３１は、半球状プリズム１から出射したレーザ光が入射する位置に配置されている。鏡３１へ入射したレーザ光は、鏡３１で反射し、半球状プリズム１へ再度入射し、試料面１１で再度反射する。鏡３１は、半球状プリズム１に対するレーザ光の反射角度を使用者の操作により調整することが可能な構成となっている。鏡３１は、反射前後のレーザ光の往路と復路とが一致しないように反射角度が予め調整されている。鏡３１で反射するレーザ光の往路と復路とが一致しないので、鏡３１で反射して半球状プリズム１へ入射するレーザ光は、出射時とは異なる角度で異なる位置に入射される。このため、半球状プリズム１内でのレーザ光の光路も出射時とは異なり、レーザ光は、試料面１１上の前回反射した位置とは異なる位置で反射する。
【００２４】
半球状プリズム１の球面部１２の外側には、ミラーコーティングが施されることにより、ミラーコーティング部１３が形成されている。但し、レーザ光源２からレーザ光が入射される入射口１４と、鏡３１で反射するレーザ光が出射する出射口１５とには、ミラーコーティングが施されていない。鏡３１で反射したレーザ光は、出射口１５から半球状プリズム１内へ入射する。ミラーコーティング部１３は、半球状プリズム１の内部においてレーザ光を反射させるためのものである。試料面１１で再度反射したレーザ光は、球面部１２へ入射され、ミラーコーティング部１３によって球面部１２で反射する。レーザ光が直前に試料面１１で反射した位置は、試料面１１の中心からずれた位置であるので、球面部１２で反射する前後のレーザ光の往路と復路とは一致しない。このため、球面部１２で反射したレーザ光は、試料面１１上の前回反射した位置とはまた異なった位置で反射する。このようにして、レーザ光は、試料面１１と球面部１２との間で反射を複数回繰り返す。特に、試料面１１でレーザ光が全反射する条件が満たされている場合は、レーザ光が試料面１１から出射せずに高効率で反射が繰り返される。試料面１１上でレーザ光が反射する位置は、毎回異なっている。最終的に、レーザ光は半球状プリズム１内で減衰するか、又は試料面１１から半球状プリズム１外へ出射する。鏡３１及びミラーコーティング部１３は、本発明における反射手段に対応する。
【００２５】
試料Ｓは、半球状プリズム１の試料面１１上に載置される。例えば、試料Ｓは試料面１１の中心に載置される。また試料Ｓは透明な物質であるとする。レーザ光は試料Ｓから見て試料面１１の裏側で反射する。半球状プリズム１内においてレーザ光が試料面１１で反射する際に、レーザ光の一部が試料Ｓへ浸入し、浸入したレーザ光は励起光として試料Ｓに作用し、ラマン散乱光が発生する。例えば、レーザ光が試料面１１で全反射する場合、試料面１１でエバネッセント光が発生し、エバネッセント光は試料面１１に接触した試料Ｓ内に浸透し、エバネッセント光と試料Ｓとの相互作用によりラマン散乱光が発生する。発生したラマン散乱光は、透明な試料Ｓを透過して試料Ｓ外へ放出される。図１中には、ラマン散乱光を矢印付きの破線で示している。
【００２６】
ラマン散乱光検出装置は、更に、試料Ｓを透過して放出されたラマン散乱光を集光する集光レンズ４１と、集光されたラマン散乱光を検出する検出部４２とを備えている。なお、半球状プリズム１と検出部４２の間には、集光レンズ４１以外にも、各種のレンズ及びミラー等の光学部品が備えられていてもよい。検出部４２は、分光器及び光センサ等からなり、試料Ｓで発生したラマン散乱光の波長及び強度を検出する。検出部４２での検出結果は、電気信号となって外部へ出力され、図示しない分析装置で試料Ｓのラマン分光分析が行われる。特に、レーザ光が試料面１１で全反射する場合は、試料Ｓの表層部分のラマン分光分析を行うことができる。
【００２７】
以上の構成でなるラマン散乱光検出装置は、半球状プリズム１の試料面１１に試料Ｓを載置させた状態で、半球状プリズム１の内部においてレーザ光を試料面１１で複数回反射させ、レーザ光と試料Ｓとの相互作用により発生したラマン散乱光を測定する。レーザ光が試料面１１で反射する都度、ラマン散乱光が発生するので、ラマン散乱光は複数回発生する。従って、一回だけレーザ光を試料面１１で反射させる方法に比べて、ラマン散乱光検出装置で検出するラマン散乱光が増加する。レーザ光は、試料面１１で二回より多い回数反射することが容易であり、試料へ励起光が二回入射される従来技術に比べても、ラマン散乱光が増加する。また本実施の形態では、レーザ光源２から入射されて試料面１１で反射したレーザ光は、鏡３１で反射する前後で異なる光路を通るので、試料面１１で再度反射した後でも異なる光路を通り、レーザ光源２へ入射することが無い。このため、レーザ光源２で発振不良が発生せず、ラマン散乱光検出装置は安定した動作が可能である。
【００２８】
また本実施の形態では、試料面１１へレーザ光を複数回入射することによってラマン散乱光を増加させるので、ラマン散乱光を増加させることを目的としてレーザ光の強度を大きくする必要が無い。このため、試料Ｓの損傷が発生し難くなる。また本実施の形態では、レーザ光が試料面１１で複数回反射するときの反射位置は毎回異なるので、試料Ｓ上の一点に集中してレーザ光が複数回照射されることが無い。このため、試料Ｓ上の一点にレーザ光が複数回照射されることに起因する試料Ｓの損傷が発生しない。従って、本実施の形態に係るラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させることができる。検出可能なラマン散乱光が増加することにより、ラマン散乱光の検出感度が向上し、より高精度な試料Ｓのラマン分光分析が可能となる。また、発生するラマン散乱光が微弱であるために従来の方法ではラマン散乱光を検出できなかった試料Ｓについても、本発明を用いてラマン散乱光を増加させることにより、ラマン分光分析が可能となる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態１に係るラマン散乱光検出装置は、試料Ｓを透過したラマン散乱光を測定する構成となっているので、試料Ｓは透明である必要がある。実施の形態２においては、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができるラマン散乱光検出装置を示す。
【００３０】
図２は、実施の形態２に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。本実施の形態においては、半球状プリズム１には、球面部１２の球中心を含む試料面１１に平行な切頭面１６が形成されている。球面部１２は、半球面の一部をなす。半球状プリズム１の三次元形状は、球中心を通り試料面１１及び切頭面１６に直交する軸を中心に図２に示す半球状プリズム１の断面図を回転させた形状となっている。球面部１２には、実施の形態１と同様に、入射口１４及び出射口１５を除いてミラーコーティング部１３が設けられている。集光レンズ４１は、半球状プリズム１の切頭面１６に対向する位置に配置されており、検出部４２は、集光レンズ４１が集光するラマン散乱光を検出できる位置に配置されている。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。なお、半球状プリズム１と検出部４２の間には、集光レンズ４１以外にも各種の光学部品が備えられていてもよい。
【００３１】
本実施の形態でも、レーザ光は半球状プリズム１内において試料面１１で複数回反射し、試料Ｓからラマン散乱光が発生する。レーザ光が試料面１１で二回より多い回数反射することは容易である。発生したラマン散乱光は、不透明な試料Ｓを透過できないので、半球状プリズム１内を透過し、切頭面１６から出射する。出射したラマン散乱光は、集光レンズ４１で集光され、検出部４２で検出される。本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。なお、ラマン散乱光検出装置は、試料面１１側と切頭面１６側との両方に検出部４２を配置した形態であってもよい。
【００３２】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。鏡３１は所定の軸を中心にして揺動自在の構成となっている。鏡３１には、鏡３１をモータで揺動させる駆動部３２が連結されている。鏡３１が揺動することにより、レーザ光が反射する反射角度が変動し、反射後のレーザ光の光路も変動する。鏡３１の揺動可能な範囲は、反射後のレーザ光が試料面１１で反射する角度が全反射の条件を満たすことができる範囲内であることが望ましい。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態に係るラマン散乱光検出装置は、駆動部３２で鏡３１を揺動させながら、レーザ光源２でレーザ光を半球状プリズム１へ入射する。鏡３１が揺動することにより、鏡３１で反射した後のレーザ光が半球状プリズム１へ入射する光路が変動し、レーザ光は、試料面１１上の前回反射した位置とは異なった位置で再度反射する。試料面１１で再度反射したレーザ光は、実施の形態１と同様に、レーザ光源２へ入射されること無く、球面部１２で反射する。以後は、実施の形態１と同様に、レーザ光は反射位置を変更しながら試料面１１で複数回反射し、試料Ｓでラマン散乱光が発生し、ラマン散乱光は検出部４２で検出される。レーザ光が試料面１１で二回より多い回数反射することは容易である。特に、全反射の条件が満たされる範囲内で鏡３１が揺動することにより、確実に、複数回の全反射が行われる。本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。なお、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態２と同様に、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる形態であってもよい。
【００３４】
（実施の形態４）
図４は、実施の形態４に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。本実施の形態においては、ミラーコーティング部１３には、実施の形態１にあったような出射口１５は形成されていない。また半球状プリズム１の球面部１２は、凹凸が形成されており、真球の球面からずれた形状となっている。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
レーザ光源２が半球状プリズム１へ入射したレーザ光は、試料面１１で反射した後、ミラーコーティング部１３によって球面部１２で反射し、再度試料面１１で反射する。球面部１２の形状は真球の球面からずれた形状となっているので、球面部１２で反射する前後のレーザ光の往路と復路とは一致せず、レーザ光は、試料面１１上の前回反射した位置とは異なった位置で反射する。試料面１１で再度反射したレーザ光は、実施の形態１と同様に、レーザ光源２へ入射すること無く、球面部１２で反射する。以後は、実施の形態１と同様に、レーザ光は反射位置を変更しながら試料面１１で複数回反射し、試料Ｓでラマン散乱光が発生し、ラマン散乱光は検出部４２で検出される。レーザ光が試料面１１で二回より多い回数反射することは容易である。本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。なお、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態２と同様に、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる形態であってもよい。
【００３６】
（実施の形態５）
実施の形態５においては、半球状プリズム１とは異なる形状の透光部材を用いたラマン散乱光検出装置を示す。図５は、実施の形態５に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。ラマン散乱光検出装置は、透光部材として、台形プリズム５を備えている。台形プリズム５は、シリカガラス等の透光性の材料からなり、頂面、側面５２及び底面５３を備えた形状に形成してある。また台形プリズム５は、頂面を、試料Ｓを載置される試料面５１としてある。試料面５１と底面は平行であり、側面５２は斜面となっている。
【００３７】
レーザ光源２は、出射したレーザ光が平面鏡３４で反射して底面５３に交差するように台形プリズム５へ入射されるような位置に配置されている。レーザ光源２の前面には、出射したレーザ光が通過する孔３３１が形成された鏡３３が配置されている。鏡３３は、レーザ光源２へ向かうレーザ光を反射する。レーザ光源２から台形プリズム５へ入射されたレーザ光は、台形プリズム５の内部において側面５２で反射し、更に試料面５１で反射する。図５中には、レーザ光を矢印付きの実線で示す。レーザ光源１及び平面鏡３４の位置、並びに台形プリズム５の側面５２の傾きは、試料面５１でレーザ光が全反射する条件を満たしていることが望ましい。なお、ラマン散乱光検出装置の構成は、レーザ光源２と台形プリズム５との間に平面鏡３４以外の各種の光学部品を備えた形態であってもよく、レーザ光源２から直接に台形プリズム５へレーザ光を入射する形態であってもよい。
【００３８】
レーザ光源２から台形プリズム５へ入射して試料面５１で反射したレーザ光は、再度側面５２で反射し、底面５３と交差して台形プリズム５から出射する。鏡３１は、台形プリズム５から出射したレーザ光が入射する位置に配置されている。鏡３１へ入射したレーザ光は、鏡３１で反射し、台形プリズム５へ再度入射し、側面５２で反射し、試料面５１で再度反射する。鏡３１は、台形プリズム５に対するレーザ光の反射角度を使用者の操作により調整することが可能な構成となっている。鏡３１は、反射する前後でレーザ光の往路と復路とが一致しないように反射角度が予め調整されている。鏡３１で反射するレーザ光の往路と復路とが一致しないので、鏡３１で反射して台形プリズム５へ入射するレーザ光は、出射時とは異なる角度で異なる位置に入射する。このため、台形プリズム５内でのレーザ光の光路も出射時とは異なり、レーザ光は、側面５２の前回反射した位置とは異なる位置で反射し、更に試料面５１の前回反射した位置とは異なる位置で反射する。
【００３９】
試料面５１で再度反射したレーザ光は、側面５２で反射し、底面５３と交差して台形プリズム５から出射し、平面鏡３４で反射してレーザ光源２へ向かって入射する。レーザ光源２へ向かうレーザ光の光路は、レーザ光源２から出射されたときの光路とは一致せず、レーザ光は、鏡３３の孔３３１を通過すること無く、鏡３３で反射する。鏡３３で反射したレーザ光は、平面鏡３４で反射し、台形プリズム５へ入射する。鏡３３は、レーザ光の反射角度を使用者の操作により調整することが可能な構成となっている。鏡３３は、反射前後でレーザ光の往路と復路とが一致しないように反射角度が予め調整されている。鏡３３で反射するレーザ光の往路と復路とが一致しないので、鏡３３で反射した後に台形プリズム５へ入射されるレーザ光は、前回の入射時及び出射時とは異なる位置に入射される。この後、レーザ光は、側面５２上の前回反射した位置とは異なった位置で反射し、試料面５１の前回反射した位置とはまた異なった位置で反射する。このようにして、レーザ光は、試料面５１と鏡３１及び鏡３３との間で反射を複数回繰り返す。特に、試料面５１でレーザ光が全反射する条件が満たされている場合は、レーザ光が試料面５１から出射せずに高効率で反射が繰り返される。試料面５１のレーザ光が反射する位置は、毎回異なっている。最終的に、レーザ光は台形プリズム５内で減衰するか、又は台形プリズム５外へ出射する。鏡３１及び鏡３３は、本発明における反射手段に対応する。
【００４０】
試料Ｓは、台形プリズム５の試料面５１上に載置される。例えば、試料Ｓは試料面５１の中心に載置される。また試料Ｓは透明な物質であるとする。台形プリズム５内においてレーザ光が試料面５１で反射する際に、レーザ光の一部が試料Ｓへ浸入し、ラマン散乱光が発生する。例えば、レーザ光が試料面５１で全反射する場合、試料面５１でエバネッセント光が発生し、エバネッセント光と試料Ｓとの相互作用によりラマン散乱光が発生する。発生したラマン散乱光は、透明な試料Ｓを透過して試料Ｓ外へ放出される。図５中には、ラマン散乱光を矢印付きの破線で示している。
【００４１】
試料面５１に対向する位置に、ラマン散乱光を集光する集光レンズ４１が配置され、集光レンズ４１が集光したラマン散乱光を検出する位置に検出部４２が配置されている。なお、台形プリズム５と検出部４２の間には、集光レンズ４１以外にも、各種のレンズ及びミラー等の光学部品が備えられていてもよい。
【００４２】
本実施の形態でも、レーザ光は台形プリズム５内において試料面５１で複数回反射し、試料Ｓからラマン散乱光が発生する。レーザ光が試料面５１で二回より多い回数反射することは容易である。発生したラマン散乱光は、集光レンズ４１で集光され、検出部４２で検出される。またレーザ光は、鏡３１及び鏡３３で反射する都度、光路が変更され、レーザ光源２へ入射することが無く、また試料面５１で複数回反射するときの反射位置は反射の都度異なる。従って、本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。
【００４３】
なお、ラマン散乱光検出装置は、鏡３１を底面５３と平行に固定した形態であってもよい。鏡３１の反射面は、実際には凹凸によって完全な平面では無いので、鏡３１で反射する前後のレーザ光の往路と経路とは一致しない。従って、この形態でも、反射位置を変更しながらレーザ光を試料面５１で複数回反射させることが可能であり、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させることができる。
【００４４】
また、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態２のように、台形プリズム５の底面５３に対向する位置に集光レンズ４１を配置し、集光レンズ４１が集光したラマン散乱光を検出する位置に検出部４２が配置された形態であってもよい。この形態では、試料Ｓから発生したラマン散乱光は、台形プリズム５内を透過し、底面５３から出射し、検出部４２で検出される。この形態では、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる。
【００４５】
また、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態３のように、鏡３１を揺動可能な構成とし、鏡３１を揺動させる駆動部３２を備えた形態であってもよい。この形態では、鏡３１の揺動によって、鏡３１で反射するレーザ光の反射角度が変動し、レーザ光は、反射位置を変更しながら試料面５１で複数回反射する。この形態では、鏡３１の揺動によって、レーザ光が試料面５１で反射する位置を均一に分布させ、試料Ｓの表面をレーザ光で均一に励起することができる。このため、試料Ｓの表面全体のラマン分光分析を行うことも可能となる。
【００４６】
（実施の形態６）
図６は、実施の形態６に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。レーザ光源２の前面には、出射したレーザ光が通過する部分を空洞にしたコーナキューブ３６が配置されている。コーナキューブ３６は、二つの平面鏡の反射面を向かい合わせにして角度をつけて組み合わせたものである。レーザ光源２へ向かうレーザ光は、一方の反射面で反射し、更に他方の反射面で反射する。コーナキューブ３６において二つの平面鏡を組み合わせる角度は、レーザ光源２へ向かうレーザ光とコーナキューブ３６で二回反射したレーザ光とが平行になるように調整されていることが望ましい。レーザ光源２が出射したレーザ光は、平面鏡３４で反射し、台形プリズム５へ入射される。台形プリズム５へ入射したレーザ光は、台形プリズム５の内部において側面５２で反射し、更に試料面５１で反射する。図６中には、レーザ光を矢印付きの実線で示す。
【００４７】
試料面５１で反射したレーザ光は、再度側面５２で反射し、底面５３と交差して台形プリズム５から出射する。台形プリズム５から出射したレーザ光が入射される位置には、コーナキューブ（反射体）３５が配置されている。台形プリズム５から出射したレーザ光は、コーナキューブ３５の一方の反射面で反射し、更に他方の反射面で反射し、底面５３に交差して台形プリズム５へ入射する。コーナキューブ３５において二つの平面鏡を組み合わせる角度は、台形プリズム５から出射するレーザ光とコーナキューブ３５で二回反射して台形プリズム５へ入射されるレーザ光とが平行になるように調整されていることが望ましい。またコーナキューブ３５は、台形プリズム５に対する相対位置を使用者の操作により調整することが可能な構成となっている。コーナキューブ３５で二回反射することによって、レーザ光の光路は移動するので、コーナキューブ３５での反射後に台形プリズム５へ入射するレーザ光は、出射時とは異なる位置に入射する。このため、レーザ光は、側面５２の前回反射した位置とは異なる位置で反射し、更に試料面５１の前回反射した位置とは異なる位置で反射する。
【００４８】
試料面５１で再度反射したレーザ光は、側面５２で反射し、底面５３と交差して台形プリズム５から出射し、平面鏡３４で反射してレーザ光源２へ向かう。レーザ光源２へ向かうレーザ光の光路は、レーザ光源２から出射されたときの光路とは一致しない。レーザ光は、コーナキューブ３６で二回反射し、平面鏡３４で反射し、台形プリズム５へ入射する。コーナキューブ３６で二回反射することによって、レーザ光の光路は移動するので、コーナキューブ３６で反射した後に台形プリズム５へ入射するレーザ光は、前回の入射時及び出射時とは異なる位置に入射する。この後、レーザ光は、側面５２上の前回反射した位置とは異なった位置で反射し、試料面５１の前回反射した位置とはまた異なった位置で反射する。このようにして、レーザ光は、試料面５１とコーナキューブ３５及びコーナキューブ３６との間で反射を複数回繰り返す。特に、試料面５１でレーザ光が全反射する条件が満たされている場合は、レーザ光が試料面５１から出射せずに高効率で反射が繰り返される。試料面５１でレーザ光が反射する位置は、毎回異なっている。最終的に、レーザ光は台形プリズム５内で減衰するか、又は台形プリズム５外へ出射する。コーナキューブ３５及びコーナキューブ３６は、本発明における反射手段に対応する。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態５と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態でも、レーザ光は台形プリズム５内において試料面５１で複数回反射し、試料Ｓからラマン散乱光が発生する。レーザ光が試料面５１で二回より多い回数反射することは容易である。発生したラマン散乱光は、検出部４２で検出される。またレーザ光は、コーナキューブ３５及びコーナキューブ３６で反射する都度、光路が変更され、レーザ光源２へ入射することが無く、また試料面５１で複数回反射するときの反射位置は反射の都度異なる。従って、本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。本実施の形態では、コーナキューブ３５及びコーナキューブ３６により、レーザ光の角度を変えずに光路を変更することができる。またコーナキューブ３５の位置を調整することにより、コーナキューブ３５で反射する前後でレーザ光の往路と復路とが離れる距離を調整することができる。この距離を調整することにより、試料面５１でレーザ光が反射する回数が調整され、ラマン散乱光の強度が調整される。
【００５０】
なお、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態２のように、台形プリズム５の底面５３に対向する位置に集光レンズ４１を配置し、集光レンズ４１が集光したラマン散乱光を検出する位置に検出部４２が配置された形態であってもよい。この形態では、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる。
【００５１】
（実施の形態７）
図７は、実施の形態７に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。本実施の形態に係るラマン散乱光検出装置は、実施の形態６におけるコーナキューブ３５の代わりに、反射面が放物面をなす放物面鏡（反射体）３７を備える。またラマン散乱光検出装置は、実施の形態６におけるコーナキューブ３６の代わりに、レーザ光源２から出射したレーザ光が通過する孔が穿孔された放物面鏡３８を備える。放物面鏡３７及び放物面鏡３８は、本発明における反射手段に対応する。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態６と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態においても、レーザ光は、試料面５１と放物面鏡３７及び放物面鏡３８との間で反射を複数回繰り返し、試料Ｓからラマン散乱光が発生する。レーザ光が試料面５１で二回より多い回数反射することは容易である。レーザ光は、放物面鏡３７及び放物面鏡３８で反射する都度、光路が変更され、レーザ光源２へ入射することが無く、また試料面５１で複数回反射するときの反射位置は反射の都度異なる。従って、本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、レーザの発振不良及び試料の損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。また放物面鏡３７の位置を調整することにより、放物面鏡３７で反射する前後のレーザ光の往路と復路とが離れる距離を調整することができる。この距離を調整することにより、試料面５１でレーザ光が反射する回数が調整され、ラマン散乱光の強度が調整される。
【００５３】
なお、ラマン散乱光検出装置は、実施の形態２のように、台形プリズム５の底面５３に対向する位置に集光レンズ４１を配置し、集光レンズ４１が集光したラマン散乱光を検出する位置に検出部４２が配置された形態であってもよい。この形態では、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる。
【００５４】
（実施の形態８）
図８は、実施の形態８に係るラマン散乱光検出装置の構成を示す概略図である。レーザ光源２の前面には、両面が鏡面となっている平板状の両面鏡６１が配置されている。両面鏡６１は、レーザ光源２からのレーザ光が反射して台形プリズム５へ入射され、試料面５１の両側に存在する側面５２の内で一方の側面５２で反射するような位置に配置されている。即ち、レーザ光源２からのレーザ光は、両面鏡６１で反射し、台形プリズム５へ入射し、台形プリズム５の内部において、一方の側面５２で反射し、更に試料面５１で反射する。図８中には、レーザ光を矢印付きの実線で示す。レーザ光源１の位置、両面鏡６１の位置及び傾き、並びに側面５２の試料面５１に対する傾きは、試料面５１でレーザ光が全反射する条件を満たしていることが望ましい。なお、ラマン散乱光検出装置の構成は、レーザ光源２と両面鏡６１との間に平面鏡３４以外の各種の光学部品を備えた形態であってもよい。
【００５５】
試料面５１で反射したレーザ光は、次に、他方の側面５２で反射し、底面５３と交差してから出射する。台形プリズム５から出射したレーザ光が入射する位置には、鏡６３が配置されている。また、両面鏡６１よりも台形プリズム５から離れた位置に、両面鏡６１と平行に、両面鏡６１よりも大きい平面鏡６２が配置されている。鏡６３と平面鏡６２とは、角度をつけて反射面が対向している。鏡６３の位置及び傾きは、台形プリズム５から出射したレーザ光が反射して平面鏡６２へ入射するように定められている。また、鏡６３の位置及び傾きは、反射したレーザ光が両面鏡６１へは入射しないように定められている。また鏡６３の位置及び傾きは、反射して平面鏡６２へ入射するレーザ光の光路が、レーザ光源２から両面鏡６１へ入射するレーザ光の光路に平行になるように定められていることが望ましい。また鏡６３は、レーザ光源２から両面鏡６１へ入射するレーザ光の光路からは外れた位置に配置されている。
【００５６】
鏡６３で反射して平面鏡６２へ入射したレーザ光は、両面鏡６１で反射して台形プリズム５へ再度入射するか、又は平面鏡６２と両面鏡６１の平面鏡６２に対向した側の反射面との間で一回以上反射を繰り返し、最終的に平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射する。台形プリズム５へ入射したレーザ光は、一方の側面５２で反射し、試料面５１で反射する。平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光の光路は、両面鏡６１で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光の光路とは一致しない。このため、平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光は、側面５２において、両面鏡６１で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光が反射した位置とは異なる位置で反射する。更に、レーザ光は、試料面５１の前回反射した位置とは異なる位置で再度反射する。試料面５１で再度反射したレーザ光は、他方の側面５２で反射し、底面５３と交差して台形プリズム５から出射し、鏡６３で反射する。また、両面鏡６１及び平面鏡６２の傾き及び位置は、両面鏡６１で反射して台形プリズム５へ入射するレーザ光の光路と平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射するレーザ光の光路とが平行になるように定められていることが望ましい。更に、レーザ光源１の位置、両面鏡６１、平面鏡６２及び鏡６３の位置及び傾き、並びに台形プリズム５の側面５２の傾きは、台形プリズム５に対して入射及び出射するレーザ光が底面５３に直交するように定められていることが望ましい。
【００５７】
以上のようにして、レーザ光は、試料面５１、側面５２、鏡６３、両面鏡６１及び平面鏡６２の間で反射を複数回繰り返す。試料面５１でレーザ光が反射する位置は、毎回異なっている。特に、試料面５１でレーザ光が全反射する条件が満たされている場合は、レーザ光が試料面５１から出射せずに高効率で反射が繰り返される。更に、台形プリズム５に対して入射及び出射するレーザ光が底面５３に直交する場合は、底面５３を通過するときにレーザ光量の減衰が少なく、また試料面５１でレーザ光が全反射する条件が保たれる。鏡６３、両面鏡６１及び平面鏡６２は、本発明における反射手段に対応する。
【００５８】
平面鏡６２は、使用者の操作により位置を調整することにより、両面鏡６１との距離を調整することが可能な構成となっている。平面鏡６２を両面鏡６１に近づけるほど、平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光が側面５２で反射する領域は狭くなり、試料面５１でレーザ光が反射する領域も狭くなる。逆に、平面鏡６２を両面鏡６１から遠ざけるほど、平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射したレーザ光が側面５２で反射する領域は広くなり、試料面５１でレーザ光が反射する領域も広くなる。従って、平面鏡６２の位置を調整することにより、試料Ｓ中でレーザ光により励起してラマン散乱光を発生させる領域の大きさを調整することができる。ラマン散乱光を発生させる領域の大きさを調整することにより、試料Ｓ中でラマン分光分析を行うべき部分の位置及び大きさを調整することができる。ラマン散乱光検出装置のその他の構成は実施の形態５と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態でも、レーザ光は台形プリズム５内において試料面５１で複数回反射し、反射の都度試料Ｓからラマン散乱光が発生する。レーザ光が試料面５１で二回より多い回数反射することは容易である。発生したラマン散乱光は、検出部４２で検出される。またレーザ光は、最初に両面鏡６１で反射して台形プリズム５へ入射するときと、平面鏡６２で反射して台形プリズム５へ入射するときとで光路が異なり、以降も台形プリズム５へ入射する都度光路が異なる。このため、試料面５１でレーザ光が複数回反射するときの反射位置は反射の都度異なり、試料Ｓ上の一点に集中してレーザ光が複数回照射されることが無い。従って、本実施の形態においても、ラマン散乱光検出装置は、試料Ｓの損傷を起こすこと無く、検出可能なラマン散乱光を増加させ、ラマン散乱光の検出感度を向上させることができる。特に、試料面５１でレーザ光が全反射する条件が満たされており、台形プリズム５に対して入射及び出射するレーザ光が底面５３に直交する場合は、レーザ光で試料Ｓを励起する効率が向上し、ラマン散乱光がより増加する。
【００６０】
また、本実施の形態では、台形プリズム５へ入射したレーザ光は一方の側面５２で反射し、台形プリズム５から出射するレーザ光は直前に他方の側面５２で反射している。台形プリズム５へ入射するレーザ光の光路と台形プリズム５から出射するレーザ光の光路とが完全に分離しているので、レーザ光がレーザ光源２へ入射することが無く、レーザの発振不良が発生することは無い。
【００６１】
なお、ラマン散乱光検出装置は、台形プリズム５の底面５３に対向する位置に集光レンズ４１を配置し、集光レンズ４１が集光したラマン散乱光を検出する位置に検出部４２が配置された形態であってもよい。この形態では、試料Ｓが不透明な物質であってもラマン散乱光を測定することができる。また、図８では、レーザ光源２から両面鏡６１へ入射するレーザ光の光路よりも台形プリズム５から離れた位置に鏡６３が配置されているが、鏡６３は、前記光路よりも台形プリズム５に近い位置に鏡６３が配置されていてもよい。
【００６２】
また、以上の実施の形態１〜８では、試料面を試料Ｓの載置面とした形態を示したが、本発明のラマン散乱光検出装置は、試料の上方に試料面を配置する等、試料面が上方以外の方向を向いた形態であってもよい。また、以上の実施の形態１〜８では、光ビームとしてレーザ光を用いた形態を示したが、本発明は、コリメータを用いて絞った非コヒーレントな光線等、レーザ光以外の光ビームを用いた形態であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１  半球状プリズム（透光部材）
１１  試料面
１２  球面部
１３  ミラーコーティング部
２  レーザ光源（入射部）
３１、３３  鏡（反射体）
３２  駆動部
３５、３６  コーナキューブ（反射体）
３７、３８  放物面鏡（反射体）
４２  検出部
５  台形プリズム
５１  試料面
５２  側面
６１  両面鏡
６２  平面鏡
６３  鏡
【図１】
2012242245.tif 000003
【図２】
2012242245.tif 000004
【図３】
2012242245.tif 000005
【図４】
2012242245.tif 000006
【図５】
2012242245.tif 000007
【図６】
2012242245.tif 000008
【図７】
2012242245.tif 000009
【図８】
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