(57)【要約】【課題】試料への入射光と試料からのラマン散乱光とが同じ光路を利用することができ、かつラマン散乱光を十分な強度に集光することができる顕微ラマン分光装置を提供する。【解決手段】顕微ラマン分光装置２０は、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを分光して測定するための顕微ラマン分光装置２０であって、試料Ｓにレーザー光１ｂを照射してラマン散乱光１ａを放射させるための光源１と、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを反射するための放物面鏡２と、光源１と放物面鏡２との間に配置されており、レーザー光１ｂを試料Ｓに入射させる経路に貫通孔４ａを有し、かつラマン散乱光１ａを集束するためのレンズ部４とを備えている。【選択図】図１
2013246034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からのラマン散乱光を分光して測定するための顕微ラマン分光装置であって、
前記試料にレーザー光を照射して前記ラマン散乱光を放射させるための光源と、
前記試料からの前記ラマン散乱光を反射するための放物面鏡と、
前記光源と前記放物面鏡との間に配置されており、前記レーザー光を前記試料に入射させる経路に貫通孔を有し、かつ前記ラマン散乱光を集束するためのレンズ部とを備えた、顕微ラマン分光装置。
【請求項２】
前記レンズ部は、集束レンズ系と、コリメータレンズ系とを含み、
前記集束レンズ系は、前記試料からのラマン散乱光を集束するように形成されており、
前記コリメータレンズ系は、前記集束レンズ系で集束された前記ラマン散乱光を集束するように形成されている、請求項１に記載の顕微ラマン分光装置。
【請求項３】
前記集束レンズ系は、集束レンズと、結像レンズとを含み、
前記集束レンズは、前記試料からのラマン散乱光を集束するように形成されており、
前記結像レンズは、前記放物面鏡に反射された前記ラマン散乱光と前記集束レンズで収束された前記ラマン散乱光との双方を集束するように形成されている、請求項２に記載の顕微ラマン分光装置。
【請求項４】
分光器と、検出器とをさらに備え、
前記分光器は前記レンズ部で集束された前記ラマン散乱光を分光するように形成されており、
前記検出器は前記分光器で分光された前記ラマン散乱光を検出するように形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の顕微ラマン分光装置。
【請求項５】
前記放物面鏡が複数個設けられており、
前記光源は、前記複数の放物面鏡の各々の内部に配置された前記試料に個別にレーザー光を照射するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の顕微ラマン分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微ラマン分光装置に関し、特に、試料からのラマン散乱光を分光して測定するための顕微ラマン分光装置である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ラマン分光装置は、試料にレーザー光を照射し、当該試料から発生するラマン散乱光を分光して測定する装置として知られている。このラマン散乱光は試料の材質および構造を反映したエネルギースペクトルを有していることから、ラマン散乱光を測定することにより、当該試料の構成元素および分子構造といった詳細な情報を得ることができる。
【０００３】
一般に、顕微ラマン分光装置は、レンズを用いて微弱なラマン散乱光を集光し、これを分光器へ送るように構成されている。レーザービームが試料に照射されたときにこの試料から放射されるラマン散乱光のうち、ラマン分光装置で集光される割合（集光率）は、ラマン散乱光強度の角分布、換言すれば試料の状態および試料の形状等により異なる。
【０００４】
一方、ラマン散乱光は反射光全体に占める強度割合が１００万分の１程度と非常に微弱である。そのため、測定に必要な強度を得るためにラマン散乱光を凹面鏡で集光させてから分光器へ送るという手法が提案されている。
【０００５】
たとえば、実開昭６３−１７７７２５号公報（特許文献１）には、ラマン散乱光を凹面鏡（放物面鏡）で集光する微弱光集光装置が提案されている。この微弱光集光装置では、放物面鏡はスリーブの内壁面に接着されており、放物面鏡およびスリーブの側壁には入射孔が設けられている。レーザービームが入射孔を通って試料へ照射されると、試料から微弱なラマン散乱光が放射される。ラマン散乱光の一部はコリメータレンズにより屈折され、他の一部は放物面鏡で反射されて平行化される。そして、これらのラマン散乱光は結像レンズによって集束される。
【０００６】
また、たとえば、特開平１０−２０６３３２号公報（特許文献２）には、ラマン散乱光を凹面鏡で集光するラマン分光計が提案されている。このラマン分光計では、光源からの光が光ファイバを通って試料の表面に照射され、試料の表面からのラマン散乱光が凹面鏡で集光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６３−１７７７２５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ラマン分光測定では、試料への入射光と試料からの散乱光とが同じ光路を利用する技術が主流である。そして、顕微鏡とラマン分光装置とを一体化した顕微ラマン分光装置ではこの技術が用いられている。顕微ラマン分光装置は局所的な分析手段として多分野で使用されている。顕微ラマン分光装置では、一般に、顕微鏡対物レンズを通して被検査物（試料）にレーザービームが照射され、被検査物から発生するラマン散乱光が集光レンズで集光される。ラマン散乱光はコリメータレンズ系により平行化され、最終的に分光器部分に送られる。
【０００９】
上記の実開昭６３−１７７７２５号公報に記載された微弱光集光装置は、試料への入出光と試料からの散乱光とが同じ光路を利用していないため、顕微ラマン分光装置には使用できない。
【００１０】
また、上記の特開平１０−２０６３３２号公報に記載されたラマン分光計では、凹面鏡以外にラマン散乱光を集束するための手段が設けられていない。したがって、凹面鏡以外に放射されるラマン散乱光は損失されるため、集光効果が不十分である。
【００１１】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、試料への入射光と試料からのラマン散乱光とが同じ光路を利用することができ、かつラマン散乱光を十分な強度に集光することができる顕微ラマン分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の顕微ラマン分光装置は、試料からのラマン散乱光を分光して測定するための顕微ラマン分光装置であって、試料にレーザー光を照射してラマン散乱光を放射させるための光源と、試料からのラマン散乱光を反射するための放物面鏡と、光源と放物面鏡との間に配置されており、レーザー光を試料に入射させる経路に貫通孔を有し、かつラマン散乱光を集束するためのレンズ部とを備えている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の顕微ラマン分光装置によれば、ラマン散乱光を集束するためのレンズ部は、光源と放物面鏡との間に配置されており、レーザー光を試料に入射させる経路に貫通孔を有しているため、ラマン散乱光とレーザー光とが同じ光路を利用することができる。また、試料からのラマン散乱光を反射させるための放物面鏡とラマン散乱光を集束するためのレンズ部とを有しているため、微弱なラマン散乱光を集光することができる。これにより、ラマン散乱光を十分な強度に集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における顕微ラマン分光装置の概略構成図である。
【図２】図１のＰ部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における試料ステージの概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２における顕微ラマン分光装置を備えたプラスチック選別装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２における試料ステージが搬送される状態を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の顕微ラマン分光装置の構成について説明する。
【００１６】
図１および図２を参照して、本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０は、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを分光して測定するためのものである。顕微ラマン分光装置２０は、光源１と、放物面鏡２と、試料ステージ３と、レンズ部４と、試料支持台５と、ビームスプリッタ６と、顕微鏡対物レンズ７と、ビームスプリッタ８と、偏光板９と、スリット１０と、分光器１１と、検出器１２と、制御装置１３と、カメラ１４とを主に有している。なお、図中矢印によりラマン散乱光１ａおよびレーザー光１ｂの光路が示されている。
【００１７】
光源１は試料Ｓにレーザー光１ｂを照射してラマン散乱光１ａを放射させるためのものである。光源１としては、たとえばレーザー発振器が適用され得る。放物面鏡２は試料Ｓからのラマン散乱光１ａを反射するためのものである。放物面鏡２は、回転放物面の形状を有している。放物面鏡２の開口の直径はたとえば４．５ｃｍである。またこの開口と放物面鏡２の焦点Ｆ１までの距離は２．８ｃｍである。放物面鏡２は試料ステージ３の内周面に設けられている。
【００１８】
レンズ部４は、光源１と放物面鏡２との間に配置されている。レンズ部４は、レーザー光１ｂを試料に入射させる経路に貫通孔を有している。レンズ部４はラマン散乱光を集束するためのものである。
【００１９】
レンズ部４は、集束レンズ系４１と、コリメータレンズ系４２とを有している。集束レンズ系４１は、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを集束するように形成されている。コリメータレンズ系４２は、集束レンズ系４１で集束されたラマン散乱光１ａを集束するように形成されている。
【００２０】
集束レンズ系４１は、集束レンズ４１ａと、結像レンズ４１ｂとを有している。集束レンズ４１ａは、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを集束するように形成されている。結像レンズ４１ｂは、放物面鏡２に反射されたラマン散乱光１ａと集束レンズ４１ａに収束されたラマン散乱光１ａとの双方を集束するように形成されている。
【００２１】
集束レンズ４１ａの直径はたとえば１．８ｃｍである。また集束レンズ４１ａの焦点までの距離は１．２ｃｍである。結像レンズ４１ｂは放物面鏡２の反射面に対して対向するように配置されている。
【００２２】
集束レンズ系４１および放物面鏡２は互いに光軸ＬＡが一致するように設けられている。また集束レンズ４１ａおよび放物面鏡２は互いに焦点Ｆ１が一致するように設けられている。
【００２３】
試料支持台５は試料Ｓを上面に載置可能に設けられている。試料支持台５は昇降可能に構成されている。試料支持台５は、試料Ｓを載置する部分が放物面鏡２および試料ステージ３の底側からそれらの内部に挿入可能に構成されている。試料支持台５は放物面鏡２の焦点Ｆ１の高さに試料Ｓの位置を調整可能に構成されている。試料支持台５の直径はたとえば１．５ｃｍである。
【００２４】
ビームスプリッタ６は、光源１から照射されたレーザー光１ｂを反射させて、顕微鏡対物レンズ７を経由させて試料Ｓにレーザー光１ｂを入射させるように構成されている。また、ビームスプリッタ６は、レンズ部４で集束されたラマン散乱光１ａを透過するように構成されている。
【００２５】
ビームスプリッタ８は、レンズ部４で集束され、ビームスプリッタ６および顕微鏡対物レンズ７を通過したラマン散乱光１ａを反射させて、偏光板９に入射させるように構成されている。分光器１１はレンズ部４で集束されたラマン散乱光１ａを分光するように形成されている。分光器１１は偏光板９からスリット１０を通って入射したラマン散乱光１ａを分光するように構成されている。
【００２６】
検出器１２は分光器１１で分光されたラマン散乱光１ａを検出するように形成されている。検出器１２としては、ＣＣＤ検出器が適用され得る。制御装置１３は検出器１２を制御可能に構成されている。また制御装置１３はカメラ１４を制御可能に構成されている。カメラ１４は試料Ｓを観察可能に設けられている。
【００２７】
次に、本実施の形態の顕微ラマン分光装置の動作について説明する。
まず、放物面鏡２の焦点Ｆ１に試料Ｓの表面が位置するように試料Ｓが試料支持台５に載置される。光源１から照射されたレーザー光１ｂはビームスプリッタ６で反射し、顕微鏡対物レンズ７を通ってレンズ部４の貫通孔４ａに入射する。レンズ部４の集束レンズ系４１およびコリメータレンズ系４２の双方の貫通孔４ａを通って試料Ｓにレーザー光１ｂが照射されると、試料Ｓからラマン散乱光１ａが放射される。
【００２８】
ラマン散乱光１ａの一部は集束レンズ４１ａにより屈折されることにより平行化され、ラマン散乱光１ａの他の一部は放物面鏡２に反射されることにより平行化される。これらの平行光線束が結像レンズ４１ｂにより屈折されて集束され、さらにコリメータレンズ系４２により平行化される。平行化されたラマン散乱光１ａは顕微鏡対物レンズ７およびビームスプリッタ６を通過し、ビームスプリッタ８で反射されて偏光板９に送られる。
【００２９】
さらにラマン散乱光１ａは偏光板９からスリット１０を通って分光器１１に送られる。ラマン散乱光１ａは分光器１１で分光される。分光されたラマン散乱光１ａが検出器１２でたとえば波長ごとに検出される。制御装置１３により検出器１２が制御される。検出器１２により検出されたラマン散乱光１ａは制御装置１３によりラマンシフト値に変換されて表示されてもよい。また、カメラ１４により試料Ｓが観察される。なお、本実施の形態の顕微ラマン分光装置では、試料Ｓの測定点からのラマン散乱光１ａの９０％以上が集光され得る。
【００３０】
次に、本実施の形態の顕微ラマン分光装置の作用効果について説明する。
本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０によれば、ラマン散乱光１ａを集束するためのレンズ部４は、光源１と放物面鏡２との間に配置されており、レーザー光１ｂを試料に入射させる経路に貫通孔４ａを有しているため、ラマン散乱光１ａとレーザー光１ｂとが同じ光路を利用することができる。また、試料Ｓからのラマン散乱光１ａを反射させるための放物面鏡２とラマン散乱光１ａを集束するためのレンズ部４とを有しているため、微弱なラマン散乱光を集光することができる。これにより、ラマン散乱光１ａを十分な強度に集光することができる。
【００３１】
本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０によれば、集束レンズ系４１は試料Ｓからのラマン散乱光１ａを集束するように形成されており、コリメータレンズ系４２は集束レンズ系４１で集束されたラマン散乱光１ａを集束するように形成されている。このため、試料Ｓからのラマン散乱光１ａが集束レンズ系４１で集束され、この集束レンズ系４１で集束されたラマン散乱光１ａがコリメータレンズ系４２でさらに集束される。これにより、ラマン散乱光１ａを十分な強度に集光することができる。
【００３２】
本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０によれば、集束レンズ４１ａは試料Ｓからのラマン散乱光１ａを集束するように形成されており、結像レンズ４１ｂは放物面鏡２に反射されたラマン散乱光１ａと集束レンズ４１ａで収束されたラマン散乱光１ａとの双方を集束するように形成されている。このため、試料Ｓからのラマン散乱光１ａが集束レンズ４１ａで集束され、この集束レンズ４１ａで集束されたラマン散乱光１ａが結像レンズ４１ｂでさらに集束される。また、放物面鏡２に反射されたラマン散乱光１ａも結像レンズ４１ｂで集束される。これにより、ラマン散乱光１ａを十分な強度に集光することができる。
【００３３】
本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０によれば、分光器１１はレンズ部４で集束されたラマン散乱光１ａを分光するように形成されており、検出器１２は分光器１１で分光されたラマン散乱光１ａを検出するように形成されている。ラマン散乱光１ａを分光器１１に通してラマンスペクトルを検出することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
複数の放物面鏡が設けられることにより試料ステージを試料搬送トレイとして構成することができる。図３を参照して、本発明の実施の形態２の顕微ラマン分光装置の試料ステージ３には放物面鏡２が複数個設けられている。複数の放物面鏡２は一定間隔で並んで配置されている。試料支持台５の昇降により複数の放物面鏡２の各々の内部に試料Ｓが配置され得る。
【００３５】
この試料ステージ３を用いることによりラマン散乱光を効率良く測定することができる。この試料ステージ３は、顕微ラマン分光装置を利用する樹脂識別工程およびデバイス検査工程などに好適に用いられる。
【００３６】
続いて、本実施の形態の顕微ラマン分光装置を備えたプラスチック選別装置の構成について説明する。
【００３７】
図４および図５を参照して、プラスチック選別装置３０は、顕微ラマン分光装置２０と、搬送装置２１と、試料供給装置２２と、試料分別制御装置２３と、第１回収容器２４と、第２回収容器２５とを主に有している。なお、見やすくするため、図４では搬送装置２１は示されておらず、図５では試料供給装置２２などは示されていない。
【００３８】
顕微ラマン分光装置２０では、光源１（図１参照）は、複数の放物面鏡２の各々の内部に配置された試料Ｓに個別にレーザー光１ｂを照射するように構成されている。
【００３９】
搬送装置２１は試料ステージ３を搬送することによって試料Ｓを搬送可能に構成されている。試料供給装置２２は試料Ｓを試料ステージ３に供給可能に構成されている。試料Ｓはたとえば複数の材料を含む破砕プラスチックである。試料分別制御装置２３は顕微ラマン分光装置２０、第１回収容器２４および第２回収容器２５を制御可能に構成されている。
【００４０】
第１回収容器２４は破砕プラスチックのうち１つの種類のプラスチックを回収するように設けられている。第２回収容器２５は破砕プラスチックのうち第１回収容器２４に回収されたプラスチック以外の種類のプラスチックを回収するように設けられている。
【００４１】
このプラスチック選別装置では、試料ステージ３に試料供給装置２２から破砕プラスチック（試料Ｓ）が供給される。試料Ｓが試料ステージ３により搬送される過程で、試料Ｓは複数の放物面鏡２の各々の内部に配置される。
【００４２】
複数の放物面鏡２の各々の内部に配置された試料Ｓに顕微ラマン分光装置２０の光源１からレーザー光１ｂが照射され、レンズ部４で試料Ｓからのラマン散乱光が集束される。これにより、顕微ラマン分光装置２０により複数の試料Ｓが連続的にスキャン測定される。この測定によって検出された試料Ｓのデータが試料分別制御装置２３に送られる。
【００４３】
試料分別制御装置２３では内部のデータ処理システムで試料Ｓの材質および位置などが識別される。さらに、試料分別制御装置２３から識別結果に基づいて第１回収容器２４および第２回収容器２５に分別回収作業の命令が発令される。これにより、試料支持台５が降下して第１回収容器２４あるいは第２回収容器２５にそれぞれ試料Ｓが落下する。この際、試料Ｓに圧縮エアが吹きつけられて試料支持台５から試料Ｓが取り除かれてもよい。このようにして選別された試料Ｓが第１回収容器２４および第２回収容器にそれぞれ回収される。
【００４４】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成および動作は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４５】
本実施の形態の顕微ラマン分光装置２０によれば、放物面鏡２が複数個設けられている。光源１は複数の放物面鏡２の各々の内部に配置された試料Ｓに個別にレーザー光１ｂを照射するように構成されている。このため、複数の試料Ｓを測定することができ、各々のラマン散乱光を効率的に得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、試料ステージ３が試料Ｓの容器となるため作業効率を向上できる。また識別後の回収作業も容易になる。試料Ｓが個別に固定され、測定位置が一定のため、測定識別操作に正確な情報を提供することができる。また試料支持台５の昇降による測定前後の試料Ｓの交換も簡易にすることができる。
【００４７】
上記の各実施の形態は適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１  光源、１ａ  ラマン散乱光、１ｂ  レーザー光、２  放物面鏡、３  試料ステージ、４  レンズ部、４ａ  貫通孔、５  試料支持台、６  ビームスプリッタ、７  顕微鏡対物レンズ、８  ビームスプリッタ、９  偏光板、１０  スリット、１１  分光器、１２  検出器、１３  制御装置、１４  カメラ、２０  顕微ラマン分光装置、２１  搬送装置、２２  試料供給装置、２３  試料分別制御装置、２４  第１回収容器、２５  第２回収容器、３０  プラスチック選別装置、４１  集束レンズ系、４１ａ  集束レンズ、４１ｂ  結像レンズ、４２  コリメータレンズ系、ＬＡ  光軸、Ｓ  試料。
【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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