(57)【要約】【課題】レーザー光の照射点毎にレーザー光の焦点を試料の表面に合わせることができるプローブを提供することである。【解決手段】ラマン散乱光Ｌ２を励起するレーザー光Ｌ１の出射口５ａにレーザー光Ｌ１によって励起されるラマン散乱光Ｌ２が入射されるプローブ５であって、レーザー光Ｌ１の出射口５ａおよびラマン散乱光Ｌ２の入射口５ａを覆うようにレーザー光Ｌ１とラマン散乱光Ｌ２とが透過可能なスペーサー１０が設けられ、スペーサー１０における結像レンズ９の主平面Ｈからの焦点距離ｆの位置であるレーザー光Ｌ１の焦点位置に試料Ｓとの接触面１０ａが形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱光を励起するビームの出射口に前記ビームによって励起される散乱光が入射されるプローブであって、
前記ビームの出射口および散乱光の入射口を覆うように前記ビームと散乱光とが透過可能なスペーサーが設けられ、前記スペーサーにおける前記ビームの焦点位置に試料との接触面が形成されるプローブ。
【請求項２】
複数の光路に分割された前記ビームが前記出射口から出射され、複数の光路に分割された前記ビームの試料への照射により照射位置から発生した散乱光が前記入射口から入射される請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記スペーサーが、像面湾曲の影響を考慮して前記出射口から出射される前記ビームの焦点が前記接触面上にあるように構成される請求項１または請求項２に記載のプローブ。
【請求項４】
前記スペーサーが、像面湾曲の影響を考慮して前記入射口から入射される前記散乱光の焦点が所定の平面上にあるように構成される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプローブ。
【請求項５】
前記入射口からスペーサーの接触面までの間を覆うシェードが設けられる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブに関する。詳しくは、分光測定、特にラマン分光測定に用いるプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビームの一種であるレーザー光が物質に照射されると発生するラマン散乱光を利用して、物質の構成を特定するラマン分光測定装置が知られている。ラマン散乱光は、レーザー光の照射点の物質の分子構造に応じて異なるスペクトルで発生する。ラマン分光測定装置は、ラマン散乱光を励起させるレーザー光を試料に照射し、発生したラマン散乱光を集光するためにプローブが用いられる。例えば特許文献１の如くである。特許文献１に記載のプローブは、棒状に形成された本体の基端からレーザー光が入射され、先端からレーザー光が出射される。さらに、プローブは、試料から発生したラマン散乱光が先端から入射され、基端からラマン分光装置にむけて出射される。このように、ラマン分光測定装置は、レーザー光の照射およびラマン散乱光の集光を取扱いが容易なプローブによって行うことで試料の任意の位置にレーザー光を照射し、ラマン散乱光を集光することができる。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の技術は、表面が湾曲している試料や凹凸がある試料にレーザー光を照射する場合、レーザー光の照射点によってプローブから試料までの距離が変動する。また、複数の光路に分割されたレーザー光を表面が湾曲している試料や凹凸がある試料に同時に照射する場合、各レーザー光のプローブから試料までの距離が試料の表面の湾曲状態や凹凸によって異なる。このため、プローブは、試料の表面状態に応じてレーザー光の照射点毎にレーザー光の焦点を合わせる必要があった。同様に、プローブは、試料に照射されたレーザー光によって試料の表面から発生したラマン散乱光を分光光学系（分光器）で結像させる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２５７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ビームの照射点毎にビームの焦点を試料の表面に合わせるとともに、ビームの照射により試料の表面から発生する散乱光の焦点を分光器に合わせることができるプローブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、プローブは、散乱光を励起するビームの出射口に前記ビームによって励起される散乱光が入射されるプローブであって、前記ビームの出射口および散乱光の入射口を覆うように前記ビームと散乱光とが透過可能なスペーサーが設けられ、前記スペーサーにおける前記ビームの焦点位置に試料との接触面が形成されるものである。
【０００８】
プローブは、複数の光路に分割された前記ビームが前記出射口から出射され、複数の光路に分割された前記ビームの試料への照射により照射位置から発生したから散乱光が前記入射口から入射されるものである。
【０００９】
プローブは、前記スペーサーが、像面湾曲の影響を考慮して前記出射口から出射される前記ビームの焦点が前記接触面上にあるように構成されるものである。
【００１０】
プローブは、前記スペーサーが、像面湾曲の影響を考慮して前記入射口から入射される前記散乱光の焦点が所定の平面上にあるように構成されるものである。
【００１１】
プローブは、前記入射口からスペーサーの接触面までの間を覆うシェードが設けられるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
プローブにおいては、出射口に設けられたスペーサーの接触面を試料に接触させることによって、プローブの出射口から試料の表面までの距離がスペーサーの形状よって定められる。これにより、ビームの照射点毎にビームの焦点を試料の表面に合わせるとともに、ビームの照射により試料の表面から発生する散乱光の焦点を分光器に合わせることができる。
【００１４】
プローブにおいては、複数の光路に分割されたビームが一の出射口から出射され、一の入射口から入射される。これにより、ビームの照射点毎にビームの焦点を試料の表面に合わせるとともに、ビームの照射により試料の表面から発生する散乱光の焦点を分光器に合わせることができる。
【００１５】
プローブにおいては、出射口に設けられたスペーサーの接触面を試料に接触させることによって、複数の光路に分割されたビームが像面湾曲の影響を考慮された状態で試料に照射される。また、試料から発生した複数の散乱光が像面湾曲の影響を考慮された状態で同一平面上に結像される。これにより、ビームの照射点毎にビームの焦点を試料の表面に合わせるとともに、ビームの照射により試料の表面から発生する散乱光の焦点を分光器に合わせることができる。
【００１６】
プローブにおいては、シェードによってプローブから試料までの間隔を視認できなくてもプローブの出射口から試料の表面までの距離がスペーサーの長さに定められた状態でビームが試料に照射される。これにより、スペーサーからの外乱の入射を防ぎつつビームの照射点毎にビームの焦点を試料の表面に合わせるとともに、ビームの照射により試料の表面から発生する散乱光の焦点を分光器に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ラマン分光測定装置の一実施形態における全体構成を示す概略図。
【図２】ラマン分光測定装置の一実施形態におけるレーザー光の照射態様を示す概略図。
【図３】ラマン分光測定装置の一実施形態におけるラマン散乱光の分光器への集光の態様を示す概略図。
【図４】（ａ）ラマン分光測定装置の一実施形態におけるプローブを一の照射点における焦点距離に配置した場合の他の照射点と焦点距離との位置関係を示す概略図、（ｂ）同じくプローブのスペーサーを試料に接触させた場合の照射点と焦点距離との関係を示す図。
【図５】（ａ）ラマン分光測定装置の一実施形態において測定点が視認できない状態の試料の一態様を示す概略図、（ｂ）同じく測定点が視認できない試料の測定を行う場合の試料におけるプローブの測定状態を示す図。
【図６】（ａ）ラマン分光測定装置の一実施形態における観察用カメラによるレーザー光照射点と試料の画像を示す図、（ｂ）図６（ａ）における照射点の２次元配列がマルチ光ファイバで１次元配列に再構成された状態の画像を示す図。
【図７】図６（ａ）における照射点のラマンスペクトルを表すグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
初めに、図１から図３を用いて、ラマン分光測定装置の一実施形態であるラマン分光測定装置１について説明する。なお、本実施形態において、分光測定装置としてラマン分光測定装置１について具体的に説明するがこれに限定するものではなく、蛍光分光測定装置等の様々なビームを用いる分光測定装置においても同様である。
【００１９】
図１に示すように、ラマン分光測定装置１は、試料Ｓにビームの一種であるレーザー光Ｌ１を照射することで試料Ｓから発生するラマン散乱光Ｌ２を検出するものである。ラマン分光測定装置１は、レーザー光源２、レーザー光用第１レンズ３、プローブ５、レーザー光用第２レンズ６、全反射ミラー７、ダイクロイックミラー８、結像レンズ９、ラマン用結像レンズ１２、ラマン分光器１３、ハーフミラー１４、観察用結像レンズ１５、観察用カメラ１６および観察用照明光源１７を具備している。
【００２０】
レーザー光源２は、ラマン散乱光Ｌ２を発生させるためのレーザー光Ｌ１を発振するものである。レーザー光源２は、所定波長のレーザー光Ｌ１を発振する。本実施形態において、レーザー光源２は、短波長（４００ｎｍから６００ｎｍ）レーザー光Ｌ１を発振するものとする。なお、本実施形態においてレーザー光源２の媒質は、短波長のレーザー光Ｌ１を発振するものであればよい。
【００２１】
レーザー光用第１レンズ３は、入射されたレーザー光Ｌ１を平行なレーザー光にするレンズである。レーザー光用第１レンズ３は、レーザー光源２からのレーザー光Ｌ１が入射されるように、レーザー光Ｌ１の光軸上にレーザー光源２と隣り合うように配置されている。
【００２２】
ビーム分割手段であるマイクロレンズアレイ４は、入射されたレーザー光Ｌ１を複数のレーザー光に分割するものである。マイクロレンズアレイ４は、マイクロレンズが格子状に形成されている。マイクロレンズアレイ４は、レーザー光用第１レンズ３からのレーザー光Ｌ１が入射されるように、レーザー光Ｌ１の光軸上にレーザー光用第１レンズ３と隣り合うように配置されている。マイクロレンズアレイ４は、入射されるレーザー光Ｌ１を複数のレーザー光Ｌ１に分割してマイクロレンズアレイ４から出射するように構成されている。なお、本実施形態において、ビーム分割手段がマイクロレンズアレイ４から構成されているがこれに限定するものではなく、回折光学素子やマルチ光ファイバなどの光路分割光学系であればよい。
【００２３】
プローブ５は、レーザー光Ｌ１および観察用照明光源１７からの観察用照明光Ｌ３を試料Ｓの任意の位置に照射するとともに試料Ｓからのラマン散乱光Ｌ２を集光するものである。プローブ５は、円筒状の筐体５ｄの内部にレーザー光用第２レンズ６、全反射ミラー７、ダイクロイックミラー８、結像レンズ９、スペーサー１０およびシェード１１を具備している。
【００２４】
レーザー光用第２レンズ６は、入射されたレーザー光Ｌ１を集束させるレンズである。レーザー光用第２レンズ６は、プローブ５の筐体５ｄの基端部に設けられている。レーザー光用第２レンズ６は、マイクロレンズアレイ４からのレーザー光Ｌ１が入射されるように、レーザー光Ｌ１の光軸上にマイクロレンズアレイ４と隣り合うように配置されている。レーザー光用第２レンズ６は、入射される複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１が所定の集束位置Ｐを通過するように構成されている。
【００２５】
全反射ミラー７は、入射されたレーザー光Ｌ１を反射するものである。全反射ミラー７は、中央にピンホール７ａが形成されている。全反射ミラー７は、レーザー光用第２レンズ６からのレーザー光Ｌ１が入射されるように、プローブ５の筐体５ｄ内であってレーザー光Ｌ１の光軸上にレーザー光用第２レンズ６と隣り合うように配置されている。また、全反射ミラー７は、レーザー光用第２レンズ６を透過した複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１の集束位置Ｐとピンホール７ａの中心とが重複するように配置されている。つまり、全反射ミラー７は、複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１が全反射ミラー７のピンホール７ａの中心で集束して全反射ミラー７と干渉することなくピンホール７ａを通過するように構成されている。
【００２６】
本実施形態において、全反射ミラー７は、レーザー光Ｌ１の光軸に対して４５度の傾斜角度になるように配置されている。全反射ミラー７は、レーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向から全反射ミラー７に向かって出射された光線をレーザー光Ｌ１の光軸と一致するように全反射ミラー７のピンホール７ａ以外の部分で反射させるように構成されている。一方、全反射ミラー７は、レーザー光Ｌ１の光軸方向から全反射ミラー７に向かって出射された光線をレーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向に全反射ミラー７のピンホール７ａ以外の部分で反射させるように構成されている。なお、本実施形態において、全反射ミラー７、ダイクロイックミラー８およびハーフミラー１４の配置角度は、それぞれ４５度、９０度に限定されるものでは無く、機器構成上の適する配置であればよい。
【００２７】
波長選択ハーフミラーであるダイクロイックミラー８は、所定の波長のみを選択的に透過させるものである。本実施形態において、ダイクロイックミラー８は、レーザー光Ｌ１の波長である短波長の光線のみを選択的に透過するように構成されている。ダイクロイックミラー８は、全反射ミラー７のピンホール７ａを通過したレーザー光Ｌ１が入射するように、プローブ５の筐体５ｄ内であってレーザー光Ｌ１の光軸上に全反射ミラー７と隣り合うように配置されている。また、ダイクロイックミラー８は、レーザー光Ｌ１の光軸に対して４５度の傾斜角度になるように配置されている。つまり、ダイクロイックミラー８は、長波長であるラマン散乱光Ｌ２をレーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向に反射するように構成されている。
【００２８】
結像レンズ９は、レーザー光Ｌ１の焦点を合わせるレンズである。結像レンズ９は、ダイクロイックミラー８からのレーザー光Ｌ１が入射するように、プローブ５の筐体５ｄの先端部であってレーザー光Ｌ１の光軸上にダイクロイックミラー８と隣り合うように配置されている。つまり、結像レンズ９は、プローブ５の出射口５ａを構成している。結像レンズ９は、入射されるレーザー光Ｌ１を結像レンズ９の主平面Ｈから距離ｆの位置に集光させるように構成されている。すなわち、結像レンズ９は、焦点距離ｆのレンズから構成されている。また、結像レンズ９は、試料Ｓに照射されるレーザー光Ｌ１の照射点から発生するラマン散乱光Ｌ２が結像レンズ９の試料Ｓ側から入射される。つまり、結像レンズ９は、プローブ５の出射口５ａを構成しているとともに入射口を構成している。
【００２９】
スペーサー１０は、プローブ５と試料Ｓとの間隔を一定にするものである。スペーサー１０は、略円柱状に形成されている。スペーサー１０は、結像レンズ９からのレーザー光Ｌ１が入射されるように、プローブ５の出射口５ａであってレーザー光Ｌ１の光軸上に結像レンズ９と隣り合うように設けられている。スペーサー１０は、プローブ５の先端に着脱可能に構成されている。スペーサー１０は、レーザー光Ｌ１が透過可能な材質（例えば、石英ガラス）から構成されている。スペーサー１０は、結像レンズ９から出射されるレーザー光Ｌ１の焦点位置に試料Ｓとの接触面１０ａが形成されている。すなわち、スペーサー１０は、接触面１０ａが結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置に配置されるように構成されている。また、スペーサー１０は、像面湾曲による結像を防止するために補正形状部１０ｂが設けられている。つまり、スペーサー１０は、接触面１０ａを試料Ｓに接触させることでプローブ５の出射口５ａと試料Ｓとの間隔を最適な測定ができる焦点距離ｆに保つとともに、補正形状部１０ｂによって像面湾曲の影響を考慮して接触面１０ａに平面として結像するように構成されている。また、スペーサー１０は、試料Ｓとの接触に応じて適宜交換可能に構成されている。
【００３０】
また、スペーサー１０は、レーザー光Ｌ１が照射された試料Ｓの照射点から発生するラマン散乱光Ｌ２が入射されるように設けられている。スペーサー１０は、ラマン散乱光Ｌ２が透過可能な材質（例えば、石英ガラス）から構成されている。スペーサー１０は、接触面１０ａが結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置に配置されるように構成されている。また、スペーサー１０は、像面湾曲による結像を防止するために補正形状部１０ｂが設けられている。つまり、スペーサー１０は、接触面１０ａを試料Ｓに接触させた状態でレーザー光Ｌ１を試料Ｓに照射することで、レーザー照射点から発生するラマン散乱光Ｌ２が結像レンズ９、ダイクロイックミラー８、ラマン用結像レンズ１２からなる分光光学系を介して所定の平面上であるラマン分光器の入射面に結像するように構成されている。
【００３１】
シェード１１は、測定時にレーザー光Ｌ１とラマン散乱光Ｌ２と観察用照明光Ｌ３および反射光Ｌ４以外の光線が試料Ｓやプローブ５の出射口５ａに入射しないようにするものである。シェード１１は、遮光性を有する材料から構成されている。シェード１１は、スペーサー１０の側面を覆うように設けられている。また、シェード１１は、スペーサー１０とともに着脱可能に構成されている。これにより、プローブ５は、プローブ５の出射口５ａからの出射光およびスペーサー１０の接触面１０ａからの入射光のみが入射するように構成されている。
【００３２】
このように構成されるプローブ５には、レーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向にラマン散乱光Ｌ２を出射可能な測定用開口部５ｂが筐体５ｄに設けられている。同様にプローブ５には、レーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向から全反射ミラー７に向かって観察用照明光を入射可能な観察用開口部５ｃが筐体５ｄに設けられている。プローブ５の基端部には、光ファイバ、レーザー光用第１レンズ３およびマイクロレンズアレイ４を介してレーザー光源２が接続されている。つまり、プローブ５は、レーザー光源２からのレーザー光Ｌ１がレーザー光用第２レンズ６に入射されるように構成されている。
【００３３】
ラマン用結像レンズ１２は、ラマン散乱光Ｌ２を集光してラマン分光器１３に集光するレンズである。ラマン用結像レンズ１２は、ダイクロイックミラー８からのレーザー光Ｌ１が入射するように、プローブ５の筐体５ｄの測定用開口部５ｂに接続されている。つまり、ラマン用結像レンズ１２は、ダイクロイックミラー８によってレーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向に反射されたラマン散乱光Ｌ２が入射するように配置されている。
【００３４】
ラマン分光器１３は、ラマン散乱光Ｌ２からラマンスペクトルを検出するものである。ラマン分光器１３は、例えばマルチ光ファイバ、回折格子、エリアセンサとレンズ、ミラー等から構成されている。ラマン分光器１３は、ラマン用結像レンズ１２からのラマン散乱光Ｌ２が入射するように、ラマン用結像レンズ１２の光軸上にラマン用結像レンズ１２と隣り合うように配置されている。
【００３５】
ハーフミラー１４は、レーザー光Ｌ１のうち一部分を透過させて残りを反射させるものである。ハーフミラー１４は、全反射ミラー７で反射されるレーザー光Ｌ１が入射するように、プローブ５の観察用開口部５ｃに接続されている。ハーフミラー１４は、全反射ミラー７によって反射されたレーザー光Ｌ１の光軸に対して９０度の方向にレーザー光Ｌ１を反射させる。
【００３６】
観察用結像レンズ１５は、観察用カメラ１６に集光するレンズである。観察用結像レンズ１５は、ハーフミラー１４によって反射されたレーザー光Ｌ１が入射するように、その光軸上にハーフミラー１４と隣り合うようにして配置されている。観察用結像レンズ１５は、入光されるレーザー光Ｌ１を観察用カメラ１６に集光するように構成されている。
【００３７】
観察用カメラ１６は、レーザー光Ｌ１の照射点と試料Ｓの状態と観察するものである。観察用カメラ１６は、ＣＣＤカメラ等から構成されている。観察用カメラ１６は、観察用結像レンズ１５からのレーザー光Ｌ１が入射するようにその光軸上に観察用結像レンズ１５と隣り合って配置されている。観察用カメラ１６は、レーザー光Ｌ１の照射点および試料Ｓの表面状態を視認することができる。
【００３８】
観察用照明光源１７は、観察用照明光Ｌ３を発生させるものである。観察用照明光源１７は、全反射ミラー７に観察用照明光Ｌ３を照射するように、ハーフミラー１４と隣り合うように配置されている。観察用照明光源１７は、図示しない光ファイバ、観察用照明光用レンズ１７ａおよびハーフミラー１４を介して全反射ミラー７に向かって観察用照明光Ｌ３を出射するように構成されている。
【００３９】
このように構成されるラマン分光測定装置１は、レーザー光源２から出射されるレーザー光Ｌ１がマイクロレンズアレイ４によって複数の光路に分割された状態でプローブ５に入射される。レーザー光Ｌ１は、レーザー光用第１レンズ３とプローブ５のレーザー光用第２レンズ６とによって平行光に変換されてプローブ５の結像レンズ９を透過して出射口５ａからスペーサー１０に入射される。レーザー光Ｌ１は、スペーサー１０を透過して試料Ｓに照射される。レーザー光Ｌ１の照射により試料Ｓからラマン散乱光Ｌ２が発生する。ラマン散乱光Ｌ２は、スペーサー１０に入射される。ラマン散乱光Ｌ２は、スペーサー１０を透過してプローブ５の出射口５ａを入射口として入射される。ラマン散乱光Ｌ２は、プローブ５のダイクロイックミラー８によって反射されてラマン分光器１３に入射される。
【００４０】
合わせて、ラマン分光測定装置１は、観察用照明光源１７からの観察用照明光Ｌ３がプローブ５に入射される。観察用照明光Ｌ３は、全反射ミラー７に反射されて結像レンズ９を透過してプローブ５の出射口５ａからスペーサー１０に入射される。観察用照明光Ｌ３は、スペーサー１０を透過して試料Ｓに照射される。試料Ｓに照射された観察用照明光Ｌ３は、試料Ｓに到達すると試料Ｓからの反射光Ｌ４としてスペーサー１０に入射される。試料Ｓからの反射光Ｌ４は、スペーサー１０およびプローブ５の出射口５ａを入射口として、結像レンズ９を透過してプローブ５内に入射される。そして、試料Ｓからの反射光Ｌ４は、全反射ミラー７に反射されて観察用カメラ１６に入射される。
【００４１】
次に、図２を用いて、ラマン分光測定装置１におけるレーザー光Ｌ１の光路について具体的に説明する。
【００４２】
図２に示すように、ラマン分光測定装置１は、レーザー光源２で発振されたレーザー光Ｌ１（薄墨部分参照）がレーザー光用第１レンズ３に入射される。レーザー光Ｌ１は、無限遠にある点光源からの平行レーザー光としてレーザー光用第１レンズ３から出射される。レーザー光用第１レンズ３から出射されたレーザー光Ｌ１は、マイクロレンズアレイ４に入射される。レーザー光Ｌ１は、複数の光路に分割されてマイクロレンズアレイ４から出射される。マイクロレンズアレイ４から出射された複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１は、プローブ５のレーザー光用第２レンズ６に入射される。
【００４３】
複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１は、全反射ミラー７のピンホール７ａ位置で集束するようにレーザー光用第２レンズ６から出射される。レーザー光用第２レンズ６から出射されたレーザー光Ｌ１は、全反射ミラー７と干渉することなくピンホール７ａを通過する。全反射ミラー７を通過したレーザー光Ｌ１は、ダイクロイックミラー８に入射される。短波長レーザー光であるレーザー光Ｌ１は、長波長を反射するダイクロイックミラー８に反射されることなく透過する。ダイクロイックミラー８を透過したレーザー光Ｌ１は、結像レンズ９に入射される。レーザー光Ｌ１は、結像レンズ９によって結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置にレーザー光毎に集光するように結像レンズ９から出射される。結像レンズ９から出射されたレーザー光Ｌ１は、像面湾曲の影響を考慮されながらスペーサー１０の接触面１０ａで集光される。
【００４４】
このように、ラマン分光測定装置１は、レーザー光Ｌ１が複数の光路に分割されてもレーザー光用第２レンズ６によって集束されて全反射ミラー７のピンホール７ａを干渉することなく通過するように構成されている。また、ラマン分光測定装置１は、ラマン散乱光Ｌ２を反射するダイクロイックミラー８によってレーザー光Ｌ１の一部が反射されないように構成されている。つまり、ラマン分光測定装置１においては、レーザー光Ｌ１の光軸上に配置された全反射ミラー７とダイクロイックミラー８とによってレーザー光Ｌ１が遮蔽されない。これにより、光源からのレーザー光Ｌ１が試料Ｓに至るまでの間に生じる損失を抑制することができる。
【００４５】
次に、図３を用いて、ラマン分光測定装置１におけるラマン散乱光Ｌ２の光路について具体的に説明する。
【００４６】
図３に示すように、ラマン分光測定装置１は、試料Ｓに短波長レーザー光Ｌ１（図２参照）を照射することで試料Ｓの照射箇所から長波長のラマン散乱光Ｌ２がそれぞれ発生する。ラマン散乱光Ｌ２は、結像レンズ９に試料Ｓ側から入射される（以下、結像レンズ９にラマン散乱光Ｌ２が試料Ｓ側から入射される場合、単に「試料Ｓ側レンズ９」と記す）。すなわち、複数の光路からなるラマン散乱光Ｌ２は、プローブ５の入射口としての試料Ｓ側レンズ９に入射される。ラマン散乱光Ｌ２は、試料Ｓ側レンズ９から出射される。
【００４７】
試料Ｓ側レンズ９から出射されたラマン散乱光Ｌ２は、ダイクロイックミラー８に入射される。長波長のラマン散乱光Ｌ２は、長波長を反射するダイクロイックミラー８によって反射される。すなわち、複数の光路からなるラマン散乱光Ｌ２は、がダイクロイックミラー８によってプローブ５の測定用開口部５ｂに接続されているラマン用結像レンズ１２に入射される。ラマン散乱光Ｌ２は、ラマン分光器１３の入射面に結像するようにラマン用結像レンズ１２から出射される。これにより、試料Ｓのレーザー光Ｌ１照射箇所からそれぞれ発生したラマン散乱光Ｌ２は、ラマン分光器１３によって照射箇所毎にラマンスペクトルが検出される。
【００４８】
このように構成することで、ラマン分光測定装置１は、複数の光路に分割されているレーザー光Ｌ１によって複数の光路からなるラマン散乱光Ｌ２が発生してもダイクロイックミラー８によってのラマン散乱光Ｌ２のみをラマン分光器１３にむかって反射させる。つまり、ラマン分光測定装置１においては、スペーサー１０によってラマン散乱光Ｌ２が発生している試料の照射点と結像レンズ９の主平面Ｈとの距離が焦点距離ｆに保たれ、像面湾曲による結像を防止された状態で複数の光路からなるラマン散乱光Ｌ２をラマン分光器１３の入射面に結像させることができる。
【００４９】
以下に、図４と図５とを用いて、ラマン分光測定装置１における試料Ｓが柔軟物である場合のプローブ５の使用態様について説明する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、柔軟物である生体組織等の試料Ｓは、その表面が不規則に湾曲したり凹凸が生じたりしている。このような試料Ｓにおいては、所定の位置に定めたプローブ５から試料Ｓの照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・・ｓ６までの間隔が照射点毎に異なる。最も突出している照射点ｓ５にレーザー光Ｌ１が集光するようにプローブの位置を合わせた場合、照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・ｓ４・ｓ６は、焦点距離ｆよりも離れた位置になる。従って、ラマン分光測定装置１は、照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・ｓ４・ｓ６に適切にレーザー光Ｌ１を照射することができない。
【００５１】
図４（ｂ）に示すように、プローブ５の先端に設けられているスペーサー１０の接触面１０ａを試料Ｓの測定部位に接触させた場合、柔軟物である試料Ｓは、接触面１０ａの形状に倣うように変形する。つまり、試料Ｓの測定部位とプローブ５との隙間は、スペーサー１０の形状によって定まる。これにより、試料Ｓの測定部位は、結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置に維持される。また、スペーサー１０は、像面湾曲による結像を防止する補正形状部１０ｂが設けられている。つまり、プローブ５は、スペーサー１０による像面湾曲が防止された状態で接触面１０ａに接触している試料Ｓに分光された各レーザー光Ｌ１を結像させる。この際、プローブ５は、シェード１１によりスペーサー１０の接触面１０ａからの入射光のみが入射されるので測定時の外乱を抑制することができる。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、柔軟物である試料Ｓの測定範囲Ｓｓ（薄墨部分）が他の部分によって覆われている場合、レーザー光Ｌ１の光路が試料Ｓのうち測定範囲Ｓｓ以外の部分によって遮蔽されている。従って、ラマン分光測定装置１は、試料Ｓの測定範囲Ｓｓを適切に測定するために、試料Ｓのうちレーザー光Ｌ１の光路を遮蔽している部分を移動させて、遮蔽されていない状態を確保する必要がある。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、試料Ｓのうち測定範囲Ｓｓを覆っている部分は、プローブ５の先端に設けられているスペーサー１０によって移動される。さらに、試料Ｓの測定範囲Ｓｓには、観察用カメラ１６の画像を確認しながらプローブ５の先端に設けられているスペーサー１０の接触面１０ａが接触される。この際、プローブ５の先端から測定範囲Ｓｓまでの空間は、スペーサー１０によって押し広げられているので測定範囲Ｓｓ以外の部分でレーザー光Ｌ１が遮光されることがない。これにより、試料Ｓの測定範囲Ｓｓは、スペーサー１０によって結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置に維持される。また、スペーサー１０は、像面湾曲による結像を防止する補正形状部１０ｂが設けられている。つまり、プローブ５は、スペーサー１０による像面湾曲が防止された状態で接触面１０ａに接触している測定範囲Ｓｓに複数の光路に分割された各レーザー光Ｌ１を結像させる。
【００５４】
次に、図６と図７とを用いて、ラマン分光測定装置１における観察用カメラ１６の画像Ｖおよびラマン分光器１３の検出結果について説明する。
【００５５】
レーザー光Ｌ１、ラマン散乱光Ｌ２、観察用照明光Ｌ３および反射光Ｌ４が通過するプローブ５は、スペーサー１０によっての照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・・・ｓ１６が結像レンズ９の主平面Ｈから焦点距離ｆの位置にあるように配置されている。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、観察用カメラ１６（図１参照）は、反射光Ｌ４から画像Ｖを生成する。画像Ｖには、試料Ｓとレーザー光Ｌ１の照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・・・ｓ１６が同時に表示されている。さらに画像Ｖには、試料Ｓのうち物質Ｓａの部分と物質Ｓｂ（薄墨部分）の部分とが表示されている。同様に、ラマン分光器１３には、照射点のラマン散乱光Ｌ２（図１参照）が入射される。
図６（ｂ）に示すように、ラマン分光測定装置１のラマン分光器１３は、例えばマルチ光ファイバ、回折格子、エリアセンサとレンズ、ミラー等から構成されている。ラマン分光測定装置１は、レーザー光Ｌ１の照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・・・ｓ１６からのラマン散乱光Ｌ２を、マルチ光ファイバ１８の一端である二次元配列部分で受光する。ラマン分光測定装置１は、マルチ光ファイバ１８の一端で受光した２次配列を１次元配列に変換してマルチ光ファイバ１８の他端から回析格子に出射する。出射された１次元配列に変換されたラマン散乱光Ｌ２が回折格子を介してエリアセンサに導かれるように構成されている。これにより、ラマン分光測定装置１は、複数の照射点ｓ１・ｓ２・ｓ３・・・ｓ１６のラマン分光スペクトルをラマン分光器１３で測定することができる。
【００５７】
図７に示すように、ラマン分光器１３は、照射点のラマン散乱光Ｌ２のラマンスペクトルを出力する。図７は照射点ｓ１から照射点ｓ５についてのラマンスペクトルを示す。照射点ｓ１から照射点ｓ５のうち照射点ｓ４と照射点ｓ５との波形の傾向およびピーク位置が照射点ｓ１から照射点ｓ３の波形の傾向およびピーク位置と異なる。この結果より、ラマン分光測定装置１は、照射点ｓ１から照射点ｓ３（図６（ａ）における黒点位置）における試料Ｓを構成している物質Ｓｂと、照射点ｓ４と照射点ｓ５（図６（ａ）における白点位置）における試料Ｓが構成している物質Ｓａと、が異なる物質であることを示すことができる。このように、ラマン分光測定装置１は、複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１が測定点で集光するようにスペーサー１０によってプローブ５の位置を合わせることで複数の照射点ｓ１から照射点ｓ１６の試料Ｓの表面状態とラマン散乱光Ｌ２のラマンスペクトルとを同時に確認することができる。
【００５８】
このように構成されるプローブ５は、出射口５ａに設けられたスペーサー１０の接触面１０ａを試料Ｓに接触させることによって、プローブ５の出射口５ａから試料Ｓの表面までの距離がスペーサー１０の形状よって定められる。この際、プローブ５は、複数の光路に分割されたレーザー光Ｌ１が像面湾曲の影響を考慮されながらスペーサー１０を透過して試料Ｓに照射される。これにより、レーザー光Ｌ１の照射点毎にレーザー光Ｌ１の焦点を試料Ｓの表面に合わせることができる。さらに、プローブ５は、シェード１１によってプローブ５から試料Ｓまでの間隔を視認できなくでもプローブ５の出射口５ａから試料Ｓの表面までの距離がスペーサー１０の形状に定められた状態でレーザー光Ｌ１が試料Ｓに照射される。また、試料Ｓによって測定範囲Ｓｓが覆われていてもスペーサー１０によってレーザー光Ｌ１の光路が確保される。これにより、スペーサー１０からの外乱の入射や試料Ｓによる光路の遮蔽を防ぎつつレーザー光Ｌ１の照射点毎にレーザー光Ｌ１の焦点を試料Ｓの表面に合わせることができる。また、プローブ５は、スペーサー１０とシェード１１とが着脱自在に構成されているので、測定毎にスペーサー１０とシェード１１を交換して、接触面１０ａの付着物による誤測定を防止することができる。
【００５９】
以上、ラマン分光測定装置の一実施形態であるラマン分光測定装置１は、レーザー光Ｌ１を複数の光路に分割して試料Ｓに照射する構成としているがこれに限定されるものではなく、単一の測定点にレーザー光Ｌ１を照射する構成でもよい。プローブ５は、レーザー光Ｌ１が試料に出射され、ラマン散乱光Ｌ２が入射されるように構成されているがこれに限定するものではなく、様々な種類のビームの出射や散乱光の入射に適用することができる。また、プローブ５は、レーザー光用第２レンズ６、全反射ミラー７、ダイクロイックミラー８、結像レンズ９を備え、観察用カメラ１６や観察用照明光源１７が接続されているがこれに限定するものではなく、レーザー光Ｌ１がプローブ５から出射するものであればよい。さらに、プローブ５は、レーザー光Ｌ１の出射口５ａとラマン散乱光Ｌ２の入射口とが同一に構成されているがこれに限定されるものではなく、入射口と出射口５ａとが分離して構成されていてもよい。上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００６０】
１    ラマン分光測定装置
５    プローブ
５ａ  出射口
１０    スペーサー
１０ａ  接触面
Ｌ１    レーザー光
Ｌ２    ラマン散乱光
【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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