(57)【要約】本発明は、サンプル（１０２）のための支持部（１８）、サンプル（１０２）に光プロファイル（１１０）を生成するように配置された光源を備える分光装置に関する。支持部（１０２）及び光源は、光プロファイル（１１０）がサンプル（１０２）に対して移動可能であるように配置されている。分光装置は、光源からの光とサンプル（１０２）との相互作用によって生成された光を受取る光入力部（１６）、光検知器素子（１０４）の二次元アレイを備える検知器（２４）、光入力部と検知器（２４）との間に配置され、光入力部（１６）によって受取られた光を検知器（２４）にわたるスペクトル方向にスペクトル的に分散させる分散装置（４４）、及び光入力部（１６）と検知器（２４）との間の光路中に配置され、サンプル（１０２）上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、スペクトルの第１の部分（５０Ａ）と第２の部分の各々が、アレイの異なる列又はコラムの光検知器素子（１０４）にわたって分散されるように、波数に基づいて、光を分割する光学スプリッタ（３８）、を備える。当該装置は、光プロファイル（１１０）とサンプル（１０２）との間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において、光検知器素子（１０４）の間でのデータのシフトを制御するべく配置されたコントローラ（２５）をさらに備える。その結果、データは、相対的な移動中に検知器（２４）の光検知器素子（１０４）の異なるセットにわたって、スペクトルの第１及び第２の部分（５０Ａ、５０Ｂ）の各々に蓄積される。
2017529529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該支持部及び光源は、当該光プロファイルが当該サンプルに対して可動であるように配置されており、
当該光源からの光と当該サンプルとの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置され、光入力部によって受取られた光を検知器にわたるスペクトル方向にスペクトル的に分散させる分散装置、
光入力部と検知器との間の光路中に位置され、サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、スペクトルの第１の部分と第２の部分の各々がアレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されるように、波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、及び
データが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたってスペクトルの第１及び第２の部分の各々に蓄積されるように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でのデータのシフトを制御するべく配置されたコントローラ、
を備えることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該支持部及び光源は、当該光プロファイルが当該サンプルに対して可動であるように配置されており、
当該光源からの光と当該サンプルとの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置され、光入力部によって受取られた光を検知器にわたるスペクトル方向にスペクトル的に分散させる分散装置、
スペクトル方向における検知器の幅によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生する、サンプル上の所与のポイントによって生成されたスペクトルの第１及び第２の部分が検知器の光検知器素子に向けられるように、光入力部と検知器との間の光路中に配置され波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、及び
データが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたってスペクトルの第１及び第２の部分の各々に蓄積されるように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でのデータのシフトを制御するべく配置されたコントローラ、
を備えることを特徴とする分光装置。
【請求項３】
第１及び第２の部分の各々は、アレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されていることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
第１及び第２の部分は、アレイの同じ列又はコラムの異なる光検知器素子にわたって分散されていることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項５】
光学スプリッタは、光入力部と検知器との間に配置された少なくとも一つの分割フィルタを備え、当該分割フィルタは、スペクトルの第１の部分を第１の光路に沿って検知器に伝送し、且つ、スペクトルの第２の部分を第２の、異なる光路に沿って検知器へ反射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項６】
光入力部によって受取られた光をフィルタリングするブロッキングフィルタの配置をさらに備え、当該ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタによって第１の光路に沿って向けられた波数、及び光学スプリッタによって第２の光路に沿って向けられた波数をフィルタリングすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項７】
当該ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタの前に少なくとも一つのブロッキングフィルタを備え、当該少なくとも一つのブロッキングフィルタは、そうでなければ、第１の光路に沿って方向付けされる波数をブロックし、及び第２の光路に沿って方向付けされる波数をブロックすることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項８】
当該ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタによって第１の光路に沿って向けられる、波数に基づく光をフィルタリングする、第１の光路内の第１のブロッキングフィルタと、光学スプリッタによって第２の光路に沿って向けられる、波数に基づく光をフィルタリングする、第２の光路内の第２の、異なるブロッキングフィルタと、を備えることを特徴とする請求項６に記載の分光装置。
【請求項９】
第１及び第２のブロッキングフィルタは、第１及び第２のブロッキングフィルタの各々が、スペクトルの第２及び第１の部分のそれぞれのデータが蓄積される、検知器の光検知器素子に、そうでなければ、分散されるであろう光をブロックするように、相補的であることを特徴とする請求項８に記載の分光装置。
【請求項１０】
装置は、スペクトルの異なる部分が選択され得るように、第１及び第２の光路の内外に移動されるべく配置された複数の第１及び第２のブロッキングフィルタの相補対、を備えることを特徴とする請求項９に記載の分光装置。
【請求項１１】
第１及び第２のブロッキングフィルタの各々は、波数の所望の範囲をブロックするべく調整可能であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の分光装置。
【請求項１２】
一つ以上のブロッキングフィルタは、光路（複数も可）の内外に移動されるべく配置されていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１３】
第１の光路に沿って検知器に進む光を完全にブロックするため、第１の光路の内外に移動可能な第１のシャッタと、第２の光路に沿って検知器に進む光を完全にブロックするため、第２の光路の内外に移動可能な第２のシャッタと、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１４】
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
サンプルに相対的に光プロファイルを移動させること、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、スペクトルの第１の部分と第２の部分の各々が、アレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されるように、波数に基づいて受取られた光を分割すること、及び
スペクトルの第１及び第２の部分の各々のデータが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたって蓄積するように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でデータをシフトさせること、
を備えることを特徴とする分光方法。
【請求項１５】
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
サンプルに相対的に光プロファイルを移動させること、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
スペクトル方向において検知器の幅によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生する、サンプル上の所与のポイントによって生成されたスペクトルの第１及び第２の部分が、検知器の光検知器素子に向けられるように、波数に基づいて光を分割すること、及び
スペクトルの第１及び第２の部分の各々のデータが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたって蓄積するように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でデータをシフトさせること、
を備えることを特徴とする分光方法。
【請求項１６】
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該光源からの光と当該サンプルの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の列を備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置された分散装置であって、検知器の列にわたり光入力部によって受取られた光をスペクトル的に分散させる分散装置、
光入力部と検知器との間の光路中に配置され、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生し、サンプル上の所与のポイントによって発生される、スペクトル的に分離されたスペクトルの第１及び第２の部分が、当該列の光検知器素子に同時に向けられるように、波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、
を備えることを特徴とする分光装置。
【請求項１７】
当該光プロファイルはライン焦点であり、且つ当該検知器は光検知器素子の二次元アレイを備え、分散装置が、当該ライン焦点によって照射されたサンプル上の所与の各ポイントについて、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって生ずる、所与のポイントによって生成されるスペクトルのスペクトル的に分離された第１及び第２の部分が、同じ列の光検知器素子に同時に向けられるように、サンプルと検知器の複数の列にわたるライン焦点との相互作用によって生成される光をスペクトル的に分散させるべく配置されていたることを特徴とする請求項１６に記載の分光装置。
【請求項１８】
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
光検知器素子の列を備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって生ずる、スペクトル的に分離されたスペクトルの第１及び第２の部分が検知器の列の光検知器素子にわたって同時に向けられるように、波数に基づいて、受取られた光を分割すること、
を備えることを特徴とする分光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光の装置及び方法に関する。それは分光の他の形態で用いることもできるが、ラマン分光法において特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
ラマン効果は、サンプル（試料）がサンプルを構成する分子と入射光との相互作用に起因する、特徴的なピークを有する周波数スペクトルに、所与の周波数の入射光を、散乱させる現象である。異なる分子種は、異なる特徴的なラマンピークを持っているので、その効果は、本分子種を分析するために使用することができる。
【０００３】
先行するラマン分析装置は、特許文献１（欧州特許出願ＥＰ ０５４３５７８）に記載されている。サンプルはレーザ光によって照射され、得られたラマン散乱光が分析され、そして、検知される。検知器は、ピクセルの二次元アレイを有する電荷結合素子（ＣＣＤ）であってもよい。ラマンスペクトルの分析は、このようなＣＣＤの幅にわたるサンプル上の点（ポイント）又は線（ライン）から生成されるスペクトルを分散させる、回折格子などの分散装置によって行うことができる。当該装置は、高スペクトル分解能を提供するために、ＣＣＤにわたって広くスペクトルを分散させるように配置されてもよい。
【０００４】
所与の幅のＣＣＤについては、しかしながら、スペクトルの一部のみが、後で、いずれかの時点で検知され得る。広いスペクトルからデータを取得するための一つの可能な方法は、ＣＣＤ上にスペクトルの一部分を、十分な時間、露光させるようにし、その後、ＣＣＤからのスペクトルのその部分に関連するすべてのデータをコンピュータに読み取ることである。次に、スペクトルの第２の部分がＣＣＤによって受取られるように、回折格子が、新たな位置にインデックス付けられる。再び、十分な露光時間が許容され、スペクトルの第２の部分からのすべてのデータがコンピュータに読み込まれる。このプロセスは、多くの場合、必要に応じて繰り返される。スペクトルの別々の部分の露光は、目的のスペクトル全体がＣＣＤの幅にわたってより狭く分散される低解像度のシステムと比較して、完全なスペクトルを分析するのに必要な時間を、連続して増加させる。
【０００５】
さらなる方法は、特許文献２（米国特許第５,６３８,１７３号）に開示されているように、エッジフィルタ及びミラーを使用して、別個の光路にスペクトルを分割することである。これらの構成要素は、ビームが回折格子によって分散された後に、部分的なスペクトルが検知器に一方が他方の上に形成されるように、異なる角度に傾斜されている。これは、スペクトルの複数の連続した部分が広く分散されて同時に見られることを可能にする。
【０００６】
仮に、唯単一の点（ポイント）や線（ライン）ではなく、サンプルの領域をマッピングすることが望まれる場合、直交方向Ｘ、Ｙに移動させることができるステージ上に、サンプルを取付けることが知られている。代わりに、可動ミラーがサンプルの表面にわたって、光ビームをＸ及びＹ方向に偏向させることができる。したがって、サンプルのラスター走査は、走査の各ポイントでのラマンスペクトルを与えることができる。
【０００７】
走査に要する時間を短縮するために、点焦点ではなく、線焦点でサンプルに照射することが知られている。これは、ライン内の複数のポイントからのスペクトルを同時に取得することを可能にする。ＣＣＤ検知器では、スペクトルの分散の方向に直交して延びる、ラインの画像が配置される。これは、複数のスペクトルを同時に取得するため、二次元性質の検知器の効率的な使用を可能にしている。点又は線焦点の各位置について得られたスペクトルデータは、領域のスペクトルマップを生成するのに、「ステップ・アンド・スティッチ」プロセス（”step and stitch” process）で組み合わせることができる。
【０００８】
特許文献３（国際特許出願ＷＯ２００８/０９０３５０号）は、サンプルが、ライン焦点の長手方向に走査される連続的な収集方法を記載している。これに同期して、ＣＣＤの電荷が、ＣＣＤの出力レジスタに向けて、同じ方向にピクセルからピクセルへとシフトされ、走査が進むにつれて蓄積し続ける。この長手方向のライン走査は、横方向に離間された位置で繰り返される。これは、サンプルのある領域のスペクトルマップが（一つの軸においての）「ステップ・アンド・スティッチ」処理を行うことなく得られることを可能にし、従って、不連続性を回避するのに役立っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願ＥＰ ０５４３５７８号
【特許文献２】米国特許第５,６３８,１７３号
【特許文献３】国際特許出願ＷＯ２００８/０９０３５０号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該支持部及び光源は、当該光プロファイルが当該サンプルに対して可動であるように配置されており、
当該光源からの光と当該サンプルとの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置され、光入力部によって受取られた光を検知器にわたるスペクトル方向にスペクトル的に分散させる分散装置、
光入力部と検知器との間の光路中に位置され、サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、スペクトルの第１の部分と第２の部分の各々がアレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されるように、波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、及び
データが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたってスペクトルの第１及び第２の部分の各々に蓄積されるように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でのデータのシフトを制御するべく配置されたコントローラ、
を備えることを特徴とする分光装置が提供されている。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該支持部及び光源は、当該光プロファイルが当該サンプルに対して可動であるように配置されており、
当該光源からの光と当該サンプルとの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置され、光入力部によって受取られた光を検知器にわたるスペクトル方向にスペクトル的に分散させる分散装置、
スペクトル方向における検知器の幅によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生する、サンプル上の所与のポイントによって生成されたスペクトルの第１及び第２の部分が検知器の光検知器素子に向けられるように、光入力部と検知器との間の光路中に配置され波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、及び
データが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたってスペクトルの第１及び第２の部分の各々に蓄積されるように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でのデータのシフトを制御するべく配置されたコントローラ、を備えることを特徴とする分光装置が提供されている。
【００１２】
本発明の第２の態様では、第１及び第２の部分の各々は、アレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されていてもよく、又はアレイの同じ列又はコラムの異なる光検知器素子にわたって分散されていてもよい。
【００１３】
本発明は、スペクトルマップが、関心のあるスペクトルの選択された部分について得られることを可能にする。具体的には、関心のあるスペクトルの２つの部分が「連続収集」プロセスを用いて収集される。この「連続収集」プロセスでは、これらの二つの部分は検知器わたって空間方向に分割される、及び/又は、スペクトル方向の検知器の幅で提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって生じてもよい（例えば、第１及び第２の部分との間にスペクトルギャップがある）けれども、データは、データが光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して光検知器素子の間で空間方向にシフトされるにつれ、第１及び第２の部分の各々に蓄積される。
【００１４】
光学スプリッタは、光入力部と検知器との間に配置された、エッジフィルタ、ショートパスフィルタなどのような少なくとも一つの分割フィルタを備えてもよく、当該フィルタはスペクトルの第１の部分を第１の光路に沿って検知器に伝送し、且つ、スペクトルの第２の部分を第２の、異なる光路に沿って検知器へ反射する。
【００１５】
装置は、光入力部によって受取られた光をフィルタリングするブロッキングフィルタの配置をさらに備えてもよく、当該ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタによって第１の光路に沿って向けられた光の波数、及び光学スプリッタによって第２の光路に沿って向けられた波数をフィルタリングする。ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタの前に、ノッチフィルタのような少なくとも一つのブロッキングフィルタを備えてもよく、当該少なくとも一つのブロッキングフィルタは、そうでなければ、第１の光路に沿って方向付けされるであろう波数、及びそうでなければ、第２の光路に沿って方向付けされるであろう波数をフィルタリングするべく配置されている。当該ブロッキングフィルタの配置は、光学スプリッタによって第１の光路に沿って向けられる、波数に基づく光をブロッキングする、第１の光路内の、エッジ又はノッチフィルタのような、第１のブロッキングフィルタと、光学スプリッタによって第２の光路に沿って向けられる、波数に基づく光をブロッキングする、第２の光路内の第２の、エッジ又はノッチフィルタのような、異なるブロッキングフィルタと、を備えていてもよい。当該第１及び第２のブロッキングフィルタは、第１及び第２のブロッキングフィルタの各々が、スペクトルの第２及び第１の部分のそれぞれのデータが蓄積される、検知器の光検知器素子に、そうでなければ、分散されるであろう光をブロックするように、相補的であってもよい。当該装置は、スペクトルの異なる部分が選択され得るように、第１及び第２の光路の内外に移動されるべく配置された複数の第１及び第２のブロッキングフィルタの相補対、を備えていてもよい。あるいは、第１及び第２のブロッキングフィルタの各々は、波数の所望の範囲をブロックするべく調整可能であってもよい。したがって、ユーザは、連続収集プロセスにおいて、収集のための第１及び第２の光路（アーム）の各々での部分データを選択することができる。
【００１６】
一つ以上のブロッキングフィルタが、光路（複数も可）の内外に移動されるべく配置されていてもよい。装置は、第１の光路に沿って検知器に進む光を完全にブロックするため、第１の光路の内外に移動可能な第１のシャッタと、第２の光路に沿って検知器に進む光を完全にブロックするため、第２の光路の内外に移動可能な第２のシャッタと、をさらに備えていてもよい。このようにして、ユーザは、第１及び第２の光路の各々についての一つ又は連続する完全なスペクトルを収集すること、又は同時に、光路の各々においての選択された波数領域についてのスペクトルを収集するように選択することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
サンプルに相対的に光プロファイルを移動させること、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、スペクトルの第１の部分と第２の部分の各々が、アレイの異なる列又はコラムの光検知器素子にわたって分散されるように、波数に基づいて受取られた光を分割すること、及び
スペクトルの第１及び第２の部分の各々のデータが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたって蓄積するように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でデータをシフトさせること、を備えることを特徴とする分光方法が提供される。
【００１８】
本発明の第４の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
サンプルに相対的に光プロファイルを移動させること、
光検知器素子の二次元アレイを備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
スペクトル方向において検知器の幅によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生する、サンプル上の所与のポイントによって生成されたスペクトルの第１及び第２の部分が、検知器の光検知器素子に向けられるように、波数に基づいて光を分割すること、及び
スペクトルの第１及び第２の部分の各々のデータが、相対的移動中に、検知器の光検知器素子の異なるセットにわたって蓄積するように、光プロファイルとサンプルとの間の相対的移動に同期して、スペクトル方向に直交する空間方向において光検知器素子の間でデータをシフトさせること、を備えることを特徴とする分光方法が提供される。
【００１９】
本発明の第５の態様によれば、
サンプルのための支持部、
サンプル上に光プロファイルを生成するように配置された光源、
当該光源からの光と当該サンプルの相互作用によって生成された光を受取る光入力部、
光検知器素子の列を備える検知器、
光入力部と検知器との間に配置された分散装置であって、検知器の列にわたり光入力部によって受取られた光をスペクトル的に分散させる分散装置、
光入力部と検知器との間の光路中に配置され、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって発生し、サンプル上の所与のポイントによって発生される、スペクトル的に分離されたスペクトルの第１及び第２の部分が、当該列の光検知器素子に同時に向けられるように、波数に基づいて光を分割する光学スプリッタ、を備えることを特徴とする分光装置が提供される。
【００２０】
このようにして、スペクトル分離された関心のスペクトルの２つの部分は、スペクトル分解能を低下させることなく、同時に記録され得る。
【００２１】
当該光プロファイルはライン焦点であってもよい。当該検知器は、光検知器素子の二次元アレイを備えていてもよい。分散装置は、当該ライン焦点によって照射されたサンプル上の所与の各ポイントについて、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって生ずる、所与のポイントによって生成されるスペクトルのスペクトル的に分離された第１及び第２の部分が、同じ列の光検知器素子に同時に向けられるように、サンプルと検知器の複数の列にわたるライン焦点との相互作用によって生成される光をスペクトル的に分散させるべく配置されていてもよい。
【００２２】
本発明の第６の態様によれば、
サンプル上に光プロファイルを生成するべくサンプルを照射すること、
光検知器素子の列を備える検知器にわたるスペクトル方向に、光プロファイルの光とサンプルとの相互作用によって生成され、受取られた光をスペクトル的に分散させること、
サンプル上の所与のポイントによって生成されるスペクトルについて、検知器の列によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域にわたって生ずる、スペクトル的に分離されたスペクトルの第１及び第２の部分が検知器の列の光検知器素子にわたって同時に向けられるように、波数に基づいて、受取られた光を分割すること、を備えることを特徴とする分光方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るラマン分光装置の概略図である。
【図２】図２は、図１に示したラマン分光装置の分析器、レンズ及び検知器の斜視図である。
【図３】図３は、サンプルにわたる線焦点の移動（movement）に同期して、ラマン分光装置のＣＣＤにわたる電荷のシフティングの概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ラマンスペクトルの概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、いずれかの光路に沿っても光のフィルタリングなしで、ＣＣＤにわたって分散されたラマンスペクトルの概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、装置の第１及び第２の光路内でフィルタによってフィルタリングされた波数プロファイルの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＣＣＤわたって分散され、これらのフィルタによって、送られたスペクトルの第１及び第２の部分の概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１及び第２の光路内でフィルタによってフィルタリングされた代替の波数プロファイルの概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ＣＣＤにわたって分散され、これらのフィルタによって、送られたスペクトルの第１及び第２の部分の概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１及び第２の光路内でフィルタによってフィルタリングされたさらなる波数プロファイルの概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、代替の実施形態の概略図であり、第１及び第２の光路内でフィルタによって送られたスペクトルの第１及び第２の部分が、別の光検知器素子にわたり、光検知器素子のアレイの同一の列にわたって分散されている。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照するに、本発明の実施形態に係るラマン分光装置は、入射レーザビーム１０に対して４５度に配置された２色性のフィルタ１２を備えている。当該フィルタ１２は、レーザビーム１０の波長の光を反射するが、他の波長の全てを透過させる。レーザビーム１０は、このように、光路１３に９０度を介して反射され、ステージ１８上に支持されているサンプルに、顕微鏡対物レンズ１６によって集光される。典型的には、レーザビーム１０は、サンプル上に、例えば、スポット又は線などの、特定の光プロファイル１９を形成するためにサンプル上に集束される。（例えば、ラマン散乱の結果としての）サンプルから散乱された様々な波長の光は、光入力部（本実施形態ではレンズ１６を含んでいる）によって集められ、システムを通して戻されている。２色性のフィルタ１２は、反射された及び入射レーザビームと同じ波長のレイリー（Rayleigh）散乱された光を拒否し、他の波長にシフトされた光を透過させる。フィルタ１２によって透過され受取られたラマン光は、ラマン光のスペクトルをスペクトル方向に分散させるために分析器２０によって光学的に処理され、スペクトルは、電荷結合素子（ＣＣＤ）２４のような、検知器上にレンズ２２によって集光される。ＣＣＤ２４によって検知された信号は、その後、更なる処理のためにコンピュータ２５によって取得され得る。
【００２５】
図２は、分析器２０をより詳細に示している。分析器２０は、入射ビーム３６を、波数及びビームをスペクトル方向Ｓにおいてスペクトルに分散させる回折格子４４に基づいて、二つのビーム４８Ａと４８Ｂに分割する光学スプリッタ３８を備えている。
【００２６】
本実施形態では、光学スプリッタ３８は、エッジフィルタ３８Ａと、入射光３６の経路内で回折格子４４の前に配置されたミラー３８Ｂとを備えている。エッジフィルタ３８Ａは、入射ビーム３６を異なる光路４８Ａ及び４８Ｂに沿って検知器２４に移動する異なる波数範囲を有する２つのビームに分割するために、入射ビーム３６に対して傾斜されたショートパスフィルタである。エッジフィルタ３８Ａは、低ラマンシフトの波数を通過させるが、ビーム４８Ａとしてより高いラマンシフトの波数を反射する。ミラー３８Ｂは、ビーム４８Ｂとしてより高いラマンシフトの波数を反射している。光路４８Ａ、４８Ｂは、サンプル上の所定のポイントによって生成されたスペクトルが検知器２４の２列の光検知器要素１０４に分散されるように、例えば、フィルタ３８Ａ及びミラー３８Ｂの適切な位置決めを通じて配置されている。
【００２７】
スペクトルが、検知器２４の二列にわたり分割されるように、回折格子４４は、ＣＣＤ２４の単一の幅内に収容され得るよりもより広く、関心のスペクトルを分散させるように構成されている。
【００２８】
回折格子４４は、スペクトル方向Ｓのビーム４８Ａ及び４８Ｂを分散させるために、各ビーム４８Ａ、４８Ｂのスペクトルがスペクトル方向における検知器２４の全幅を占有するが、空間方向Ｄにおいてはスペクトルが空間的に離間されるように、配置されている。図に示されるように、第１のビーム４８Ａは、波数Ａ乃至Ｃの第１のセットを備え、第２のビーム４８Ｂは、波数Ｄ乃至Ｅの第２のセットを備え、回折格子は、完全なスペクトル領域、Ａ乃至ＣとＤ乃至Ｅが検知器４４によって捕捉されるように、ビーム４８Ａ、４８Ｂを分散させるべく配置されている。
【００２９】
特許文献３（ＷＯ２００８/０９０３５０号）に記載の方法を用いて、完全なスペクトル領域のＡ乃至Ｃ又はＤ乃至Ｅにわたってビーム４８Ａ、４８Ｂのいずれかのスペクトルを収集するには、他のビーム４８Ｂ、４８Ａがブロックされねばならない。このためには、分析器２０は、他のビーム４８Ｂ、４８Ａのためのスペクトルは収集される一方、ビーム４８Ａ、４８Ｂの１つをブロックするため、モータ（図示せず）の制御の下にビーム４８Ａ、４８Ｂの内外に移動可能なブロッキングシャッタ５１Ａ、５１Ｂを備えている。全体のスペクトル領域Ａ乃至Ｅにわたるスペクトルの収集は、入射ビーム３６のスペクトルのＡ乃至Ｃ及びＤ乃至Ｅのそれぞれの部分を順次収集することによって達成することができる。
【００３０】
分析器２０は、モータ（図示せず）の制御の下でフィルタ４９Ａ、ビーム４８Ａ、４８Ｂの内外に移動可能なブロッキングフィルタ４９Ａ、４９Ｂをさらに備えている。ブロッキングフィルタ４９Ａ、４９Ｂは、選択された波数のビーム４８Ａ及び４８Ｂの通過をそれぞれ阻止するための、例えば、エッジ又はノッチフィルタである。より具体的には、ブロッキングフィルタ４９Ａ及び４９Ｂは、ブロッキングフィルタ４９Ａ、４９Ｂを介して伝送される、サンプル上の所与のポイントで生成されたスペクトルの第１及び第２の部分５０Ａ、５０Ｂが、空間方向Ｄにおいてラインに沿って分割されている検知器２４の異なる区分にわたって分散されるように、ビーム４８Ａ及び４８Ｂの波数をブロックするべく配置されている。このようにして、各部分５０Ａ、５０Ｂは同時に収集され得る。そこで、スペクトルの各部分５０Ａ、５０Ｂのデータは、電荷が光検知器素子（hotodetector elements）間で光プロファイル１９とサンプル１８との間の相対的移動に同期して空間方向にシフトされるにつれ、検知器２４に蓄積される。データは、相対的移動中、検知器２４の光検知器素子１０４の異なる（相互に排他的な）セットにわたる第１及び第２の部分５０Ａ、５０Ｂのそれぞれに蓄積される。
【００３１】
図５Ｂは、図５Ａに示されるような、組み合わされたフィルタリングプロファイルを有するビーム４８Ａ、４８Ｂが、フィルタ４９Ａ、４９Ｂによって如何にしてフィルタリングされるかを示し、スペクトル領域Ｄ乃至Ｅにわたって延び、ラインN-Nの左への、検知器２４の第１の半分に蓄積されている、スペクトルの第１の部分５０Ａのデータ、及びスペクトル領域Ｂ乃至Ｃにわたって延び、ラインのN-Nの右への、検知器２４の第２の半分に蓄積されているスペクトルの第２の部分５０Ｂのデータ、を備えている。
【００３２】
部分５０Ａ及び５０Ｂのデータの収集が、今、図３を参照してより詳細に説明される。図３は、ライン焦点１１０によって照射されたサンプル１０２の領域の一部１２４を示している。Ｙはサンプル１０２の移動の方向を示し、矢印１２７は、電荷が、ＣＣＤアレイ２４でシフトされる方向を示している。ライン焦点１１０の各領域１３２（以下、ポイントと称する）については、ラマンスペクトル（網掛け部で示されている）が、空間方向Ｄに直交するスペクトル方向Ｓに、ＣＣＤアレイ２４にわたって分散されている。ライン焦点１１０に沿っての照射ポイント１３２によって発生されたスペクトルは、スペクトルの第１の部分５０Ａがアレイ２４の異なる列１１８Ａの光検知器素子１０４にわたって分散され、第２の部分５０Ｂが列１１８Ｂにわたって分散された状態で、検知器２４にわたって分散されている。
【００３３】
ポイント１３２及び光検知器素子１０４の大きさは、図３において誇張されていることが理解されるべきである。現実には、このポイントのこの数の多数倍、及びＣＣＤ２４のこのような大きさについて、ＣＣＤ２４上の光検知器素子の列１１８のこの数の多数倍である。
【００３４】
光へのＣＣＤ２４の露光は、各光検知器素子１０４における電荷の蓄積に帰する。この電荷は、ラマンスペクトルについてのスペクトル値（すなわち、ビン）を表し、これは、露光中に受けた光の量に比例する。
【００３５】
サンプル１０２はライン焦点１１０に相対的に連続して移動し、同時に、方向１２７においてＣＣＤ２４の列１１８の間で電荷をシフトさせる。電荷は、サンプル１０２上の所与の領域から発生する散乱光について、アレイ２４の連続した光検知器素子１０４に着実に蓄積する。部分５０Ａについては、電荷は、ラインL-Lの右側の光検知器素子に蓄積し、部分５０Ｂについては、電荷は、ラインL-Lの左側の光検知器素子に蓄積する。電荷のシフトは、電荷が読み出しレジスタ１３４内にシフトされるまで継続される。読み出しレジスタ１３４内の電荷は、コンピュータ２５に読み出される。このようにして、ＣＣＤ２４での電荷のシフトの間で、シフトレジスタ１３４は、第１のポイント１３２からの散乱光についての第１のスペクトルの部分５０Ａ、及び第２の、異なるポイント１３２からの散乱光についての第２のスペクトルの部分５０Ｂのデータを保持する。
【００３６】
別の実施形態において、ブロッキングフィルタ４９Ａ、４９Ｂは、フィルタリングプロファイルの変更を可能にするように調整可能であってもよい。例えば、図６Ａ及び６Ｂに示されるように、第１の部分及び第２の部分は。線M-Mによって区分された、検知器２４の光検知器素子の異なるセットにわたって蓄積される。
【００３７】
図７Ａ及び図７Ｂは、スペクトルの第１及び第２の部分が、検知器アレイ２４の同じ列の異なる光検知器素子１０４に向けられている、さらなる実施形態を示している。図７Ｂにおいて、第１及び第２の部分は、スペクトル方向Ｓにおける検知器２４の幅によって提供されるスペクトル領域よりも大きいスペクトル領域Ａ-Ｆにわたって起こる。
【００３８】
図７Ｂは、第１及び第２の部分のデータが、サンプルを横切る線焦点の相対的移動に同期して検知器にわたって蓄積されることを示す矢印を含んでいる。
【００３９】
図示されていない代替の実施形態において、データは、スペクトルの第１及び第２の部分に集められ、図７Ｂに示すように、検知器にわたって分散され、サンプルに対して移動しない焦点又は線焦点から生成されてもよい。例えば、これは、ステップ・アンド・スティッチ方式で、又はサンプルのマッピングが必要とされない場合に実施されてもよい。このような実施形態では、所与のポイントから発生されるスペクトルのデータは電荷が検知器にわたってシフトされるにつれても蓄積されない。所与のポイントによって生成されたスペクトルの第１及び第２の部分のデータは、検知器２４の単一の列１１８に蓄積されてもよく、そこで、サンプリングの終了時に、データがコンピュータに読み出されるように電荷が読出しレジスタにシフトされる。このような実施形態は、高解像度の部分スペクトルが、空間方向の検知器の全高にわたって収集されることを可能にする。
【００４０】
装置は、ユーザが関心のある、全スペクトルの部分を選択し、そして連続収集技術を使用して解像度を低下させることなくこれらの部分のデータを収集することを可能にしている。
【００４１】
本明細書で画定される本発明から逸脱することなく、説明された実施形態に対して変更や変形がなされ得よう。例えば、入射ビームは波数に基づいて、３つ以上のビームに分割されてもよく、３つ以上のビームの各々は、検知器の異なる列に光検知器素子にわたって分散されてもよい。フィルタは、ユーザが、他のビームにおける部分に同期しての検知器にわたってのデータの蓄積による収集の対象となる３つ以上のビームのそれぞれの部分を選択するのを許容するために、提供されてもよい。
【００４２】
入射光のスペクトルの関心のある部分を分離するためのフィルタ（複数可）が、光学スプリッタ３８の前又は回折格子４４の後に設けられてもよい。光学スプリッタはまた、回折格子４４の後に設けてられてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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