JP5905140B1 - 顕微分光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、従来型ポイントマッピングおよびラインマッピングに共通して、蛍光性の試料に強い励起光を当て続けると、蛍光が徐々に弱くなり最終的には見えなくなってしまう現象(蛍光退色)が別の課題としてあった。試料が黒い場合は、焼き付く現象もあった。
一方向に同じピッチで配列された複数の光出射部を有する光学部材を使って、光源からのレーザー光をマルチビームに整形するビーム整形手段と、
前記マルチビームを集光して直線状に並んだ複数のビームスポットを試料に形成する集光レンズと、
前記複数のビームスポットからの光を集める対物レンズと、
前記対物レンズによる前記複数のビームスポットの中間像の位置に設けられた中間スリットと、
前記中間スリットの通過光を分光して前記中間像の分光スペクトルを検出する分光検出手段と、を備えた顕微分光装置であって、さらに、
前記ビーム整形手段の光出射部を、当該光出射部の配列方向に前記ピッチの半分だけ、進退させる光出射部の移動手段と、
前記光出射部の移動手段の動作および前記分光検出手段の検出を連動させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
前記制御手段は、前記検出部の露光期間および読出期間からなる検出サイクルを実行する第1ステップと、前記光出射部の移動手段によって前記光出射部を前進または後退させる第2ステップと、前記分光検出手段によって次の検出サイクルを実行する第3ステップからなる制御プログラムによって動作することが好ましい。
前記光源からのレーザー光をライン状に整形するラインビーム整形部と、
前記ライン状のビームの中間像を形成する中間像形成部と、を有し、
前記ビーム整形手段の光学部材は、前記ライン状のビームの中間像の位置に設けられ、
当該光学部材における前記複数の光出射部は、前記ライン状のビームの中間像の形成範囲に配列されていることが好ましい。
可動ステージ26は、X−Y平面に平行な載置面を有するX−Yの2軸ステージであり、載置面の試料Sの測定箇所を対物レンズ12の集光位置に位置決めできる。可動ステージ26によって試料SがX方向に後退(図において手前に移動)すれば、相対的に複数のスポットISはX方向に前進するので、試料SをX方向に走査することができる。すなわち、複数のビームスポットISの位置に試料Sを位置決めするための可動ステージ26を備える。マッピング制御装置70が、可動ステージ26を、後述するマルチスリット28の移動装置32およびCCD検出器60の制御に連動させて、二次元または三次元のマッピング測定を実行する。なお、可動ステージがX−Y−Zの3軸ステージであれば、試料の深さ方向(Z方向)への位置決めを効率よくできる。透光性の試料であれば、試料に埋もれた異物測定などができる。Z方向については、3軸ステージに限られず、専用のZ軸調整装置を設けてもよい。
ビーム整形部は、2段階でビームを整形する。まず、前処理部からのレーザー光を、一旦、細長形の断面のラインビームに整形する。そして、移動装置32を有するマルチスリット28を通過させることにより、ラインビームをマルチビームに整形する。
制御装置70はラマン分光装置全体を制御するためのものであるが、本実施形態では、CCD検出器60のビニング処理(CCDイメージ処理とも言う。)を利用したマッピング測定に関する事項を中心に説明する。図2に示すように、制御装置70は、マルチスリットの移動装置32、可動ステージ26およびCCD検出器60の連動によるマッピング測定を実現させるため、マッピング範囲設定部72、マルチスリット制御部74、ステージ制御部76、光検出制御部78、および、マッピングデータ構成部80を含んでいる。制御装置70は、例えば、マイクロコントローラユニット(MCU)で構築してもよいし、分光装置10に専用の制御コンピュータで構築してもよい。そして、制御装置70は、これらの各機能を実行するための制御プログラムを有している。
例えば、1マスを1μmの正方形とした場合、縦方向に80マス並べたものをマッピング範囲(80μm×80μm)とすることができる。このマッピング範囲に対して、直径1μmのビームスポットを40個、2μmピッチで一列に並べたものを複数のビームスポットとして使用することができる。
マッピングデータ構成部80は、光検出サイクル毎に取得されたスペクトルデータを蓄積し、これらのスペクトルデータに基づいてマッピングデータを構成する。
クロストーク回避モードでは、CCD検出器60の露光期間および読出期間からなる検出サイクルを実行する第1ステップと、マルチスリットの移動装置32によってマルチスリット28を前進または後退させる第2ステップと、CCD検出器60によって次の検出サイクルを実行する第3ステップからなる制御プログラムを制御装置70が実行する。
制御プログラムは、検出サイクルの読出処理の際に、CCD検出器60にビニング処理を実行させる。この処理において、当該ビニング処理における受光素子群の区画をマルチスリット28の進退位置に応じて切り換えている。図5に、検出器の受光面82に形成されたスペクトル像を示す。受光面82の横方向は、ビームスポット像の分散方向であり、縦方向は、スペクトル像の配列方向である。
なお、図5から明らかなように、後退位置(初期位置)でのビニング位置に対して、ビ前進位置でのビニング位置を半ピッチ(2.5画素)だけ縦方向に移動させるという、ビニング位置の再割り当てが必要になる。
この結果、マッピング範囲84の一列分に着目すると、ビームスポットのY方向の前進位置および後退位置のそれぞれの位置において、複数のスペクトルデータをまとめて取得することができる。従って、面分析において、高速測定・高空間分解能測定・高波長分解能測定を両立することができる。
次に、試料ダメージ回避モードでは、CCD検出器60の露光期間を開始する第1ステップと、露光したままマルチスリットの移動装置32によって複数のアパーチャー30を連続的に縦方向に進退させる第2ステップと、露光を停止して読出期間を開始する第3ステップからなる制御プログラムを制御装置70が実行する。
12 対物レンズ
22 分光器前スリット(中間スリット)
26 可動ステージ
28,28A マルチスリット(光学部材)
30 複数のアパーチャー(複数の光出射部)
30A 複数のスリット孔(複数の光出射部)
32,32A マルチスリットの移動装置(光出射部の移動手段)
48 レーザーラインジェネレータレンズ(ラインビーム整形部)
50 分光器(分光検出手段)
60 CCD検出器(検出部)
70 制御装置(制御手段)
Claims (7)
- 一方向に同じピッチで配列された複数の光出射部を有する光学部材を使って、光源からのレーザー光をマルチビームに整形するビーム整形手段と、
前記マルチビームを集光して直線状に並んだ複数のビームスポットを試料に形成する集光レンズと、
前記複数のビームスポットからの光を集める対物レンズと、
前記対物レンズによる前記複数のビームスポットの中間像の位置に設けられた中間スリットと、
前記中間スリットの通過光を分光して前記中間像の分光スペクトルを検出する分光検出手段と、を備えた顕微分光装置であって、さらに、
前記ビーム整形手段の光出射部を、当該光出射部の配列方向に前記ピッチの半分だけ、進退させる光出射部の移動手段と、
前記光出射部の移動手段の動作および前記分光検出手段の検出を連動させる制御手段と、を備えることを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記分光検出手段は、2次元に配置された受光素子群からなる検出部を有し、
前記制御手段は、前記検出部の露光期間および読出期間からなる検出サイクルを実行する第1ステップと、前記光出射部の移動手段によって前記光出射部を前進または後退させる第2ステップと、前記分光検出手段によって次の検出サイクルを実行する第3ステップからなる制御プログラムによって動作することを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項2記載の装置において、
前記制御プログラムは、前記検出サイクルの読出期間に前記検出部にビニング処理を実行させるとともに、当該ビニング処理における前記受光素子群の区画を前記光出射部の進退位置に応じて切り換えることを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記分光検出手段は、2次元に配置された受光素子群からなる検出部を有し、
前記制御手段は、前記検出部の露光期間および読出期間からなる検出サイクルのうちの前記露光期間を開始する第1ステップと、露光したまま前記光出射部の移動手段によって前記光出射部を連続的に進退させる第2ステップと、露光を停止して前記読出期間を開始する第3ステップからなる制御プログラムによって動作することを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の装置において、
前記ビーム整形手段における光学部材は、マルチスリット、マルチアパーチャー、回折格子、マイクロアレイレンズおよびバンドルファイバーの中から選ばれた1つの光学部材であることを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項5記載の装置において、
前記光出射部の移動手段は、前記マルチスリットを回転させる回転移動部からなり、
前記マルチスリットは、前記複数の光出射部として複数のスリット孔を有する回転盤からなり、
前記複数のスリット孔は、前記回転盤の中心から同心状に並んだ複数の円弧形であり、前記回転盤の半径方向に同じピッチで配列されており、
前記回転盤は、2つの半円形または4以上の偶数に等分された扇形に区画され、
隣り合う前記半円形または隣り合う前記扇形について、一方の前記円弧形のスリット孔の半径が、他方の前記円弧形のスリット孔の半径よりも、前記ピッチの半分だけ異なっていることを特徴とする顕微分光装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載の装置において、
前記ビーム整形手段は、さらに、
前記光源からのレーザー光をライン状に整形するラインビーム整形部と、
前記ライン状のビームの中間像を形成する中間像形成部と、を有し、
前記ビーム整形手段の前記光学部材は、前記ライン状のビームの中間像の位置に設けられ、
当該光学部材における前記複数の光出射部は、前記ライン状のビームの中間像の形成範囲に配列されていることを特徴とする顕微分光装置。
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