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JP6977995B2 - Microscopic Raman spectroscopic measurement device, microscopic Raman spectroscopic measurement method and program - Google Patents
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Microscopic Raman spectroscopic measurement device, microscopic Raman spectroscopic measurement method and program Download PDF

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Description

本発明はラマン分光測定に係り、特に光学系に顕微鏡を用いる顕微ラマン分光測定のための装置及び方法に関する。 The present invention relates to Raman spectroscopic measurement, and particularly relates to an apparatus and method for microscopic Raman spectroscopic measurement using a microscope as an optical system.

ラマン分光技術を用いれば、試料に対する前処理を行わなくても、試料の分子構造や分子環境に関する詳細な知見を低侵襲的に得ることができる。このため、ラマン分光技術を活用した非生検的な新規医療診断法の開発が,国内外で盛んに行われている。特に、光学系に顕微鏡を用いる顕微ラマン分光測定によれば、試料中の微細な領域の情報を取り出すことができるので、分解能の高い精緻な測定、診断を行うことができる。 Using Raman spectroscopy, detailed knowledge about the molecular structure and molecular environment of a sample can be obtained in a minimally invasive manner without pretreatment of the sample. For this reason, new non-biopsy medical diagnostic methods utilizing Raman spectroscopy are being actively developed in Japan and overseas. In particular, microscopic Raman spectroscopy using a microscope as an optical system can extract information on minute regions in a sample, so that precise measurement and diagnosis with high resolution can be performed.

顕微ラマン分光測定により、例えば疾患の病態診断をラマンスペクトルに基づき精度よく行うためには、その疾患の病態を示す生検試料と健康な生検試料のラマンスペクトルを多数測定して、データを蓄積する必要がある。そのためには、多数回のラマンスペクトル測定を良好な条件の下で迅速に行う必要がある。 In order to accurately diagnose the pathological condition of a disease based on the Raman spectrum by microscopic Raman spectroscopy, for example, a large number of Raman spectra showing the pathological condition of the disease and a healthy biopsy sample are measured and data is accumulated. There is a need to. For that purpose, it is necessary to quickly perform a large number of Raman spectrum measurements under favorable conditions.

顕微ラマン分光測定を行う場合、まず生検試料を光透過性の固定部材に固定して(例えば、板状の石英ガラス(スライドガラス及びカバーガラス)にはさんで)、顕微鏡のステージの試料載置面に載置する。そこに顕微鏡の光学系を通してレーザ光を照射し、試料から散射されたラマン散乱光を集光する(照射と集光には光学系の一部を共用する。)。ステージに対向する対物レンズを試料の下方に配置する倒立配置の場合、レーザ光の光軸に沿って下から順に対物レンズ、スライドガラス、生検試料、カバーガラスが並ぶことになる。生検試料の典型的な厚みは、例えば1mm程度である。 When performing micro-Raman spectroscopic measurements, first fix the biopsy sample to a light-transmitting fixing member (for example, sandwiched between plate-shaped quartz glass (slide glass and cover glass)), and then place the sample on the stage of the microscope. Place it on the surface. Laser light is radiated there through the optical system of the microscope, and the Raman scattered light scattered from the sample is focused (a part of the optical system is shared for irradiation and focusing). In the case of an inverted arrangement in which the objective lens facing the stage is arranged below the sample, the objective lens, the slide glass, the biopsy sample, and the cover glass are arranged in order from the bottom along the optical axis of the laser beam. The typical thickness of a biopsy sample is, for example, about 1 mm.

上記の配置において良好な条件で顕微ラマン分光測定を行うには、光軸上の対物レンズの焦点を生検試料の位置(例えば1mm厚の範囲内)に合わせる合焦のための調整が必要である。試料ではなく固定部材に対物レンズの焦点が合っている状態では、試料よりも固定部材のラマンスペクトルが優勢となって、測定の目的を果たすことができない。そのため従来は、対物レンズとステージ間の光軸方向の距離(以下、対向距離という。)を手動で少しずつ変えて(ステージを固定して対物レンズが取り付けられた鏡筒を少しずつ上下に動かすか、又は鏡筒を固定してステージを少しずつ上下に動かして)、その都度測定されるラマンスペクトルの変化を読み取り、合焦の条件を満たす対向距離(以下、合焦距離という。)を確定するという調整が行われてきた。 In order to perform micro-Raman spectroscopy under favorable conditions in the above arrangement, it is necessary to make adjustments for focusing to align the focal point of the objective lens on the optical axis with the position of the biopsy sample (for example, within the range of 1 mm thickness). be. When the objective lens is in focus on the fixed member instead of the sample, the Raman spectrum of the fixed member becomes dominant over the sample, and the purpose of measurement cannot be achieved. Therefore, conventionally, the distance in the optical axis direction between the objective lens and the stage (hereinafter referred to as the facing distance) is manually changed little by little (the stage is fixed and the lens barrel to which the objective lens is attached is moved up and down little by little). Or, fix the lens barrel and move the stage up and down little by little), read the change in the Raman spectrum measured each time, and determine the facing distance that satisfies the focusing condition (hereinafter referred to as the focusing distance). Adjustments have been made to do so.

しかし、生検試料の測定を行う医師や医療技師はほとんどの場合分光測定の専門家ではないので、上述の調整作業をすばやく効率的に行うのには限界がある(例えば10分以上を要することがある。)。特に、厚みが一様ではない多数の生検試料をとりかえながらそれぞれの顕微ラマン分光測定を行おうとすると、その作業負荷が過大となるおそれがある。 However, since doctors and medical technicians who measure biopsy samples are not specialists in spectroscopic measurements in most cases, there is a limit to how quickly and efficiently the above adjustment work can be performed (for example, it takes 10 minutes or more). There is.). In particular, if an attempt is made to perform each micro-Raman spectroscopic measurement while replacing a large number of biopsy samples having non-uniform thickness, the workload may become excessive.

顕微ラマン分光測定において、ガラス等の試料保持用の透明体から生じる背景光の影響を軽減するための技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1によれば、試料保持用の透明体は、CaF2単結晶、合成石英、又はフッ化物ガラスからなることが記載されている。特許文献1の技術は、透明体から発する蛍光のレベルを下げられるような材料を選ぶことによって背景光の影響を軽減するものであるが、レーザ光の焦点を迅速に試料に合わせられるようにするという課題を解決するには異なるアプローチが必要である。 In microscopic Raman spectroscopy, a technique for reducing the influence of background light generated from a transparent body for holding a sample such as glass is known (see, for example, Patent Document 1). According to Patent Document 1, it is described that the transparent body for holding a sample is made of CaF2 single crystal, synthetic quartz, or fluoride glass. The technique of Patent Document 1 reduces the influence of background light by selecting a material that can reduce the level of fluorescence emitted from the transparent material, but enables the laser light to be quickly focused on the sample. A different approach is needed to solve this problem.

特開2012−237646号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-237646

本発明が解決しようとする課題は、光透過性の固定部材に固定してステージに載置した試料に対してレーザ光を迅速に合焦させ、分光測定の非専門家であっても効率的に多数の試料の顕微ラマン分光測定を行えるようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is to quickly focus the laser beam on the sample placed on the stage fixed to the light-transmitting fixing member, which is efficient even for non-experts of spectroscopic measurement. It is to enable microscopic Raman spectroscopy of a large number of samples.

上述した課題を解決するため、本発明に係る顕微ラマン分光測定装置は、レーザ光を照射された試料から散射されるラマン散乱光を検出して分析することができる顕微ラマン分光測定装置において、レーザ光源と、試料載置面を有し、前記試料を光透過性の固定部材に固定して前記試料載置面に載置することができるステージと、前記ステージに対向すると共に、前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの向きに合焦させるように配置された対物レンズと、前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部と、前記ラマン散乱光のスペクトルを計測することができる分光部と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を、前記対物レンズを経て前記ステージに向かわせると共に、前記対物レンズを経て入射したラマン散乱光を前記分光部に向かわせることができる光弁別部と、前記機械的駆動部を制御して前記対向距離を変化させる度に前記レーザ光源を制御してレーザ光を出射させると共に前記分光部が計測したスペクトルのデータを取得することができ、かつ、前記スペクトルのデータから抽出した前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件を満たすときの前記対向距離の値を合焦距離として確定することができる制御部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the micro-Raman spectroscopic measuring device according to the present invention is a micro-Raman spectroscopic measuring device capable of detecting and analyzing Raman scattered light scattered from a sample irradiated with laser light. A stage that has a light source and a sample mounting surface and can be mounted on the sample mounting surface by fixing the sample to a light-transmitting fixing member, and facing the stage and opposite to the stage. An objective lens arranged so as to focus light incident from the side toward the stage, a mechanical drive unit capable of changing the facing distance between the objective lens and the stage, and Raman scattered light. The spectroscopic unit capable of measuring the spectrum and the laser light emitted from the laser light source are directed to the stage via the objective lens, and the Raman scattered light incident through the objective lens is directed to the spectroscopic unit. The optical discrimination unit that can be used and the mechanical drive unit are controlled to control the laser light source each time the facing distance is changed to emit laser light, and the spectrum data measured by the spectroscopic unit is acquired. From the value of at least one of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample extracted from the data of the spectrum to the sample of the laser beam. It is characterized by including a control unit capable of determining the value of the facing distance when the focusing condition for which the focus is estimated is estimated as the focusing distance.

また、本発明に係る顕微ラマン分光測定の方法は、レーザ光源、ステージ、前記ステージに対向すると共に前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの向きに合焦させるように配置された対物レンズ、前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部、光弁別部並びに分光部を有してなる顕微ラマン分光測定装置を用いて行う顕微ラマン分光測定の方法において、試料を光透過性の固定部材に固定して前記ステージの試料載置面に載置し、前記機械的駆動部により前記対向距離の初期値を設定し、指定した時間にわたり前記レーザ光源からレーザ光を出射させ、前記レーザ光が前記光弁別部及び前記対物レンズを経て、前記固定部材に固定されて前記試料載置面に載置された前記試料を照射したとき、前記固定部材及び前記試料の少なくともいずれか一方から散射されたラマン散乱光を含み前記対物レンズ及び前記光弁別部を経て前記分光部に計測された光のスペクトルから、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度を抽出し、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件を満たしたか否かを判定し、前記合焦条件が満たされたと判定するまで、前記機械的駆動部により前記対向距離の値を変更する度に、前記レーザ光の出射並びに前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の抽出を繰り返し、前記合焦条件が満たされたと判定したときの前記対向距離の値を合焦距離として確定することを特徴とする。 Further, in the method of microscopic Raman spectroscopic measurement according to the present invention, a laser light source, a stage, and an objective lens arranged so as to face the stage and focus light incident on the opposite side of the stage to the direction of the stage. In a method of micro-Raman spectroscopic measurement performed using a micro-Raman spectroscopic measuring device including a mechanical drive unit, an optical discrimination unit, and a spectroscopic unit capable of changing the facing distance between the objective lens and the stage. The sample is fixed to a light-transmitting fixing member and placed on the sample mounting surface of the stage, the initial value of the facing distance is set by the mechanical drive unit, and the laser beam is emitted from the laser light source for a specified time. When the laser beam passes through the optical discrimination portion and the objective lens and is fixed to the fixing member and irradiates the sample placed on the sample mounting surface, the fixing member and the sample are exposed to light. From the spectrum of light including Raman scattered light scattered from at least one of them and measured in the spectroscopic section through the objective lens and the optical discrimination section, the intensity of Raman scattered light peculiar to the fixing member and the sample can be obtained. The intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member is extracted, and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample are combined from at least one value of 1 to the sample. It is determined whether or not the focusing condition for which the focus is estimated is satisfied, and until it is determined that the focusing condition is satisfied, each time the value of the facing distance is changed by the mechanical drive unit, the laser beam of the laser beam is used. The focusing distance is the value of the facing distance when it is determined that the focusing condition is satisfied by repeating the emission and extraction of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample. It is characterized by being confirmed as.

本発明によれば、光透過性の固定部材に固定してステージに載置した試料に対してレーザ光を迅速に合焦させ、分光測定の非専門家であっても効率的に多数の試料の顕微ラマン分光測定を行えるようにすることができる。 According to the present invention, a large number of samples can be efficiently focused even by a non-expert in spectroscopic measurement by quickly focusing a laser beam on a sample placed on a stage fixed to a light-transmitting fixing member. Microscopic Raman spectroscopy can be performed.

図1は、本発明の実施例に係る顕微ラマン分光測定装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a microscopic Raman spectroscopic measuring device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施例に係る顕微ラマン分光測定の方法を説明するフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of microscopic Raman spectroscopic measurement according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施例における対向距離の設定を説明する概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the setting of the facing distance in the embodiment of the present invention. 図4は、図2のフローの一部を詳細に説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating a part of the flow of FIG. 2 in detail. 図5は、図2のフローの一部を実行して得たラマンスペクトルの実測データである。FIG. 5 is actual measurement data of a Raman spectrum obtained by executing a part of the flow of FIG. 図6は、鶏肉片を試料とする本発明の実施例における合焦条件成立の実験例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an experimental example of establishing the focusing condition in the embodiment of the present invention using a chicken piece as a sample. 図7は、シリコン片を試料とする本発明の実施例における合焦条件成立の実験例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an experimental example of establishing the focusing condition in the embodiment of the present invention using a silicon piece as a sample.

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下に説明する実施例は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The examples described below do not limit the technical scope of the invention.

図1は、本発明の実施例に係る顕微ラマン分光測定装置100のブロック図である。顕微ラマン分光測定装置100が備えるステージ101の試料載置面101Sに、カバーガラス501とスライドガラス502からなる光透過性の固定部材に挟まれて固定された試料503を載置することができる。顕微ラマン分光測定装置100は倒立配置をとるから、ステージ101の中央を開口するなどして、顕微ラマン分光測定装置100の後述する光学系と試料503の間の光路を確保している。なお、カバーガラス501、スライドガラス502及び試料503は、顕微ラマン分光測定装置100の構成に含まれない。 FIG. 1 is a block diagram of a micro-Raman spectroscopic measuring device 100 according to an embodiment of the present invention. A sample 503 sandwiched and fixed by a light-transmitting fixing member composed of a cover glass 501 and a slide glass 502 can be placed on the sample mounting surface 101S of the stage 101 included in the micro-Raman spectroscopic measuring device 100. Since the micro-Raman spectroscopic measurement device 100 is arranged upside down, an optical path between the optical system described later of the microscopic Raman spectroscopic measurement device 100 and the sample 503 is secured by opening the center of the stage 101 or the like. The cover glass 501, the slide glass 502, and the sample 503 are not included in the configuration of the micro Raman spectroscopic measuring device 100.

顕微ラマン分光測定装置100の光学系は、レーザ光源102、光弁別部103、対物レンズ104、ミラー105及びミラー106を備えている。光弁別部103は、例えばレーザ光源102から出射するレーザ光と同じ波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。図1に示した構成においては、光弁別部103が、レーザ光源102から出射しミラー105を経て光弁別部103に到来したレーザ光をミラー106の方向に反射することができる。また、光弁別部103は、レーザ光を照射された試料503等から生じて対物レンズ104を経由しミラー106に反射された光(レーザ光と波長が異なるラマン散乱光等を含む。)を透過して、後述する分光部108に向かわせることができる。 The optical system of the micro-Raman spectroscopic measuring device 100 includes a laser light source 102, an optical discrimination unit 103, an objective lens 104, a mirror 105, and a mirror 106. The optical discrimination unit 103 is, for example, a dichroic mirror that reflects light having the same wavelength as the laser light emitted from the laser light source 102 and transmits light having other wavelengths. In the configuration shown in FIG. 1, the optical discrimination unit 103 can reflect the laser light emitted from the laser light source 102 and arriving at the optical discrimination unit 103 via the mirror 105 in the direction of the mirror 106. Further, the light discrimination unit 103 transmits light (including Raman scattered light having a wavelength different from that of the laser light) generated from the sample 503 or the like irradiated with the laser light and reflected by the mirror 106 via the objective lens 104. Then, it can be directed to the spectroscopic unit 108, which will be described later.

対物レンズ104は、ミラー106から到来したレーザ光の光束を焦点に向けて収束させ、焦点の位置に配置されたと期待される試料503に対して照射する。また、試料503等から生じたラマン散乱光を含む光を受光して、その光束をレーザ光の進行方向と逆の向きに光弁別部103へ向かわせる。 The objective lens 104 converges the luminous flux of the laser beam arriving from the mirror 106 toward the focal point, and irradiates the sample 503 that is expected to be placed at the focal point. Further, the light including the Raman scattered light generated from the sample 503 or the like is received, and the light flux thereof is directed to the light discrimination unit 103 in the direction opposite to the traveling direction of the laser light.

顕微ラマン分光測定装置100の光学系の構成は、図1に示したものに限られない。例えば光弁別部103は、レーザ光と同じ波長の光を選択的に対物レンズ104を経て試料照射に向かわせ、対物レンズ104から到来するレーザ光と異なる波長の光を分光部108に向かわせることができるものであれば、どのようなものでもよい。光学系の各構成は、図1に示したような位置関係になくてもよいし、そもそも倒立配置に限るものでもない。ミラー105及びミラー106のようなミラー、各種のレンズ、エッジフィルタ等の光学素子を、光学系の各構成の配置に合わせて適宜取捨選択して配置してもよい。 The configuration of the optical system of the micro-Raman spectroscopic measuring device 100 is not limited to that shown in FIG. For example, the optical discrimination unit 103 selectively directs light having the same wavelength as the laser light to the sample irradiation through the objective lens 104, and directs light having a wavelength different from the laser light coming from the objective lens 104 to the spectroscopic unit 108. Anything can be used as long as it can be used. Each configuration of the optical system does not have to have the positional relationship as shown in FIG. 1, and is not limited to the inverted arrangement in the first place. Optical elements such as mirrors such as the mirror 105 and the mirror 106, various lenses, and edge filters may be appropriately selected and arranged according to the arrangement of each configuration of the optical system.

顕微ラマン分光測定装置100は、分光部108と機械的駆動部109を備えている。分光部108は、入射光を波長ごとの成分に分解する分光器と、例えばCCD等の素子からなる検出器を含む公知の構成を有する。機械的駆動部109は、例えば圧電式アクチュエータ(ピエゾ素子等)又は光学式アクチュエータ(オプトマイクロメータ等)を有して構成され、ステージ101と対物レンズ104の間の対向距離を変化させることができる。例えば対物レンズ104を含む鏡筒が固定された構成の場合、機械的駆動部109はステージ101を図1における上下の向きに移動させることができる。 The micro-Raman spectroscopic measuring device 100 includes a spectroscopic unit 108 and a mechanical driving unit 109. The spectroscopic unit 108 has a known configuration including a spectroscope that decomposes incident light into components for each wavelength and a detector including an element such as a CCD. The mechanical drive unit 109 is configured to include, for example, a piezoelectric actuator (piezo element or the like) or an optical actuator (optomicrometer or the like), and can change the facing distance between the stage 101 and the objective lens 104. .. For example, in the case where the lens barrel including the objective lens 104 is fixed, the mechanical drive unit 109 can move the stage 101 in the vertical direction in FIG.

機械的駆動部109は、さらに、試料載置面101Sに平行に、ステージ101の対物レンズ104に対する相対位置を変化させることができる。例えば対物レンズ104を含む鏡筒が固定された構成の場合、機械的駆動部109はステージ101を図1における左右方向及び紙面に垂直な方向に移動させることができる。このような構成は、スキャン対応の顕微鏡ステージとして公知であり商用化されたものである。 The mechanical drive unit 109 can further change the relative position of the stage 101 with respect to the objective lens 104 in parallel with the sample mounting surface 101S. For example, in the case where the lens barrel including the objective lens 104 is fixed, the mechanical drive unit 109 can move the stage 101 in the left-right direction in FIG. 1 and in the direction perpendicular to the paper surface. Such a configuration is known and commercialized as a scanning microscope stage.

顕微ラマン分光測定装置100は、制御部110を備えている。制御部110は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)に、実施例に係る顕微ラマン分光測定の方法を実行させるプログラムを実装したものである。制御部110は、レーザ光源102、分光部108及び機械的駆動部109と、それぞれ有線又は無線を介して接続されている(インターネット等のネットワークを介して接続される場合を含む。)。これらの接続は、図1に破線の両向き矢線によって表されている。 The micro-Raman spectroscopic measuring device 100 includes a control unit 110. The control unit 110 implements, for example, a program for causing a personal computer (PC) to execute the method of microscopic Raman spectroscopy according to the embodiment. The control unit 110 is connected to the laser light source 102, the spectroscopic unit 108, and the mechanical drive unit 109 by wire or wirelessly (including the case where they are connected via a network such as the Internet). These connections are represented in FIG. 1 by dashed double-headed arrows.

制御部110は機械的駆動部109を制御して、ステージ101と対物レンズ104の間の対向距離を変化させることができる。制御部110は機械的駆動部109を制御して、さらに、試料載置面101Sに平行にステージ101の対物レンズ104に対する相対位置を変化させることができる。制御部110はレーザ光源102を制御して、指定した時間にわたってレーザ光を出射させることができる。制御部110は分光部108を制御して、分光部108が計測したスペクトルのデータを取得することができる。 The control unit 110 can control the mechanical drive unit 109 to change the facing distance between the stage 101 and the objective lens 104. The control unit 110 can control the mechanical drive unit 109 and further change the relative position of the stage 101 with respect to the objective lens 104 in parallel with the sample mounting surface 101S. The control unit 110 can control the laser light source 102 to emit laser light for a specified time. The control unit 110 can control the spectroscopic unit 108 to acquire the spectral data measured by the spectroscopic unit 108.

顕微ラマン分光測定装置100を用いて行われる顕微ラマン分光測定の実施例に係る方法を、以下に説明する。図2は、実施例に係る方法を説明するフローチャートである。初めに(START)、試料503を固定部材(カバーガラス501及びスライドガラス502)に挟んで固定し、ステージ101の試料載置面101Sに載置する(ステップS20)。続いて制御部110が機械的駆動部109に指示して、対向距離を初期値(例えばステージ101を可動範囲中の最も低い位置に設定したときの対向距離の値)に設定する(ステップS21)。このとき制御部110は機械的駆動部109に指示して、試料載置面101Sに平行な面内でのステージ101の対物レンズ104に対する相対位置(以下、二次元位置という。)の初期値も設定する。 The method according to the example of the microscopic Raman spectroscopic measurement performed using the microscopic Raman spectroscopic measurement apparatus 100 will be described below. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method according to an embodiment. First (START), the sample 503 is sandwiched between fixing members (cover glass 501 and slide glass 502) and fixed, and then placed on the sample mounting surface 101S of the stage 101 (step S20). Subsequently, the control unit 110 instructs the mechanical drive unit 109 to set the facing distance to an initial value (for example, the value of the facing distance when the stage 101 is set to the lowest position in the movable range) (step S21). .. At this time, the control unit 110 also instructs the mechanical drive unit 109 to set the initial value of the relative position (hereinafter referred to as a two-dimensional position) of the stage 101 with respect to the objective lens 104 in the plane parallel to the sample mounting surface 101S. Set.

制御部110は、ラマンスペクトルの測定を連続的に行う時間を指定して、その指定した時間にわたりレーザ光源102からレーザ光を出射させる(ステップS22)。指定する時間は、測定の目的により装置の条件の範囲内で任意に選ぶことができる(通常は秒単位の時間を選ぶが、蛍光強度の減衰(ブリーチ)を待つ必要がある場合等に分単位の時間を選ぶことがある。)。 The control unit 110 designates a time for continuously measuring the Raman spectrum, and emits a laser beam from the laser light source 102 for the designated time (step S22). The specified time can be arbitrarily selected within the range of the conditions of the device according to the purpose of measurement (usually, the time in seconds is selected, but when it is necessary to wait for the attenuation (bleach) of the fluorescence intensity, etc., it is in minutes. You may choose the time of.).

レーザ光源102から出射したレーザ光は、図1を参照して説明した顕微ラマン分光測定装置100の光学系を経て、対物レンズ104から試料503を照射する方向へ向かう。レーザ光に照射された試料503又はカバーガラス501とスライドガラス502からなる固定部材から生じたラマン散乱光又は背景光を含む光は対物レンズ104で集光され、光弁別部103を通過して分光部108へ到達する。 The laser light emitted from the laser light source 102 passes through the optical system of the micro-Raman spectroscopic measuring apparatus 100 described with reference to FIG. 1 and heads in the direction of irradiating the sample 503 from the objective lens 104. Light including Raman scattered light or background light generated from a fixing member composed of a sample 503 or a cover glass 501 and a slide glass 502 irradiated with laser light is collected by an objective lens 104 and passed through an optical discrimination unit 103 for spectroscopy. Reach unit 108.

分光部108は、上記のラマン散乱光又は背景光を含む光を分光して、波数を単位とするラマンシフトに対してプロットされたスペクトルのデータを得る。制御部110は、固定部材(カバーガラス501又はスライドガラス502)に固有のラマンシフトの値と試料503に固有のラマンシフトの値が既知であるとの前提の下で、当該スペクトルのデータから固定部材(カバーガラス501又はスライドガラス502)に固有のラマン散乱光の強度及び試料503に固有のラマン散乱光の強度を抽出することができる(ステップS23)。 The spectroscopic unit 108 disperses the light including the Raman scattered light or the background light described above, and obtains the data of the spectrum plotted for the Raman shift in wave number as a unit. The control unit 110 is fixed from the data of the spectrum on the assumption that the Raman shift value peculiar to the fixing member (cover glass 501 or slide glass 502) and the Raman shift value peculiar to the sample 503 are known. The intensity of the Raman scattered light peculiar to the member (cover glass 501 or the slide glass 502) and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample 503 can be extracted (step S23).

顕微ラマン分光測定の対象は試料503に固有のラマン散乱光の強度であるから、固定部材(カバーガラス501又はスライドガラス502)に固有のラマン散乱光の強度が支配的でないように対向距離を設定することが望ましい。図3は、対向距離の設定を説明する概念図である。横軸は対向距離を表し、縦軸はラマン散乱光の強度を表す(いずれも任意単位とする。)。固定部材及び試料のラマン散乱光の強度を、それぞれ実線カーブ及び破線カーブで表す。 Since the target of the microscopic Raman spectroscopy measurement is the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample 503, the facing distance is set so that the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member (cover glass 501 or slide glass 502) is not dominant. It is desirable to do. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the setting of the facing distance. The horizontal axis represents the facing distance, and the vertical axis represents the intensity of Raman scattered light (both are arbitrary units). The intensities of Raman scattered light of the fixing member and the sample are represented by solid line curves and broken line curves, respectively.

図3においては、対向距離をある単位長ずつ単調増加させる(図1の例では、対物レンズ104の位置を固定してステージ101の高さを徐々に上げる。)とき、レーザ光が初めに固定部材(図1の例ではカバーガラス501)に合焦して、固定部材のラマン散乱光の強度(実線カーブ)が試料(図1の例では試料503)のラマン散乱光の強度(破線カーブ)を上回ると共にピークに達する。その後も対向距離を増加させていくと、レーザ光の焦点は次第に試料503に移るから、破線カーブが実線カーブを上回ると共にピークに達する。 In FIG. 3, when the facing distance is monotonically increased by a certain unit length (in the example of FIG. 1, the position of the objective lens 104 is fixed and the height of the stage 101 is gradually increased), the laser beam is initially fixed. Focusing on the member (cover glass 501 in the example of FIG. 1), the intensity of the Raman scattered light of the fixing member (solid line curve) is the intensity of the Raman scattered light of the sample (sample 503 in the example of FIG. 1) (broken curve). It exceeds the peak and reaches the peak. After that, as the facing distance is increased, the focal point of the laser beam gradually shifts to the sample 503, so that the broken line curve exceeds the solid line curve and reaches a peak.

実線カーブに対してしきい値“TH1”を与え、破線カーブに対してしきい値“TH2”を与えるものとする。さらに、固定部材に固有のラマン散乱光の強度が支配的でなくレーザ光の試料503への合焦が推定される対向距離の条件(以下、合焦条件という。)として、対向距離を単調増加の向きに変化させたとき実線カーブがしきい値“TH1”を超えた後にしきい値“TH1”を下回り、かつ、破線カーブがしきい値“TH2”を超えることとする。 It is assumed that the threshold value "TH1" is given to the solid line curve and the threshold value "TH2" is given to the broken line curve. Further, the facing distance is monotonically increased as a condition of the facing distance (hereinafter referred to as a focusing condition) in which the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member is not dominant and the focusing of the laser light to the sample 503 is estimated. It is assumed that the solid line curve exceeds the threshold value “TH1” and then falls below the threshold value “TH1” when the direction is changed to, and the broken line curve exceeds the threshold value “TH2”.

図3においては、対向距離を横軸左方の小さい値から単調増加させて値“D1”に達したとき、固定部材のラマン散乱光の強度がしきい値“TH1”を超える。その後、固定部材のラマン散乱光の強度は対向距離“D2”においてピークに達し、さらに対向距離を増加させていくと“D3”においてしきい値“TH1”を下回る。対向距離が“D3”に達するまでは、上記の合焦条件が満たされない(ステップS24の“NO”)。上記の合焦条件が満たされなければ、制御部110は機械的駆動部109を制御して、対向距離を1単位長だけ増加させる(ステップS25)。その後、フローをステップS22に戻して、対向距離が“D3”に達するまでステップS22ないしステップS24を繰り返し実行する。 In FIG. 3, when the facing distance is monotonically increased from a small value on the left side of the horizontal axis to reach the value “D1”, the intensity of Raman scattered light of the fixing member exceeds the threshold value “TH1”. After that, the intensity of the Raman scattered light of the fixing member reaches a peak at the facing distance "D2", and when the facing distance is further increased, it falls below the threshold value "TH1" at "D3". The above focusing condition is not satisfied until the facing distance reaches “D3” (“NO” in step S24). If the above focusing condition is not satisfied, the control unit 110 controls the mechanical drive unit 109 to increase the facing distance by one unit length (step S25). After that, the flow is returned to step S22, and steps S22 to S24 are repeatedly executed until the facing distance reaches “D3”.

その後、制御部110は、対向距離が“D3”に達した状態でステップS24を実行する。対向距離“D3”においては、実線カーブがしきい値“TH1”を超えた後にしきい値“TH1”を下回っており、かつ、破線カーブがしきい値“TH2”を超えているから、上記の合焦条件が満たされる(ステップS24の“YES”)。合焦条件が満たされていれば、固定部材に固有のラマン散乱光の強度が支配的でなくレーザ光の試料503への合焦が推定される状態で、試料503のラマン散乱光の強度を測定することができる。したがって、制御部110は対向距離“D3”を、それ以降の顕微ラマン分光測定の合焦距離として確定する(ステップS26)。 After that, the control unit 110 executes step S24 in a state where the facing distance reaches “D3”. At the facing distance "D3", the solid line curve exceeds the threshold value "TH1" and then falls below the threshold value "TH1", and the broken line curve exceeds the threshold value "TH2". Focusing condition is satisfied (“YES” in step S24). If the focusing condition is satisfied, the intensity of the Raman scattered light of the sample 503 is determined in a state where the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member is not dominant and the focusing of the laser light to the sample 503 is estimated. Can be measured. Therefore, the control unit 110 determines the facing distance “D3” as the focusing distance for the subsequent micro-Raman spectroscopic measurement (step S26).

次に制御部110は機械的駆動部109を制御して、ステージ101の二次元位置を試料載置面101Sに平行に繰り返し移動させ、移動の度に図2のステップS22及びステップS23と同じプロセスを実行する(ステップS27)。図4は、ステップS27を詳細に説明するフローチャートである。 Next, the control unit 110 controls the mechanical drive unit 109 to repeatedly move the two-dimensional position of the stage 101 in parallel with the sample mounting surface 101S, and each time the control unit 110 moves, the same process as in steps S22 and S23 of FIG. Is executed (step S27). FIG. 4 is a flowchart illustrating step S27 in detail.

二次元位置として、予め(N+1)とおりの位置が定められていると仮定する。これらの二次元位置を、符号“P0”、“P1”、…、“PN”で表し、“Pi”と総称する。(N+1)とおりの“Pi”のうちの“P0”が、図4のステップS21と同時に設定した二次元位置の初期値である。図4を参照すると、開始の時点における“Pi”の値が”P0“である(ステップS40)。 It is assumed that the position as (N + 1) is predetermined as the two-dimensional position. These two-dimensional positions are represented by the symbols "P0", "P1", ..., "PN" and are collectively referred to as "Pi". "P0" in "Pi" as shown in (N + 1) is the initial value of the two-dimensional position set at the same time as step S21 in FIG. Referring to FIG. 4, the value of “Pi” at the start time is “P0” (step S40).

制御部110は、ラマンスペクトルの測定を連続的に行う時間を指定して、その指定した時間にわたりレーザ光源102からレーザ光を出射させる(ステップS41)。このステップは、図2におけるステップS22と同じである。次に制御部110は、図2におけるステップS23と同様に、分光部108が得たスペクトルのデータから、固定部材(カバーガラス501又はスライドガラス502)に固有のラマン散乱光の強度及び試料503に固有のラマン散乱光の強度を抽出することができる(ステップS42)。このステップは、図2におけるステップS23と同じである。ただしステップS42では、すべての二次元位置において、レーザ光の試料503への合焦が推定される状態で後者を抽出することができる。 The control unit 110 designates a time for continuously measuring the Raman spectrum, and emits a laser beam from the laser light source 102 for the designated time (step S41). This step is the same as step S22 in FIG. Next, as in step S23 in FIG. 2, the control unit 110 obtains the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member (cover glass 501 or slide glass 502) and the sample 503 from the spectral data obtained by the spectroscopic unit 108. The intensity of the inherent Raman scattered light can be extracted (step S42). This step is the same as step S23 in FIG. However, in step S42, the latter can be extracted in a state where the focus of the laser beam on the sample 503 is estimated at all the two-dimensional positions.

制御部110は、二次元位置Piが終点のPNに達していなければ(ステップS43の“NO”)、Piを次の二次元位置へ更新して(ステップS44)フローをステップS41に戻す。制御部110は、二次元位置Piが終点のPNに達していれば(ステップS43の“YES”)、フローを終了する。この時点で図2に表したフローも終了し、固定部材(カバーガラス501又はスライドガラス502)に固有のラマン散乱光が支配的でなくレーザ光の試料503への合焦が推定される状態で、試料503の(N+1)とおりの二次元位置に対する顕微ラマン分光測定が終了する。 If the two-dimensional position Pi has not reached the end point PN (“NO” in step S43), the control unit 110 updates the Pi to the next two-dimensional position (step S44) and returns the flow to step S41. If the two-dimensional position Pi has reached the end point PN (“YES” in step S43), the control unit 110 ends the flow. At this point, the flow shown in FIG. 2 is also completed, and the Raman scattered light peculiar to the fixing member (cover glass 501 or slide glass 502) is not dominant and the focus of the laser light on the sample 503 is estimated. , The micro-Raman spectroscopic measurement for the two-dimensional position according to (N + 1) of the sample 503 is completed.

ここまでの説明において、合焦条件は図3に示したように対向距離を単調増加の向きに変化させたとき実線カーブがしきい値“TH1”を超えた後にしきい値“TH1”を下回り、かつ、破線カーブがしきい値“TH2”を超えることであるとした。しかし、対向距離の変化を単調減少の向きにしてもよい(図1の例で説明すると、レーザ光が初めにスライドガラス502に合焦し、その後徐々に焦点が試料503に移る場合である。)。 In the above description, the focusing condition is such that the solid line curve exceeds the threshold value “TH1” and then falls below the threshold value “TH1” when the facing distance is changed in the direction of monotonous increase as shown in FIG. Moreover, it is assumed that the broken line curve exceeds the threshold value “TH2”. However, the change in the facing distance may be in the direction of monotonically decreasing (in the example of FIG. 1, the case where the laser beam first focuses on the slide glass 502 and then gradually shifts the focus to the sample 503. ).

また、測定の条件により背景光等が強くて明瞭な破線カーブを得にくいことがある。そのような場合には、実線カーブがしきい値“TH1”を超えた後にしきい値“TH1”を下回ることだけをもって合焦条件としてもよい。合焦距離を確定した後に試料を自動的に二次元走査せず、試料の二次元位置を人為的に適宜選んで顕微ラマン分光測定を行ってもよい。 Further, depending on the measurement conditions, it may be difficult to obtain a clear broken line curve due to strong background light or the like. In such a case, the focusing condition may be only that the solid line curve exceeds the threshold value “TH1” and then falls below the threshold value “TH1”. After determining the focusing distance, the sample may not be automatically scanned in two dimensions, but the two-dimensional position of the sample may be artificially selected and microscopic Raman spectroscopy may be performed.

以下、図5ないし図8を参照して、上述した実施例による実測データの例を説明する。図5は、生検試料の鶏肉片を石英ガラスからなる固定部材に挟んで、図2のステップS22ないしステップS24を繰り返し実行したときの、ラマンスペクトルの実測データである(最も下のカーブが対向距離の初期値に対応し、最も上のカーブが合焦条件を満たした対向距離の値に対応する。)。 Hereinafter, an example of actual measurement data according to the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8. FIG. 5 is actual measurement data of the Raman spectrum when a chicken piece of a biopsy sample is sandwiched between fixing members made of quartz glass and steps S22 to S24 of FIG. 2 are repeatedly executed (the bottom curve faces each other). Corresponds to the initial value of the distance, and the top curve corresponds to the value of the opposite distance that satisfies the focusing condition.).

図5の横軸はラマンシフト(単位はcm−1)、縦軸は光の強度(任意単位)である。図中の実線の矢線は、対向距離を単調増加させた向きを表す。石英ガラスのラマンスペクトル(420cm−1)及び鶏肉のラマンスペクトル(1448cm−1)がともに観測されているが、この実測では背景光等の影響を考慮して石英ガラスのラマンスペクトルの変化のみに基づき合焦条件を判定した。 The horizontal axis of FIG. 5 is Raman shift (unit is cm -1 ), and the vertical axis is light intensity (arbitrary unit). The solid arrow in the figure indicates the direction in which the facing distance is monotonically increased. Although the quartz glass Raman spectrum (420 cm -1) and chicken Raman spectrum (1448cm -1) are both observed, in this actual measurement based only on changes in the Raman spectra of quartz glass in view of the influence of background light The focusing condition was determined.

図6は、上記の石英ガラスで挟んだ鶏肉片を試料として、対向距離を初期値から単調増加させたときにどこで合焦条件を満たすと判定したかの実験例を示す図である。実験に用いた顕微ラマン分光装置は図1と同じ倒立配置をとり、図6の横軸はある基準の高さを0としたときのステージの高さ(単位はμm)を表す(横軸を左から右に向かう方向が対向距離の単調増加の方向である。)。 FIG. 6 is a diagram showing an experimental example of where it was determined that the focusing condition was satisfied when the facing distance was monotonically increased from the initial value using the chicken piece sandwiched between the quartz glasses as a sample. The micro-Raman spectroscope used in the experiment has the same inverted arrangement as in FIG. 1, and the horizontal axis in FIG. 6 represents the height of the stage (unit: μm) when the height of a certain reference is 0 (the horizontal axis is the horizontal axis). The direction from left to right is the direction of monotonous increase in the facing distance.)

対向距離を25μmステップ(最大36点)で変化させたときの鶏肉のラマンスペクトル(1448cm−1)の強度(計測した範囲内の最大値で正規化した値)の変化を、図6の濃い色のカーブで表す。同じ対向距離の変化に伴う石英ガラスのラマンスペクトル(420cm−1)の強度(計測した範囲内の最大値で正規化した値)の変化を、図6の淡い色のカーブで表す。なお、濃淡のカーブは共にそれぞれの最大値で正規化した値を示し、両者の絶対値の比較を示すものではない。 The change in the intensity (normalized value of the maximum value within the measured range) of the Raman spectrum (1448 cm -1 ) of chicken when the facing distance is changed in 25 μm steps (maximum 36 points) is shown in the dark color of FIG. It is represented by the curve of. The change in the intensity (normalized value of the maximum value within the measured range) of the Raman spectrum (420 cm -1 ) of the quartz glass with the same change in the facing distance is represented by the light-colored curve in FIG. It should be noted that both the light and shade curves show the values normalized by their respective maximum values, and do not show the comparison of the absolute values of the two.

図6の実験例では、出力40mWのレーザ光を1秒間(図2のステップS22で指定した時間)照射して測定を行った。図6に示した「合焦条件OK」の矢線が示すステージ高さに対応する対向距離が、合焦距離として確定された値である。この合焦距離は、石英ガラスのラマンスペクトル強度が最大値を経過して下降しつつある局面に表れており、狙った値に近いものと評価される。 In the experimental example of FIG. 6, a laser beam having an output of 40 mW was irradiated for 1 second (time specified in step S22 of FIG. 2) for measurement. The facing distance corresponding to the stage height indicated by the arrow line of "focusing condition OK" shown in FIG. 6 is a value determined as the focusing distance. This focusing distance appears in the phase where the Raman spectral intensity of the quartz glass is declining after passing the maximum value, and is evaluated to be close to the target value.

鶏肉片を試料とする実験では、蛍光等の背景光の影響により合焦距離を適切に確定できないこともあったので、その影響がより小さいと予想されるシリコン片を石英ガラスの固定部材に挟んで同様の実験を行った。その結果を、図7に示す。図7の横軸は図6の横軸と同じで、縦軸はラマンスペクトルの強度(任意単位)である。 In experiments using chicken pieces as a sample, the focusing distance could not be determined properly due to the influence of background light such as fluorescence, so a piece of silicon, which is expected to have a smaller effect, was sandwiched between quartz glass fixing members. A similar experiment was performed in. The results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 7 is the same as the horizontal axis of FIG. 6, and the vertical axis is the intensity (arbitrary unit) of the Raman spectrum.

対向距離の変化に伴うシリコンのラマンスペクトル(520cm−1)の強度の変化を、図7の濃い色のカーブで表す。対向距離の変化に伴う石英ガラスのラマンスペクトル(420cm−1)の強度の変化を、図7の淡い色のカーブで表す。なお、濃淡のカーブは共にそれぞれ適宜規格化した値を示し、両者の絶対値の比較を示すものではない。図7に示した「合焦条件OK」の矢線が示すステージ高さに対応する対向距離が、合焦距離として確定された値である。この合焦距離は、石英ガラスのラマンスペクトル強度が最大値を経過して下降しつつある局面に表れており、狙った値に近いものと評価される。 The change in the intensity of the Raman spectrum (520 cm -1 ) of silicon with the change in the facing distance is represented by the dark curve in FIG. 7. The change in the intensity of the Raman spectrum (420 cm -1 ) of quartz glass due to the change in the facing distance is represented by the light-colored curve in FIG. It should be noted that both the light and shade curves show values that are appropriately standardized, and do not show a comparison of the absolute values of the two. The facing distance corresponding to the stage height indicated by the arrow line of "focusing condition OK" shown in FIG. 7 is a value determined as the focusing distance. This focusing distance appears in the phase where the Raman spectral intensity of the quartz glass is declining after passing the maximum value, and is evaluated to be close to the target value.

本発明の実施例によれば、固定部材由来のラマンスペクトルが支配的でない状態で試料由来のラマンスペクトルを測定することができる対向距離(試料と対物レンズ間の距離)を自動的に確定することができるので、分光測定の非専門家が10分近くを要することもある作業を典型的には数十秒で終えることができる(蛍光が強い試料に対して蛍光強度の減衰(ブリーチ)を待つ必要がある場合でも、ブリーチの時間を含めて4分程度である。)。 According to the embodiment of the present invention, the facing distance (distance between the sample and the objective lens) capable of measuring the Raman spectrum derived from the sample in a state where the Raman spectrum derived from the fixed member is not dominant is automatically determined. This allows non-experts in spectroscopic measurements to typically complete tasks that can take up to 10 minutes in tens of seconds (waiting for a decay (bleach) of the fluorescence intensity for a strongly fluorescent sample. Even if it is necessary, it is about 4 minutes including the bleaching time.)

合焦距離の確定後に試料の100点程度の二次元走査を行う場合でも、合焦距離の確定までの時間と合計して5分程度で自動測定を完了する。したがって、分光測定の専門家でなくても、効率的に顕微ラマン分光測定を行うことができる。上述した実施例に係る顕微ラマン分光測定装置の構成や顕微ラマン分光測定の方法は、試料、器具、測定環境等の条件に応じて、発明の要旨の範囲内で適宜変更することが可能である。 Even when two-dimensional scanning of about 100 points of the sample is performed after the focusing distance is determined, the automatic measurement is completed in about 5 minutes in total including the time until the focusing distance is determined. Therefore, even a non-expert in spectroscopic measurement can efficiently perform microscopic Raman spectroscopic measurement. The configuration of the micro-Raman spectroscopic measurement apparatus and the method of microscopic Raman spectroscopic measurement according to the above-described embodiment can be appropriately changed within the scope of the gist of the invention according to the conditions such as the sample, the instrument, and the measurement environment. ..

100 顕微ラマン分光測定装置
101 ステージ
101S 試料載置面
102 レーザ光源
103 光弁別部
104 対物レンズ
105、106 ミラー
108 分光部
109 機械的駆動部
110 制御部
501 カバーガラス
502 スライドガラス
503 試料
100 Microscopic Raman spectroscopic measuring device 101 Stage 101S Sample mounting surface 102 Laser light source 103 Optical discrimination unit 104 Objective lens 105, 106 Mirror 108 Spectroscopic unit 109 Mechanical drive unit 110 Control unit 501 Cover glass 502 Slide glass 503 Sample

Claims (11)

レーザ光を照射された試料から散射されるラマン散乱光を検出して分析することができる顕微ラマン分光測定装置において、
レーザ光源と、
試料載置面を有し、前記試料を光透過性の固定部材に固定して前記試料載置面に載置することができるステージと、
前記ステージに対向すると共に、前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの向きに合焦させるように配置された対物レンズと、
前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部と、
前記ラマン散乱光のスペクトルを計測することができる分光部と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を、前記対物レンズを経て前記ステージに向かわせると共に、前記対物レンズを経て入射した前記ラマン散乱光を前記分光部に向かわせることができる光弁別部と、
前記機械的駆動部を制御して前記対向距離を変化させる度に前記レーザ光源を制御してレーザ光を出射させると共に前記分光部が計測したスペクトルのデータを取得することができ、かつ、前記スペクトルのデータから抽出した前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件を満たすときの前記対向距離の値を合焦距離として確定することができる制御部とを
備えたことを特徴とする顕微ラマン分光測定装置。
In a microscopic Raman spectroscopic measuring device capable of detecting and analyzing Raman scattered light scattered from a sample irradiated with laser light.
Laser light source and
A stage having a sample mounting surface and capable of fixing the sample to a light-transmitting fixing member and mounting the sample on the sample mounting surface.
An objective lens that faces the stage and is arranged so that light incident from the opposite side of the stage is focused in the direction of the stage.
A mechanical drive unit capable of changing the facing distance between the objective lens and the stage,
A spectroscopic unit capable of measuring the spectrum of Raman scattered light,
An optical discrimination unit capable of directing the laser light emitted from the laser light source toward the stage via the objective lens and directing the Raman scattered light incident through the objective lens toward the spectroscopic unit.
Each time the mechanical drive unit is controlled to change the facing distance, the laser light source is controlled to emit laser light, and the spectrum data measured by the spectroscopic unit can be acquired, and the spectrum can be obtained. Focusing of the laser beam on the sample is estimated from at least one of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample extracted from the above data. A microscopic Raman spectroscopic measuring apparatus including a control unit capable of determining the value of the facing distance when the focusing condition is satisfied as the focusing distance.
前記制御部は、前記機械的駆動部を制御して前記対向距離を単調増加又は単調減少の向きに変化させることができ、かつ、前記対向距離を単調増加又は単調減少の向きに変化させる度に抽出した前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度が予め与えたしきい値を超えた後に前記しきい値を下回ることを前記合焦条件とすることを特徴とする請求項1に記載の顕微ラマン分光測定装置。 The control unit can control the mechanical drive unit to change the facing distance in the direction of monotonically increasing or monotonically decreasing, and each time the facing distance is changed in the direction of monotonically increasing or monotonically decreasing. The spectroscopy according to claim 1, wherein the focusing condition is that the intensity of the Raman scattered light peculiar to the extracted fixing member exceeds the threshold value given in advance and then falls below the threshold value. Raman spectroscopy measuring device. 前記制御部は、前記機械的駆動部を制御して前記対向距離を単調増加又は単調減少の向きに変化させることができ、かつ、前記対向距離を単調増加又は単調減少の向きに変化させる度に前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度を抽出して、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度が予め与えた第1のしきい値を超えた後に前記第1のしきい値を下回ると共に前記試料に固有のラマン散乱光の強度が予め与えた第2のしきい値を超えることを前記合焦条件とすることを特徴とする請求項1に記載の顕微ラマン分光測定装置。 The control unit can control the mechanical drive unit to change the facing distance in the direction of monotonically increasing or decreasing, and each time the facing distance is changed in the direction of monotonically increasing or monotonically decreasing. The intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample are extracted, and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member exceeds the first threshold value given in advance. Claim 1 is characterized in that the focusing condition is that the Raman scattered light intensity inherent in the sample exceeds the second threshold value given in advance while the Raman scattered light is subsequently lowered below the first threshold value. The micro-Raman scattering measuring device according to the above. 前記機械的駆動部は、圧電式アクチュエータ又は光学式アクチュエータを有して構成されたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の顕微ラマン分光測定装置。 The micro-Raman spectroscopic measurement device according to any one of claims 1 to 3, wherein the mechanical drive unit includes a piezoelectric actuator or an optical actuator. 前記機械的駆動部は、前記試料載置面に平行に前記ステージの前記対物レンズに対する相対位置を変化させることができ、
前記制御部は、前記合焦距離を確定した後に、前記機械的駆動部を制御して前記試料載置面に平行に前記ステージの前記対物レンズに対する相対位置を変化させる度に前記レーザ光源を制御してレーザ光を出射させると共に前記分光部が計測したスペクトルのデータを取得することができる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の顕微ラマン分光測定装置。
The mechanical drive unit can change the relative position of the stage with respect to the objective lens in parallel with the sample mounting surface.
After determining the focusing distance, the control unit controls the mechanical drive unit to control the laser light source each time the stage changes its relative position with respect to the objective lens in parallel with the sample mounting surface. The microscopic Raman spectroscopic measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam is emitted and the spectrum data measured by the spectroscopic unit can be acquired.
レーザ光源、ステージ、前記ステージに対向すると共に前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの方向へ合焦させるように配置された対物レンズ、前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部、光弁別部並びに分光部を有してなる顕微ラマン分光測定装置を用いて行う顕微ラマン分光測定の方法において、
試料を光透過性の固定部材に固定して前記ステージの試料載置面に載置し、
前記機械的駆動部により前記対向距離の初期値を設定し、
指定した時間にわたり前記レーザ光源からレーザ光を出射させ、
前記レーザ光が前記光弁別部及び前記対物レンズを経て、前記固定部材に固定されて前記試料載置面に載置された前記試料を照射したとき、前記固定部材及び前記試料の少なくともいずれか一方から散射されたラマン散乱光を含み前記対物レンズ及び前記光弁別部を経て前記分光部に計測された光のスペクトルから、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度を抽出し、
前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件を満たしたか否かを判定し、
前記合焦条件が満たされたと判定するまで、前記機械的駆動部により前記対向距離の値を変更する度に、前記レーザ光の出射並びに前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の抽出を繰り返し、
前記合焦条件が満たされたと判定したときの前記対向距離の値を合焦距離として確定する
ことを特徴とする顕微ラマン分光測定の方法。
The laser light source, the stage, the objective lens arranged so as to face the stage and focus the light incident from the opposite side to the stage in the direction of the stage, the objective lens, and the facing distance between the stages are changed. In a method of micro-Raman spectroscopic measurement performed using a micro-Raman spectroscopic measuring device including a mechanical drive unit, an optical discrimination unit, and a spectroscopic unit capable of performing the same.
The sample is fixed to a light-transmitting fixing member and placed on the sample mounting surface of the stage.
The initial value of the facing distance is set by the mechanical drive unit, and the initial value is set.
The laser beam is emitted from the laser light source for a specified time.
When the laser light passes through the optical discrimination portion and the objective lens and irradiates the sample mounted on the sample mounting surface fixed to the fixing member, at least one of the fixing member and the sample is irradiated. From the spectrum of the light including the Raman scattered light scattered from the objective lens and the light measured in the spectroscopic part through the optical discrimination part, the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the Raman scattering peculiar to the sample. Extract the light intensity,
Whether the focusing condition for which the laser light is estimated to be focused on the sample is satisfied from at least one of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample. Judge whether or not,
Until it is determined that the focusing condition is satisfied, each time the value of the facing distance is changed by the mechanical driving unit, the emission of the laser beam, the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member, and the sample are measured. Repeated extraction of the intensity of the unique Raman scattered light,
A method for microscopic Raman spectroscopy, wherein the value of the facing distance when it is determined that the focusing condition is satisfied is determined as the focusing distance.
レーザ光源、ステージ、前記ステージに対向すると共に前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの向きに合焦させるように配置された対物レンズ、前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部、光弁別部並びに分光部を有してなる顕微ラマン分光測定装置を用いて行う顕微ラマン分光測定の方法において、
試料を光透過性の固定部材に固定して前記ステージの試料載置面に載置するステップと、
前記機械的駆動部により前記対向距離の初期値を設定する第1のステップと、
指定した時間にわたり前記レーザ光源からレーザ光を出射させる第2のステップと、
前記レーザ光が前記光弁別部及び前記対物レンズを経て、前記固定部材に固定されて前記試料載置面に載置された前記試料を照射したとき、前記固定部材及び前記試料の少なくともいずれか一方から散射されたラマン散乱光を含み前記対物レンズ及び前記光弁別部を経て前記分光部に計測された光のスペクトルから、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度を抽出する第3のステップと、
前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件が満たされたか否かを判定する第4のステップと、
前記第4のステップにおいて前記合焦条件が満たされていないと判定すれば、前記対向距離の値を更新して設定した後、前記第2のステップないし前記第4のステップを繰り返して実行する第5のステップと、
前記第4のステップにおいて前記合焦条件が満たされたと判定したときの対向距離の値を合焦距離として確定する第6のステップとを
備えたことを特徴とする顕微ラマン分光測定の方法。
The laser light source, the stage, the objective lens arranged so as to focus the light facing the stage and incident from the opposite side to the stage in the direction of the stage, the objective lens, and the facing distance between the stages are changed. In a method of micro-Raman spectroscopic measurement performed using a micro-Raman spectroscopic measuring device including a mechanical drive unit, an optical discrimination unit, and a spectroscopic unit capable of performing the same.
The step of fixing the sample to the light-transmitting fixing member and placing it on the sample mounting surface of the stage,
The first step of setting the initial value of the facing distance by the mechanical drive unit, and
A second step of emitting laser light from the laser light source for a specified time,
When the laser light passes through the optical discrimination portion and the objective lens and irradiates the sample mounted on the sample mounting surface fixed to the fixing member, at least one of the fixing member and the sample is irradiated. From the spectrum of the light including the Raman scattered light scattered from the objective lens and the light measured in the spectroscopic part through the optical discrimination part, the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the Raman scattering peculiar to the sample. The third step of extracting the light intensity and
The focusing condition is satisfied in which the focusing of the laser beam to the sample is estimated from at least one of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample. The fourth step to determine whether or not it is
If it is determined in the fourth step that the focusing condition is not satisfied, the value of the facing distance is updated and set, and then the second step to the fourth step is repeatedly executed. 5 steps and
A method for microscopic Raman spectroscopy, which comprises a sixth step of determining the value of the facing distance when it is determined that the focusing condition is satisfied in the fourth step as the focusing distance.
前記第5のステップにおいて前記対向距離の値を単調増加又は単調減少の向きに更新し、
前記合焦条件は、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度が予め与えたしきい値を超えた後に前記しきい値を下回ることである
ことを特徴とする請求項7に記載の顕微ラマン分光測定の方法。
In the fifth step, the value of the facing distance is updated in the direction of monotonically increasing or monotonically decreasing.
The microscopic Raman according to claim 7, wherein the focusing condition is that the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member exceeds the threshold value given in advance and then falls below the threshold value. Method of spectroscopic measurement.
前記第5のステップにおいて前記対向距離の値を単調増加又は単調減少の向きに更新し、
前記合焦条件は、前記第5のステップにおいて前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度が予め与えた第1のしきい値を超えた後に前記第1のしきい値を下回り、かつ、前記試料に固有のラマン散乱光の強度が予め与えた第2のしきい値を超えることである
ことを特徴とする請求項7に記載の顕微ラマン分光測定の方法。
In the fifth step, the value of the facing distance is updated in the direction of monotonically increasing or monotonically decreasing.
The focusing condition is such that the intensity of the Raman scattered light inherent in the fixing member exceeds the first threshold value given in advance in the fifth step and then falls below the first threshold value, and the focus condition is described. The method for microscopic Raman spectroscopic measurement according to claim 7, wherein the intensity of Raman scattered light peculiar to the sample exceeds a second threshold value given in advance.
前記機械的駆動部が前記試料載置面に平行に前記ステージの前記対物レンズに対する相対位置を変化させることができる場合において、
前記第6のステップの後、前記試料載置面に平行に前記ステージの前記対物レンズに対する相対位置を変化させる度に、前記第2のステップ及び前記第3のステップを繰り返す第7のステップを、
さらに備えたことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の顕微ラマン分光測定の方法。
When the mechanical drive unit can change the relative position of the stage with respect to the objective lens in parallel with the sample mounting surface.
After the sixth step, a seventh step of repeating the second step and the third step each time the relative position of the stage with respect to the objective lens is changed parallel to the sample mounting surface is performed.
The method for microscopic Raman spectroscopy according to any one of claims 7 to 9, further comprising.
レーザ光源、ステージ、前記ステージに対向すると共に前記ステージと反対側から入射する光を前記ステージの向きに合焦させるように配置された対物レンズ、前記対物レンズ及び前記ステージ間の対向距離を変化させることができる機械的駆動部、光弁別部並びに分光部を有してなる顕微ラマン分光測定装置をコンピュータに制御させるプログラムにおいて、
前記機械的駆動部により前記対向距離の初期値を設定する第1のステップと、
指定した時間にわたり前記レーザ光源からレーザ光を出射させる第2のステップと、
前記レーザ光が前記光弁別部及び前記対物レンズを経て、光透過性の固定部材に固定されて前記ステージの試料載置面に載置された試料を照射したとき、前記固定部材及び前記試料の少なくともいずれか一方から散射されたラマン散乱光を含み前記対物レンズ及び前記光弁別部を経て前記分光部に計測された光のスペクトルから、前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度を抽出する第3のステップと、
前記固定部材に固有のラマン散乱光の強度及び前記試料に固有のラマン散乱光の強度の少なくともいずれか1の値から前記レーザ光の前記試料への合焦が推定される合焦条件が満たされたか否かを判定する第4のステップと、
前記第4のステップにおいて前記合焦条件が満たされなければ、前記対向距離の値を更新して設定した後、前記第2のステップないし前記第4のステップを繰り返して実行する第5のステップと、
前記第4のステップにおいて前記合焦条件が満たされたと判定したときの対向距離の値を合焦距離として確定する第6のステップとを
前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
The laser light source, the stage, the objective lens arranged so as to focus the light facing the stage and incident from the opposite side to the stage in the direction of the stage, the objective lens, and the facing distance between the stages are changed. In a program that causes a computer to control a microscopic Raman spectroscopic measuring device having a mechanical drive unit, an optical discrimination unit, and a spectroscopic unit capable of performing the same.
The first step of setting the initial value of the facing distance by the mechanical drive unit, and
A second step of emitting laser light from the laser light source for a specified time,
When the laser beam is fixed to a light-transmitting fixing member through the light discrimination portion and the objective lens and irradiates the sample placed on the sample mounting surface of the stage, the fixing member and the sample From the spectrum of light including Raman scattered light scattered from at least one of them and measured in the spectroscopic section through the objective lens and the optical discrimination section, the intensity of Raman scattered light peculiar to the fixing member and the sample can be obtained. The third step to extract the intensity of the inherent Raman scattered light,
The focusing condition is satisfied in which the focusing of the laser beam to the sample is estimated from at least one of the intensity of the Raman scattered light peculiar to the fixing member and the intensity of the Raman scattered light peculiar to the sample. The fourth step to determine whether or not it is
If the focusing condition is not satisfied in the fourth step, the value of the facing distance is updated and set, and then the second step to the fourth step is repeated to execute the fifth step. ,
A program comprising causing the computer to perform a sixth step of determining a value of an facing distance when it is determined in the fourth step that the focusing condition is satisfied as a focusing distance.
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