CN110998295B - 测量装置及照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的测量装置包括：光射出部，其以使相邻频率间隔互不相同的方式射出多个光谱光，该光谱光包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱；聚光部，其使两个以上的光谱在重叠区域中重叠且互相错开地聚光至样品的多个不同聚光点区域的相应区域；以及检测部，获得荧光差拍的信号，该荧光差拍通过位于所述样品中的多个重叠区域的每一个处的干涉光差拍而发光且包括所述样品的信息。

Description

测量装置及照射装置

技术领域

本发明涉及测量装置及照射装置。本申请要求在2017年8月9日于日本提交的申请号为2017-154392的日本专利申请的优先权，该日本专利申请的内容引用至本文。

背景技术

以往，作为能够进行荧光成像的光学显微镜，已知有包括共焦点光学系统的荧光显微镜(在下文中，称为共焦点荧光显微镜)(例如，参照专利文献1)。

在通常的光学显微镜中，均匀地照射样品的预定范围，与此相对，在共焦点光学系统中，从点光源发出的照射光通过物镜会聚到样品的一点。作为照射光，使用单色性和准直性优异的激光。另外，在共焦点光学系统中，通过在与物镜的焦点位置共轭的位置配置针孔，从而在样品中仅聚焦位置的荧光通过针孔而被检测到。

这样，在共焦点光学系统中，首先照射光会聚在样品的一点上，来自样品的焦点位置的荧光通过针孔，与此相对，来自焦点位置以外的荧光被针孔拦截。因此，在共焦点光学系统中，与通常的光学显微镜相比，不会受到来自与焦点相邻的横向、以及相对于焦点前侧或里侧的杂散光的影响，从而对比度提高。结果，由于仅检测照射光的焦点位置的信息，因此具有三维的空间分辨率。

如上所述，能够形成清晰的三维图像的共焦荧光显微镜用于例如以使用荧光蛋白质的生命功能分析等生物领域为首的广泛领域中。另外，从具有高分辨率和定量性的角度来看，认为将来共焦点荧光显微镜的重要性也会不断增加。

另一方面，通过共焦点荧光显微镜只能得到焦点位置的点信息。因此，在共焦点荧光显微镜中，为了将样品面内的二维信息图像化，需要在样品内部相对地扫描从点光源发出的照射光的焦点位置。作为这样能够对于样品相对地扫描照射光的焦点位置的扫描装置，例如已知检流计镜。但是，即使使用这些扫描装置，宽范围的高速扫描也要花费时间。

作为应对上述情况的技术，例如在专利文献2中记载了如下的测量装置：使点光源发出的离散光谱按每个光谱相对于测定样品二维地色散，一次获得与测定样品的各测定点对应的模式分解光谱。该测量装置将入射到样品的光谱的位置信息与光谱的频率进行对应，得到样品的信息。因此，能够在不扫描样品面内的二维信息的情况下进行图像化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2012-103379号公报

专利文献2：国际公开第2017/002535号

发明内容

发明要解决的课题

专利文献2中记载的测量装置能够在不扫描二维信息的同时进行测量。因此，在诸如生命功能分析等生物领域中，能够实时地同时观察在细胞等中发生的现象。另外，在测定区域扩大的情况下，如果使用该测量装置，则能够在短时间内测量样品的信息。但另一方面，该测量装置由于使用激光透射光或激光反射光进行图像化，因此不能获得荧光图像。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够高速地获得样品的荧光图像的测量装置。另外，本发明的目的还在于提供一种照射装置，该照射装置在预定条件下向样品照射光，能够进行使用该测量装置的测量。

解决问题所需的手段

第一方式的测量装置包括：多个光源，分别发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的光谱光，所述光谱光的相邻频率间隔分别不同，所述相邻频率间隔是所述光谱光的相邻光谱的频率间隔；色散部，使从所述多个光源发出的多个光谱光按每个所述光谱分别向互不相同的方向色散；聚光部，将由所述色散部色散的、每个光源的所述光谱分别会聚到样品的多个不同聚光点，并且使基于一个光源的多个聚光点和基于其他光源的多个聚光点分别重叠；空间滤波光学系统，将荧光差拍会聚于与重叠部共轭的位置进行空间滤波，其中，所述荧光差拍通过聚光点重叠的多个重叠部的每一个处的干涉光差拍而发光且包括所述样品的信息，其中，所述聚光点由所述聚光部会聚且位于所述样品中；以及检测部，获取由所述空间滤波光学系统进行空间滤波并从所述多个重叠部发出的包含所述样品的信息的荧光差拍的信号。

在上述方式的测量装置中，所述多个光源中的每一个可以是光学频率梳光源，所述光学频率梳光源发射相邻频率间隔彼此一致的光谱作为所述光谱光，所述相邻频率间隔是在频率轴上相邻的所述光谱的频率的间隔。

在上述方式的测量装置中，所述色散部构成为包括对入射的光进行波长色散的色散元件，并且通过所述色散元件使从所述光源发出的所述光谱光按每个所述光谱向不同方向进行波长色散。

在上述方式的测量装置中，所述多个光源可以至少包括：第一光源，发出相邻光谱的频率间隔为第一相邻频率间隔的第一光谱光；以及第二光源，发出相邻光谱的频率间隔为第二相邻频率间隔的第二光谱光，其中，当在相同的频率轴上排列所述第一光谱光和所述第二光谱光时，最近相邻的光谱之间的频率间隔小于所述第一相邻频率间隔和所述第二相邻频率间隔的一半。

在上述方式的测量装置中，还可包括控制部，所述控制部控制所述多个光源中的至少一个光源发出的光谱光的载波包络偏移频率或相邻频率间隔。

在上述方式的测量装置中，所述空间滤波光学系统可以包括空间光调制器，所述空间光调制器能够根据由所述控制部控制的光谱光的偏移频率和相邻频率间隔来改变透过的光的位置。

第二方式的照射装置包括：多个光源，分别发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的光谱光，所述光谱光的相邻频率间隔分别不同，所述相邻频率间隔是所述光谱光的相邻光谱的频率间隔；色散部，使从所述多个光源发出的多个光谱光按每个所述光谱分别向互不相同的方向色散；以及聚光部，将由所述色散部色散的、每个光源的所述光谱分别会聚到样品的多个不同聚光点，并且使基于一个光源的多个聚光点和基于其他光源的多个聚光点分别重叠。

在上述方式的照射装置中，所述多个光源可以至少包括：第一光源，发出相邻光谱的频率间隔为第一相邻频率间隔的第一光谱光；以及第二光源，发出相邻光谱的频率间隔为第二相邻频率间隔的第二光谱光，其中，当在相同的频率轴上排列所述第一光谱光和所述第二光谱光时，最近相邻的光谱之间的频率间隔小于所述第一相邻频率间隔和所述第二相邻频率间隔的一半。

在上述方式的照射装置中，所述多个光源可构成为：分别同时将照射光照射到样品的聚光点；来自各个光源的所述照射光在所述样品的聚光点处相互干涉。

第三方式的照射装置包括：第一光源，发出第一光，所述第一光具有离散的多个频率值的频率成分；第二光源，发出第二光，所述第二光具有与所述第一光不同的、离散的多个频率值的频率成分；以及色散聚光部，色散所述第一光和所述第二光，并对具有基于所述第一光的第一频率值的频率成分的第一照射光和具有基于所述第二光的第二频率值的频率成分的第二照射光进行聚光，使得所述第一照射光的第一照射区域和所述第二照射光的第二照射区域双方的区域的一部分彼此重叠，所述照射装置同时照射所述第一照射光和所述第二照射光，使得所述第一频率值和所述第二频率值的差分在所述第一光的所述第一频率值和与其相邻的频率值的差分以下。

第四方式的测量装置包括：光射出部，射出多个包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的光谱光，对于多个所述光谱光的每一个，相邻频率间隔不同，所述相邻频率间隔是相邻光谱的频率间隔；色散部，其使从所述光射出部发出的多个光谱光按每个所述光谱分别向互不相同的方向色散；聚光部，其将由所述色散部色散的所述光谱分别会聚到样品的多个不同的聚光点，并且使基于一个所述光谱光的多个聚光点和基于其他所述光谱光的多个聚光点分别重叠；以及检测部，获得荧光差拍的信号，所述荧光差拍通过聚光点重叠的多个重叠区域的每一个处的干涉光差拍而发光且包括所述样品的信息，所述聚光点由所述聚光部会聚且位于所述样品中。

在上述方式的测量装置中，所述光射出部可以具有多个光源，所述多个光源分别发出两个所述光谱光，且所述相邻频率间隔分别不同。

在上述方式的测量装置中，还可以包括空间滤波光学系统，所述空间滤波光学系统将荧光差拍会聚于与重叠区域共轭的位置进行空间滤波，其中，所述荧光差拍通过聚光点重叠的多个所述重叠区域的每一个处的干涉光差拍而发光且包括所述样品的信息，所述聚光点由所述聚光部会聚且位于所述样品中。所述检测部可获取由所述空间滤波光学系统进行空间滤波的所述荧光差拍的信号。

在上述方式的测量装置中，所述检测部可以获得所述荧光拍的相位信息。

第五方式的照射装置包括：光射出部，分别发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的光谱光，所述光谱光的相邻频率间隔分别不同，所述相邻频率间隔是所述光谱光的相邻光谱的频率间隔；色散部，使从所述光射出部发出的多个光谱光按每个所述光谱分别向互不相同的方向色散；以及聚光部，其将由所述色散部色散的、每个光源的所述光谱分别会聚到样品的多个不同的聚光点，并且使基于一个光源的多个聚光点和基于其他光源的多个聚光点分别重叠。

发明效果

根据上述方式的测量装置，能够高速地获得样品的荧光图像。

附图说明

图1是第一实施方式的测量装置的示意图。

图2是用于说明离散光谱光的示意图。

图3是表示第一点光源发出的离散光谱光的第一光学频率梳光谱和第二点光源发出的离散光谱光的第二光学频率梳光谱的图。

图4是表示第一实施方式的测量装置中的离散光谱光源的第一结构例的概略图。

图5是表示第一实施方式的测量装置中的离散光谱光源的第二结构例的概略图。

图6是表示第一实施方式的测量装置中的离散光谱光源的第三结构例的概略图。

图7是表示第一实施方式的测量装置中的离散光谱光源的第四结构例的概略图。

图8是表示将VIPA和衍射光栅进行组合以用作色散元件时的色散部的第一结构例的示意图。

图9是示意性地表示通过聚光部在样品的表面二维展开的聚光点的图。

图10是用于说明第一光学频率梳光谱和第二光学频率梳光谱的干涉RF光谱的产生过程的图。

图11是表示样品的重叠区域和检测的荧光差拍群光谱的关系的图。

图12是示意地表示样品中聚光点的重叠区域和针孔阵列元件的开口部的位置关系的图。

图13是第二实施方式的测量装置的示意图。

图14是第三实施方式的测量装置的示意图。

图15是用于说明根据所获得的荧光差拍的相位信息提取荧光寿命的信息的方法的示意图。

图16是表示第一实施方式的测量装置的变形例的示意图。

具体实施方式

在下文中，参照附图对应用本发明的测量装置的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是第一实施方式的测量装置10A的示意图。如图1所示，测量装置10A包括光射出部11、两个点光源(光源)12、色散部14、聚光部16、分离部19、空间滤波光学系统18、以及检测部20。

[光射出部]

图1所示的测量装置10A具有光射出部11，该光射出部11具有两个点光源(光源)12。点光源12的数量不必限于两个，但是在第一实施方式中说明了两个的情况。

[点光源]

两个点光源12由第一点光源12A和第二点光源12B构成。第一点光源12A和第二点光源12B包括离散光谱光源(光学频率梳光源)22和聚光透镜24。第一点光源12A中的离散光谱光源(第一光源)22a发出离散光谱光(光谱光、第一光谱光)LA。第二点光源12B中的离散光谱光源(第二光源)22b发出离散光谱光(光谱光、第一光谱光)LB。

图2是用于说明离散光谱光LA、LB的示意图。在图2中，为了便于理解，减少了光谱的条数。如图2所示，离散光谱光LA、LB包含两个以上以互不相同的频率分布的光谱MA。

作为这样的离散光谱光LA、LB，可以举出光学频率梳光源的光谱。在下文中，将光学频率梳光源的光谱称为光学频率梳光谱LX0。光学频率梳光谱LX0例如包含两个以上在频率轴上相互以预定的频率间隔分布的光谱MA。在图2中，将频率轴表示为f轴。在下文中，包含测定时未出现的光谱(图2的上图中虚线所示的光谱)而将光谱MA的数量设为n。将频率轴上频率位置相邻的光谱MA的频率间隔称为相邻频率间隔fr。从频率特性来看，n个光谱MA包括载波包络偏移频率f0、以及具有预定的光强度|E(f)|²分布的光谱包络NA，并分布在频率轴上。在下文中，将载波包络偏移频率f0简记为偏移频率f0。

观察光学频率梳光谱LX0的时间特性，分布有多个脉冲Φ1、Φ2、……Φm。相邻的脉冲Φ1、Φ2、……Φm之间相互的中心的时间间隔为1/fr。多个脉冲Φ1、Φ2、……Φm的光载波电场CA具有对多个光谱MA进行傅立叶逆变换而得到的时间分布。多个脉冲Φ1、Φ2、……Φn的脉冲包络线WA具有对光谱包络NA进行傅立叶逆变换得到的时间分布。

如果确定偏移频率f0和相对于具有偏移频率f0的光谱MA的顺序，则确定预定顺序的光谱MA的频率。例如，对于具有偏移频率f0的光谱MA，第n个光谱MA的频率νn如下述的(1)式那样确定。

νn＝n×fr+f0···(1)

在光学频率梳光谱LX0中，相邻频率间隔fr和偏移频率f0以频率标准器为基准而被稳定化，光谱MA的频率在频率轴上几乎不变化且固定。“在频率轴上不变化”是指多个光谱MA的互不相同的模式被相位同步，且光谱MA的频率以通过与频率标准器相位同步而能够实现的程度在频率轴上不变化的状态。

第一点光源12A发出的离散光谱光LA和第二点光源12B发出的离散光谱光LB的偏移频率f0和相邻频率间隔fr不同。图3是表示第一点光源12A发出的离散光谱光LA的第一光学频率梳光谱LX1和第二点光源12B发出的离散光谱光LB的第二光学频率梳光谱LX2的图。

如图3所示，光学频率梳光谱LX1、LX2即离散光谱光LA、LB分别具有在频率轴上等间隔分布的n个光谱MA1、MA2。在第一光学频率梳光谱LX1中，在频率轴上频率位置相邻的光谱MA1、MA1的频率间隔是第一相邻频率间隔fr1。第一光学频率梳光谱LX1中的多个第一相邻频率间隔fr1相互一致。与此相对，在第二光学频率梳光谱LX2中，在频率轴上频率位置相邻的光谱MA2、MA2的频率间隔是第二相邻频率间隔fr2。第二光学频率梳光谱LX2中的多个第二相邻频率间隔fr2相互一致。第一相邻频率间隔fr1和第二相邻频率间隔fr2彼此相差频率间隔Δfr。频率间隔Δfr由Δfr＝fr1-fr2表示。

如图3所示，当在同一频率轴上排列第一光学频率梳光谱LX1和第二光学频率梳光谱LX2时，在频率轴上相互最接近的光谱MA1、MA2彼此的频率间隔用mΔfr+fRF表示。mΔfr+fRF＝νn1-νn2＝n1×fr1+f01-(n2×fr2+f02)。频率间隔(mΔfr+fRF)小于第一相邻频率间隔fr1的一半(fr1/2)和第二相邻频率间隔fr2的一半(fr2/2)。在此，νn1是指第一光学频率梳光谱LX1的第n1个光谱的频率。f01表示第一光学频率梳光谱LX1的偏移频率。νn2表示第二光学频率梳光谱LX2的第n2个光谱的频率。f02表示第二光学频率梳光谱LX2的偏移频率。

在各个离散光谱光源22的射出方向上配置有聚光透镜24(参照图1)。聚光透镜24将从离散光谱光源22发出的离散光谱光LA、LB会聚到聚光位置P1。因此，聚光透镜24的各种参数是考虑光谱MA1、MA2的频率νn、聚光透镜24的位置、与聚光位置P1的距离等而适当设定的，并不限于特定的值。

如图1所示的第一点光源12A及第二点光源12B那样，在点光源12的光学系统中使用透镜的情况下，虽然未图示，但也可以将透镜替换为反射镜。反射镜也可以具有曲率。通过代替透镜而使用反射镜，能够避免透镜的色像差的影响波及到从离散光谱光源22发出的光学频率梳光谱LX0的各光谱MA的频率。

在光轴X上，在点光源12的前方依次配置有针孔元件26和准直透镜28。

针孔元件26具有预定大小和形状的开口。在沿光轴X的方向上，针孔元件26的开口位于聚光位置P1。针孔元件26的开口的大小和形状是考虑光谱MA1、MA2的频率和用于获得样品S的信息的期望分辨率等而适当设定的，不限于特定的大小。针孔元件26是为了将激光束的空间模式设置为理想形状，并赋予共焦性而设置的。只要测量装置10A能够获得足够的共焦性，则也可以省略针孔元件26。

准直透镜28对从聚光位置P1发散的离散光谱光LA、LB进行准直。准直透镜28的各种参数是考虑光谱MA1、MA2的频率以及聚光位置P1与准直透镜28的位置的距离等而设定的，并不限于特定的值。

只要能够在聚光位置P1对离散光谱光LA、LB良好地进行聚光，则针孔元件26、聚光透镜24及准直透镜28也可以置换为其他结构。

从准直透镜28射出的离散光谱光LB入射到反射镜29。由反射镜29反射的离散光谱光LB入射到半反射镜30。从准直透镜28射出的离散光谱光LA和由反射镜29反射的离散光谱光LB在半反射镜30处汇合，相对于色散元件32的轴线J3以角度θ0入射。

[离散光谱光源]

作为离散光谱光源22，可以使用能够发出上述已说明的光学频率梳光谱LX0的公知梳光源。

在下文中，说明离散光谱光源22的结构例。在各结构例中省略公知的构件的详细说明。离散光谱光源22的结构不限于下述各结构例。

图4是作为离散光谱光源22的第一结构例的梳光源22A的概略图。如图4所示，梳光源22A包括锁模光纤激光器77和放大器78。

锁模光纤激光器77具有：激励用半导体激光器82、具有光隔离器87A的光纤80G、光耦合器84A、光纤80A、光纤80B、80C、以及光隔离器85A。光纤80A具有添加有稀土类元素(铒、镱等)的光放大光纤86A。

放大器78经由配置在光纤80B、80C之间的光耦合器84D而与锁模光纤激光器77连接。放大器78具有光纤80D、光隔离器85B、光纤80E、激励用半导体激光器83、具有光隔离器87B的光纤80F、光耦合器84C、光纤80H、以及光隔离器85C。光纤80D连接至光耦合器84D的输出侧。光纤80H具有添加了稀土类元素(铒、镱等)的光放大光纤86B。

在图4所示的锁模光纤激光器77中，从光隔离器85A向光耦合器84A振荡出频率稳定度高的脉冲。振荡的脉冲的一部分从光耦合器84D提取至光纤80D，在光纤80D内前进，并由放大器78放大。另一方面，振荡出的脉冲的剩余部分在光纤80C内前进，在锁模光纤激光器77的内部循环。根据这样的动作原理，从光隔离器85C射出高输出的光学频率梳的光学频率梳光谱LX0。

图5是作为离散光谱光源22的第二结构例的梳光源22B的概略图。如图5所示，梳光源22B具有光调制器90和微波振荡器93。光调制器90由配置成隔开预定距离的镜92A、92B和配置在两个镜92A、92B之间的电光晶体94构成。对于电光晶体94，例如使用铌酸锂(LiNbO₃)。

在图5所示的结构中，入射到光调制器90的单一光谱光由微波振荡器93进行外部相位调制。通过将电光晶体94设置在由两个镜92A和92B构成的法布里-珀罗共振器中来对电光晶体94施加深调制。通过对电光晶体94进行调制，产生约1000条以上的光谱MA。光谱MA的相邻频率间隔fr与微波振荡器93的调制频率一致。由于光调制器90由无源的构件构成，所以在频率轴上产生包含两个以上非常稳定的光谱MA的光学频率梳光谱LX0。光谱包络NA的中心频率基于从未示出的输入光源发出的光的中心频率来确定。

图6是作为离散光谱光源22的第三结构例的梳光源22C的概略图。如图6所示，梳光源22C具有波导型的马赫-曾德尔调制器(MZM)型超平坦光梳发生器(MV-FCG)95。在MZ-FCG95中形成有输入波导96A、两个分支波导96B、96C和输出波导96D。分支波导96B与能够输入射频(RF)信号的波导耦合。分支波导96C与能够输入相位调制信号的波导耦合。

在图6所示的结构中，当RF信号在预定条件下输入到两个分支波导96B、96C时，在分支波导96B、96C的每一个中从单一光谱产生两个光学频率梳光谱。在两个分支波导96B、96C的耦合位置，两个光学频率梳光谱的光强度的不平衡相互补偿。因此，产生光谱包络NA的平坦性优异的光学频率梳光谱LX0，并从输出波导96D提取。

图7是作为离散光谱光源22的第四结构例的梳光源22D的概略图。梳光源22D是具有梳光源22C的MZ-FCG95的宽频带梳且是超短脉冲光源。如图7所示，梳光源22D具有激励用半导体激光器98、偏振波控制器(PC)99、MZM 100、单模光纤(SMF)108、掺铒光纤放大器109、以及色散平坦渐减光纤(DF-DDF)110。

在图7所示的结构中，由MZ-FCG95产生的光梳信号被输入到标准的SMF 108后又输入到DF-DDF，由此产生达约20THz的光学频率梳光谱LX0。

[色散部]

色散部14在沿着光轴X的方向上配置在准直透镜28和聚光部16之间。色散部14使相对于轴线J3以角度θ0入射的离散光谱光LA、LB按每个光谱MA1、MA2向互不相同的方向色散。图1所示的色散部14具有色散元件32。在图1中，示出了使用衍射光栅作为色散元件32的情况。

色散元件32以使与色散面32a正交的轴线J3相对于光轴X仅倾斜角度θ0的姿势配置。色散元件32将以角度θ0入射的光分别以与n个光谱MA1、MA2的频率对应的角度θ1、θ2、…θn进行一维、二维或三维的波长色散。作为具有这样的功能的色散元件32，例如列举衍射光栅、棱镜、虚像相位阵列(VIPA：注册商标)、计算机全息图(Computer Generated Hologram：CGH)等。在使用衍射光栅或棱镜作为色散元件32的情况下，如图1所示，波长色散后的色散光束一维地、即线状地配置。

衍射光栅的间距考虑光谱MA1、MA2入射的角度θ0、光谱MA1、MA2的频率以及用于获得样品S的信息的期望分辨率等根据公知的光栅方程式进行设定，并不限于特定的间距。在组合使用VIPA和衍射光栅作为色散元件32的情况下，波长色散后的色散光束二维地，即平面状地配置。在使用CGH作为色散元件32的情况下，通过使CGH具有透镜特性，能够按每个光谱改变聚光位置的深度。

图8是表示组合使用VIPA和衍射光栅作为色散元件32时的色散部14的第一结构例的示意图。图8所示的色散部14A具有柱面透镜48、VIPA 50、球面透镜52和衍射光栅54作为色散元件32。VIPA 50由薄玻璃板50b构成。在玻璃板50b的一个表面上形成有半透过膜(省略图示)。在另一个表面上形成有反射膜50r。VIPA 50具有基于标准具的敏锐的波长色散特性。当使VIPA 50可移动时，波长色散角变化。

在图8所示的结构中，首先，由柱面透镜48向一个方向(图8所示的箭头X方向)聚光的光由VIPA 50进一步向箭头Y方向色散。被色散的光的色散角度相对于光轴在角度α的范围内。角度α由离散光谱光LB的频率、VIPA 50的厚度、以及离散光谱光LB向VIPA 50的入射角度决定。

由VIPA 50色散的光由球面透镜52按照这些光的每一个向与光轴平行的方向偏转，入射到衍射光栅54。由于衍射光栅54的光栅的延伸方向是与箭头Y方向平行的方向，所以从衍射光栅54反射的光在反射的同时，还在与上述一个方向正交的方向(图8所示的箭头X方向)上衍射，按每个频率色散。因此，光谱MA1、MA2在箭头D2方向以及箭头D3方向、和与箭头D1、D2、D3方向正交的方向上被二维展开。

如图8所示，二维展开的光谱MA1、MA2在与箭头D1、D2、D3方向正交的方向上分在的光带d1、以及光谱MA1、MA2在箭头D2、D3方向上的间距d2依赖于VIPA 50的自由光谱范围(FSR)以及衍射光栅54的光栅间距。与箭头D1、D2、D3方向正交的方向上的间距d3依赖于入射到VIPA 50的离散光谱光LB的光谱的频率间隔。在第一实施方式中，离散光谱光LB的光谱的频率间隔是第一相邻频率间隔fr1和第二相邻频率间隔fr2中的任一个。

[聚光部]

如图1所示，聚光部16在沿着光轴X的方向上配置在色散部14和样品S之间。聚光部16使由色散部14进行了波长色散的光谱MA1、MA2分别聚光于样品S的互不相同的位置p1、p2、……、pn。

聚光部16具有中继透镜34、36和物镜38。中继透镜34、36用于将色散元件32的光束射出状态传送到物镜的入射光瞳(图1所示的点P7)。中继透镜34将多个光谱MA1、MA2向与光轴X正交的方向(例如，图1所示的箭头D2方向或箭头D3方向)的分别不同的位置聚集。中继透镜36对聚光后发散的多个光谱MA1、MA2进行准直，并且使其共同地通过作为物镜的入射光瞳的点P7，并使其入射到物镜38。物镜38依赖于点P7的光束入射角度而在不同的位置形成焦点。入射角度按每个光谱MA1、MA2而不同。对于每个光谱MA1、MA2，在样品S的箭头D2或D3方向上聚光于不同的位置。

另外，聚光部16的结构只要是使由色散部14进行了波长色散的光谱MA1、MA2分别聚光于样品S的互不相同的位置p1、p2、……、pn并形成聚光点区域(聚光点)C，则不限于上述结构。

图9是示意性地表示通过聚光部16在样品S的表面二维地展开的多个聚光点区域C的图。各聚光点区域C以点状存在。图9表示使用图8所示的组合了VIPA 50和衍射光栅54的色散部14A的情况下的聚光点区域C的展开图像。聚光点区域C二维地存在。聚光点区域C分别对应于在图1的样品S中光聚集的位置p1、p2、……、pn。

图9的右侧是放大各个聚光点区域C的图。如图3所示，从第一点光源12A照射的第一光学频率梳光谱LX1和从第二点光源12B照射的第二光学频率梳光谱LX2的相邻频率间隔不同。因此，如图9的右侧所示，来自第一点光源12A的离散光谱光LA和来自第二点光源12B的离散光谱光LB的聚光位置稍微不同。

如图3所示，如果将来自第一点光源12A的离散光谱光LA和来自第二点光源12B的离散光谱光LB在同一频率轴上排列，则在频率轴上相互最接近的光谱MA1、MA2的频率间隔(mΔfr+fRF)用νn1-νn2＝(n1×fr1+f01)-(n2×fr2+f02)表示，其小于第一相邻频率间隔fr1的一半(fr1/2)和第二相邻频率间隔的一半(fr2/2)。因此，如图9所示，当分别扩大聚光点区域C时，第一点光源12A发出的离散光谱光LA的聚光点区域C1和第二点光源12B发出的离散光谱光LB的聚光点区域C2成为一部分重叠的图像。换言之，在各聚光点区域C中，聚光点区域C1和聚光点区域C2在重叠区域In重叠，并且相互错开。

聚光部16使由色散部14色散的每个点光源12的光谱MA1、MA2分别聚光于样品S的多个不同的聚光点区域C1、C2。在各聚光点区域C中，基于第一点光源12A的多个聚光点区域C1和基于第二点光源12B的多个聚光点区域C2分别在重叠区域In重叠。

在两个聚光点区域C1、C2的重叠区域In中，离散光谱光LA和离散光谱光LB发生干涉。其结果，重叠区域In中的光电场通过与离散光谱光LA的光谱MA1和离散光谱光LB的光谱MA2的频率差对应的拍频进行调制。通过具有与两个光谱MA1、MA2的拍频相当的调制频率的干涉光差拍，荧光差拍被激励而产生。荧光差拍的频率与干涉光的拍频相同。即，从两个聚光点区域C1、C2的重叠区域In产生两个光谱MA1、MA2的拍频的荧光差拍光谱。另一方面，在重叠区域In以外的聚光点区域C1及聚光点区域C2中，产生以第一相邻频率间隔fr1及第二相邻频率间隔fr2的频率调制的荧光光谱。

图10是表示第一光学频率梳光谱LX1和第二光频率梳光谱LX2的干涉RF光谱的产生过程的图。如上所述，对于第一光学频率梳光谱LX1，频率轴上频率位置相邻的光谱MA1、MA1的频率间隔为第一相邻频率间隔fr1。频率轴上的多个第一相邻频率间隔fr1相互一致。与此相对，对于第二光频率梳光谱LX2，频率轴上频率位置相邻的光谱MA2、MA2的频率间隔为第二相邻频率间隔fr2。频率轴上的多个第二相邻频率间隔fr2也相互一致。第一相邻频率间隔fr1和第二相邻频率间隔fr2互不相同。

因此，在这些干涉光中，在电磁波区域的频率轴上频率位置相邻的光谱MA、MB的频率间隔为mΔfr+fRF。频率间隔(mΔfr+fRF)用νn1-νn2＝(n1×fr1+f01)-(n2×fr2+f02)表示。该干涉光的RF光谱相对于第一光学频率梳光谱LX1和第二光频率梳光谱LX2进行了被缩小尺度。从由具有这样的干涉光的RF光谱的激励光激励而产生的荧光也能得到具有频率间隔为Δfr的拍频的荧光差拍群光谱FG(图11)。如图11所示，与在聚光点区域(聚光点)C1、C2中的非重叠区域产生的荧光F1、F2的频率相比，荧光差拍群光谱FG的频率被缩小尺度。荧光差拍群光谱FG具有样品S的各重叠区域In的信息。各重叠区域In的信息对应于根据荧光差拍群光谱FG将二维图像图像化时的测定点。

从聚光点区域C1和聚光点区域C2的重叠区域In产生的荧光差拍群光谱分布在比fr1/2和fr2/2低的频带。另一方面，来自聚光点区域C1中的与聚光点区域C2的非重叠区域的荧光以第一相邻频率间隔fr1分布。来自聚光点区域C2中的与聚光点区域C1的非重叠区域的荧光以第一相邻频率间隔fr2分布。因此，即使产生的荧光的波长在重叠区域In和非重叠区域相同，通过利用RF光谱的不同，也能够仅提取重叠区域In的荧光。构成荧光差拍群光谱的频率复用信号分别与样品S上的二维内的多个测定点一一对应，因此能够根据荧光差拍群光谱重构图像。

为了得到荧光差拍群光谱，重要的是基于第一点光源12A的多个聚光点区域C1和基于第二点光源12B的多个聚光点区域C2分别至少一部分重叠。即，重要的是形成重叠区域In。重叠区域In的大小可以通过物镜38的焦距(fd)、物镜38的数值孔径(NA)、聚光光学系统(聚光部16)的各倍率(β)、第一光学频率梳光谱LX1和第二光学频率梳光谱LX2的相邻频率间隔差(mΔfr+fRF)、色散元件32的色散特性(K[rad/Hz])等来控制。相邻频率间隔差(mΔfr+fRF)是νn1-νn2＝(n1×fr1+f01)-(n2×fr2+f02)＝δ[Hz]。

聚光点区域C1、C2的中心间距离为d[m]。在以下的关系式(2)成立的情况下，两个聚光点区域C1、C2形成重叠区域In。

d≒fd·β·K·δ·Nm<1.22λ/NA···(2)

在式(2)中，λ≒c/(f01+Nm·fr1)。f01表示第一光学频率梳光谱LX1的偏移频率。

为了避免聚光点区域C彼此在多个部位重叠，相邻的聚光点区域C1彼此的间隔优选比各聚光点区域C1的光斑尺寸的2倍大。为了避免聚光点区域C彼此在多个部位重叠，相邻的聚光点区域C2彼此的间隔优选比各聚光点区域C2的光斑尺寸的2倍大。

样品S只要是吸收所照射的光谱(激励光)MA1、MA2并进行荧光发光的物体即可，不限于特定的物体等。例如，作为样品S，可以使用生物细胞的自身荧光、荧光蛋白质、荧光珠等。

在样品S的各测定点产生的、后方传播的荧光再次入射到聚光部16。这些光通过聚光部16的物镜38准直，并且共同通过点P7。然后，入射到中继透镜36，通过中继透镜36沿与光轴X正交的方向(即，图1所示的箭头D2或D3方向)分别在不同的位置聚光。聚光后发散的多个荧光通过中继透镜34准直，并且被引导到分离部19。与荧光同样地，来自样品S的各点的反射散射光也入射到聚光部16而大致会聚，并被引导到分离部19。

[分离部]

分离部19在沿着光轴X的方向上配置在聚光部16和空间滤波光学系统18之间。分离部19仅反射荧光。因此，分离部19使从色散部14朝向样品S的光通过，使由样品S发出的荧光反射并引导至空间滤波光学系统18。分离部19分离来自样品S的反射散射光和样品S发出的荧光。

分离部19例如可以使用分色镜。分离部19也可以是将半反射镜和荧光滤光片组合而成的部件。荧光滤光片拦截来自样品S的反射散射光。通过半反射镜使样品S的反射散射光和样品S所发出的荧光向预定方向反射后，使其通过荧光滤光片，从而能够仅使样品S所发出的荧光通过。

[空间滤波光学系统]

空间滤波光学系统18在沿着光轴X的方向上配置在分离部19和检测部20之间。空间滤波光学系统18在与光谱MA1、MA2在样品S上的聚光点区域C1、C2重叠的各个重叠区域In共轭的多个位置P3聚光。在测量装置10A中，在光轴S上，第一点光源12A的聚光位置P1、第二点光源12B的聚光位置P1、离散光谱光LA、LB在中继透镜34、36之间聚光的位置、在样品S聚光的位置p1、p2、……、pn以及与重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n这5种位置相互共轭。

图1所示的空间滤波光学系统18具有聚光透镜40、针孔阵列元件42、准直透镜44。聚光透镜40、针孔阵列元件42、准直透镜44在光轴X方向上依次配置。

聚光透镜40将从样品S发出的荧光会聚到与样品S上的聚光点区域C1、C2重叠的多个重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n。以下，有时将上述位置P3₁～P3_n仅记载为与重叠区域In共轭的位置P3。

针孔阵列元件42具有多个预定大小、形状以及间隔的开口部。在沿光轴X的方向上，针孔阵列元件42的开口位于与由聚光部16聚光的聚光点区域C1、C2重叠的多个重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n。图12是示意性地表示样品S中的重叠区域In与针孔阵列元件42的开口部的位置关系的图。在图12中，为了便于理解样品S的位置与针孔阵列元件42的位置之间的对应关系，省略了样品S与针孔阵列元件42之间的光学系统。

如图12所示，针孔阵列元件42能够仅使在重叠区域In中发光的荧光通过。针孔阵列元件42的开口部的大小、形状及间隔考虑从样品S发出的荧光光谱的频率、重叠区域In的形状和间隔、聚光透镜40的聚光性能等而适当设定。针孔阵列元件42仅使荧光中的来自聚光点区域C1、C2重叠的重叠区域In的荧光光谱通过。

针孔阵列元件42也可以是在由金属板等构成的基板上以预定的位置、尺寸和形状二维地排列多个开口部的固定针孔阵列元件。在使用固定针孔阵列元件的情况下，优选将能够三维地微调固定针孔阵列元件的开口部的位置的机构与针孔阵列元件42连接。也可以在光源侧调整离散光谱光的各种参数(例如，第一相邻频率间隔fr1、第二相邻频率间隔fr2、偏移频率f01、f02)而不调整针孔阵列元件42的各种参数。

为了使针孔阵列元件42的调整具有较高灵活性，也可以使用能够在空间上、时间上调制振幅、相位或偏振光的空间光调制器作为针孔阵列元件42。空间光调制器能够任意地改变开口部的形状、位置、尺寸，因此即使在从第一点光源12A或第二点光源12B射出的光的条件变动的情况下，也能够配合变动来调节开口部的形状、位置、尺寸，仅使来自样品S的期望信息通过检测部20。

针孔阵列元件42的调整可以如下进行。例如，在开始实际的样品S的观察之前，配置全面涂覆了荧光材料的玻璃板来代替样品S。通过检测部20检测由玻璃板产生的荧光投影到空间调制器而形成的多个点像。通过使检测出的点像附近的区划透明，能够实现与针孔阵列元件42相当的空间滤波器。例如，也可以预先独立地获得两个离散光谱光LA、LB中的二维焦点分布，根据该分布的重叠状态来确定重叠部分。

空间调制器可以使用SXGA、XGA等高分辨率的液晶图像显示元件。投影荧光点的像素可以通过检测在对应于该像素的TFT中产生的光电流来确定。如果经过这样的检测过程，则即使光轴因环境变化等而偏移，也能够确保良好的空间滤波特性。

准直透镜44对从与重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n发散的荧光光谱进行聚光。因此，准直透镜44的各种参数考虑荧光光谱的频率、与重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n与准直透镜44的位置的距离等而适当设定，不限于特定的值。准直透镜44也可以使用聚光透镜。

[检测部]

检测部20在沿着光轴的X方向上配置在测量装置10A的最后方。检测部20至少根据基于荧光光谱的调制信号获得样品S的信息，该荧光光谱包含样品S的信息。在第一实施方式中，检测部20根据基于荧光光谱的调制信号获得样品S的信息，该荧光光谱通过空间滤波光学系统18进行空间滤波并且包含样品S的信息。

可以使用公知的检测器作为检测部20。具有在焦点附近聚光点区域C1、C2重叠的重叠区域In中的拍频的荧光光谱(荧光差拍)入射到检测部20。拍频的荧光光谱是经过下述工序而得到的。例如，可以经过用RF光谱分析仪直接测量荧光光谱并转换为原来的光区域的频率标度的工序。或者，也可以经过用数字化仪获得荧光差拍信号的时间变化并对其进行傅立叶变换的工序。如图11所示，在进行傅立叶变换的步骤中，得到荧光差拍群光谱FG，即与各像素对应的频率复用信号。在检测部20中，对于检测出的荧光光谱是从样品S的哪个位置以何种程度的强度发出的荧光，可以根据频率复用信号进行重构，并可以观察样品S的荧光像。

[使用测量装置10A的测量]

接着，对使用了图1所示的测量装置10A的测量的原理进行说明。

从两个点光源12的离散光谱光源22a、22b发出的离散光谱光LA、LB在聚光位置P1聚光，并通过针孔元件26的开口。从聚光位置P1发散的离散光谱光LA、LB由准直透镜28准直，入射到色散部14的色散元件32。

相对于轴J3形成共同的角度θ0且入射到色散元件32的离散光谱光LA、LB的两个以上(这里设为n个)的光谱MA1、MA2按每个光谱MA1、MA2，以与其频率对应的角度θ1、θ2、……、θn同时色散。即，按每个光谱MA1、MA2在互不相同的方向上同时色散。

接着，按每个光谱以不同的角度θ1、θ2、……、θn色散的n个光谱MA1、MA2中的各个光谱入射到聚光部16。入射的n个光谱MA1、MA2中的各个光谱由中继透镜34按每个光谱聚光，并由中继透镜36朝向点P7准直。通过点P7的n个光谱MA1、MA2的各个光谱分别由物镜38同时会聚到样品S的互不相同的位置p1、p2、……、pn。

n个光谱MA1、MA2的各个光谱在样品S的互不相同的位置p1、p2、……、pn的聚光点区域C同时聚光。在各聚光点区域C中，产生基于光谱MA1的荧光发光和基于光谱MA2的荧光发光。从各个聚光点区域C产生的荧光具有样品S的各点的信息。在样品S上形成n个重叠区域In，该重叠区域In是光谱MA1的聚光点区域C1和光谱MA2的聚光点区域C2相互重叠的区域。在n处的重叠区域In中，产生由光谱MA1和光谱MA2的干涉光引起的荧光差拍。

来自各个样品的聚光点区域C的荧光和反射散射光分别被聚光部16的物镜38准直，并且共同通过点P7。这些光入射到中继透镜36，并由中继透镜36在与光轴X正交的方向(即，图1所示的箭头D2或D3方向)上分别在不同的位置聚光。聚光后发散的这些光被中继透镜34准直，并且朝向分离部19偏转。

来自互不相同的位置p1、p2、……、pn的反射散射光以及在互不相同的位置p1、p2、……、pn产生的荧光入射到分离部19。分离部19分离荧光和除荧光之外的光。即，分离部19除去入射到分离部19的光中除荧光以外的成分。荧光以外的成分是指由样品S反射的激励光的一部分。另外，在不使分离部19具有波长选择性的情况下，也可以使用分束器和荧光滤光片。

来自各聚光点区域C的重叠区域In的荧光通过分离部19入射到空间滤波光学系统18。入射到空间滤波光学系统18的荧光通过聚光透镜40会聚到与各聚光点区域C的重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n。进而，荧光通过具有多个开口部的针孔阵列元件42的开口部。针孔阵列元件42与光谱MA1的聚光点区域C1和光谱MA2的聚光点区域C2相互重叠的重叠区域In对应地具有开口部。因此，针孔阵列元件42拦截重叠区域In的荧光的焦点以外的成分。重叠区域In的荧光的焦点以外的成分是来自图9的右图中的重叠区域In的焦点以外的成分以及非重叠区域C1、C2的成分，例如是从样品的深度方向等的内部处产生的成分等。

如图11所示，来自重叠区域In的荧光通过由与光谱MA1和光谱MA2的频率差相当的拍频群调制的激励光差拍而产生，具有按每个重叠区域In而不同的调制频率(拍频)。即，针孔阵列元件42仅使附加有样品S的各点的信息的预定拍频的荧光光谱通过。通过针孔阵列元件42的开口的n个荧光光谱由准直透镜44准直，并入射到检测部20。

在检测部20中，能够从包含样品S的图像像素信息并以不同拍频进行调制的荧光差拍群信号中获得与样品S的图像像素对应的n个模式分解光谱。以拍频进行调制的荧光例如由RF光谱分析仪直接测量，转换为原来的光区域的频率标度。以拍频进行调制的荧光也可以通过用数字化仪来获得检测信号的时间变化而得到。如图11所示，通过对所获得的荧光进行傅立叶变换，获得基于以拍频进行调制的荧光的模式分解光谱(荧光差拍群光谱FG)。n个模分解光谱的各光谱与样品S的聚光点区域C的各重叠区域In对应，与根据荧光差拍群光谱FG对二维图像进行图像化时的各测定点对应。

[测量装置10A的作用效果]

接着，对第一实施方式的测量装置10A的作用效果进行说明。

如图9所示，第一实施方式的测量装置10A能够通过一次照射(即，一次发射)同时将离散光谱光LA、LB会聚到样品S的互不相同的聚光点C。由此，在不扫描激光束的情况下，能够同时对离散谱光LA和LB中所包括的n个光谱MA1和MA2中的两个以上进行多维变换，从而将其映射到多维平面上。

由于离散光谱光LA、LB相互独立，所以与使用连续光谱光的情况不同，能够分别在n个光谱MA1、MA2的聚光位置p1、p2、……、pn处同时且并行地获得作为荧光发光的样品S的信息。因此，如果使光谱MA1、MA2的聚光点区域C与样品S的测量对象的范围一致，则能够非机械地高速获得该测量范围的样品S的信息。

根据第一实施方式的测量装置10A，通过分离部19和针孔阵列元件42，将由样品S反射的激励光的一部分和荧光发光的各成分拦截，在检测部20中能够仅检测具有来自作为测量对象的重叠区域In的焦点附近的光差拍光谱的荧光。光差拍光谱是由于两个离散光谱LA、LB干涉的干涉光而产生的。光差拍光谱从光的频带(数百太赫兹频带)下调到RF频带(从kHz到MHz频带)。即，根据第一实施方式的测量装置10A，能够使用通用的RF测量设备进行高精度且高速的测量。

光差拍光谱仅包含光谱MA1的聚光点区域C1和光谱MA2的聚光点区域C2相互重叠的重叠区域In的信息。通过适当调整并成形聚光点区域C1的光束点的轮廓，能够使重叠区域In所占的区域比各个聚光点区域C1、C2所占的区域狭窄，而能够根据光差拍光谱得到更微细的区域的信息。

第一实施方式的测量装置10A的第一点光源12A发出的离散光谱光LA的n个光谱MA1的第一相邻频率间隔fr1、以及第二点光源12B发出的离散光谱光LB的n个光谱MA2的第二相邻频率间隔fr2分别在频率上是一定的。因此，n个光谱MA1、MA2分别在样品S的互不相同的位置隔开一定的间隔进行聚光。因此，能够等间隔地获得样品S的测量范围内的信息。

当从第一点光源12A发射的离散光谱光LA的第一光学频率梳光谱LX1和从第二点光源12B发射的离散光谱光LB的第二光学频率梳光谱LX2在相同的频率轴上排列时，在频率轴上彼此最接近的光谱MA1和MA2之间的频率间隔(mΔfr+fRF)由νn1-νn2＝(n1×fr1+f01)-(n2×fr2+f02)表示。频率间隔(mΔfr+fRF)小于第一相邻频率间隔fr1的一半(fr1/2)和第二相邻频率间隔的一半(fr2/2)。因此，在聚光点区域C1和聚光点区域C2相互重叠的重叠区域In中，第一光学频率梳光谱LX1和第二光学频率梳光谱LX2发生干涉。重叠区域In的干涉光以与频率轴上最接近的光谱MA1、MA2彼此的频率间隔(mΔfr+fRF)相当的频率进行调制。由此，能够得到按每个重叠区域In而不同的调制频率的荧光差拍。即，在第一实施方式的测量装置10A中，能够使用频率间隔被缩小尺度的荧光差拍群信号，从而能够直接重构荧光图像。

在起到上述作用效果的测量装置10A中，与现有的共焦点荧光显微镜相比，高速性和高分辨率性大幅提高，能够通过一次照射离散光谱光LA、LB来获得高对比度的鲜明信息。因此，能够直接观察例如活着的细胞内部的分子运动。其结果，认为能够获得与生命功能分析等生物领域相关的新见解。

(第二实施方式)

图13是第二实施方式的测量装置10B的示意图。与测量向后传播的荧光的第一实施方式的测量装置10A不同，第二实施方式的测量装置10B测量从样品S向前传播的荧光。在图13所示的第二实施方式的测量装置10B的构件中，对于与图1所示的第一实施方式的测量装置10A的构件相同的构件标注相同的符号，并省略其说明。

[测量装置10B的结构]

如图13所示，测量装置10B具有：两个点光源12、色散部14、第一聚光部15、第二聚光部17、反射部21、空间滤波光学系统18、以及检测部20。

在测量装置10B中，在沿着光轴X的方向上，在样品S和反射部21之间设置有第二聚光部17。第二聚光部17以样品S为基准与第一聚光部15具有对称的关系，是以样品S为基准将第一聚光部15翻折的结构。

第二聚光部17具有物镜39和中继透镜35、37。中继透镜35、37将物镜的入射光瞳(点P5)的光束射出状态传送到反射部21。物镜39和中继透镜35、37分别对应于物镜38和中继透镜34、36。物镜39将从相互不同的位置p1、p2、……、pn向前方传播的各个光谱准直，并且使其共同通过点P5，入射到中继透镜37。以下，将从位置p1、p2、……、pn向前方传播的各个光谱称为透射光谱。中继透镜37使通过了点P5的多个透射光谱在与光轴X正交的方向(即，图13所示的箭头D2或D3方向)上分别在不同的位置聚光。中继透镜35对聚光后发散的多个透射光谱进行准直。第二聚光部17不限于上述结构。

[使用测量装置10B的测量]

接着，对使用了图13所示的测量装置10B的测量的原理进行说明。另外，从两个点光源12发出的离散光谱光LA、LB照射到样品S为止的原理与使用了测量装置10A的测量的原理相同，因此省略说明离散光谱光LA、LB照射到样品S为止的原理。

在样品S的互不相同的位置p1、p2、……、pn上同时聚光的n个光谱MA1、MA2的各个光谱中，附加有与位置p1、p2、……、pn的样品S相关的信息。这样，通过一次照射离散光谱光LA、LB，在样品S上同时形成n个聚光点区域C。在聚光点区域C的每一个上形成有重叠区域In。在重叠区域In中，离散光谱光LA、LB发生干涉，产生以与干涉光相同的频率进行调制的荧光。在各个重叠区域In中产生的荧光差拍中相互独立地附加有样品S的信息。

离散光谱光LA、LB及由样品S产生的荧光从相互不同的位置p1、p2、……、pn向前方传播，入射到第二聚光部17。离散光谱光LA、LB及n个位置的荧光通过第二聚光部17的物镜39而分别被像差校正或准直，并且共同通过点P5。通过点P5的荧光入射到中继透镜37，在与光轴X正交的方向(即，图13所示的箭头D2或D3的方向)上由中继透镜37分别在不同的位置聚光。聚光后发散的多个透射光谱及来自n个位置的荧光由中继透镜35准直，并且朝向反射部21偏转。

来自互不相同的位置p1、p2、……、pn的荧光由反射部21以期望角度反射。

包含样品S的信息的n个荧光入射到空间滤波光学系统18。入射到空间滤波光学系统18后的原理与使用测量装置10A的测量的原理相同。另外，也可以不设置中继透镜35和反射部21，而使通过中继透镜37的荧光直接入射到空间滤波光学系统18。

经由针孔阵列元件42的预定荧光是在重叠区域In的焦点产生的n个光差拍光谱的荧光并且入射到检测部20。因此，在检测部20中，从包含样品S的信息的光差拍光谱中获得与样品S的荧光图像像素对应的n个模式分解光谱。

[测量装置10B的作用效果]

根据第二实施方式的测量装置10B，能够得到与第一实施方式的测量装置10A同样的作用效果。

(第三实施方式)

图14是第三实施方式的测量装置10C的示意图。第三实施方式的测量装置10C与第一实施方式的测量装置10A的不同点在于，具有控制部60，该控制部60控制第二点光源12B发出的离散光谱光LB的偏移频率f02或相邻频率间隔fr2。另外，在图14所示的第三实施方式的测量装置10C的构件中，对于与图1所示的第一实施方式的测量装置10A的构件相同的构件，标注相同的符号，并省略其说明。

[测量装置10C的结构]

如图14所示，第三实施方式的测量装置10C具有控制部60。控制部60控制第二点光源12B发出的离散光谱光LB的偏移频率f02或相邻频率间隔fr2。在图14所示的结构中，控制部60设置在第二点光源12B上，但是控制部60也可以设置在第一点光源12A上，也可以设置在两个点光源12上。

控制部60控制离散光谱光LB的偏移频率f02或相邻频率间隔fr2。例如控制部60控制离散光谱光LB的脉冲Φ1、Φ2、……、Φm的间隔(参照图2)。当通过控制部60改变离散光谱光LB的偏移频率f02或相邻频率间隔fr2时，图9中的重叠区域In的重叠情况和面积改变。当通过控制部60使两个点光源12各自的偏移频率f02或相邻频率间隔fr变化时，聚光于样品S的聚光点区域C的位置发生变化。

第三实施方式的测量装置10C中的空间滤波光学系统18优选具有能够变更透过的光的位置的空间光调制器。当聚光点区域C的位置变化时，在固定型的针孔阵列元件42中，期望信息有可能被空间滤波拦截。如果是能够任意变更透过的光的位置的空间光调制器，则能够使附加有样品S各点的信息的预定拍频的光差拍光谱朝向检测部20通过。

[测量装置10C的作用效果]

如果通过控制部60改变离散光谱光LB的偏移频率f02或相邻频率间隔fr2，并改变图9所例示的重叠区域In的重叠情况，则从样品S得到光差拍光谱的范围发生变化。测量装置10C读取从光差拍光谱得到的样品S的信息。因此，得到光差拍光谱的范围对测量装置10C的分辨率产生很大的影响。换言之，通过改变重叠区域In的重叠情况，能够改变测量装置10C的分辨率。

光差拍光谱从两个点光源12的聚光点区域C1、C2的重叠区域In得到。换言之，不能测量样品S中重叠区域In以外的部分的信息。在通过控制部60改变聚光于样品S的聚光点区域C的位置的情况下，能够根据需要使聚光点区域C的位置偏移，能够得到未测量的部分的信息。通过控制部60控制会聚在样品S上的聚光点区域C的位置，能够根据两组信息得到两个图像，该两组信息为使聚光点区域C的位置偏移前的信息以及通过使聚光点区域C偏移聚光点区域C彼此的间隔的1/4左右后的位置获得的信息。在得到两个图像之后，如果使用一般的图像处理算法对这些图像进行运算，则能够得到分辨率增强的图像。

在以上说明的第一实施方式至第三实施方式的测量装置中，也可以获得荧光差拍的相位信息。如果获得荧光差拍的相位信息，则除了荧光强度以外，还能够提取荧光寿命的信息。

如图15所示，干涉光差拍和荧光差拍具有相同的RF光谱。在图15中，将频率轴表示为Freq.轴。对于频率f的光谱成分的时间波形，干涉光差拍和荧光差拍的周期都是1/f。但是，荧光差拍依赖于荧光产生过程而仅偏移相位θ。相位θ的延迟和荧光寿命τ的关系由以下的(3)式表示。

τ＝tanθ/(2πf)···(3)

同时测量干涉光差拍和荧光差拍，能够根据干涉光差拍和荧光差拍的相位差分布获得荧光寿命图像。如果使用荧光寿命图像，则可以以高灵敏度检测细胞内的荧光分子周围环境变化、荧光分子的反应速度变化等。能够实现荧光或磷光的氧成像或离子成像、基于荧光共振能量转移(FRET)的蛋白质间的相互作用的成像、荧光相关光谱分析技术(FCS)。

在上文中，对本发明的优选实施方式进行了详细描述，但本发明不限于特定的实施方式。即，上述实施方式只不过记载了本发明的多个存在的实施方式的一部分。当然，只要在能够实现本发明的目的、课题或效果的范围内，即使没有记载在上述实施方式中，也能够在本发明的测量装置及照射装置中进行各种变形、变更。特别地，上述各实施方式中记载的多个结构或功能可以组合，也可以进行变更(追加、删除)。

本发明的课题和目的在本说明书的“发明要解决的课题”中概括地记载，但是不限于所记载内容。当然，实施方式中记载的课题和目的对于各个方案都是有效的。另外，实施方式所记载的效果是课题或目的的反映。因此，即使在上述实施方式中没有直接记载课题或目的，也应该理解其存在。

另外，在上述实施方式中，在从第一实施方式到第三实施方式的测量装置中，记载了用于实现课题或目的的方案，但该课题或目的的完成度未必是100％。本发明的课题或目的根据方案的构成的组合而变化，当然即使是10％的完成度，也不应作为未实现目的而否定该方案。

例如，在实施方式中，即使在作为某个结构仅记载了“板簧”的情况下，作为“弹簧”，也可以在技术常识的范围内设想为“螺旋弹簧”。因此，如果“板簧”以外的“弹簧”能够实现本发明的目的，则视为记载了“弹簧”作为本发明的结构。

在上述各实施方式中，第一点光源12A和第二点光源12B分别具有聚光透镜24。相对于第一点光源12A和第二点光源12B各自的聚光透镜24，在光轴X上的前侧分别按顺序配置有针孔元件26和准直透镜28。但是，也可以使第一点光源12A和第二点光源12B的聚光透镜24、以及与第一点光源12A和第二点光源12B对应的针孔元件26、准直透镜28共同化。

例如，图16是具有第三点光源(第一点光源、第二点光源)12C的测量装置10A’的示意图，其中，第三点光源12C通过在第一实施方式的测量装置10A中在离散光谱光源22a、22b的光轴X上使聚光透镜24、针孔元件26、准直透镜28共同化而得到。在测量装置10A’中，在从离散光谱光源22b射出的离散光谱光LB的光轴X上，在离散光谱光源22b和聚光透镜24之间配置有半反射镜23。离散光谱光源22a配置在以半反射镜23的反射面为基准将离散光谱光源22b翻折的位置上。从离散光谱光源22a射出的离散光谱光LA和从离散光谱光源22b射出的离散光谱光LB在半反射镜23处汇合，通过共用的聚光透镜24、针孔元件26、准直透镜28。

如上所述，在测量装置10A中相互共轭的位置有5种。在测量装置10A’中，在光轴X上，一个聚光位置P1、离散光谱光LA、LB在中继透镜34、36之间聚光的位置、在样品S聚光的位置p1、p2、……、pn、以及与重叠区域In共轭的多个位置P3₁～P3_n这4种位置相互共轭。通过在离散光谱光源22a、22b的光轴X上共用聚光透镜24、针孔元件26、准直透镜28，从而使得在测量装置10A’中相互共轭的位置为4种。在测量装置10A’中，不需要像在测量装置10A中进行的离散光谱光源22a、22b的聚光点的位置对准，因此共焦性提高，并且操作变得容易。另外，根据测量装置10A’，能够减少光射出部11的部件的数量，实现装置整体的小型化。

在上述各实施方式中，光射出部11具有第一点光源12A和第二点光源12B。但是，光射出部11只要能够朝向色散部14射出相邻频率间隔互不相同的离散光谱光LA、LB即可，也可以不必具有两个光源。例如，光射出部11也可以仅具有一台具有环型谐振器结构或其他结构的光学频率梳源。在环形谐振器结构中，激光在顺时针方向和逆时针方向中的每个上传播并放大。在环形谐振器结构中，可以是具有不同的两个波长的光分别被传播并放大。在环形谐振器结构中，可以是彼此正交的两个偏振光分别被传播并放大。在激光的强度变得比预定强度大的时刻，从谐振器结构射出离散光谱光LA、LB。能够使从光学频率梳源射出的离散光谱光LA、LB沿着彼此相同的方向行进，并入射到色散部14。这样，通过由一台光学频率梳源构成光射出部11，能够实现光射出部11的小型化和低成本化。

在上述各实施方式中，测量装置通过具有空间滤波光学系统18，从而在样品S具有如细胞等那样的厚度的情况下，能够在沿光轴X的方向即在样品S的厚度方向上以高分辨率获得任意位置的、与样品S相关的信息。但是，在样品S中加入试剂而只需在沿光轴X的方向上得到仅存在试剂的位置的信息即可的情况下或获得荧光差拍的相位信息的情况下，可以省略空间滤波光学系统18。

根据上述能够变更的情况，本发明的测量装置至少具有光射出部11、色散部14、聚光部16或第一聚光部15、以及检测部20即可。光射出部11射出多个光谱光，所述光谱光包含两个以上以互不相同的频率分布的光谱。多个光谱光分别具有不同的相邻频率间隔。光射出部11只要能够射出多个光谱光即可，不一定是光源。在多束光谱光从其他测定装置分支并射出到本发明的测量装置的结构中，光射出部11也可以是其他测定装置的分支部。检测部20获得通过在多个重叠区域In中的每个处的干涉光差拍而发光且包含样品S的信息荧光差拍的信号。

附图标记说明

10A、10A’、10B、10C…测量装置

11…光射出部

14…色散部

15…第一聚光部

16…聚光部

17…第二聚光部

19…分离部

18…空间滤波光学系统

20…检测部

12…点光源(光源)

32…色散元件

LA、LB……离散光谱光

p1、p2、……、pn…样品的互不相同的位置、样品上的聚光位置

P3…共轭位置

S…样品

Claims (12)

1.一种测量装置，包括：

第一光源和第二光源，所述第一光源发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第一光谱光，所述第二光源发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第二光谱光，其中，作为所述第二光谱光的相邻光谱的频率间隔的第二相邻频率间隔不同于作为所述第一光谱光的相邻光谱的频率间隔的第一相邻频率间隔；

色散部，使从所述第一光源发出的所述第一光谱光按每个所述光谱向互不相同的方向色散，使从所述第二光源发出的所述第二光谱光按每个所述光谱向互不相同的方向色散；

聚光部，将由所述色散部色散的、所述第一光源的所述光谱分别会聚到样品的多个不同聚光点，将由所述色散部色散的、所述第二光源的所述光谱分别会聚到所述样品的多个不同聚光点，并且使基于所述第一光源的多个聚光点和基于所述第二光源的多个聚光点相互重叠；

空间滤波光学系统，将荧光差拍会聚于与重叠部共轭的位置进行空间滤波，其中，所述荧光差拍通过聚光点重叠的多个重叠部的每一个处的干涉光差拍而发光且包括所述样品的信息，其中，所述聚光点由所述聚光部会聚且位于所述样品中；以及

检测部，获取由所述空间滤波光学系统进行空间滤波并从所述多个重叠部发出的包含所述样品的信息的荧光差拍的信号。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述第一光源是光学频率梳光源，所述光学频率梳光源发射所述第一相邻频率间隔彼此一致的光谱作为所述第一光谱光，所述第一相邻频率间隔是在频率轴上相邻的所述光谱的频率的间隔；以及

所述第二光源是光学频率梳光源，所述光学频率梳光源发射所述第二相邻频率间隔彼此一致的光谱作为所述第二光谱光，所述第二相邻频率间隔是在频率轴上相邻的所述光谱的频率的间隔。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中，

所述色散部包括对入射的光进行波长色散的色散元件，

通过所述色散元件使从所述第一光源发出的所述第一光谱光以及从所述第二光源发出的所述第二光谱光按每个所述光谱向不同方向进行波长色散。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

当在相同的频率轴上排列所述第一光谱光和所述第二光谱光时，最近相邻的光谱之间的频率间隔小于所述第一相邻频率间隔和所述第二相邻频率间隔的一半。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

还包括控制部，所述控制部控制所述第一光源发出的所述第一光谱光和所述第二光源发出的所述第二光谱光中的至少一个光谱光的载波包络偏移频率或所述至少一个光谱光的相邻频率间隔。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其中，

所述空间滤波光学系统包括空间光调制器，所述空间光调制器能够根据由所述控制部控制的所述至少一个光谱光的所述载波包络偏移频率和所述相邻频率间隔来改变透过的光的位置和形状。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其中，

所述检测部获得所述荧光差拍的相位信息。

8.一种照射装置，包括：

第一光源和第二光源，所述第一光源发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第一光谱光，所述第二光源发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第二光谱光，其中，作为所述第二光谱光的相邻光谱的频率间隔的第二相邻频率间隔不同于作为所述第一光谱光的相邻光谱的频率间隔的第一相邻频率间隔；

色散部，使从所述第一光源发出的所述第一光谱光按每个所述光谱向互不相同的方向色散，并且使从所述第二光源发出的所述第二光谱光按每个所述光谱向互不相同的方向色散；以及

聚光部，将由所述色散部色散的、所述第一光源的所述光谱分别会聚到样品的多个不同聚光点，将由所述色散部色散的、所述第二光源的所述光谱分别会聚到所述样品的多个不同聚光点，并且使基于所述第一光源的多个聚光点和基于所述第二光源的多个聚光点相互重叠。

9.根据权利要求8所述的照射装置，其中，

当在相同的频率轴上排列所述第一光谱光和所述第二光谱光时，最近相邻的光谱之间的频率间隔小于所述第一相邻频率间隔和所述第二相邻频率间隔的一半。

10.根据权利要求8或9所述的照射装置，其中，

所述第一光源和所述第二光源彼此同时地将照射光照射到样品的聚光点，

来自所述第一光源和所述第二光源的所述照射光在所述样品的聚光点处相互干涉。

11.如权利要求8或9所述的照射装置，其中，所述照射装置对于所述第一光谱光和所述第二光谱光彼此同时地进行照射，使得基于所述第一光谱光的第一频率值和基于所述第二光谱光的第二频率值的差分在所述第一光谱光的所述第一频率值和与其相邻的频率值的差分以下。

12.一种测量装置，包括：

第一光源和第二光源，所述第一光源配置为发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第一光谱光，所述第二光源发出包含两个以上以互不相同的频率进行分布的光谱的第二光谱光，其中，作为所述第二光谱光的相邻光谱的频率间隔的第二相邻频率间隔不同于作为所述第一光谱光的相邻光谱的频率间隔的第一相邻频率间隔；

色散部，配置为使从所述第一光源发出的所述第一光谱光按每个光谱在互不相同的方向上色散，并且使从所述第二光源发出的所述第二光谱光按每个所述光谱向互不相同的方向色散；

聚光部，配置为将由所述色散部色散的所述第一光源的所述光谱分别会聚到样品上的多个不同的聚光点，将由所述色散部色散的所述第二光源的所述光谱分别会聚到所述样品上的多个不同的聚光点，并且使基于所述第一光源的多个聚光点和基于所述第二光源的多个聚光点相互重叠；以及

检测部，配置为获取荧光差拍的信号，所述荧光差拍包括由所述聚光部将光会聚到其上的所述样品的信息，且通过所述样品上的所述聚光点重叠的多个重叠部的每一个处的干涉光差拍而发光。

Images