JP2003083811A

JP2003083811A - 画像分光測定装置

Info

Publication number: JP2003083811A
Application number: JP2001278464A
Authority: JP
Inventors: Takanori Seiso; 孝規清倉; Gen Iwasaki; 弦岩崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP3711535B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で小型軽量に一体化形成すること
ができ、また、製造コストも安価とし、さらに、観測す
る像がゆがむことなく、高精度かつ広い測定範囲で測定
することができる画像分光測定装置を提供することを課
題とする。【解決手段】画像分光測定装置１は、光入射面２ａを
有する第１光透過体２と、ビームスプリッタ５と、光出
射面３ｃを有する第２光透過体３と、光屈折率整合手段
６と、走査用の第３光透過体４と、前記光入射面からの
光線を前記光出射面に導くための光路中に設けた反射手
段２ｄ，３ｄとを備える走査干渉機構Ａと、この走査干
渉機構に隣接して設けた試料測定機構Ｂとからなり、前
記試料測定機構は、前記光出射面に配置された出射光線
用光透過体７と、この出射光線用光透過体の一辺に設け
られた試料設置面７ｂと、試料Ｗを透過した光線の光路
に配置された投影レンズ８と、多チャンネル検出器９と
を備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光路長の異なる光
線から試料に対するスペクトル画像を得ることで試料を
測定する画像分光測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像の測定を行うことで被測定物
の分光測定を行う技術の一例として、一体化プリズム干
渉計分光器が知られている。この一例を図７に示す（特
願２０００−６０１７８）。図７で示すように、マイケ
ルソン干渉計１００は、第１プリズム柱体１０１と、第
２プリズム柱体１０２と、第３プリズム柱体１０３と、
第１コーナーキューブ１０４と、第２コーナーキューブ
１０５と、光線を反射光と透過光に分割するビームスプ
リッタ１０６と、屈折率を整合する屈折率整合手段とし
ての屈折率整合液体層１０７とを備えている。

【０００３】図７で示すように、第１プリズム柱体１０
１は、上面及び下面ならびに周側面で構成されている。
そして、第１プリズム柱体１０１は、その周側面に配置
され、光源からの平行光１０８が入射される光線入射面
１０９と、この光線入射面１０９と同一平面上にあり、
垂直に反射するために鏡面となっている垂直反射面１１
０と、光線入射面１０９からの光線の光路上に形成さ
れ、ビームスプリッタ１０６が隣接する第１平面１１１
と、ビームスプリッタ１０６からの反射光の光路上に形
成される第２平面１１２とを有している。

【０００４】図７で示すように、第２プリズム柱体１０
２は、上面及び下面ならびに周側面で構成されている。
そして、この第２プリズム柱体１０２は、その周側面に
配置され、前記第１平面１１１に添ってビームスプリッ
タ１０６に対面する位置に形成される第３平面１１３
と、ビームスプリッタ１０６からの透過光の光路上で、
且つ、前記第２平面の延長上に形成される第４平面１１
４と、ビームスプリッタ１０６及び第３平面１１３から
送られてくる光線の光路上に形成される光線出射面１１
５と、この光線出射面１１５と同一平面上にあり、垂直
に反射するために鏡面となっている垂直反射面１１６と
を有している。

【０００５】さらに、図７で示すように、第３プリズム
柱体１０３は、上面及び下面ならびに周側面で構成され
ている。そして、この第３プリズム柱体１０３は、その
周に形成される第５平面１１７と、前記ビームスプリッ
タ１０６から反射され第２平面１１２及び第５平面１１
７を透過してくる光線を第１コーナーキューブ１０４へ
通過させ且つ第１コーナーキューブ１０４からの光線を
取り入れる第１０平面１１８と、前記ビームスプリッタ
１０６を透過し第４平面１１４及び第５平面１１７を透
過してくる光線を第２コーナーキューブ１０５へ通過さ
せ且つ第２コーナーキューブ１０５からの光線を取り入
れる第１１平面１１９とを有している。

【０００６】図７で示すように、第１コーナーキューブ
１０４は、光線入出射面である第１２平面１２０と、３
つの光線偏向反射面で構成される光線反射部１２１と、
その周側面で構成されている。３つの光線偏向反射面
は、お互いに９０度で交わる平面であり、第１コーナー
キューブ１０４の光線入出射面である第１２平面１２０
に入射した光線は、３つの光線偏向反射面により、入射
光と平行且つ逆向きの光線となって光線入出射面（第１
２平面１２０）から出射されるという特性をもつ。

【０００７】図７で示すように、第２コーナーキューブ
１０５は、光線入出射面である第１３平面１２２と、３
つの光線偏向反射面で構成される光線反射部１２３と、
その周側面で構成されている。３つの光線偏向反射面
は、お互いに垂直に交わる平面であり、第２コーナーキ
ューブ１０５の光線入出射面に入射した光線は、３つの
光線偏向反射面により、入射光と平行且つ逆向きの光線
となって光線入出射面（第１３平面１２２）から出射さ
れるという特性をもつ。

【０００８】図７で示すように、屈折率整合手段として
の屈折率整合液体層１０７は、第１プリズム柱体１０１
の第２平面１１２及び第２プリズム柱体１０２の第４平
面１１４と、第３プリズム柱体１０３の第５平面１１７
の間に設けられている。そして、屈折率整合液体層（屈
折率整合手段）１０７は、各プリズム柱体及び各コーナ
ーキューブを形成している部材と屈折率が近いものであ
ればよく、その一例として各プリズム柱体及び各コーナ
ーキューブを石英で形成した場合に、ここではシリコー
ンオイルを使用しており、第３プリズム柱体１０３と、
第１及び第２プリズム柱体１０１，１０２とが、毛細管
現象により保持されるように構成されている。

【０００９】図７で示すように、ビームスプリッタ１０
６は、第１プリズム柱体１０１の第１平面１１１と、第
２プリズム柱体１０２の第３平面１１３との間に接着剤
等により固定されており、各プリズム柱体の材質や、送
られてくる光線の角度により透過率及び反射率が所定の
割合になるように形成されている。図７で示すように、
第１コーナキューブ１０４の光線入出射面である第１２
平面１２０と、プリズム柱体の第１０平面１１８と、第
２コーナーキューブ１０５の光線入出射面である第１３
平面１２２、および、プリズム柱体の第１１平面１１９
は、光を透過する接着剤等によりそれぞれ固定されてい
る。

【００１０】ビームスプリッタ１０６の一例としては、
金属や誘電体又はその両方の薄膜を介在させることや、
また、透過部材（各プリズム柱体と同質）に蒸着するよ
うにして形成されている。つぎに、光線の経路について
説明する。図７で示すように、光ファイバ（図示せず）
から平行光の光線を、光線入射面１０９からビームスプ
リッタ１０６に入射する。そして、ビームスプリッタ１
０６により分割され反射した光線は、屈折率整合液体層
１０７を通過して第５平面１１７に入射後、第１０平面
１１８を透過し、光線入出射面である第１２平面１２０
に入射し、光線反射部１２１で逆方向且つ平行の光線と
なる。そして、その後再び第１２平面１２０と第１０平
面１１８を経由して第３プリズム柱体１０３に入り、第
５平面１１７と屈折率整合液体層１０７及び第４平面１
１４を透過して第２プリズム柱体１０２に入り、垂直反
射面１１６で反射され再び同一光路を逆方向へ進む。

【００１１】さらに、第４平面１１４と屈折率整合液体
層１０７及び第５平面１１７を透過して第３プリズム柱
体１０３へ入り、第１０平面１１８及び第１２平面１２
０を通過して光線反射部１２１において逆方向且つ平行
の光線となる。そして、第１２平面１２０及び第１０平
面１１８を通過して第３プリズム柱体１０３に入り、第
５平面１１７、屈折率整合液体層１０７及び第２平面１
１２を通過して第１プリズム柱体１０１に入り、ビーム
スプリッタ１０６へ向かう。

【００１２】一方、ビームスプリッタ１０６により分割
され透過した光線は、第４平面１１４、屈折率整合液体
層１０７を通過して第５平面１１７に入射後、第１１平
面１１９を透過し、光線入出射面である第１３平面１２
２に入射し、光線反射部１２３で逆方向且つ平行の光線
となる。そして、その後再び第１３平面１２２と第１１
平面１１９を経由して第３プリズム柱体１０３に入り、
第５平面１１７と屈折率整合液体層１０７及び第２平面
１１２を透過して第１プリズム柱体１０１に入り、垂直
反射面１１０で反射され再び同一光路を逆方向へ進む。

【００１３】そして、第２平面１１２と屈折率整合液体
層１０７及び第５平面１１７を透過して第３プリズム柱
体１０３へ入り、第１１平面１１９及び第１３平面１２
２を通過して光線反射部１２３において逆方向且つ平行
の光線となる。さらに、第１３平面１２２及び第１１平
面１１９を通過して第３プリズム柱体１０３に入り、第
５平面１１７、屈折率整合液体層１０７及び第４平面１
１４を通過して第２プリズム柱体１０２に入り、ビーム
スプリッタ１０６へ向かう。そして、ビームスプリッタ
１０６側に送られて来た光線は、それぞれ合わされて干
渉し、出射する平行光線として試料を透過して光検出器
に向かうことになる。

【００１４】ここで、可動プリズム（第３プリズム柱体
１０３）を移動させながら、つまり、光路長を変化させ
ながら、光路長差と信号強度とを関連付けてデータを取
得する。

【００１５】また、他の従来における構成のスペクトル
画像を得るために用いた画像分光器の例を図８に示す。
図８に示すように、画像分光器２００は、光源部２０
１、アパーチヤ２０２、ビームスプリッタ２０３、可動
鏡２０４、固定鏡２０５、試料照明光学系２０６、試料
２０７、集光光学系２０８、投影光学系２０９、多チャ
ンネル検出器２１０で構成されている。

【００１６】以下に、画像分光器２００の動作原理を説
明する。アパーチャ２０２を通過した光源部２０１から
の光はビームスプリッタ２０３において可動光路と固定
光路に分割され、再びビームスプリッタ２０３において
合波される。これらの光を試料照明光学系２０６により
試料２０７に照射し、透過または反射した光を多チャン
ネル検出器２１０上に像として投影する。ここで、可動
鏡２０４を移動させながら、つまり光路長を変化させな
がら、多チャンネル検出器２１０上の像を光強度分布と
して取り込んで、光路長差と光強度分布とを関連付けて
データを蓄積する。これで多チャンネル検出器２１０の
それぞれのピクセル毎にインターフェログラムが記録さ
れたことになる。

【００１７】つぎに、それぞれのピクセルにおけるイン
ターフェログラムのデータにフーリエ変換を施し、スペ
クトルに変換して再びデータを蓄積する。この時点で波
長に対応した光強度分布のデータセットとなる。このデ
ータセットを用いて、ユーザの選択に応じて、特定波長
での強度分布画像や特定のピクセルにおけるスペクトル
を表示することができるものである。

【００１８】さらに、他の従来の画像生成ＡＴＲ分光装
置について図９に示す（特願平１１−１３２９１）。こ
の画像生成ＡＴＲ分光装置３００は、光のスペクトル多
重入射ビームを生じる光源に結合された干渉計３０１
と、検査中の試料３０２と接触する接触領域３０３を含
んだ内部反射素子（ＩＲＥ）３０４と、フォーカルプレ
ーンアレイ検出器３０５と、ＩＲＥ３０４の前面３０６
における入力ビーム３０７の入射角がＩＲＥ３０４の臨
界角以上になるようにＩＲＥ３０４の後面３０８を介し
て接触領域３０３に向けて焦点合わせするように位置し
た第１光学系３０９と、接触領域３０３から反射光３１
０を集光し、フォーカルプレーンアレイ検出器３０５上
に反射光を結像させるように位置した第２光学系３１１
とを含んで構成されている。

【００１９】そして、焦点を合わせた第１光学系３０９
は、入力ビームの入射角が、ＩＲＥ３０４の臨界角（す
なわち光がＩＲＥの前面３０６で内部的に全反射される
角度）以上になるように、ＩＲＥ３０４の後面３０８を
介して、接触領域３０３に入力ビームを焦点合わせす
る。この構成においては、ＩＲＥ３０４が試料３０２に
接触していないときは、入力ビームの実質的な全てのエ
ネルギーが反射される。しかしながら、ＩＲＥ３０４が
試料３０２に接触しているときは、入力ビームからいく
らかの赤外線エネルギーがエバネッセント結合を介し
て、試料３０２に吸収される。接触領域３０３の各位置
で、吸収されたエネルギーの量は、その位置の試料３０
２中の分子構造および／または分子種に対応する。

【００２０】したがって、反射光は試料３０２の空間的
に分解された吸収スペクトルを得ることのできる情報を
含んでいる。集光及び結像光学素子は、反射光を集光
し、それを、二次元フォーカルプレーンアレイ検出器３
０５上に結像させる。フォーカルプレーンアレイ検出器
３０５は、別々の位置で、入射光の強度を測定するため
の検出器の二次元アレイを備えている。それゆえ、フォ
ーカルプレーンアレイ検出器３０５は、接触領域３０３
の別々の点から反射光の強度情報を与える。そして、フ
ォーカルプレーンアレイ検出器３０５の各画素は、その
画素に入射する光の強度の時間変化を表す信号を提供す
る。

【００２１】周知のように、マイケルソン干渉計は可動
ミラーと固定ミラーを有し、入力光は、その一部分が可
動ミラーに入射し、他の一部分が固定ミラーに入射する
ように分割される。これらのビーム部分は、再び結合さ
れて、２つのビームの間の光学干渉により、赤外線ビー
ムの各周波数成分の強度を、成分の光学的周波数とミラ
ーの位置との関数として変化させる。そして、検出器の
出力は、これらの成分の重ね合わせを表し、規則的な距
離間隔でサンプリングされるときは、そのフーリエ変換
が所望されたスペクトルを生ずるインターフェログラム
を提供する。

【００２２】したがって、フォーカルプレーンアレイ検
出器３０５の各画素は、インターフェログラムを提供す
ることになる。信号処理器３１２は、フォーカルプレー
ンアレイ検出器３０５によって得られた強度情報を検索
し、それをスペクトル画像データに変換して試料３０２
の測定を行っている。

【００２３】さらに、図１０に示すように、全反射プリ
ズムにおける表面プラズモン共鳴を利用し分光器を用い
て分子認識機能性物質に対して特異反応を示す試料溶液
中の特定分子の定量化等を行う従来の技術がある（特願
平４−２２９３４５）。図１０に示すように、測定装置
４００は、プリズム４０１と、金属薄膜４０２と、分子
認識機能膜４０５と白色光源４０８と、偏光子４１０
と、コリメータレンズ４１１と、分光器４１２とから構
成されている。

【００２４】そして、白色光源４０８から発する入射光
を偏光子４１０によってｐ偏光の光波とし、さらにコリ
メータレンズ４１１によって平行光とする。入射光は金
属薄膜４０２の表面で全反射する角度に対して、その全
反射近傍の角度で入射する。この入射した平行光は、あ
る特定の波長で表面プラズモン共鳴を励起して反射光の
強度が低下させられる。さらに、分子認識機能膜４０５
に固定された分子認識機能物質の作用によって被分析試
料４０６の屈折率、誘電率等が変化した場合には、表面
プラズモン共鳴の励起される波長が変化するため、この
変化を、分光器４１２を用いて検出して、被分析試料４
０６中の特定物質の濃度等を算出することができる。検
出可能な分子の種類の数は金属薄膜に塗布されている分
子認識機能物質を変えない限り、測定一度に対して一種
類である。

【００２５】さらに、従来技術として、全反射プリズム
における表面プラズモン共鳴を利用し多チャンネル検出
器を用いて複数種類の分子の測定を行う技術がある。こ
のような技術の一例を図１１に示す。測定装置５００
は、単色光光源装置５０１と、ゴニオステージ５０２
と、金薄膜５０３と、全反射プリズム５０４と、二次元
イメージングセンサ５０５と、コリメータ５０６と、偏
光装置５０７から構成されている。

【００２６】単色光光源装置５０１は、単色光のレーザ
ーやＬＥＤなどが使用される。また、全反射プリズム５
０４には、ＳＰＲ現象を起こす金薄膜５０３を形成また
は付着している。そして、単色光光源装置５０１から放
出された光は、コリメータ５０６を経由して全反射プリ
ズム５０４に入射し、全反射プリズム５０４の平面部で
ＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）現象を起す。全反射プリ
ズム５０４により全反射された光は、偏光装置５０７を
通過して二次元イメージングセンサ５０５に入射して像
に対応した強度分布を形成する。

【００２７】この測定装置５００は、ＳＰＲ現象を起す
角度の近傍で走査することにより、入射角度に対応した
強度分布の多数の二次元データを得ることができる。こ
の二次元データ中の特定のピクセルに注目し、入射角度
に対して反射強度をプロットすると、ある特定の角度で
吸収がおきることが分かる。よって、測定装置５００
は、吸収ピークの角度位置を調べることによって、試料
の屈折率測定が可能である。ここで、金薄膜５０３の表
面に二次元的に屈折率分布がある場合、同時に複数種の
測定が可能である。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の前記し
た各測定器では、つぎのような問題が発生した。従来の
図７に示す干渉計においては、試料の平均的な情報は得
られるが、検出器が単一であるため、そのままではスペ
クトル画像を取得することはできない。

【００２９】また、従来の図８に示す干渉計において
は、スペクトル画像を取得できるが、個別の部品から構
成されているため、製作時にそれぞれの光学部品の煩雑
な光軸調整が必要であった。さらに、個別部品にそれぞ
れ支持部が必要であるため、大胆な小型化は困難であ
り、複雑で大型大重量かつ高価であった。

【００３０】そして、従来の図９に示す測定器において
は、スペクトル画像を取得できるが、個別の部品から構
成されているため、製作時にそれぞれの光学部品の煩雑
な光軸調整が必要であった。また、個別部品にそれぞれ
支持部が必要であるため、大胆な小型化は困難であり、
複雑で大型大重量かつ高価であった。

【００３１】さらに、従来の図１０に示す測定器におい
ては、分光器が個別の部品から構成されているため、製
作時にそれぞれの光学部品の煩雑な光軸調整が必要であ
った。さらに、個別部品にそれぞれ支持部が必要である
ため、大胆な小型化は困難であり、複雑で大型大重量か
つ高価であった。さらに、得られるスペクトルは単一種
類であり、同時に多数種の表面プラズモン共鳴を測定す
ることはできない。

【００３２】また、従来の図１１に示す多チャンネル表
面プラズモン共鳴分を測定できる測定器においては、同
時に多数種の表面プラズモン共鳴を測定することはでき
るが、光源部と多チャンネル検出器を同時に機械的に回
転させなければならず、機構が複雑で大型大重量で、ま
た、可動部分の作業余地を必要とするために小型化でき
ず、大きな質量を駆動するために短時間での測定ができ
なかった。さらに、入射角度が変化するため観測される
像がゆがみ、その補正が必要であり煩雑であるという欠
点があった。そして、通常の二次元ＳＰＲ測定では固定
した入射角度で測定されるために、ＳＰＲ現象による反
射強度ディップの約半分の幅の測定範囲しか得られず、
高感度化と広い測定範囲を同時に実現できなかった。

【００３３】本発明は前記の問題点に鑑み創案されたも
のであり、個別の部品で構成されずに、光軸調整が容易
で、それぞれ個別の支持部も必要とせず、簡単な構成で
小型軽量に一体化形成することができ、また、製造コス
トも安価とし、さらに、観測する像がゆがむことなく、
光源及び検出器の回転運動が不要で、共鳴点を追跡する
ことによって二次元のＳＰＲを高精度かつ広い測定範囲
で測定することができる装置を提供することを目的とす
る。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像分光測
定装置は、前記課題を解決するため以下のように構成し
た。すなわち、画像分光測定装置は、光入射面を有する
第１光透過体と、この第１光透過体に隣接して配置さ
れ、前記光入射面からの光線を透過光と反射光に分割す
るビームスプリッタと、このビームスピリッタに隣接し
て配置され、前記ビームスプリッタからの反射光および
透過光を出射する光出射面を有する第２光透過体と、前
記ビームスプリッタを介して隣り合う前記両光透過体の
それぞれの一平面に隣接して配置された光屈折率整合手
段と、この光屈折率整合手段に隣接して配置された走査
用の第３光透過体と、前記光入射面からの光線を前記光
出射面に導くための光路中に設けた反射手段とを備える
走査干渉機構と、この走査干渉機構に隣接して設けた試
料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記光出
射面に配置された出射光線用光透過体と、この出射光線
用光透過体の一辺に設けられ、試料を設置するための試
料設置面と、この試料設置面に設置した試料を透過した
光線の光路に配置された投影レンズと、この投影レンズ
からの光線の光路に配置された多チャンネル検出器とを
備える構成とした。

【００３５】このように構成されることにより、画像分
光測定装置は、走査干渉機構により光源から光入射面を
介して入射された光線を、ビームスプリッタおよび走査
用の第３光透過体等を介して光路長を変化させ、再び合
わせて干渉させた光線として光出射面から試料測定機構
側に出射する。そして、試料測定機構では出射光線用光
透過体を透過する光線を試料に照射する。さらに、その
試料を透過する光線は、投影レンズを介して多チャンネ
ル検出器に集光される。

【００３６】また、画像分光測定装置は、光入射面を有
する第１光透過体と、この第１光透過体に隣接して配置
され、前記光入射面からの光線を透過光と反射光に分割
するビームスプリッタと、このビームスピリッタに隣接
して配置され、前記ビームスプリッタからの反射光およ
び透過光を出射する光出射面を有する第２光透過体と、
前記ビームスプリッタを介して隣合う前記両光透過体の
それぞれの一平面に隣接して配置された光屈折率整合手
段と、この光屈折率整合手段に隣接して配置された走査
用の第３光透過体と、前記光入射面からの光線を前記光
出射面に導くための光路中に設けた反射手段とを備える
走査干渉機構と、この走査干渉機構に隣接して設けた試
料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記光出
射面に配置された出射光線用光透過体と、この出射光線
用光透過体の一辺に設けられ、設置される試料からの反
射光を透過する試料設置面と、この試料設置面に設置さ
れた試料からの反射光路で前記出射光線用光透過体に隣
接して配置された投影レンズと、この投影レンズの光線
の光路に配置された多チャンネル検出器とを備える構成
とした。

【００３７】このように構成されることにより、画像分
光測定装置は、走査干渉機構により光源から光入射面を
介して入射された光線を、ビームスプリッタおよび走査
用の第３光透過体等を介して光路長を変化させ、再び合
わせて干渉させた光線として光出射面から試料測定機構
側に出射する。そして、試料測定機構では出射光線用光
透過体を透過する光線を試料に照射する。さらに、試料
に照射された光線は、反射して、その反射光が投影レン
ズを介して多チャンネル検出器に集光される。

【００３８】さらに、画像分光測定装置は、光入射面を
有する第１光透過体と、この第１光透過体に隣接して配
置され、前記光入射面からの光線を透過光と反射光に分
割するビームスプリッタと、このビームスピリッタに隣
接して配置され、前記ビームスプリッタからの反射光お
よび透過光を出射する光出射面を有する第２光透過体
と、前記ビームスプリッタを介して隣合う前記両光透過
体のそれぞれの一平面に隣接して配置された光屈折率整
合手段と、この光屈折率整合手段に隣接して配置された
走査用の第３光透過体と、前記光入射面からの光線を前
記光出射面に導くための光路中に設けた反射手段とを備
える走査干渉機構と、この走査干渉機構に隣接して設け
た試料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記
光出射面に設けた出射光線用光透過体と、この出射光線
用光透過体の一辺に設けられ、設置される試料からの反
射光を透過する試料設置面と、この試料設置面に設定し
た試料からの反射光を反射するために前記出射光線用光
透過体に設けられた光反射手段と、この光反射手段から
の光線の反射光路で前記出射光線用光透過体に隣接して
配置された投影レンズと、この投影レンズの光線の光路
に配置された多チャンネル検出器とを備える構成とし
た。

【００３９】このように構成されることにより、画像分
光測定装置は、走査干渉機構により光源から光入射面を
介して入射された光線を、ビームスプリッタおよび走査
用の第３光透過体等を介して光路長を変化させ、再び合
わせられて干渉させた光線として光出射面から試料測定
機構側に出射する。そして、試料測定機構では出射光線
用光透過体を透過する光線を試料に照射する。さらに、
試料に照射された光線は、試料からの反射光が光反射手
段により投影レンズ側に反射される。そして、投影レン
ズは、試料の表面におけるスペクトル画像についての情
報を含む光線を多チャンネル検出器に集光させている。

【００４０】なお、前記画像分光測定装置において、前
記第３光透過体は、前記光屈折率整合手段に隣接する第
５平面と、光入射面に入射される光線に対して直交する
第７平面と、前記光出射面から出射される光線に対して
直交する第６平面と、前記第６および第７平面にそれぞ
れ隣接して配置される第１および第２光線反射部を備え
る構成にすると都合がよい。

【００４１】そして、前記画像分光測定装置において、
前記試料設置面は、前記光出射面からの出射光線に対し
て全反射する角度で形成される構成とした。このように
構成されることにより、画像分光測定装置は、試料設置
面に試料を設置すると全反射の条件が解除されて試料の
表面のスペクトル画像についての情報を含む光線が、投
影レンズを介して多チャンネル検出器に集光される。

【００４２】さらに、前記画像分光測定装置において、
前記試料設置面は、表面プラズモン共鳴用薄膜が設けら
れた構成とした。このように構成されることにより、画
像分光測定装置は、表面プラズモン共鳴用薄膜として例
えば金を用い、また、試料としての例えば、ＤＮＡ、抗
体、抗原、酵素あるいはレセプター等を用いることによ
り、その表面プラズモン共鳴用薄膜上に修飾層を形成す
ることができ、多チャンネル検出器に集光されるわずか
なスペクトルの差から表面プラズモン共鳴波長を推定す
ることができる。

【００４３】さらに、前記画像分光測定装置において、
前記各光透過体は、平面導波路により構成される構成と
した。このように構成されることにより、前記画像分光
測定装置は、精密な構成を維持した状態で小型かつ大量
生産を行うことができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１（ａ）は、実施の第１形態に
おける画像分光測定装置を模式的に示す平面図、図１
（ｂ）は、（ａ）における矢印ＩＩ−ＩＩ位置での側面
状態を縮小して示す模式図である。図１に示すように、
画像分光測定装置１は、光源Ｌからの光線の光路長を変
えるための走査干渉機構Ａと、この走査干渉機構Ａに隣
接して設けられた試料測定機構Ｂとから構成されてい
る。

【００４５】走査干渉機構Ａは、第１光透過体としての
三角柱状の第１プリズム柱体２と、この第１プリズム柱
体２に隣接して配置されたビームスプリッタ５と、この
ビームスプリッタ５に隣接して配置された第２光透過体
としての第２プリズム柱体３と、両プリズム柱体２，３
に隣接して配置された屈折率を整合する光屈折率整合手
段としての光屈折率整合液体層６と、この光屈折率整合
液体層６に対して滑動自在に配置された走査用の第３光
透過体４としての第３プリズム柱体４Ａおよび第１、第
２コーナーキューブ４Ｂ、４Ｃとを備えている。

【００４６】また、試料測定機構Ｂは、出射光線用光透
過体としての透過ガラスプリズム７と、この透過ガラス
プリズム７の試料設置面７ｂに設置された試料Ｗを透過
する光線を集光する投影レンズ８と、この投影レンズ８
の光線の光路に配置された多チャンネル検出器９とを備
えている。

【００４７】図１に示すように、第１プリズム柱体２
は、光源Ｌからの光線を入射する光入射面２ａと、この
光入射面２ａと同一平面で異なる位置に設けられた反射
手段としての鏡面垂直反射面２ｄと、光入射面２ａから
の光線の光路上に形成され、ビームスプリッタ５が隣接
する第１平面２ｂと、ビームスプリッタ５からの反射光
の光路上に形成される第２平面２ｃとを備えている。

【００４８】また、第２プリズム柱体３は、前記第１平
面２ｂに添ってビームスプリッタ５に対面して隣接する
位置に形成される第３平面３ａと、ビームスプリッタ５
からの透過光の光路上で、かつ、前記第２平面２ｃの延
長上に形成される第４平面３ｂと、ビームスプリッタ５
および第３平面３ａから送られてくる光線の光路上に形
成された光出射面３ｃと、この光出射面３ｃの同一平面
上で異なる位置に形成された反射手段としての鏡面垂直
反射面３ｄとを備えている

【００４９】さらに、第３プリズム柱体４Ａは、両プリ
ズム柱体２，３の第２平面２ｃおよび第４平面３ｂに対
面する位置に形成された第５平面４ａと、ビームスプリ
ッタ５から反射され第２平面２ｃおよび第５平面４ａを
透過してくる光線を第１コーナーキューブ４Ｂへ通過さ
せかつ第１コーナーキューブ４Ｂからの光線を取り入れ
る第６平面４ｂと、ビームスプリッタ５を透過して第４
平面３ｂおよび第５平面４ａを透過してくる光線を第２
コーナーキューブ４Ｃへ通過させかつ第２コーナーキュ
ーブ４Ｃからの光線を取り入れる第７平面４ｃとを備え
ている。

【００５０】第１コーナーキューブ４Ｂは、第６平面４
ｂに対面する光線入射面である第８平面４ｄと、３つの
光線偏向反射面で構成される光線反射部４ｅと、その周
側面により構成されている。この第１コーナーキューブ
４Ｂの光線反射部４ｅは、３つの光線偏向反射面を互い
に９０度で交わる平面であり、第８平面４ｄに入射した
光線は３つの光線偏向反射面により入射光と平行かつ逆
向きの光線となって第８平面４ｄから出射される特性を
もつ。なお、第２コーナーキューブ４Ｃは、第７平面４
ｃに対面して配置され、第９平面４ｆと、３つの光線偏
向反射面で構成される光線反射部４ｇと、その周側面と
により構成されており、第１コーナーキューブ４Ｂと同
じ機能を備えている。また、両各コーナーキューブ４
Ｂ，４Ｃは、第３プリズム柱体４Ａに透過光に対して影
響のない接着剤により固定されている。

【００５１】屈折率整合液体層６は、各プリズム柱体
２，３，４Ａおよび各コーナーキューブ４Ｂ，４Ｃを形
成している部材と屈折率が近いものであればよく、その
一例として各プリズム柱体２，３，４Ａおよび各コーナ
ーキューブ４Ｂ，４Ｃを石英で形成した場合に、ここで
はシリコーンオイルを用い、毛細管現象により第３プリ
ズム柱体４Ａと、両プリズム柱体２，３とを保持するよ
うに構成されている。

【００５２】ビームスプリッタ５は、両プリズム柱体
２，３の間に、光線の反射および透過に対して影響のな
い接着剤等により固定されており、各プリズム柱体２，
３，４Ａの材料や、送られてくる光線の角度により透過
率および反射率を所定の割合になるように形成されてい
る。このビームスプリッタの一例としては、金属や誘電
体またはその両方の薄膜を介在させることや、あるい
は、透過部材（各プリズム柱体と同質）に蒸着して形成
されている。

【００５３】光入射面２ａから光出射面３ｃに導くため
の光線の光路中に設けた反射手段としての鏡面垂直反射
面２ｄ、３ｄは、金属や誘電体またはその両方などを薄
膜として蒸着して形成してもよい。なお、この反射手段
は、走査干渉機構Ａの形状が変わると設けられる位置も
異なる。また、第３光透過体４は、図示しないリニアガ
イドや精密送り機構などの移動機構により光屈折率整合
液体層６を介して両プリズム柱体２，３の第２平面２ｃ
および第４平面３ｂに添って移動するように構成されて
いる。

【００５４】一方、試料測定機構Ｂの透過ガラスプリズ
ム７は、光出射面３ｃに隣接して配置されている。この
透過ガラスプリズム７は、各プリズム柱体２，３，４Ａ
と同質な素材により形成されることが好ましく、その光
出射面に対面する位置で、光出射面３ｃからの光線を入
射させる入射面７ａと、この入射面７ａに平行に形成さ
れた試料Ｗを設置するための試料設置面７ｂとを備える
柱体状に形成されている。なお、透過ガラスプリズム７
の入射面７ａは、光出射面３ｃに、透過する光線に対し
て影響がない接着剤などにより接着されている。

【００５５】投影レンズ（測定光学系）８は、ここでは
凸レンズが用いられ、試料Ｗを透過した光線を集光して
多チャンネル検出器９に、その試料Ｗに関するデータを
含む光線を受け渡している。なお、この投影レンズ８
は、各プリズム柱体２，３，４Ａや、透過ガラスプリズ
ム７と同じ素材で形成されていることが望ましい。

【００５６】多チャンネル検出器９は、投影レンズ８の
焦点位置に配置されており、投影レンズ８から送られて
くる光線の各波長成分の強度を検出することができる例
えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）と、図示しない
データ蓄積部、信号処理部、表示部を備えている。な
お、多チャンネル検出器９に送られた試料Ｗについての
情報を含む光線は、多チャンネル検出器９からの出力を
データ蓄積部に蓄積し、さらに、信号処理器（図示せ
ず）により所定の処理が行われて、また、液晶ディスプ
レイなどの表示部（図示せず）により画像で処理情報を
確認することができる。

【００５７】つぎに、画像分光測定装置１の動作につい
て説明する。画像分光測定装置１は、両プリズム柱体
２，３と、第３光透過体３とが光屈折率整合液体層６を
介して移動機構（図示せず）により相対的に移動する。
なお、ここでは第３光透過体３を移動距離Ｄ（図示せ
ず）だけ移動させている。

【００５８】このとき、ビームスピリッタ５を反射した
光線ａ₁は、鏡面垂直反射面３ｄで反射されるまでに進
む距離が２Ｄｓｉｎθだけ増加する。そのため、光線ａ
₁が鏡面垂直反射面３ｄで反射された後に反射光線ｂ₁と
して同じ光路を経由して戻ってくるまでに進む距離は、
４Ｄｓｉｎθだけ増加する。また、ビームスプリッタ５
を透過した光線ａ₂は、鏡面垂直反射面２ｄで反射され
るまでに進む距離は２Ｄｓｉｎθだけ減少するため、鏡
面垂直反射面２ｄで反射後に反射光線ｂ₂として同じ光
路を戻ってくるまでに進む距離は４Ｄｓｉｎθだけ減少
する。

【００５９】したがって、光線が進む距離の変化は、そ
れぞれ４Ｄｓｉｎθの増加と４Ｄｓｉｎθの減少となり
第３プリズム柱体４Ａの屈曲率をｎとして、最大移動距
離をＤ_MAXとすると、この光路における最大光路長差は
８ｎＤ_MAXｓｉｎθとなる。そして、反射光線ｂ₁、ｂ₂
は、ビームスピリッタ５により合わされて干渉し光出射
面３ｃから平行光として出射して透過ガラスプリズム７
の入射面７ａから入射して試料設置面７ｂの試料Ｗに照
射される。そして、試料Ｗに照射した光線は、その試料
Ｗを透過して投影レンズ８により集光されて多チャンネ
ル検出器９に送られる。

【００６０】多チャンネル検出器９は、光路長差の値と
多チャンネル光検出器上のイメージとを関連づけてデー
タを図示しないデータ蓄積部に保存する。そして、多チ
ャンネル検出器９に結像される光線は、２つの光線間の
干渉により、その光線の各波数成分の強度を、成分の波
数と光路長差の関数として変化させることができる。そ
のため、多チャンネル検出器９の出力は、これらの成分
（各波数成分）の重ね合わせを表し、規則的な距離間隔
でサンプリングされるときは、そのフーリエ変換が所望
されたスペクトルを生ずるインターフェログラムを提供
する。

【００６１】したがって、多チャンネル検出器９の各画
素は、インターフェログラムを提供することになる。多
チャンネル検出器９の信号処理器（図示せず）は、得ら
れた各波数成分の強度情報を検索し、それをスペクトル
画像データに変換する。これは多チャンネル光検出器の
各画素が取得したスペクトルデータの集合体である。多
チャンネル検出器９の表示部（図示せず）では、ユーザ
の選択に応じて、特定波長での透過強度分布画像や特定
の画素における透過スペクトルを表示することができ
る。この透過スペクトル画像を解析して、試料Ｗに関す
る知見を得ることができる。

【００６２】つぎに、本発明に係る画像分光測定装置に
おける実施の第２形態について説明する。図２は、画像
分光測定装置を模式的に示す平面図である。なお、図１
においてすでに説明した構成は、同じ符号を付して説明
を省略する。

【００６３】図２に示すように、画像分光測定装置１１
は、広帯域の光源Ｌからの光線の光路長を変えるための
走査干渉機構Ａと、この走査干渉機構Ａに隣接して設け
られた試料測定機構Ｂ１とから構成されている。

【００６４】走査干渉機構Ａは、第１プリズム柱体２
と、ビームスプリッタ５と、第２プリズム柱体３と、光
屈折率整合液体層６と、走査用の第３光透過体４として
の第３プリズム柱体４Ａおよび第１、第２コーナーキュ
ーブ４Ｂ、４Ｃとを備えている。

【００６５】また、図２に示すように、試料測定機構Ｂ
１は、出射光線用光透過体としての透過ガラスプリズム
１７と、この透過ガラスプリズム１７の試料設置面１７
ｂに設置された試料Ｗからの反射光を、光反射面１７ｃ
を介して出射する出射面１７ｄに隣接して配置された投
影レンズ８と、この投影レンズ８からの光線の光路に配
置された多チャンネル検出器９とを備えている。

【００６６】透過ガラスプリズム１７は、各プリズム柱
体２，３，４Ａと同質な素材により形成されることが好
ましく、その光出射面３ｃに対面する位置で、光出射面
３ｃからの光線を入射させる入射面１７ａと、この入射
面１７ａに対して所定角度に形成された試料Ｗを設置す
るための試料設置面１７ｂと、この試料設置面１７ｂに
設置した試料Ｗからの反射光路上に形成された光反射面
１７ｃと、この光反射面１７ｃからの反射光を当該透過
ガラスプリズム１７から出射させる出射面１７ｄとを備
えている。

【００６７】この透過ガラスプリズム１７の入射面１７
ａは、光出射面３ｃに、透過する光線に対して影響のな
い接着剤により接着されている。そして、透過ガラスプ
リズム１７の試料設置面１７ｂは、入射面１７ａからの
光線に対して直交する９０度より小さく、その光線に対
して平行な０度より大きな所定角度に形成されている。
なお、試料設置面１７ｂは、その角度が入射面１７ａか
らの光線に対して全反射する４５度になるように形成す
ると都合がよい。

【００６８】また、透過ガラスプリズム１７の光反射面
１７ｃは、金属や誘電体またはその両方などを薄膜とし
て蒸着して形成してもよい。なお、試料Ｗからの反射光
に対して全反射する角度に形成する場合は薄膜は必要と
しない。さらに、透過ガラスプリズム１７の出射面１７
ｄは、ここでは光反射面１７ｃからの反射光上にその反
射光に対して直交する角度に形成されている（ここでは
入射面１７ｄと平行）。

【００６９】つぎに、画像分光測定装置１１の動作につ
いて説明する。図２に示すように、広帯域の光源Ｌから
の光線は、コリメートされて走査干渉機構Ａに入射し、
その走査干渉機構Ａで光路長差を生成して光出射面３ｃ
から出射される。つぎに走査干渉機構Ａから出射した干
渉光は、試料測定機構Ｂ１中に入って、試料設置面１７
ｂの試料Ｗより反射され、光反射面１７ｃにより方向を
変えて出射面１７ｄより出射し、投影レンズ８を経由し
多チャンネル検出器９上に像を結ぶ。

【００７０】ここで、第３光透過体４を移動させなが
ら、つまり光路長を変化させながら、光路長差の値と多
チャンネル光検出器９上のイメージとを関連付けてデー
タを取得し、データ蓄積部（図示せず）に保存する。こ
れらの多チャンネル検出器９に入射された光線部分は、
再び結合されて、２つの光線間の干渉により、光線の各
波数成分の強度を、成分の波数と光路長との関数として
変化させる。

【００７１】そして、多チャンネル検出器９の出力は、
これらの成分（各波数成分）の重ね合わせを表し、規則
的な距離間隔でサンプリングされるときは、そのフーリ
エ変換が所望されたスペクトルを生ずるインターフェロ
グラムを提供する。したがって、多チャンネル光検出器
の各画素はインターフェログラムを提供することにな
る。さらに、多チャンネル検出器９の信号処理器（図示
せず）は、得られた各波数成分の強度情報を検索し、そ
れをスペクトル画像データに変換する。

【００７２】このスペクトル画像データは、多チャンネ
ル光検出器９の各画素が取得したスペクトルデータの集
合体である。そのため多チャンネル検出器９の表示部
（図示せず）では、ユーザの選択に応じて、特定波長で
の反射強度分布画像や特定の画素における反射スペクト
ルを表示することができる。この反射スペクトル画像を
解析して、試料Ｗに関する知見を得ることができる。

【００７３】つぎに、本発明に係る画像分光測定装置に
おける実施の第３形態について説明する。図３は、画像
分光測定装置を模式的に示す平面図である。なお、図１
においてすでに説明した構成は、同じ符号を付して説明
を省略する。図３に示すように、画像分光測定装置２１
は、走査干渉機構Ａと、この走査干渉機構Ａに隣接して
配置された試料測定機構Ｂ２とから構成されている。

【００７４】また、図２に示すように、試料測定機構Ｂ
２は、出射光線用光透過体としての透過ガラスプリズム
２７と、この透過ガラスプリズム２７の試料設置面２７
ｂに設置された試料Ｗからの反射光を出射する出射面２
７ｃに隣接して配置された投影レンズ８と、この投影レ
ンズ８からの光線の光路に配置された多チャンネル検出
器９とを備えている。

【００７５】透過ガラスプリズム２７は、各プリズム柱
体２，３，４Ａと同質な素材により形成されることが好
ましく、その光出射面３ｃに対面する位置で、光出射面
３ｃからの光線を入射させる入射面２７ａと、この入射
面２７ａからの光線を全反射する角度に形成された試料
Ｗを設置するための試料設置面２７ｂと、この試料設置
面２７ｂに設置した試料Ｗからの反射光路上に形成さ
れ、該透過ガラスプリズム２７から光線を出射させる出
射面２７ｃとを備えている。

【００７６】つぎに、画像分光測定装置２１の動作につ
いて説明する。広帯域の光源Ｌからの光線は、コリメー
トされて走査干渉機構Ａに入射し、走査干渉機構Ａで光
路長差を生成して出射される。つぎに走査干渉機構Ａか
ら出射した干渉光は試料測定機構Ｂ２に入射して試料Ｗ
に対して照射される。このとき、試料設置面２７ｂは、
試料Ｗに接した面で全反射を起すような角度に形成され
ているため、試料Ｗが設置されることで試料Ｗの表面ま
で光線が到達して反射する。そして、試料設置面２７ｂ
の試料Ｗから反射した光線は、出射面２７ｃから出射し
て投影レンズ８によって多チャンネル検出器９上に結像
する。

【００７７】ここで、第３透過体４（可動プリズム）を
移動させながら、つまり光路長を変化させながら、光路
長差の値と多チャンネル光検出器９上のイメージとを関
連付けてデータを取得し、データ蓄積部（図示せず）に
保存する。これらの多チャンネル検出器９に入射された
光線部分は、再び結合されて、２つの光線間の干渉によ
り、光線の各波数成分の強度を、成分の波数と光路長と
の関数として変化させる。

【００７８】多チャンネル検出器９の出力は、これらの
成分（各波数成分）の重ね合わせを表し、規則的な距離
間隔でサンプリングされるときは、そのフーリエ変換が
所望されたスペクトルを生ずるインターフェログラムを
提供する。したがって、多チャンネル検出器９の各画素
は、インターフェログラムを提供することになる。そし
て、多チャンネル検出器９の信号処理器（図示せず）
は、得られた各波数成分の強度情報を検索し、それをス
ペクトル画像データに変換する。これは多チャンネル光
検出器９の各画素が取得したスペクトルデータの集合体
である。多チャンネル検出器９の表示部（図示せず）で
は、ユーザの選択に応じて、特定波長での全反射強度分
布画像や特定の画素における反射スペクトルを表示する
ことができる。この反射スペクトル画像を解析して、試
料Ｗに関する知見を得ることができる。

【００７９】つぎに、本発明に係る画像分光測定装置に
おける実施の第４形態について説明する。図４は、画像
分光測定装置を模式的に示す平面図である。なお、図１
および図３においてすでに説明した構成は、同じ符号を
付して説明を省略する。図４に示すように、画像分光測
定装置２１Ａは、走査干渉機構Ａと、この走査干渉機構
Ａに隣接して配置された試料測定機構Ｂ３とから構成さ
れている。そして、試料測定機構Ｂ３は、試料設置面２
７ｂに、表面プラズモン共鳴用薄膜としての金薄膜２７
ｄが蒸着されている。

【００８０】この画像分光測定装置２１Ａは、広帯域の
光源Ｌからの光を、コリメートされて走査干渉機構Ａに
入射させ、光出力面３ｃから干渉光の平行光線として出
射させている。走査干渉機構Ａからの干渉光は、試料測
定機構Ｂ３の入射面２７ａから入射され試料設置面２７
ｂの金薄膜２７ｄに到達する。また、試料設置面２７ｂ
の金薄膜２７ｄには、試料Ｗとしての試料液体が保持で
きるような容器が設置されており、試料液体は金薄膜２
７ｄに接触している。そのため、入射面２７ａから送ら
れてきた光線は、試料設置面２７ｂの金薄膜２７ｄで反
射する。

【００８１】このとき、試料設置面２７ｂは、全反射を
起すような角度にあらかじめ形成されていると、金薄膜
２７ｄの表面で全反射を起す。全反射された光線は、投
影レンズ８によって多チャンネル検出器９に入射して像
に対応した強度分布を形成する。この強度分布データ
を、データ蓄積部（図示せず）に格納する。

【００８２】ここで、第３光透過体４を移動させなが
ら、つまり光路長を変化させながら、光路長差の値と多
チャンネル光検出器９上のイメージとを関連付けてデー
タ取得し、データ蓄積部（図示せず）に保存する。これ
らの多チャンネル検出器９に入射された光線部分は、再
び結合されて、２つの光線間の干渉により、光線の各波
数成分の強度を、成分の波数と光路長との関数として変
化させる。

【００８３】多チャンネル検出器９の出力は、これらの
成分（各波数成分）の重ね合わせを表し、規則的な距離
間隔でサンプリングされるときは、そのフーリエ変換が
所望されたスペクトルを生ずるインターフェログラムを
提供する。

【００８４】したがって、多チャンネル光検出器９の各
画素はインターフェログラムを提供することになる。多
チャンネル光検出器９の信号処理器（図示しない）は、
得られた強度情報を検索し、それをスペクトル画像デー
タに変換する。これは多チャンネル光検出器９の各画素
が取得したスペクトルデータの集合体である。このスペ
クトルデータを解析し、ＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）
を起す波長の近傍で精査することにより、二次元データ
中の特定のピクセルに注目し、波長に対して反射強度を
プロットすると、ある特定の波長で吸収がおきることが
分かる。

【００８５】このとき、あらかじめ金薄膜２７ｄ上の一
部に牛血清アルブミン（ＢＳＡ）を塗布しておくと、金
属薄膜表面のＢＳＡ膜の膜厚と密度の不均一さによって
生じる屈折率分布に依存して吸収がおきる波長が変化す
る。よって、吸収ピークの波長を調べることによって、
屈折率分布の多点同時測定が可能である。このときＢＳ
Ａ膜が無いところ、ＢＳＡ膜があるところも、スペクト
ル上にＳＰＲによる吸収が観測され、測定面内に大きな
屈折率偏差があっても同時に測定できる。

【００８６】さらに金薄膜の表面に複数種の分子を薄く
（二次元的に）分布させて塗布した場合、同時に複数種
の分子の測定が可能である。測定可能な分子の種類は同
時に塗布できる分子認識機能性物質の数と多チャンネル
検出器９の解像度で決まるため、非常に多くの種類の分
子が測定できる。

【００８７】また、図４の画像分光測定装置２１Ａを用
いてつぎの構成にすることもできる。すなわち、試料設
置面２７ｂの金薄膜２７ｄ上に、チオール基を有して異
なる配列を備えるＤＮＡの一本鎖をアレイ状に配置し、
反応させ、金薄膜２７ｄ上にＤＮＡが配列された基板を
得ることができる。

【００８８】この基板と被測定ＤＮＡを均一反応させた
後、走査干渉機構Ａおよび試料測定機構Ｂ３により測定
すると、相補配列を持つ部分ではＤＮＡの２本鎖が生成
し、屈曲率が大きくなり、図５に示すようにスペクトル
に違いがみられるデータＸ、データＹを得ることができ
る。これは図１１のような測定が歪みを伴う反射率だけ
の情報であるのに比べて、この画像分光測定装置２１Ａ
を用いることにより、画像を歪ませることなく、スペク
トルを得ることができるためである。

【００８９】そのため、はるかに大きな情報量を取得し
て、わずかなスペクトルの差から、ＳＰＲ波長を高精度
に推定することができ、少ないＤＮＡの固定化量でも測
定が可能となる。この例で用いた金膜上の修飾層として
は、ＤＮＡの他に抗体、抗原、酵素、レセプターなどを
用いてもそれぞれの分子に特異的に反応する分子の測定
ができる。

【００９０】なお、図１から図４に示す画像分光測定装
置１，１１，２１，２１Ａは、プリズム柱体の構成とし
て説明したが、走査干渉機構Ａおよび試料測定機構Ｂ
は、平面導波路により構成しても成立する。平面導波路
により構成する場合は、光線の光路となる中央に存在す
るコア層と、このコア層の上下に設けられるクラッド層
（各層は図示せず）とにより成る。

【００９１】以上に示したのはあくまでも一例であっ
て、画像分光測定装置１，１１，２１，２１Ａの走査干
渉機構Ａは、例えば、特願２０００−６０１７８に記載
されてる構成のものや、また、図６（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）（特開平２００１−２７７５０９）に示す構成で
あっても構わない。なお、図６では、図１ないし図４で
説明した同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。

【００９２】図６（ａ）に示すように、走査干渉機構
（プリズム柱体、平面導波路）Ａ１は、三角形状の第１
光透過体１２、第２光透過体１３、第３光透過体１４か
ら構成されている。そして、走査干渉機構Ａ１の第３光
透過体１４は、光路となる位置に反射手段１４ａ、１４
ｂを備えて構成される。

【００９３】また、図６（ｂ）に示すように、走査干渉
機構（プリズム柱体、平面導波路）Ａ２は、三角形状の
第３光透過体１４と、三角形状の一辺に膨出した部分を
備える第１光透過体１２Ａ、第２光透過体１２Ｂ、から
構成される。さらに、図６（ｃ）に走査干渉機構（プリ
ズム柱体、平面導波路）Ａ３は、三角形状の第３光透過
体１４と、一辺にコリメート放物面を備える第１光透過
体１２Ｃ、第２光透過体１２Ｄ、から構成される。

【００９４】さらに、本実施の形態において、広帯域の
光源は、タングステンハロゲンランプなどの白色光源
や、発光ダイオードや、スーパールミネッセンスダイオ
ード等の、単色光源でない光源であれば特に限定される
ものではない。また、ＳＰＲを起こす媒体としては、金
以外にも、銀、シリコンなど、ＳＰＲ現象を起こすよう
な金属、半導体、誘電体、これらの混合物、フォトニッ
ク結晶などが挙げられる。

【００９５】さらに、プリズムの材料としては、ガラ
ス、プラスチック、無機物結晶などを用いることができ
る。また、プリズムとＳＰＲを起こす物質を一体化した
フォトニック結晶を使うことができる。そして、本実施
の形態で、試料に光を入射する光学系は、屈折光学系を
用いて説明したが（透過ガラスプリズムで図示）反射光
学系でもよい。本実施の形態において、試料から出射さ
れる光を多チャンネル検出器に投影する測定光学系は、
投影レンズで図示された屈折光学系を用いているが、こ
れはカセグレン型反射鏡等の反射光学系でもよい。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る画像
分光測定装置によれば、次のような効果が得られる。（１）画像分光測定装置は、光学素子が個別の部品で構
成されずに、光軸調整が容易で、それぞれ個別の支持部
も必要とせず、簡単な構成で小型軽量に一体化形成する
ことができ、また製造コストも安価にできる。

【００９７】（２）画像分光測定装置は、光学素子が個
別の部品で構成されずに、光軸調整が容易で、かつ、多
チャンネル検出器に得られるスペクトルは多数種類であ
るため、同時に多数種の波数成分を測定することができ
る。（３）画像分光測定装置は、試料設置面を全反射できる
ように構成することで、測定できるため、構成を簡略化
して正確な測定を行うことができる。

【００９８】（４）画像分光測定装置は、ＳＰＲ装置と
して用いた場合には、観測する画像がゆがむことなく、
光源及び検出器の回転運動が不要で、共鳴点を追跡する
ことによって二次元のＳＰＲを高精度かつ広い測定範囲
で測定できる。（５）画像分光測定装置は、平面導波路により構成され
ることにより、精密な構造を維持して大量生産を可能と
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る実施の第１形態におけ
る画像分光測定装置を模式的に示す平面図、（ｂ）は
（ａ）における矢印ＩＩ−ＩＩ位置での側面状態を縮小
して示す模式図である。

【図２】本発明に係る実施の第２形態における画像分
光測定装置を模式的に示す平面図である。

【図３】本発明に係る実施の第３形態における画像分
光測定装置を模式的に示す平面図である。

【図４】本発明に係る実施の第４形態における画像分
光測定装置を模式的に示す平面図である。

【図５】本発明に係る画像分光測定装置により測定し
たデータの一例を示すグラフ図である。

【図６】本発明に係る画像分光測定装置における走査
干渉機構の他の例を模式的に示す平面図である。

【図７】従来の単一チャンネル一体化プリズム走査フ
ーリエ変換分光器本体の図である。

【図８】従来のフーリエ変換分光器利用スペクトル画
像測定装置の模式図である。

【図９】従来のフーリエ変換分光器利用スペクトル画
像ＡＴＲ測定装置を示す模式図である。

【図１０】従来のフーリエ変換分光器利用単一チャン
ネルＳＰＲ測定装置を示す模式図である。

【図１１】従来の多チャンネル角度走査型ＳＰＲ装置
を示す模式図である。

【符号の説明】

Ａ走査干渉機構Ｂ試料測定機構Ｌ光源１，１１，２１，２１Ａ画像分光測定装置２第１プリズム柱体（第１光透過体）２ａ光入射面２ｂ第１平面２ｃ第２平面２ｄ鏡面垂直反射面（反射手段）３第２プリズム柱体（第２光透過体）３ａ第３平面３ｂ第４平面３ｃ光出射面３ｄ鏡面垂直反射面（反射手段）４第３光透過体４Ａ第３プリズム柱体４Ｂ第１コーナーキューブ（第１光線反射部）４Ｃ第２コーナーキューブ（第２光線反射部）４ａ第５平面４ｂ第６平面４ｃ第７平面４ｄ第８平面４ｅ光線反射部４ｆ第９平面４ｇ光線反射部５ビームスプリッタ６光屈折率整合液体層（光屈折率整合手段）７，１７，２７透過ガラスプリズム（出射光線用光
透過体）７ａ，１７ａ入射面７ｂ，１７ｂ試料設置面８投影レンズ９多チャンネル検出器１７ｃ光反射面１７ｄ出射面２７ｄ金薄膜（表面プラズモン共鳴用薄膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｚ 21/45 21/45 ＡＦターム(参考） 2F064 AA00 BB03 EE01 FF00 GG13 GG16 GG22 HH08 2G020 BA02 BA20 CA12 CB05 CB21 CC22 CC47 CC63 CD03 CD06 CD12 CD13 CD16 CD22 CD35 CD37 CD51 2G059 AA01 AA02 BB12 CC16 DD13 EE01 EE02 EE10 EE12 FF01 GG10 JJ17 JJ22 KK04 MM01 MM09 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光入射面を有する第１光透過体と、この
第１光透過体に隣接して配置され、前記光入射面からの
光線を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
このビームスピリッタに隣接して配置され、前記ビーム
スプリッタからの反射光および透過光を出射する光出射
面を有する第２光透過体と、前記ビームスプリッタを介
して隣合う前記両光透過体のそれぞれの一平面に隣接し
て配置された光屈折率整合手段と、この光屈折率整合手
段に隣接して配置された走査用の第３光透過体と、前記
光入射面からの光線を前記光出射面に導くための光路中
に設けた反射手段とを備える走査干渉機構と、この走査
干渉機構に隣接して設けた試料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記光出射面に配置された出射光
線用光透過体と、この出射光線用光透過体の一辺に設け
られ、試料を設置するための試料設置面と、この試料設
置面に設置した試料を透過した光線の光路に配置された
投影レンズと、この投影レンズからの光線の光路に配置
された多チャンネル検出器とを備えることを特徴とする
画像分光測定装置。
【請求項２】光入射面を有する第１光透過体と、この
第１光透過体に隣接して配置され、前記光入射面からの
光線を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
このビームスピリッタに隣接して配置され、前記ビーム
スプリッタからの反射光および透過光を出射する光出射
面を有する第２光透過体と、前記ビームスプリッタを介
して隣合う前記両光透過体のそれぞれの一平面に隣接し
て配置された光屈折率整合手段と、この光屈折率整合手
段に隣接して配置された走査用の第３光透過体と、前記
光入射面からの光線を前記光出射面に導くための光路中
に設けた反射手段とを備える走査干渉機構と、この走査
干渉機構に隣接して設けた試料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記光出射面に配置された出射光
線用光透過体と、この出射光線用光透過体の一辺に設け
られ、設置される試料からの反射光を透過する試料設置
面と、この試料設置面に設置された試料からの反射光路
で前記出射光線用光透過体に隣接して配置された投影レ
ンズと、この投影レンズの光線の光路に配置された多チ
ャンネル検出器とを備えることを特徴とする画像分光測
定装置。
【請求項３】光入射面を有する第１光透過体と、この
第１光透過体に隣接して配置され、前記光入射面からの
光線を透過光と反射光に分割するビームスプリッタと、
このビームスピリッタに隣接して配置され、前記ビーム
スプリッタからの反射光および透過光を出射する光出射
面を有する第２光透過体と、前記ビームスプリッタを介
して隣合う前記両光透過体のそれぞれの一平面に隣接し
て配置された光屈折率整合手段と、この光屈折率整合手
段に隣接して配置された走査用の第３光透過体と、前記
光入射面からの光線を前記光出射面に導くための光路中
に設けた反射手段とを備える走査干渉機構と、この走査
干渉機構に隣接して設けた試料測定機構とからなり、前記試料測定機構は、前記光出射面に設けた出射光線用
光透過体と、この出射光線用光透過体の一辺に設けら
れ、設置される試料からの反射光を透過する試料設置面
と、この試料設置面に設定した試料からの反射光を反射
するために前記出射光線用光透過体に設けられた光反射
手段と、この光反射手段からの光線の反射光路で前記出
射光線用光透過体に隣接して配置された投影レンズと、
この投影レンズの光線の光路に配置された多チャンネル
検出器とを備えることを特徴とする画像分光測定装置。
【請求項４】前記試料設置面は、前記光出射面からの
出射光線に対して全反射する角度で形成されることを特
徴とする請求項２または請求項３に記載の画像分光測定
装置。
【請求項５】前記試料設置面は、表面プラズモン共鳴
用薄膜が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の
画像分光測定装置。
【請求項６】前記各光透過体は、平面導波路により構
成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれか一項に記載の画像分光測定装置。