JP2009244156A - 分光装置、及び分光共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な機能を付加することにより、励起レーザ光とその回折光が、共に検出器に入らないようにした分光装置を提供する。
【解決手段】２次回折光が検出器に入射する検出器上の位置を計算する。ＣＰＵは、２次回折光Ｌ２’が検出器に入射する場合、回折格子の角度を調整することにより、２次回折光ｌ２’が検出器に入射する検出器に入射しないようにする。その上で、１次回折光Ｌ２が検出器に入射する検出器上の位置を計算し、その場所を遮光板４０４で遮蔽する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、分光装置、および分光共焦点顕微鏡に関するものである。

共焦点顕微鏡は、従来型の顕微鏡と比較して標本の２次元的な分解能が高いだけでなく光軸に沿った第３次元方向にも高い分解性能を得ることができ、生物観察分野を中心に利用が広がっている。特に、レーザ光源を備え、レーザ光を被検物である標本上で走査することで観察を行う方式の共焦点顕微鏡では、顕微鏡の光検出部がピンホールと光検出器（光電子増倍管：ＰＭＴ）との組み合わせになっており、分光装置への接続が容易である。そのため、被検物の３次元形状観察だけでなく分光情報も得ることができる顕微鏡を、比較的容易に構成できるという特徴を備えている。

分光装置に設けられた波長分散素子は、入射した光を光波長毎に異なる方向に出射するものである。そのため、複数の検出セルを有する光検出器を備えて、異なる波長の光を同時に検出することによって被検物の分光情報を短時間に取得するような装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

共焦点顕微鏡による分光では蛍光を捉えて分光を行うが、被検物により反射されたり、カバーガラスによって反射されたりした励起レーザ光（以下では、この励起レーザ光を迷光と呼ぶこともある。）も分光装置に入ってくる。蛍光の強度は迷光の強度に比べて極めて弱く、例えば、蛍光の強度に対して迷光の強度が数１０倍〜１００倍程度となる場合もある。

そのため、蛍光の強度に光検出器（ＰＭＴ）の検出感度を合わせると、励起レーザ光の強度が極めて大きいため検出器を破損してしまうおそれがある。逆に、励起レーザ光の強度に光検出器の検出感度を合わせてしまうと、検出すべき発光・蛍光の強度が小さすぎて検出がほとんどできなくなる。そこで、上述した従来の装置では、励起レーザ光の輝線位置に合わせてラインフィルタ（短冊状の遮光板）を固設し、固定遮光板により励起レーザ光を遮ることにより励起レーザ光が光検出器に入射しないようにしている。

ところで、分光装置に設けられた光分散素子の角度を変えたり、光分分散素子を交換した場合や、励起レーザ光の波長を変えた場合には、光検出器上における励起レーザ光の入射位置が変わる。そのため、上述した従来の分光装置では、異なる条件毎に固定遮光板を用意する必要がある。しかしながら、このように複数の固定遮光板を設けると、検出すべき光を遮ってしまうおそれがあり、検出精度の低下を招くことになる。

このような問題点に対応するために、特開平２００６−１２５９７９号公報においては、遮光板を可動とし、励起レーザ光の１次回折光の光路に合わせてその位置を移動させることにより、励起レーザ光の波長が変わっても、その１次回折光が光検出器に入らないようにする技術が開示されている。
米国特許出願公開２００２／００２０８１９号公報 特開平２００６−１２５９７９号公報

しかしながら、励起光が光分散素子に入射した場合、高次（２次以上）の回折光が発生する場合がある。それ故、励起レーザ光の１次回折光が光分散素子に入らないように遮光板の位置決めを行っても、高次の回折光が検出器に入射し、検出精度を劣化させる場合がある。この高次の回折光の影響は従来は無視されていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な機能を付加することにより、励起レーザ光の１次回折光と、さらに高次の回折光が、共に検出器に入らないようにした分光装置、及びこれを使用した分光共焦点顕微鏡を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、励起光によって励起された蛍光と前記励起光とが入り交じった光を、波長毎に分散させる波長分散素子と、前記波長分散された光の強度を、波長区分毎に複数の光検出セルにより検出する光検出器とを有する分光装置であって、前記波長分散素子によって生じた前記励起光の回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能を有することを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、前記回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、前記回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記波長分散素子の角度を可変とし、前記回折光のうち少なくとも１つが前記光検出器に入射するのを妨げるように、前記波長分散素子の角度を変化させると共に、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、残りの回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段であって、前記回折光が、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記光検出器の位置を可変とし、前記回折光のうち少なくとも１つが前記光検出器に入射するのを妨げるように、前記光検出器の位置を調整すると共に、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、残りの回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第の手段であって、点光源とみなされる光源又は２次光源から、それと共役な位置に置かれた試料に前記励起光を照射し、前記励起光と前記試料が発する蛍光を、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを介して取り出し、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれかの分光装置に入射させて分光し、前記波長区分毎の光の強度を測定することにより、前記試料の微細な観測点における前記波長区分毎の光の強度を測定する機能を有することを特徴とする分光共焦点顕微鏡である。

本発明によれば、簡単な機能を付加することにより、励起レーザ光の１次回折光と、さらに高次の回折光が、共に検出器に入らないようにした分光装置、及びこれを使用した分光共焦点顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である分光装置を組み込んだ、本発明の実施の形態の一例である走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。図１の分光共焦点顕微鏡では、顕微鏡は落射型顕微鏡で構成されており、光学的な反応のうちの反射光，蛍光，散乱光などを捉えることができる。以下では、蛍光観察を例に説明する。また、透過型顕微鏡で構成した場合には、蛍光，散乱光および透過光量による吸収の程度を捉えることができる。

図１に示す分光共焦点顕微鏡は、顕微鏡部１、光源部２，走査光学系３および分光装置４で構成されている。光源部２と走査光学系３とは光ファイバ５で接続されており、同様に、走査光学系３と分光装置４とは光ファイバ６で接続されている。光源部２には出力波長の異なるレーザ光源２１ａ，２１ｂが設けられている。なお、図１に示す例では、レーザ光源を２つ備えているが、３つ以上備えていても良い。レーザ光源２１ａ，２１ｂから出射された各レーザ光は全反射ミラー２２およびダイクロイックミラー２３を用いて同一光軸に合わせられた後に、集光レンズ２４により集光されて光ファイバ５に入射する。

光ファイバ５により走査光学系３に伝送されたレーザ光はファイバ端面から所定のＮＡで出射され、走査光学系３内のコリメータレンズ３１により平行光に変換される。コリメータレンズ３１からの平行光はダイクロイックミラー３２により反射され、ガルバノメータ等で構成される走査ユニット３３に入射する。走査ユニット３３は一対の可動式ミラーを備えていて、それらを連動して傾けることにより入射したレーザ光を対物レンズ１２の光軸と直交する２方向に２次元的に走査することができる。

走査ユニット３３から出射されたレーザ光は、走査レンズ３４により一次像面に結像された後に、第２対物レンズ１１および対物レンズ１２によって被検物である試料７上に結像される。試料７上に結像されたレーザ光の像は点像となっており、対物レンズ１２のＮＡで決まる大きさに集光されている。レーザ光を走査ユニット３３により走査すると、試料７上に結像されたレーザ光Ｌ（点像）が２次元的に走査される。

試料７にレーザ光が照射されると、試料７の光学的な特性によって反射、吸収、蛍光、散乱などが照射領域において生じる。生物組織を蛍光観察する場合には、試料７の組織を複数の蛍光試薬で染色して観察する場合がある。そして、レーザ光源２１ａ，２１ｂを切り換えることによって、蛍光試薬に応じたレーザ光を照射してそれぞれの蛍光を観察する。

試料７の照射領域で発生した反射光，蛍光、散乱光などは、対物レンズ１２および第２対物レンズ１１により一次像面に結像された後に、走査レンズ３４で平行光とされて走査ユニット３３に入射する。試料７からの光は走査ユニット３３で再び走査されることによりデスキャンされ、ダイクロイックミラー３２（反射率２０％のハーフミラーでも良い）から走査ユニット３３に入射したレーザ光と同一の光路を逆行することになる。

走査ユニット３３からダイクロイックミラー３２に入射した試料７からの光はダイクロイックミラー３２を透過し、レンズ３５によりピンホール遮光板３６のピンホール３６ａ上に集光される。このピンホール遮光板３６は試料７上のスポット状レーザ光（点像）と共役な位置関係にあり、ピンホール３６ａ上の集光点は上記スポット光の像となっている。そのため、試料７上の他の領域から光が発生しても、その光はピンホール３６ａ上では像を結ばないため、ほとんどがピンホール遮光板３６で遮られてピンホール３６ａを通過することがない。なお、光ファイバー５の端面はピンホールとみなせる極小さな形状をしていて、かつ、試料７上の結像点と共役とされている。このため、試料７上に形成される像は、点像とみなされ、又、その焦点深度は浅くされている
ピンホール３６ａを通過した光は、レンズ３７により集光されて光ファイバ６に入射し、光ファイバ６により分光装置４に伝達される。光ファイバ６の一方のファイバ端は分光装置４の入射スリット４１に対向するように接続されており、試料７からの光は光ファイバ６のＮＡで決まる放射角で出射され、入射スリット４１から分光装置４内に入射する。

図２は、分光装置４の拡大詳細図である。なお、以下の図においては、前出の図に示された構成要素には、同じ符号を付して、その説明を省略することがある。入射スリット４１から入射した光は、入射光学系を構成する反射ミラー４２に入射する。反射ミラー４２は入射スリット４１を焦点とする凹面ミラーであり、反射ミラー４２に入射した光は反射ミラー４２によって反射されて平行光となり、波長分散素子である回折格子４３Ａに入射する。なお、回折格子４３Ａが固定されている回転ステージ４６には、分散特性の異なる４つの回折格子４３Ａ〜４３Ｄが設けられている。

回折格子４３Ａに入射した光は、光波長に応じた回折角度で回折格子４３Ａから出射される。入射光の波長をλ、入射角をα、出射角をβとすると、これらの間には次式（１）に示す関係が成り立っている。ただし、ｍは回折次数、ｄは回折格子４３Ａの格子間隔である。
sinα＋sinβ＝ｍλ／ｄ …（１）

図２には、波長の異なる２種類の１次回折光Ｌ１，Ｌ２を図示した。蛍光観察を行う場合、ピンホール２６ａを通過して分光装置４に入射する光Ｌはほとんどが蛍光であるが、試料７で反射されたりカバーガラスで反射されたりした励起レーザ光も若干含まれている。

蛍光は回折格子４３Ａにより回折されて、蛍光に含まれる波長に応じて所定の角度範囲に出射される。図２において、回折光Ｌ１は回折された蛍光の内の所定方向に出射されるものを示したものである。一方、回折光Ｌ２は励起レーザ光の１次回折光を示したものである。１次回折光Ｌ１，Ｌ２の出射方向には、出射光学系である反射ミラー４４が設けられている。反射ミラー４４は、分光された光を検出する光検出器４５の光検出面を焦点とした凹面ミラーである。回折格子４３Ａで回折された光の内の所定の波長範囲の光が反射ミラー４４に入射し、反射ミラー４４によって光検出器４５の光検出面上に集光される。

回折角の異なる１次回折光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ反射ミラー４４で反射されて、光検出器４５の光検出面上の異なる位置に集光される。後述するように、本実施の形態では移動可能な遮光板４０４が光検出器４５の入射面前方（図示上方）に設けられており、この遮光板４０４が１次回折光Ｌ２の入射位置に配設される。そのため、励起レーザ光の１次回折光Ｌ２は遮光板４０４により遮られて、光検出器４５に入射しないような構成となっている。

一方、回転ステージ４６の角度を変更して回折格子４３Ａの傾きを変えると、反射ミラー４４方向に回折される光の波長域が変化する。すなわち、回折格子４３Ａの傾きを変更することにより、光検出器４５で検出される蛍光の波長帯域を変えることができる。また、上述したように回転ステージ４６には分散特性の異なる複数の回折格子４３Ａ〜４３Ｄを固定することができるので、例えば、図２で回転ステージ４６を１８０度回転すると、回折格子４３Ａに代えて回折格子４３Ｃが使用可能状態となる。

このように、回折格子４３Ａ〜４３Ｄを切り換えて分散特性を変更することにより、例えば、光検出器４５の検出波長帯域の幅を変えて分解能を変えることができる。ここでは、回転ステージ４６には回折格子を４つまで装着することができるが、装着可能個数は４に限らない。

なお、回転ステージ４６を回転して、回折格子４３Ａ〜４３Ｄを切り換える場合は、不要な励起光（０次光、１次光も含めた全ての迷光）が光検出器に入射することを防ぐために、光源部２のレーザ光の出力を切り換えるか、あるいは光源部２に配置されたシャッタ機構によりレーザ光を遮断する。このシャッタ機構は、分光部４（入射スリット４１と反射ミラー４２との間）に配置してもよい。

図３は、光検出器４５の外観を示す斜視図である。光検出器４５は、複数の光検出セル（３２チャンネルのＰＭＴ）４００から成る光検出器アレイ４５ａと、遮蔽機構４５ｂとを備えている。光検出器アレイ４５ａの受光面には各光検出セル４００の受光面が図示左右方向に一次元的に配設されており、各光検出セル４００により回折角の異なる（すなわち波長の異なる）光をそれぞれ検出する。そして、各光検出セル４００から出力される検出信号を計測することで、入射した光の光強度分布を得ることができる。尚、光検出器４５はＰＭＴに限らず、ＣＣＤ等のセンサでも良い。

遮蔽機構４５ｂは、光検出器アレイ４５ａの前方の左右方向に沿って延在する送りネジ４０１と、その送りネジ４０１を回転駆動するステッピングモータ４０２と、送りネジ４０１の回転により光検出器アレイ４５ａの前方を左右方向に移動するスライダ４０３と、スライダに立設された遮光板４０４とを備えている。遮光板４０４には黒つや消し処理が施された金属板が用いられるが、ミラーを用いても良い。ミラーを用いた場合、反射した先で光をトラップするように構成する。遮光板４０４の幅寸法は、出射光学系（反射ミラー４４）によるスポット投影像よりわずかに大きくしておく。

図２に示すように、遮光板４０４は、不要光である励起レーザ光の１次回折光Ｌ２が光検出セル４００に入射するのを防止している。不要光の入射位置である遮光板４０４の配設位置は、レーザ光の波長、回折格子の種類、回折格子の傾きによって決定される。なお、回折格子４３Ａの傾きを変えることにより光検出器アレイ４５ａに入射する波長帯域が変化するので、逆に検出したい波長帯域を決定することにより回折格子４３Ａの傾きが定まる。

図１に戻って、分光共焦点顕微鏡に設けられた顕微鏡部１，光源部２，走査光学系３および分光装置４は、制御部８によってそれぞれコントロールされる。制御部８には、設定条件等を入力するためのＧＵＩを備えたソフトウエアがインストールされたコンピュータ９が接続されている。遮光板４０４の位置決定に必要なユーザ入力情報は上述したようにレーザ波長、回折格子の種類、検出すべき波長帯域であり、これらの情報はコンピュータ９から制御部８のＣＰＵ８１に入力される。コンピュータ９には、表示装置として、モニタ９１が接続されている。

ＣＰＵ８１は入力情報に基づいて、レーザ光源２１ａ，２１ｂのいずれかを光源として選択し、ステージコントローラ８３を介して回転ステージ４６を駆動するとともに、遮光板コントローラ８４を介して遮光板４０４を所定の位置へと移動させる。回転ステージ４６にはロータリエンコーダ等の回転センサが設けられており、そのセンサ信号はステージコントローラ８３へと入力される。また、８５は光検出器４５を制御駆動する検出器コントローラであり、光検出器４５の出力信号は検出器コントローラ８５を介してＣＰＵ８１へと出力される。制御部８のメモリ８２には、制御に必要なデータが予め記憶されている。

図４は、本発明の第１の実施の形態の作用を示す概念図である。回折格子から出射される励起レーザ光は、波長ごとに決まったある角度で光が強め合う。この強め合った光を回折光とよび、（１）式であらわすようにある波長（λ）の光は、回折次数ｍにより，複数の角度βで回折する。（ｍ＝＋１の光を＋１次回折光，ｍ＝＋２の光を＋２次回折光と呼び、以下の図においてはｍ＝＋１のときの励起レーザの回折光の波長をＬ２，ｍ＝＋２のときの励起レーザの回折光の波長をＬ２’として図示することにする。

本実施の形態においては、図３に示す光検出器４５が用いられ、遮光機構４５ｂが１つ設けられ、この遮光板４０４を独立に駆動し、その位置を変化させることができるようになっている。

この実施の形態の目的は、励起レーザ光の１次以上の回折光が光検出セル４００に入らないようにすることである。その操作手順を以下に示す。

（１） 測定者は、検出したい波長帯域および回折格子（分解能）を決定する。
（２） 測定者は、励起レーザ波長（レーザ光源）を選択する。
（３） ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。（図２に示す入射光Ｌの１次回折光が検出器に入射する角度とする。）
（４） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の１次回折光が検出器４５に入射する検出器４５上の位置を計算する。
（５） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の２次回折光が検出器に入射する検出器４５上の位置を計算する。ＣＰＵ８１は、２次回折光が検出器４５に入射する場合（図４（ａ）破線矢印Ｌ２’）は、検出器４５に入射することを測定者にコンピュータ上のＧＵＩ等で通知する。
（６） 測定者は２次回折光が入射する位置が検出器４５の範囲外（長波長側）になるように検出波長範囲の再設定を行う。（図４（ｂ）実線矢印Ｌ２’となるようにする。）
（７）ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。
（８）ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６を駆動する。
（９）ＣＰＵ８１は、入射光Ｌの１次回折光が検出器４５に入射する検出器上の位置を再計算する。
（１０） （９）の計算結果により、励起レーザ光の１次回折光が検出器４５に入射する位置へ遮光板４０４を駆動する。
（１１） 測定者の指示によりＣＰＵは、走査ユニット３３で励起レーザ光を走査を開始する。
（１２） ＣＰＵ８１は、試料７からの蛍光を光検出器４５により検出して、コンピュータでデータ処理し、測定結果をモニタ９１に表示する。

このようにすれば、光検出器４５と遮光板４０４の状態、及び光検出器４５と１次回折光、２次回折光との関係は、例えば図４（ａ）のような状態にあったものが図４（ｂ）のような状態になり、励起レーザ光の１次回折光と２次回折光が、共に光検出セル４００に入らないようにすることができる。

このようにして、本実施の形態では、１次回折光を遮蔽板４０４で遮光すると共に、回折格子が取り付けられている回転ステージを回転させることにより、２次回折光が検出器４５に当たらないようにしている。２次回折光が検出器４５に当たらなければ、それより高次の回折光は、それより外側（図では右側）にあるので、当然検出器４５に当たることはない。よって、遮蔽機構４５ｂの数を増やして機構を複雑にすることなく、回折光の影響を避けることができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態の作用を示す概念図である。本実施の形態においては、図３に示す光検出器４５が用いられ、遮光機構４５が１つ設けられ、この遮光板４０４を独立に駆動し、その位置を変化させることができるようになっている。

この実施の形態の目的は、励起レーザ光の１次以上の回折光が光検出セル４００に入らないようにすることである。その操作手順を以下に示す。

（１） 測定者は、検出したい波長帯域および回折格子（分解能）を決定する。
（２） 測定者は、励起レーザ波長（レーザ光源）を選択する。
（３） ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。（入射光Ｌの１次回折光が検出器に入射する角度とする。）
（４） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の１次回折光が検出器４５に入射する検出器４５上の位置を計算する。
（５） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の２次回折光が検出器に入射する検出器４５上の位置を計算する。ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の１次回折光が検出器４５に入射する場合（図５（ａ）破線矢印Ｌ２）は、検出器４５に入射することを測定者にコンピュータ上のＧＵＩ等で通知する。
（６） 測定者は励起レーザ光の１次回折光が入射する位置が検出器４５の範囲外（短波長側）になるように検出波長範囲の再設定を行う。（図５（ｂ）実線矢印Ｌ２となるようにする。）
（７）ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。
（８）ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６を駆動する。
（９）ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の２次回折光が検出器４５に入射する検出器上の位置を再計算する。
（１０） （９）の計算結果により、励起レーザ光の２次回折光が検出器４５に入射する位置へ遮光板４０４を駆動する。
（１１） 測定者の指示によりＣＰＵは、走査ユニット３３で励起レーザ光の走査を開始する。
（１２） ＣＰＵ８１は、試料７からの蛍光を光検出器４５により検出して、コンピュータでデータ処理し、測定結果をモニタ９１に表示する。

このようにすれば、光検出器４５と遮光板４０４の状態、及び光検出器４５と１次回折光、２次回折光との関係は、例えば図５（ａ）のような状態にあったものが図５（ｂ）のような状態になり、励起レーザ光の１次回折光と２次回折光が、共に光検出セル４００に入らないようにすることができる。

このようにして、本実施の形態では、２次回折光を遮蔽板４０４で遮光すると共に、回折格子が取り付けられている回転ステージを回転させることにより、１次回折光が検出器４５に当たらないようにしている。１次回折光が検出器４５に当たらなければ、それより低次（マイナス次数）の回折光が検出器４５に当たることはない。よって、遮蔽機構４５の数を増やして機構を複雑にすることなく、回折光の影響を避けることができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態の作用を示す概念図である。本実施の形態においては、図３に示す光検出器が用いられ、遮光機構４５が１つ設けられ、この遮光板４０４を独立に駆動し、その位置を変化させることができるようになっていると共に、検出器４５が、その光検出セル４００の配列方向に移動できるようになっている。

この実施の形態の目的は、１次以上の回折光が光検出セル４００に入らないようにすることである。その操作手順を以下に示す。

（１） 測定者は、検出したい波長帯域および回折格子（分解能）を決定する。
（２） 測定者は、励起レーザ波長（レーザ光源）を選択する。
（３） ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。（入射光Ｌの１次回折光が検出器４５に入射する角度とする。）
（４）ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６を駆動する。
（５） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の２次回折光が検出器に入射する検出器上の位置を計算する。
（６） 検出器ステージを２次回折光が検出器４５に入射しない方向へ駆動する。
（７） この状態でＣＰＵ８１は、励起レーザ光の１次回折光が検出器に入射する検出器４５上の位置を計算する。
（８） （７）で計算した位置へ遮光版４０４を駆動する。
（９） 測定者の指示によりＣＰＵ８１は、走査ユニット３３で励起レーザ光を走査を開始する。
（１０） ＣＰＵ８１は、試料７からの蛍光を光検出器４５により検出して、コンピュータでデータ処理し、測定結果をモニタ９１に表示する。

このようにすれば、光検出器４５と遮光板４０４の状態、及び光検出器４５と１次回折光、２次回折光との関係は、例えば図６（ａ）のような状態にあったものが図６（ｂ）のような状態になり、励起レーザ光の１次回折光と２次回折光が、共に光検出セル４００に入らないようにすることができる。

このようにして、本実施の形態では、１次回折光を遮蔽板４０４で遮光すると共に、光検出セル４００が取り付けられている検出器４５を移動させることにより、２次回折光が検出器４５に当たらないようにしている。２次回折光が検出器４５に当たらなければ、それより高次の回折光が検出器４５に当たることはない。よって、遮蔽機構４５ｂの数を増やして機構を複雑にすることなく、回折光の影響を避けることができる。

この例については、２次回折光とそれより高次の回折光が検出器４５に入射しないように、検出器４５を短波長側に移動させ、１次回折光を遮蔽板４０４で遮蔽したが、検出器４５を長波長側に移動させ、１次回折光及び低次の回折光が検出器４５に入らないようにすると共に、２次回折光を遮蔽板４０４で遮蔽するようにしてもよい。

図７は、本発明の第４の実施の形態の作用を示す概念図である。本実施の形態においては、図８に示す光検出器が用いられ、遮光機構４５ｂ、４５ｂ’が２つ設けられ、これらの２つの遮光板４０５、４０６を独立に駆動し、その位置を変化させることができるようになっている。

遮光板４０６は、遮光板４０５の厚さ分程度、遮光板４０５より後方に配置されているので、スライダ４０３、４０３’で遮光板４０５、４０６を駆動しても互いにぶつかることがないように構成されている。基本的には、遮光する回折光のうち、相対的に短波長の回折光を遮光板４０５で遮光し、長波長の回折光を遮光板４０６で遮光する。その他は、図３に示すものと同じである。

この実施の形態の目的は、励起レーザ光の１次以上の回折光が光検出セル４００に入らないようにすることである。その操作手順を以下に示す。

（１） 測定者は、検出したい波長帯域および回折格子（分解能）を決定する。
（２） 測定者は、励起レーザ波長（レーザ光源）を選択する。
（３） ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６の角度を決定する。（入射光Ｌの１次回折光が検出器４５に入射する角度とする。）
（４） ＣＰＵ８１は、回転ステージ４６を駆動する。
（５） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の１次回折光が検出器に入射する検出器上の位置を計算する。
（６） ＣＰＵ８１は、励起レーザ光の２次回折光が検出器に入射する検出器上の位置を計算する。
（７） （５）で計算した励起レーザ光の１次回折光を遮光するように第１の遮光版４０５を駆動する。
（８） （６）で計算した励起レーザ光の２次回折光を遮光するように第２の遮光版４０６を駆動する。
（９） 測定者の指示によりＣＰＵ８１は、走査ユニット３３で励起レーザ光の走査を開始する。
（１０） ＣＰＵ８１は、試料７からの蛍光を光検出器４５により検出して、コンピュータでデータ処理し、測定結果をモニタ９１に表示する。

このようにすれば、光検出器４５と遮光板４０５、４０６の状態は、例えば図７（ａ）のような状態にあったものが図７（ｂ）のような状態になり、励起レーザ光の１次回折光と２次回折光が、共に光検出セル４００に入らないようにすることができる。３次以上の回折光が光検出セル４００に入射する場合は、それに対応して、遮光機構を増やし、遮光板の数を増やして、これらの光を遮光するようにすればよい。

以上の実施の形態の説明においては、いずれも励起レーザ光は１種類であるとして説明してきた。励起レーザ光が複数ある場合は、以下のように取り扱えばよい。

第１の実施の形態の応用としては、入射する励起レーザ光の１次回折光のうち最も短波長のものについて第１の実施の形態を実施すれば、すべての２次回折光が検出器４５に入射しないようにすることができる。その上で、検出器４５に入射する１次回折光を遮蔽機構４５ｂ等を増やして、その遮蔽板で取り除けばよい。

第２の実施の形態の応用としては、入射する励起レーザ光の１次回折光のうち最も長波長のものについて第２の実施の形態を実施すれば、すべての１次以下の回折光が検出器４５に入射しないようにすることができる。その上で、検出器４５に入射する２次回折光を遮蔽機構４５ｂを増やして、その遮蔽板で取り除けばよい。

第３の実施の形態の応用としては、入射する励起レーザ光の１次回折光のうち最も長波長、又は短波長のものについて第３の実施の形態を実施すれば、全ての２次回折光、又は全ての１次以下の回折光が検出器４５に入射しないようにすることができる。その上で、検出器４５に入射する１次回折光、又は２次回折光を、遮蔽機構４５ｂ等を増やして、その遮蔽板で取り除けばよい。

第４の実施の形態の応用としては、検出器４５に入射する全ての励起レーザ光の回折光を遮蔽して光検出セル４００に当たらないようにするため、遮蔽機構４５ｂ等を増やしていけばよい。

本発明の実施の形態である分光装置を組み込んだ、本発明の実施の形態の一例である走査型共焦点顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。 分光装置の拡大詳細図である。 光検出器の外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の作用を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態の作用を示す概念図である。 本発明の第３の実施の形態の作用を示す概念図である。 本発明の第４の実施の形態の作用を示す概念図である。 遮光機構を２組設けた例を示す頭である。

符号の説明

１…顕微鏡部、２…光源部、３…走査光学系、４…分光部、５，６…光ファイバ、７…試料、８…制御部、９…コンピュータ、２１ａ，２１ｂ…レーザ光源、３６…ピンホール遮光板、３６ａ…ピンホール、４２，４４…反射ミラー、４３Ａ〜４３Ｃ…回折格子、４５…光検出器、４５ａ…光検出アレイ、４５ｂ，４５ｂ’…遮蔽機構、８１…ＣＰＵ、８５…検出器セルコントローラ、９１…モニタ、４００…光検出セル、４０１…送りネジ、４０２…ステッピングモータ、４０３…スライダ、４０４，４０５，４０６…遮光板、

Claims (5)

1. 励起光によって励起された蛍光と前記励起光とが入り交じった光を、波長毎に分散させる波長分散素子と、前記波長分散された光の強度を、波長区分毎に複数の光検出セルにより検出する光検出器とを有する分光装置であって、
   前記波長分散素子によって生じた前記励起光の回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能を有することを特徴とする分光装置。
2. 請求項１に記載の分光装置であって、前記回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、前記回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とする分光装置。
3. 請求項１に記載の分光装置であって、前記回折光の全てが、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記波長分散素子の角度を可変とし、前記回折光のうち少なくとも１つが前記光検出器に入射するのを妨げるように、前記波長分散素子の角度を変化させると共に、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、残りの回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とする分光装置。
4. 請求項１に記載の分光装置であって、前記回折光が、前記光検出セルに入射しないようにする機能は、前記光検出器の位置を可変とし、前記回折光のうち少なくとも１つが前記光検出器に入射するのを妨げるように、前記光検出器の位置を調整すると共に、前記光検出器に可動式遮蔽板を設け、残りの回折光が、前記光検出器に入射するのを妨げるように前記可動式遮蔽板の位置を調整することによってもたらされることを特徴とする分光装置。
5. 点光源とみなされる光源又は２次光源から、それと共役な位置に置かれた試料に前記励起光を照射し、前記励起光と前記試料が発する蛍光を、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを介して取り出し、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の分光装置に入射させて分光し、前記波長区分毎の光の強度を測定することにより、前記試料の微細な観測点における前記波長区分毎の光の強度を測定する機能を有することを特徴とする分光共焦点顕微鏡。

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