JP3711535B2 - 画像分光測定装置 - Google Patents
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Description
【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６に示す（特願２０００−６０１７８）。図６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６で示すように、第１プリズム柱体１０１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１１０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６で示すように、第２プリズム柱体１０２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１１４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１１５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６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１１７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６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第１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１２平面１２０）から出射されるという特性をもつ。
【０００７】
図６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第２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６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６で示すように、ビームスプリッタ１０６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６で示すように、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６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１０６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、第１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１１４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１２０を通過して第１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１１２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１２２に入射し、第２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１２２を通過して第２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１１４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７に示す。図７に示すように、画像分光器２００は、光源部２０１、アパーチャ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８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３１０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３０２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３０５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９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９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４０６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１０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５０４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６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７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８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９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１０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、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備えている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタとを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有している。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
また、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に配置された出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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ている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、さらに、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、そして、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい 、さらに、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料を透過して出力される光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成している。
【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、ビームスプリッタにより第１の光線および第２の光線として分割し、走査用の第３プリズム柱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プリズム柱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】
さらに、画像分光測定装置は、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備えるものとした。
そして、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、また、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、さらに、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、また、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に配置された出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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路で前記出射光線用プリズム柱体の出射面に隣接して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上に配置された多チャンネル検出器とを備え、前記出射光線用プリズム柱体は、前記光出射面に対面する位置に配置された入射面と、この入射面に対して所定角度に形成され、試料を設置するための試料設置面と、この試料設置面からの反射光路上に形成された光反射面と、この光反射面からの反射光を出射させる前記出射面とを有している。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、また、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、さらに、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を出力する光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成した。
【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、ビームスプリッタにより第１の光線および第２の光線として分割し、走査用の第３プリズム柱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】
また、画像分光測定装置は、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備える構成とした。
また、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、また、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、さらに、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、また、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、そして、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、さらに、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
そして、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に設けた出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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プリズム柱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上で前記出射光線用プリズム柱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ている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、また、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、かつ、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を前記光反射手段を介して出力する光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成した。
【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、ビームスプリッタにより、第１の光線および第２の光線に分割し、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。
【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。
【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４ｂ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第１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の第１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４ｃ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第２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４Ｂ，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】
光屈折率整合液体層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ａ1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の屈折率をｎとして、最大移動距離をＤＭＡＸとすると、この光路における最大光路長差は８ｎＤＭＡＸｓｉｎθ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Ｂ１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１７ｂ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１７ａ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１７ｄ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１７ｂ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Ｂ２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２７ｂに設置された試料Ｗからの反射光を出射する出射面２７ｃ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２７ｂに、表面プラズモン共鳴用薄膜としての金薄膜２７ｄ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２７ｂ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２７ｄ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ＢＳＡ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本鎖が生成され、屈折率が大きくなり、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１０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。また、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。
【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に記載されている構成のものであっても構わない。
【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。また、画像分光測定装置は、光路における最大光路長差は８ｎＤ MAX ｓｉｎθとなる大きな光路長差を得ることができる。
【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。
【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】 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７】 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８】 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９】 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１０】 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（光線反射部）
４Ｃ 第２コーナーキューブ（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（第１光線反射部）
４ｆ 第９平面
４ｇ 光線反射部（第２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）
【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６に示す（特願２０００−６０１７８）。図６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６で示すように、第１プリズム柱体１０１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１１０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６で示すように、第２プリズム柱体１０２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１１４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１１５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６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１１７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６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第１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１２平面１２０）から出射されるという特性をもつ。
【０００７】
図６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第２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６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６で示すように、ビームスプリッタ１０６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６で示すように、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６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１０６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、第１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１１４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１２０を通過して第１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１１２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１２２に入射し、第２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１２２を通過して第２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１１４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７に示す。図７に示すように、画像分光器２００は、光源部２０１、アパーチャ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８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３１０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３０２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３０５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９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９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４０６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１０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５０４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６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７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８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９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１０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、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備えている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタとを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有している。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
また、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に配置された出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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ている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、さらに、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、そして、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい 、さらに、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料を透過して出力される光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成している。
【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、ビームスプリッタにより第１の光線および第２の光線として分割し、走査用の第３プリズム柱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プリズム柱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】
さらに、画像分光測定装置は、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備えるものとした。
そして、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、また、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、さらに、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、また、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に配置された出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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路で前記出射光線用プリズム柱体の出射面に隣接して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上に配置された多チャンネル検出器とを備え、前記出射光線用プリズム柱体は、前記光出射面に対面する位置に配置された入射面と、この入射面に対して所定角度に形成され、試料を設置するための試料設置面と、この試料設置面からの反射光路上に形成された光反射面と、この光反射面からの反射光を出射させる前記出射面とを有している。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、また、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、さらに、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を出力する光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成した。
【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、ビームスプリッタにより第１の光線および第２の光線として分割し、走査用の第３プリズム柱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】
また、画像分光測定装置は、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を備える画像分光測定装置であって、前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備える構成とした。
また、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体が、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、また、前記第２プリズム柱体が、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、さらに、前記第３プリズム柱体が、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、また、前記第１コーナーキューブが、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、そして、前記第２コーナーキューブが、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、さらに、前記屈折率整合手段が、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在している。
そして、前記画像分光測定装置は、前記試料測定機構が、前記光出射面に設けた出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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プリズム柱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上で前記出射光線用プリズム柱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ている。
そして、前記画像分光測定装置は、前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、また、前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、かつ、前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を前記光反射手段を介して出力する光路が構成されている。
さらに、前記画像分光測定装置は、前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在になるように構成した。
【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、ビームスプリッタにより、第１の光線および第２の光線に分割し、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。
【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。
【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４ｂ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第１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の第１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４ｃ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第２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４Ｂ，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】
光屈折率整合液体層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ａ1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の屈折率をｎとして、最大移動距離をＤＭＡＸとすると、この光路における最大光路長差は８ｎＤＭＡＸｓｉｎθ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Ｂ１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１７ｂ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１７ａ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１７ｄ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１７ｂ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Ｂ２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２７ｂに設置された試料Ｗからの反射光を出射する出射面２７ｃ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２７ｂに、表面プラズモン共鳴用薄膜としての金薄膜２７ｄ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２７ｂ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２７ｄ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ＢＳＡ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本鎖が生成され、屈折率が大きくなり、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１０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。また、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。
【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に記載されている構成のものであっても構わない。
【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。また、画像分光測定装置は、光路における最大光路長差は８ｎＤ MAX ｓｉｎθとなる大きな光路長差を得ることができる。
【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。
【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】 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７】 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８】 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９】 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１０】 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（光線反射部）
４Ｃ 第２コーナーキューブ（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（第１光線反射部）
４ｆ 第９平面
４ｇ 光線反射部（第２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）
Claims (5)
- 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を備える画像分光測定装置であって、
前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備え、
前記第１プリズム柱体は、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、
前記第２プリズム柱体は、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタとを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、
前記第３プリズム柱体は、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、
前記第１コーナーキューブは、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、
前記第２コーナーキューブは、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、
前記屈折率整合手段は、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在し、
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プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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、
前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、
前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料を透過して出力される光路が構成され、
前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在であることを特徴とする画像分光測定装置。 - 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を備える画像分光測定装置であって、
前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備え、
前記第１プリズム柱体は、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、
前記第２プリズム柱体は、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、
前記第３プリズム柱体は、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、
前記第１コーナーキューブは、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、
前記第２コーナーキューブは、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、
前記屈折率整合手段は、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在し、
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プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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路で前記出射光線用プリズム柱体の出射面に隣接して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上に配置された多チャンネル検出器とを備え、
前記出射光線用プリズム柱体は、前記光出射面に対面する位置に配置された入射面と、この入射面に対して所定角度に形成され、試料を設置するための試料設置面と、この試料設置面からの反射光路上に形成された光反射面と、この光反射面からの反射光を出射させる前記出射面とを有し、
前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、
前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を出力する光路が構成され、
前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在であることを特徴とする画像分光測定装置。 - 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を備える画像分光測定装置であって、
前記走査干渉機構は、光線を反射光と透過光に分割するビームスプリッタを介して設けた第１および第２プリズム柱体と、この第１および第２プリズム柱体に、屈折率を整合する屈折率整合手段を介して設けた第３プリズム柱体と、この第３プリズム柱体に設けた第１および第２コーナーキューブと、を備え、
前記第１プリズム柱体は、光源からの平行光が入射される光入射面と、この光入射面と同一平面で異なる位置に設けた第１鏡面垂直反射面と、前記ビームスプリッタに隣接し、前記光入射面から入射した光線の光路上に配置される第１平面と、前記ビームスプリッタから反射される光線の光路上に配置される第２平面とを有し、
前記第２プリズム柱体は、前記第１平面に沿って前記ビームスプリッタに対面する位置に配置される第３平面と、前記ビームスプリッタを透過する光線の光路上で、かつ、前記第２平面の延長上に配置される第４平面と、前記試料測定機構を設置する位置に配置される光出射面と、この光出射面と同一平面上で異なる位置に設けられた第２鏡面垂直反射面とを有し、
前記第３プリズム柱体は、前記第１プリズム柱体の前記第２平面および前記第２プリズム柱体の前記第４平面と対面する位置に配置される第５平面と、前記第１平面から前記第２平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第６平面と、前記第３平面から前記第４平面および前記第５平面を介して送られて来る光線の光路上に配置された第７平面とを有し、
前記第１コーナーキューブは、前記第６平面に沿って対面する位置に配置される第８平面と、この第８平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第１光線反射部と、周側面とを有し、
前記第２コーナーキューブは、前記第７平面に沿って対面する位置に配置される第９平面と、この第９平面から入射して来た光線を、平行かつ反対方向に進行する光線に変換する、三つの相互に垂直な平面で構成された第２光線反射部と、周側面とを有し、
前記屈折率整合手段は、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面との間に介在し、
前記試料測定機構は、前記光出射面に設けた出射光線用プリズム柱体と、この出射光線用プリズム柱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プリズム柱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上で前記出射光線用プリズム柱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、
前記光源から前記光入射面を透過して前記第１プリズム柱体に入射する入射光線が、前記ビームスプリッタで第１の光線と、第２の光線とに分割され、
前記第１の光線が、前記第２平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して第３プリズム柱体に入り、前記第６平面と前記第８平面とを透過して前記第１コーナーキューブに入り、前記第１光線反射部で反射され、当該第１の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第８平面と前記第６平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第４平面とを透過して前記第２プリズム柱体に入り、前記第２鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第２鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記第２の光線が、前記ビームスプリッタから第４平面と前記屈折率整合手段と前記第５平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第７平面と前記第９平面とを透過して前記第２コーナーキューブに入り、前記第２光線反射部で反射され、当該第２の光線と平行で逆向きの光線となって、前記第９平面と前記第７平面とを透過して前記第３プリズム柱体に入り、前記第５平面と前記屈折率整合手段と前記第２平面とを透過して前記第１プリズム柱体に入り、前記第１鏡面垂直反射面で反射され、前記ビームスプリッタから前記第１鏡面垂直反射面まで進んで来た光路を再び戻って前記ビームスプリッタへ向かい、
前記ビームスプリッタに戻ってきた前記第１の光線および前記第２の光線が合わされて干渉し、平行光線として前記光出射面を透過して前記試料測定機構へ出射すると共に、前記試料設置面に設置した試料からの反射光を前記光反射手段を介して出力する光路が構成され、
前記第１プリズム柱体および前記第２プリズム柱体と、前記第３プリズム柱体および前記第１コーナーキューブおよび前記第２コーナーキューブとが、前記第２平面および前記第４平面と、前記第５平面とに沿って、相対的に移動自在であることを特徴とする画像分光測定装置。 - 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。
- 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。
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