JP3895671B2 - 分光法及び分光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光法及び分光装置に関し、特に、アダマール変換法を用いた分光法及び分光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アダマール行列Ｈとは、要素が全て＋１と−１のどちらかからなる正方行列であり、次の性質を有する行列の総称である。
【０００３】
【数１】
アダマール行列の要素は全て＋１か−１であるので、それを＋と−で表記する方法が一般的に行われている。例えば４次のアダマール行列Ｈ4 は、
【０００４】
【数２】
のように記述される。本明細書においても、今後この記述法を用いる。
【０００５】
アダマール行列Ｈを用いたアダマール変換は、例えば非特許文献１に詳しく説明されているように、スペクトル分析や信号伝送、画像処理等、幅広い応用分野がある。例えば、アダマール変換を用いた分光法は、単一スリットを用いた通常の分光方法に比べると、一度に検出する光量が多くなる。したがって、単一スリットを用いた方法より高Ｓ／Ｎの分光強度分布を得ることが可能である。非特許文献２には、巡回性の２５５セルのアダマールマスクを用いることにより、単一スリットを用いる通常の方法に比べて、約８倍のＳ／Ｎが得られたことが報告されている。
【０００６】
アダマール変換を用いた分光装置の代表的な装置の構成を、図５に示す。分光装置は、入射スリット１と、入射スリット１を透過した入射光を平行光にするためのコリメートレンズ２と、コリメートされた入射光を分光するための分光グレーティング３と、分光された入射スリット像を形成するスリット投影レンズ４と、分光された入射スリット像位置に移動可能に挿入されたアダマールマスク５と、アダマールマスク５を透過した分光成分で分光グレーティング３の像を投影するグレーティング投影レンズ６と、分光グレーティング３で生じた波長分散を補償する分散補償グレーティング７と、分散補償グレーティング７で分散補償された入射スリット像を再び結像するための撮像レンズ８と、再び結像された入射スリット像の強度を検出する検出器９とからなる。
【０００７】
アダマールマスク５には、巡回行列である、いわゆるＰａｌｅｙ型アダマール行列の心行列（アダマール行列の第１行目と第１列目を除いた部分行列）Ｓの要素に応じた開口が設けてある。Ｐａｌｅｙ型アダマール行列は、心行列が巡回行列となっているアダマール行列である。
【０００８】
以下に、７次の心行列Ｓの例Ｓ7 を用いて、心行列Ｓに対応するアダマールマスクの関係を説明する。図６に示すように、Ｓ7 の各行は、＋１と−１からなる要素が７つ並んでおり、上の行から順に、右回りに１要素ずつ回転操作を行った関係にある。したがって、Ｓ7 の各行を上から下に、左側に１要素ずつずらしながら重ねることにより、１３個の＋と−の要素からなる行ベクトルν7 を定義できる。アダマールマスクは図６及び図７（ｂ）に示すように、ν7 の要素と同じ数のセルが並んだ形状をしており、その各セルはν7 の各要素が＋か−かに対応して開口を設定したものである。図６及び図７（ｂ）の例では、ν7 の要素が＋に対応するセルが開口部となり、−に対応するセルが遮蔽部となっている。一方、補助マスクは図７（ａ）に示すように、アダマールマスク（図の（ｂ））の７つのセル分の長さの開口部を持つ。アダマールマスクにこの補助マスクを重ねると、合成開口（図の（ｃ））が形成される。そして、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動して行けば、Ｓ7 の各行に対応する開口パターンが順次得られる。このように、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動可能に設置したのが、図５のアダマールマスク５である。
【０００９】
アダマールマスク５の面上には、入射スリット１と分光グレーティング３とによって生成された入射光の分光スペクトルが投影される。アダマールマスク５は、その分光スペクトルを各セルの幅で定められる波長帯域毎に分割し、それぞれの波長帯域毎に各セルの透過、遮蔽による分光変調を行う。
【００１０】
このように、Ｓ7 の各行に対応して分光変調を受けた入射光は、検出器９によってその変調強度が検出される。Ｓ7 の全ての行の分光変調に対する変調強度が検出された後、Ｓ7 の逆行列を用いて変調強度は復調され、各波長帯域毎の分光強度が算出される。
【００１１】
【非特許文献１】
喜安善市著「アダマール行列とその応用」（コロナ社）
【００１２】
【非特許文献２】
J.A.Decker,Jr.,"Experimantal Realization of the MultiplexAdvantage with a Hadamard-Transform Spectrometer",Applied Optics,Vol.10,No.3,pp.510-514 (1971)
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のアダマール変換分光法には、以下に述べる不都合が存在する。すなわち、アダマール行列Ｈ又はその心行列Ｓの全ての行又は列に対する分光変調を行わない限り、それを復調して目的の分光強度を算出することは不可能である。例えば、波長帯域２５５分割のアダマールマスクを用いて分光データを得るためには、アダマールマスクの分光変調を切り替えながら、２５５通りの分光変調に対する変調強度を記録しなければならない。ところが、計測者が必要とする波長分解能は必ずしも一定ではない。もし、計測者が必要とする分光強度の波長分解能がアダマールマスクで決まる波長分解能よりも低いならば、必要以上に長い計測時間を取っていることになる。特に、微弱蛍光標本の分光を行う場合には、不要な計測時間は高速な分光計測の妨げとなったり、蛍光色素の褪色を早めてしまったりするので、好ましくない。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、所望の波長分解能に応じて高速に分光計測することが可能なアダマール変換法を用いた分光法及び分光装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の分光法は、分光素子によって波長分解された入射光を、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ第１の方向に入射光を導く第１領域、第２の方向に入射光を導く第２領域が設定されるように変調可能な分光変調素子に入射させ、前記分光変調素子の第１領域又は第２領域により導かれた光の検出を、アダマール行列の行又は列の順序に従って前記分光変調素子の変調状態を順次切り替えて順次行い、これらの複数回の検出結果から入射光の波長分布を検出する分光法であって、
前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用い、初めの２w 個の行又は列の要素の配列に対応する２w 回の検出結果より前記入射光の波長分布を算出することを特徴とする方法である。
【００１６】
この場合に、そのアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であることができる。
【００１７】
さらに、上記目的を達成する本発明の分光装置は、入射光を波長分解する分光素子と、前記分光素子からの光を受ける分光変調素子と、前記分光変調素子により分光変調を受けた前記入射光の変調強度を検出する検出素子と、前記検出素子で検出された前記入射光の変調強度より前記入射光の波長分布を算出する計算手段とを備え、前記分光変調素子は、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ前記検出素子に向かって光を導く第１の領域と、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域、あるいは、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２の領域と、前記検出素子に向かって光を導く第１の領域が設定されるように変調可能なものからなり、前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列が用いられ、前記分光変調素子は、このアダマール行列の行又は列の順序に従うようにその変調状態が順次切り替えられ、前記計算手段は２w 回検出された時点において前記前記入射光の波長分布を算出することを特徴とするものである。
【００１８】
この場合に、そのアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列とすることができる。
【００１９】
本発明は、このような分光装置を備えた顕微鏡、レーザ走査顕微鏡等の光学装置を含むものである。
【００２０】
なお、上記の本発明において、第１領域と第２領域の一方、あるいは、検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域は遮光性領域であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、まず、上記の目的を達成することができる分光法の実施形態とその作用効果について説明する。そして、次に、本発明の分光装置の実施例を説明することにする。
【００２２】
本発明に用いるアダマール行列としては、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列を用い、そのアダマール行列は、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列である。
【００２３】
このとき用いられるアダマール行列は、いわゆるＳ型Ｈ行列と呼ばれるものであり、ｎ次のＳ型Ｈ行列の一つＨn は、以下の手順で帰納的に求めることができる。
【００２４】
【数３】
ここで、Ｈn はｎ次のＳ型Ｈ行列である。このように、Ｓ型Ｈ行列は、ｎ＝２v （ｖは自然数）次数のみ定義されている。
【００２５】
また、交番数とは、ある一つの行又は列内で、隣り合う要素の符号が異なる位置の数を表している。ｎ＝８の例だと、以下の通りとなる。
【００２６】
【数４】
上記の（４）式の行列の右横に示した数が、各行に対する交番数である。
【００２７】
この方法で求められたＳ型Ｈ行列の各行の交番数は、０からｎ−１の整数が一つずつ存在する。Ｓ型Ｈ行列は対称行列なので、列に対する交番数もこの順番となる。また、Ｓ型Ｈ行列の逆行列は、それ自身の１／ｎと等しい。すなわち、以下の通りとなる。
【００２８】
【数５】
本発明の分光法の一つの実施形態に用いるアダマール行列は、上記（４）式のような交番数がランダムになっているものではなく、交番数が昇順になっているものを使う。Ｓ型Ｈ行列の行又は列の交番数を昇順に並べ替えた（交番数順の）行列Ｈ* は、やはりアダマール行列の一つである。ｎ＝８の例だと、以下の通りとなる。
【００２９】
【数６】
ここで、アダマール変換を用いた分光法は、以下の通りとなる。波長帯域をｎ＝２v 分割にサンプリングしたときの中心波長の行列λT ＝｛λ1 λ2 ・・・λn ｝T に対する分光強度の行列ｘT ＝｛ｘ1 ｘ2 ・・・ｘn ｝T を未知数として、アダマール行列Ｈの各行の要素を基にアダマールマスクの開口パターンを切り替えながら検出された信号強度の行列ｓT ＝｛ｓ1 ｓ2 ・・・ｓn ｝T は、
【００３０】
【数７】
で表される。したがって、アダマール行列Ｈの全ての行に対する信号強度を検出すれば、分光強度は、（５）式を用いて、
【００３１】
【数８】
の計算式より求めることができる。
【００３２】
ところで、本実施例の形態においては、信号強度の行列ｓT ＝｛ｓ1 ｓ2 ・・・ｓn ｝T の要素全てを計測しなくても、低分解能の分光強度を求めることができる。以下に、そのことを説明する。
【００３３】
非特許文献１の第６章によれば、２ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ* 2nの上半分の要素は、ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ* n を用いて、
【００３４】
【数９】
の形で表される。ここで、×の演算子は、クロネッカー演算子であり、
【００３５】
【数１０】
を表す。したがって信号強度の行列ｓの最初の半分は、
【００３６】
【数１１】
となり、この方程式を解くと、
【００３７】
【数１２】
の式が得られる。このことは、つまり、最初の半分の数の信号強度から、波長分解能が半分の分光強度が得られることを示している。同様にして、最初の１／４の数の信号強度から、
【００３８】
【数１３】
の式を用いて、波長分解能が１／４の分光強度を求められることが分かる。逆に言えば、交番数順のアダマール行列Ｈ* n の初めの２つの行に対する信号強度｛ｓ1 ｓ2 ｝T を検出した時点で、波長帯域を２分割した分光強度を求めることができる。すなわち、
【００３９】
【数１４】
となる。さらに、アダマール行列Ｈの初めの４つの行列に対する信号強度｛ｓ1 ｓ2 ｓ3 ｓ4 ｝T を検出した時点で、波長帯域を４分割した分光強度を求めることができる。すなわち、
【００４０】
【数１５】
となる。
【００４１】
このように、本発明のアダマール変換法を用いた分光法においては、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いている。これにより、初めの２w 個の変調に対する計測値が求まった時点で、低分解能の分光強度を求めることができる。
【００４２】
この発明の好適一実施形態においては、使用するアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であり、所望な分解能の分光強度が得られる回数の検出が行われた時点で検出を終了する。
【００４３】
本実施形態においては、使用するアダマール行列の行又は列の交番数が昇順であることにより、分光変調を変えながら計測を進めて行く過程において、低分解能から高分解能へと順次波長分解能を上げて行きながら分光強度を求めることができる。そして、所望な分解能の分光強度が得られる回数の検出が行われた時点で検出を終了することができる。
【００４４】
また、本発明の分光装置は、入射光を波長分解する分光素子と、前記分光素子からの光を受ける分光変調素子と、前記分光変調素子により分光変調を受けた前記入射光の変調強度を検出する検出素子とを備え、前記分光変調素子は、アダマール行列のにおける行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ前記検出素子に向かって光を導く第１の領域と、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域、あるいは、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２の領域と、前記検出素子に向かって光を導く第１の領域が設定されるように変調可能なものからなり、前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列が用いられ、前記分光変調素子は、このアダマール行列の行又は列の順序に従うようにその変調状態が順次切り替えられることを特徴とするものである。
【００４５】
本実施形態においては、分光変調素子は、上記のようなアダマール行列の行又は列の要素の値に従って変調状態が決定され、そのアダマール行列の行又は列の順序に従って変調状態が順次切り替えられ、検出素子で検出した変調信号を用いて低分解能から高分解能の分光強度を順次算出できるようにしたことにより、分光計測の途中で低分解能の分光強度を求めることができる。
【００４６】
この発明の好適一実施形態においては、低分解能から高分解能の分光強度を順次算出する過程において、所望な分解能の分光強度が得られた時点で、検出素子での検出を終了することができる。
【００４７】
本実施形態においては、必要な分解能の分光強度が得られた時点で検出を打ち切ることができるので、必要な分解能に応じて計測時間を短縮することができる。
【００４８】
次に、図面を用いて本発明の分光法を用いた本発明の分光装置の実施例について説明する。
【００４９】
本発明による第１実施例の分光装置を備えたレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）の構成を図１に示す。図１（ａ）はこのＬＳＭの側面図、（ｂ）はその上面図である。ＬＳＭは、励起光を発するレーザ光源１１と、レーザ光源１１からの励起光を標本に向かう光路内に導くダイクロイックミラー１２と、標本面上を２次元走査するための主走査ガルバノミラー１３及び副走査ガルバノミラー１４と、励起光を標本面上に集光させる対物レンズ１５と、標本Ｏのボケ像を除去するための共焦点ピンホール１６とを備えている。そして、本発明による分光装置は、標本面で発生した蛍光を分光するための分光プリズム１７と、分光プリズム１７によって分光した蛍光を平行光にするためのコリメータレンズ１８と、分光された蛍光の波長帯域によってオン、オフの切替が可能なプログラマブルミラー１９と、プログラマブルミラー１９のオンの波長帯域の成分のみ選択して検出するＰＭＴ（光電子倍増管）２０とからなっている。
【００５０】
図１（ｂ）に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した標本Ｏの面で発生した蛍光は、分光プリズム１７により分光された後、軸外しのコリメータレンズ１８によって、プログラマブルミラー１９に斜め入射する。プログラマブルミラー１９のオンの要素で反射した分光成分は、コリメータレンズ１８で集光されて、分光プリズム１７で分散補償された後に、ＰＭＴ２０に入射する。プログラマブルミラー１９のオフの要素で反射した分光成分は、オンの要素で反射した分光成分とは異なる方向に反射され、ストッパ２１により吸収される。プログラマブルミラー１９はプログラマブルミラー駆動装置２２を介してコンピュータ２３に接続しており、コンピュータ２３に記憶されたアダマール行列の行の要素に対応したパターンを、その交番順で順次発生する。ＰＭＴ２０は、ＰＭＴ駆動装置２２を介してコンピュータ２３に接続している。コンピュータ２３に接続された表示装置２４に、アダマール変換から求めた分光強度分布を表示する。
【００５１】
ここで、プログラマブルミラー１９は、分光プリズム１７の波長分散方向にアダマール行列の次数に等しい数の微小ミラーが並列してなる微小ミラー集合体であり、その微小ミラーの各々は独立に傾き角度制御することができるものである。そして、各微小ミラーの制御信号のオン、オフでその反射面の傾きを変えることができる。ここでは、オンの状態の微小ミラーで反射した光がＰＭＴ２０に入射し、オフの状態の微小ミラーで反射した光はＰＭＴ２０には入射せず、それ以外の方向であるストッパ２１に向かうように設定されている。
【００５２】
そして、本実施例では、プログラマブルミラー１９の各微小ミラーをアダマール行列の行の要素＋１、−１に対応させる。微小ミラーがオンの状態をアダマール行列の行の要素＋１、オフの状態を−１とする。
【００５３】
本実施例における分光測定の流れを、図２に示す。ここで、ｗは、２w が波長帯域の分割数を表す補助変数であり、ｍはアダマール行列の行番号を指定する補助変数である。ｗとｍはまず０から出発する（ＳＴ１、ＳＴ２）。次に、分割数を表す補助変数ｗをまず１とする（ＳＴ３）。続いて、アダマール行列の行ｍを１から順に加算してゆきながら（ＳＴ４）、次数２v のアダマール行列Ｈ* v のｍ行目の分光変調をかけて（ＳＴ５）、その分光変調に対して検出して変調強度を順次記録し（ＳＴ６）する。そして、ｍが２w に一致した時点で（ＳＴ７）、それまで記録したｍ個の変調強度を用いて波長帯域２w 分割の分光強度を計算する（ＳＴ８）。算出された波長分解能が不十分ならば（ＳＴ７）、ｍを加算しながら（ＳＴ４）、さらに分光計測を継続し、波長分解能が十分になったか（ＳＴ１０）、ｍがアダマール行列Ｈ* v の次数２v に等しくなった時点（ＳＴ９）で分光計測を打ち切る。
【００５４】
このように、本実施例においては、交番数順のＳ型Ｈ行列を用いたことにより、各行に対する信号強度を全て検出せずとも、低分解能から高分解能に、順次解像を上げながら分光強度を求めて行くことができる。
【００５５】
本発明による第２実施例を図３に示す。図３は図１（ｂ）に対応する上面図であって、第１実施例の検出部の一部に変更を加えたものである。第２実施例では、２つの光電子倍増管（ＰＭＴ２０1 及びＰＭＴ２０2 ）を用いて、プログラマブルミラー１９のオン・オフの両方の信号強度を同時に検出している。本実施例では、ＰＭＴ２０1 とＰＭＴ２０2 からの出力を、加算器２８で加算して和信号を生成している。また同時に、両者の出力を減算器２７により減算して差信号を生成している。そして、加算器２８と減算器２７により生成した信号を、コンピュータ２３（図１）に送っている。プログラマブルミラー１９と２つのＰＭＴ２０1 、２０2 の間には、集光レンズ２５と分散補償プリズム２６が挿入されている。集光レンズ２５はプログラマブルミラー１９で発散した光束をＰＭＴ２０1 、２０2 上に集光する役割をし、分散補償プリズム２６は分光プリズム１７によって生じた波長分散を補償する役割をする。
【００５６】
本実施例においては、プログラマブルミラー１９がオンの分光成分とオフの分光成分の差信号を検出するようにしたので、プログラマブルミラー１９がオンの分光成分のみを検出する第１実施例に比較して、ＰＭＴで発生するノイズの影響を少なくすることができる。その結果、第１実施例では用いていなかった、プログラマブルミラー１９がオフの分光成分を計測するようにしたので、第１実施例に比べて、高いＳ／Ｎ比が得られる利点がある。さらに、本実施例においては、プログラマブルミラー１９がオンとオフの両方の信号の和信号を常に検出しているので、光源１１の出力あるいは検出器のオペアンプの感度のふらつきが生じても、それを補正することができる。よって、さらに精度の高い分光強度分布の算出を行うことができる。
【００５７】
本発明による第３実施例の蛍光分光顕微鏡を図４に示す。蛍光分光顕微鏡は、励起光を発する光源３１と、光源３１からの励起光を標本Ｏに向かう光路に導入するダイクロイックミラー３２と、励起光を標本面上に集光させ、標本Ｏの蛍光像を拡大するための対物レンズ３３と、対物レンズ３３により拡大された標本Ｏの像を結像させるための結像レンズ３４を備える。そして更に、対物レンズ３３の射出瞳を分光するための分光グレーティング３５と、分光された対物レンズ３３の射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズ３６と、分光された対物レンズ３３の射出瞳の結像位置に配置され分光変調を行う本発明によるアダマールマスク３７と、アダマールマスク３７を横方向に移動するアダマールマスク駆動装置３８と、アダマールマスク３７を透過した分光成分で分光グレーティング３５の像を投影するグレーティング投影レンズ３９と、分光グレーティング３９で生じた波長分散を補償する分散補償グレーティング４０と、分散補償グレーティング４０により分散補償された蛍光像を撮像するための撮像装置４１とを備える。また図示していないが、撮像装置４１とアダマールマスク駆動装置３８を制御し、蛍光像の分光像を求めるコンピュータを有する。
【００５８】
アダマールマスク３７には、図４（ｂ）にそのｎ＝８の例のパターンを示すように、交番数順のアダマール行列Ｈ* に対応した開口パターンが開いている。対物レンズ３３の射出瞳は、分光グレーティング３５によってこのアダマールマスク３７上に縦方向の分光スペクトルとなって投影される。アダマールマスク駆動装置３８でこのアダマールマスク３７を横方向に順次動かしながら撮像装置４１で撮像した画像を、コンピュータに蓄積して行く。そして、各画素毎に第１実施例で説明した復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【００５９】
本実施例においても、交番数順のアダマール行列の開口パターンを設けたことにより、第１実施例で説明したのと同様、計測の途中から低分解能の分光画像を順次得ることができる。
【００６０】
なお、以上の実施例では、交番数順のアダマール行列を用いた例を説明したが、変調画像を復調できるのは、交番数が０から２w −１（ｗは任意の自然数）である行成分を用いた２w 枚の変調画像を取得できた後となる。つまり、２w 枚の変調画像を取得する順序に制限はない。したがって、交番数順のアダマール行列の代わりに、初めの２w 個の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いても、初めの２w 個の分光変調を行った時点で、波長帯域２w 分割の低解像度の分光強度を求めることができるので、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
なお、本発明には以下のものが含まれる。
【００６２】
（１） 前記アダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
【００６３】
（２） 請求項３又は４記載の分光装置を備えたことを特徴とする光学装置。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の分光法及び分光装置によると、初めの２w 個の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いて初めの２w 個の分光変調を行った時点で波長帯域２w 分割の分光強度を求めることができるので、計測時間の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例の分光装置を備えたレーザ走査顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】第１実施例の分光装置による分光計測のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明による第２実施例の分光装置の検出部の上面図である。
【図４】本発明による第３実施例の分光装置を備えた蛍光分光顕微鏡の構成を示す図である。
【図５】従来のアダマール変換を用いた分光装置の構成を示す図である。
【図６】従来の７次のＳ行列の例とそれに対応するアダマールマスクを示す図である。
【図７】従来のアダマールマスクによる分光変調の切り替えを表す図である。
【符号の説明】
Ｏ…標本
１…入射スリット
２…コリメートレンズ
３…分光グレーティング
４…スリット投影レンズ
５…アダマールマスク
６…グレーティング投影レンズ
７…分散補償グレーティング
８…撮像レンズ
９…検出器
１１…レーザ光源
１２…ダイクロイックミラー
１３…主走査ガルバノミラー
１４…副走査ガルバノミラー
１５…対物レンズ
１６…共焦点ピンホール
１７…分光プリズム
１８…コリメータレンズ
１９…プログラマブルミラー
２０、２０1 、２０2 …ＰＭＴ（光電子倍増管）
２１…ストッパ
２２…プログラマブルミラー駆動装置
２３…コンピュータ
２４…表示装置
２５…集光レンズ
２６…分散補償プリズム
２７…減算器
２８…加算器
３１…光源
３２…ダイクロイックミラー
３３…対物レンズ
３４…結像レンズ
３５…分光グレーティング
３６…瞳投影レンズ
３７…アダマールマスク
３８…アダマールマスク駆動装置
３９…グレーティング投影レンズ
４０…分散補償グレーティング
４１…撮像装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光法及び分光装置に関し、特に、アダマール変換法を用いた分光法及び分光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アダマール行列Ｈとは、要素が全て＋１と−１のどちらかからなる正方行列であり、次の性質を有する行列の総称である。
【０００３】
【数１】
【０００４】
【数２】
【０００５】
アダマール行列Ｈを用いたアダマール変換は、例えば非特許文献１に詳しく説明されているように、スペクトル分析や信号伝送、画像処理等、幅広い応用分野がある。例えば、アダマール変換を用いた分光法は、単一スリットを用いた通常の分光方法に比べると、一度に検出する光量が多くなる。したがって、単一スリットを用いた方法より高Ｓ／Ｎの分光強度分布を得ることが可能である。非特許文献２には、巡回性の２５５セルのアダマールマスクを用いることにより、単一スリットを用いる通常の方法に比べて、約８倍のＳ／Ｎが得られたことが報告されている。
【０００６】
アダマール変換を用いた分光装置の代表的な装置の構成を、図５に示す。分光装置は、入射スリット１と、入射スリット１を透過した入射光を平行光にするためのコリメートレンズ２と、コリメートされた入射光を分光するための分光グレーティング３と、分光された入射スリット像を形成するスリット投影レンズ４と、分光された入射スリット像位置に移動可能に挿入されたアダマールマスク５と、アダマールマスク５を透過した分光成分で分光グレーティング３の像を投影するグレーティング投影レンズ６と、分光グレーティング３で生じた波長分散を補償する分散補償グレーティング７と、分散補償グレーティング７で分散補償された入射スリット像を再び結像するための撮像レンズ８と、再び結像された入射スリット像の強度を検出する検出器９とからなる。
【０００７】
アダマールマスク５には、巡回行列である、いわゆるＰａｌｅｙ型アダマール行列の心行列（アダマール行列の第１行目と第１列目を除いた部分行列）Ｓの要素に応じた開口が設けてある。Ｐａｌｅｙ型アダマール行列は、心行列が巡回行列となっているアダマール行列である。
【０００８】
以下に、７次の心行列Ｓの例Ｓ7 を用いて、心行列Ｓに対応するアダマールマスクの関係を説明する。図６に示すように、Ｓ7 の各行は、＋１と−１からなる要素が７つ並んでおり、上の行から順に、右回りに１要素ずつ回転操作を行った関係にある。したがって、Ｓ7 の各行を上から下に、左側に１要素ずつずらしながら重ねることにより、１３個の＋と−の要素からなる行ベクトルν7 を定義できる。アダマールマスクは図６及び図７（ｂ）に示すように、ν7 の要素と同じ数のセルが並んだ形状をしており、その各セルはν7 の各要素が＋か−かに対応して開口を設定したものである。図６及び図７（ｂ）の例では、ν7 の要素が＋に対応するセルが開口部となり、−に対応するセルが遮蔽部となっている。一方、補助マスクは図７（ａ）に示すように、アダマールマスク（図の（ｂ））の７つのセル分の長さの開口部を持つ。アダマールマスクにこの補助マスクを重ねると、合成開口（図の（ｃ））が形成される。そして、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動して行けば、Ｓ7 の各行に対応する開口パターンが順次得られる。このように、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動可能に設置したのが、図５のアダマールマスク５である。
【０００９】
アダマールマスク５の面上には、入射スリット１と分光グレーティング３とによって生成された入射光の分光スペクトルが投影される。アダマールマスク５は、その分光スペクトルを各セルの幅で定められる波長帯域毎に分割し、それぞれの波長帯域毎に各セルの透過、遮蔽による分光変調を行う。
【００１０】
このように、Ｓ7 の各行に対応して分光変調を受けた入射光は、検出器９によってその変調強度が検出される。Ｓ7 の全ての行の分光変調に対する変調強度が検出された後、Ｓ7 の逆行列を用いて変調強度は復調され、各波長帯域毎の分光強度が算出される。
【００１１】
【非特許文献１】
喜安善市著「アダマール行列とその応用」（コロナ社）
【００１２】
【非特許文献２】
J.A.Decker,Jr.,"Experimantal Realization of the MultiplexAdvantage with a Hadamard-Transform Spectrometer",Applied Optics,Vol.10,No.3,pp.510-514 (1971)
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のアダマール変換分光法には、以下に述べる不都合が存在する。すなわち、アダマール行列Ｈ又はその心行列Ｓの全ての行又は列に対する分光変調を行わない限り、それを復調して目的の分光強度を算出することは不可能である。例えば、波長帯域２５５分割のアダマールマスクを用いて分光データを得るためには、アダマールマスクの分光変調を切り替えながら、２５５通りの分光変調に対する変調強度を記録しなければならない。ところが、計測者が必要とする波長分解能は必ずしも一定ではない。もし、計測者が必要とする分光強度の波長分解能がアダマールマスクで決まる波長分解能よりも低いならば、必要以上に長い計測時間を取っていることになる。特に、微弱蛍光標本の分光を行う場合には、不要な計測時間は高速な分光計測の妨げとなったり、蛍光色素の褪色を早めてしまったりするので、好ましくない。
【００１４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、所望の波長分解能に応じて高速に分光計測することが可能なアダマール変換法を用いた分光法及び分光装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の分光法は、分光素子によって波長分解された入射光を、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ第１の方向に入射光を導く第１領域、第２の方向に入射光を導く第２領域が設定されるように変調可能な分光変調素子に入射させ、前記分光変調素子の第１領域又は第２領域により導かれた光の検出を、アダマール行列の行又は列の順序に従って前記分光変調素子の変調状態を順次切り替えて順次行い、これらの複数回の検出結果から入射光の波長分布を検出する分光法であって、
前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用い、初めの２w 個の行又は列の要素の配列に対応する２w 回の検出結果より前記入射光の波長分布を算出することを特徴とする方法である。
【００１６】
この場合に、そのアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であることができる。
【００１７】
さらに、上記目的を達成する本発明の分光装置は、入射光を波長分解する分光素子と、前記分光素子からの光を受ける分光変調素子と、前記分光変調素子により分光変調を受けた前記入射光の変調強度を検出する検出素子と、前記検出素子で検出された前記入射光の変調強度より前記入射光の波長分布を算出する計算手段とを備え、前記分光変調素子は、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ前記検出素子に向かって光を導く第１の領域と、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域、あるいは、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２の領域と、前記検出素子に向かって光を導く第１の領域が設定されるように変調可能なものからなり、前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列が用いられ、前記分光変調素子は、このアダマール行列の行又は列の順序に従うようにその変調状態が順次切り替えられ、前記計算手段は２w 回検出された時点において前記前記入射光の波長分布を算出することを特徴とするものである。
【００１８】
この場合に、そのアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列とすることができる。
【００１９】
本発明は、このような分光装置を備えた顕微鏡、レーザ走査顕微鏡等の光学装置を含むものである。
【００２０】
なお、上記の本発明において、第１領域と第２領域の一方、あるいは、検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域は遮光性領域であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、まず、上記の目的を達成することができる分光法の実施形態とその作用効果について説明する。そして、次に、本発明の分光装置の実施例を説明することにする。
【００２２】
本発明に用いるアダマール行列としては、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列を用い、そのアダマール行列は、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列である。
【００２３】
このとき用いられるアダマール行列は、いわゆるＳ型Ｈ行列と呼ばれるものであり、ｎ次のＳ型Ｈ行列の一つＨn は、以下の手順で帰納的に求めることができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
また、交番数とは、ある一つの行又は列内で、隣り合う要素の符号が異なる位置の数を表している。ｎ＝８の例だと、以下の通りとなる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
この方法で求められたＳ型Ｈ行列の各行の交番数は、０からｎ−１の整数が一つずつ存在する。Ｓ型Ｈ行列は対称行列なので、列に対する交番数もこの順番となる。また、Ｓ型Ｈ行列の逆行列は、それ自身の１／ｎと等しい。すなわち、以下の通りとなる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
【数６】
【００３０】
【数７】
【００３１】
【数８】
【００３２】
ところで、本実施例の形態においては、信号強度の行列ｓT ＝｛ｓ1 ｓ2 ・・・ｓn ｝T の要素全てを計測しなくても、低分解能の分光強度を求めることができる。以下に、そのことを説明する。
【００３３】
非特許文献１の第６章によれば、２ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ* 2nの上半分の要素は、ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ* n を用いて、
【００３４】
【数９】
【００３５】
【数１０】
【００３６】
【数１１】
【００３７】
【数１２】
【００３８】
【数１３】
【００３９】
【数１４】
【００４０】
【数１５】
【００４１】
このように、本発明のアダマール変換法を用いた分光法においては、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いている。これにより、初めの２w 個の変調に対する計測値が求まった時点で、低分解能の分光強度を求めることができる。
【００４２】
この発明の好適一実施形態においては、使用するアダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であり、所望な分解能の分光強度が得られる回数の検出が行われた時点で検出を終了する。
【００４３】
本実施形態においては、使用するアダマール行列の行又は列の交番数が昇順であることにより、分光変調を変えながら計測を進めて行く過程において、低分解能から高分解能へと順次波長分解能を上げて行きながら分光強度を求めることができる。そして、所望な分解能の分光強度が得られる回数の検出が行われた時点で検出を終了することができる。
【００４４】
また、本発明の分光装置は、入射光を波長分解する分光素子と、前記分光素子からの光を受ける分光変調素子と、前記分光変調素子により分光変調を受けた前記入射光の変調強度を検出する検出素子とを備え、前記分光変調素子は、アダマール行列のにおける行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ前記検出素子に向かって光を導く第１の領域と、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域、あるいは、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２の領域と、前記検出素子に向かって光を導く第１の領域が設定されるように変調可能なものからなり、前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列が用いられ、前記分光変調素子は、このアダマール行列の行又は列の順序に従うようにその変調状態が順次切り替えられることを特徴とするものである。
【００４５】
本実施形態においては、分光変調素子は、上記のようなアダマール行列の行又は列の要素の値に従って変調状態が決定され、そのアダマール行列の行又は列の順序に従って変調状態が順次切り替えられ、検出素子で検出した変調信号を用いて低分解能から高分解能の分光強度を順次算出できるようにしたことにより、分光計測の途中で低分解能の分光強度を求めることができる。
【００４６】
この発明の好適一実施形態においては、低分解能から高分解能の分光強度を順次算出する過程において、所望な分解能の分光強度が得られた時点で、検出素子での検出を終了することができる。
【００４７】
本実施形態においては、必要な分解能の分光強度が得られた時点で検出を打ち切ることができるので、必要な分解能に応じて計測時間を短縮することができる。
【００４８】
次に、図面を用いて本発明の分光法を用いた本発明の分光装置の実施例について説明する。
【００４９】
本発明による第１実施例の分光装置を備えたレーザ走査顕微鏡（ＬＳＭ）の構成を図１に示す。図１（ａ）はこのＬＳＭの側面図、（ｂ）はその上面図である。ＬＳＭは、励起光を発するレーザ光源１１と、レーザ光源１１からの励起光を標本に向かう光路内に導くダイクロイックミラー１２と、標本面上を２次元走査するための主走査ガルバノミラー１３及び副走査ガルバノミラー１４と、励起光を標本面上に集光させる対物レンズ１５と、標本Ｏのボケ像を除去するための共焦点ピンホール１６とを備えている。そして、本発明による分光装置は、標本面で発生した蛍光を分光するための分光プリズム１７と、分光プリズム１７によって分光した蛍光を平行光にするためのコリメータレンズ１８と、分光された蛍光の波長帯域によってオン、オフの切替が可能なプログラマブルミラー１９と、プログラマブルミラー１９のオンの波長帯域の成分のみ選択して検出するＰＭＴ（光電子倍増管）２０とからなっている。
【００５０】
図１（ｂ）に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した標本Ｏの面で発生した蛍光は、分光プリズム１７により分光された後、軸外しのコリメータレンズ１８によって、プログラマブルミラー１９に斜め入射する。プログラマブルミラー１９のオンの要素で反射した分光成分は、コリメータレンズ１８で集光されて、分光プリズム１７で分散補償された後に、ＰＭＴ２０に入射する。プログラマブルミラー１９のオフの要素で反射した分光成分は、オンの要素で反射した分光成分とは異なる方向に反射され、ストッパ２１により吸収される。プログラマブルミラー１９はプログラマブルミラー駆動装置２２を介してコンピュータ２３に接続しており、コンピュータ２３に記憶されたアダマール行列の行の要素に対応したパターンを、その交番順で順次発生する。ＰＭＴ２０は、ＰＭＴ駆動装置２２を介してコンピュータ２３に接続している。コンピュータ２３に接続された表示装置２４に、アダマール変換から求めた分光強度分布を表示する。
【００５１】
ここで、プログラマブルミラー１９は、分光プリズム１７の波長分散方向にアダマール行列の次数に等しい数の微小ミラーが並列してなる微小ミラー集合体であり、その微小ミラーの各々は独立に傾き角度制御することができるものである。そして、各微小ミラーの制御信号のオン、オフでその反射面の傾きを変えることができる。ここでは、オンの状態の微小ミラーで反射した光がＰＭＴ２０に入射し、オフの状態の微小ミラーで反射した光はＰＭＴ２０には入射せず、それ以外の方向であるストッパ２１に向かうように設定されている。
【００５２】
そして、本実施例では、プログラマブルミラー１９の各微小ミラーをアダマール行列の行の要素＋１、−１に対応させる。微小ミラーがオンの状態をアダマール行列の行の要素＋１、オフの状態を−１とする。
【００５３】
本実施例における分光測定の流れを、図２に示す。ここで、ｗは、２w が波長帯域の分割数を表す補助変数であり、ｍはアダマール行列の行番号を指定する補助変数である。ｗとｍはまず０から出発する（ＳＴ１、ＳＴ２）。次に、分割数を表す補助変数ｗをまず１とする（ＳＴ３）。続いて、アダマール行列の行ｍを１から順に加算してゆきながら（ＳＴ４）、次数２v のアダマール行列Ｈ* v のｍ行目の分光変調をかけて（ＳＴ５）、その分光変調に対して検出して変調強度を順次記録し（ＳＴ６）する。そして、ｍが２w に一致した時点で（ＳＴ７）、それまで記録したｍ個の変調強度を用いて波長帯域２w 分割の分光強度を計算する（ＳＴ８）。算出された波長分解能が不十分ならば（ＳＴ７）、ｍを加算しながら（ＳＴ４）、さらに分光計測を継続し、波長分解能が十分になったか（ＳＴ１０）、ｍがアダマール行列Ｈ* v の次数２v に等しくなった時点（ＳＴ９）で分光計測を打ち切る。
【００５４】
このように、本実施例においては、交番数順のＳ型Ｈ行列を用いたことにより、各行に対する信号強度を全て検出せずとも、低分解能から高分解能に、順次解像を上げながら分光強度を求めて行くことができる。
【００５５】
本発明による第２実施例を図３に示す。図３は図１（ｂ）に対応する上面図であって、第１実施例の検出部の一部に変更を加えたものである。第２実施例では、２つの光電子倍増管（ＰＭＴ２０1 及びＰＭＴ２０2 ）を用いて、プログラマブルミラー１９のオン・オフの両方の信号強度を同時に検出している。本実施例では、ＰＭＴ２０1 とＰＭＴ２０2 からの出力を、加算器２８で加算して和信号を生成している。また同時に、両者の出力を減算器２７により減算して差信号を生成している。そして、加算器２８と減算器２７により生成した信号を、コンピュータ２３（図１）に送っている。プログラマブルミラー１９と２つのＰＭＴ２０1 、２０2 の間には、集光レンズ２５と分散補償プリズム２６が挿入されている。集光レンズ２５はプログラマブルミラー１９で発散した光束をＰＭＴ２０1 、２０2 上に集光する役割をし、分散補償プリズム２６は分光プリズム１７によって生じた波長分散を補償する役割をする。
【００５６】
本実施例においては、プログラマブルミラー１９がオンの分光成分とオフの分光成分の差信号を検出するようにしたので、プログラマブルミラー１９がオンの分光成分のみを検出する第１実施例に比較して、ＰＭＴで発生するノイズの影響を少なくすることができる。その結果、第１実施例では用いていなかった、プログラマブルミラー１９がオフの分光成分を計測するようにしたので、第１実施例に比べて、高いＳ／Ｎ比が得られる利点がある。さらに、本実施例においては、プログラマブルミラー１９がオンとオフの両方の信号の和信号を常に検出しているので、光源１１の出力あるいは検出器のオペアンプの感度のふらつきが生じても、それを補正することができる。よって、さらに精度の高い分光強度分布の算出を行うことができる。
【００５７】
本発明による第３実施例の蛍光分光顕微鏡を図４に示す。蛍光分光顕微鏡は、励起光を発する光源３１と、光源３１からの励起光を標本Ｏに向かう光路に導入するダイクロイックミラー３２と、励起光を標本面上に集光させ、標本Ｏの蛍光像を拡大するための対物レンズ３３と、対物レンズ３３により拡大された標本Ｏの像を結像させるための結像レンズ３４を備える。そして更に、対物レンズ３３の射出瞳を分光するための分光グレーティング３５と、分光された対物レンズ３３の射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズ３６と、分光された対物レンズ３３の射出瞳の結像位置に配置され分光変調を行う本発明によるアダマールマスク３７と、アダマールマスク３７を横方向に移動するアダマールマスク駆動装置３８と、アダマールマスク３７を透過した分光成分で分光グレーティング３５の像を投影するグレーティング投影レンズ３９と、分光グレーティング３９で生じた波長分散を補償する分散補償グレーティング４０と、分散補償グレーティング４０により分散補償された蛍光像を撮像するための撮像装置４１とを備える。また図示していないが、撮像装置４１とアダマールマスク駆動装置３８を制御し、蛍光像の分光像を求めるコンピュータを有する。
【００５８】
アダマールマスク３７には、図４（ｂ）にそのｎ＝８の例のパターンを示すように、交番数順のアダマール行列Ｈ* に対応した開口パターンが開いている。対物レンズ３３の射出瞳は、分光グレーティング３５によってこのアダマールマスク３７上に縦方向の分光スペクトルとなって投影される。アダマールマスク駆動装置３８でこのアダマールマスク３７を横方向に順次動かしながら撮像装置４１で撮像した画像を、コンピュータに蓄積して行く。そして、各画素毎に第１実施例で説明した復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【００５９】
本実施例においても、交番数順のアダマール行列の開口パターンを設けたことにより、第１実施例で説明したのと同様、計測の途中から低分解能の分光画像を順次得ることができる。
【００６０】
なお、以上の実施例では、交番数順のアダマール行列を用いた例を説明したが、変調画像を復調できるのは、交番数が０から２w −１（ｗは任意の自然数）である行成分を用いた２w 枚の変調画像を取得できた後となる。つまり、２w 枚の変調画像を取得する順序に制限はない。したがって、交番数順のアダマール行列の代わりに、初めの２w 個の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いても、初めの２w 個の分光変調を行った時点で、波長帯域２w 分割の低解像度の分光強度を求めることができるので、本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
なお、本発明には以下のものが含まれる。
【００６２】
（１） 前記アダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であることを特徴とする請求項３記載の分光装置。
【００６３】
（２） 請求項３又は４記載の分光装置を備えたことを特徴とする光学装置。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の分光法及び分光装置によると、初めの２w 個の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いて初めの２w 個の分光変調を行った時点で波長帯域２w 分割の分光強度を求めることができるので、計測時間の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例の分光装置を備えたレーザ走査顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】第１実施例の分光装置による分光計測のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明による第２実施例の分光装置の検出部の上面図である。
【図４】本発明による第３実施例の分光装置を備えた蛍光分光顕微鏡の構成を示す図である。
【図５】従来のアダマール変換を用いた分光装置の構成を示す図である。
【図６】従来の７次のＳ行列の例とそれに対応するアダマールマスクを示す図である。
【図７】従来のアダマールマスクによる分光変調の切り替えを表す図である。
【符号の説明】
Ｏ…標本
１…入射スリット
２…コリメートレンズ
３…分光グレーティング
４…スリット投影レンズ
５…アダマールマスク
６…グレーティング投影レンズ
７…分散補償グレーティング
８…撮像レンズ
９…検出器
１１…レーザ光源
１２…ダイクロイックミラー
１３…主走査ガルバノミラー
１４…副走査ガルバノミラー
１５…対物レンズ
１６…共焦点ピンホール
１７…分光プリズム
１８…コリメータレンズ
１９…プログラマブルミラー
２０、２０1 、２０2 …ＰＭＴ（光電子倍増管）
２１…ストッパ
２２…プログラマブルミラー駆動装置
２３…コンピュータ
２４…表示装置
２５…集光レンズ
２６…分散補償プリズム
２７…減算器
２８…加算器
３１…光源
３２…ダイクロイックミラー
３３…対物レンズ
３４…結像レンズ
３５…分光グレーティング
３６…瞳投影レンズ
３７…アダマールマスク
３８…アダマールマスク駆動装置
３９…グレーティング投影レンズ
４０…分散補償グレーティング
４１…撮像装置
Claims (3)
- 分光素子によって波長分解された入射光を、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ第１の方向に入射光を導く第１領域、第２の方向に入射光を導く第２領域が設定されるように変調可能な分光変調素子に入射させ、前記分光変調素子の第１領域又は第２領域により導かれた光の検出を、アダマール行列の行又は列の順序に従って前記分光変調素子の変調状態を順次切り替えて順次行い、これらの複数回の検出結果から入射光の波長分布を検出する分光法であって、
前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用い、初めの２w 個の行又は列の要素の配列に対応する２w 回の検出結果より前記入射光の波長分布を算出することを特徴とする分光法。 - 前記アダマール行列は、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列であることを特徴とする請求項１記載の分光法。
- 入射光を波長分解する分光素子と、前記分光素子からの光を受ける分光変調素子と、前記分光変調素子により分光変調を受けた前記入射光の変調強度を検出する検出素子と、前記検出素子で検出された前記入射光の変調強度より前記入射光の波長分布を算出する計算手段とを備え、前記分光変調素子は、アダマール行列における行又は列の＋１、−１の要素の配列に対応してそれぞれ前記検出素子に向かって光を導く第１の領域と、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２領域、あるいは、前記検出素子とは異なる方向に光を導く第２の領域と、前記検出素子に向かって光を導く第１の領域が設定されるように変調可能なものからなり、前記アダマール行列として、次数２v （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２w 個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列が用いられ、前記分光変調素子は、このアダマール行列の行又は列の順序に従うようにその変調状態が順次切り替えられ、前記計算手段は２ w 回検出された時点において前記前記入射光の波長分布を算出することを特徴とする分光装置。
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|---|---|---|---|
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