JP6187761B2 - 顕微分光システム - Google Patents

Description

本発明は、顕微分光システムに関する。

蛍光顕微鏡では、蛍光を励起光から分離検出する必要がある原理上、何らかの形での分光機能が必須となっている。多重染色した標本の多重励起光、多重蛍光像を高いＳ／Ｎで取得する装置として、分光された蛍光を微小鏡からなるミラーアレイを介して複数の受光器にそれぞれ導く構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０１１５４６号公報

しかしながら、前述の分光器では、反射鏡アレイ（ミラーアレイ部）の微小鏡（可動ミラー）以外の構成部材の少なくとも一部で反射された光の一部が受光器（ディテクター）に迷光として入射してしまいＳ／Ｎを低下させてしまうという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、反射鏡アレイ等の偏向部材の偏向素子（例えば、微小鏡）以外の構成部材の少なくとも一部で偏向された（反射された）光の一部が受光器に迷光として入射しない分光器を有する顕微分光システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る顕微分光システムは、光源からの励起光を走査して対物レンズにより標本に集光し、この標本から射出した信号光を対物レンズを介して集光する顕微鏡と、顕微鏡からの信号光を分光する分光素子と、分光素子で分光された分光光を受光する集光光学系と、複数の偏向素子が、少なくとも分光素子による分光方向に配列され、複数の偏向素子の各々が、分光光を少なくとも所定の１次元方向に偏向可能な偏向部材と、この偏向部材で偏向された分光光を受光する投影光学系と、複数の受光素子が、少なくとも投影光学系の光軸と略直交する面内における偏向部材により偏向可能な１次元方向に配列された受光器と、を有し、偏向部材を構成する複数の偏向素子のうち分光光に含まれる励起光が入射する偏向素子を除く偏向素子による分光光の偏向方向と、偏向部材を構成する、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部による分光光の偏向方向とが異なるように、励起光を除く分光光に対する偏向素子と、分光光に対する、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部とが設定されることを特徴とする。

このような顕微分光システムは、励起光が入射する偏向素子による励起光の偏向方向と、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部による分光光の偏光方向とがほぼ同じであることが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、偏向部材の偏向素子の面が、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、偏向素子、及び偏向素子以外の少なくとも一部で偏向された分光光が入射する遮光部を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、遮光部は、反射部材であり、該反射部材で反射した分光光が入射する位置に、当該分光光を除去する迷光除去光学部を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って分光素子に入射した光線に相当する分光光が、偏向部材の偏向素子で偏向されて受光器の所定の位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して遮光部に入射するときの光線がなす角度をθとし、投影光学系の焦点距離をｆとし、前記光線が受光器の最も端の受光素子に入射するときの基準軸とのなす角度をβとし、受光器の受光素子のピッチをＣとしたとき、次式
θ ≧ β＋Ｃ／ｆ
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、遮光部は、遮光膜であり、偏向部材の偏向素子の面が偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、偏向素子、及び偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部で偏向された分光光が入射する位置であって、投影光学系の少なくとも一つのレンズ面に遮光膜が形成されていることが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、遮光部は、遮光板であり、偏向部材の偏向素子の面が偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、偏向素子、及び偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部で偏向された分光光が入射する位置であって、投影光学系の分光光が入射する側に遮光板を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、遮光膜又は遮光板で反射した分光光が入射する位置に、当該分光光を除去する迷光除去光学部を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、集光光学系は、この集光光学系の光軸と略直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向と略直交する方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであることが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って分光素子に入射した光線が、偏向部材の偏向素子で偏向されて受光器の所定に位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して遮光膜又は遮光板に入射するときの前記光線がなす角度をθとし、前記光線が受光器の最も端の受光素子に入射するときの基準軸とのなす角度をβとし、偏向部材に入射する分光光の直径をＡとし、偏向素子の面と偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面とが略平行になったときの間隔をＢとし、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部への分光光の入射角をαとし、偏向素子と投影光学系の最も光源側の面と基準軸上で接する面との基準軸方向の距離をＬとしたとき、次式
θ ≧ β＋Ａ／Ｌ＋（２Ｂｓｉｎα）／Ｌ
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、集光光学系は、この集光光学系の光軸に回転対称な屈折力を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って分光素子に入射した光線である主光線が、偏向部材の偏向素子で偏向されて受光器の所定に位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された主光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して遮光膜又は遮光板に入射するときの主光線がなす角度をθとし、主光線が受光器の最も端の受光素子に入射するときの基準軸とのなす角度をβとし、偏向部材に入射する分光光の直径をＡとし、偏向素子の面と偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面とが略平行になったときの間隔をＢとし、偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部への分光光の主光線の入射角をαとし、偏向素子に入射する分光光の広がり角をδとし、偏向素子と投影光学系の最も光源側の面と基準軸上で接する面との基準軸方向の距離をＬとしたとき、次式
θ ≧ β＋２δ＋（２Ｂｓｉｎ（α＋δ））／Ｌ
の条件を満足することが好ましい。

また、このような顕微分光システムは、偏向部材の偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部がモスアイ構成を有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、受光器の配置位置は、投影光学系の光軸と略直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向に関して投影光学系の後側焦点位置であることが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、投影光学系は、この投影光学系の光軸に直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向の屈折力と１次元方向に略直交する方向の屈折力とが異なり、偏向部材及び受光器は、投影光学系を介して、偏向部材の偏向可能な１次元方向と略直交する方向に関して共役関係であることが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、投影光学系は、この投影光学系の光軸と略直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向と略直交する方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、投影光学系は、光軸に回転対称な屈折力を有し、受光器の配置位置は、投影光学系の光軸と略直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向に関して投影光学系の後側焦点位置であることが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、受光器は、投影光学系の光軸と直交する面内に複数の受光素子が２次元に配列され、偏向部材の複数の偏向素子の各々は、投影光学系の光軸と直交する面内における偏向部材の偏向可能な１次元方向と直交する方向に偏向可能であることが好ましい。

また、このような顕微分光システムにおいて、信号光は、光ファイバの端面から射出されてコリメート光学系に入射するように構成されることが好ましい。

本発明を以上のように構成すると、偏向部材（例えば、反射鏡アレイ）の偏向素子（微小鏡）以外の構成部材で偏向された（反射された）光の一部が受光器に迷光として入射しない分光器を有する顕微分光システムを提供することができる。

顕微分光システムの構成を示すブロック図である。 分光器の第１の構成を説明するための説明図である。 反射鏡アレイの構成説明するための説明図であって、（ａ）は微小鏡を１次元方向に回転させることができる構成を示し、（ｂ）は微小鏡を２次元方向に回転させることができる構成を示す。 第１の実施形態に係る分光器の構成を示す説明図である。 上記分光器における主光線と反射鏡アレイの微小鏡による結像位置との関係を説明するための説明図である。 第１の実施形態に係る分光器の変形例を示す説明図である。 第１の実施形態に係る分光器の別の変形例を示す説明図である。 第１の構成に係る分光器において、受光器の受光面の最も端に入射する主光線を説明するための説明図である。 第１の構成に係る分光器において、反射鏡アレイの微小鏡及び駆動基盤部と主光線との関係を説明するための説明図である。 第２の実施形態に係る分光器の構成を示す説明図である。 分光器の第２の構成を説明するための説明図である。 分光器の第３の構成を説明するための説明図である。 第２及び第３の構成に係る分光器において、受光器の受光面の最も端に入射する主光線を説明するための説明図である。 第２及び第３の構成に係る分光器において、反射鏡アレイの微小鏡及び駆動基盤部と主光線との関係を説明するための説明図である。

［分光器の第１の構成］
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を用いて本実施形態に係る分光器を有する顕微分光システムの構成について説明する。図１に示すように、この顕微分光システム１は、光源系１０、共焦点ユニット２０及び顕微鏡３０を有する共焦点顕微鏡と、分光器４０と、制御部５０と、を有する。この顕微分光システム１において、共焦点ユニット２０と分光器４０とは、ファイバカプラ２９ａ，２９ｂを介して光ファイバ２８により光学的に接続されている。また、制御部５０は、共焦点顕微鏡と分光器４０（例えば、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの傾き）を制御する。

光源系１０は、レーザ装置１１と、光ファイバ１３と、ファイバカプラ１２，１４と、を有する。レーザ装置１１は、例えば、レーザーダイオードを備え、目的の波長特性を有する照明光を射出する。この照明光は、光ファイバ１３を介して共焦点ユニット２０に導かれる。なお、図１の例では、照明光として、標本３３を励起して蛍光を発光させるための励起光を射出する。

共焦点ユニット２０は、光源系１０からの照明光を略平行光束とするコリメートレンズ２１と、ダイクロイックミラー２２と、走査ユニット２３と、スキャナレンズ２４と、集光レンズ２５と、ピンホール２６ａを有するピンホール板２６と、リレーレンズ２７と、を有する。また、顕微鏡３０は、第２対物レンズ３１及び対物レンズ３２と、標本３３が載置されるステージ３４と、を有する。これらの共焦点ユニット２０と顕微鏡３０とを組み合わせて走査型共焦点顕微鏡が構成される。なお、ダイクロイックミラー２２は、光源系１０から射出されたレーザ光を顕微鏡３０側に反射し、このレーザ光により励起した標本３３から放射される蛍光を透過するように構成されている。また、集光レンズ２５の像側焦点は、ピンホール板２６のピンホール２６ａと略一致するように配置されている。

光源である光源系１０のレーザ装置１１から射出されたレーザ光（励起光）はファイバカプラ１２を介して光ファイバ１３に導入される。さらにこの光ファイバ１３を通ったレーザ光はファイバカプラ１４から共焦点ユニット２０のコリメートレンズ２１に入射する。そして、このレーザ光はコリメートレンズ２１で略平行光に変換された後、ダイクロイックミラー２２で顕微鏡３０側の光路に反射され、直交配置された２つのガルバノミラーからなる走査ユニット２３及びスキャナレンズ２４に導入されて、二次元的に走査される。走査されたレーザ光は、第２対物レンズ３１で略平行光にされた後、対物レンズ３２により標本３３上の１点に集光される。なお、走査ユニット２３により二次元的に走査される標本３３上の位置は、制御部５０により走査ユニット２３におけるガルバノミラーの動作を制御することにより制御される。そして、このレーザ光により励起された標本３３から放射された蛍光（信号光）は、対物レンズ３２で略平行光に変換され、レーザ光（励起光）と逆の経路を辿ってダイクロイックミラー２２に入射する。さらに、ダイクロイックミラー２２に入射した蛍光はこのダイクロイックミラー２２を透過し、集光レンズ２５によりピンホール板２６のピンホール２６ａ上に集光される。

ピンホール２６ａを通過した光は、リレーレンズ２７を経て、ファイバカプラ２９ａから光ファイバ２８に導かれる。リレーレンズ２７を介すると、図１に示すように、ピンホール２６ａを通過した光が、そのままであると発散光束となるところを、再び、集光され、光ファイバ２８の開口端において、見かけ上、小さな開口径でも、有効に（ロスが少なく）入射できるようになる。

ここで、ピンホール２６ａに形成される集光点は標本３３上での光スポットの像となっているため、標本３３上の他の点から発した光がたとえあったとしても、ピンホール２６ａでは像を結ばずピンホール板２６により遮られ、ファイバカプラ２９ａにほとんど到達できない。そのため、このピンホール２６ａを通過できた光のみが、リレーレンズ２７を介してファイバカプラ２９ａに到達できる。この結果、走査型共焦点顕微鏡では高い横分解能だけでなく、高い縦分解能を持って標本を観察できる顕微鏡となっている。

ファイバカプラ２９ａに入射した蛍光は、光ファイバ２８を通り、ファイバカプラ２９ｂを介して分光器４０に導入される。

図２に示すように、分光器４０は、光ファイバ２８から入射する信号光（図１の例では蛍光）を略平行光束とするコリメート光学系４１と、分光特性を有する波長分散素子（以下「分光素子」と呼ぶ）である回折格子４２と、２次元に微小反射鏡（微小鏡）が配列されて反射面を形成する反射鏡アレイ４４と、回折格子４２で波長分散を受けた信号光（分光光）を反射鏡アレイ４４の反射面上に２次元に集光する集光光学系４３と、複数の受光素子４６ａがアレイ状に並べられた受光素子アレイにより受光面を形成する受光器４６と、反射鏡アレイ４４で反射された信号光（分光光）を受光器４６の受光面に結像させる投影光学系４５と、を有する。以下、この分光器４０の光軸方向（光ファイバ２８から出射した信号光が進む中心方向）をＺ軸とし、この光軸に直交する面内において水平方向をＸ軸とし、垂直方向をＹ軸として説明する。なお、反射鏡アレイは、アナログ制御であり、各微小鏡は、任意の角度に設定可能であり、例えば、アダマンド工業株式会社（登録商標）製が用いられるが、これに限らない。また、反射鏡アレイは、公知のＭＥＭＳ技術を用いて製造できる。反射鏡アレイ４４は、後述するように制御部５０によって制御される。

この分光器４０では、光ファイバ２８により導入された信号光を、コリメート光学系４１により略平行光とし、回折格子４２に照射する。この回折格子４２は、Ｘ軸方向に延びる回折格子溝が微小間隔でＹ軸方向に複数並んで刻まれている。そのため、この回折格子４２に入射した信号光は、Ｙ軸方向に回折される。このとき回折角はその波長によって決まるため、この信号光はＹ軸方向に波長に応じて分散され、分光される。すなわち、光軸に直交する面内において、回折格子４２による分光方向がＹ軸方向に相当し、この分光方向に直交する方向がＸ軸方向に相当する。また、図２（ａ）において、回折格子４２は反射型で構成されている場合を示しているが、透過型で構成することも可能である。また、回折格子４２は、レリーフ型でもＶＰＨＧ（Volume Phase Holographic Grating）でも構成可能である（以降の実施形態においても同様である）。

そして、このようにして分光された信号光（分光光）は集光光学系４３に入射する。この集光光学系４３は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の屈折力が異なるように構成されており、この図２においてはＹ軸方向の屈折力がＸ軸方向の屈折力より大きくなるように構成されている。例えば、この２次元集光光学系４３としては、Ｙ軸方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを用いることができる。そのため、この集光光学系４３に入射した分光光は、Ｘ軸方向には同一の長さであるがＹ軸方向に並ぶライン毎に異なる光波長からなる光パターンが生成され、反射鏡アレイ４４上に投影される。例えば、図２の構成の場合、回折格子４２でＹ軸方向上側に回折された分光光ＬＩ１は、集光光学系４３により反射鏡アレイ４４のＹ軸方向上側に光パターンＩＭ１１として集光される。また、回折格子４２でＹ軸方向下側に回折された分光光ＬＩ２は、集光光学系４３により反射鏡アレイ４４のＹ軸方向下側に光パターンＩＭ１２として集光される。

ここで、反射鏡アレイ４４は、図３（ａ）に示すような構造をした微小鏡４４ａが１次元、若しくは２次元に配列しているものである。微小鏡４４ａは、フレーム４４ｂから内側に突出した２つのヒンジ４４ｃによって支持されている。また、微小鏡４４ａの下には、上面に２つの矩形電極４４ｄが所定間隔離れて平行に形成された駆動基盤部４４ｅが配置されている。そして、フレーム４４ｂと駆動基盤部４４ｅとの間には、不図示のスペーサーが配置され、微小鏡４４ａと電極４４ｄとの間に所定の空間を形成している。各微小鏡４４ａは、制御部５０からの信号に基づいて２つの電極４４ｄに加えられた電圧によって、フレーム４４ｂで支えられたヒンジ４４ｃの周りの、所定の１次元方向（本実施形態では分光方向と略直交する方向であるＸ軸方向）に傾斜させる（回転させる）ことができるように構成されている。一般に極端に縦横の長さの異なる微小鏡４４ａは製造が困難であることから、縦横の反射鏡アレイ４４として十分な横幅が得られない場合には２次元配列したものを利用し、Ｘ軸方向に並ぶ微小鏡４４ａのＸ軸方向の各ラインに同一の制御を行うことで、あたかもＹ軸方向の幅が狭くＸ軸方向に長い鏡があるようにすることもできる。なお、複数の微小鏡４４ａからなる反射鏡アレイ４４に限られず、分光光を偏向する微小偏向素子からなる微小偏向素子部材（偏向部材（アレイ））であればよい。

再び、図２に戻り、反射鏡アレイ４４において反射された信号光（分光光）は、投影光学系４５によって受光器４６に導かれる。なお、受光器４６の複数の受光素子４６ａは、Ｘ軸方向にアレイ状に並んで配置されている。すなわち、受光器４６の受光素子４６ａは、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転可能な１次元方向（Ｘ軸方向）に配列されている。この受光素子４６ａは、光電変換素子（ＰＭＴ）である。また、投影光学系４５は、光軸に対して回転対称な屈折力を有する第１集光レンズ４５ａと、Ｙ軸方向の屈折力の方がＸ軸方向の屈折力より大きい第２集光レンズ４５ｂとからなり、合成焦点距離がＹ軸方向とＸ軸方向とで異なるように設計されている。このとき、受光器４６は、投影光学系４５の光軸と略直交する面内における分光方向と略直交する方向、すなわち、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転可能な１次元方向（Ｘ軸方向）に関して、投影光学系４５の後側焦点位置に配置されている。また、反射鏡アレイ４４及び受光器４６は、投影光学系４５を介して、この投影光学系４５の分光方向、すなわち、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転可能な１次元方向と略直交する方向（Ｙ軸方向）に関して、共役関係に配置されている。そのため、この反射鏡アレイ４４の各微小鏡４４ａを回転させることにより、各々の微小鏡４４ａで反射された分光光の受光器４６の受光面（受光素子４６ａが並ぶ面）における集光位置を変化させることができる。換言すると、微小鏡４４ａの回転角度により、分光光の波長毎に、入射する受光素子４６ａを選択することができる。例えば、図２に示すように、反射鏡アレイ４４のＹ軸方向上側に集光された光パターンＩＭ１１は、最も左側の受光素子４６ａ上に集光され（ＩＭ２１）、反射鏡アレイ４４のＹ軸方向下側に集光された光パターンＩＭ１２は、右から２つ目の受光素子４５ａ上に集光される（ＩＭ２２）。なお、この投影光学系４５の第２集光レンズ４５ｂも、Ｙ軸方向（分光方向）にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを用いることができる。

それでは、以上のような構成の顕微分光システム１において、励起光が受光器４６の受光面に迷光として入射しない方法について説明する。微小鏡４４ａの角度を変化させることにより蛍光のみ受光器４６の受光面に入射させ、励起光は受光器４６に到達しない方向に微小鏡４４ａの角度を振ることが考えられる。しかし、ピンホールも有限の大きさであり、またファイバ入射型分光器においてはファイバ端がある程度の大きさを持っているため、１０ｎｍ以下の波長分解能を求める場合には励起光を一つの微小鏡４４ａに収めることができない。そのため、励起光の一部が反射鏡アレイ４４に配置された、ヒンジ４４ｃやフレーム４４ｂの一部で反射したり、励起光の一部が、微小鏡４４ａとフレーム４４ｂとの隙間（ギャップ部分）に入り込み、駆動基盤部４４ｅの表面で反射して受光器４６まで到達してしまう可能性がある。そこで本実施形態では、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａ以外の構成部材（例えば、前述したヒンジ４４ｃ、フレーム４４ｂ、駆動基盤部４４ｅであるが、これらに限定されない）の少なくとも一部において反射した励起光も受光器４６に入射しないようにしたことが特徴である。

［第１の実施形態］
まず、図４を用いて反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａ以外の構成部材、例えば、フレーム４４ｂの上面、ヒンジ４４ｃ、駆動基盤部４４ｅの上面等で正反射した分光光が、受光器４６の受光面に入射しない構成について説明する。なお、図４は、図２におけるＸＺ断面において、分光器４０の光学系のうち、回折格子４２から受光器４６までを示している。そのため、回折格子４２で分光された光（分光光）は波長に応じて紙面に垂直方向（Ｙ軸方向）に広がり、また、受光器４６の受光素子４６ａは紙面に沿って右上がりの方向に並んでいるものとする。また、微小鏡４４ａは、紙面に垂直に延びる軸（ヒンジ４４ｃ）を中心に左右方向に回転する（揺動する）ように構成されている。ここで説明を簡単にするために、反射鏡アレイ４４において、電極４４ｄが配置された駆動基盤部４４ｅの上面、駆動基盤部４４ｅの上方に配置される、ヒンジ４４ｃを介して微小鏡４４ａを支持するフレーム４４ｂの上面は、互いに略平行に配置された平面であるとして説明する。また、以降の説明において、微小鏡４４ａの反射面が駆動基盤部４４ｅの上面、及びフレーム４４ｂの上面と略平行である状態を「初期状態Ｓ０」と呼び、回折格子４２で分光された光の主光線Ｒが微小鏡４４ａで反射されて投影光学系４５の光軸上を進むときの微小鏡４４ａの状態を「基準状態Ｓ１」と呼ぶ。ここで、微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１にあるときの、この微小鏡４４ａで反射された主光線が進む方向をこの光学系の基準軸Ｚ０としたとき、この基準軸Ｚ０は光軸と一致する。なお、ここでは光ファイバ２８から出射してコリメート光学系４１の光軸上を進む光線及びこの光線が回折格子４２で分光された分光光を主光線と呼ぶこととする（ＸＺ断面から見たときは、分光光の各々の主光線は略一致している）。

図４に示すように、この第１の実施形態に係る分光器４０において、回折格子４２で分光された光（分光光）のＸＺ断面における主光線Ｒは、反射鏡アレイ４４の、初期状態Ｓ０にある微小鏡４４ａの反射面に対して斜めに入射するように構成されている。また、このＸＺ断面において、微小鏡４４ａで反射した分光光を受光器４６ａの受光面に集光する投影光学系４５の光軸も初期状態Ｓ０にある微小鏡４４ａに対して斜めに配置されている（図４において、初期状態Ｓ０にある微小鏡４４ａの法線（図示せず）を挟んでこれらの光がＶ字状に入射及び出射するように配置されている）。なお、投影光学系４５の光軸（基準軸Ｚ０）と、受光器４６の受光面のＸ軸方向の略中央部とは略一致するように配置されている（微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１にあるときに、この微小鏡４４ａで反射された分光光が受光器４６の受光面の略中央部に集光する）ものとする。

第１の実施形態に係る分光器４０を以上のように構成すると、反射鏡アレイ４４のフレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅの表面、あるいはヒンジ４４ｃは固定されているため、これらで反射した分光光は、投影光学系４５により所定の位置に集光される。具体的には、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａが初期状態Ｓ０（フレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅの上面と略平行な状態）にあるときに、この微小鏡４４ａで反射した分光光が集光される位置に集光される。この位置に、図４に示すように遮光板４７を配置することにより、喩え分光光に含まれる励起光が反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａ以外の構成部材（例えばフレーム４４ｂ等）で反射したとしても、この遮光板４７で除去することができる。もちろん、図４に示すように、微小鏡４４ａを初期状態Ｓ０から回折格子４２と反対側の所定の角度以上回転させることで受光器４６の受光面の所望の位置に分光光を入射させることができる。

ここで、図５（ａ），（ｂ）に示すように、受光器４６の受光面のＸ軸方向の幅（両端の受光素子４６ａの中心間の距離）をＷとし、受光器４６の受光面の最も端（最も端の受光素子４６ａの中心）に分光光を集光するための、微小鏡４４ａの基準状態Ｓ１からの偏向角をβとし、投影光学系４５の焦点距離をｆとすると、次の式（ａ）の関係が導き出される。なお、図５（ａ）は、図４において微小鏡４４ａで反射した後の主光線のみを示している（微小鏡４４ａが初期状態Ｓ０のときの反射光の主光線をＲ０とし、微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１のときの反射光の主光線をＲ１とし、微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１から偏向角βだけ回転した状態Ｓ２のときの反射光の主光線をＲ２とする）。また、偏向角βは、微小鏡４４ａを基準状態Ｓ１から初期状態Ｓ０に近づけるように回転させたとき（図５（ａ）における状態Ｓ２のとき）の角度である。

ｆｓｉｎβ ＝ Ｗ／２ （ａ）

従って、反射鏡アレイ４４のフレーム４４ｂ等で反射した主光線（微小鏡４４ａが初期状態Ｓ０にあるときにこの微小鏡４４ａで反射した主光線Ｒ０）と微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１にあるときにこの微小鏡４４ａで反射した主光線Ｒ１（基準軸Ｚ０）とのなす角（偏向角）をθとし、受光器４６の受光面に配置された受光素子４６ａの横幅（Ｘ軸方向幅又はピッチ）をＣとすると、受光器４６のいずれの受光素子４６ａにも主光線Ｒ０を入射させないためには、この主光線Ｒ０は受光器４６の受光面の最も端（最も端の受光素子４６ａの中心）よりも少なくともピッチＣだけさらに外側に集光させることが必要である。そのため、次の式（ｂ）の関係が成り立つ。

ｆｓｉｎθ ＞ Ｗ／２＋Ｃ （ｂ）

そして、このような式（ａ），（ｂ）より、次式（ｃ）の関係を導き出すことができる。

ｆｓｉｎθ ≧ ｆｓｉｎβ＋Ｃ （ｃ）

ここで、角θ，βは微小角（例えば、２〜５°であるが、これに限らない）であるため、この式（ｃ）は、次式（ｃ′）のように表すことができる。

ｆθ ≧ ｆβ＋Ｃ （ｃ′）

以上より、反射鏡アレイ４４のフレーム４４ｂ等で反射した主光線Ｒ０を、受光器４６のいずれの受光素子４６ａにも入射させないためには、基準状態Ｓ１にあるときの微小鏡４４ａにより反射された主光線Ｒ１（基準軸Ｚ０）と初期状態Ｓ０にあるときの微小鏡４４ａにより反射された主光線Ｒ０とのなす角度θは、上述の式（ａ），（ｂ）より、次式（１）の関係を満足することが必要である。また、この式（１）を満足するように配置された初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａにより反射された分光光の主光線Ｒ０が集光する位置に、分光光の光束の幅を考慮した領域を有する、上述の遮光板４７を配置することが必要である。

θ ≧ β＋Ｃ／ｆ （１）

なお、図４に示すように受光器４６の近傍に遮光板４７を配置する構成だけでなく、図６に示すように、微小鏡４４ａが初期状態Ｓ０にあるときにこの微小鏡４４ａで反射した主光線が入射する投影光学系４５の少なくとも一つのレンズ面に遮光膜４７′を形成しても良い。さらに、遮光板４７又は遮光膜４７′に入射しこれらで反射した光が受光器４６に入射しないように、遮光板４７又は遮光膜４７′で反射した光が入射する位置に、これらの光を吸収する迷光除去光学部４８を設けることが好ましい。なお、図６に示すように、遮光膜４７′（遮光板４７も同じ）で反射した光を更に反射鏡４９で反射させた後、迷光除去光学部４８に入射させるようにしても良い。また、除去したい励起光を微小鏡４４ａ上に分離・集光できるときは、当該微小鏡４４ａを初期状態Ｓ０になるように回転させることにより、同様に除去することができる。

また、図７に示すように、微小鏡４４ａが初期状態Ｓ０にあるときにこの微小鏡４４ａで反射した主光線が入射する投影光学系４５の光源側に遮光板４７"を設けても良い。ここで、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａが基準状態Ｓ１にあるときの、この微小鏡４４ａで反射された主光線が進む方向をこの光学系の基準軸Ｚ０としたとき（前述した「基準状態Ｓ１」の定義のとおり、基準軸Ｚ０は、投影光学系４５の光軸に相当する）、微小鏡４４ａから投影光学系４５の最も光源側の面までの基準軸Ｚ０上の距離をＬとし、受光器４６の受光面の最も端（最も端の受光素子４６ａの中心）に分光光を集光するための、微小鏡４４ａの基準状態Ｓ１からの偏向角をβとしたとき、投影光学系４５の最も光源側の面と光軸上で接する面（「接平面Ｐ」と呼ぶ）において、偏向角βのときに微小鏡４４ａで反射された主光線Ｒ２の入射する位置までの光軸からの距離Ｈ１は次式（ｄ）で表される（図８を併せて参照）。

Ｈ１ ＝ Ｌｔａｎβ （ｄ）

また、上述のＨ１の位置は、主光線Ｒ２が接平面Ｐに入射する位置であるため、この分光光の光束の幅（半径）を考慮する必要がある。そのため、回折格子４２で分光された分光光のＸＺ断面での光束の直径をＡとすると、上記投影光学系４５の最も光源側の接平面ＰでのＸＺ断面における光束の半径Ｈ２は次式（ｅ）で表される（図８を併せて参照）。

Ｈ２ ＝ （Ａ／２）／ｃｏｓβ （ｅ）

ここで、本実施形態に係る分光器４０において、反射鏡アレイ４４の駆動基盤部４４ｅは、微小鏡４４ａの下方に配置されている。そのため、図９に示すように、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａで反射した分光光に対して、駆動基盤部４４ｅで反射した分光光は基準軸Ｚ０に近づくようにシフトする。なお、図９は、反射鏡アレイ４４の主要部として、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａ、駆動基盤部４４ｅに対して、回折格子４２で分光された分光光の主光線Ｒ及び周辺光線（図９において最も基準軸Ｚ０に近い光線をＲｍｉｎとし、最も基準軸Ｚ０から遠い光線をＲｍａｘとして表している）、並びに、この主光線Ｒ及び周辺光線Ｒｍｉｎ，Ｒｍａｘが、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａで反射した主光線Ｒ０，Ｒｍｉｎ０，Ｒｍａｘ０、並びに、駆動基盤部４４ｅで反射した周辺光線のうち、Ｒｍｉｎの反射光Ｒｍｉｎ０′のみを示している。また、基準軸Ｚ０との関係は強調して表現されている。この図９から明らかなように、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａへの分光光の主光線Ｒ及び周辺光線Ｒｍｉｎ，Ｒｍａｘの入射角、すなわち、駆動基盤部４４ｅの表面への分光光の入射角をαとし、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａと駆動基盤部４４ｅとの距離をＢとすると、この主光線Ｒ及び周辺光線Ｒｍｉｎ，Ｒｍａｘが微小鏡４４ａから駆動基盤部４４ｅまでの間で進む距離Ｙは、次式（ｆ）として表される。そして、回折格子４２からの周辺光線Ｒｍｉｎと、この周辺光線Ｒｍｉｎが駆動基盤部４４ｅで反射した周辺光線Ｒｍｉｎ０′のなす角度は２αであるから、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａで反射された周辺光線Ｒｍｉｎ０に対する駆動基盤部４４ｅで反射された周辺光線Ｒｍｉｎ０′のシフト量Ｈ３は、次式（ｇ）で表される。

Ｙ ＝ Ｂ／ｃｏｓα （ｆ）
Ｈ３＝ Ｙ×ｓｉｎ２α ＝ ２Ｂｓｉｎα （ｇ）

上述したように、分光光の光束の直径をＡとすると、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａで反射された主光線Ｒ０から、最も基準軸Ｚ０に近い周辺光線の駆動基盤部４４ｅで反射された周辺光線Ｒｍｉｎ０′までのシフト量は、Ｈ３＋Ａ／２となる。このシフト量Ｈ３＋Ａ／２を上述の接平面Ｐに投影したときの長さＨ３′は、初期状態Ｓ０にあるときの微小鏡４４ａにより反射された主光線Ｒ０及び周辺構成Ｒｍｉｎ０，Ｒｍａｘ０（すなわち、反射鏡アレイ４４のフレーム４４ｂの上面や駆動基盤部４４ｅの表面で反射された主光線Ｒ０及び周辺構成Ｒｍｉｎ０，Ｒｍａｘ０）と基準軸Ｚ０とのなす角度をθとすると、図９より、次式（ｈ）で表される。

Ｈ３′＝（Ｈ３＋Ａ／２）／ｃｏｓθ
＝（２Ｂｓｉｎα＋Ａ／２）／ｃｏｓθ （ｈ）

以上より、上述の投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０と初期状態Ｓ０にあるときに微小鏡４４ａで反射された分光光の主光線Ｒ０とのなす角度がθで、微小鏡４４ａから接平面Ｐまでの基準軸Ｚ０上の距離がＬであることから、接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０からこの主光線Ｒ０が入射する位置までの距離はＬｔａｎθで表され、この距離Ｌｔａｎθは、図７及び上述の式（ｄ）、（ｅ）、（ｈ）から、次式（ｉ）の関係を満足することが必要である。

Ｌｔａｎθ≧Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３′
≧Ｌｔａｎβ＋Ａ／（２ｃｏｓβ）＋（２Ｂｓｉｎα＋Ａ／２）／ｃｏｓθ （ｉ）

ここで、角θ、βは微小角（例えば、２〜５°であるが、これに限らない）であるため、この式（ｉ）は、次式（ｉ′）のように表すことができる。

Ｌθ ≧ Ｌβ＋Ａ／２＋２Ｂｓｉｎα＋Ａ／２
≧ Ｌβ＋Ａ＋２Ｂｓｉｎα （ｉ′）

よって、この式（ｉ′）より、第１の構成に係る分光器４０の投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０と初期状態Ｓ０にあるときの微小鏡４４ａで反射された分光光の主光線Ｒ０とのなす角度θは、次式（２）の関係を満足する必要がある。前述した遮光膜４７′又は遮光板４７″は、投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐの位置に換算して、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａにより反射された分光光の主光線Ｒ０が集光する位置を含み、基準軸Ｚ０側にシフト量Ｈ３′と分光光の光束の幅（半幅）を考慮した領域を有するものを配置することが必要である

θ ≧ β＋Ａ／Ｌ＋（２Ｂｓｉｎα）／Ｌ （２）

なお、図３（ａ）を用いて説明した反射鏡アレイ４４は、各々の微小鏡４４ａが一次元方向（Ｘ軸方向）に回転することにより、分光光を受光部４６の受光面の所望の位置（Ｘ軸方向の位置）に入射させるように構成した場合について説明したが、この構成に限定されることはなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２軸に鏡面を傾斜させることができるようになっている。例えば、図３（ｂ）に示すように、駆動基盤部２４４ｈの上面に対向する２組の電極２４４ｆ，２４４ｇを配置し、各微小鏡２４４ａは、第１フレーム２４４ｂで支えられた第１ヒンジ２４４ｃの周りに第１電極２４４ｆに加えられた電圧によってＸ軸方向に鏡面を傾斜させることができ、さらに、この第１フレーム２４４ｂは、第２フレーム２４４ｄで支えられた第２ヒンジ２４４ｅの周りに第２電極２４４ｇに加えられた電圧によってＹ軸方向に鏡面を傾斜させることができるように構成されている。

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態においては、反射鏡アレイ４４において、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａ、フレーム４４ｂの上面及び駆動基盤部４４ｅの上面がそれぞれ略平行になるように配置されていたが、フレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅの少なくとも一方を、受光器４６の受光面に反射光が入射しない方向に傾斜するように配置しても良い。図１０は、駆動基盤部４４ｅに傾斜をつけた場合を示している。このようにフレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅの少なくとも一方を傾斜させることにより、このフレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅで反射した分光光を除去することができる。なお、このようにフレーム４４ｂ又は駆動基盤部４４ｅを傾斜させた場合には、その反射光が上記式（１）又は式（２）を満足するように配置することが必要である。この図１０の場合、傾斜させた駆動基盤部４４ｅと微小鏡４４ａが略平行になる状態が初期状態Ｓ０である。また、上述の第１の実施形態と同様に、遮光板４７で反射した光を迷光除去光学部４８に入射させるようにしても良い。

［第３の実施形態］
上述したように、微小鏡４４ａとフレーム４４ｂとのギャップ部分を通過した分光光は、駆動基盤部４４ｅ等で乱反射する可能性が高い。よって、駆動基盤部４４ｅの上面（特に、ギャップ部分の直下）を反射防止構造にすることが好ましい。このような反射防止構造とは、モスアイ構造や散乱帯を用いることができる。ここで、モスアイ構造とは、除去したい光の波長以下の周期で凹凸が形成された構造であり、上述した反射防止膜とことなり、乱反射の光も効率良く減光することができる。

［分光器の第２の構成］
図１１に、分光器の第２の構成として、分光器１４０を示す。第１の構成に係る分光器４０との違いは、横方向（ＸＺ断面におけるＸ軸方向)において光ファイバ２８の射出端と反射鏡アレイ４４とが共役関係であり、同様に横方向（Ｘ軸方向）において回折格子４２と受光器４６の受光領域とが共役関係になったことである。なお、縦方向（Ｙ軸方向）の関係は第１の構成と同様である。また、この第１の構成と同様の構成要素については、同一の符合を付し、詳細な説明は省略する。

図１１に示す分光器１４０は、光ファイバ２８から入射する信号光を略平行光とするコリメート光学系４１と、分光特性を有する波長分散素子（分光素子）である回折格子４２と、２次元に微小鏡が配列された反射鏡アレイ４４と、回折格子４２で波長分散を受けた信号光（分光光）を反射鏡アレイ４４の反射面上に１次元に集光する集光光学系１４３と、複数の検出領域４６ａを形成する複数の受光素子４６ｂがＸ軸方向にアレイ状に並べられた受光素子アレイを有する受光器４６と、反射鏡アレイ４４で反射した光を受光器４６の受光領域に結像させる投影光学系４５と、を有する。

この分光器１４０では、光ファイバ２８を介して取り込まれた信号光を、コリメート光学系４１により略平行光とし、回折格子４２に照射する。この信号光は回折格子４２で波長毎に異なる角度に分散されて集光光学系１４３により反射鏡アレイ４４上に集光される。なお、反射鏡アレイ４４は第１の構成と同様に、図３（ａ）に示す構成を有している。また、この第２の構成において、集光光学系１４３は光軸に回転対称な屈折力を有している。そのため、回折格子４２でＹ軸方向上側に回折された分光光ＬＩ１は、集光光学系１４３により反射鏡アレイ４４のＹ軸方向上側に点像ＩＭ１１として集光される。また、回折格子４２でＹ軸方向下側に回折された分光光ＬＩ２は、集光光学系１４３により反射鏡アレイ４４のＹ軸方向下側に点像ＩＭ１２として集光される。

反射鏡アレイ４４で反射された分光光は投影光学系４５によって受光器４６に導かれる。ここで、投影光学系４５は第１の構成と同様、光軸に回転対称な屈折力を有する第１集光レンズ４５ａと例えばシリンドリカルレンズで構成される第２集光レンズ４５ｂとからなり、合成焦点距離がＹ軸方向とＸ軸方向で異なるように設計されている。

この第２の構成では投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離は、第１の構成と同様に、投影光学系４５のＸ軸方向主面と受光器４６との距離に等しくなるように設計されており、反射鏡アレイ４４上の微小鏡４４ａによる信号光（分光光ＬＩ１）の反射方向（反射光ＬＯ１の方向）に依存して、この信号光を、受光器４６を構成する複数の検出領域４６ａのうちのどの検出領域４６ａに入射させるかを選択することができる。

［分光器の第３の構成］
図１２に、分光器の第３の構成として分光器２４０を示す。第１及び第２の構成に係る分光器４０，１４０との違いは、縦方向(ＹＺ断面におけるＹ軸方向)及び横方向(ＸＺ断面におけるＸ軸方向)で、光ファイバ２８の射出端と反射鏡アレイ２４４が共役関係であり、同様に回折格子４２と受光器４６の受光領域が共役関係になったことである。なお、第１及び第２の構成と同様の構成要素については、同一の符合を付し、詳細な説明は省略する。

図１２に示す分光器２４０は、光ファイバ２８から入射する信号光を略平行光とするコリメート光学系４１と、分光特性を有する波長分散素子（分光素子）である回折格子４２と、２次元に微小反射鏡（微小鏡）が配列された反射鏡アレイ２４４と、回折格子４２で波長分散を受けた信号光（分光光）を反射鏡アレイ２４４上に１次元に集光する集光光学系１４３と、検出領域４６ａを形成する複数の受光素子４６ｂがＸ軸方向にアレイ状に並べられた受光素子アレイを有する受光器４６と、反射鏡アレイ２４４で反射した光を受光器４６の受光領域に結像させる投影光学系２４５と、を有する。検出領域４６ａは、Ｙ軸方向に並ぶように、第１のサブ領域及び第２のサブ領域に分割されている。

この分光器２４０では、光ファイバ２８を介して取り込まれた信号光を、コリメート光学系４１により略平行光とし、回折格子４２に照射する。観察光は回折格子４２で波長毎に異なる角度に分散されて集光光学系１４３により反射鏡アレイ２４４上に集光される。この第３の構成においても、第２の構成と同様に、集光光学系１４３は光軸に回転対称な屈折力を有している。そのため、回折格子４２でＹ軸方向上側に回折された分光光ＬＩ１は、集光光学系１４３により反射鏡アレイ２４４のＹ軸方向上側に点像ＩＭ１１として集光される。また、回折格子４２でＹ軸方向下側に回折された分光光ＬＩ２は、集光光学系１４３により反射鏡アレイ２４４のＹ軸方向下側に点像ＩＭ１２として集光される。

また、反射鏡アレイ２４４は第１及び第２の構成とは異なり、上述の所定の１次元方向（Ｘ軸方向）に加えて、この１次元方向に略直交する方向（Ｙ軸方向）にも鏡面を傾斜させることができる、すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２軸に鏡面を傾斜させることができるようになっている。例えば、図３（ｂ）の構成を有している。

反射鏡アレイ２４４において反射された分光光は投影光学系２４５によって受光器４６に導かれる。ここで、投影光学系２４５は、第１及び第２の構成とは異なり、Ｙ軸方向とＸ軸方向で焦点距離は同じである。例えば、この投影光学系２４５は、光軸に回転対称な屈折力を有して構成されている。この第３の構成において、受光器４６は、投影光学系２４５の光軸と略直交する面内におけるＹ軸方向（分光方向）に関してこの投影光学系２４５の後側焦点位置に配置されている。すなわち、投影光学系２４５の焦点距離は、投影光学系２４５の主面と受光器４６との距離に等しくなるように設計されており反射鏡アレイ２４４上の微小鏡２４４ａによる信号光（分光光ＬＩ１）の反射方向（反射光ＬＯ１の方向）に依存して受光器２４６を構成する受光素子２４６ａのうちのどの受光素子２４６ａに入射するかを選択することができる。

第１の構成の分光器４０は、図８等に示すように、Ｙ軸方向から見たときに、回折格子４２で分光された分光光は、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａに略平行光として入射しているが、上述した第２及び第３の構成の分光器１４０，２４０は、Ｙ軸方向から見たときに反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａに対して収斂光として入射している（微小鏡４４ａの回転中心と分光光の集光点とは略一致しているものとする）。そのため、上述した遮光膜４７′又は遮光板４７″を配置する位置は、反射鏡アレイ４４に入射するこの分光光の特徴を考慮しなければならない。以下、図１３及び図１４を用いて説明する。

図１３において、Ｒは分光光の主光線を示し、Ｒ２は前述したように基準状態Ｓ１から偏向角βだけ回転させた状態Ｓ２のときの微小鏡４４ａで反射したこの主光線を示している。また、Ｒｍｉｎは、微小鏡４４ａに入射する、広がり角（最大強度に対して１／１００になる角度をいう）を持った分光光の光線のうち、Ｙ軸方向から見たときに、微小鏡４４ａで反射した光線が基準軸Ｚ０から最も離れる光線Ｒｍｉｎを示している（この広がり角を持った光線Ｒｍｉｎの反射光をＲｍｉｎ２とする）。ここで、微小鏡４４ａに入射する分光光の広がり角をδとし、受光器４６の受光面の最も端（最も端の受光素子４６ａの中心）に分光光を集光するための、微小鏡４４ａの基準状態Ｓ１からの偏向角をβとすると、微小鏡４４ａで反射した主光線Ｒの反射光Ｒ２と基準軸Ｚ０とのなす角度がβとなる（この微小鏡４４ａの状態をＳ２とする）。このとき、上述した接平面Ｐにおいて、分光光のうち、広がり角を持った反射光Ｒｍｉｎ２が通過する位置より基準軸Ｚ０側に遮光膜４７′又は遮光板４７″が配置されると、受光器４６に入射する分光光と干渉してしまう。そのため、分光光の広がり角δを考慮すると、広がり角を持った反射光Ｒｍｉｎ２が通過する接平面Ｐ上の位置は、次式（ｊ）に示すように、基準軸Ｚ０からＫ１離れた位置となる。換言すると、反射鏡アレイ４４の初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａ（駆動基板部４４ｅ等と略並行な状態の微小鏡４４ａ）で反射した分光光は、接平面Ｐにおいて、Ｋ１より外側に入射させる必要がある。なお、微小鏡４４ａから接平面Ｐまでの基準軸Ｚ０上の距離をＬとする。

Ｋ１ ＝ Ｌ×ｔａｎ（β＋δ） （ｊ）

また、図１４に示すように、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａで反射した分光光に対して、この微小鏡４４ａよりも下方に位置する駆動基板４４ｅで反射した分光光は、基準軸Ｚ０に近づくように反射する。収斂光として微小鏡４４ａに入射する分光光の場合、微小鏡４４ａに入射する、広がり角を持った分光光の光線のうち、Ｙ軸方向から見たときに、微小鏡４４ａで反射した光線が基準軸Ｚ０に最も近づく光線Ｒｍａｘを考慮する必要がある（この光線Ｒｍａｘの反射光をＲｍａｘ０とする）。図１４は、反射鏡アレイ４４の主要部として、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａ、駆動基盤部４４ｅに対して、回折格子４２で分光された分光光の主光線Ｒ、この分光光の広がり角を持った光線Ｒｍａｘ、並びに、この光線Ｒｍａｘが、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａで反射した光線Ｒｍａｘ０、及び、駆動基盤部４４ｅで反射した光線Ｒｍａｘ０′のみを示している。また、基準軸Ｚ０との関係は強調して表現されている。ここで、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａへの分光光の主光線Ｒの入射角、すなわち、駆動基盤部４４ｅの表面への分光光の主光線Ｒの入射角をαとすると、広がり角を持った光線Ｒｍａｘの入射角α′は、α′＝α＋δと表される。そして、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａと駆動基盤部４４ｅとの距離をＢとすると、この広がり角を持った光線Ｒｍａｘが微小鏡４４ａから駆動基盤部４４ｅまでの間で進む距離Ｙは、次式（ｋ）として表される。さらに、回折格子４２からの広がり角を持った光線Ｒｍａｘと、この光線Ｒｍａｘが駆動基盤部４４ｅで反射した光線Ｒｍａｘ０′のなす角度は２α′であるから、初期状態Ｓ０のときの微小鏡４４ａで反射された広がり角を持った光線Ｒｍａｘ０に対する駆動基盤部４４ｅで反射された光線Ｒｍａｘ０′のシフト量Ｋ２は、次式（ｍ）で表される。

Ｙ ＝ Ｂ／ｃｏｓα′ （ｋ）
Ｋ２ ＝ Ｙ×ｓｉｎ２α′＝２Ｂｓｉｎα′ （ｍ）

そして、このシフト量Ｋ２を上述の接平面Ｐに投影したときの長さＫ２′は、初期状態Ｓ０にあるときの微小鏡４４ａにより反射された広がり角を持った光線Ｒｍａｘ０（すなわち、反射鏡アレイ４４のフレーム４４ｂの上面や駆動基盤部４４ｅの表面で反射された広がり角を持った光線Ｒｍａｘ０）と基準軸Ｚ０とのなす角度をθ′とすると、図１４より、次式（ｎ）で表される。

Ｋ２′ ＝ Ｋ２／ｃｏｓθ′＝２Ｂｓｉｎα′／ｃｏｓθ′ （ｎ）

また、上述のＫ２′の位置は、初期状態Ｓ０にある微小鏡４４ａで反射した分光光の主光線Ｒｍａｘの反射光が接平面Ｐに入射する位置であるため、この分光光の光束の幅（半幅）を考慮する必要がある。図１４において、基準軸Ｚ０に対して反射光Ｒｍａｘ０から広がり角δだけ広がった光線をＲｍａｘ０″とし、この光線Ｒｍａｘ０″の基準軸Ｚ０とのなす角度をθとすると、光線Ｒｍａｘ０″の微小鏡４４ａから接平面Ｐまでの距離はＬ／ｃｏｓθとなり、接平面Ｐ上の光線Ｒｍａｘ０が入射する位置から光線Ｒｍａｘ０″が入射する位置までの距離Ｋ３は、光線Ｒｍａｘ０″を半径とする円弧であると考えると、次式（ｏ）で表される。

Ｋ３ ＝ （Ｌ／ｃｏｓθ）×δ （ｏ）

以上より、上述の投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０に対する初期状態Ｓ０にあるときに微小鏡４４ａに反射された分光光の主光線（主光線Ｒの反射光）のなす角度がθで、微小鏡４４ａから接平面Ｐまでの基準軸Ｚ０上の距離がＬであることから、接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０からこの主光線が入射する位置までの距離はＬｔａｎθで表され、この距離Ｌｔａｎθは、上述の式（ｊ）、（ｎ）、（ｏ）から、次式（ｐ）の関係を満足することが必要である。

Ｌｔａｎθ≧Ｋ１＋Ｋ２′＋Ｋ３
≧Ｌｔａｎ（β＋δ）＋２Ｂｓｉｎα′／ｃｏｓθ′＋（Ｌ／ｃｏｓθ）×δ （ｐ）
但し、
α′＝α＋δ
θ′＝θ−δ

ここで、角θ、β、δは微小角（例えば、２〜５°であるが、これに限らない）であるため、この式（ｐ）は、次式（ｐ′）のように表すことができる。

Ｌθ ≧ Ｌ（β＋δ）＋２Ｂｓｉｎ（α＋δ）＋Ｌδ （ｐ′）

よって、この式（ｐ′）より、第２及び第３の構成に係る分光器１４０，２４０の投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐにおいて、基準軸Ｚ０と初期状態Ｓ０にあるときに微小鏡４４ａで反射された分光光の主光線Ｒ０とのなす角度θは、次式（３）の関係を満足する必要がある。前述した遮光膜４７′又は遮光板４７″は、投影光学系４５の最も光源側の接平面Ｐの位置に換算して、初期状態Ｓ０の微小鏡４４ａにより反射された分光光の主光線（主光線Ｒの反射光）が集光する位置を含み、基準軸Ｚ０側にシフト量Ｈ３′と分光光の光束の幅（半幅）を考慮した領域を有するものを配置することが必要である

θ ≧ β＋２δ＋（２Ｂｓｉｎ（α＋δ））／Ｌ （３）

なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を持たない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

１ 顕微分光システム ２０ 共焦点ユニット ３０ 顕微鏡
４０ 分光器 ４１ コリメート光学系 ４３ 集光光学系
４４ 反射鏡アレイ ４４ａ微小鏡 ４５ 投影光学系
４６ 受光器 ４６ａ 受光素子
４７，４７" 遮光板 ４７′ 遮光膜 ４８ 迷光除去光学部

Claims (19)

1. 光源からの励起光を走査して対物レンズにより標本に集光し、前記標本から射出した信号光を前記対物レンズを介して集光する顕微鏡と、
   前記顕微鏡からの前記信号光を分光する分光素子と、
   前記分光素子で分光された分光光を受光する集光光学系と、
   複数の偏向素子が、少なくとも前記分光素子による分光方向に配列され、前記複数の偏向素子の各々が、前記分光光を少なくとも所定の１次元方向に偏向可能な偏向部材と、
   前記偏向部材で偏向された前記分光光を受光する投影光学系と、
   複数の受光素子が、少なくとも前記投影光学系の光軸と略直交する面内における前記偏向部材により偏向可能な前記１次元方向に配列された受光器と、を有し、
   前記偏向部材を構成する前記複数の偏向素子のうち前記分光光に含まれる前記励起光が入射する前記偏向素子を除く前記偏向素子による前記分光光の偏向方向と、前記偏向部材を構成する、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部による前記分光光の偏向方向とが異なるように、前記励起光を除く前記分光光に対する前記偏向素子と、前記分光光に対する、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部とが設定されることを特徴とする顕微分光システム。
2. 前記励起光が入射する前記偏向素子による前記励起光の偏向方向と、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部による前記分光光の偏光方向とがほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載の顕微分光システム。
3. 前記偏向部材の前記偏向素子の面が、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、前記偏向素子、及び前記偏向素子以外の少なくとも一部で偏向された前記分光光が入射する遮光部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微分光システム。
4. 前記遮光部は、反射部材であり、該反射部材で反射した前記分光光が入射する位置に、当該分光光を除去する迷光除去光学部を有することを特徴とする請求項３に記載の顕微分光システム。
5. 前記分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って前記分光素子に入射した光線に相当する分光光が、前記偏向部材の前記偏向素子で偏向されて前記受光器の所定の位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された前記光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して前記遮光部に入射するときの前記光線がなす角度をθとし、前記投影光学系の焦点距離をｆとし、前記光線が前記受光器の最も端の受光素子に入射するときの前記基準軸とのなす角度をβとし、前記受光器の前記受光素子のピッチをＣとしたとき、次式
   θ ≧ β＋Ｃ／ｆ
   の条件を満足することを特徴とする請求項３または４に記載の顕微分光システム。
6. 前記遮光部は、遮光膜であり、前記偏向部材の前記偏向素子の面が前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、前記偏向素子、及び前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部で偏向された前記分光光が入射する位置であって、前記投影光学系の少なくとも一つのレンズ面に前記遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の顕微分光システム。
7. 前記遮光部は、遮光板であり、前記偏向部材の前記偏向素子の面が前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面と略平行になったときに、前記偏向素子、及び前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部で偏向された前記分光光が入射する位置であって、前記投影光学系の前記分光光が入射する側に前記遮光板を有することを特徴とする請求項３に記載の顕微分光システム。
8. 前記遮光膜又は前記遮光板で反射した前記分光光が入射する位置に、当該分光光を除去する迷光除去光学部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の顕微分光システム。
9. 前記集光光学系は、前記集光光学系の光軸と略直交する面内における前記偏向部材の偏向可能な前記１次元方向と略直交する方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の分光器。
10. 前記分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って前記分光素子に入射した光線が、前記偏向部材の前記偏向素子で偏向されて前記受光器の所定に位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された前記光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して前記遮光膜又は前記遮光板に入射するときの前記光線がなす角度をθとし、前記光線が前記受光器の最も端の受光素子に入射するときの前記基準軸とのなす角度をβとし、前記偏向部材に入射する前記分光光の直径をＡとし、前記偏向素子の面と前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面とが略平行になったときの間隔をＢとし、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部への前記分光光の入射角をαとし、前記偏向素子と前記投影光学系の最も前記光源側の面と前記基準軸上で接する面との前記基準軸方向の距離をＬとしたとき、次式
    θ ≧ β＋Ａ／Ｌ＋（２Ｂｓｉｎα）／Ｌ
    の条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の顕微分光システム。
11. 前記集光光学系は、前記集光光学系の光軸に回転対称な屈折力を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の分光器。
12. 前記分光光のうち、コリメート光学系の光軸上を通って前記分光素子に入射した光線である主光線が、前記偏向部材の前記偏向素子で偏向されて前記受光器の所定に位置に集光するときの、当該偏向素子で偏向された前記主光線が進む方向を基準軸とし、当該基準軸に対して前記遮光膜又は前記遮光板に入射するときの前記主光線がなす角度をθとし、前記主光線が前記受光器の最も端の受光素子に入射するときの前記基準軸とのなす角度をβとし、前記偏向部材に入射する前記分光光の直径をＡとし、前記偏向素子の面と前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部の面とが略平行になったときの間隔をＢとし、前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部への前記分光光の主光線の入射角をαとし、前記偏向素子に入射する前記分光光の広がり角をδとし、前記偏向素子と前記投影光学系の最も前記光源側の面と前記基準軸上で接する面との前記基準軸方向の距離をＬとしたとき、次式
    θ ≧ β＋２δ＋（２Ｂｓｉｎ（α＋δ））／Ｌ
    の条件を満足することを特徴とする請求項１１に記載の顕微分光システム。
13. 前記偏向部材の前記偏向素子以外の構成部材の少なくとも一部がモスアイ構成を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の顕微分光システム。
14. 前記受光器の配置位置は、前記投影光学系の光軸と略直交する面内における前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向に関して前記投影光学系の後側焦点位置であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の顕微分光システム。
15. 前記投影光学系は、前記投影光学系の光軸に直交する面内における前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向の屈折力と前記１次元方向に略直交する方向の屈折力とが異なり、
    前記偏向部材及び前記受光器は、前記投影光学系を介して、前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向と略直交する方向に関して共役関係であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の顕微分光システム。
16. 前記投影光学系は、前記投影光学系の光軸と略直交する面内における前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向と略直交する方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１５に記載の顕微分光システム。
17. 前記投影光学系は、前記光軸に回転対称な屈折力を有し、
    前記受光器の配置位置は、前記投影光学系の光軸と略直交する面内における前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向に関して前記投影光学系の後側焦点位置であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の顕微分光システム。
18. 前記受光器は、前記投影光学系の光軸と直交する面内に前記複数の受光素子が２次元に配列され、
    前記偏向部材の前記複数の偏向素子の各々は、前記投影光学系の光軸と直交する面内における前記偏向部材の前記偏向可能な前記１次元方向と直交する方向に偏向可能であることを特徴とする請求項１７に記載の顕微分光システム。
19. 前記信号光は、光ファイバの端面から射出されてコリメート光学系に入射するように構成されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の顕微分光システム。

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