JP7079509B2 - 計測装置及び照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置及び照射装置に関する。本願は、２０１７年８月９日に、日本に出願された特願２０１７－１５４３９２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、蛍光イメージングを可能とする光学顕微鏡として、共焦点光学系を備えた蛍光顕微鏡（以下、共焦点蛍光顕微鏡とする）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

通常の光学顕微鏡では試料の所定範囲を均一に照射するのに対し、共焦点光学系では点光源から発せられた照射光が対物レンズによって試料の一点に集光する。照射光としては、単色性及び直進性に優れているレーザ光が用いられる。また、共焦点光学系では、対物レンズの焦点位置と共役な位置にピンホールを配置することで、試料で焦点が合った位置の蛍光のみがピンホールを通過して検出される。

このように共焦点光学系では、先ず照射光が試料の１点に集光され、試料の焦点位置からの蛍光はピンホールを通過するのに対し、焦点位置以外からの蛍光はピンホールでカットされる。従って、共焦点光学系では、通常の光学顕微鏡に比べて、焦点に隣接する横方向、及び焦点面に対して手前側や奥側からの迷光の影響を受けず、コントラストが向上する。結果、照射光の焦点位置のみの情報が検出されるので、３次元の空間分解能を有する。

上記のように鮮明な３次元画像を形成可能とする共焦点蛍光顕微鏡は、例えば蛍光タンパク質を用いた生命機能解析等のバイオ分野をはじめ、広い分野で用いられている。また、高い分解能や定量性を有する点から、将来においても共焦点蛍光顕微鏡の重要性は増していくと考えられる。

一方で、共焦点蛍光顕微鏡では焦点位置の点情報しか得られない。そのため、共焦点蛍光顕微鏡では、試料面内の２次元情報を画像化するために、点光源から発せられた照射光の焦点位置を試料内部で相対的に走査させる必要がある。このように照射光の焦点位置を試料に対して相対的に走査することを可能とする走査装置として、例えばガルバノミラーが知られている。ところが、これらの走査装置を用いたとしても、広範囲の高速な走査には時間がかかってしまう。

上記事情に対処する技術として、例えば特許文献２には、点光源が発する離散スペクトルをスペクトルごとに測定試料に対して２次元的に分散させ、測定試料の各測定点に対応したモード分解スペクトルを一度に取得する計測装置が記載されている。この計測装置は、試料に入射するスペクトルの位置情報とスペクトルの周波数とを対応させて、試料の情報を得る。そのため、試料面内の２次元情報を走査せずに画像化できる。

日本国特開２０１２－１０３３７９号公報 国際公開第２０１７／００２５３５号

特許文献２に記載の計測装置は、２次元情報を走査せずに同時に計測できる。そのため、生命機能解析等のバイオ分野において、細胞等に生じている現象をリアルタイムに同時に観察することができる。また測定領域が拡大した場合にも、この計測装置を用いると、試料の情報を短時間で計測できる。一方で、この計測装置は、レーザ透過光やレーザ反射光を用いて画像化するため、蛍光イメージを取得することはできなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、試料の蛍光イメージを高速に取得可能な計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、試料に所定の条件で光を照射し、この計測装置を用いた計測を可能とする照射装置を提供することを目的とする。

第１の態様の計測装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳部のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳部と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされ、前記試料の情報を含む前記複数の重畳部から発せられる変調された蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える。

上記態様の計測装置において、前記複数の光源のそれぞれは、前記スペクトル光として、周波数軸で隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である隣接周波数間隔が互いに一致している光周波数コムスペクトルを発する光周波数コム光源であってもよい。

上記態様の計測装置において、前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、前記光源から発せられた前記スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトルごとに異なる方向に波長分散させる構成でもよい。

上記態様の計測装置において、前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第１隣接周波数間隔である第１スペクトル光を発する第１の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第２隣接周波数間隔の第２スペクトル光を発する第２の光源と、を少なくとも備え、同じ周波数軸で前記第１スペクトル光及び第２スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第１隣接周波数間隔及び前記第２隣接周波数間隔の半分未満であってもよい。

上記態様の計測装置において、前記複数の光源の少なくとも１つの光源が発するスペクトル光のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数又は隣接周波数間隔を制御する制御部をさらに備えてもよい。

上記態様の計測装置において、前記空間フィルタリング光学系は、前記制御部によって制御されるスペクトル光のオフセット周波数及び隣接周波数間隔に応じて透過する光の位置を変更可能な空間光変調器を備えてもよい。

第２の態様の照射装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、を備える。

上記態様の照射装置において、前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第１隣接周波数間隔である第１スペクトル光を発する第１の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第２隣接周波数間隔の第２スペクトル光を発する第２の光源と、を少なくとも備え、同じ周波数軸で前記第１スペクトル光及び第２スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第１隣接周波数間隔及び前記第２隣接周波数間隔の半分未満であってもよい。

上記態様の照射装置において、前記複数の光源は、試料の集光点に照射光をそれぞれ同時に照射し、それぞれの光源からの前記照射光は、前記試料の集光点において互いに干渉する構成でもよい。

第３の態様の照射装置は、離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第１光を発する第１光源と、前記第１光とは異なる離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第２光を発する第２光源と、前記第１光と前記第２光とを分散して、前記第１光に基づく第１周波数値の周波数成分を有する第１照射光の第１照射領域と、前記第２光に基づく第２周波数値の周波数成分を有する第２照射光の第２照射領域との、双方の領域の一部同士が重畳するように、前記第１照射光と前記第２照射光を集光する分散集光部と、を備え、前記第１周波数値と前記第２周波数値との差分が、前記第１光の前記第１周波数値とそれに隣接する周波数値との差分以下となるように、前記第１照射光と前記第２照射光とを同時に照射する。

第４の態様の計測装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光を複数出射し、複数の前記スペクトル光のそれぞれにおいて隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔が異なる光出射部と、前記光出射部から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光させ、且つ、１つの前記スペクトル光に基づく複数の集光点と他の前記スペクトル光に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える。

上記態様の計測装置において、前記光出射部は、前記２つのスペクトル光をそれぞれ発し、前記隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源を有していてもよい。

上記態様の計測装置において、前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳領域と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系をさらに備えてもよい。前記検出部は、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記蛍光ビートの信号を取得してもよい。

上記態様の計測装置において、前記検出部は、前記蛍光ビートの位相情報を取得してもよい。

第５の態様の照射装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる光出射部と、前記光出射部から出射された複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、を備える。
第６の態様の照射装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、前記試料における集光点が重なる複数の重畳部のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、を備える。

上記態様にかかる計測装置によれば、試料の蛍光イメージを高速に取得することができる。

第１実施形態の計測装置の模式図である。 離散スペクトル光について説明するための模式図である。 第１の点光源が発する離散スペクトル光の第１光周波数コムスペクトルと、第２の点光源が発する離散スペクトル光の第２光周波数コムスペクトルと、を示す図である。 第１実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第１の構成例を示す概略図である。 第１実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第２の構成例を示す概略図である。 第１実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第３の構成例を示す概略図である。 第１実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第４の構成例を示す概略図である。 分散素子としてＶＩＰＡと回折格子とを組み合わせて用いた場合の分散部の第１の構成例を示す模式図である。 集光部によって試料の表面に２次元的に展開された集光点を模式的に示した図である。 第１光周波数コムスペクトルと第２光周波数コムスペクトルとの干渉ＲＦスペクトルの発生過程を説明するための図である。 試料の重畳領域と検出される蛍光ビート群スペクトルとの関係を示す図である。 試料における集光点の重畳領域とピンホールアレイ素子の開口部の位置関係を模式的に示す図である。 第２実施形態の計測装置の模式図である。 第３実施形態の計測装置の模式図である。 取得する蛍光ビートの位相情報から蛍光寿命の情報を取り出す方法について説明するための模式図である。 第１実施形態の計測装置の変形例を示す模式図である。

以下、本発明を適用した計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の計測装置１０Ａの模式図である。図１に示すように、計測装置１０Ａは、光出射部１１と、２つの点光源（光源）１２と、分散部１４と、集光部１６と、分離部１９と、空間フィルタリング光学系１８と、検出部２０と、を備えている。

［光出射部］
図１に示す計測装置１０Ａは、２つの点光源（光源）１２を有する光出射部１１を備える。点光源１２の数は、必ずしも２つに限られないが、第１実施形態では、２つの場合を説明する。

［点光源］
２つの点光源１２は、第１の点光源１２Ａと第２の点光源１２Ｂで構成されている。第１の点光源１２Ａと第２の点光源１２Ｂは、離散スペクトル光源（光周波数コム光源）２２と、集光レンズ２４と、を備えている。第１の点光源１２Ａにおける離散スペクトル光源（第１の光源）２２ａは、離散スペクトル光（スペクトル光，第１スペクトル光）ＬＡを発する。第２の点光源１２Ｂにおける離散スペクトル光源（第２の光源）２２ｂは、離散スペクトル光（スペクトル光，第１スペクトル光）ＬＢを発する。

図２は、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢについて説明するための模式図である。図２では、わかりやすくするため、スペクトルの本数を減らしている。図２に示すように、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢは、互いに異なる周波数で分布するスペクトルＭＡを２以上含んでいる。
このような離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢとしては、光周波数コム光源のスペクトルが挙げられる。以下、光周波数コム光源のスペクトルを光周波数コムスペクトルＬＸ０という。光周波数コムスペクトルＬＸ０は、例えば周波数軸上で互いに所定の周波数間隔で分布するスペクトルＭＡを２以上含んでいる。図２では、周波数軸をｆ軸として示している。以下、測定時には表れないスペクトル（図２の上の図において１点鎖線で示されているスペクトル）も含めてスペクトルＭＡの数をｎとする。周波数軸における周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡの周波数の間隔を、隣接周波数間隔ｆｒという。周波数特性で見ると、ｎ個のスペクトルＭＡは、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆ０、及び所定の光強度｜Ｅ（ｆ）｜^２の分布を有するスペクトル・エンベロープＮＡを備え、周波数軸上に分布している。以下、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆ０を、単にオフセット周波数ｆ０と記載する。

光周波数コムスペクトルＬＸ０の時間特性を見ると、パルスΦ１，Φ２，…，Φｍが複数分布している。隣接したパルスΦ１，Φ２，…，Φｍの間の互いに中心の時間間隔が１／ｆｒである。複数のパルスΦ１，Φ２，…，Φｍの光搬送波電界ＣＡは、複数のスペクトルＭＡを逆フーリエ変換して得られる時間分布を有する。複数のパルスΦ１，Φ２，…，Φｎのパルス包絡線ＷＡはスペクトル・エンベロープＮＡを逆フーリエ変換して得られる時間分布を有する。

オフセット周波数ｆ０と、オフセット周波数ｆ０を有するスペクトルＭＡに対する順番を決めれば、所定の順番のスペクトルＭＡの周波数が決まる。例えば、オフセット周波数ｆ０を有するスペクトルＭＡに対してｎ番目のスペクトルＭＡの周波数νｎは、下記の（１）式のように決められる。
νｎ＝ｎ×ｆｒ＋ｆ０ ・・・（１）

光周波数コムスペクトルＬＸ０では、隣接周波数間隔ｆｒ及びオフセット周波数ｆ０が周波数標準器を基準に安定化されてスペクトルＭＡの周波数が周波数軸上で殆ど変化せず、固定されている。「周波数軸上で変化せず」とは、複数のスペクトルＭＡの互いに異なるモードが位相同期され、スペクトルＭＡの周波数が周波数標準器に位相同期することで達成され得る程度に、周波数軸上で変化しない状態を示す。

第１の点光源１２Ａが発する離散スペクトル光ＬＡと、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢとは、オフセット周波数ｆ０及び隣接周波数間隔ｆｒが異なる。図３は、第１の点光源１２Ａが発する離散スペクトル光ＬＡの第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢの第２光周波数コムスペクトルＬＸ２と、を示す図である。

図３に示すように、光周波数コムスペクトルＬＸ１，ＬＸ２、即ち、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢはそれぞれ、周波数軸で等間隔に分布するｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２のそれぞれを備える。第１光周波数コムスペクトルＬＸ１において、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ１，ＭＡ１の周波数の間隔は、第１隣接周波数間隔ｆｒ１である。第１光周波数コムスペクトルＬＸ１における複数の第１隣接周波数間隔ｆｒ１は、互いに一致している。これに対し、第２光周波数コムスペクトルＬＸ２において、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ２，ＭＡ２の周波数の間隔は、第２隣接周波数間隔ｆｒ２である。第２光周波数コムスペクトルＬＸ２における複数の第２隣接周波数間隔ｆｒ２は、互いに一致している。第１隣接周波数間隔ｆｒ１と第２隣接周波数間隔ｆｒ２とは、周波数間隔Δｆｒだけ互いに異なる。周波数間隔Δｆｒは、Δｆｒ＝ｆｒ１－ｆｒ２で表される。

図３に示すように、同じ周波数軸で第１光周波数コムスペクトルＬＸ１及び第２光周波数コムスペクトルＬＸ２を並べた際に、周波数軸上で互いに最も近いスペクトルＭＡ１，ＭＡ２同士の周波数間隔は、ｍΔｆｒ＋ｆＲＦで表される。ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ＝νｎ１－νｎ２＝ｎ１×ｆｒ１＋ｆ０１－（ｎ２×ｆｒ２＋ｆ０２）である。周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、第１隣接周波数間隔ｆｒ１の半分（ｆｒ１/２）及び第２隣接周波数間隔ｆｒ２の半分（ｆｒ２/２）未満である。ここで、νｎ１は、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１のｎ１番目のスペクトルの周波数を意味する。ｆ０１は、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１のオフセット周波数を意味する。νｎ２は、第２光周波数コムスペクトルＬＸ２のｎ２番目のスペクトルの周波数を意味する。ｆ０２は、第２光周波数コムスペクトルＬＸ２のオフセット周波数を意味する。

それぞれの離散スペクトル光源２２の出射方向には、集光レンズ２４が配置されている（図１参照）。集光レンズ２４は、離散スペクトル光源２２から発せられた離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢを集光位置Ｐ１に集光させる。従って、集光レンズ２４の各種パラメーターは、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数νｎ、集光レンズ２４の位置、集光位置Ｐ１との距離等を勘案して適宜設定され、特定の値に限定されない。

図１に示す第１の点光源１２Ａ及び第２の点光源１２Ｂのように、点光源１２の光学系においてレンズが用いられている場合は、図示しないが、レンズをミラーに替えてもよい。ミラーは、曲率を有していてもよい。レンズに替えてミラーを用いることによって、離散スペクトル光源２２から発せられた光周波数コムスペクトルＬＸ０の各スペクトルＭＡの周波数に対してレンズの色収差の影響が及ぶことを避けることができる。

光軸Ｘ上において、点光源１２の前方にはピンホール素子２６及びコリメートレンズ２８がこの順で配置されている。

ピンホール素子２６は、所定の大きさ及び形状の開口を有する。光軸Ｘに沿う方向において、ピンホール素子２６の開口は、集光位置Ｐ１に位置している。ピンホール素子２６の開口の大きさ及び形状は、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数と、試料Ｓの情報を取得するための所望の分解能等を勘案して適宜設定され、特定の大きさに限定されない。ピンホール素子２６は、レーザービームの空間モードを理想形状とし、共焦点性を付与するために設けられている。計測装置１０Ａで十分な共焦点性が得られれば、ピンホール素子２６は省略されてもよい。

コリメートレンズ２８は、集光位置Ｐ１から発散された離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢをコリメートする。コリメートレンズ２８の各種パラメーターは、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数及び集光位置Ｐ１とコリメートレンズ２８の位置との距離等を勘案して設定され、特定の値に限定されない。

ピンホール素子２６、集光レンズ２４及びコリメートレンズ２８は、集光位置Ｐ１において離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢを良好に集光できれば、他の構成に置き換えられてもよい。

コリメートレンズ２８から出射された離散スペクトル光ＬＢは、ミラー２９に入射する。ミラー２９で反射した離散スペクトル光ＬＢは、ハーフミラー３０に入射する。コリメートレンズ２８から出射された離散スペクトル光ＬＡと、ミラー２９で反射した離散スペクトル光ＬＢとは、ハーフミラー３０で合流し、分散素子３２の軸線Ｊ３に対して角度θ０で入射する。

［離散スペクトル光源］
離散スペクトル光源２２として、上記説明した光周波数コムスペクトルＬＸ０を発することが可能な公知のコム光源を用いることができる。
以下では、離散スペクトル光源２２の構成例について説明する。各構成例において公知の構成要素の詳細な説明は、省略する。離散スペクトル光源２２の構成は、下記の各構成例に限定されるものではない。

図４は、離散スペクトル光源２２の第１の構成例であるコム光源２２Ａの概略図である。図４に示すように、コム光源２２Ａは、モード同期ファイバレーザ７７と、増幅器７８と、を備えている。
モード同期ファイバレーザ７７は、励起用半導体レーザ８２と、光アイソレータ８７Ａを備えた光ファイバ８０Ｇと、光カプラ８４Ａと、光ファイバ８０Ａと、光ファイバ８０Ｂ，８０Ｃと、光アイソレータ８５Ａと、を備えている。光ファイバ８０Ａは、希土類元素（エルビウム、イッテルビウム等）が添加された光増幅ファイバ８６Ａを備えている。
増幅器７８は、光ファイバ８０Ｂ，８０Ｃの間に配置された光カプラ８４Ｄを介してモード同期ファイバレーザ７７に接続されている。増幅器７８は、光ファイバ８０Ｄと、光アイソレータ８５Ｂと、光ファイバ８０Ｅと、励起用半導体レーザ８３と、光アイソレータ８７Ｂを備えた光ファイバ８０Ｆと、光カプラ８４Ｃと、光ファイバ８０Ｈと、光アイソレータ８５Ｃと、を備えている。光ファイバ８０Ｄは、光カプラ８４Ｄの出力側に接続されている。光ファイバ８０Ｈは、希土類元素（エルビウム、イッテルビウム等）が添加された光増幅ファイバ８６Ｂを備えている。

図４に示すモード同期ファイバレーザ７７では、周波数安定度の高いパルスが光アイソレータ８５Ａから光カプラ８４Ａに向かって発振される。発振されたパルスの一部は、光カプラ８４Ｄから光ファイバ８０Ｄに取り出され、光ファイバ８０Ｄ内を進み、増幅器７８で増幅される。一方、発振されたパルスの残部は、光ファイバ８０Ｃ内を進み、モード同期ファイバレーザ７７の内部をループする。このような動作原理によって、光アイソレータ８５Ｃから、高出力な光周波数コムの光周波数コムスペクトルＬＸ０が出射される。

図５は、離散スペクトル光源２２の第２の構成例であるコム光源２２Ｂの概略図である。図５に示すように、コム光源２２Ｂは、光変調器９０と、マイクロ波発振器９３と、を備えている。光変調器９０は、所定の距離だけ離間して配置された鏡９２Ａ，９２Ｂと、２枚の鏡９２Ａ，９２Ｂの間に配置された電気光学結晶９４から構成されている。電気光学結晶９４には、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）が用いられている。

図５に示す構成では、光変調器９０に入射した単一スペクトル光は、マイクロ波発振器９３によって外部位相変調される。電気光学結晶９４には、２枚の鏡９２Ａ，９２Ｂからなるファブリ・ペロー共振器内に配置されていることで深い変調がかかる。電気光学結晶９４に変調がかかることによって、約１０００本以上のスペクトルＭＡが発生する。スペクトルＭＡの隣接周波数間隔ｆｒは、マイクロ波発振器９３の変調周波数に一致する。光変調器９０はパッシブな構成要素で構成されているので、周波数軸上で非常に安定したスペクトルＭＡを２以上含む光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生する。スペクトル・エンベロープＮＡの中心周波数は、不図示の入力光源から発せられる光の中心周波数に基づいて決定される。

図６は、離散スペクトル光源２２の第３の構成例であるコム光源２２Ｃの概略図である。図６に示すように、コム光源２２Ｃは、導波路型のマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）型超平坦光コム発生器（ＭＺ－ＦＣＧ）９５を備えている。ＭＺ－ＦＣＧ９５には、入力導波路９６Ａと、２つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃと、出力導波路９６Ｄと、が形成されている。分岐導波路９６Ｂには、高周波（ＲＦ）信号を入力可能とする導波路が結合されている。分岐導波路９６Ｃには、位相変調信号を入力可能とする導波路が結合されている。

図６に示す構成では、ＲＦ信号が所定の条件で２つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃに入力されると、単一スペクトルから分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃのそれぞれで２つの光周波数コムスペクトルが発生する。２つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃの結合位置において、２つの光周波数コムスペクトルの光強度のアンバランスは、互いに補われる。従って、スペクトル・エンベロープＮＡの平坦性に優れた光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生し、出力導波路９６Ｄから取り出される。

図７は、離散スペクトル光源２２の第４の構成例であるコム光源２２Ｄの概略図である。コム光源２２Ｄは、コム光源２２ＣのＭＺ－ＦＣＧ９５を備えた広帯域コム且つ超短パルス光源である。図７に示すように、コム光源２２Ｄは、励起用半導体レーザ９８と、偏波コントローラ（ＰＣ）９９と、ＭＺＭ１００と、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）１０８と、エルビウム添加ファイバ増幅器１０９と、分散フラット・分散減少ファイバ（ＤＦ－ＤＤＦ）１１０と、を備えている。
図７に示す構成では、ＭＺ－ＦＣＧ９５によって発生した光コム信号は、標準的なＳＭＦ１０８に入力された後にＤＦ－ＤＤＦに入力することで、約２０ＴＨｚに及ぶ光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生する。

［分散部］
分散部１４は、光軸Ｘに沿う方向においてコリメートレンズ２８と集光部１６との間に配置される。分散部１４は、軸線Ｊ３に対して角度θ０で入射した離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢをスペクトルＭＡ１，ＭＡ２ごとに互いに異なる方向に分散させる。図１に示す分散部１４は、分散素子３２を備えている。図１では、分散素子３２として、回折格子を用いた場合を示している。

分散素子３２は、分散面３２ａに直交する軸線Ｊ３を光軸Ｘに対して角度θ０だけ傾斜させた姿勢で配置されている。分散素子３２は、角度θ０で入射した光を、それぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで１次元的、２次元的又は３次元的に波長分散させる。このような機能を有する分散素子３２としては、例えば回折格子、プリズム、Ｖｉｒｔｕａｌ
Ｉｍａｇｅｄ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ（ＶＩＰＡ：登録商標）、計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ：ＣＧＨ）等が挙げられる。分散素子３２として回折格子やプリズムを用いる場合は、図１に示すように、波長分散された分散ビームが１次元的に、即ち、ライン状に配置される。

回折格子のピッチは、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２が入射する角度θ０、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数及び試料Ｓの情報を取得するための所望の分解能等を勘案して、公知のグレーティング方程式に基づいて設定され、特定のピッチに限定されない。分散素子３２としてＶＩＰＡと回折格子とを組み合わせて用いる場合は、波長分散された分散ビームが２次元的に、即ち、平面状に配置される。分散素子３２としてＣＧＨを用いる場合は、ＣＧＨにレンズ特性を持たせることでスペクトルごとに集光位置の深さを変えることができる。

図８は、分散素子３２としてＶＩＰＡと回折格子とを組み合わせて用いた場合の分散部１４の第１の構成例を示す模式図である。図８に示す分散部１４Ａは、分散素子３２として、シリンドリカルレンズ４８と、ＶＩＰＡ５０と、球面レンズ５２と、回折格子５４と、を備える。ＶＩＰＡ５０は、薄いガラス板５０ｂで構成されている。ガラス板５０ｂの一方の表面には、半透過膜（図示略）が形成されている。他方の表面に、反射膜５０ｒが形成されている。ＶＩＰＡ５０は、エタロンによる鋭い波長分散特性を有している。ＶＩＰＡ５０を可動させると、波長分散角度が変化する。

図８に示す構成では、先ず、シリンドリカルレンズ４８によって一方向（図８に示す矢印Ｘ方向）に集光された光は、ＶＩＰＡ５０によってさらに矢印Ｙ方向に分散される。分散された光の分散角度は、光軸に対して角度αの範囲内となる。角度αは、離散スペクトル光ＬＢの周波数、ＶＩＰＡ５０の厚さ、ならびに、離散スペクトル光ＬＢのＶＩＰＡ５０への入射角度によって決まる。

ＶＩＰＡ５０で分散された光は、球面レンズ５２によってそれらの光ごとに光軸に対して平行な方向に偏向され、回折格子５４に入射する。回折格子５４の格子の延在方向は矢印Ｙ方向に平行な方向であるため、回折格子５４から反射した光は、反射と同時に前記一方向に直交する方向（図８に示す矢印Ｘ方向）に回折し、周波数ごとに分散される。従って、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、矢印Ｄ２方向及び矢印Ｄ３方向と矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３方向に直交する方向に、２次元展開される。

図８に示すように、２次元に展開されたスペクトルＭＡ１，ＭＡ２が矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３方向に直交する方向に散在する帯域ｄ１、及び矢印Ｄ２，Ｄ３方向におけるスペクトルＭＡ１，ＭＡ２のピッチｄ２は、ＶＩＰＡ５０のＦｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｒａｎｇｅ（ＦＳＲ）及び回折格子５４の格子ピッチに依存する。矢印Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３方向に直交する方向のピッチｄ３は、ＶＩＰＡ５０に入射する離散スペクトル光ＬＢのスペクトルの周波数間隔に依存する。第１実施形態では、離散スペクトル光ＬＢのスペクトルの周波数間隔は、第１隣接周波数間隔ｆｒ１及び第２隣接周波数間隔ｆｒ２の何れかである。

［集光部］
図１に示すように、集光部１６は、光軸Ｘに沿う方向において分散部１４と試料Ｓとの間に配置されている。集光部１６は、分散部１４によって波長分散されたスペクトルＭＡ１，ＭＡ２を試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させる。

集光部１６は、リレーレンズ３４，３６と、対物レンズ３８と、を備えている。リレーレンズ３４，３６は、分散素子３２のビーム出射状態を、対物レンズの入射瞳（図１に示す点Ｐ７）に転送するために用いられている。リレーレンズ３４は、複数のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２を光軸Ｘに直交する方向（例えば、図１に示す矢印Ｄ２方向又は矢印Ｄ３方向）のそれぞれ異なる位置に集光させる。リレーレンズ３６は、集光後に発散した複数のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２をコリメートすると共に、共通して対物レンズの入射瞳である点Ｐ７を通過させ、対物レンズ３８に入射させる。対物レンズ３８は、点Ｐ７のビーム入射角度に依存して異なる位置に焦点を形成する。入射角度は、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２ごとに異なる。スペクトルＭＡ１，ＭＡ２ごとに、試料Ｓの矢印Ｄ２又はＤ３方向に異なる位置に集光する。

なお、集光部１６の構成は、分散部１４によって分散されたスペクトルＭＡ１，ＭＡ２を試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させて集光点領域（集光点）Ｃを形成できれば、上記構成に限定されない。

図９は、集光部１６によって試料Ｓの表面に２次元的に展開された複数の集光点領域Ｃを模式的に示した図である。各集光点領域Ｃは、点状に存在する。図９は、図８に示すＶＩＰＡ５０と回折格子５４とを組み合わせた分散部１４Ａを用いた場合の集光点領域Ｃの展開像を示す。集光点領域Ｃは２次元的に存在する。集光点領域Ｃは、図１における試料Ｓにおいて光が集光する位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎのそれぞれに対応する。

図９の右側は、集光点領域Ｃのそれぞれを拡大した図である。図３に示すように、第１の点光源１２Ａから照射される第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と、第２の点光源１２Ｂから照射される第２光周波数コムスペクトルＬＸ２とは、隣接周波数間隔が異なる。そのため、図９の右側に示すように、第１の点光源１２Ａからの離散スペクトル光ＬＡと、第２の点光源１２Ｂからの離散スペクトル光ＬＢとの集光位置は、僅かに異なる。

図３に示すように、第１の点光源１２Ａからの離散スペクトル光ＬＡと、第２の点光源１２Ｂからの離散スペクトル光ＬＢとを同じ周波数軸で並べると、周波数軸上で互いに最も近いスペクトルＭＡ１，ＭＡ２の周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、νｎ１－νｎ２＝（ｎ１×ｆｒ１＋ｆ０１）－（ｎ２×ｆｒ２＋ｆ０２）で表され、第１隣接周波数間隔ｆｒ１の半分（ｆｒ１/２）及び第２隣接周波数間隔の半分（ｆｒ２/２）未満である。そのため、図９に示すように、集光点領域Ｃのそれぞれを拡大すると、第１の点光源１２Ａが発する離散スペクトル光ＬＡの集光点領域Ｃ１と、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢの集光点領域Ｃ２と、が一部で重なった描像になっている。言い換えると、それぞれの集光点領域Ｃにおいて、集光点領域Ｃ１と集光点領域Ｃ２とは、重畳領域Ｉｎで重なりつつ、互いにずれている。

集光部１６は、分散部１４によって分散された点光源１２ごとのスペクトルＭＡ１，ＭＡ２を試料Ｓの複数の異なる集光点領域Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ集光させる。各集光点領域Ｃでは、第１の点光源１２Ａに基づく複数の集光点領域Ｃ１と第２の点光源１２Ｂに基づく複数の集光点領域Ｃ２とがそれぞれ重畳領域Ｉｎで重なる。

２つの集光点領域Ｃ１，Ｃ２の重畳領域Ｉｎでは、離散スペクトル光ＬＡと離散スペクトル光ＬＢが干渉する。その結果、重畳領域Ｉｎにおける光電場は、離散スペクトル光ＬＡのスペクトルＭＡ１と離散スペクトル光ＬＢのスペクトルＭＡ２との周波数差に応じたビート周波数により変調される。２つのスペクトルＭＡ１，ＭＡ２のビート周波数に相当する変調周波数を持つ干渉光ビートによって、蛍光ビートが励起されて発生する。蛍光ビートの周波数は、干渉光のビート周波数と同じになる。つまり、２つの集光点領域Ｃ１，Ｃ２の重畳領域Ｉｎからは、２つのスペクトルＭＡ１，ＭＡ２のビート周波数の蛍光ビートスペクトルが生じる。一方、重畳領域Ｉｎ以外の集光点領域Ｃ１及び集光点領域Ｃ２では、第１隣接周波数間隔ｆｒ１及び第２隣接周波数間隔ｆｒ２の周波数で変調された蛍光スペクトルが生じる。

図１０は、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と第２光周波数コムスペクトルＬＸ２との干渉ＲＦスペクトルの発生過程を示す図である。上述のように、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１は、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ１，ＭＡ１の周波数の間隔が第１隣接周波数間隔ｆｒ１である。周波数軸における複数の第１隣接周波数間隔ｆｒ１は、互いに一致している。これに対し、第２光周波数コムスペクトルＬＸ２は、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ２，ＭＡ２の周波数の間隔が第２隣接周波数間隔ｆｒ２である。周波数軸における複数の第２隣接周波数間隔ｆｒ２も互いに一致している。第１隣接周波数間隔ｆｒ１と第２隣接周波数間隔ｆｒ２とは、互いに異なる。

そのため、これらの干渉光において、電磁波領域の周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＢの周波数間隔は、ｍΔｆｒ＋ｆＲＦとなる。周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、νｎ１－νｎ２＝（ｎ１×ｆｒ１＋ｆ０１）－（ｎ２×ｆｒ２＋ｆ０２）で表される。この干渉光のＲＦスペクトルは、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１及び第２光周波数コムスペクトルＬＸ２に対してダウンスケーリングされている。このような干渉光のＲＦスペクトルを持つ励起光によって励起され発生した蛍光からも、周波数間隔がΔｆｒのビート周波数を有する蛍光ビート群スペクトルＦＧが得られる（図１１）。図１１に示すように、蛍光ビート群スペクトルＦＧの周波数は、集光点領域（集光点）Ｃ１，Ｃ２のうち非重畳領域で生じる蛍光Ｆ１，Ｆ２の周波数と比べてダウンスケーリングされている。蛍光ビート群スペクトルＦＧは、試料Ｓの各重畳領域Ｉｎの情報を有する。各重畳領域Ｉｎの情報は、蛍光ビート群スペクトルＦＧから２次元像を画像化した際の測定点に対応する。

集光点領域Ｃ１と集光点領域Ｃ２の重畳領域Ｉｎから発生した蛍光ビート群スペクトルは、ｆｒ１／２及びｆｒ２／２より低周波数帯に分布している。一方、集光点領域Ｃ１における集光点領域Ｃ２との非重畳領域からの蛍光は、第１隣接周波数間隔ｆｒ１で分布している。集光点領域Ｃ２における集光点領域Ｃ１との非重畳領域からの蛍光は、第１隣接周波数間隔ｆｒ２で分布している。従って、発生する蛍光の波長が重畳領域Ｉｎと非重畳領域で同一であっても、ＲＦスペクトルの違いを利用することにより、重畳領域Ｉｎのみの蛍光を抽出できる。蛍光ビート群スペクトルを構成する周波数多重化信号のそれぞれは、試料Ｓ上の２次元内の複数の測定点のそれぞれに一対一対応しているので、蛍光ビート群スペクトルから画像を再構成できる。

蛍光ビート群スペクトルを得るためには、第１の点光源１２Ａに基づく複数の集光点領域Ｃ１と第２の点光源１２Ｂに基づく複数の集光点領域Ｃ２とがそれぞれ少なくとも一部で重なることが重要である。即ち、重畳領域Ｉｎが形成されることが重要である。重畳領域Ｉｎの大きさは、対物レンズ３８の焦点距離（ｆｄ）、対物レンズ３８の開口数（ＮＡ）、集光光学系（集光部１６）の各倍率（β）、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と第２光周波数コムスペクトルＬＸ２との隣接周波数間隔差（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）、分散素子３２の分散特性（Ｋ［ｒａｄ／Ｈｚ］）等により制御できる。隣接周波数間隔差（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、νｎ１－νｎ２＝（ｎ１×ｆｒ１＋ｆ０１）－（ｎ２×ｆｒ２＋ｆ０２）＝δ［Ｈｚ］である。

集光点領域Ｃ１，Ｃ２の中心間距離ｄ［ｍ］とする。以下の関係式（２）が成り立つ場合に、２つの集光点領域Ｃ１，Ｃ２は重畳領域Ｉｎを形成する。
ｄ≒ｆｄ・β・Ｋ・δ・Ｎｍ＜１．２２λ／ＮＡ ・・・（２）
（２）式において、λ≒ｃ／（ｆ０１＋Ｎｍ・ｆｒ１）である。ｆ０１は、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１のオフセット周波数を表す。
隣り合う集光点領域Ｃ１同士の間隔は、集光点領域Ｃ同士が複数の箇所で重なることを避けるために、各集光点領域Ｃ１のスポットサイズの２倍より大きいことが好ましい。隣り合う集光点領域Ｃ２同士の間隔は、集光点領域Ｃ同士が複数の箇所で重なることを避けるために、各集光点領域Ｃ２のスポットサイズの２倍より大きいことが好ましい。

試料Ｓは、照射されたスペクトル（励起光）ＭＡ１，ＭＡ２を吸収し、蛍光発光する物体であればよく、特定の物体等に限定されない。例えば、試料Ｓとして、生体細胞の自家蛍光、蛍光タンパク質、蛍光ビーズ等を用いることができる。

試料Ｓの各測定点で発生し、後方伝搬した蛍光は、再び集光部１６に入射する。集光部１６の対物レンズ３８によって、これらの光はコリメートされると共に、共通して点Ｐ７を通過する。その後、リレーレンズ３６に入射し、リレーレンズ３６によって光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光する。集光後に発散した複数の蛍光は、リレーレンズ３４によって、コリメートされると共に、分離部１９に導かれる。試料Ｓの各点からの反射散乱光も、蛍光と同様に、集光部１６に入射して概ね収束し、分離部１９に導かれる。

［分離部］
分離部１９は、光軸Ｘに沿う方向において集光部１６と空間フィルタリング光学系１８との間に配置される。分離部１９は、蛍光のみを反射する。そのため、分離部１９は、分散部１４から試料Ｓへ向かう光を通し、試料Ｓで発光した蛍光を反射させて空間フィルタリング光学系１８に導く。分離部１９は、試料Ｓからの反射散乱光と、試料Ｓで発光した蛍光とを分離する。

分離部１９には、例えば、ダイクロイックミラーを用いることができる。分離部１９は、ハーフミラーと蛍光フィルタとを組み合わせたものでもよい。蛍光フィルタは、試料Ｓからの反射散乱光を遮断する。試料Ｓの反射散乱光と試料Ｓで発光した蛍光とをハーフミラーにより所定の方向に反射させた後に、蛍光フィルタを通過させることによって、試料Ｓで発光した蛍光のみを通過させることができる。

［空間フィルタリング光学系］
空間フィルタリング光学系１８は、光軸Ｘに沿う方向において分離部１９と検出部２０との間に配置されている。空間フィルタリング光学系１８は、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の試料Ｓ上の集光点領域Ｃ１，Ｃ２が重なる重畳領域Ｉｎのそれぞれと共役な複数の位置Ｐ３に集光させる。計測装置１０Ａでは、光軸Ｓ上において、第１の点光源１２Ａの集光位置Ｐ１と、第２の点光源１２Ｂの集光位置Ｐ１と、リレーレンズ３４，３６の間で離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが集光する位置と、試料Ｓで集光する位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎと、重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎと、の５種類の位置は、互いに共役である。

図１に示す空間フィルタリング光学系１８は、集光レンズ４０と、ピンホールアレイ素子４２と、コリメートレンズ４４と、を備えている。集光レンズ４０、ピンホールアレイ素子４２、コリメートレンズ４４は、光軸Ｘ方向にこの順で配置されている。

集光レンズ４０は、試料Ｓから発せられる蛍光を、試料Ｓ上での集光点領域Ｃ１，Ｃ２が重なる複数の重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎに集光させる。以下、前述の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎを、単に重畳領域Ｉｎに共役な位置Ｐ３と記載する場合がある。

ピンホールアレイ素子４２は、所定の大きさ、形状、及び間隔の開口部を複数有する。光軸Ｘに沿う方向において、ピンホールアレイ素子４２の開口は、集光部１６により集光された集光点領域Ｃ１，Ｃ２が重なる複数の重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎに位置している。図１２は、試料Ｓにおける重畳領域Ｉｎとピンホールアレイ素子４２の開口部との位置関係を模式的に示す図である。図１２では、試料Ｓの位置とピンホールアレイ素子４２の位置との対応関係を理解しやすくするために、試料Ｓとピンホールアレイ素子４２の間の光学系は省略されている。

図１２に示すように、ピンホールアレイ素子４２は、重畳領域Ｉｎで発光した蛍光のみを通過させることができる。ピンホールアレイ素子４２の開口部の大きさ、形状、及び間隔は、試料Ｓから発せられる蛍光スペクトルの周波数、重畳領域Ｉｎの形状と間隔、集光レンズ４０の集光性能等を勘案して適宜設定される。ピンホールアレイ素子４２は、蛍光のうち集光点領域Ｃ１，Ｃ２が重なる重畳領域Ｉｎからの蛍光スペクトルのみを通過させる。

ピンホールアレイ素子４２は、金属板等からなる基板に複数の開口部を所定の位置とサイズと形状で２次元的に配列した固定ピンホールアレイ素子でもよい。固定ピンホールアレイ素子を用いる場合、固定ピンホールアレイ素子の開口部の位置を３次元的に微調整できる機構を、ピンホールアレイ素子４２に接続することが望ましい。ピンホールアレイ素子４２の各種パラメーターではなく、離散スペクトル光の各種パラメーター（例えば、第１隣接周波数間隔ｆｒ１，第２隣接周波数間隔ｆｒ２，オフセット周波数ｆ０１，ｆ０２）を光源側で調整してもよい。

ピンホールアレイ素子４２の調整に高いフレキシビリティを持たせるためには、ピンホールアレイ素子４２として、空間的・時間的に、振幅、位相、または偏光を変調できる空間光変調器を用いてもよい。空間光変調器は、開口部の形状や位置やサイズを任意に変化することができるので、第１の点光源１２Ａ又は第２の点光源１２Ｂから出射される光の条件が変動する場合にも、変動に合わせて開口部の形状や位置やサイズを調節し、試料Ｓからの所望の情報のみを検出部２０に通過させることができる。

ピンホールアレイ素子４２の調整は、以下のようにして行うことができる。例えば、実際の試料Ｓの観察を始める前に、蛍光材料を全面塗布したガラス板を試料Ｓの代わりに配置する。ガラス板から発生する蛍光が空間変調器に投影されることによって形成される多数の点像を検出部２０で検出する。検出した点像付近の区画を透明にすることで、ピンホールアレイ素子４２に相当する空間フィルタを実現できる。例えば、２つの離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢにおける２次元焦点分布を予め独立に取得し、その分布の重なり状態から重畳部分を決定してもよい。

空間変調器には、ＳＸＧＡ、ＸＧＡ等の高精細な液晶画像表示素子を用いることができる。蛍光のスポットが投影される画素は、その画素に対応するＴＦＴに生ずるフォトカレントを検出することによって定めることができる。このような検出過程を経れば、環境変化等で光軸が偏位しても良好な空間フィルタ特性を確保できる。

コリメートレンズ４４は、重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎから発散された蛍光スペクトルを集光する。従って、コリメートレンズ４４の各種パラメーターは、蛍光スペクトルの周波数、重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎとコリメートレンズ４４の位置との距離等を勘案して適宜設定され、特定の値に限定されない。コリメートレンズ４４には、集光レンズを用いてもよい。

［検出部］
検出部２０は、光軸に沿うＸ方向において計測装置１０Ａの最後方に配置されている。検出部２０は、少なくとも、試料Ｓの情報を含む蛍光スペクトルによる変調信号から、試料Ｓの情報を取得する。第１実施形態では、検出部２０は、空間フィルタリング光学系１８で空間フィルタリングされ、且つ試料Ｓの情報を含む蛍光スペクトルによる変調信号から、試料Ｓの情報を取得する。

検出部２０としては、公知の検出器を用いることができる。検出部２０には、焦点近傍で集光点領域Ｃ１，Ｃ２が重なる重畳領域Ｉｎにおけるビート周波数を持つ蛍光スペクトル（蛍光ビート）が入射する。ビート周波数の蛍光スペクトルは、次に述べる工程を経て得られる。例えば、ＲＦスペクトラムアナライザで蛍光スペクトルを直接計測し、元の光領域の周波数スケールに変換する工程を経てもよい。あるいは、蛍光ビート信号の時間変化をデジタイザで取得し、それをフーリエ変換する工程を経てもよい。フーリエ変換をする工程では、図１１に示すように、蛍光ビート群スペクトルＦＧ、即ち、各ピクセルに対応した周波数多重化信号が得られる。検出部２０では、検出した蛍光スペクトルが試料Ｓのどの位置からどの程度の強度で発せられた蛍光であるかということについて、周波数多重化信号から再構成でき、試料Ｓの蛍光像を観察できる。

［計測装置１０Ａを用いた計測］
次いで、図１に示す計測装置１０Ａを用いた計測の原理について説明する。
２つの点光源１２の離散スペクトル光源２２ａ，２２ｂから発せられた離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢは、集光位置Ｐ１で集光し、ピンホール素子２６の開口を通過する。集光位置Ｐ１から発散した離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢは、コリメートレンズ２８でコリメートされ、分散部１４の分散素子３２に入射する。

軸Ｊ３に対して共通の角度θ０をなし、分散素子３２に入射した離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢの２以上（ここでは、ｎ個とする）のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２ごとに、その周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで同時に分散する。即ち、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２ごとに互いに異なる方向に同時に分散する。

続いて、スペクトルごとに異なる角度θ１，θ２，…，θｎで分散されたそれぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、集光部１６に入射する。入射したそれぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、リレーレンズ３４によってスペクトルごとに集光され、リレーレンズ３６によって点Ｐ７に向けてコリメートされる。点Ｐ７を通ったそれぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、対物レンズ３８によって試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ、同時に集光する。

それぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎの集光点領域Ｃに同時に集光する。各集光点領域Ｃでは、スペクトルＭＡ１による蛍光発光と、スペクトルＭＡ２による蛍光発光が生じる。それぞれの集光点領域Ｃから発生した蛍光は、試料Ｓの各点における情報を持つ。試料Ｓには、スペクトルＭＡ１の集光点領域Ｃ１とスペクトルＭＡ２の集光点領域Ｃ２とが互いに重なった重畳領域Ｉｎがｎ個形成される。ｎ箇所の重畳領域Ｉｎでは、スペクトルＭＡ１とスペクトルＭＡ２の干渉光による蛍光ビートが生じる。

それぞれのサンプルの集光点領域Ｃからの蛍光、及び、反射散乱光は、集光部１６の対物レンズ３８によって、それぞれコリメートされると共に、共通して点Ｐ７を通過する。これらの光は、リレーレンズ３６に入射し、リレーレンズ３６によって光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光する。集光後に発散したこれらの光はリレーレンズ３４によって、コリメートされると共に、分離部１９に向かって偏向される。

互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの反射散乱光及び互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎで発生した蛍光は、分離部１９に入射する。分離部１９は、蛍光とそれ以外の光を分離する。すなわち、分離部１９は、分離部１９に入射した光のうち蛍光以外の成分を除去する。蛍光以外の成分とは、試料Ｓで反射した励起光の一部を意味する。なお、分離部１９に波長選択性を持たせない場合は、ビームスプリッターと蛍光フィルタを用いてもよい。

分離部１９により各集光点領域Ｃの重畳領域Ｉｎからの蛍光は、空間フィルタリング光学系１８に入射する。空間フィルタリング光学系１８に入射した蛍光は、集光レンズ４０で各集光点領域Ｃの重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎに集光する。さらに、蛍光は、複数の開口部を有するピンホールアレイ素子４２の開口部を通過する。ピンホールアレイ素子４２は、スペクトルＭＡ１の集光点領域Ｃ１とスペクトルＭＡ２の集光点領域Ｃ２とが互いに重なる重畳領域Ｉｎに対応して開口部を有する。そのため、ピンホールアレイ素子４２は、重畳領域Ｉｎの蛍光の焦点以外の成分をカットする。重畳領域Ｉｎの蛍光の焦点以外の成分は、図９の右図における重畳領域Ｉｎの焦点外からの成分及び非重畳領域Ｃ１，Ｃ２の成分であり、例えば深さ方向等の試料の奥から発生する成分等である。

図１１に示すように、重畳領域Ｉｎからの蛍光は、スペクトルＭＡ１と、スペクトルＭＡ２との周波数差に相当するビート周波数群で変調された励起光ビートにより発生し、重畳領域Ｉｎごとに異なる変調周波数（ビート周波数）を有する。すなわち、ピンホールアレイ素子４２は、試料Ｓの各点における情報が付加された所定のビート周波数の蛍光スペクトルのみを通過させる。ピンホールアレイ素子４２の開口を通過したｎ個の蛍光スペクトルは、コリメートレンズ４４でコリメートされ、検出部２０に入射する。

検出部２０では、試料Ｓのイメージ画素情報を含み、異なるビート周波数で変調された蛍光ビート群信号から、試料Ｓのイメージ画素に対応したｎ個のモード分解スペクトルを取得できる。ビート周波数で変調された蛍光は、例えばＲＦスペクトラムアナライザで直接計測され、元の光領域の周波数スケールに変換される。ビート周波数で変調された蛍光は、検出信号の時間変化をデジタイザで取得することで得られてもよい。取得した蛍光をフーリエ変換することにより、図１１に示すように、ビート周波数で変調された蛍光に基づいたモード分解スペクトル（蛍光ビート群スペクトルＦＧ）が得られる。ｎ個のモード分解スペクトルの各スペクトルは、試料Ｓの集光点領域Ｃの各重畳領域Ｉｎに対応し、蛍光ビート群スペクトルＦＧから２次元像を画像化した際の各測定点に対応する。

［計測装置１０Ａの作用効果］
次いで、第１実施形態の計測装置１０Ａの作用効果について説明する。
図９に示すように、第１実施形態の計測装置１０Ａは、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢを試料Ｓの互いに異なる集光点Ｃに、１回の照射（即ち、１ショット）で同時に集光できる。これにより、レーザービームを走査せずに、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢに含まれるｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２を２以上同時に多次元変換して、多次元平面にマッピングできる。

離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢは互いに独立しているため、連続スペクトル光を用いた場合とは異なり、それぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２の集光位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎで、試料Ｓの情報を同時且つ並列に、蛍光発光として取得できる。従って、スペクトルＭＡ１，ＭＡ２の集光点領域Ｃを試料Ｓの計測対象の範囲に合わせれば、その計測範囲の試料Ｓの情報を非機械的に高速取得できる。

第１実施形態の計測装置１０Ａによれば、分離部１９及びピンホールアレイ素子４２により、試料Ｓで反射した励起光の一部及び蛍光発光の各成分をカットし、検出部２０において計測対象である重畳領域Ｉｎの焦点近傍からの光ビートスペクトルを有する蛍光のみを検出できる。光ビートスペクトルは、２つの離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが干渉した干渉光に起因して生じる。光ビートスペクトルは、光の周波数帯（数百テラヘルツ帯）からＲＦ帯域（ｋＨｚからＭＨｚ帯）にダウンスケーリングされている。即ち、第１実施形態の計測装置１０Ａによれば、汎用のＲＦ計測機器を用いて、高精度且つ高速な計測を行うことができる。

光ビートスペクトルは、スペクトルＭＡ１の集光点領域Ｃ１とスペクトルＭＡ２の集光点領域Ｃ２とが互いに重なる重畳領域Ｉｎのみの情報を含んでいる。集光点領域Ｃ１のビームスポットのプロファイルを適宜調整及び成形することによって、重畳領域Ｉｎが占める領域をそれぞれの集光点領域Ｃ１，Ｃ２が占める領域より狭くし、より微細な領域の情報を光ビートスペクトルから得ることができる。

第１実施形態の計測装置１０Ａの第１の点光源１２Ａが発する離散スペクトル光ＬＡのｎ個のスペクトルＭＡ１の第１隣接周波数間隔ｆｒ１、及び、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢのｎ個のスペクトルＭＡ２の第２隣接周波数間隔ｆｒ２は、それぞれ周波数上で一定である。そのため、それぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２は試料Ｓの互いに異なる位置で、一定の間隔をあけて集光する。従って、試料Ｓの計測範囲内の情報を等間隔に取得できる。

第１の点光源１２Ａから発せられる離散スペクトル光ＬＡの第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と第２の点光源１２Ｂから発せられる離散スペクトル光ＬＢの第２光周波数コムスペクトルＬＸ２とを、同じ周波数軸で並べると、周波数軸上で互いに最も近いスペクトルＭＡ１，ＭＡ２同士の周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、νｎ１－νｎ２＝（ｎ１×ｆｒ１＋ｆ０１）－（ｎ２×ｆｒ２＋ｆ０２））で表される。周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）は、第１隣接周波数間隔ｆｒ１の半分（ｆｒ１/２）及び第２隣接周波数間隔の半分（ｆｒ２/２）未満である。そのため、集光点領域Ｃ１と集光点領域Ｃ２とが互いに重なる重畳領域Ｉｎでは、第１光周波数コムスペクトルＬＸ１と第２光周波数コムスペクトルＬＸ２とが干渉する。重畳領域Ｉｎの干渉光は、周波数軸上で最も近いスペクトルＭＡ１，ＭＡ２同士の周波数間隔（ｍΔｆｒ＋ｆＲＦ）に相当する周波数で変調されている。このことによって、個々の重畳領域Ｉｎごとに異なる変調周波数の蛍光ビートを得ることができる。すなわち、第１実施形態にかかる計測装置１０Ａでは、周波数間隔がダウンスケーリングされた蛍光ビート群信号を用いて、直接的に蛍光イメージを再構成できる。

上述の作用効果を奏する計測装置１０Ａでは、従来の共焦点蛍光顕微鏡に比べて高速性と高分解能性が大幅に向上し、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢの１ショットで高いコントラストの鮮明な情報を取得できる。そのため、例えば生きたままの細胞内部の分子の動きを直接観察することが可能になる。その結果、生命機能解析等のバイオ分野に関する新たな知見を取得できると考えられる。

（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態の計測装置１０Ｂの模式図である。第２実施形態の計測装置１０Ｂは、試料Ｓから前方伝搬した蛍光を測定する点で、後方伝搬した蛍光を測定する第１実施形態の計測装置１０Ａと異なる。図１３に示す第２実施形態の計測装置１０Ｂの構成要素において、図１に示す第１実施形態の計測装置１０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

［計測装置１０Ｂの構成］
図１３に示すように、計測装置１０Ｂは、２つの点光源１２と、分散部１４と、第１集光部１５と、第２集光部１７と、反射部２１と、空間フィルタリング光学系１８と、検出部２０と、を備えている。

計測装置１０Ｂでは、光軸Ｘに沿う方向において試料Ｓと反射部２１との間には、第２集光部１７が設けられている。第２集光部１７は、試料Ｓを基準に第１集光部１５と対称な関係にあり、試料Ｓを基準として第１集光部１５を折り返した構成である。

第２集光部１７は、対物レンズ３９と、リレーレンズ３５、３７とを備える。リレーレンズ３５，３７は、対物レンズの入射瞳（点Ｐ５）のビーム出射状態を、反射部２１に転送する。対物レンズ３９と、リレーレンズ３５、３７はそれぞれ、対物レンズ３８と、リレーレンズ３４，３６に対応している。対物レンズ３９は、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから前方伝搬したそれぞれのスペクトルをコリメートすると共に、共通して点Ｐ５を通過させ、リレーレンズ３７に入射させる。以下、位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから前方伝搬したそれぞれのスペクトルを、透過スペクトルという。リレーレンズ３７は、点Ｐ５を通過した複数の透過スペクトルを光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１３に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光させる。リレーレンズ３５は、集光後に発散した複数の透過スペクトルをコリメートする。第２集光部１７は、上記構成に限定されない。

［計測装置１０Ｂを用いた計測］
次いで、図１３に示す計測装置１０Ｂを用いた計測の原理について説明する。なお、２つの点光源１２から発せられた離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが試料Ｓに照射されるまでの原理は計測装置１０Ａを用いた計測の原理と同様であるため、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが試料Ｓに照射されるまでの原理の説明を省略する。

試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに同時に集光したそれぞれｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２には、位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎの試料Ｓに関する情報が付加される。このように、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢの１回の照射で、試料Ｓにｎ個の集光点領域Ｃが同時に形成される。集光点領域Ｃのそれぞれには重畳領域Ｉｎが形成されている。重畳領域Ｉｎでは、離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが干渉し、干渉光と同じ周波数で変調された蛍光が発生する。それぞれの重畳領域Ｉｎで発生する蛍光ビートには、試料Ｓの情報が、互いに独立に付加されている。

離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢおよび試料Ｓで発生した蛍光は、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから前方伝搬し、第２集光部１７に入射する。第２集光部１７の対物レンズ３９によって離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢ及びｎ箇所からの蛍光はそれぞれ、収差補正又はコリメートされると共に、共通して点Ｐ５を通過する。点Ｐ５を通過した蛍光は、リレーレンズ３７に入射し、リレーレンズ３７によって光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１３に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光する。集光後に発散した複数の透過スペクトル及びｎ箇所からの蛍光は、リレーレンズ３５によって、コリメートされると共に、反射部２１に向かって偏向する。

互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの蛍光は、反射部２１によって所望の角度に反射される。

試料Ｓの情報を含むｎ個の蛍光は、空間フィルタリング光学系１８に入射する。空間フィルタリング光学系１８に入射した後の原理は、計測装置１０Ａを用いた計測の原理と同様である。なお、リレーレンズ３５と反射部２１を設けずに、リレーレンズ３７を通過した蛍光を空間フィルタリング光学系１８に直接、入射させてもよい。

ピンホールアレイ素子４２により所定の蛍光は、重畳領域Ｉｎの焦点で生じたｎ個の光ビートスペクトルの蛍光であり、検出部２０に入射する。そのため、検出部２０では、試料Ｓの情報を含む光ビートスペクトルから、試料Ｓの蛍光イメージ画素に対応したｎ個のモード分解スペクトルが取得される。

［計測装置１０Ｂの作用効果］
第２実施形態の計測装置１０Ｂによれば、第１実施形態の計測装置１０Ａと同様の作用効果が得られる。

（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態の計測装置１０Ｃの模式図である。第３実施形態の計測装置１０Ｃは、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒ２を制御する制御部６０を有する点で第１実施形態の計測装置１０Ａとは異なる。なお、図１４に示す第３実施形態の計測装置１０Ｃの構成要素において、図１に示す第１実施形態の計測装置１０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

［計測装置１０Ｃの構成］
図１４に示すように、第３実施形態の計測装置１０Ｃは、制御部６０を有する。制御部６０は、第２の点光源１２Ｂが発する離散スペクトル光ＬＢのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒ２を制御する。図１４に示す構成では制御部６０が第２の点光源１２Ｂに設けられているが、制御部６０は、第１の点光源１２Ａに設けられてもよく、両方の点光源１２に設けられてもよい。

制御部６０は、離散スペクトル光ＬＢのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒ２を制御する。例えば、制御部６０は、離散スペクトル光ＬＢのパルスΦ１，Φ２，…，Φｍの間隔を制御する（図２参照）。制御部６０により離散スペクトル光ＬＢのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒ２を変えると、図９における重畳領域Ｉｎの重なり具合や面積が変化する。制御部６０により２つの点光源１２のそれぞれのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒを変化させると、試料Ｓに集光する集光点領域Ｃの位置が変化する。

第３実施形態の計測装置１０Ｃにおける空間フィルタリング光学系１８は、透過する光の位置を変更可能とする空間光変調器を備えることが好ましい。集光点領域Ｃの位置が変化すると、固定型のピンホールアレイ素子４２では所望の情報が空間フィルタリングによってカットされる可能性がある。透過する光の位置を任意に変更可能な空間光変調器であれば、試料Ｓの各点における情報が付加された所定のビート周波数の光ビートスペクトルを検出部２０に向けて通過させることができる。

［計測装置１０Ｃの作用効果］
制御部６０により離散スペクトル光ＬＢのオフセット周波数ｆ０２又は隣接周波数間隔ｆｒ２を変え、図９に例示した重畳領域Ｉｎの重なり具合を変えると、試料Ｓから光ビートスペクトルが得られる範囲が変化する。計測装置１０Ｃは、光ビートスペクトルから得られる試料Ｓの情報を読み取る。そのため、光ビートスペクトルが得られる範囲は、計測装置１０Ｃの解像度に大きな影響を及ぼす。言い換えると、重畳領域Ｉｎの重なり具合を変えることで、計測装置１０Ｃの解像度を変えることができる。

光ビートスペクトルは、２つの点光源１２の集光点領域Ｃ１，Ｃ２の重畳領域Ｉｎから得られる。言い換えると、試料Ｓにおいて重畳領域Ｉｎ以外の部分の情報は計測できていない。制御部６０により試料Ｓに集光する集光点領域Ｃの位置を変えた場合、必要に応じて集光点領域Ｃの位置をずらし、未計測の部分の情報を得ることができる。制御部６０により試料Ｓに集光される集光点領域Ｃの位置を制御し、集光点領域Ｃの位置をずらす前の情報と、集光点領域Ｃを集光点領域Ｃ同士の間隔の１／４程度ずらした位置で取得した情報との２組の情報から２つの画像を得ることができる。２つの画像を得たのち、これらの画像を一般的な画像処理アルゴリズムを用いて演算すると、解像度の増加した画像を得ることができる。

以上説明した第１実施形態から第３実施形態までの計測装置において、蛍光ビートの位相情報を取得してもよい。蛍光ビートの位相情報を取得すると、蛍光強度以外に、蛍光寿命の情報を抽出することができる。

図１５に示すように、干渉光ビートと蛍光ビートは、同じＲＦスペクトルを有している。図１５では、周波数軸をＦｒｅｑ．軸として示している。周波数ｆのスペクトル成分の時間波形は、干渉光ビートと蛍光ビートの双方とも、周期１／ｆである。しかしながら、蛍光ビートは、蛍光発生過程に依存して、位相θだけずれている。位相θの遅れと蛍光寿命τの関係は、以下の（３）式で表される。
τ＝ｔａｎθ／（２πｆ）・・・（３）

干渉光ビートと蛍光ビートとを同時に計測し、干渉光ビートと蛍光ビートの位相差分布から蛍光寿命イメージを取得できる。蛍光寿命イメージを用いると、細胞内の蛍光分子の周囲の環境変化、蛍光分子の反応速度の変化等を高感度検出できる。蛍光やりん光の酸素イメージングやイオンイメージング、 蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）によるたんぱく質間の相互作用の イメージング、蛍光相関分光測定（ＦＣＳ）が可能になる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されない。すなわち、上記の実施形態は、多数存在する本発明の実施形態の一部を記載したに過ぎない。本発明の目的や課題、あるいは効果を達成できる範囲内であれば、上記の実施形態に記載されていなくても、本発明の計測装置及び照射装置において種々の変形・変更が可能であることは言うまでもない。特に、上記の各実施形態に記載されている複数の構成あるいは機能は、組み合せられてもよく、変更（追加、削除）可能である。

本発明の課題や目的は、本明細書の「発明が解決しようとしている課題」に総括的に記載しているが、その記載内容に限定されない。実施形態に記載されている課題や目的は、それぞれの発明について有効であることは言うまでもない。また、実施形態に記載されている効果は、課題あるいは目的の裏返しである。そのため、上記の実施形態に課題あるいは目的が直接記載されていなくてもその存在を理解すべきである。

また、上記の実施形態では、第１実施形態から第３実施形態までの計測装置において、課題あるいは目的を達成するための発明が記載されているが、その課題あるいは目的の達成度は必ずしも１００％である必要はない。本発明の課題あるいは目的は発明の構成の組合せに応じて変わるものであり、例え１０％の達成度でも、目的を達成していないとしてその発明が否定されるべきではないことは言うまでもない。

例えば、実施形態に、ある構成として「板バネ」のみ記載されている場合であっても、「バネ」としては、例えば「つる巻きバネ」が技術常識の範囲内で想定できる。そのため、「板バネ」以外の「バネ」が本発明の目的を達成することが可能であれば、本発明の構成として「バネ」が記載されているとみなせるものである。

上記の各実施形態では、第１の点光源１２Ａと第２の点光源１２Ｂは、個別に集光レンズ２４を備えている。第１の点光源１２Ａ及び第２の点光源１２Ｂのそれぞれの集光レンズ２４に対して、光軸Ｘ上の前側に、個別に、ピンホール素子２６及びコリメートレンズ２８がこの順で配置されている。しかしながら、第１の点光源１２Ａ及び第２の点光源１２Ｂの集光レンズ２４、及び第１の点光源１２Ａ及び第２の点光源１２Ｂに対応するピンホール素子２６、コリメートレンズ２８を共通にしてもよい。

例えば、図１６は、第１実施形態の計測装置１０Ａにおいて離散スペクトル光源２２ａ，２２ｂの光軸Ｘ上で集光レンズ２４、ピンホール素子２６、コリメートレンズ２８を共通化した第３の点光源（第１の点光源，第２の点光源）１２Ｃを備える計測装置１０Ａ´の模式図である。計測装置１０Ａ´では、離散スペクトル光源２２ｂから出射された離散スペクトル光ＬＢの光軸Ｘ上において離散スペクトル光源２２ｂと集光レンズ２４との間に、ハーフミラー２３が配置されている。離散スペクトル光源２２ａは、ハーフミラー２３の反射面を基準として離散スペクトル光源２２ｂを折り返した位置に配置されている。離散スペクトル光源２２ａから出射された離散スペクトル光ＬＡと、離散スペクトル光源２２ｂから出射された離散スペクトル光ＬＢとは、ハーフミラー２３で合流し、共通の集光レンズ２４、ピンホール素子２６、コリメートレンズ２８を通過する。

計測装置１０Ａでは、前述のように互いに共役である位置は、５種類である。計測装置１０Ａ´では、光軸Ｘ上において、１つの集光位置Ｐ１と、リレーレンズ３４，３６の間で離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが集光する位置と、試料Ｓで集光する位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎと、重畳領域Ｉｎと共役な複数の位置Ｐ３_１～Ｐ３_ｎと、の４種類の位置は、互いに共役である。離散スペクトル光源２２ａ，２２ｂの光軸Ｘ上で集光レンズ２４、ピンホール素子２６、コリメートレンズ２８を共通にすることによって、計測装置１０Ａ´では互いに共役である位置が４種類になる。計測装置１０Ａ´では、計測装置１０Ａで行うような離散スペクトル光源２２ａ，２２ｂの集光点の位置合わせが不要になり、共焦点性が向上すると共に、取り扱いが容易になる。また、計測装置１０Ａ´によれば、光出射部１１の部品の数を減らし、装置全体の小型化を図ることができる。

上記の各実施形態では、光出射部１１は、第１の点光源１２Ａと第２の点光源１２Ｂを備えている。しかしながら、光出射部１１は、分散部１４に向けて、隣接周波数間隔が互いに異なる離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢを出射できればよく、必ずしも２つの光源を備えていなくてもよい。例えば、光出射部１１は、ループ型の共振器構造やその他の構造を有する光周波数コム源を１台だけ備えていてもよい。ループ型の共振器構造内では、レーザ光が時計回りと反時計回りのそれぞれに伝搬しつつ増幅される。ループ型の共振器構造内では、異なる２つの波長の光がそれぞれ伝搬しつつ増幅されてもよい。ループ型の共振器構造内では、互いに直交した２つの偏光がそれぞれ伝搬しつつ増幅されてもよい。レーザ光の強度が所定の強度より大きくなった時点で、共振器構造から離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢが出射される。光周波数コム源から出射された離散スペクトル光ＬＡ，ＬＢを互いに同じ向きに沿って進行させ、分散部１４に入射させることができる。このように光出射部１１を１台の光周波数コム源で構成することによって、光出射部１１の小型化及び低コスト化を図ることができる。

上記の各実施形態では、計測装置は、空間フィルタリング光学系１８を備えることによって、試料Ｓが細胞等のように厚みを有する場合に、光軸Ｘに沿う方向、即ち試料Ｓの厚み方向において任意の位置の試料Ｓに関する情報を高解像度で取得できる。但し、試料Ｓに試薬が加えられていて光軸Ｘに沿う方向において試薬が存在する位置のみの情報を得ればよい場合や、蛍光ビートの位相情報を取得する場合では、空間フィルタリング光学系１８は省略可能である。

上記のように変更可能であることをふまえると、本発明の計測装置は、少なくとも光出射部１１、分散部１４、集光部１６又は第１集光部１５、検出部２０を備えていればよい。光出射部１１は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光を複数出射する。複数のスペクトル光のそれぞれにおいて隣接周波数間隔は、異なる。光出射部１１は、複数のスペクトル光を出射可能であればよく、必ずしも光源である必要はない。光出射部１１は、別の測定装置から複数のスペクトル光が分岐されて本発明の計測装置に出射される構成において、別の測定装置との分岐部であってもよい。検出部２０は、複数の重畳領域Ｉｎのそれぞれでの干渉光ビートにより発光し且つ試料Ｓの情報を含む蛍光ビートの信号を取得する。

１０Ａ，１０Ａ´，１０Ｂ，１０Ｃ…計測装置
１１…光出射部
１４…分散部
１５…第１集光部
１６…集光部
１７…第２集光部
１９…分離部
１８…空間フィルタリング光学系
２０…検出部
１２…点光源（光源）
３２…分散素子
ＬＡ，ＬＢ…離散スペクトル光
ｐ１，ｐ２，…，ｐｎ…試料の互いに異なる位置、試料上の集光位置
Ｐ３…共役な位置
Ｓ…試料

Claims (16)

1. 互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、
   前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
   前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
   前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳部のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳部と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、
   前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされ、前記試料の情報を含む前記複数の重畳部から発せられた蛍光ビートの信号を取得する検出部と、
   を備える、計測装置。
2. 前記複数の光源のそれぞれは、前記スペクトル光として、周波数軸で隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である隣接周波数間隔が互いに一致しているスペクトルを発する光周波数コム光源である、
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、
   前記光源から発せられた前記スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトルごとに異なる方向に波長分散させる、
   請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第１隣接周波数間隔である第１スペクトル光を発する第１の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第２隣接周波数間隔の第２スペクトル光を発する第２の光源と、を少なくとも備え、
   同じ周波数軸で前記第１スペクトル光及び第２スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第１隣接周波数間隔及び前記第２隣接周波数間隔の半分未満である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の計測装置。
5. 前記複数の光源の少なくとも１つの光源が発するスペクトル光のキャリア・エンベロープ・オフセット周波数又は隣接周波数間隔を制御する制御部をさらに備える、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の計測装置。
6. 前記空間フィルタリング光学系は、前記制御部によって制御されるスペクトル光のオフセット周波数及び隣接周波数間隔に応じて透過する光の位置や形状を変更可能な空間光変調器を備える、
   請求項５に記載の計測装置。
7. 互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、
   前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
   前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
   を備える、照射装置。
8. 前記複数の光源は、隣接するスペクトルの周波数間隔が第１隣接周波数間隔である第１スペクトル光を発する第１の光源と、隣接するスペクトルの周波数間隔が第２隣接周波数間隔の第２スペクトル光を発する第２の光源と、を少なくとも備え、
   同じ周波数軸で前記第１スペクトル光及び第２スペクトル光を並べた際に最も近くに隣り合うスペクトル同士の周波数間隔が、第１隣接周波数間隔及び前記第２隣接周波数間隔の半分未満である、
   請求項７に記載の照射装置。
9. 前記複数の光源は、試料の集光点に照射光をそれぞれ同時に照射し、
   それぞれの光源からの前記照射光は、前記試料の集光点において互いに干渉する、
   請求項７又は８に記載の照射装置。
10. 離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第１光を発する第１光源と、
    前記第１光とは異なる離散的な複数の周波数値の周波数成分を有する第２光を発する第２光源と、
    前記第１光と前記第２光とを分散して、前記第１光に基づく第１周波数値の周波数成分を有する第１照射光の第１照射領域と、前記第２光に基づく第２周波数値の周波数成分を有する第２照射光の第２照射領域との、双方の領域の一部同士が重畳するように、前記第１照射光と前記第２照射光を集光する分散集光部と、を備え、
    前記第１周波数値と前記第２周波数値との差分が、前記第１光の前記第１周波数値とそれに隣接する周波数値との差分以下となるように、前記第１照射光と前記第２照射光とを同時に照射する、
    照射装置。
11. 互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光を複数出射し、複数の前記スペクトル光のそれぞれにおいて隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔が異なる光出射部と、
    前記光出射部から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
    前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光させ、且つ、１つの前記スペクトル光に基づく複数の集光点と他の前記スペクトル光に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
    前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、
    を備える、計測装置。
12. 前記光出射部は、前記２つのスペクトル光をそれぞれ発し、前記隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源を有する、
    請求項１１に記載の計測装置。
13. 前記集光部によって集光され、前記試料における集光点が重なる複数の重畳領域のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートを、前記重畳領域と共役な位置に集光し空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系をさらに備え、
    前記検出部は、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記蛍光ビートの信号を取得する、
    請求項１１に記載の計測装置。
14. 前記検出部は、前記蛍光ビートの位相情報を取得する、
    請求項１又は請求項１１に記載の計測装置。
15. 互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる光出射部と、
    前記光出射部から出射された複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
    前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
    を備える、照射装置。
16. 互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを２以上含むスペクトル光をそれぞれ発し、前記スペクトル光の隣接するスペクトルの周波数間隔である隣接周波数間隔がそれぞれ異なる複数の光源と、
    前記複数の光源から発せられた複数のスペクトル光を前記スペクトルごとに互いに異なる方向にそれぞれ分散させる分散部と、
    前記分散部によって分散された光源ごとの前記スペクトルを試料の複数の異なる集光点にそれぞれ集光し、且つ、１つの光源に基づく複数の集光点と他の光源に基づく複数の集光点とをそれぞれ重畳させる集光部と、
    前記試料における集光点が重なる複数の重畳部のそれぞれでの干渉光ビートにより発光する前記試料の情報を含む蛍光ビートの信号を取得する検出部と、
    を備える、計測装置。

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