JP7455434B2 - 光学モジュール、及び多焦点光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学モジュール、及び多焦点光学装置に関する。

特許文献１には、マルチウェルの全てのウェルを観測領域とするための多焦点分光計測装置が開示されている。特許文献１の多焦点分光計測装置は、対物レンズアレイと、分光器側レンズアレイと、を備えている。対物レンズアレイと分光器側レンズアレイとの間には、２つのフィルタが配置されている。それぞれのフィルタが、対物レンズアレイの半分を覆うように配置されている。さらに、２つのフィルタは対物レンズの光軸に対して４５°傾斜している。また、２つのフィルタは、９０°傾斜して配置されている。

特表２０１６－１２１９４６号公報

特許文献１では、マルチウェルのそれぞれのウェルからのラマン光を分光計測することができる。このような光学装置では、多焦点を形成するための光学系を薄型化したいという要望がある。

本開示は上記の点に鑑みなされたもので、薄型化が可能な光学モジュール、及び多焦点光学装置を提供することを目的とする。

本実施形態にかかる光学モジュールは、第１及び第２の方向に配列された多焦点を形成するための光学モジュールであって、前記多焦点を形成するために、照射光を集光する複数の第１レンズが前記第１及び第２の方向に配列された第１レンズアレイユニットと、前記第１及び第２の方向に配列された複数の第２レンズを備え、前記第１レンズからの信号光が入射する第２レンズアレイユニットと、前記第１レンズアレイユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記第２の方向に進む照射光を前記第１レンズに反射するとともに、前記第１レンズから信号光を透過する複数のビームスプリッタと、前記複数のビームスプリッタと、前記第１レンズアレイユニットとの間に配置された第１ホルダユニットと、前記複数のビームスプリッタと、前記第２レンズアレイユニットとの間に配置された第２ホルダユニットと、を備え、前記第２の方向に進む前記照射光が前記複数の前記ビームスプリッタに順番に入射するように、複数の前記ビームスプリッタは配列され、それぞれの前記ビームスプリッタは前記照射光の光軸に対して傾斜して配置され、前記第１ホルダユニットと前記第２ホルダユニットとが、前記複数のビームスプリッタを保持しており、前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタの反射率が最も低くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタの反射率が高くなっていく。

上記の光学モジュールにおいて、前記第１ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第１傾斜面を有する複数の第１傾斜部を備え、前記第２ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第２傾斜面を有する複数の第２傾斜部を備え、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に前記ビームスプリッタが保持されており、前記第１傾斜部は前記第１傾斜面とは異なる面である第１保持面を有し、前記第２傾斜部は前記第２傾斜面とは異なる面である第２保持面を有し、前記第１保持面と前記第２保持面との間に、前記照射光であるレーザ光を透過するレーザラインフィルタが保持されていることが好ましい。

上記の光学モジュールにおいて、前記ビームスプリッタがダイクロイックミラーであり、前記ダイクロイックミラーが前記信号光を透過することが好ましい。

上記の光学モジュールにおいて、前記第１傾斜面又は前記第２傾斜面と前記ビームスプリッタとの間に配置された弾性部材をさらに備えていることが好ましい。

上記の光学モジュールにおいて、前記ビームスプリッタの側端面が前記第２の方向と直交するように、前記ビームスプリッタのエッジ部分がカットされていることが好ましい。

上記の光学モジュールにおいて、前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタが最も第１レンズに近くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタが第１レンズから遠くなっていくようにしてもよい。

本実施の形態にかかる多焦点光学装置は、上記の光学モジュールと、前記照射光を発生する光源と、前記第２レンズで集光された信号光が入射するファイバを複数有するファイババンドルと、を備えている。

本実施の形態にかかる多焦点光学装置は、上記の光学モジュールと、前記照射光を発生する光源と、前記第２レンズで集光された信号光を検出する２次元アレイ光検出器と、を備えている。

本実施の形態にかかる多焦点光学装置は、照射光を発生する光源と、前記照射光を用いて、第１及び第２の方向に配列された多焦点を形成する光学モジュールと、前記光学モジュールからの信号光が入射するファイバを複数有するファイババンドルと、を備え、前記光学モジュールは、前記多焦点を形成するために、照射光を集光する複数の第１レンズが前記第１及び第２の方向に配列された第１レンズアレイユニットと、前記第１及び第２の方向に配列された複数の第２レンズを備え、前記第１レンズから入射した信号光を集光する第２レンズアレイユニットと、前記第１レンズアレイユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記第２の方向に進む照射光を前記第１レンズに反射するとともに、前記第１レンズから信号光を透過する複数のビームスプリッタと、前記第２の方向に進む前記照射光が前記複数の前記ビームスプリッタに順番に入射するように、複数の前記ビームスプリッタは配列され、それぞれの前記ビームスプリッタは前記照射光の光軸に対して傾斜して配置され、前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタの反射率が最も低くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタの反射率が高くなっていく。

上記の多焦点光学装置は、隣接する前記ビームスプリッタの間に配置されたレーザラインフィルタを備え、前記レーザラインフィルタが前記照射光であるレーザ光を透過することが好ましい。

上記の多焦点光学装置において、前記光学モジュールからの信号光が入射するファイバを複数有するファイババンドルをさらに備え、１つの前記第２レンズで集光された信号光が複数の前記ファイバに入射するようにしてもよい。

上記の多焦点光学装置において、異なる前記第２レンズで集光された信号光を伝播する複数の前記ファイバが間隔を開けて配置されていることが好ましい。

上記の多焦点光学装置において、前記ファイババンドルから出射した信号光を分光して検出する分光器を備え、前記分光器が入射スリットと、前記入射スリットを通過した前記信号光を分光する分光部と、前記分光部で分光された信号光を検出する２次元アレイ光検出器と、を備え、前記ファイババンドルの出射端において、前記ファイバが前記入射スリットの長手方向に沿って配列されていてもよい。

上記の多焦点光学装置は、前記第２レンズで集光された信号光を検出する受光素子が配列された２次元アレイ光検出器をさらに備えていてもよい。

上記の多焦点光学装置において、複数の前記光源が設けられており、前記複数の光源からの前記照射光を前記光学モジュールの入射開口に入射させていてもよい。

本発明によれば、薄型化が可能な光学モジュール、及び多焦点光学装置を提供することができる。

実施の形態１に係る光学モジュールの構成を示す分解斜視図である。 光学モジュールでの光学系を模式的に示す断面図である。 ダイクロイックミラーの波長特性を示すグラフである。 光学モジュールの構成を示す上面図である。 第２ホルダユニットの構成を示す斜視図である。 第１及び第２ホルダユニットの保持されたダイクロイックミラー及びレーザラインフィルタの構成を模式的に示す上面図である。 ２つの光学モジュールにおけるダイクロイックミラーの配置を簡略化して示す側面断面図である。 光学モジュールを備えた多焦点光学装置の構成を示す模式図である。 ２波長切り替えを行う場合におけるダイクロイックミラーの波長特性を示すグラフである。 光学モジュールから分光器までの光学系を示す図である。 実施の形態２の光学モジュールの光学系を示す断面図である。 実施の形態２の光学モジュールの光学系を示す上面図である。 変形例１の構成を模式的に示す側面図である。 変形例２の構成を模式的に示す側面図である。 変形例３の構成を模式的に示す図である。 変形例４の構成を模式的に示す図である。 変形例５の構成を模式的に示す図である。 変形例６の構成を模式的に示す図である。 変形例６の構成を模式的に示す図である。 変形例７の構成を模式的に示す図である。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。

実施の形態１
実施の形態１にかかる光学モジュール１００について、図１、及び図２を用いて説明する。図１は、光学モジュール１００の主要部の構成を示す分解斜視図である。図２は、光学モジュール１００における光学系を説明するための図である。

本実施の形態にかかる光学モジュール１００は、レンズアレイによって多焦点観察を行うための光学系として機能する。光学モジュール１００は、光源からの励起光を試料に導くとともに、試料からの信号光を導くための光学系を構成している。試料中のマルチスポットを同時に観察することができる。例えば、光学モジュール１００は、ラマン分光計測装置、動的散乱（ＤＬＳ）装置、プラズモンセンサなどに利用可能である。

図１に示すように、光学モジュール１００は、１６（＝４×４）個の焦点を形成するためのモジュールである。なお、以下の説明では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用いて説明を行う。Ｘ方向及びＹ方向は、焦点が配列される方向となる。つまり、試料において、Ｘ方向に４つの焦点が配列され、Ｙ方向に４つの焦点が配列される。これにより、試料の１６点を同時に分光計測することができる。Ｚ方向は、対物レンズである第１レンズ１２１の光軸と平行な方向となる。

具体的には、ＸＹ平面が水平面となっており、＋Ｚ方向が鉛直上方向となっている。つまり、光学モジュール１００は、試料の下側に配置されており、下側から試料に励起光を照射する構成となっている。また、図２に示すように、＋Ｙ方向に進む励起光Ｌ１００が光学モジュール１００に入射する。励起光Ｌ１００は、平行光束となっていることが好ましい。まず、図２を参照して、励起光及び信号光の光学系について説明する。

光学モジュール１００は、励起光Ｌ１００の光軸に対して４５°傾斜したダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄを有している。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄは、励起光を＋Ｚ方向に反射するとともに、－Ｚ方向に進む信号光を透過する。それぞれ焦点からの信号光の光路には、第１レンズ１２１ａ～１２１ｄ（図１では、第１レンズ１２１として図示する）と第２レンズ１８１ａ～１８１ｄ（図１では、第２レンズ１８１として図示する）が配置されている。第１レンズ１２１は、例えば、直径４ｍｍでＮＡ０．５１となっている。

励起光Ｌ１００の光軸上には、レーザラインフィルタ１４１ａ～レーザラインフィルタ１４１ｄ、及びダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄが配置されている。レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄは励起光波長の光を透過するとともに、励起光波長以外の光を遮光する波長特性を有している。レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄは、板状の部材であり、それぞれＸＺ平面に沿って配置されている。レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄを識別しない場合、まとめてレーザラインフィルタ１４１と記載する。レーザラインフィルタ１４１は、Ｘ方向を長手方向とし、Ｚ方向を短手方向とする矩形状の平板である。

ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄは、励起光波長の光の少なくとも一部を反射するとともに、信号光波長の光を透過する特性を有している。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄは、励起光波長に対する反射率が異なっている。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄは、板状の部材である。ＹＺ平面視において、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０はＹ軸に対して４５度傾斜して配置されている。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄを識別しない場合、まとめてダイクロイックミラー１４０と記載する。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄは、Ｘ方向を長手方向とし、４５°傾斜方向を短手方向とする矩形状の平板である。ダイクロイックミラー１４０は、励起光と信号光との光路を分離するビームスプリッタとして機能する。

励起光Ｌ１００の光路中において、レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１と、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄが交互に配置されている。つまり、－Ｙ方向から＋Ｙ方向に向かうにつれて、レーザラインフィルタ１４１ａ、ダイクロイックミラー１４０ａ、レーザラインフィルタ１４１ｂ、ダイクロイックミラー１４０ｂ、レーザラインフィルタ１４１ｃ、ダイクロイックミラー１４０ｃ、レーザラインフィルタ１４１ｄ、ダイクロイックミラー１４０ｄの順番で配置されている。なお、図２では入射する励起光Ｌ１００の光量を１００％として、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄで反射または透過される光の光量の割合（％）を示している（以下の図４、図１１、図１２等も同様）。

ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの上側には、第１レンズ１２１ａ～１２１ｄがそれぞれ配置されている。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの下側には、第２レンズ１８１ａ～１８１ｄがそれぞれ配置されている。第１レンズ１２１ａと第２レンズ１８１ａが対となって、信号光の光路に配置されている。

まず、励起光Ｌ１００は、入射開口１５３を介して、光学モジュール１００内に入る。そして、励起光Ｌ１００は、レーザラインフィルタ１４１ａに入射する。レーザラインフィルタ１４１ａを透過した励起光Ｌ１００は、励起光開口１３６２を介して、ダイクロイックミラー１４０ａに入射する。ダイクロイックミラー１４０ａは励起光Ｌ１００の一部を反射し、一部を透過する。ダイクロイックミラー１４０ａで反射した励起光を励起光Ｌ１０１とする。ダイクロイックミラー１４０ａは４５度傾斜しているため、励起光Ｌ１０１は＋Ｚ方向に進む。励起光Ｌ１０１は、信号光開口１３６１を介して、第１レンズ１２１ａに入射する。励起光Ｌ１０１は第１レンズ１２１ａで試料（不図示）に集光される。励起光Ｌ１０１が試料に照射されるとラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は励起光Ｌ１０１と異なる波長となっている。ラマン散乱光は様々な方向に発生する。－Ｚ方向に進んで、第１レンズ１２１ａに入射するラマン散乱光を信号光Ｌ１１１とする。

第１レンズ１２１ａは信号光Ｌ１１１を集光する。第１レンズ１２１ａにより集光された信号光Ｌ１１１は、信号光開口１３６１を介して、ダイクロイックミラー１４０ａに入射する。信号光Ｌ１１１はダイクロイックミラー１４０ａを透過する。ダイクロイックミラー１４０ａを透過した信号光Ｌ１１１は、信号光開口１５６１を介して、第２レンズ１８１ａに入射する。第２レンズ１８１ａは、信号光Ｌ１１１を図示しないファイバの入射端に集光する。そして、信号光Ｌ１１１がファイバ内を伝播して、図示しない分光器まで導かれる。ファイバ、及び分光器については後述する。

なお、信号光開口１５６１、励起光開口１５６２は、後述する第２ホルダユニット１５０に設けられている。信号光開口１３６１、励起光開口１３６２は、後述する第１ホルダユニット１３０に設けられている。信号光開口１３６１、励起光開口１３６２、信号光開口１５６１、励起光開口１５６２については後述する。

また、ダイクロイックミラー１４０ａを透過した励起光Ｌ１００は励起光開口１５６２を介してレーザラインフィルタ１４１ｂに入射する。レーザラインフィルタ１４１ｂを透過した励起光Ｌ１００は，ダイクロイックミラー１４０ｂに入射する。ダイクロイックミラー１４０ｂは励起光Ｌ１００の一部を反射し、一部を透過する。ダイクロイックミラー１４０ｂで反射した励起光を励起光Ｌ１０２とする。ダイクロイックミラー１４０ｂは４５度傾斜しているため、励起光Ｌ１０２は＋Ｚ方向に進む。励起光Ｌ１０２は第１レンズ１２１ｂで試料（不図示）に集光される。励起光Ｌ１０２が試料に照射されるとラマン散乱光が発生する。－Ｚ方向に進んで、第１レンズ１２１ｂに入射するラマン散乱光を信号光Ｌ１１２とする。

第１レンズ１２１ｂは信号光Ｌ１１２を集光する。第１レンズ１２１ｂにより集光された信号光Ｌ１１２は、ダイクロイックミラー１４０ｂを透過する。ダイクロイックミラー１４０ｂを透過した信号光Ｌ１１２は、第２レンズ１８１ｂに入射する。第２レンズ１８１ｂは、信号光Ｌ１１２を図示しないファイバの入射端に集光する。そして、信号光Ｌ１１２がファイバ内を伝播して、分光器まで導かれる。

ダイクロイックミラー１４０ｂを透過した励起光Ｌ１００はレーザラインフィルタ１４１ｃに入射する。レーザラインフィルタ１４１ｃを透過した励起光Ｌ１００は，ダイクロイックミラー１４０ｃに入射する。ダイクロイックミラー１４０ｃは励起光Ｌ１００の一部を反射し、一部を透過する。ダイクロイックミラー１４０ｃで反射した励起光を励起光Ｌ１０３とする。ダイクロイックミラー１４０ｃは４５度傾斜しているため、励起光Ｌ１０３は＋Ｚ方向に進む。励起光Ｌ１０３は第１レンズ１２１ｃで試料（不図示）に集光される。励起光Ｌ１０３が試料に照射されるとラマン散乱光が発生する。－Ｚ方向に進んで、第１レンズ１２１ｃに入射するラマン散乱光を信号光Ｌ１１３とする。

第１レンズ１２１ｃは信号光Ｌ１１３を集光する。第１レンズ１２１ｃにより集光された信号光Ｌ１１３は、ダイクロイックミラー１４０ｃを透過する。ダイクロイックミラー１４０ｃを透過した信号光Ｌ１１３は、第２レンズ１８１ｃに入射する。第２レンズ１８１ｃは、信号光Ｌ１１３を図示しないファイバの入射端に集光する。そして、信号光Ｌ１１３がファイバ内を伝播して、分光器まで導かれる。

ダイクロイックミラー１４０ｃを透過した励起光Ｌ１００はレーザラインフィルタ１４１ｄに入射する。レーザラインフィルタ１４１ｄを透過した励起光Ｌ１００は，ダイクロイックミラー１４０ｄに入射する。ダイクロイックミラー１４０ｄは励起光Ｌ１００の全てを反射する。ダイクロイックミラー１４０ｄで反射した励起光を励起光Ｌ１０４とする。ダイクロイックミラー１４０ｄは４５度傾斜しているため、励起光Ｌ１０４は＋Ｚ方向に進む。励起光Ｌ１０４は第１レンズ１２１ｄで試料（不図示）に集光される。励起光Ｌ１０４が試料に照射されるとラマン散乱光が発生する。－Ｚ方向に進んで、第１レンズ１２１ｄに入射するラマン散乱光を信号光Ｌ１１４とする。

第１レンズ１２１ｄは信号光Ｌ１１４を集光する。第１レンズ１２１ｄにより集光された信号光Ｌ１１４は、ダイクロイックミラー１４０ｄを透過する。ダイクロイックミラー１４０ｄを透過した信号光Ｌ１１４は、第２レンズ１８１ｄに入射する。第２レンズ１８１ｄは、信号光Ｌ１１４を図示しないファイバの入射端に集光する。そして、信号光Ｌ１１４がファイバ内を伝播して、分光器まで導かれる。

また、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの下側には、１枚のエッジフィルタ１７１が配置されている。エッジフィルタ１７１は、第２レンズ１８１ａ～１８１ｄの上側に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄから第２レンズ１８１ａ～１８１ｄまでの信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４の光路にはエッジフィルタ１７１が配置されている。

エッジフィルタ１７１は、励起光波長の光を遮光して、励起光波長より長い波長の光を透過する。これにより、エッジフィルタ１７１は、励起光を遮光し、信号光を透過する。励起光が分光器で検出されるのを防ぐことができるため、ノイズを抑制することができる。なお、信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４の光路には、１枚のエッジフィルタ１７１が共通に配置されている。つまり、エッジフィルタ１７１は、信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４の光路ごとに分離されていない。

このように、励起光Ｌ１００は、レーザラインフィルタ１４１ａ、ダイクロイックミラー１４０ａ、レーザラインフィルタ１４１ｂ、ダイクロイックミラー１４０ｂ、レーザラインフィルタ１４１ｃ、ダイクロイックミラー１４０ｃ、レーザラインフィルタ１４１ｄ、ダイクロイックミラー１４０ｄの順番で入射していく。そして、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄが励起光Ｌ１００を反射する。ここで、励起光Ｌ１００に対するダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの反射率が励起光Ｌ１００の入射順に高くなっている。このように設定することで、各焦点における励起光強度を均一にすることができる。以下、この点について詳細に説明する。

図３は、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの波長特性を示すグラフである。ここでは、励起光Ｌ１００の励起波長を５３２ｎｍとして説明する。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの透過率の波長特性のグラフをそれぞれＡ～Ｄとする。なお、以下の説明では、レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄにおける励起光Ｌ１００の透過率を１００％とする。また、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄのそれぞれにおいて、透過率と反射率の合計が１００％になるとする。以下、光学モジュール１００に入射する励起光Ｌ１００の光量を１００％として、励起光の光量について説明する。

ダイクロイックミラー１４０ａの透過率は、７５％となっている（図３中のグラフＡ）。ダイクロイックミラー１４０ａの反射率は、２５％となっている。ダイクロイックミラー１４０ａで反射して、第１レンズ１２１ａに入射する励起光Ｌ１０１の光量は２５％（＝１×０．２５）となる。ダイクロイックミラー１４０ａを透過して、ダイクロイックミラー１４０ｂに入射する励起光Ｌ１００の光量は７５％（＝１×０．７５）となる。

ダイクロイックミラー１４０ｂの透過率は、６６．７％となっている（図３中のグラフＢ）。ダイクロイックミラー１４０ｂの反射率は、３３．３％となっている。よって、ダイクロイックミラー１４０ｂで反射して、第１レンズ１２１ｂに入射する励起光Ｌ１０２の光量は２５％（＝０．７５×０．３３３）となる。ダイクロイックミラー１４０ｂを透過して、ダイクロイックミラー１４０ｃに入射する励起光Ｌ１００の光量は５０％（＝０．７５×０．６６７）となる。

ダイクロイックミラー１４０ｃの透過率は、５０％となっている（図３中のグラフＣ）。ダイクロイックミラー１４０ｃの反射率は、５０％となっている。よって、ダイクロイックミラー１４０ｃで反射して、第１レンズ１２１ｃに入射する励起光Ｌ１０３の光量は２５％（＝０．５×０．５）となる。ダイクロイックミラー１４０ｃを透過して、ダイクロイックミラー１４０ｄに入射する励起光Ｌ１００の光量は２５％（＝０．５×０．５）となる。

ダイクロイックミラー１４０ｄの透過率は、０％となっている（図３中のグラフＤ）。ダイクロイックミラー１４０ｄの反射率は、１００％となっている。よって、ダイクロイックミラー１４０ｄで反射して、第１レンズ１２１ｄに入射する励起光Ｌ１０４の光量は２５％（＝０．２５×１）となる。

したがって、図４に示すように、第１レンズ１２１ａ～１２１ｄのそれぞれで集光される励起光Ｌ１０１～Ｌ１０４の光量はそれぞれ２５％となる。なお、図４は、光学モジュール１００の構成の一部を示す上面図である。複数の焦点における励起光パワーを均一化することができる。よって、各焦点のラマンスペクトルを適切に比較することができる。なお、図４では４つの焦点のみが示されているが、実際には１６個の焦点が形成される。

上記のように励起光Ｌ１００は、３つのダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｃに順番に入射することで、４つに分岐される。そして、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄで反射された励起光Ｌ１０１～Ｌ１０４がそれぞれ試料に焦点を形成する。そして、＋Ｙ方向に進む励起光Ｌ１００の手前側から奥側に向かうにつれて複数のダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの透過率を下げていく。＋Ｙ方向に進む励起光Ｌ１００の手前側から奥側に向かうにつれて複数のダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの反射率を上げていく。励起光Ｌ１００の進行方向において最も手前側（－Ｙ側）のダイクロイックミラー１４０ａの反射率が最も低くなっており、奥側（＋Ｙ側）に向かうにつれてダイクロイックミラー１４０の反射率が高くなっている。このようにすることで多焦点を同時に励起した場合でも、励起光パワーのばらつきを抑制することができる。

なお、実際には、レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄの透過率は完全に１００％とならない。また、ダイクロイックミラーの透過率と反射率の和も完全に１００％とならない。したがって、各光学部品の反射率や透過率等を考慮して、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの波長特性を決めればよい。例えば、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄに形成する反射膜の膜厚を調整することで、適切な波長特性を得ることができる。

第１レンズ１２１ａ～１２１ｄは、第１レンズアレイユニット１２０に設けられている。第２レンズ１８１ａ～１８１ｄは、第２レンズアレイユニット１８０に設けられている。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄ、及びレーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄは、第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とによって保持されている。つまり、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄ、及びレーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄは、第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０との間に配置されている。

ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄ、及びレーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄ等の光学部品を固定するための構成について、図１を参照して説明する。光学モジュール１００は、第１レンズアレイユニット１２０と、第１ホルダユニット１３０と、第２ホルダユニット１５０と、エッジフィルタユニット１７０と、第２レンズアレイユニット１８０と、を備えている。第１レンズアレイユニット１２０、第１ホルダユニット１３０、第２ホルダユニット１５０と、エッジフィルタユニット１７０、第２レンズアレイユニット１８０は、上からこの順番で配置されている。

第１レンズアレイユニット１２０は、複数の第１レンズ１２１と保持プレート１２２とを有している。保持プレート１２２は、ＸＹ平面に沿った板状の部材である。保持プレート１２２は、１６個の第１レンズ１２１を保持している。第１レンズアレイユニット１２０において、Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に４つの第１レンズ１２１が配列されている。Ｘ方向及びＹ方向において、複数の第１レンズ１２１が等間隔に配列されている。

例えば、保持プレート１２２には、第１レンズ１２１に対応する円形の貫通穴１２３が形成されており、この貫通穴１２３に第１レンズ１２１が配置される。つまり、保持プレート１２２には１６個の貫通穴１２３がアレイ状に形成されおり、それぞれの貫通穴１２３はＺ方向に沿って形成されている。

第１レンズ１２１のそれぞれが対物レンズとなる。つまり、それぞれの第１レンズ１２１は、励起光を試料に集光するとともに、試料からの信号光を受光する。それぞれの第１レンズ１２１の光軸は、Ｚ方向と平行になっている。Ｚ方向において、複数の第１レンズ１２１は同じ位置となっている。第１レンズアレイユニット１２０の上に試料が配置される。例えば、第１レンズアレイユニット１２０の上には、試料を保持するマルチウェルプレート（図１では不図示）が配置される。

第２レンズアレイユニット１８０は、第１レンズアレイユニット１２０の－Ｚ側に配置されている。第２レンズアレイユニット１８０は、複数の第２レンズ１８１と保持ブロック１８２とを有している。保持ブロック１８２は、直方体状の部材である。保持ブロック１８２は、１６個の第２レンズ１８１を保持している。第２レンズアレイユニット１８０において、Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に４つの第２レンズ１８１が配列されている。Ｘ方向及びＹ方向において、複数の第２レンズ１８１が等間隔に配列されている。

例えば、保持ブロック１８２には、第２レンズ１８１に対応した円形の貫通穴１８３が形成されており、この貫通穴１８３に第２レンズ１８１が配置されている。保持ブロック１８２には、１６個の貫通穴１８３がアレイ状に形成されおり、それぞれの貫通穴１８３はＺ方向に沿って形成されている。

ＸＹ平面視において、それぞれの第２レンズ１８１がそれぞれの第１レンズ１２１に重複するように配置される。つまり、ＸＹ平面視において、第２レンズ１８１は第１レンズ１２１と同じ位置に配置されている。第２レンズ１８１は、対応する第１レンズ１２１と同軸に配置されている。したがって、第１レンズ１２１で集光された信号光は、第２レンズ１８１に入射する。

第２レンズ１８１は、保持ブロック１８２の＋Ｚ側の端に配置されている。また、保持ブロック１８２の－Ｚ側には、光ファイバ（不図示）が配置される。第２レンズ１８１は、信号光を光ファイバの入射端に集光する。これにより、信号光が光ファイバの内部を通って、分光器まで導かれる。

第２レンズアレイユニット１８０と第１レンズアレイユニット１２０との間には、第１ホルダユニット１３０、第２ホルダユニット１５０、及びエッジフィルタユニット１７０が配置されている。

エッジフィルタユニット１７０は、エッジフィルタ１７１と、保持プレート１７２とを備えている。保持プレート１７２は、ＸＹ平面に沿った板状の部材である。保持プレート１７２は、エッジフィルタ１７１を保持している。保持プレート１７２の上に１枚のエッジフィルタ１７１が配置される。例えば、保持プレート１７２に設けられた凹みの上にエッジフィルタ１７１が配置される。エッジフィルタ１７１は、ＸＹ平面に沿って配置されている。

保持プレート１７２には、信号光を通過するための貫通穴１７３が形成されている。つまり、保持プレート１７２には１６個の貫通穴１７３が形成されており、それぞれの貫通穴１７３はＺ方向に沿って形成されている。貫通穴１７３は、第１レンズ１２１と第２レンズ１８１との間に配置されている。ダイクロイックミラー１４０を透過した信号光が貫通穴１７３を通って、第２レンズ１８１に入射する。

エッジフィルタユニット１７０と第１レンズアレイユニット１２０との間には、第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とが配置されている。第１ホルダユニット１３０は第２ホルダユニット１５０と第１レンズアレイユニット１２０との間に配置されている。

第２ホルダユニット１５０の詳細な構成について、図１等とともに図５を参照して説明する。図５は、第２ホルダユニット１５０の構成を示す斜視図である。第２ホルダユニット１５０は、側壁１５１と、ベース部１５２と、傾斜部１５５と、を備えている。

ベース部１５２は、ＸＹ平面と平行な板状の部分である。ベース部１５２から＋Ｚ側に側壁１５１と傾斜部１５５とが延びている。第２ホルダユニット１５０は、４つの傾斜部１５５を有している。

側壁１５１は、励起光Ｌ１００（図２参照）が入射する側に設けられている。側壁１５１は、ＸＺ平面と平行に形成された板状の部分であり、第２ホルダユニット１５０の－Ｙ側の端部に配置されている。ここでは、Ｘ方向に４つの焦点が配列されているため、側壁１５１には、４つの入射開口１５３が形成されている（なお、図５では、斜視方向の関係上、３つのみが示されている）。励起光Ｌ１００は入射開口１５３を通って、光学モジュール１００の内部に入る。

側壁１５１の＋Ｙ側の面には、図２に示すレーザラインフィルタ１４１ａ（図５では不図示）が配置される。４つの入射開口１５３は、１枚のレーザラインフィルタ１４１ａで覆われる。励起光Ｌ１００は入射開口１５３を通過してレーザラインフィルタ１４１ａに入射する。１つの入射開口１５３を透過した励起光Ｌ１００が、図２のように４本の励起光Ｌ１０１～Ｌ１０４に分岐される。

Ｙ方向に４つの焦点が配列されているため、第２ホルダユニット１５０には、４つの傾斜部１５５が設けられている。４つの傾斜部１５５はＹ方向に並んで配置されている。それぞれの傾斜部１５５は、Ｘ方向に沿って延びた三角柱状の部分である。ＹＺ平面視において、傾斜部１５５は、ほぼ直角三角形状になっている。傾斜部１５５の－Ｙ側の面を傾斜面１５５１とし、＋Ｙ側の面を保持面１５５２とする。

保持面１５５２は、レーザラインフィルタ１４１を保持するように、Ｙ軸と直交する平面となっている。傾斜面１５５１は、ダイクロイックミラー１４０を保持するように、Ｙ軸に対して４５°傾斜した平面となっている。傾斜面１５５１と保持面１５５２は傾斜部１５５の異なる面である。

Ｘ方向に４つの焦点が配列されているため、１つの傾斜部１５５には４つの開口部１５６が設けられている。４つの開口部１５６は、Ｘ方向に並んで配置されている。また、第２ホルダユニット１５０は、４つの傾斜部１５５を有している。よって、第２ホルダユニット１５０は、１６個の開口部１５６を有している。ＸＹ平面視において、開口部１５６は４×４のアレイ状に配列されている。焦点数と同じ数の開口部１５６が第２ホルダユニット１５０に形成されている。開口部１５６は、信号光開口１５６１と励起光開口１５６２を有している。

信号光開口１５６１は傾斜面１５５１からＺ方向に伸びる円柱状の貫通穴である。信号光開口１５６１は、傾斜部１５５及びベース部１５２をＺ方向に貫通する。信号光開口１５６１の＋Ｚ側の端部は、ダイクロイックミラー１４０（図２参照）で覆われる。信号光は、ダイクロイックミラー１４０を透過した後、信号光開口１５６１に入射する。信号光開口１５６１を透過した信号光が第２レンズ１８１に入射する。１つの焦点からの信号光が１つの信号光開口１５６１を透過する。

励起光開口１５６２は、傾斜面１５５１からＹ方向に伸びる円柱状の貫通穴である。励起光開口１５６２は、傾斜部１５５をＹ方向に貫通する。つまり、励起光開口１５６２は、傾斜面１５５１から保持面１５５２に到達している。励起光開口１５６２の＋Ｙ側の端部はレーザラインフィルタ１４１（図２参照）で覆われる。ダイクロイックミラー１４０を透過した励起光Ｌ１００が励起光開口１５６２に入射する。励起光開口１５６２を透過した励起光Ｌ１００がレーザラインフィルタ１４１を透過する。励起光開口１５６２は隣接する２つのレーザラインフィルタ１４１の間に配置される。

なお、最も＋Ｙ側にある傾斜部１５５では、ダイクロイックミラー１４０ｄですべての励起光Ｌ１０１が反射される。このため、最も＋Ｙ側にある傾斜部１５５には、励起光開口１５６２が設けられておらず、かつレーザラインフィルタ１４１が配置されない。換言すると、最も＋Ｙ側にある傾斜部１５５の開口部１５６は、Ｚ方向に延びる信号光開口１５６１のみを有している。

このように、開口部１５６は、Ｚ方向に延びる信号光開口１５６１とＹ方向に延びる励起光開口１５６２とを備えている。つまり、傾斜部１５５には、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って貫通穴が設けられている。

例えば、図２の構成では、１つの入射開口１５３を透過した励起光Ｌ１００が、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｃで４つに分岐される。そして、励起光Ｌ１００がダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄで反射されて、励起光Ｌ１０１～Ｌ１０４となる。また、励起光Ｌ１００は、１つの入射開口１５３と３つの励起光開口１５６２を通過した後、ダイクロイックミラー１４０ｄに入射する。

次に、図１を参照して第１ホルダユニット１３０について説明する。第１ホルダユニット１３０は、側壁１３１と、ベース部１３２と、傾斜部１３５とを備えている。第１ホルダユニット１３０は、第２ホルダユニット１５０と同様の構成を有している。そのため、第２ホルダユニット１５０と重複する内容については適宜説明を省略する。例えば、側壁１３１、ベース部１３２、及び傾斜部１３５が、側壁１５１、ベース部１５２、及び傾斜部１５５にそれぞれ対応している。

具体的には、第１ホルダユニット１３０は、第２ホルダユニット１５０をＸ軸周りに１８０度回転した形状となっている。このため、側壁１３１の－Ｙ側に４つの傾斜部１３５が配置されている。側壁１３１には、励起光が入射しないため、入射開口が形成されていない。

第１ホルダユニット１３０は、４つの傾斜部１３５を有している。１つの傾斜部１３５は４つの開口部１３６を有している。第１ホルダユニット１３０は、１６個の開口部１３６を備えている。ＸＹ平面視において、開口部１３６は、４×４のアレイ状に配列されている。焦点数と同じ数の開口部１３６が、第１ホルダユニット１３０に設けられている。開口部１３６は、信号光開口１３６１と、励起光開口１３６２とを備えている。

傾斜部１３５は、傾斜面１３５１と保持面１３５２を有している。傾斜面１３５１は、Ｙ軸から傾斜した平面である。傾斜面１３５１は、ダイクロイックミラー１４０と平行な平面である。保持面１３５２は、Ｙ軸と直交する平面である。保持面１３５２は、レーザラインフィルタ１４１と平行な平面である。傾斜部１３５の＋Ｙ側の面が傾斜面１３５１となっており、－Ｙ側の面が保持面１３５２となっている。傾斜面１３５１と保持面１３５２は異なる面となっている。

信号光開口１３６１は、Ｚ方向に傾斜部１３５を貫通する円柱形状の貫通穴である。信号光開口１３６１は、傾斜部１３５及びベース部１３２をＺ方向に貫通する。ダイクロイックミラー１４０と第１レンズ１２１との間に設けられている。ダイクロイックミラー１４０で反射された励起光は、信号光開口１３６１を透過して、第１レンズ１２１に入射する。第１レンズ１２１からの信号光は、信号光開口１３６１を透過して、ダイクロイックミラー１４０に入射する。

励起光開口１３６２は、Ｙ方向に傾斜部１３５を貫通する円柱状の貫通穴である。つまり、励起光開口１３６２は、傾斜面１３５１から保持面１３５２に到達している。レーザラインフィルタ１４１からの励起光Ｌ１００が、励起光開口１３６２を透過して、ダイクロイックミラー１４０に入射する。

このように、開口部１３６は、Ｚ方向に延びる信号光開口１３６１とＹ方向に延びる励起光開口１３６２とを備えている。つまり、傾斜部１５５には、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って貫通穴が設けられている。

そして、第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とが組み合わせられる。傾斜部１３５の傾斜面１３５１と傾斜部１５５の傾斜面１５５１とが対向して配置される。傾斜面１３５１と傾斜面１５５１との間にダイクロイックミラー１４０が保持される。ここでは、４つの傾斜部１３５と４つの傾斜部１５５があるため、４つのダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄを保持することができる。このように、Ｙ軸から傾斜した傾斜面１３５１及び傾斜面１５５１を設けることで、傾斜部１３５と傾斜部１５５との間にダイクロイックミラー１４０が挟持される。

傾斜部１３５の保持面１３５２と傾斜部１５５の保持面１５５２とが対向して配置される。保持面１３５２と保持面１５５２との間にレーザラインフィルタ１４１が保持される。また、側壁１５１と保持面１３５２との間にもレーザラインフィルタ１４１が保持される。ここでは、第１ホルダユニット１３０には４つの傾斜部１３５があり、第２ホルダユニット１５０には１つの側壁１５１と３つの傾斜部１５５があるため、４つのレーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄを保持することができる。このように、Ｙ軸と直交する保持面１３５２及び保持面１５５２を設けることで、傾斜部１３５と傾斜部１５５との間にレーザラインフィルタ１４１が挟持される。

なお、傾斜部１３５、及び傾斜部１５５には、レーザラインフィルタ１４１やダイクロイックミラー１４０を配置するための凹みが設けられていてもよい。例えば、傾斜部１５５の下端近傍には、図５に示すようにフィルタ保持部１５７１、及びミラー保持部１５７２が設けられている。具体的には、開口部１５６の下側において、傾斜面１５５１と保持面１５５２とのが交わる部分に、フィルタ保持部１５７１、及びミラー保持部１５７２が形成されている。

フィルタ保持部１５７１は、レーザラインフィルタ１４１を保持する面となる。つまり、レーザラインフィルタ１４１の下側の端面がフィルタ保持部１５７１と当接する。ミラー保持部１５７２は、ダイクロイックミラー１４０を保持する面となる。つまり、ダイクロイックミラー１４０の下側の端面がミラー保持部１５７２と当接する。フィルタ保持部１５７１とミラー保持部１５７２は、段差を形成している。具体的には、ミラー保持部１５７２はフィルタ保持部１５７１よりも低くなっている。第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とが、レーザラインフィルタ１４１とダイクロイックミラー１４０とを適切に保持することができる。

第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とに保持されたダイクロイックミラー１４０とレーザラインフィルタ１４１について、図６を用いて説明する。図６は、第１ホルダユニット１３０と第２ホルダユニット１５０とがダイクロイックミラー１４０とレーザラインフィルタ１４１を保持した状態を模式的に示す上面図である。

図６では、１６個の信号光開口１３６１を信号光開口１３６１ａ１～１３６１ａ４、信号光開口１３６１ｂ１～１３６１ｂ４、信号光開口１３６１ｃ１～１３６１ｃ４、信号光開口１３６１ｄ１～１３６１ｄ４として識別する。信号光開口１３６１ａ１～１３６１ａ４はＸ方向に並んだ４つの信号光開口１３６１であり、－Ｙ側の１列目に配置されている。ＸＹ平面視において、信号光開口１３６１ａ１～１３６１ａ４はダイクロイックミラー１４０ａと重複する。同様に、信号光開口１３６１ｂ１～１３６１ｂ４はＸ方向に並んだ４つの信号光開口１３６１であり、－Ｙ側から２列目に配置されている。ＸＹ平面視において、信号光開口１３６１ｂ１～１３６１ｂ４はダイクロイックミラー１４０ｂと重複する。

信号光開口１３６１ｃ１～１３６１ｃ４はＸ方向に並んだ４つの信号光開口１３６１であり、－Ｙ側から３列目に配置されている。ＸＹ平面視において、信号光開口１３６１ｃ１～１３６１ｃ４はダイクロイックミラー１４０ｃと重複する。信号光開口１３６１ｄ～１３６１ｄ４はＸ方向に並んだ４つの信号光開口１３６１であり、－Ｙ側から４列目に配置されている。ＸＹ平面視において、信号光開口１３６１ｄ１～１３６１ｄ４はダイクロイックミラー１４０ｄと重複する。また、信号光開口１３６１ａ１、１３６１ｂ１、１３６１ｃ１、１３６１ｄ１は、Ｙ方向に並んだ４つの信号光開口１３６１である。

図６では、第２ホルダユニット１５０に設けられた４つの入射開口１５３を透過する励起光をそれぞれ励起光Ｌ１００１～Ｌ１００４としている。また、図２で示したように、４つのダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄ、レーザラインフィルタ１４１ａ～１４１ｄが設けられている。

励起光Ｌ１００１は、レーザラインフィルタ１４１ａ、ダイクロイックミラー１４０ａ、レーザラインフィルタ１４１ｂ、ダイクロイックミラー１４０ｂ、レーザラインフィルタ１４１ｃ、ダイクロイックミラー１４０ｃ、レーザラインフィルタ１４１ｄ、ダイクロイックミラー１４０ｄの順番に入射する。そして、図２で示したように、励起光Ｌ１００１は４本に分岐されて、信号光開口１３６１ａ１、１３６１ｂ１、１３６１ｃ１、１３６１ｄ１をそれぞれ透過する。

例えば、ダイクロイックミラー１４０ａで反射した励起光Ｌ１００１が、信号光開口１３６１ａ１を透過し、ダイクロイックミラー１４０ｂで反射した励起光Ｌ１００１が、信号光開口１３６１ｂ１を透過する。ダイクロイックミラー１４０ｃで反射した励起光Ｌ１００１が、信号光開口１３６１ｃ１を透過し、ダイクロイックミラー１４０ｄで反射した励起光Ｌ１００１が、信号光開口１３６１ｄ１を透過する。

励起光Ｌ１００２、Ｌ１００３、Ｌ１００４も同様に、レーザラインフィルタ１４１ａ、ダイクロイックミラー１４０ａ、レーザラインフィルタ１４１ｂ、ダイクロイックミラー１４０ｂ、レーザラインフィルタ１４１ｃ、ダイクロイックミラー１４０ｃ、レーザラインフィルタ１４１ｄ、ダイクロイックミラー１４０ｄの順番に入射する。これにより、それぞれの励起光が４本に分岐されて、対応する信号光開口１３６１を透過する。

このように１枚のレーザラインフィルタ１４１には、４本の励起光Ｌ１００１～Ｌ１００４が入射する。また、１枚のダイクロイックミラー１４０は、４本の励起光Ｌ１００１～Ｌ１００４を反射する。このようにすることで、アレイ状に配列された多焦点を形成することができる。

さらに、複数のダイクロイックミラー１４０が保持されているため、装置構成を小型化することができる。例えば、特許文献１の構成では、励起光が１枚のダイクロイックミラーで反射されることでアレイ状の多焦点が形成される。ダイクロイックミラーのサイズを小型化できないという問題点がある。これに対して、１枚のダイクロイックミラー１４０で反射された励起光が１列の多焦点を形成する。そして、複数枚のダイクロイックミラー１４０を組み合わせることで、アレイ状の多焦点を形成している。つまり、励起光が複数のダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｃを順番に通過することでアレイ状の多焦点が形成される。

ＸＹ平面視において、ダイクロイックミラー１４０ａは、Ｘ方向に沿って１列に配置された第１レンズ１２１ａと重複する。この構成により、光学モジュールのサイズを小型化することができる。具体的には、光学系のＺ方向のサイズを小さくすることができる。特に大面積薄型化が可能となる。さらに、反射率及び透過率が異なる複数のダイクロイックミラーを用いることで、多焦点の励起光パワーを均一化することができる。

さらに、傾斜面１３５１とは異なる面である保持面１３５２と、傾斜面１５５１とは異なる面である保持面１５５２との間にレーザラインフィルタ１４１が保持されている。したがって、２つのダイクロイックミラー１４０の間に、レーザラインフィルタ１４１が配置される。これにより、クロストークを抑制することができる。つまり、１つの焦点で発生した信号光が、他の焦点で発生した信号光に混ざることを防ぐことができる。

上記の光学モジュール１００を複数用いることで、焦点数を増やすことができる。例えば、複数の光学モジュール１００をアレイ状に配列することで、焦点数を増加させることができる。２つの光学モジュール１００をＹ方向に並べて配置する場合、光学モジュール１００の配置方向を変えればよい。

図６において、励起光Ｌ１００１～Ｌ１００４は、異なる光源で発生したものであってもよい。つまり、２以上の光源を用意して、各入射開口１５３に光源を配置してもよい。具体的には、光源として、小型の半導体レーザ光源を用いることが可能である。これにより、装置の小型化、コストダウンを図ることができる。また、励起波長の選択肢を増やすことができる。あるいは、光源からの光を光ファイバなどでリレーして、入射開口１５３に入射させてもよい。もちろん、１つの光源からの光を光ファイバやミラーで分岐して、２以上の入射開口１５３に入射させてもよい。

図７は、２つの光学モジュール１００ａ、１００ｂを配置した構成を模式的に示す断面図である。光学モジュール１００ａと光学モジュール１００ｂとがＹ方向に並んで配置されている。なお、図７では、レーザラインフィルタ１４１やエッジフィルタ１７１を省略している。

光学モジュール１００ａと光学モジュール１００ｂはそれぞれ上記の光学モジュール１００と同じ構成であり、互いに反転して配置されている。光学モジュール１００ａは、図２，図３の光学モジュール１００と同じ向きで配置されている。光学モジュール１００ｂは、光学モジュール１００ａをＺ軸周りに１８０°回転した向きで配置されている。

したがって、光学モジュール１００ａと光学モジュール１００ｂとでは、励起光Ｌ１００の入射方向が反対になる。光学モジュール１００ａには、＋Ｙ方向に進む励起光Ｌ１００が入射する。光学モジュール１００ｂには、－Ｙ方向に進む励起光Ｌ１００が入射する。図２と同様に、励起光の入射順にダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄが設けられている。

したがって、光学モジュール１００ａのダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄと光学モジュール１００ｂのダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄでは、設置角度が９０°異なっている。そして、光学モジュール１００ａのダイクロイックミラー１４０ｄと光学モジュール１００ｂのダイクロイックミラー１４０ｄが隣り合うように配置されている。

ここで、Ｚ方向におけるダイクロイックミラー１４０の有効サイズは約９ｍｍである。また、ダイクロイックミラー１４０の短手方向のサイズは約１２．７ｍｍである。特許文献１のように、１つのダイクロイックミラーでＹ方向に並ぶ４つの焦点を形成する場合、ダイクロイックミラーのサイズは約５０ｍｍ程度となる。本実施の形態により薄型化を図ることができる。

また、第１レンズアレイユニット１２０の上には、マルチウェルプレート１１０が設けられている。マルチウェルプレート１１０には、アレイ状に配列された複数のウェル１１１を備えている。それぞれのウェル１１１には、観察対象となる試料が配置される。第１レンズ１２１と第２レンズ１８１のレンズ対が、各ウェル１１１に対応している。１つの第１レンズ１２１は、１つのウェル１１１中の試料に励起光を集光する。そして、１つのウェル１１１中の試料からの信号光が１つの第２レンズ１８１で集光される。このようにすることで、Ｙ方向に配置された８つの焦点を観察することができる。複数のウェル１１１の試料を同時に観察することが可能となる。

（多焦点光学装置）
以下、複数の光学モジュール１００を実装した多焦点光学装置の構成について、図８を用いて説明する。図８は、多焦点光学装置１の構成を示す上面図である。図８では、３個の光学モジュール１００ａと３個の光学モジュール１００ｂが設けられている。３つの光学モジュール１００ａはＸ方向に沿って１列に並んでいる。３つの光学モジュール１００ｂはＸ方向に沿って１列に並んでいる。光学モジュール１００ａは、光学モジュール１００ｂの＋Ｙ側に配置されている。

光学モジュール１００ａには＋Ｙ方向に進む励起光（レーザ光ともいう）が入射し、３つの光学モジュール１００ｂには－Ｙ方向に進む励起光（レーザ光ともいう）が入射する。このように、複数の光学モジュール１００ａ、１００ｂをアレイ状に配置することで、より多くの焦点を形成することができる。例えば、多焦点光学装置は、９６個（＝１２×８）の多焦点を観察する。

多焦点光学装置１は、２つの光源１１，１２を備えている。光源１１は、波長５３２ｎｍのレーザ光を発生する。光源１２は、波長６６０ｎｍのレーザ光を発生する。２つの光源１１、１２を切り替えて使用することで、励起波長を変えることができる。光源１１を動作させ、光源１２を非動作とすることで、励起波長が５３２ｎｍとなる。光源１２を動作させ、光源１１を非動作とすることで、励起波長が６６０ｎｍとなる。

多焦点光学装置１は、ミラーＭ２１～Ｍ２８、ミラーＭ３１～Ｍ３７を備えている。ミラーＭ２１、ミラーＭ２５、ミラーＭ２６、ミラーＭ２８、ミラーＭ３３、ミラーＭ３４、ミラーＭ３７の反射率は１００％となっている。ミラーＭ２３、ミラーＭ２４、ミラーＭ２７、ミラーＭ３０、ミラーＭ３２、ミラーＭ３６は、反射率５０％、透過率５０％のビームスプリッタとなる。ミラーＭ３１、ミラーＭ３３、ミラーＭ３５は、反射率３３．３％、透過率６６．７％のビームスプリッタとなる。また、ビームスプリッタとして、ビームスプリッタキューブを用いてもよい。

ミラーＭ２２は励起光を切り替える切替ミラーである。ミラーＭ２２は波長５３２ｎｍのレーザ光を反射し、波長６６０ｎｍのレーザ光を透過するダイクロイックミラーである。あるいは、ミラーＭ２２は光路中に挿脱可能に配置された反射鏡でもよい。例えば、波長５３２ｎｍのレーザ光を励起光とする場合、ミラーＭ２２は光路中から取り除かれる。波長６６０ｎｍのレーザ光を励起光とする場合、ミラーＭ２２は光路中に挿入される。

光源１１からレーザ光は、ミラーＭ２２で反射して、ミラーＭ２３に入射する。光源１２からのレーザ光は、ミラーＭ２２を透過して、ミラーＭ２３に入射する。ミラーＭ２３は、レーザ光の半分を透過し、残り半分を反射する。ミラーＭ２３で分岐された一方は、ミラーＭ２４に入射し、他方はミラーＭ２６に入射する。

ミラーＭ２３はレーザ光をミラーＭ２４に向けて反射する。ミラーＭ２４は、レーザ光の半分を透過し、残り半分を反射する。ミラーＭ２４を透過したレーザ光はミラーＭ３０に入射する。ミラーＭ２４で反射したレーザ光は、ミラーＭ２５で反射してミラーＭ３０に入射する。

ミラーＭ２６はレーザ光をミラーＭ２７に向けて反射する。ミラーＭ２７は、レーザ光の半分を透過し、残り半分を反射する。ミラーＭ２７を透過したレーザ光はミラーＭ３０に入射する。ミラーＭ２７で反射したレーザ光は、ミラーＭ２８で反射してミラーＭ３０に入射する。このようにすることで、４本のレーザ光がミラーＭ３０に入射する。

ミラーＭ３０は、レーザ光の半分を透過し、残り半分を反射する。ミラーＭ３０は入射した４本のレーザ光は２本に分岐される。ミラーＭ３０を透過した４本のレーザ光は、ミラーＭ３１、ミラーＭ３２、ミラーＭ３３の順に入射する。Ｍ３１、Ｍ３２はビームスプリッタである。ミラーＭ３１で反射したレーザ光が１つ目の光学モジュール１００ａに入射する。ミラーＭ３２で反射したレーザ光が２つ目の光学モジュール１００ａに入射する。ミラーＭ３３で反射したレーザ光が３つ目の光学モジュール１００ａに入射する。

１つの光学モジュール１００ａには４本のレーザ光が入射する。ここで、ミラーＭ３１、ミラーＭ３２、ミラーＭ３３の反射率は、３３％、５０％、１００％となっている。よって、３つの光学モジュール１００ａに入射する１２本のレーザ光の光量を均一にすることができる。

ミラーＭ３０で反射した４本のレーザ光は、ミラーＭ３４に入射する。ミラーＭ３４で反射した４本のレーザ光は、ミラーＭ３５、ミラーＭ３６、ミラーＭ３７の順に入射する。Ｍ３５、Ｍ３６はビームスプリッタである。ミラーＭ３５で反射したレーザ光が１つ目の光学モジュール１００ｂに入射する。ミラーＭ３６で反射したレーザ光が２つ目の光学モジュール１００ｂに入射する。ミラーＭ３７で反射したレーザ光が３つ目の光学モジュール１００ｂに入射する。

１つの光学モジュール１００ｂには４本のレーザ光が入射する。ここで、Ｍ３５、Ｍ３６、Ｍ３７の反射率は、３３％、５０％、１００％となっている。よって、３つの光学モジュール１００ｂに入射する１２本のレーザ光の光量を均一にすることができる。また、光学モジュール１００ａと光学モジュール１００ｂに入射するレーザ光の光量を均一にすることができる。

１２本のレーザ光のそれぞれが、光学モジュール１００ａにおいて、４つに分岐される。１２本のレーザ光のそれぞれが、光学モジュール１００ｂにおいて、４つに分岐される。これにより、９６個の焦点を同時に観察することができる。さらに、各焦点における励起光パワーを均一にすることができる。

２波長を切り替える多焦点光学装置１でのダイクロイックミラー１４０の波長特性を図９に示す。図９は、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの透過率のグラフＡ～Ｄを示している。励起波長１は、５３２ｎｍであり、励起波長２は６６０ｎｍである。図９に示すように、５３２ｎｍと６６０ｎｍでの透過率はほぼ１００％となっている。そして、励起波長１によるラマン散乱の波長帯と、励起波長２によるラマン散乱の波長帯で、透過率がそれぞれ７５％、６６．７％、５０％、０％となっている。このような波長特性とすることで、いずれの励起波長においても、励起光パワーを均一化することができる。もちろん、切り替える励起波長は３つ以上でもよい。

次に、光学モジュール１００から分光器までの光学系について、図１０を用いて説明する。図１０は、光学モジュール１００から分光器５０までの光学系を説明するための模式図である。分光器５０は、入射スリット５１と分光部５２と２次元アレイ光検出器５３とを備えている。入射スリット５１の長手方向をスリット方向とする。

光学モジュール１００と分光器５０との間は、ファイババンドル４０で接続されている。ファイババンドル４０は、複数のファイバ４１を有している。例えば、それぞれのファイバ４１の入射端が図１の第２レンズアレイユニット１８０の貫通穴１８３に配置される。したがって、第２レンズ１８１で集光された信号光がファイバ４１に入射する。ファイバ４１はマルチモード光ファイバとなっている。

ここでは、８×２４個の焦点を形成する構成としているため、ファイババンドル４０は１９２本のファイバ４１を有している。ファイババンドル４０の入射端は、８×２４のアレイ状に配置される。１つの焦点からの信号光が１本のファイバ４１に入射する。信号光はファイバ４１の内部を伝播する。

ファイババンドル４０の出射端は、入射スリット５１に配置される。ファイバ４１内を伝播した信号光が入射スリット５１に入射する。ファイババンドル４０の出射端は入射スリット５１に沿って配置される。出射端では、スリット方向に沿って１９２本のファイバ４１が１列に配置される。入射スリット５１を通過した信号光は分光部５２に入射する。

分光部５２は、回折格子やプリズムなどの分光素子を備えている。分光部５２は、スリット方向と直交する方向に信号光を分光する。２次元アレイ光検出器５３は、複数の受光素子を備えている。複数の受光素子がスリット方向、及び分光方向に沿ってアレイ状に配列されている。２次元アレイ光検出器５３は、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等を有している。なお、スリット方向と分光方向は直交する方向でなくてもよい。

２次元アレイ光検出器５３の受光素子において、分光方向に沿った１行が１つの焦点からの信号光の分光スペクトルを示す。例えば、図１０に示す行Ａ、行Ｂ、及び行Ｃは、異なる焦点からの信号光の分光スペクトルを示している。このようにファイババンドル４０によって光学モジュール１００と分光器５０とを接続することで、多焦点からの信号光の分光スペクトルを短時間で測定することができる。つまり、１９２個の分光スペクトルを同時に測定することができる。

さらに、面精度の高い部品を光学モジュール１００に用いることで、大面積を均一に照明することができる。例えば、図１に示した第１レンズアレイユニット１２０、第１ホルダユニット１３０、第２ホルダユニット１５０、エッジフィルタユニット１７０、第２レンズアレイユニット１８０として、金属材料を加工した金属部品を用いることができる。このようにすることで、複数の光学モジュール１００を精度よくアレイ状に配置することができる。さらに、ダイクロイックミラー１４０等の設置角度の精度を向上することができる。また、それぞれの金属部品は迷光を吸収するように黒色に着色されていてもよい。

第１レンズアレイユニット１２０、第１ホルダユニット１３０、第２ホルダユニット１５０、エッジフィルタユニット１７０、第２レンズアレイユニット１８０は、例えば、固定ボルトなどを通すための穴が形成されていてもよい。

傾斜面１３５１と傾斜面１５５１と間にダイクロイックミラー１４０が保持されるとして説明したが、ダイクロイックミラー１４０以外のビームスプリッタが保持されていてもよい。つまり、傾斜面１３５１と傾斜面１５５１との間に保持されるビームスプリッタは、波長に応じて光を分岐するものでなくてもよい。換言すると、試料の照射される照射光と、試料からの信号光が同じ波長となっていてもよい。各ビームスプリッタの透過率及び反射率を適切に設定することで、多焦点を均一に照明することができる。

なお、上記の説明では下側から試料に励起光を照射する構成について説明したが、照射光を試料に入射する方向については特に限定されるものではない。例えば、試料の上側に光学モジュール１００を配置して、上側から試料に励起光を照射するようにしてもよい。多焦点光学装置は、分光測定装置以外に適用されてもよい。例えば、多焦点光学装置は、信号光を分光せずに検出する光検出器を有していてもよい。

実施の形態２
実施の形態２では、焦点をより多くするための構成を有している。実施の形態２について、図１１、及び図１２を用いて説明する。図１１、図１２は実施の形態２にかかる光学モジュール１００の構成を模式的に示す断面図、及び上面図である。なお、上記の実施の形態１と重複する内容については適宜説明を省略する。

実施の形態２では、光学モジュール１００の入射側に４分割光学素子２０１が追加されている。４分割光学素子２０１は、励起光Ｌ１００を４本のサブビームＬ１２０に分割する。ＸＹ平面において、サブビームＬ１２０は、２×２のアレイ状に形成される。励起光Ｌ１００の光量を１００％とすると、サブビームＬ１２０の光量は２５％となる。

そして、４本のサブビームＬ１２０が光学モジュール１００内に入射する。それぞれのサブビームＬ１２０はダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄに順次入射する。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄはサブビームＬ１２０を反射する。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄの透過率及び反射率は、実施の形態１と同様である。

光学モジュール１００にはサブビーム毎に第１レンズ１２１及び第２レンズ１８１のレンズ対が設けられている。図１２に示すように、ダイクロイックミラー１４０ａで反射された４本の励起光Ｌ１０１はそれぞれ異なる第１レンズ１２１に入射する。ダイクロイックミラー１４０ｂで反射された４本の励起光Ｌ１０２はそれぞれ異なる第１レンズ１２１に入射する。

それぞれの第１レンズ１２１で形成される焦点での励起光の光量は６．２５％（＝０．２５／４）となる。それぞれの焦点からの信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４が、第１レンズ１２１を介して、第２レンズ１８１に入射する。

このように光学モジュール１００の入射側に４分割光学素子２０１を配置する。これにより、焦点数を４倍にすることができる。例えば、図８の構成では９６個の焦点が形成されていたが、実施の形態２の構成を適用することで３８４個の焦点を形成することができる。

もちろん、励起光Ｌ１００をサブビームに分割する光学素子は、４分割光学素子２０１に限られるものではない。つまり、２本以上のサブビームに分割することができる光学素子を光学モジュールの入射側に配置すればよい。そして、第１レンズ１２１及び第２レンズ１８１のレンズ対をサブビーム毎に設ければよい。

実施の形態１では、ＸＹ平面視において、１枚のダイクロイックミラー１４０が１列分の第１レンズ１２１と重複する。これに対して、実施の形態２では、ＸＹ平面視において、１枚のダイクロイックミラー１４０が２列分の第１レンズ１２１と重複する。よって、より多くの焦点を形成することができる。

（変形例１）
変形例１について、図１３を用いて説明する。図１３は、光学モジュール１００において、１つの焦点に対する構成を模式的に示す断面図である。変形例１では、ダイクロイックミラー１４０の側端面１４１１の形状が異なっている。なお、側端面１４１１は励起光が入射する入射面の隣の面である。

ダイクロイックミラー１４０の側端面１４１１が励起光Ｌ１００の光軸と直交するように、エッジ部分をカットしている。つまり、側端面１４１１がＸＺ平面と平行になっている。このようにすることで、光学部品の位置決めを容易に行うことができる。また、省スペース化を実現することができる。特に、実施の形態２のように、焦点数を増やした場合に有効である。

（変形例２）
変形例２について、図１４を用いて説明する。図１４は、光学モジュール１００において、１つの焦点に対する構成を模式的に示す断面図である。変形例２では、ダイクロイックミラー１４０の下側に弾性部材１９１が追加されている。傾斜部１５５とダイクロイックミラー１４０との間に、弾性部材１９１が配置されている。つまり、傾斜面１５５１とダイクロイックミラー１４０との間に、弾性部材１９１が介在している。

弾性部材１９１は板バネである。あるいは、弾性部材１９１として、樹脂やゴムなどを用いることができる。弾性部材１９１は、ダイクロイックミラー１４０の周縁部に当接するように枠状に形成されている。励起光や信号光が入射する領域の外側において、弾性部材１９１がダイクロイックミラー１４０に接触している。このようにすることで、ダイクロイックミラー１４０を容易に固定することができる。つまり、弾性部材１９１によって、ダイクロイックミラー１４０を一意に固定することができる。よって、光学系の精度を向上することができる。

（変形例３）
変形例３について、図１５を用いて説明する。図１５は、第２レンズ１８１に集光される信号光Ｌ１１１を説明するための図である。変形例３では１つの第２レンズ１８１ａで集光された信号光Ｌ１１１がファイババンドル４００に集光している。ファイババンドル４００は複数のファイバ４０１を有している。１つの焦点からの信号光Ｌ１１１が複数のファイバ４０１に入射する。このようにすることで、分光器での検出光量を増加することができる。

（変形例４）
変形例４は、変形例３におけるファイババンドル４００の出射端側を模式的に示す図である。変形例４について、図１６を用いて説明する。図１６では、２つのファイババンドル４００が示されている。１つのファイババンドル４００は１つの第２レンズ１８１からの信号光を伝播している。つまり、２つのファイババンドル４００は、異なる焦点で発生した信号光を伝播している。ファイババンドル４００の出射端から出射した信号光Ｌ１１１、Ｌ１１２は、入射スリット５１に入射する。

ファイバ４０１の出射端は、スリット方向に沿って１列に配置される。そして、異なるファイババンドル４００では、ファイバ４０１の出射端がクロストークを避けるために間隔を開けて配置される。つまり、信号光Ｌ１１１と信号光Ｌ１１２が同じ受光素子で検出されないように、出射端側において２つのファイババンドル４００が離れて配置される。１つのファイババンドル４００では、ファイバ４０１の出射端が間隔を開けずに配置されている。このようにすることで、クロストークを抑制することができるため、検出精度を向上することができる。ファイバ４０１の出射端の配列は、１列に限定されるものでなく、複数列に配列されていても良い。つまり、ファイバ４０１の出射端がスリット方向に沿って配列されていればよい。

（変形例５）
変形例５では、ファイババンドル４００を用いずに、光学モジュール１００からの信号光を検出する構成となっている。具体的には、図１７に示すように光学モジュール１００に対向して２次元光検出器３５３が配置されている。２次元光検出器３５３は、アレイ状に配列された受光素子３５４を有するカメラである。つまり、それぞれの受光素子３５４がそれぞれの第２レンズ１８１と対向するように、Ｘ方向、及びＹ方向に沿って配列されている。そして、それぞれの受光素子３５４が第２レンズ１８１（図１７では不図示）での集光位置に配置されている。したがって、受光素子３５４は、第２レンズ１８１で集光された信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４を検出する画素となる。このようにすることで、異なる焦点で発生した信号光を独立に検出することができる。

また、図１７では、光学モジュール１００と２次元光検出器３５３とが対向配置されているが、光学モジュール１００と２次元光検出器３５３との間にミラーを介在させても良い。つまり、光学モジュール１００からの信号光Ｌ１１１～Ｌ１１４がミラーで反射されて２次元光検出器３５３に入射してもよい。あるいは、フォトダイオードなどの小型の受光素子３５４を２次元マトリクス状に配置しても良い。

（変形例６）
変形例６について、図１８、及び図１９を用い説明する。図１８は、複数のダイクロイックミラー１４０を通過する励起光Ｌ１００の光路を説明するための図である。図１９は、光路のシフトを考慮した場合の複数のダイクロイックミラー１４０の配置を示す図である。なお、光学モジュール１００の基本的構成は、上記と同様であるため、説明を省略する。

励起光Ｌ１００がダイクロイックミラー１４０を透過する度に、空気とダイクロイックミラー１４０との屈折率の違いによって、励起光Ｌ１００が屈折する。従って、図１８に示すように、励起光Ｌ１００がダイクロイックミラー１４０を透過する度に、励起光Ｌ１００の光路が－Ｚ方向にシフトしていく。そこで、変形例６では、屈折によるシフト量を考慮してダイクロイックミラー１４０を配置している。

具体的には、図１９に示すように、ダイクロイックミラー１４０ａ、ダイクロイックミラー１４０ｂ、ダイクロイックミラー１４０ｃ、ダイクロイックミラー１４０ｄのＺ位置が徐々にシフトしている。ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄのうち、ダイクロイックミラー１４０ａが最も＋Ｚ側に配置され、ダイクロイックミラー１４０ｄが最も－Ｚ側に配置されている。ダイクロイックミラー１４０ｂは、ダイクロイックミラー１４０ａよりも－Ｚ側に配置され、かつダイクロイックミラー１４０ｃよりも＋Ｚ側に配置されている。このように、＋Ｙ側に配置されているダイクロイックミラー１４０ほど－Ｚ側に配置される。

励起光Ｌ１００の進行方向（＋Ｙ方向）において最も手前側のダイクロイックミラー１４０ａが最も第１レンズ１２１ａに近くなっており、奥側に向かうにつれてダイクロイックミラー１４０が第１レンズ１２１ｄから遠くなっている。

さらに、ダイクロイックミラー１４０ａ～１４０ｄにおける光路が＋Ｚ方向にシフトするように第１ホルダユニット１３０及び第２ホルダユニット１５０を設計する。具体的には、図１、図５等で示した開口部１５６、励起光開口１５６２、開口部１３６、励起光開口１３６２等の位置をシフトすればよい。ダイクロイックミラー１４０ｂからダイクロイックミラー１４０ｃまでの光路が、ダイクロイックミラー１４０ａからダイクロイックミラー１４０ｂまでの光路よりも－Ｚ側にシフトするように、開口部１５６、励起光開口１５６２、開口部１３６、励起光開口１３６２等が配置される。さらに、ダイクロイックミラー１４０ｃからダイクロイックミラー１４０ｄまでの光路が、ダイクロイックミラー１４０ｂからダイクロイックミラー１４０ｃまでの光路よりも－Ｚ側にシフトするように、開口部１５６、励起光開口１５６２、開口部１３６、励起光開口１３６２等が配置される。これにより、より適切に励起光Ｌ１００を導くことができる。

また、第１レンズ１２１から第２レンズ１８１に向かう信号光の光路についても同様に、屈折によりシフトする。したがって、第１レンズ１２１からダイクロイックミラー１４０に向かう信号光の光路が、ダイクロイックミラー１４０から第２レンズ１８１に向かう信号光の光路よりも－Ｙ側になるように信号光開口１５６１、信号光開口１３６１等が配置されていてもよい。

（変形例７）
上記のように、励起光Ｌ１００がダイクロイックミラー１４０を透過する度に、空気とダイクロイックミラー１４０との屈折率の違いによって、励起光Ｌ１００が屈折する。そこで、変形例７では、ダイクロイックミラー１４０を通過する際の励起光Ｌ１００の屈折によるシフトを打ち消すように、励起光Ｌ１００の入射方向を傾けている。この点について、図２０を用いて説明する。

図２０では、Ｙ方向に沿って伝播する励起光Ｌ１００の光軸がわずかに＋Ｚ方向に傾いている。つまり、励起光Ｌ１００が＋Ｙ方向かつ＋Ｚ方向に進む。具体的には、ＸＹ平面が水平面であるとすると、励起光Ｌ１００の水平方向からずらして斜めに入射させる。励起光Ｌ１００の入射角度は、屈折によるビームシフト量、ウェルの間隔（例えば９６ウェルの場合、９ｍｍ間隔となる）、フィルタの厚み及び屈折率によって決まる。

このように、励起光Ｌ１００を斜めに入射させることで、ダイクロイックミラー１４０のＺ方向の位置（高さ）を同じにすることができる。ＸＹ平面（水平面）に対するダイクロイックミラー１４０の傾斜角度は、４５°よりも大きくなるよう配置する。つまり、図２０に示すように、ＹＺ平面視において、ダイクロイックミラー１４０の傾斜角度をＹ方向から４５°＋αの角度とする（アルファは正の値）。そして、上記したダイクロイックミラー１４０の反射率及び透過の波長特性をこの傾斜角度（４５°＋α）で有する設計とする。

その他の実施の形態
また、入射ビーム幅を検出ビーム幅よりも小さくなるようにしてもよい。これにより、入射の実効ＮＡは低く、検出の際には実効ＮＡを高くすることができる。よって、より多くの光を集めることができる。例えば、開口部１５６のサイズにより、ビーム幅を設定することができる。

ＸＺ平面視において、励起光開口１５６２を信号光開口１５６１よりも小さくしてもよい。これにより、回折がリセットされて、ビームの励起条件を揃えやすくすることができる。

また、ＤＬＳ（dynamic light scattering）等の暗視野計測への活用も可能である。励起光Ｌ１００の入射位置等を制限するための空間フィルタの機能を光学モジュール１００に持たせることもできる。これにより、多焦点の暗視野計測を可能にすることができる。

ウェル毎にプリズムを設置して、全反射照明をすることで、多焦点ＳＰＲセンサsurface plasmon resonance）として利用することができる。

各ウェルの入口、例えばレーザラインフィルタ１４１の位置にレンズを配置して、照明領域を制御することも可能である。試料上において、励起光によって照明される領域と、検出器に検出される領域を空間的にずらすことにより、多焦点の空間オフセットラマン分光への利用も可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

この出願は、２０２０年１２月２２日に出願された日本出願特願２０２０－２１２０３４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 多焦点光学装置
１１ 光源
１２ 光源
４０ ファイババンドル
４１ ファイバ
５０ 分光器
５１ 入射スリット
５２ 分光部
５３ ２次元光検出器
１００ 光学モジュール
１１０ マルチウェルプレート
１１１ ウェル
１２０ 第１レンズアレイユニット
１２１ 第１レンズ
１２２ 保持プレート
１３０ 第１ホルダユニット
１３１ 側壁
１３２ ベース部
１３５ 傾斜部（第１傾斜部）
１３５１ 傾斜面（第１傾斜面）
１３５２ 保持面（第１保持面）
１３６ 開口部
１３６１ 信号光開口
１３６２ 励起光開口
１４０ ダイクロイックミラー
１４１ レーザラインフィルタ
１５０ 第２ホルダユニット
１５１ 側壁
１５２ ベース部
１５３ 入射開口
１５５ 傾斜部（第２傾斜部）
１５５１ 傾斜面（第２傾斜面）
１５５２ 保持面（第２保持面）
１５６ 開口部
１５６１ 信号光開口
１５６２ 励起光開口
１５７１ フィルタ保持部
１５７２ ミラー保持部
１７０ エッジフィルタユニット
１７１ エッジフィルタ
１７２ 保持プレート
１７３ 貫通穴
１８０ 第２レンズアレイユニット
１８１ 第２レンズ
１８２ 保持ブロック
１８３ 貫通穴
１９１ 弾性部材

Claims (21)

1. 第１及び第２の方向に配列された観察用の多焦点を形成するための光学モジュールであって、
   前記多焦点を形成するために、照射光を集光する複数の第１レンズが前記第１及び第２の方向に配列された第１レンズアレイユニットと、
   前記第１及び第２の方向に配列された複数の第２レンズを備え、前記第１レンズからの信号光が入射する第２レンズアレイユニットと、
   前記第１レンズアレイユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記第２の方向に進む照射光を前記第１レンズに反射するとともに、前記第１レンズから信号光を透過する複数のビームスプリッタと、
   前記複数のビームスプリッタと、前記第１レンズアレイユニットとの間に配置された第１ホルダユニットと、
   前記複数のビームスプリッタと、前記第２レンズアレイユニットとの間に配置された第２ホルダユニットと、を備え、
   前記第２の方向に進む前記照射光が前記複数の前記ビームスプリッタに順番に入射するように、複数の前記ビームスプリッタは配列され、
   それぞれの前記ビームスプリッタは前記照射光の光軸に対して傾斜して配置され、
   前記第１ホルダユニットと前記第２ホルダユニットとが、前記複数のビームスプリッタを保持しており、
   前記第１の方向及び第２の方向を含む平面視において、１つの前記ビームスプリッタが、前記第１の方向に沿った１列に並んだ複数の前記第１レンズと重複するように配置され、
   前記信号光が前記照射光と異なる波長となっており、
   前記ビームスプリッタが光の波長に応じて前記信号光と前記照射光とを分岐するよう、前記信号光の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、
   前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が最も低くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が高くなっていき、
   前記第１ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第１傾斜面を有する複数の第１傾斜部を備え、
   前記第２ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第２傾斜面を有する複数の第２傾斜部を備え、
   前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に前記ビームスプリッタが保持されており、
   前記第１ホルダユニット及び第２ホルダユニットのそれぞれには、前記照射光が通過するために、第２の方向に沿った開口が設けられており、
   前記第１ホルダユニットには、前記信号光が通過するために、前記第１レンズと前記ビームスプリッタの間に信号光開口が設けられ、
   前記第２ホルダユニットには、前記信号光が通過するために、前記第２レンズと前記ビームスプリッタの間に信号光開口が設けられている、
   光学モジュール。
2. 前記第１傾斜部は前記第１傾斜面とは異なる面である第１保持面を有し、
   前記第２傾斜部は前記第２傾斜面とは異なる面である第２保持面を有し、
   前記第１保持面と前記第２保持面との間に、前記照射光であるレーザ光を透過するレーザラインフィルタが保持されている請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記第１傾斜面又は前記第２傾斜面と前記ビームスプリッタとの間に配置された弾性部材をさらに備えた請求項２に記載の光学モジュール。
4. 前記ビームスプリッタの側端面が前記第２の方向と直交するように、前記ビームスプリッタのエッジ部分がカットされている請求項１～３のいずれか１項に記載の光学モジュール。
5. 前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタが最も第１レンズに近くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタが第１レンズから遠くなっていく請求項１～４のいずれか１項に記載の光学モジュール。
6. それぞれの前記第１レンズが、試料に前記照射光を集光することで焦点を形成し、
   前記試料の焦点からの信号光が前記第１レンズを介して、前記ビームスプリッタに入射し、
   前記ビームスプリッタを透過した前記信号光が、前記第２レンズに入射する請求項１～５のいずれか１項に記載の光学モジュール。
7. 前記第２ホルダユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記ビームスプリッタを透過した前記信号光が入射するエッジフィルタを有するエッジフィルタユニットをさらに備え、
   前記ビームスプリッタに入射する前記照射光、及び、前記エッジフィルタに入射する前記信号光が平行光束となっている請求項１～６のいずれか１項に記載の光学モジュール。
8. 第１モジュールと第２モジュールとを備えた光学モジュールであって、
   前記第１モジュール及び第２モジュールのそれぞれが請求項１～７のいずれか１項に記載の光学モジュールであり、
   前記第１モジュールに対する前記照射光の入射方向と、前記第２モジュールに対する前記照射光の入射方向が反対になっている光学モジュール。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の光学モジュールと、
   前記照射光を発生する光源と、
   前記第２レンズで集光された信号光が入射するファイバを複数有するファイババンドルと、を備えた多焦点光学装置。
10. 請求項１～８のいずれか１項に記載の光学モジュールと、
    前記照射光を発生する光源と、
    前記第２レンズで集光された信号光を検出する２次元アレイ光検出器と、を備えた多焦点光学装置。
11. 照射光を発生する光源と、
    前記照射光を用いて、第１及び第２の方向に配列された観察用の多焦点を形成する第１モジュールと、
    を備え、
    前記第１モジュールは、
    前記多焦点を形成するために、照射光を集光する複数の第１レンズが前記第１及び第２の方向に配列された第１レンズアレイユニットと、
    前記第１及び第２の方向に配列された複数の第２レンズを備え、前記第１レンズから入射した信号光を集光する第２レンズアレイユニットと、
    前記第１レンズアレイユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記第２の方向に進む照射光を前記第１レンズに反射するとともに、前記第１レンズから信号光を透過する複数のビームスプリッタと、
    前記複数のビームスプリッタと、前記第１レンズアレイユニットとの間に配置された第１ホルダユニットと、
    前記複数のビームスプリッタと、前記第２レンズアレイユニットとの間に配置された第２ホルダユニットと、を備え、
    前記第２の方向に進む前記照射光が前記複数の前記ビームスプリッタに順番に入射するように、複数の前記ビームスプリッタは配列され、
    それぞれの前記ビームスプリッタは前記照射光の光軸に対して傾斜して配置され、
    第１の方向及び第２の方向を含む平面視において、１つの前記ビームスプリッタが、前記第１の方向に沿った１列に並んだ複数の前記第１レンズと重複するように配置され、
    前記信号光が前記照射光と異なる波長となっており、
    前記ビームスプリッタが光の波長に応じて前記信号光と前記照射光とを分岐するよう、前記信号光の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、
    前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が最も低くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が高くなっていき、
    前記第１ホルダユニットと前記第２ホルダユニットとが、前記複数のビームスプリッタを保持しており、
    前記第１ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第１傾斜面を有する複数の第１傾斜部を備え、
    前記第２ホルダユニットは、前記ビームスプリッタに沿った第２傾斜面を有する複数の第２傾斜部を備え、
    前記第１傾斜面と前記第２傾斜面との間に前記ビームスプリッタが保持されており、
    前記第１ホルダユニット及び第２ホルダユニットのそれぞれには、前記照射光が通過するために、第２の方向に沿った開口が設けられており、
    前記第１ホルダユニットには、前記信号光が通過するために、前記第１レンズと前記ビームスプリッタの間に信号光開口が設けられ、
    前記第２ホルダユニットには、前記信号光が通過するために、前記第２レンズと前記ビームスプリッタの間に信号光開口が設けられている、
    多焦点光学装置。
12. 隣接する前記ビームスプリッタの間に配置されたレーザラインフィルタを備え、
    前記レーザラインフィルタが前記照射光であるレーザ光を透過する請求項１１に記載の多焦点光学装置。
13. 前記第１モジュールからの信号光が入射するファイバを複数有するファイババンドルをさらに備え、
    １つの前記第２レンズで集光された信号光が複数の前記ファイバに入射する請求項１１、又は１２に記載の多焦点光学装置。
14. 異なる前記第２レンズで集光された信号光を伝播する複数の前記ファイバが間隔を開けて配置されている請求項１３に記載の多焦点光学装置。
15. 前記ファイババンドルから出射した信号光を分光して検出する分光器を備え、
    前記分光器が入射スリットと、
    前記入射スリットを通過した前記信号光を分光する分光部と、
    前記分光部で分光された信号光を検出する２次元アレイ光検出器と、を備え、
    前記ファイババンドルの出射端において、前記ファイバが前記入射スリットの長手方向に沿って配列されている請求項１３、又は１４に記載の多焦点光学装置。
16. 前記第２レンズで集光された信号光を検出する受光素子が配列された２次元アレイ光検出器をさらに備えた請求項１１、又は１２に記載の多焦点光学装置。
17. 複数の前記光源が設けられており、
    前記複数の光源からの前記照射光を前記第１モジュールの入射開口に入射させている請求項１１～１６のいずれか１項に記載の多焦点光学装置。
18. それぞれの前記第１レンズが、試料に前記照射光を集光することで焦点を形成し、
    前記試料の焦点からの信号光が前記第１レンズを介して、前記ビームスプリッタに入射し、
    前記ビームスプリッタを透過した前記信号光が、前記第２レンズに入射する請求項１１～１７のいずれか１項に記載の多焦点光学装置。
19. 前記ビームスプリッタと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記ビームスプリッタを透過した前記信号光が入射するエッジフィルタを有するエッジフィルタユニットをさらに備え、
    前記ビームスプリッタに入射する前記照射光、及び、前記エッジフィルタに入射する前記信号光が平行光束となっている請求項１１～１８のいずれか１項に記載の多焦点光学装置。
20. 第２モジュールをさらに備え、
    前記第２モジュールは、
    前記多焦点を形成するために、照射光を集光する複数の第１レンズが前記第１及び第２の方向に配列された第１レンズアレイユニットと、
    前記第１及び第２の方向に配列された複数の第２レンズを備え、前記第１レンズから入射した信号光を集光する第２レンズアレイユニットと、
    前記第１レンズアレイユニットと前記第２レンズアレイユニットとの間に配置され、前記第２の方向に進む照射光を前記第１レンズに反射するとともに、前記第１レンズから信号光を透過する複数のビームスプリッタと、
    前記第２の方向に進む前記照射光が前記複数の前記ビームスプリッタに順番に入射するように、複数の前記ビームスプリッタは配列され、
    それぞれの前記ビームスプリッタは前記照射光の光軸に対して傾斜して配置され、
    第１の方向及び第２の方向を含む平面視において、１つの前記ビームスプリッタが、前記第１の方向に沿った１列に並んだ複数の前記第１レンズと重複するように配置され、
    前記信号光が前記照射光と異なる波長となっており、
    前記ビームスプリッタが光の波長に応じて前記信号光と前記照射光とを分岐するよう、前記信号光の波長の光を透過し、
    前記照射光の進行方向において最も手前側の前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が最も低くなっており、前記進行方向の奥側に向かうにつれて前記ビームスプリッタの前記照射光の波長における反射率が高くなっていき、
    前記第１モジュールに対する前記照射光の入射方向が、前記第２モジュールに対する前記照射光の入射方向と反対になっている請求項１１～１９のいずれか１項に記載の多焦点光学装置。
21. 前記光源が複数設けられており、
    複数の前記光源の波長が異なっており、複数の前記光源が切替え可能になっている請求項１１～２０のいずれか１項に記載の多焦点光学装置。

Images