WO2014103793A1 - 分光器及び顕微分光システム - Google Patents

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    • G02B21/0064—Optical details of the image generation multi-spectral or wavelength-selective arrangements, e.g. wavelength fan-out, chromatic profiling

Definitions

  • the present invention relates to a spectroscope and a microspectroscopic system.
  • Fluorescence microscopes require some form of spectroscopic function on the principle that fluorescence must be separated and detected from excitation light.
  • an apparatus for acquiring multiple excitation light and multiple fluorescence images of a multiple-stained specimen an apparatus that guides the separated fluorescence to a plurality of light receivers via a mirror array made of micromirrors is disclosed (for example, Patent Documents). 1).
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a spectroscope capable of obtaining better signal light with a light receiver and a microspectroscopic system having the spectroscope.
  • a spectroscope receives a spectroscopic light, a spectroscopic element that splits signal light, a first optical system that collects spectroscopic light dispersed by the spectroscopic element, and the spectroscopic light.
  • a light receiver, and the light receiver includes a plurality of regions having wavelength characteristics with different sensitivities for detecting spectroscopic light.
  • a microspectroscopic system includes a microscope that scans light from a light source and collects it on a specimen through an objective lens, and collects signal light emitted from the specimen through the objective lens, and the microscope.
  • a microscope that scans light from a light source and collects it on a specimen through an objective lens, and collects signal light emitted from the specimen through the objective lens, and the microscope.
  • One of the above-described spectroscopes that spectrally detects signal light from the above.
  • a signal can be acquired in a light receiving region with better sensitivity in the light receiver.
  • the microspectroscopic system 1 includes a confocal microscope having a light source system 10, a confocal unit 20 and a microscope 30, a spectroscope 40, and a control unit 50.
  • the confocal unit 20 and the spectroscope 40 are optically connected by an optical fiber 28 via fiber couplers 29a and 29b.
  • the light source system 10 includes a laser device 11, an optical fiber 13, and fiber couplers 12 and 14.
  • the laser device 11 includes, for example, a laser diode, and emits illumination light having a target wavelength characteristic. This illumination light is guided to the confocal unit 20 via the optical fiber 13. In the example of FIG. 1, the illumination light is excitation light for exciting the specimen 33 to emit fluorescence.
  • the confocal unit 20 includes a collimating lens 21 that converts illumination light from the light source system 10 into a substantially parallel light beam, a dichroic mirror 22, a scanning unit 23, a scanner lens 24, a condensing lens 25, and a pinhole 26a.
  • a pinhole plate 26 and a relay lens 27 are provided.
  • the microscope 30 includes a second objective lens 31 and an objective lens 32, and a stage 34 on which the specimen 33 is placed.
  • the confocal unit 20 and the microscope 30 are combined to form a scanning confocal microscope.
  • the dichroic mirror 22 is configured to reflect the laser light emitted from the light source system 10 toward the microscope 30 and transmit the fluorescence emitted from the specimen 33 excited by the laser light.
  • the image side focal point of the condenser lens 25 is disposed so as to substantially coincide with the pinhole 26 a of the pinhole plate 26.
  • Laser light (excitation light) emitted from the laser device 11 of the light source system 10 that is a light source is introduced into the optical fiber 13 through the fiber coupler 12. Further, the laser light passing through the optical fiber 13 enters the collimating lens 21 of the confocal unit 20 from the fiber coupler 14. The laser light is converted into substantially parallel light by the collimator lens 21, then reflected by the dichroic mirror 22 to the optical path on the microscope 30 side, and applied to the scanning unit 23 and the scanner lens 24, which are composed of two orthogonally arranged galvanometer mirrors. Introduced and scanned in two dimensions. The scanned laser light is made into substantially parallel light by the second objective lens 31, condensed by the objective lens 32, and condensed at one point on the specimen 33.
  • the position on the specimen 33 scanned two-dimensionally by the scanning unit 23 is controlled by controlling the operation of the galvanometer mirror in the scanning unit 23 by the control unit 50. Then, the fluorescence (signal light) emitted from the specimen 33 excited by the laser light is converted into substantially parallel light by the objective lens 32, and follows the path opposite to the laser light (excitation light) to the dichroic mirror 22. Incident. Further, the fluorescence incident on the dichroic mirror 22 passes through the dichroic mirror 22 and is collected by the condenser lens 25 onto the pinhole 26 a of the pinhole plate 26.
  • the light that has passed through the pinhole 26a is guided to the optical fiber 28 from the fiber coupler 29a via the relay lens 27.
  • the relay lens 27 As shown in FIG. 1, the light that has passed through the pinhole 26a becomes a divergent light beam as it is, and is condensed again, and apparently appears at the opening end of the optical fiber 28. Even with a small aperture diameter, it becomes possible to enter effectively (with little loss).
  • the condensing point formed in the pinhole 26a is an image of a light spot on the specimen 33, even if there is light emitted from another point on the specimen 33, the pinhole 26a. Then, an image is not formed and is blocked by the pinhole plate 26 and hardly reaches the fiber coupler 29a. Therefore, only the light that can pass through the pinhole 26 a can reach the fiber coupler 29 a via the relay lens 27.
  • the scanning confocal microscope is a microscope capable of observing a specimen not only with high lateral resolution but also with high vertical resolution.
  • Fluorescence incident on the fiber coupler 29a passes through the optical fiber 28 and is introduced into the spectroscope 40 via the fiber coupler 29b.
  • the spectroscope 40 includes a collimating optical system 41 that makes signal light (fluorescence in the example of FIG. 1) incident from an optical fiber 28 a substantially parallel light beam, and a wavelength dispersion element having spectral characteristics.
  • a diffraction grating 42 (hereinafter referred to as a “spectral element”), a reflecting mirror array 44 in which minute reflecting mirrors (micro mirrors) are arranged in one or two dimensions to form a reflecting surface, and wavelength dispersion by the diffraction grating 42
  • the collected optical system 43 that is a first optical system that collects the received signal light (spectral light) two-dimensionally on the reflecting surface of the reflector array 44, and a plurality of light receiving units that form a plurality of detection regions 46a.
  • a light receiver 46 having a light receiving element array in which elements 46b are arranged in an array and forming a light receiving area, and signal light (spectral light) reflected by the reflecting mirror array 44 is imaged on the light receiving area of the light receiver 46.
  • a projection optical system 45 which is a second optical system to be To.
  • the optical axis direction of the spectroscope 40 (the central direction in which the signal light emitted from the optical fiber 28 travels) is the Z axis
  • the horizontal direction is the X axis
  • the vertical direction is the Y axis in a plane orthogonal to the optical axis.
  • the reflector array is analog controlled, and each micromirror can be set at an arbitrary angle.
  • a product made by Adamant Industries is used, but the present invention is not limited to this.
  • the reflective array can be manufactured using known MEMS technology.
  • the signal light introduced by the optical fiber 28 is converted into substantially parallel light by the collimating optical system 41 and irradiated to the diffraction grating 42.
  • this diffraction grating 42 a plurality of diffraction grating grooves extending in the X-axis direction are engraved along the Y-axis direction at minute intervals. For this reason, the signal light incident on the diffraction grating 42 is diffracted in the Y-axis direction. At this time, since the diffraction angle is determined by the wavelength, the signal light is dispersed and dispersed in the Y-axis direction according to the wavelength.
  • the spectral direction by the diffraction grating 42 corresponds to the Y-axis direction
  • the direction orthogonal to the spectral direction corresponds to the X-axis direction.
  • the diffraction grating 42 is described as a reflection type, but it can also be configured as a transmission type. Further, the diffraction grating 42 can be constituted by a relief type or a VPHG (Volume Phase Holographic Grating).
  • the signal light (spectral light) thus dispersed is incident on the condensing optical system 43.
  • the condensing optical system 43 is configured so that the refractive powers in the X-axis direction and the Y-axis direction are different.
  • the refractive power in the Y-axis direction is larger than the refractive power in the X-axis direction. It is configured.
  • a cylindrical lens having a refractive power only in the Y-axis direction can be used as the two-dimensional condensing optical system 43.
  • the spectroscopic light incident on the condensing optical system 43 has an optical pattern having the same length in the X-axis direction but having a different light wavelength for each line arranged in the Y-axis direction. Projected on top.
  • the spectral light LI1 diffracted by the diffraction grating 42 to the upper side in the Y-axis direction is an optical pattern IM11 (line image) on the upper side in the Y-axis direction of the reflector array 44 by the condensing optical system 43 It is condensed as.
  • the spectral light LI2 diffracted downward in the Y-axis direction by the diffraction grating 42 is condensed as an optical pattern IM12 (line image) by the condensing optical system 43 on the lower side in the Y-axis direction of the reflector array 44. .
  • the reflecting mirror array 44 is configured such that micromirrors 44a having a structure as shown in FIG. 3 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • an electrode 44d is disposed on the upper surface of the drive base 44e, and a frame 44b that supports a micromirror 44a disposed so as to cover the upper surface by a hinge (shaft) 44c is disposed.
  • Each of the micromirrors 44a has a predetermined one-dimensional structure based on a voltage applied to the electrode 44d disposed on the drive base 44e around the hinge 44c supported by the frame 44b based on a signal from the controller 50.
  • the mirror surface can be tilted (rotated) in the direction (X-axis direction that is a direction substantially orthogonal to the spectral direction in the present embodiment).
  • X-axis direction that is a direction substantially orthogonal to the spectral direction in the present embodiment.
  • the micromirror 44a has a square or an aspect ratio close to that of the square, if the required vertical width and horizontal width of the reflector array 44 are not large, a two-dimensional array is used and the X-axis direction is used.
  • the present invention is not limited to the reflecting mirror array 44 composed of a plurality of micromirrors 44a, but may be a microdeflecting member (array) composed of microdeflecting elements that deflect spectroscopic light.
  • the signal light (spectral light) reflected by the reflector array 44 is guided to the light receiver 46 by the projection optical system 45.
  • the light receiver 46 includes a detection region 46a composed of a rectangular region having a long side in the Y-axis direction and a short side in the X-axis direction.
  • the plurality of detection regions 46a are in the X-axis direction, that is, the reflector array 44.
  • Each detection region 46a is divided into a plurality of sub-regions arranged in the Y-axis direction, that is, in the direction in which the signal light is split by the diffraction grating 42 which is a spectroscopic element.
  • a case where two regions of the first sub region 46a1 and the second sub region 46a2 are formed will be described.
  • two or more light receiving elements 46b arranged in the Y-axis direction are arranged in each of the detection areas 46a, and each of these light receiving elements 46b is configured to belong to one of the sub areas described above. ing.
  • the light receiving element 46b is a photoelectric conversion element (PMT).
  • the light receiving element 46b disposed in each of the two sub-regions 46a1 and 46a2 shown in FIG. 4 is configured so that the sensitivity (conversion efficiency) of photoelectric conversion with respect to the wavelength of incident light differs for each of the sub-regions 46a1 and 46a2.
  • Has been. 4 shows a case where the detection area 46a is divided into two sub-areas 46a1 and 46a2.
  • the present invention is not limited to this, and the detection area 46a may be divided into three or more areas. Also, as shown in FIG.
  • the light receiving element 46b may be formed in a rectangular shape, and the adjacent light receiving elements 46b may be arranged in close contact with each other.
  • At least one light-receiving element 46a may be arranged in each sub-region.
  • the projection optical system 45 includes a first condenser lens 45a having a refractive power that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and a second condenser lens in which the refractive power in the Y-axis direction is larger than the refractive power in the X-axis direction. 45b, and is designed so that the combined focal length differs between the Y-axis direction and the X-axis direction.
  • a cylindrical lens having a refractive power only in the Y-axis direction can be used as the second condenser lens 45b of the projection optical system 45.
  • the order in which the first condenser lens 45a and the second condenser lens 45b are arranged in the optical axis direction may be reversed.
  • the focal length in the X-axis direction of the projection optical system 45 is designed to be equal to the distance L2 between the principal surface in the X-axis direction of the projection optical system 45 and the light receiver 46.
  • the control unit 50 controls the tilt angle of the micromirrors 44a of the reflector array 44 to configure the light receiver 46 depending on the reflection direction of the signal light (spectral light) by the micromirrors 44a on the reflector array 44. It is possible to select which detection region 46a of the plurality of detection regions 46a the signal light (spectral light) is incident on.
  • the reflector array 44 and the light receiver 46 are designed to be conjugate.
  • the focal length f in the Y-axis direction is designed to satisfy the following expression (1).
  • the magnification in the Y-axis direction of the projection optical system 45 needs to be less than or equal to the ratio between the size of the detection area 46a and the size of the reflecting surface of the reflector array 44.
  • the magnification of the projection optical system 45 is equal to the ratio between the distance L2 and the distance L1, the relationship of the following equation (2) needs to be satisfied.
  • the light receiving region of the light receiver 46 is divided into a plurality of sub-regions arranged in the Y-axis direction (wavelength dispersion direction).
  • the wavelength band that needs to be detected by the light receiver 46 is ⁇ s to ⁇ f (assuming that ⁇ s ⁇ f), and the preset wavelength that is detected in each of the first sub-region 46a1 and the second sub-region 46a2.
  • Let the boundary wavelength of the range be ⁇ o.
  • a light receiving region having high efficiency with respect to light having a wavelength ⁇ s to ⁇ o is defined as a first sub region 46a1
  • a light receiving region having high efficiency with respect to light having a wavelength ⁇ o to ⁇ f is defined as a second sub region 46a2. .
  • the height of the light receiving area (detection area 46a) of the light receiver 46 in the Y-axis direction (wavelength dispersion direction) is h
  • the height of the first sub area 46a1 is h1
  • the height of the second sub area 46a2 is h.
  • h1 h ⁇ ( ⁇ o ⁇ s) / ( ⁇ f ⁇ s)
  • h2 h ⁇ ( ⁇ f ⁇ o) / ( ⁇ f ⁇ s) (3)
  • a gallium arsenide phosphorus (GaAsP) crystal photocathode is used for the first subregion 46a1
  • a gallium arsenide (GaAs) crystal photocathode is used for the second subregion 46a2.
  • each line composed of the micromirrors 44a arranged in the X-axis direction of the reflector array 44 is spectrally separated and signal lights having different wavelengths are incident. Therefore, as shown in FIG. 2B, by controlling the inclination angle of the micromirror 44a for each line, it is possible to control which detection region 46a the spectrally separated signal light enters for each wavelength. it can.
  • the reflected light LO1 of the light pattern IM11 collected on the upper side in the Y-axis direction of the reflector array 44 is condensed on the detection region 46a on the left side in the X-axis direction to form an image IM21.
  • the reflected light LO2 of the light pattern IM12 condensed on the lower side in the axial direction is condensed on the detection region 46a on the right side in the X-axis direction to form an image IM22.
  • which of the first and second sub-regions 46a1 and 46a2 forms an image in each detection region 46a is determined by the spectral direction by the diffraction grating 42, that is, the wavelength of the dispersed light. Therefore, by appropriately determining the sizes of the first and second sub-regions 46a1 and 46a2 according to the above-described formula (3), it is related to the direction (tilt angle) of the micromirrors 44a of the reflector array 44. Instead, each of the spectroscopic lights can be condensed on a sub-region that is sensitive to the wavelength of each light.
  • Each of the light receiving elements 46b arranged in the detection region 46a of the light receiver 46 detects the intensity of the spectral light incident on these light receiving elements 46b, and the detected value is passed to the control unit 50. And is output as an image to a display device (not shown).
  • the focal length fc of the collimating optical system 41 may be set so that the width of the light beam after passing through the collimating optical system 41 is approximately equal to the lateral width (X-axis direction width) of the reflector array 44. If the width of the reflecting mirror array 44 in the X-axis direction is W, the following conditional expression (4) may be satisfied. NAf is the numerical aperture of the optical fiber 28.
  • the diffraction grating 42 has a grating constant d in order to spectrally detect signal light in the range of ⁇ 1 to ⁇ 2.
  • the angle of incidence ⁇ 2 from the diffraction grating 42 is in the range from sin ⁇ 1 ( ⁇ 1 / d ⁇ sin ⁇ 1) to sin ⁇ 1 ( ⁇ 2 / d ⁇ sin ⁇ 1). It becomes. Therefore, the half angle of view ⁇ of the spectral light emitted from the diffraction grating 42 is expressed by the following equation (5).
  • the focal length f1 of the condensing optical system 43 in the Y-axis direction is Conditional expression (6) may be satisfied.
  • the focal length of the projection optical system 45 includes a focal length f2T in the X-axis direction and a focal length f2L in the Y-axis direction, which are determined as follows.
  • the lateral width (width in the X-axis direction) of one detection region 46a in the light receiver 46 is WdT
  • Nd detection regions 46a are arranged in the X-axis direction
  • each micromirror 44a of the reflector array 44 is ⁇ ⁇ m.
  • the vertical width (width in the Y-axis direction (height h)) of the reflector array 44 is PSLM ⁇ NSLM. Therefore, the component in the Y-axis direction of the spectroscopic light reflected by the reflecting mirror array 44 is condensed by the projection optical system 45 and becomes the vertical width (Y-axis direction width) WdL of the detection region 46a. Therefore, the magnification M of the projection optical system 45 may be set to the following expression (8).
  • the focal length f2L in the Y-axis direction of the projection optical system 45 is equal to the focal length f2T in the X-axis direction of the projection optical system 45 because the distance L2 from the projection optical system 45 to the light receiver 46 is the same as that of the reflecting mirror array 44. If the distance from the principal plane of the projection optical system 45 in the Y-axis direction is L1, the following equation (9) is expressed from the relationship of the above equation (1).
  • the detection region 46a to which the spectral light for each wavelength separated by the diffraction grating 42 is incident is determined by user setting (for example, selection of the detection region 46a used in the light receiver 46, designation of the fluorescent dye (fluorescent dye and A correspondence table of fluorescence wavelengths is stored in the storage unit in the control unit 50), a fluorescence wavelength region (detection wavelength range) to be acquired, an excitation wavelength designation, and the like, and the calculation method described above and the calculation method described later are used.
  • the selection can be made by controlling the tilt angle of the micromirrors 44a of the reflector array 44 based on the signal calculated by the controller 50.
  • the micromirrors 44a on the reflector array 44 are desirably arranged one-dimensionally in the Y-axis direction, but the micromirrors 44a are arranged two-dimensionally. It does not matter. At that time, the micromirrors 44a that are at the same height in the Y-axis direction and are aligned in the X-axis direction may be controlled to have the same reflection angle.
  • the inclination of the micromirror 44a corresponding to the wavelength of the light on the reflector array 44 is increased.
  • the detection region 46a that constitutes the light receiver 46 is blanked from the detection region 46a, so that the excitation light that does not need to be detected is condensed at that position. By controlling this, it is possible to prevent unnecessary light from entering the light receiver 46.
  • the plurality of detection regions 46a configuring the light receiver 46 by rotating (shaking) the micromirrors 44a configuring the reflecting mirror array 44 in the X-axis direction.
  • Spectral light can be entered by selecting one of them, and the wavelength resolution and the acquisition wavelength region can be arbitrarily changed.
  • the entire spatial modulation element 44 on which the dispersed light is projected can be projected onto one detection region 46a.
  • Each detection region 46a is composed of a plurality of subregions arranged in the Y-axis direction (two subregions 46a1 and 46a2 in FIG. 4), and each subregion is configured to have different sensitivity to the wavelength of light incident thereon.
  • the light is condensed in the sub-region having the optimum sensitivity according to the wavelength of the light split by the diffraction grating 42. Therefore, even if the wavelength resolution or the acquisition wavelength band is changed, the fluorescence wavelength can always be acquired in the light receiving region having the optimum sensitivity.
  • micromirrors 44a of the reflector array 44 on which the excitation light is incident can be deflected in a predetermined direction by controlling the tilt angle of the micromirrors 44a so that the excitation light does not enter the light receiver 46. .
  • the spectroscope 40 since the spectroscope 40 according to the first embodiment uses the optical fiber 28 as the incident end, it can be easily connected to a confocal microscope. That is, in general, in a confocal microscope, light detection is performed by a photodetector connected to a pinhole, but light after passing through the pinhole is incident on the optical fiber so that light can be easily introduced into the optical fiber. Can be done. In this manner, a spectroscope suitable for a confocal microscope having a spectroscopic function can be configured.
  • FIG. 6 shows the configuration of the spectrometer 140 according to the second embodiment.
  • the difference from the spectroscope 40 according to the first embodiment is that the emission end of the optical fiber 28 and the reflector array 44 are in a conjugate relationship in the lateral direction (X-axis direction in the XZ cross section). That is, the diffraction grating 42 and the light receiving region of the light receiver 46 have a conjugate relationship in the axial direction.
  • the relationship in the vertical direction (Y-axis direction) is the same as that in the first embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a spectroscope 140 shown in FIG. 6A includes a collimating optical system 41 that makes signal light incident from the optical fiber 28 substantially parallel light, a diffraction grating 42 that is a wavelength dispersion element (spectral element) having spectral characteristics, A reflecting mirror array 44 in which micromirrors are arranged two-dimensionally, and a condensing optical system that condenses signal light (spectral light) that has undergone wavelength dispersion by the diffraction grating 42 on the reflecting surface of the reflecting mirror array 44 in a one-dimensional manner.
  • a collimating optical system 41 that makes signal light incident from the optical fiber 28 substantially parallel light
  • a diffraction grating 42 that is a wavelength dispersion element (spectral element) having spectral characteristics
  • a reflecting mirror array 44 in which micromirrors are arranged two-dimensionally
  • a condensing optical system that condenses signal light (spectral light) that has undergone wavelength dispersion by the diffraction grat
  • a light receiver 46 having a light receiving element array in which a plurality of light receiving elements 46b forming a plurality of detection regions 46a are arranged in an array in the X-axis direction, and light reflected by the reflecting mirror array 44
  • a projection optical system 45 that forms an image in the light receiving region.
  • the signal light taken in via the optical fiber 28 is converted into substantially parallel light by the collimating optical system 41 and irradiated to the diffraction grating 42.
  • This signal light is dispersed at different angles for each wavelength by the diffraction grating 42 and is collected on the reflecting mirror array 44 by the condensing optical system 143.
  • the reflector array 44 has the configuration shown in FIG. 3 as in the first embodiment.
  • the condensing optical system 143 has a refractive power rotationally symmetric with respect to the optical axis.
  • the spectral light LI1 diffracted by the diffraction grating 42 to the upper side in the Y-axis direction is condensed as a point image IM11 on the upper side in the Y-axis direction of the reflecting mirror array 44 by the condensing optical system 143.
  • the spectroscopic light LI2 diffracted by the diffraction grating 42 to the lower side in the Y-axis direction is condensed as a point image IM12 by the condensing optical system 143 on the lower side in the Y-axis direction of the reflecting mirror array 44.
  • the projection optical system 45 includes a first condenser lens 45a having a refractive power rotationally symmetric with respect to the optical axis and a second condenser lens 45b composed of, for example, a cylindrical lens.
  • the combined focal length is designed to be different between the Y-axis direction and the X-axis direction.
  • the focal length in the X-axis direction of the projection optical system 45 is equal to the distance L22 between the X-axis direction main surface of the projection optical system 45 and the light receiver 46, as in the first embodiment. As shown in FIG. 6B, this depends on the reflection direction (direction of the reflected light LO1) of the signal light (spectral light LI1) by the micromirrors 44a on the reflecting mirror array 44. It is possible to select which detection region 46a of the plurality of detection regions 46a constituting the light receiver 46 is incident on the signal light.
  • the focal length in the Y-axis direction of the projection optical system 45 is designed so that the reflector array 44 and the light receiver 46 are conjugated as in the first embodiment. That is, when the distance between the reflecting mirror array 44 and the principal plane in the Y-axis direction of the projection optical system 45 is L21, the focal length f is set to have the relationship of the following equation (11).
  • the magnification of the projection optical system 45 in the Y-axis direction needs to be less than or equal to the ratio between the size of the detection area 46a and the size of the reflecting surface of the reflector array 44.
  • the magnification of the projection optical system 45 is equal to the ratio between the distance L22 and the distance L21, it is necessary to satisfy the relationship of the following equation (12).
  • the heights h1 and h2 of the two sub-regions 46a1 and 46a2 constituting the detection region 46a of the light receiver 46 are expressed by the above-described formula (3) As described above.
  • the focal length fc of the collimating optical system 41 may be set so that the width of the light beam after passing through the collimating optical system 41 is approximately equal to the lateral width (width in the X-axis direction) of the detection region 46a. If the width in the X-axis direction of the mirror array 44 is W ′, the relationship of the following equation (13) may be satisfied. However, NAf is the numerical aperture of the optical fiber 28, and f22T and f21 are the focal length in the X-axis direction of the projection optical system 45 and the focal length of the condensing optical system 143, respectively, determined from the following equations.
  • a diffraction grating having a grating constant d is used, and the incident angle to the diffraction grating 42 is set.
  • the output angle ⁇ 2 from the diffraction grating 42 is in a range from sin ⁇ 1 ( ⁇ 1 / d ⁇ sin ⁇ 1) to sin ⁇ 1 ( ⁇ 2 / d ⁇ sin ⁇ 1). Therefore, the half angle of view ⁇ of the spectral light emitted from the diffraction grating 42 is expressed by the equation (5) shown in the first embodiment.
  • the focal length f21 of the condensing optical system 143 is expressed by the following conditional expression (14 ) Should be satisfied.
  • the focal length of the projection optical system 45 includes a focal length f22T in the X-axis direction and a focal length f22L in the Y-axis direction, which are determined as follows.
  • the lateral width (width in the X-axis direction) of one detection region 46a in the light receiver 46 is WdT
  • Nd detection regions 46a are arranged in the X-axis direction
  • each micromirror 44a of the reflector array 44 is ⁇ ⁇ m.
  • the vertical width (Y-axis direction width) of the reflector array 44 is expressed as PSLM ⁇ NSLM. Therefore, of the spectral light reflected by the reflecting mirror array 44, the light extending in the Y-axis direction is collected by the projection optical system 45 and put into the vertical width (Y-axis direction width) WdL of the detection region 46a. Therefore, the magnification M of the projection optical system 45 may be set to the expression (8) shown in the first embodiment.
  • the focal length f22L in the Y-axis direction of the projection optical system 45 is the same as the distance L22 from the projection optical system 45 to the light receiver 46 is equal to the lateral focal length f22T of the projection optical system 45. If the distance between the optical system 45 and the principal surface in the Y-axis direction is L21, the following equation (16) is obtained from the relationship of the above equation (11).
  • the micromirror that reflects the fluorescence wavelength by the reflecting mirror array 44 The inclination ⁇ of 44a may be controlled so as to satisfy the following equation (17).
  • the reflected light LO1 of the point image IM11 collected on the upper side in the Y-axis direction of the reflecting mirror array 44 is condensed on the detection region 46a on the left side in the X-axis direction and image IM21.
  • the reflected light LO2 of the point image IM12 collected on the lower side in the Y-axis direction of the reflector array 44 is condensed on the detection region 46a on the right side in the X-axis direction to form an image IM22.
  • the images IM21 and IM22 of the point images IM11 and IM12 formed by the projection optical system 45 are linear light patterns extending in the X-axis direction.
  • the micro mirrors 44a on the reflector array 44 are desirably arranged one-dimensionally in the Y-axis direction, but the micro mirrors 44a may be arranged two-dimensionally. Absent. In this case, the micromirrors 44a that are at the same height in the Y-axis direction and are aligned in the X-axis direction may be controlled to have the same reflection angle.
  • the spectroscope 140 By configuring the spectrometer 140 according to the second embodiment as described above, in the first embodiment, the spectroscope 140 extends in a line shape in the X-axis direction on the reflector array 44. Since the image is a point image in the embodiment, the element size of the reflector array 44 can be reduced.
  • FIG. 7 shows a configuration of a spectroscope 240 according to the third embodiment.
  • the difference between the spectroscopes 40 and 140 according to the first and second embodiments is that the vertical direction (Y-axis direction in the YZ section) and the horizontal direction (X-axis direction in the XZ section) differ from the exit end of the optical fiber 28.
  • the reflecting mirror array 244 has a conjugate relationship, and similarly, the diffraction grating 42 and the light receiving region of the light receiver 46 have a conjugate relationship.
  • symbol is attached
  • the spectroscope 240 shown in FIG. 7A includes a collimating optical system 41 that makes signal light incident from the optical fiber 28 substantially parallel light, a diffraction grating 42 that is a wavelength dispersion element (spectral element) having spectral characteristics, A reflecting mirror array 244 in which micro-reflecting mirrors (micro-mirrors) are two-dimensionally arranged, and a signal beam (spectral light) that has undergone wavelength dispersion by the diffraction grating 42 is focused on the reflecting mirror array 244 in a one-dimensional manner.
  • a collimating optical system 41 that makes signal light incident from the optical fiber 28 substantially parallel light
  • a diffraction grating 42 that is a wavelength dispersion element (spectral element) having spectral characteristics
  • a reflecting mirror array 244 in which micro-reflecting mirrors (micro-mirrors) are two-dimensionally arranged, and a signal beam (spectral light) that has undergone wavelength dispersion by the diffraction
  • An optical system 143 a light receiver 46 having a light receiving element array in which a plurality of light receiving elements 46b forming a detection region 46a are arranged in an array in the X-axis direction, and light reflected by the reflector array 244 A projection optical system 245 that forms an image in the light receiving region.
  • the detection area 46a is divided into a first sub-area 46a1 and a second 46a2.
  • the signal light taken in via the optical fiber 28 is converted into substantially parallel light by the collimating optical system 41 and irradiated to the diffraction grating 42.
  • the observation light is dispersed at different angles for each wavelength by the diffraction grating 42 and is collected on the reflecting mirror array 244 by the condensing optical system 143.
  • the condensing optical system 143 has a refractive power that is rotationally symmetric with respect to the optical axis. Therefore, as shown in FIGS.
  • the spectral light LI1 diffracted by the diffraction grating 42 to the upper side in the Y-axis direction is pointed to the upper side in the Y-axis direction of the reflector array 244 by the condensing optical system 143. It is condensed as an image IM11.
  • the spectral light LI2 diffracted by the diffraction grating 42 downward in the Y-axis direction is condensed as a point image IM12 by the condensing optical system 143 on the lower side of the reflecting mirror array 244 in the Y-axis direction.
  • the reflector array 244 is not only in the predetermined one-dimensional direction (X-axis direction) described above, but also in a direction substantially perpendicular to the one-dimensional direction (Y-axis direction).
  • the mirror surface can also be tilted, that is, the mirror surface can be tilted in two axes, the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • two sets of electrodes first electrode 244f and second electrical decoration 244g
  • first electrode 244f and second electrical decoration 244g are arranged on the upper surface of the drive base 244h, and further, these upper surfaces are covered.
  • a first frame 244b that supports the arranged micromirror 244a by a first hinge (shaft) 244c and a second frame 244d that supports the first frame 244b by a second hinge (shaft) 244e are disposed.
  • Each micromirror 244a can tilt the mirror surface in the X-axis direction by the voltage applied to the first electrode 244f around the first hinge 244c supported by the first frame 244b.
  • the frame 244b is configured such that the mirror surface can be inclined in the Y-axis direction by a voltage applied to the second electrode 244g around the second hinge 244e supported by the second frame 244d.
  • the projection optical system 245 has the same focal length in the Y-axis direction and the X-axis direction.
  • the projection optical system 245 has a refractive power that is rotationally symmetric with respect to the optical axis.
  • the light receiver 46 is disposed at the rear focal position of the projection optical system 245 with respect to the Y-axis direction (spectral direction) in a plane substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system 245. .
  • the focal length of the projection optical system 245 is designed to be equal to the distance L2 between the main surface of the projection optical system 245 and the light receiver 46, as shown in FIGS. 7 (a), 7 (c), and 7 (d).
  • the focal length fc of the collimating optical system 41 is obtained by multiplying the diameter of the light beam after passing through the collimating optical system 41 by the magnification determined by the condensing optical system 143 and the projection optical system 245, and the diameter of the light receiving element 46b. Therefore, if the diameter of the light receiving element 46b is ⁇ , the relationship of the following equation (18) may be satisfied.
  • NAf is the numerical aperture of the optical fiber 28, and f32 and f31 are the focal length of the projection optical system 245 and the focal length of the condensing optical system 143 determined from the following equations, respectively.
  • a diffraction grating having a grating constant d is used, and the incident angle to the diffraction grating 42 is set.
  • the output angle ⁇ 2 from the diffraction grating 42 is in a range from sin ⁇ 1 ( ⁇ 1 / d ⁇ sin ⁇ 1) to sin ⁇ 1 ( ⁇ 2 / d ⁇ sin ⁇ 1). Therefore, the half angle of view ⁇ of the spectral light emitted from the diffraction grating 42 is expressed by the equation (5) shown in the first embodiment.
  • the focal length f31 of the condensing optical system 143 is expressed by the following conditional expression (19 ) Should be satisfied.
  • the focal length of the projection optical system 245 is determined as follows.
  • the light receiving element 46b has a vertical width (Y-axis direction width) of WdL
  • the light-receiving element 46b has Nd rows in the X-axis direction
  • a horizontal width (X-axis direction width) of WdT The micromirrors 244a of the reflecting mirror array 244 have a deflection angle of ⁇ ⁇ m in the vertical direction (Y-axis direction) and in the horizontal direction (X-axis direction). Assuming that the deflection angle is ⁇ ⁇ m, the focal length f32 of the projection optical system 245 only needs to satisfy the relationship of the following equations (20) and (21).
  • the reflected light LO1 of the point image IM11 collected on the upper side in the Y axis direction of the reflector array 244 is condensed on the light receiving element 46b on the upper left side in the X axis direction as shown in FIG. 7B.
  • the reflected light LO2 of the point image IM12 that forms the image IM21 and is condensed on the lower side in the Y-axis direction of the reflector array 244 is condensed on the light receiving element 46b on the right side in the lower X-axis direction to form the image IM22. ing.
  • micromirrors 244a on the reflector array 244 are desirably arranged two-dimensionally in the Y-axis direction, but the micromirrors 244a may be arranged one-dimensionally. At that time, the micromirrors 244a that are at the same height in the Y-axis direction and are aligned in the X-axis direction may be controlled to have the same reflection angle.
  • the element size of the reflector array 244 can be reduced by configuring the spectrometer 240 according to the third embodiment as described above.
  • the micromirror 244a of the reflector array 244 can be rotated in the direction (X-axis direction) orthogonal to the spectral direction to select the detection region 46a of the spectral light reflected by each micromirror 244a, and the micromirror 244a.
  • Is configured to be rotatable also in the spectral direction (Y-axis direction), the position on the light receiving region of the light receiver 46 corresponding to the spectral direction determined by the wavelength of the signal light in the diffraction grating 42, that is, for each detection region 46a
  • These sub-regions 46a1 and 46a2 can be selected according to the rotation angle of the micromirror 244a in the Y-axis direction without being fixed to the sub-regions 46a1 and 46a2.
  • each of the plurality of detection areas 46a is divided into sub-areas, but it is not necessary that all the detection areas 46a are divided into sub-areas, and at least one detection area is detected. It is only necessary that the region 46a is divided into sub-regions.
  • the detection region 46 a formed of a rectangular region having a long side in the Y-axis direction and a short side in the X-axis direction is the micro-mirror in the X-axis direction, that is, the reflector array 44.
  • the detection regions 46a are arranged in an array in the rotation direction of 44a, and each detection region 46a has a plurality of subregions (FIG. 4) arranged in the Y-axis direction, that is, in the direction in which the signal light is dispersed by the diffraction grating 42 serving as a spectroscopic element. Is divided into two sub-regions 46a1 and 46a2), but is not limited to this.
  • two modifications of the light receiver will be described.
  • the light receiver 46 ′ according to the first modification shown in FIG. 9A has a detection region 46a ′ composed of a rectangular region having a long side in the Y-axis direction and a short side in the X-axis direction. That is, from the first detection region group 46a1 ′ and the two or more detection regions 46a ′ that are arranged in an array in the rotation direction of the micromirrors 44a of the reflector array 44 and are composed of two or more detection regions 46a ′. And a light receiving element 46b ′ disposed in each of the two area groups 46a1 ′ and 46a2 ′ has a wavelength of incident light for each of the area groups 46a1 ′ and 46a2 ′.
  • FIG. 9A shows a case where two region groups 46a1 'and 46a2' are arranged, but three or more regions may be arranged.
  • the light receiver 46 ′ includes a light receiving element 46b ′ formed in a rectangular shape in each of the two area groups 46a1 ′ and 46a2 ′, and an adjacent light receiving element 46b ′. It may be configured to be arranged closely, or, like the light receiver 46 shown in FIG. Alternatively, the sensitivity to the wavelength may be changed.
  • FIG. 9A can be used in place of the light receiver 46 of FIG. 4, the condensing optical system 43, the reflector array 44, and the like shown in FIGS.
  • This is a configuration of the projection optical system 45.
  • the formation position of the image in the Y-axis direction in the light receiver 46 ′ is reflected as in the image IM shown in FIG. 9A when the rotation direction of the micro mirror 44a of the reflector array 44 is the X-axis direction.
  • the detection region 46 ′′ composed of a rectangular region having the long side in the X-axis direction and the short side in the Y-axis direction has the Y-axis.
  • a first detection region group 46a1 "composed of two or more detection regions 46a” and a second detection region group 46a2 "composed of two or more detection regions 46a” are arranged in an array in the axial direction.
  • the light receiving elements 46b ′′ arranged in the two region groups 46a1 ′′ and 46a2 ′′ have different photoelectric conversion sensitivities (conversion efficiencies) with respect to the wavelength of incident light, for each of the region groups 46a1 ′′ and 46a2 ′′.
  • 9B shows a case where two area groups 46a1 ′′ and 46a2 ′′ are arranged, but it may be arranged such that three or more areas are arranged.
  • the light receiver 46 ′′ has two In each of the area groups 46a1 ′′ and 46a2 ′′, a light receiving element 46b ′′ formed in a rectangular shape may be arranged so that adjacent light receiving elements 46b ′′ are in close contact with each other, or the light receiver 46 shown in FIG.
  • a plurality of circular or elliptical light receiving elements may be arranged in the X-axis direction for each detection region 46a ′, and the sensitivity to the wavelength may be changed for each region group.
  • the dispersed light can be rotated in the Y-axis direction of the micromirrors 44a.
  • the group of regions 46a1 ′′ and 46a2 ′′ can be selected by moving the image IM formed in the Y-axis direction.
  • the first condenser lens 45a having a refractive power rotationally symmetric with respect to the optical axis of the first embodiment and the refractive power in the Y-axis direction are the refractive power in the X-axis direction.
  • a projection optical system including the first condenser lens 45a having a refractive power rotationally symmetric with respect to the optical axis may be used.
  • a linear (Y-axis direction) image is formed on the light receiver 46.
  • the rotation direction of the micro mirror 44a of the reflector array 44 may be at least rotated in the X-axis direction, but the light receiver 46 ′ shown in FIG. 7A is applied. In this case, it is preferable to rotate both in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the light receiver 46 ′′ shown in FIG. 7B it is sufficient to rotate at least in the Y-axis direction.
  • reflector arrays 44 and 244, projection optics which are the configurations of the spectroscopes 40, 140, and 240 of the first to fourth embodiments (FIGS. 2, 6, and 7).
  • PMT array photoreceiver

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Abstract

　波長分解能や取得波長帯域を変更しても常に受光器におけるより良い感度の受光領域で信号光を取得することができる分光器及びこの分光器を有する顕微分光システムを提供する。　顕微分光システム１に用いられる分光器４０は、信号光を分光する分光素子４２と、分光素子４２で分光された分光光を集光する集光光学系４３と、分光光を受光する受光器４６と、を有し、受光器４６は、分光光を検出する感度が互いに異なる波長特性を有する複数の領域を有する。

Description

分光器及び顕微分光システム
　本発明は、分光器及び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装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
米国発行特許発明第７２５６８９０号明細書
　しかしながら、多重蛍光像の波長範囲は広範囲である場合に、各受光器において、十分な信号光を取得できない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、受光器でより良い信号光を取得することができる分光器及びこの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、本発明に係る分光器は、信号光を分光する分光素子と、この分光素子で分光された分光光を集光する第１の光学系と、分光光を受光する受光器と、を有し、受光器は、分光光を検出する感度が互いに異なる波長特性を有する複数の領域を有することを特徴とする。
　また、本発明に係る顕微分光システムは、光源からの光を走査して対物レンズを介して標本に集光し、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、この顕微鏡からの信号光を分光して検出する上述の分光器のいずれかと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、多重蛍光像の波長範囲が広範囲であっても、受光器におけるより良い感度の受光領域で信号を取得することができる。
顕微分光システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る分光器を説明するための説明図である。 第１及び第２の実施形態に係る分光器で用いられる反射鏡アレイの構成を説明するための説明図である。 第１及び第２の実施形態に係る分光器で用いられる受光器の構成を説明するための説明図である。 受光基の結晶光電素子による波長の変換効率（感度）との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る分光器を説明するための説明図である。 第３の実施形態に係る分光器を説明するための説明図である。 第３の実施形態に係る分光器で用いられる反射鏡アレイの構成を説明するための説明図である。 受光器における検出領域の配置について変形例を示す説明図であって、（ａ）は第１の変形例を示し、（ｂ）は第２の変形例を示す。
［第１の実施形態］
　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５を用いて第１の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。
　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、照明光は、標本３３を励起して蛍光を発光させるための励起光である。
　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で集光され、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（ａ）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、１次元又は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次元に集光する第１の光学系である集光光学系４３と、複数の検出領域４６ａを形成する複数の受光素子４６ｂがアレイ状に並べられた受光素子アレイを有して受光領域を形成する受光器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の受光領域に結像させる第２の光学系である投影光学系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。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、アダマンド工業製が用いられるが、これに限らない。反射アレイは、公知のＭＥＭＳ技術を用いて製造できる。
　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では回折格子４２は反射型で記載されているが、透過型でも構成することは可能である。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。
　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（ライン状像）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（ライン状像）として集光される。
　反射鏡アレイ４４は、図３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。この反射鏡アレイ４４は、駆動基盤部４４ｅの上面に電極４４ｄが配置され、さらにこれらの上面を覆うように配置される微小鏡４４ａをヒンジ（軸）４４ｃにより支えるフレーム４４ｂが配置されている。そして、各微小鏡４４ａはフレーム４４ｂで支えられたヒンジ４４ｃの周りに、駆動基盤部４４ｅ上に配置された電極４４ｄに、制御部５０からの信号に基づいて加えられた電圧によって所定の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）に鏡面を傾斜させる（回転させる）ことができるように構成されている。一般に微小鏡４４ａは正方形かそれに近い縦横比となっているため、反射鏡アレイ４４として必要な縦幅と横幅に大きな開きが無いような場合には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。
　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部材（アレイ）であればよい。
　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。ここで、図４を用いて、この第１の実施形態における受光器４６の構成について説明する。この受光器４６は、Ｙ軸方向が長辺であり、Ｘ軸方向が短辺である矩形領域からなる検出領域４６ａを含み、複数の検出領域４６ａは、Ｘ軸方向、すなわち、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向にアレイ状に並んで配置されている。また、各検出領域４６ａは、Ｙ軸方向、すなわち、分光素子である回折格子４２により信号光が分光される方向に並んだ複数のサブ領域に分割されている。ここでは、第１のサブ領域４６ａ１と第２のサブ領域４６ａ２の２つの領域が形成されている場合について説明する。さらに、検出領域４６ａの各々には、Ｙ軸方向に並ぶ２つ以上の受光素子４６ｂが配置されており、これらの受光素子４６ｂの各々は、上述したサブ領域のいずれかに属するように構成されている。受光素子４６ｂは、光電変換素子（ＰＭＴ）である。この図４に示す２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２の各々に配置された受光素子４６ｂは、サブ領域４６ａ１，４６ａ２毎に、入射する光の波長に対する光電変換の感度（変換効率）が異なるように構成されている。なお、図４は検出領域４６ａを２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２に分割した場合であるが、これに限定されることはなく、３つ以上の領域に分割するように構成しても良い。また、図４に示すように、２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２の各々に、円形又は楕円形状の受光素子４６ｂをＹ軸方向に複数並べ、サブ領域毎に波長に対する感度を変える構成に代えて、受光素子４６ｂを矩形形状に形成し、隣接する受光素子４６ｂ同士を密接させて配置するように構成しても良い。
　各サブ領域には、複数の受光素子４６ａを配置した例を図示したが、各サブ領域には、少なくとも１つの受光素子４６ａが配置されていればよい。
　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。この投影光学系４５の第２集光レンズ４５ｂも、Ｙ軸方向にだけ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。なお、第１集光レンズ４５ａ及び第２集光レンズ４５ｂの光軸方向に並ぶ順序は逆でも良い。
　この第１の実施形態では投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離は、この投影光学系４５のＸ軸方向主面と受光器４６との距離Ｌ２に等しくなるように設計されている。そのため、制御部５０による反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの傾斜角の制御によって、反射鏡アレイ４４上の微小鏡４４ａによる信号光（分光光）の反射方向に依存して受光器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に信号光（分光光）を入射させるかを選択することができる。
　一方、投影光学系４５のＹ軸方向の焦点距離に関しては、反射鏡アレイ４４と受光器４６とが共役になるように設計されている。すなわち、反射鏡アレイ４４と投影光学系４５のＹ軸方向主面との距離がＬ１である場合に、Ｙ軸方向の焦点距離ｆが次式（１）を満足するように設計されている。
ｆ　＝　Ｌ１×Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）　　　　　　　　（１）
　このとき、受光器４６の受光領域が、図４に示すようにＹ軸方向に並ぶ複数の受光素子４６ｂで構成されている場合、反射鏡アレイ４４のＹ軸方向の像が縮小されて１つの検出領域４６ａに収まる必要があることから、投影光学系４５のＹ軸方向の倍率は、検出領域４６ａの大きさと反射鏡アレイ４４の反射面の大きさとの比以下となっている必要がある。ここで、投影光学系４５の倍率は上述の距離Ｌ２と距離Ｌ１との比に等しいので、次式（２）の関係を満たす必要がある。
Ｌ２／Ｌ１≦検出領域のＹ軸方向サイズ／反射鏡アレイの反射面のＹ軸方向サイズ　　（２）
　また、上述したように、受光器４６の受光領域は、Ｙ軸方向（波長分散方向）に並ぶ複数のサブ領域に分割されている。この受光器４６で検出することが必要な波長帯域がλｓ～λf（λｓ＜λｆとする）であり、第１のサブ領域４６ａ１と第２のサブ領域４６ａ２とでそれぞれ検出する、予め設定した波長範囲の境界波長をλｏとする。また、波長λsからλｏまでの光に対して効率の高い受光領域を第１のサブ領域４６ａ１とし、波長λｏからλｆまでの光に対して効率の高い受光領域を第２のサブ領域４６ａ２とする。受光器４６の受光領域（検出領域４６ａ）のＹ軸方向（波長分散方向）の高さをｈとし、第１のサブ領域４６ａ１の高さをｈ１とし、第２のサブ領域４６ａ２の高さをｈ２としたとき、次式（３）に示すように受光領域を分割することが好ましい。
ｈ１　＝　ｈ×（λo－λs）/（λf－λs）
ｈ２　＝　ｈ×（λf－λo）/（λf－λs）　　　　　　　　　　（３）
　例えば、図５に示すように、第１のサブ領域４６ａ１にガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）の結晶光電面を用い、第２のサブ領域４６ａ２にガリウム砒素（ＧａＡｓ）の結晶光電面を用いることにより５００～９００ｎｍまで感度がある受光領域を作成する場合を考える。その場合７００ｎｍを境に検出するサブ領域を使い分ける（選択する）ので、第１及び第２のサブ領域４６ａ１，４６ａ２のそれぞれの大きさは、次のようになる。
ｈ１（ＧａＡｓＰ）　＝　ｈ×（７００－５００）/（９００－５００）　＝０．５ｈ
ｈ２（ＧａＡｓ）　　＝　ｈ×（９００－７００）/（９００－５００）　＝０．５ｈ
　以上より、この第１の実施形態に係る分光器４０においては、反射鏡アレイ４４のＸ軸方向に並ぶ微小鏡４４ａから構成されるラインの各々には、分光され、波長の異なる信号光が入射するため、図２（ｂ）に示すように、ライン毎に微小鏡４４ａの傾斜角度を制御することにより、分光された信号光を波長毎にどの検出領域４６ａに入射させるかを制御することができる。例えば、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の反射光ＬＯ１は、Ｘ軸方向左側の検出領域４６ａに集光されて像ＩＭ２１を形成し、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の反射光ＬＯ２は、Ｘ軸方向右側の検出領域４６ａに集光されて像ＩＭ２２を形成している。このとき、各検出領域４６ａにおいて第１及び第２のサブ領域４６ａ１，４６ａ２のどちらに像が形成されるかは、回折格子４２による分光方向、すなわち、分光された光の波長により決定される。したがって、上述した式（３）により、第１及び第２のサブ領域４６ａ１，４６ａ２の大きさを適切に決定しておくことにより、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの向き（傾斜角度）に関わらず、各々の光の波長に対して感度の良いサブ領域上に分光光の各々を集光させることができる。
　なお、受光器４６の検出領域４６ａに配置された受光素子４６ｂの各々は、これらの受光素子４６ｂに入射する分光光の強度を検出し、その検出値が制御部５０に渡され、制御部５０で演算処理されて画像として図示しない表示装置等に出力される。
　それでは、この第１の実施形態に係る分光器４０の具体的な設計手段を以下に示す。なお、集光光学系４３及び第２集光レンズ４５ｂについては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場合について説明する。
　まず、コリメート光学系４１の焦点距離ｆｃは、このコリメート光学系４１を通過した後の光ビームの幅がおおよそ反射鏡アレイ４４の横幅（Ｘ軸方向幅）と等しくなるようにすれば良いので、反射鏡アレイ４４のＸ軸方向幅をＷとすると、次の条件式（４）を満足すれば良い。但し、ＮＡfは光ファイバ２８の開口数である。
Ｗ　＝　２×ｆｃ×ＮＡf　　　　　　　　　　　　　（４）
　次に集光光学系（シリンドリカルレンズ）４３のＹ軸方向の焦点距離ｆ1については、波長としてλ1～λ2の範囲の信号光を分光して検出するために、回折格子４２として格子定数ｄのものを使い、この回折格子４２への入射角をθ1とすると、回折格子４２からの出射角θ2は、ｓｉｎ-1（λ1／ｄ－ｓｉｎθ1）からｓｉｎ-1（λ2／ｄ－ｓｉｎθ1）までの範囲となる。従って、回折格子４２から出射する分光光の半画角Δθは次式（５）で表される。
Δθ＝（ｓｉｎ-1（λ2／ｄ－ｓｉｎθ1）－ｓｉｎ-1（λ1／ｄ－ｓｉｎθ1））／２　　（５）
　よって、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａのＹ軸方向のピクセルピッチをＰSLMとし、Ｙ軸方向に並ぶピクセル数をＮSLMとすると、集光光学系４３のＹ軸方向の焦点距離ｆ1は、次の条件式（６）を満たすようにすれば良い。
２×ｆ1×ｓｉｎΔθ　＝　ＰSLM×ＮSLM　　　　　　　　（６）
　最後に投影光学系４５の焦点距離については、Ｘ軸方向の焦点距離ｆ2TとＹ軸方向の焦点距離ｆ2Lとがあるが、これらはそれぞれ次のように決める。
　まず、受光器４６における１つの検出領域４６ａの横幅（Ｘ軸方向幅）がＷdTで、この検出領域４６ａがＸ軸方向にＮd本並んでおり、反射鏡アレイ４４の各微小鏡４４ａは±αmの偏向角を持つとすると、この投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離ｆ2Tは、次式（７）の関係を満たせば良い。
ｆ2T×sinαm　＝　ＷdT×Ｎd／２　　　　　　　　　（７）
　なお、受光器４６の受光領域が、図４に示すように複数の受光素子４６ｂで形成されている場合、反射鏡アレイ４４の縦幅（Ｙ軸方向幅（高さｈ））がＰSLM×ＮSLMとして表されるため、この反射鏡アレイ４４で反射された分光光のうち、Ｙ軸方向の成分が、投影光学系４５で集光されて検出領域４６ａの縦幅（Ｙ軸方向幅）ＷdLに入ればいいので、投影光学系４５の倍率Ｍを次式（８）となるようにすれば良い。
Ｍ　＝　ＷdL／（ＰSLM×ＮSLM）　　　　　　　　　　（８）
　一方、投影光学系４５のＹ軸方向の焦点距離ｆ2Lは、投影光学系４５から受光器４６までの距離Ｌ２が、投影光学系４５のＸ軸方向焦点距離ｆ2Tに等しいので、反射鏡アレイ４４と投影光学系４５のＹ軸方向主面との距離がＬ１であれば、上述の式（１）の関係より、次式（９）のように表される。
ｆ2L　＝　Ｌ１×ｆ2T／（Ｌ１＋ｆ2T）　　　　　　　　（９）
　このように設計された光学系において、光軸に対してＸ軸方向にｋ番目の位置にある検出領域４６ａに分光光を入射させる際には、反射鏡アレイ４４でその蛍光波長を反射している微小鏡４４ａの傾きαを、次式（１０）となるように制御すれば良い。なお、回折格子４２で分光された波長毎の分光光をどの検出領域４６ａに入射させるかは、ユーザ設定（例えば、受光器４６において使用する検出領域４６ａの選択、蛍光色素の指定（蛍光色素と蛍光波長の対応表を制御部５０内の記憶部に記憶する）、取得する蛍光波長領域（検出波長範囲）、励起波長の指定等）に基づいて前述した算出手法、後述する算出手法を用いて制御部５０において算出した信号に基づいて、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの傾斜角を制御することにより選択することができる。
α　＝　ｓｉｎ-1（ｋ×ＷdT／ｆ2T）　　　　　　　　（１０）
　反射鏡アレイ４４上の微小鏡４４ａはこの第１の実施形態のような光学配置の場合にはＹ軸方向に１次元に配列していることが望ましいが、微小鏡４４ａが２次元に配列していてもかまわない。その際にはＹ軸方向の同一高さにありＸ軸方向に並ぶ微小鏡４４ａが同一の反射角となるように制御されれば良い。
　蛍光検出をする際に使われる励起光など、検出領域４６ａに入射することが望ましくない波長の光に関しては、反射鏡アレイ４４上のその光の波長に対応する微小鏡４４ａの傾きを大きくすることでいずれの検出領域４６ａにも入射しない方向に飛ばしてしまうこともできる。上記の設計手順において受光器４６を構成する検出領域４６ａのうち最も端に位置するものをブランクにしてしまうことで、検出が不要な励起光についてはその位置に集光するように反射鏡アレイ４４を制御することで、受光器４６に対して不要な光が入射することを防ぐことができる。
　このように、第１の実施形態に係る分光器４０においては、反射鏡アレイ４４を構成する微小ミラー４４ａをＸ軸方向に回転させる（振る）ことによって受光器４６を構成する複数の検出領域４６ａのうちの１つを選んで分光光を入射させることができ、波長分解能や取得波長領域を任意に変えることができる。また分光された光が投影されている空間変調素子４４全体を１つの検出領域４６ａに投影することができる。また、各々の検出領域４６ａはＹ軸方向に並ぶ複数のサブ領域から構成され（図４では２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２）、それぞれのサブ領域が入射する光の波長に対する感度が異なるように構成されるともに、回折格子４２により分光された光の波長に合わせて最適な感度のサブ領域に集光されるように構成されている。そのため、波長分解能や取得波長帯域を変えても最適な感度の受光領域で常に蛍光波長を取得することができる。
　さらに、励起光が入射する、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａは、励起光が受光器４６に入射しないように、微小鏡４４ａの傾斜角を制御することにより所定の方向に偏向することができる。
　また、この第１の実施形態に係る分光器４０は、光ファイバ２８を入射端としているので、容易に共焦点顕微鏡に接続することが可能である。すなわち、一般に共焦点顕微鏡では光検出をピンホールに接続した光検出器で行っているが、ピンホール透過後の光を光ファイバに入射させることで光検出器への光導入を容易に光ファイバで行うことが可能である。このようにして、分光機能を持った共焦点顕微鏡に適した分光器を構成することができる。
［第２の実施形態］
　図６に、第２の実施形態に係る分光器１４０の構成を示す。第１の実施形態に係る分光器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の実施形態と同様である。また、この第１の実施形態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６（ａ）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の実施形態と同様に、図３に示す構成を有している。また、この第２の実施形態において、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の実施形態と同様、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の実施形態では投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離は、第１の実施形態と同様に、投影光学系４５のＸ軸方向主面と受光器４６との距離Ｌ２２に等しくなるように設計されており、図６（ｂ）に示すように、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。
　また、投影光学系４５のＹ軸方向の焦点距離に関しては、第１の実施形態と同様に、反射鏡アレイ４４と受光器４６とが共役となるように設計されている。すなわち、反射鏡アレイ４４と投影光学系４５のＹ軸方向主面との距離がＬ２１である場合に焦点距離ｆが、次式（１１）の関係となるように設定されている。
ｆ　＝　Ｌ２１×Ｌ２２／（Ｌ２１＋Ｌ２２）　　　　（１１）
　また、第１の実施形態と同様に、受光器４６の受光領域が、図４に示すようにＹ軸方向に並ぶ複数の受光素子４６ｂで構成されている場合、反射鏡アレイ４４の像が１つの検出領域４６ａに収まる必要があることから、投影光学系４５のＹ軸方向の倍率は検出領域４６ａの大きさと反射鏡アレイ４４の反射面の大きさとの比以下となっている必要がある。ここで、投影光学系４５の倍率は距離Ｌ２２と距離Ｌ２１との比に等しいので、次式（１２）の関係を満たす必要がある。
Ｌ２２／Ｌ２１≦検出領域のＹ軸方向サイズ／反射鏡アレイの反射面のＹ軸方向サイズ　　（１２）
　また、受光器４６の検出領域４６ａを構成する２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２の各々の高さｈ１，ｈ２（１個の受光素子４６ａの高さをｈとする）は、上述の式（３）を用いて説明した通りである。
　以下に、この第２の実施形態に係る分光器１４０の具体的な設計手段を示す。なお、第２集光レンズ４５ｂについては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場合について説明する。
　まず、コリメート光学系４１の焦点距離ｆｃは、このコリメート光学系４１を通過した後の光ビームの幅がおおよそ検出領域４６ａの横幅（Ｘ軸方向幅）と等しくなるようにすれば良いので、反射鏡アレイ４４のＸ軸方向幅をＷ′とすると、次式（１３）の関係を満足すれば良い。但し、ＮＡfは光ファイバ２８の開口数であり、ｆ22T及びｆ21はそれぞれ下記の式から決まる投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離及び集光光学系１４３の焦点距離である。
Ｗ′　＝　（ｆ22T／ｆ21）×２×ｆｃ×ＮＡf　　　　　　（１３）
　次に集光光学系１４３の焦点距離ｆ21については、波長としてλ1～λ2の範囲の信号光を検出するために、回折格子４２として格子定数ｄのものを使い、回折格子４２への入射角をθ1とすると、回折格子４２からの出射角θ2は、ｓｉｎ-1（λ1／ｄ－ｓｉｎθ1）からｓｉｎ-1（λ2／ｄ－ｓｉｎθ1）までの範囲となる。従って、回折格子４２から出射する分光光の半画角Δθは第１の実施形態で示した式（５）で表される。よって、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａのＹ軸方向のピクセルピッチをＰSLMとし、Ｙ軸方向に並ぶピクセル数をＮSLMとすると、集光光学系１４３の焦点距離ｆ21は、次の条件式（１４）を満たすようにすれば良い。
２×ｆ21×ｓｉｎΔθ　＝　ＰSLM×ＮSLM　　　　　　　　（１４）
　最後に投影光学系４５の焦点距離については、Ｘ軸方向の焦点距離ｆ22TとＹ軸方向の焦点距離ｆ22Lとがあるが、これらはそれぞれ次のように決める。
　まず、受光器４６における１つの検出領域４６ａの横幅（Ｘ軸方向幅）がＷdTで、この検出領域４６ａがＸ軸方向にＮd本並んでおり、反射鏡アレイ４４の各微小鏡４４ａは±αmの偏向角を持つとすると、この投影光学系４５のＸ軸方向の焦点距離ｆ22Tは、次式（１５）の関係を満たせば良い。
ｆ22T×sinαm　＝　ＷdT×Ｎd／２　　　　　　　　　　（１５）
　なお、受光器４６の受光領域が、図４（ｂ）に示すように複数の受光素子４６ｂで形成されている場合、反射鏡アレイ４４の縦幅（Ｙ軸方向幅）がＰSLM×ＮSLMとして表されるため、この反射鏡アレイ４４で反射された分光光のうち、Ｙ軸方向に延びる光が、投影光学系４５で集光されて検出領域４６ａの縦幅（Ｙ軸方向幅）ＷdLに入ればいいので、投影光学系４５の倍率Ｍは、第１の実施形態で示した式（８）となるようにすれば良い。
　一方、投影光学系４５のＹ軸方向の焦点距離ｆ22Lは、投影光学系４５から受光器４６までの距離Ｌ２２が、投影光学系４５の横方向焦点距離ｆ22Tに等しいので、反射鏡アレイ４４と投影光学系４５のＹ軸方向主面との距離がＬ２１であれば、上述の式（１１）の関係より、次式（１６）のように表される。
ｆ22L　＝　Ｌ２１×ｆ22T／（Ｌ２１＋ｆ22T）　　　　　（１６）
　このように設計された光学系において、光軸に対してＸ軸方向にｋ番目の位置にある検出領域４６ａに入射させる際には、反射鏡アレイ４４でその蛍光波長を反射している微小鏡４４ａの傾きαを、次式（１７）となるように制御すれば良い。
α　＝　ｓｉｎ-1（ｋ×ＷdT／ｆ22T）　　　　　　　　　（１７）
　例えば、図６（ａ）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点像ＩＭ１１の反射光ＬＯ１は、Ｘ軸方向左側の検出領域４６ａに集光されて像ＩＭ２１を形成し、反射鏡アレイ４４のＹ軸方向下側に集光された点像ＩＭ１２の反射光ＬＯ２は、Ｘ軸方向右側の検出領域４６ａに集光されて像ＩＭ２２を形成している。このとき、投影光学系４５により形成される点像ＩＭ１１，ＩＭ１２の像ＩＭ２１，ＩＭ２２は、Ｘ軸方向に延びるライン状の光パターンとなる。
　なお、この第２の実施形態においても、反射鏡アレイ４４上の微小鏡４４ａはＹ軸方向に１次元に配列していることが望ましいが、微小鏡４４ａが２次元に配列していてもかまわない。その際にはＹ軸方向の同一高さにありＸ軸方向に並ぶ微小鏡４４ａが同一の反射角となるように制御されればよい。
　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（アレイ）であればよい。
　第２の実施形態に係る分光器１４０を以上のような構成にすることによって、第１の実施形態では、反射鏡アレイ４４上にＸ軸方向にライン状に延びていたが、この第２の実施形態では点像となるので、反射鏡アレイ４４の素子サイズを小さくすることができる。
［第３の実施形態］
　図７に、第３の実施形態に係る分光器２４０の構成を示す。第１及び第２の実施形態に係る分光器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の実施形態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７（ａ）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、図４に示すように、第１のサブ領域４６ａ１、第２の４６ａ２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の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、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、図７（ａ），（ｂ）に示すように、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の実施形態とは異なり、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８に示すように、反射鏡アレイ２４４は、駆動基盤部２４４ｈの上面に２組の電極（第１電極２４４ｆ及び第２電飾２４４ｇ）が配置され、さらにこれらの上面を覆うように配置される微小鏡２４４ａを第１ヒンジ（軸）２４４ｃにより支える第１フレーム２４４ｂと、この第１フレーム２４４ｂを第２ヒンジ（軸）２４４ｅにより支える第２フレーム２４４ｄとが配置されている。そして、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。
　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の実施形態とは異なり、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の実施形態において、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Ｌ２に等しくなるように設計されており、図７（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すように、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。
　以下に、この第３の実施形態に係る分光器２４０の具体的な設計手段を示す。
　まず、コリメート光学系４１の焦点距離ｆｃは、このコリメート光学系４１を通過した後の光ビームの径に集光光学系１４３と投影光学系２４５で決まる倍率を乗じた径が受光素子４６ｂの径に等しくなるようにすれば良いので、受光素子４６ｂの径をΦとすると、次式（１８）の関係を満たせば良い。但し、ＮＡfは光ファイバ２８の開口数であり、ｆ32及びｆ31はそれぞれ下記の式から決まる投影光学系２４５の焦点距離及び集光光学系１４３の焦点距離である。
Φ　≧　（ｆ32／ｆ31）×２×ｆｃ×ＮＡf　　　　　　　（１８）
　次に集光光学系１４３の焦点距離ｆ31については、波長としてλ1からλ2の範囲の信号光を検出するために、回折格子４２として格子定数ｄのものを使い、回折格子４２への入射角をθ1とすると、回折格子４２からの出射角θ2は、ｓｉｎ-1（λ1／ｄ－ｓｉｎθ1）からｓｉｎ-1（λ2／ｄ－ｓｉｎθ1）までの範囲となる。従って、回折格子４２から射出する分光光の半画角Δθは第１の実施形態で示した式（５）で表される。よって、反射鏡アレイ２４４の微小鏡２４４ａのＹ軸方向のピクセルピッチをＰSLMとし、Ｙ軸方向に並ぶピクセル数をＮSLMとすると、集光光学系１４３の焦点距離ｆ31は、次の条件式（１９）を満たすようにすれば良い。
２×ｆ31×ｓｉｎΔθ　＝　ＰSLM×ＮSLM　　　　　　　（１９）
　最後に投影光学系２４５の焦点距離については、次のように決める。
　図７（ｂ）に示すように、受光素子４６ｂの縦幅（Ｙ軸方向幅）がＷdLで、この受光素子４６ｂがＸ軸方向にＮd列、横幅（Ｘ軸方向幅）がＷdTで、Ｙ軸方向にＭd行、２次元上に並んでおり、また、反射鏡アレイ２４４の各微小鏡２４４ａは縦方向（Ｙ軸方向）に±αmの偏向角を持ち、横方向（Ｘ軸方向）に±βmの偏向角をもつとすると、この投影光学系２４５の焦点距離ｆ32は、次式（２０），（２１）の関係を満たせば良い。
ｆ32×ｓｉｎαm　＝　ＷdL×Ｎd／２　　　　　　　　　　（２０）
ｆ32×ｓｉｎβm　＝　ＷdT×Ｍd／２　　　　　　　　　　（２１）
　このように設計された光学系において、光軸に対して縦方向（Ｙ軸方向）にｊ番目で、横方向（Ｘ軸方向）にｋ番目の位置にある受光素子４６ｂに入射させる際には、反射鏡アレイ２４４でその蛍光波長を反射している微小鏡２４４ａの傾きα，βを、次式（２２），（２３）となるように制御すれば良い。
α　＝　ｓｉｎ-1（ｊ×ＷdL／ｆ32）　　　　　　　　　　（２２）
β　＝　ｓｉｎ-1（ｋ×ＷdT／ｆ32）　　　　　　　　　　（２３）
　例えば、反射鏡アレイ２４４のＹ軸方向上側に集光された点像ＩＭ１１の反射光ＬＯ１は、図７（ｂ）に示すように、上段のＸ軸方向左側の受光素子４６ｂに集光されて像ＩＭ２１を形成し、反射鏡アレイ２４４のＹ軸方向下側に集光された点像ＩＭ１２の反射光ＬＯ２は、下段のＸ軸方向右側の受光素子４６ｂに集光されて像ＩＭ２２を形成している。
　なお、反射鏡アレイ２４４上の微小鏡２４４ａはＹ軸方向に２次元に配列していることが望ましいが、微小鏡２４４ａが１次元に配列していてもかまわない。その際にはＹ軸方向の同一高さにありＸ軸方向に並ぶ微小鏡２４４ａが同一の反射角となるように制御されればよい。
　第３の実施形態に係る分光器２４０を以上のような構成にすることによって、反射鏡アレイ２４４の素子サイズを小さくすることができる。また、反射鏡アレイ２４４の微小鏡２４４ａを分光方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に回転させて、各微小鏡２４４ａで反射した分光光の検出領域４６ａを選択できるだけでなく、この微小鏡２４４ａを分光方向（Ｙ軸方向）にも回転可能に構成することにより、回折格子４２において信号光の波長で決まる分光方向に対応した受光器４６の受光領域上の位置、すなわち、検出領域４６ａ毎のサブ領域４６ａ１，４６ａ２に固定されず、微小鏡２４４ａのＹ軸方向の回転角度によりこれらのサブ領域４６ａ１，４６ａ２も選択することができる。
　なお、図４に示す受光器４６では、複数の検出領域４６ａのそれぞれが、サブ領域に分割されているが、全ての検出領域４６ａがサブ領域に分割されている必要はなく、少なくとも１つの検出領域４６ａがサブ領域に分割されていればよい。
　また、図４に示す受光器４６は、Ｙ軸方向が長辺であり、Ｘ軸方向が短辺である矩形領域からなる検出領域４６ａが、Ｘ軸方向、すなわち、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向にアレイ状に並んで配置され、各検出領域４６ａは、Ｙ軸方向、すなわち、分光素子である回折格子４２により信号光が分光される方向に並んだ複数のサブ領域（図４に示す場合、２つのサブ領域４６ａ１，４６ａ２）に分割されているが、これに限られない。以下に受光器の２つの変形例について説明する。
［第１の変形例］
　図９（ａ）に示す第１の変形例に係る受光器４６′は、Ｙ軸方向が長辺であり、Ｘ軸方向が短辺である矩形領域からなる検出領域４６ａ′が、Ｘ軸方向、すなわち、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向にアレイ状に並んで配置され、２以上の検出領域４６ａ′からなる第１の検出領域群４６ａ１′と、２以上の検出領域４６ａ′からなる第２の検出領域群４６ａ２′とを有し、２つの領域群４６ａ１′，４６ａ２′の各々に配置された受光素子４６ｂ′は、領域群４６ａ１′，４６ａ２′毎に、入射する光の波長に対する光電変換の感度（変換効率）が異なるように構成されている。なお、図９（ａ）は２つの領域群４６ａ１′，４６ａ２′を配置した場合であるが、３つ以上の領域を配置するように構成しても良い。また、この受光器４６′は、図９（ａ）に示すように、２つの領域群４６ａ１′，４６ａ２′の各々に、矩形形状に形成した受光素子４６ｂ′を、隣接する受光素子４６ｂ′を密接させて配置するように構成しても良いし、図４に示す受光器４６と同様に、検出領域４６ａ′毎に、円形又は楕円形状の受光素子をＹ軸方向に複数並べ、領域群毎に波長に対する感度を変えるように構成にしても良い。
　なお、図４の受光器４６に代えて、図９（ａ）に示す受光器４６′が使用できる構成は、図２、図６及び図７に示す集光光学系４３、反射鏡アレイ４４、投影光学系４５の構成である。但し、受光器４６′における像のＹ軸方向の形成位置は、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向がＸ軸方向の場合は、図９（ａ）に示す像ＩＭのように、反射鏡アレイ４４上の像の位置関係に対応するが、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向がＹ軸方向にも回転する場合は、同一にすることが可能である。
［第２の変形例］
　また、図９（ｂ）に示す第２の変形例に係る受光器４６″は、Ｘ軸方向が長辺であり、Ｙ軸方向が短辺である矩形領域からなる検出領域４６″が、Ｙ軸方向にアレイ状に並んで配置され、２以上の検出領域４６ａ″からなる第１の検出領域群４６ａ１"と、２以上の検出領域４６ａ"からなる第２の検出領域群４６ａ２″とを有し、２つの領域群４６ａ１″，４６ａ２″の各々に配置された受光素子４６ｂ″は、領域群４６ａ１″，４６ａ２″毎に、入射する光の波長に対する光電変換の感度（変換効率）が異なるように構成されている。なお、図９（ｂ）は２つの領域群４６ａ１″，４６ａ２″を配置した場合を示しているが、３つ以上の領域を配置するように構成しても良い。また、この受光器４６″は、図９（ｂ）に示すように、２つの領域群４６ａ１″，４６ａ２″の各々に、矩形形状に形成した受光素子４６ｂ″を、隣接する受光素子４６ｂ″を密接させて配置するように構成しても良いし、図４に示す受光器４６と同様に、検出領域４６ａ′毎に、円形又は楕円形状の受光素子をＸ軸方向に複数並べ、領域群毎に波長に対する感度を変えるように構成にしても良い。
　なお、図４の受光器４６に代えて、図９（ｂ）に示す受光器４６"が使用できる構成は、図２、図６及び図７に示す集光光学系４３、反射鏡アレイ４４、投影光学系４５の構成である。但し、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向をＸ軸方向に代えて、Ｙ軸方向にする、又は反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向をＸ軸方向のみならず、Ｙ軸方向も可能にする必要がある。また、投影光学系４５を構成する第２集光レンズ４５ｂをＹ軸方向の屈折力の方がＸ軸方向の屈折力より大きくなるように構成することに代えて、Ｘ軸方向の屈折力の方がＹ軸方向の屈折力より大きくなるように構成する必要がある。
　反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向をＹ軸方向とすることにより、分光された光を、微小鏡４４ａのＹ軸方向に回転させることができ、これにより、受光器４６′の受光領域に形成された像ＩＭをＹ軸方向に移動させることで領域群４６ａ１″，４６ａ２″を選択することができる。
　さらに、第４の実施形態として、第１の実施形態の、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からなる投影光学系４５に代えて、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からなる投影光学系にしてもよい。受光器４６上には、ライン状（Ｙ軸方向）の像が形成される。図４に示す受光器４６を適用する場合は、反射鏡アレイ４４の微小鏡４４ａの回転方向は、少なくともＸ軸方向に回転すればよいが、図７（ａ）に示す受光器４６′を適用する場合は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両方で回転するほうが好ましく、また図７（ｂ）に示す受光器４６″を適用する場合は、少なくともＹ軸方向に回転すればよい。
　さらに、第５の実施形態として、第１の実施形態から第４の実施形態（図２、６、７）の分光器４０、１４０、２４０の構成である、反射鏡アレイ４４、２４４、投影光学系４５、２４５を備えず、回折格子４２で分光した分光光を直接、受光器（ＰＭＴアレイ）で検出する分光器、例えば、ＵＳ７２８６２２５に記載の分光器の受光器（例えば、図１の分光ユニット２３０の受光器２３７）、ＵＳ７７２４３６５に記載の分光器の受光器（例えば、図１のスペクトル検出部２のスペクトルディテクタ２４）を図９（ｂ）に示すような受光器に置き換えてよい。
　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、一部の構成要素を用いない場合もある。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（反射鏡）　４５　投影光学系
４６　受光器　　４６ａ　検出領域　　４６ａ１　第１のサブ領域
４６ａ２　第２のサブ領域　　４６ｂ　受光素子　　５０　制御部

Claims (18)

  1. 　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集光する第１の光学系と、
    　前記分光光を受光する受光器と、を有し、
    　前記受光器は、前記分光光を検出する感度が互いに異なる波長特性を有する複数の領域を有することを特徴とする分光器。
  2. 　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第２の光学系と、を有することを特徴とする請求項１に記載の分光器。
  3. 　前記複数の領域は、前記分光光の分光方向に配置され、
    　前記受光器は、前記複数の領域からなる検出領域が、前記偏向部材により偏向可能な前記所定の方向に複数配列されてなる請求項２に記載の分光器。
  4. 　前記複数の領域は、前記分光光の分光方向に直交する方向に配置され、
    　前記複数の領域はそれぞれ、複数の検出領域からなることを特徴とする請求項２に記載の分光器。
  5. 　前記複数の領域は、前記分光光の分光方向に配置され、
    　前記複数の領域はそれぞれ、複数の検出領域からなることを特徴とする請求項２に記載の分光器。
  6. 　前記複数の検出領域は、互いに隣接配置されてなる請求項４または５に記載の分光器。
  7. 　ユーザの入力指示に基づいて、前記偏向部材を制御することにより前記分光光を任意の前記検出領域に入射させる制御部を有する請求項３～６のいずれか一項に記載の分光器。
  8. 　前記偏向部材は、複数の反射鏡からなる反射鏡アレイであり、前記複数の反射鏡の各々が、少なくとも前記所定の方向の所定軸を中心にして回転可能に構成されてなる請求項２～７のいずれか一項に記載の分光器。
  9. 　前記第２の光学系は、前記偏向部材に形成された像を前記分光方向に関して縮小投影する請求項２～８のいずれか一項に記載の分光器。
  10. 　前記第２の光学系は、当該第２の光学系の光軸に直交する面内であって、前記偏向部材の前記偏向可能な前記所定の方向の屈折力と前記所定の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、前記第２の光学系を介して、前記偏向部材の前記偏向可能な前記所定の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２～９のいずれか一項に記載の分光器。
  11. 　前記第２の光学系は、当該第２の光学系の光軸と略直交する面内であって、前記偏向部材の前記偏向可能な前記所定の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２～１０のいずれか一項に記載の分光器。
  12. 　前記第１の光学系は、当該第１の光学系の光軸と略直交する面内であって、前記偏向部材の前記偏向可能な前記所定の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２～１１のいずれか一項に記載の分光器。
  13. 　前記受光器の配置位置は、前記偏向部材の前記偏向可能な前記所定の方向に関して前記第２の光学系の後側焦点位置であることを特徴とする請求項２～１２のいずれか一項に記載の分光器。
  14. 　前記複数の領域は、前記分光光の分光方向に配置され、
    　前記複数の領域はそれぞれ、複数の検出領域からなることを特徴とする請求項１に記載の分光器。
  15. 　前記第１の光学系は、当該第１の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１～１１、１３、１４のいずれか一項に記載の分光器。
  16. 　前記複数の領域は、第１の領域及び第２の領域であり、
    　前記複数の領域の前記分光光の分光方向、又は前記分光方向と直交する方向の高さをｈとし、前記信号光の波長のうち、検出する波長の最小値をλｓ、最大値をλｆとし、前記複数の領域で検出する、予め設定した波長範囲の境界波長をλｏとし、前記境界波長よりも短い波長の分光光を検出する前記第１の領域の高さをｈ１とし、前記境界波長よりも長い波長の分光光を検出する前記第２の領域の高さをｈ２としたとき、次式
    ｈ１　＝　ｈ×（λｏ－λｓ）／（λｆ－λｓ）
    ｈ２　＝　ｈ×（λｆ－λｏ）／（λｆ－λｓ）
    の条件を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１～１５のいずれか一項に記載の分光器。
  17. 　前記信号光を略平行光とするコリメート光学系を更に有し、
    　前記信号光は、光ファイバの端面から射出されて前記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１～１６のいずれか一項に記載の分光器。
  18. 　光源からの光を走査して対物レンズを介して標本に集光し、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して検出する請求項１～１７のいずれか一項に記載の分光器と、を有することを特徴とする顕微分光システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016021010A (ja) * 2014-07-15 2016-02-04 オリンパス株式会社 顕微鏡装置
TWI655455B (zh) * 2017-05-22 2019-04-01 國立中央大學 激發波段可調式之時域聚焦多光子激發螢光顯微鏡系統及其激發光選擇模組
JP2025016787A (ja) * 2016-01-15 2025-02-04 ケーエルエー コーポレイション 拡張赤外分光エリプソメトリ方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108827467B (zh) * 2018-06-21 2019-12-17 清华大学 基于dmd的自适应狭缝可调光谱探测方法及系统
WO2022138374A1 (ja) * 2020-12-24 2022-06-30 ソニーグループ株式会社 データ生成方法、蛍光観察システムおよび情報処理装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000199855A (ja) * 1998-11-02 2000-07-18 Olympus Optical Co Ltd 走査型光学顕微鏡装置
JP2001141565A (ja) * 1999-11-11 2001-05-25 Shimadzu Corp 分光分析装置
JP2007093414A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Photon Design:Kk 分光装置
JP2007218794A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Hamamatsu Photonics Kk 分光装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7190451B2 (en) 2003-07-15 2007-03-13 Leica Microsystems Cms Gmbh Detection device
JP4211670B2 (ja) 2004-04-28 2009-01-21 株式会社Ｉｈｉ ガス分析装置及びガス分析方法
JP2006134492A (ja) * 2004-11-08 2006-05-25 Fujinon Corp 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置
JP4645173B2 (ja) 2004-11-26 2011-03-09 株式会社ニコン 分光器、及びこれを備えている顕微分光装置
JP4645176B2 (ja) * 2004-11-30 2011-03-09 株式会社ニコン 分光顕微鏡装置
JP2006171024A (ja) 2004-12-10 2006-06-29 Olympus Corp 多点蛍光分光測光顕微鏡および多点蛍光分光測光方法
US20060278897A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Heller Donald F Multispectral Energy/Power Meter For Laser Sources
JP4899648B2 (ja) 2006-06-05 2012-03-21 株式会社ニコン スペクトル観察方法及びスペクトル観察システム
JP2009204408A (ja) 2008-02-27 2009-09-10 Nikon Corp 分光検出装置及びレーザ走査顕微鏡システム
DE102011055294B4 (de) * 2011-11-11 2013-11-07 Leica Microsystems Cms Gmbh Mikroskopische Einrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen Lokalisierung von punktförmigen Objekten in einer Probe
JP2013125260A (ja) * 2011-12-16 2013-06-24 Olympus Corp 波長選択スイッチ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000199855A (ja) * 1998-11-02 2000-07-18 Olympus Optical Co Ltd 走査型光学顕微鏡装置
JP2001141565A (ja) * 1999-11-11 2001-05-25 Shimadzu Corp 分光分析装置
JP2007093414A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Photon Design:Kk 分光装置
JP2007218794A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Hamamatsu Photonics Kk 分光装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016021010A (ja) * 2014-07-15 2016-02-04 オリンパス株式会社 顕微鏡装置
JP2025016787A (ja) * 2016-01-15 2025-02-04 ケーエルエー コーポレイション 拡張赤外分光エリプソメトリ方法
JP7863601B2 (ja) 2016-01-15 2026-05-21 ケーエルエー コーポレイション 拡張赤外分光エリプソメトリ方法
TWI655455B (zh) * 2017-05-22 2019-04-01 國立中央大學 激發波段可調式之時域聚焦多光子激發螢光顯微鏡系統及其激發光選擇模組

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