(57)【要約】  互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光（ＬＡ）を発する点光源（１２）と、離散スペクトル光をスペクトル毎に互いに異なる方向に分散させる分散部（１４）と、スペクトルを試料（Ｓ）の互いに異なる位置（ｐ１，…，ｐｎ）にそれぞれ集光させる第一集光部（１５）と、試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部（１９）と、試料の情報を含む離散スペクトル光（ＬＢ）を、分散部によって分散されたスペクトルの試料上の集光位置と共役な位置（Ｐ３）に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系（１８）と、試料の情報を含む離散スペクトル光から、試料の情報を含むモード分解スペクトルを取得する検出部（２０）と、を備えている。
2017002535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に互いに異なる方向に分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、
前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、
前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、前記試料の情報を含むモード分解スペクトルを取得する検出部と、
を備えていることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記点光源は、前記離散スペクトル光として、周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である第一隣接周波数間隔が互いに一致している第一の光周波数コムスペクトルを発する第一のコム光源であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致している第二の光周波数コムスペクトルを発する第二のコム光源を備え、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第二の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解スペクトルを取得することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に波長分散させ、
前記重ね合わせ部は、前記試料を透過した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記分散部及び前記重ね合わせ部は入射する光を波長分散する一つの分散素子を共有し、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記一つの分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に分散させ、且つ前記試料から反射した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記分散素子は、
前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に異なる第一の方向に波長分散させる第一の分散素子と、
前記第一の分散素子によって波長分散された前記離散スペクトル光を前記第一の方向に交差する第二の方向に波長分散させる第二の分散素子と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記分散素子は、回折格子で構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の計測装置。
【請求項８】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記分散部の分散性能、前記集光部に用いられるレンズの開口数及び前記離散スペクトル光の隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔がそれぞれ、前記集光部によって前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポット同士の中心間隔が前記スペクトルのスポットの直径以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記試料と前記重ね合わせ部との間に配置されるレンズの開口数及び前記重ね合わせ部の分解能がそれぞれ、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポットが前記レンズによって前記重ね合わせ部の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記離散スペクトル光の複数の前記スペクトルを前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させてなる２次元スポット群を、該２次元スポット群をなす複数のスポットの中心から隣り合う前記スポット同士の間隔よりも小さい寸法で離れた位置にそれぞれのスポットの中心が配置される２次元スポット群を複数生成するスペクトルスポット複製部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記第一の光周波数コムスペクトルの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源を備え、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいてモード分解位相スペクトルを取得することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記第三の光周波数コムスペクトルの前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致し、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得することを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置に関する。本願は、２０１５年６月２９日に、日本に出願された特願２０１５−１３０２４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高解像度のイメージングを可能とする光学顕微鏡として、共焦点光学系を備えた顕微鏡（以下、共焦点顕微鏡とする）が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
通常の光学顕微鏡では試料の所定範囲を均一に照射するのに対し、共焦点光学系では点光源から発せられた照射光が対物レンズによって試料の一点に集光される。照射光としては、単色性及び直進性に優れているレーザー光が用いられる。また、共焦点光学系では、対物レンズの焦点位置と共役な位置にピンホールを配置することで、試料で焦点が合った位置の透過光又は反射光（あるいは、蛍光、ラマン散乱光等）のみがピンホールを通過して検出される。
このように共焦点光学系では、先ず照射光が試料の一点に集光され、試料の焦点位置の透過光又は反射光はピンホールを通過するのに対し、焦点位置以外からの光はピンホールでカットされる。従って、通常の光学顕微鏡に比べて、焦点に隣接する横方向からの迷光の影響を受けず、コントラストが向上する。さらに、照射光の焦点位置のみの情報が検出されるので、３次元の空間分解能を有する。【０００４】
上記のように鮮明な３次元画像を形成可能とする共焦点顕微鏡は、例えば蛍光タンパク質を用いた生命機能解析等のバイオ分野をはじめ、広い分野で用いられている。また、高い分解能や定量性を有する点から、将来においても共焦点顕微鏡の重要性は増していくと考えられる。【０００５】
上記のように優れた特徴を有する一方で、共焦点顕微鏡では焦点位置の点情報しか得られない。そのため、試料面内の２次元情報を画像化するには、点光源から発せられた照射光の焦点位置を試料内部で相対的に走査させる必要がある。このように照射光の焦点位置を試料に対して相対的に走査することを可能とする走査装置として、例えばガルバノミラーが知られている。ところが、これらの走査装置を用いたとしても、広範囲の高速な走査には時間がかかってしまう。【０００６】
上記の事情に対処する技術として、例えば特許文献２には、焦点走査ユニットを検査対象（試料）の前後に設けた透過式共焦点顕微鏡が開示されている。この走査ユニットは、光源からの光の角度を振り、対物レンズを介して、検査対象における焦点位置を走査させる回転多面体鏡を備えている。また、試料の前後に設けられた第一及び第二の走査ユニットのそれぞれの回転多面体鏡は同期して動作可能とされている。このような構成によって、検査対象を走査して検査対象から透過した光は、第二の走査ユニットの受光素子に正確に入射する。従って、上記の透過式共焦点顕微鏡では、高速機械走査が可能な回転多面体鏡を用いることにより、透過光を用いた検査や測定を高速で行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１０３３７９号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の共焦点顕微鏡であっても、光源からの光を所定領域内で機械的に走査させる必要があり、高い精度を保ちつつ、試料の情報を取得するには時間がかかるという問題がある。また、所定領域の拡大に伴い、試料の情報を取得するための所要時間が長くなってしまう。生命機能解析等のバイオ分野では細胞を生きたまま観察することもあり、共焦点顕微鏡、及び共焦点光学系を備えた測定装置に対して、より一層の高速化と高精度化が強く望まれている。【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高い精度を保ちつつ、機械的走査を必要とすることなく、試料の情報を高速取得可能な計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の計測装置は、互いに異なる周波数で分布しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に互いに異なる方向に波長分散させる分散部と、前記分散部によって波長分散された前記スペクトルを試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって波長分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させ空間フィルタリングにより共焦点効果を得る空間フィルタリング光学系と、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、モード分解スペクトルを取得する検出部と、を備えていることを特徴とする。
本明細書において、「モード分解スペクトル」とは、離散スペクトル光から個別に分離され得るスペクトルのことを示す。本発明に係る計測装置は、強度（振幅の２乗）のモード分解スペクトル（以下、モード分解強度スペクトルとする）のみを取得することができる。また、検出部の構成を適宜変更することで、本発明に係る計測装置は、振幅と位相のモード分解スペクトル（以下、モード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトル）とを取得することができる。なお、以下では、モード分解強度スペクトル、モード分解振幅スペクトル、モード分解位相スペクトルを区別する必要のない場合には、単に「モード分解スペクトル」と記載することがある。【００１１】
上記の構成によれば、離散スペクトル光に二以上含まれるスペクトルが、分散部への離散スペクトル光の一回の照射で互いに異なる方向に波長分散され、試料の互いに異なる位置に集光する。従って、互いに独立しているスペクトルを試料に二以上同時に集光させることができる。本明細書において、「独立している」とは、互いに異なる周波数で分布することで、他のスペクトルに対して独自に試料の情報を含むことができることを示す。ゆえに、二以上のスペクトルのそれぞれに当該スペクトルの集光位置の試料の情報が付加される。このように試料のイメージ情報が付加されたモード分解スペクトルを空間フィルタリング光学系によって空間フィルタリングし、共焦点効果を付与した後、検出部によって検出することができる。【００１２】
上記の計測装置では、前記点光源が、前記離散スペクトル光として、周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である第一隣接周波数間隔が互いに一致している第一の光周波数コムスペクトルを発する第一のコム光源であってもよい。【００１３】
上記の構成では、第一隣接周波数間隔に応じた間隔、且つ一定の間隔をあけて、二以上のスペクトルが試料の互いに異なる位置に集光する。従って、試料の所定範囲の情報を当該範囲内で等間隔に同時取得することができる。【００１４】
また、上記の計測装置は、前記周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致している第二の光周波数コムスペクトルを発する第二のコム光源を備え、前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第二の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉信号（干渉スペクトルもしくはインターフェログラム）に基づいて前記モード分解スペクトルを取得してもよい（デュアル光コム分光法）。この場合、干渉スペクトルは第一の光周波数コムスペクトルが周波数ダウンスケーリングされてなる第一及び第二の光周波数コムスペクトルの光ビートスペクトルである。また、デュアル光コム分光法を用いると、モード分解振幅スペクトル以外に、モード分解位相スペクトルも取得できる。【００１５】
また、上記の計測装置では、前記分散部が、入射する光を波長毎に空間分離する分散素子を備え、前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に波長分散させ、前記重ね合わせ部は、前記試料を透過した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせてもよい。
一方、前記分散部及び前記重ね合わせ部は入射する光を波長分散する一つの分散素子を共有し、前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記一つの分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に分散させ、且つ前記試料から反射した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせてもよい。【００１６】
上記の構成では、分散素子に離散スペクトル光が一回照射されれば、個々のスペクトルが当該スペクトルの光周波数（波長）に依存する分散角で波長分散される。即ち、互いに異なる光周波数で分布し、且つ二以上のスペクトルを、同時に、互いに異なる方向に向けて分散させることができる。
また、上記の構成では、試料を透過し、重ね合わせ部によって空間的に重ね合され、且つ試料の情報を含む離散スペクトル光を検出することができる。
また、試料から反射し、同様に重ね合わせ部によって空間的に重ね合されてなる、試料の情報を含む離散スペクトル光を検出することもできる。【００１７】
また、上記の計測装置では、前記分散素子は、前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に異なる第一の方向に波長分散させる第一の分散素子と、前記第一の分散素子によって波長分散された前記離散スペクトル光を前記第一の方向に交差する第二の方向に波長分散させる第二の分散素子と、を備えていてもよい。
前記分散素子は、回折格子で構成されていてもよい。【００１８】
上記の構成によれば、離散スペクトル光が一回照射されれば、第一の分散素子によって個々のスペクトルが当該スペクトルの光周波数（即ち、波長）及び第一の分散素子のピッチや入射角等に依存する分散性能によって決まる分散角で第一の方向に波長分散される。続いて、第一の分散素子では分離できなかった個々のスペクトルが、第二の分散素子によって、当該スペクトルの光周波数（即ち、波長）及び第二の分散素子のピッチや入射角等に依存する分散性能によって決まる分散角で第二の方向に波長分散される。即ち、互いに異なる光周波数で分布し、且つ二以上のスペクトルを、同時に、第一及び第二の分散素子を用いて２段階で、互いに異なる方向に向けて分散させることができる。第一及び第二の分散素子として回折格子を用いれば、回折格子の分散性能を適切に調節することで、このような二以上のスペクトルを所望の間隔をあけて互いに異なる方向に向けて２次元的に分散させることができる。【００１９】
また、上記の計測装置では、前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記分散部の分散性能、前記集光部に用いられるレンズの開口数、及び、前記離散スペクトル光の隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔がそれぞれ、前記集光部によって前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポット同士の中心間隔が前記スペクトルのスポットの直径以上となるように設定されていてもよい。【００２０】
上記の構成によれば、光周波数コム・モードの２次元スポット群が離散的且つ高密度に試料上に形成される。このような２次元スポット群が試料に形成されることで、２次元スポット群の隣接したスポット（即ち、画素）間のクロストークが抑制され、離散スペクトル光の中心波長、分散部の分散性能、集光部に用いられるレンズの開口数及び離散スペクトル光の隣り合うスペクトルの周波数の間隔が上述のように設定されていない場合に比べて、よりボケの無い画像がモード分解スペクトルから得られる。【００２１】
また、上記の計測装置では、前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記試料と前記重ね合わせ部との間に配置されるレンズの開口数、及び、前記重ね合わせ部の分散性能がそれぞれ、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポットが前記レンズによって前記重ね合わせ部の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていてもよい。【００２２】
上記の構成によれば、離散スペクトル光の中心波長、隣り合うスペクトルの周波数の間隔、重ね合わせ部に用いられるレンズの開口数及び空間フィルタリング光学系の分解能が上述のように設定されていない場合に比べて、試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた２次元スポット群から、スペクトルのスポット同士の中心間隔に合わせて、試料の互いに異なる位置からの情報の欠損等なく、より高精度な画像がモード分解スペクトルから得られる。【００２３】
また、上記の計測装置では、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていてもよい。【００２４】
上記の構成によれば、デコンボリュージョン処理部でデコンボリュージョン処理がなされるので、集光部等のボケ特性から生じるスペクトルの２次元スポット群の画像ボケ（即ち、スポット光の拡がり）が軽減される。【００２５】
また、上記の計測装置では、前記第一の光周波数コムスペクトルの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源を備え、前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得してもよい。
さらに、前記第三の光周波数コムスペクトルの前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致し、前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得してもよい。【００２６】
上記の構成によれば、第三のコム光源を備えることで、試料の互いに異なる位置における共焦点ボリューム内の位相情報が得られ、共焦点特性によって決まる深さ分解能（共焦点深さ分解能）よりも、更に高精度な深さ分解能で情報取得がなされるので、共焦点特性のみの場合に比べて、試料の厚み方向の情報をより高精度に取得することができる。
また、デュアル光コム分光法を採用した場合に、第二のコム光源を第三のコム光源としても共有することで、第二のコム光源と第三のコム光源とを個別に設けた構成に比べて装置を単純化することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の計測装置では、離散スペクトル光の機械的走査を行うことなく、離散スペクトル光の一回の照射で、互いに独立しているスペクトルを二以上同時に集光させ、試料に二以上の焦点を同時形成することができる。また、空間フィルタリング光学系によって試料上のスペクトルの焦点位置以外からの光をカットし、モード分解スペクトルから試料の情報を含むスペクトルのみを二以上同時に検出することで、共焦点効果による高コントラストかつ3次元空間分解の鮮明な情報を得ることができる。さらに、モード分解位相スペクトルを利用することにより、共焦点深さ分解能を大きく上回る深さ分解能を得ることができる。
従って、本発明によれば、高い精度を保ちつつ、試料の情報を高速に取得可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した第一実施形態の計測装置の模式図である。
【図２】本発明における離散スペクトル光について説明するための模式図である。
【図３】本発明の第一実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第一構成例を示す概略図である。
【図４】本発明の第一実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第二構成例を示す概略図である。
【図５】本発明の第一実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第三構成例を示す概略図である。
【図６】本発明の第一実施形態の計測装置における離散スペクトル光源の第四構成例を示す概略図である。
【図７】本発明の第一実施形態の計測装置における検出光学系の第一構成例を示す概略図である。
【図８】本発明の第一実施形態の計測装置における検出光学系の第二構成例を示す概略図である。
【図９】本発明の第一実施形態の計測装置における検出光学系の第三構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明の第一実施形態の計測装置における空間フィルタリング部、分散部、第一集光部、第二集光部及び重ね合わせ部における光の操作を説明するための模式図である。
【図１１】本発明を適用した第二実施形態の計測装置の模式図である。
【図１２】本発明を適用した第二実施形態の計測装置における干渉スペクトルの発生過程を説明するための模式図である。
【図１３】本発明を適用した第三実施形態の計測装置の模式図である。
【図１４】本発明を適用した第四実施形態の計測装置の模式図である。
【図１５】本発明を適用した第五実施形態の計測装置の模式図である。
【図１６】本発明の第一実施形態から第五実施形態の計測装置に適用可能な分散部の光学系の第一構成例を示す概略図である。
【図１７】本発明の第一実施形態から第五実施形態の計測装置における離散スペクトル光のスペクトルの２次元スポット群の複製について説明するための模式図である。
【図１８】本発明の第一実施形態から第五実施形態の計測装置における試料の位相イメージの取得について説明するための模式図である。
【図１９】実施例１の光学系の模式図である。
【図２０】実施例１で用いたテストチャートである。
【図２１】実施例１で用いたテストチャートのライン間隔を示す図である。
【図２２】実施例１で測定したテストチャートの範囲Ｒ１に関する反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図２３】実施例１で測定したテストチャートの範囲Ｒ２に関する反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図２４】実施例１で測定したテストチャートの範囲Ｒ３に関する反射率の波長依存性を示すグラフである。
【図２５】実施例１で測定したテストチャートの一部を示すデータである。
【図２６】実施例２の共焦点顕微ラインイメージング装置の模式図である。
【図２７】実施例２の共焦点顕微ラインイメージング装置の一部を示す上面図及び側面図である。
【図２８】実施例２で空間フィルタリング光学系におけるピンホールによる深さ分解能の限定効果を示すグラフである。
【図２９】実施例２で測定したテストチャートの範囲Ｒ５に関するデータであり、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置においてピンホールを配置した場合のデータを示す。
【図３０】実施例２で測定したテストチャートの範囲Ｒ５に関するデータであり、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置においてピンホールを配置しない場合のデータを示す。
【図３１】実施例３の共焦点顕微ラインイメージング装置の模式図である。
【図３２】実施例３で取得したモード分解スペクトルである。
【図３３】実施例３で取得したモード分解スペクトルであり、図３２の部分拡大図である。
【図３４】実施例３で測定したテストチャートの範囲Ｒ６に関するデータである。
【図３５】実施例４の共焦点顕微イメージング装置の模式図である。
【図３６】実施例４で取得したモード分解スペクトルである。
【図３７】実施例４で取得したモード分解スペクトルであり、図３６の部分拡大図である。
【図３８】実施例４で取得したテストチャートのグループ４要素１の２次元共焦点顕微イメージ（反射）であり、測定位置が光周波数コムスペクトルの集光位置である場合のイメージである。
【図３９】実施例４で近赤外光カメラを用いて取得したテストチャートのグループ４要素１の透過イメージである。
【図４０】実施例４で取得したテストチャートのグループ４要素１の２次元共焦点顕微イメージであり、測定位置が光周波数コムスペクトルの集光位置から＋１０μｍ移動した位置である場合のイメージである。
【図４１】実施例４で取得したテストチャートのグループ３要素１の２次元共焦点顕微イメージ（反射振幅イメージ）である。
【図４２】実施例４で取得したテストチャートのグループ３要素１の２次元共焦点顕微イメージ（反射位相イメージ）である。
【図４３】実施例４で近赤外光カメラを用いて取得したテストチャートのグループ３要素１の透過イメージである。
【図４４】実施例４（ＣＬＭ）及びデジタルホログラフィー（ＤＨ）によって取得したテストチャート反射コート有りと無しの部位における高さプロファイルの比較である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した計測装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。
【００３０】
（第一実施形態）
始めに、本発明を適用した計測装置の第一実施形態を図１から図１０に基づいて説明する。図１は第一実施形態の計測装置１０Ａの模式図である。
【００３１】
［計測装置１０Ａの構成］
図１に示すように、計測装置１０Ａは細胞等の試料Ｓの情報を取得可能な計測装置であり、点光源１２と、分散部１４と、第一集光部（集光部）１５と、第二集光部１７と、重ね合わせ部１９と、空間フィルタリング光学系１８と、検出部２０と、を備えている。
【００３２】
点光源１２は、離散スペクトル光源（第一のコム光源）２２と、集光レンズ２４と、を備えている。
離散スペクトル光源２２は、離散スペクトル光ＬＡを発する光源である。
【００３３】
図２は離散スペクトル光ＬＡについて説明するための模式図である。図２に示すように、離散スペクトル光ＬＡは互いに異なる周波数で分布しているスペクトルＭＡを二以上含んでいる。このような離散スペクトル光ＬＡとしては、光周波数コムスペクトル（第一の光周波数コムスペクトル）ＬＸ０が挙げられる。光周波数コムスペクトルＬＸ０は、例えば周波数軸（図２に示すｆ軸）上で互いに周波数間隔ｆｒをあけて分布するスペクトルＭＡを二以上含んでいる。以降では、スペクトルＭＡの数をｎとする。言い換えれば、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡの周波数の間隔が周波数間隔ｆｒである。周波数特性で見ると、ｎ個のスペクトルＭＡがキャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆ０（以下、オフセット周波数ｆ０と記載する）、及び所定の光強度｜Ｅ（ｆ）｜２の分布を有するスペクトル・エンベロープＮＡを備え、周波数軸上に分布している。
光周波数コムスペクトルＬＸ０の時間特性を見ると、パルスΦ１，Φ２，…，Φｍが複数分布している。隣接したパルスΦ１，Φ２，…，Φｍの間の互いに中心の時間間隔が１／ｆｒである。複数のパルスΦ１，Φ２，…，Φｍの光搬送波電界ＣＡは、複数のスペクトルＭＡを逆フーリエ変換して得られる時間分布を有する。複数のパルスΦ１，Φ２，…，Φｎのパルス包絡線ＷＡはスペクトル・エンベロープＮＡを逆フーリエ変換して得られる時間分布を有する。
【００３４】
キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆ０と、キャリア・エンベロープ・オフセット周波数ｆ０を有するスペクトルＭＡに対する順番を決めれば、所定の順番のスペクトルＭＡの周波数が決まる。例えば、オフセット周波数ｆ０を有するスペクトルＭＡに対してｎ番目のスペクトルＭＡの周波数νｎは、下記の（１）式のように決められる。
【００３５】
【数１】
2017002535.tif 000003
【００３６】
光周波数コムスペクトルＬＸ０では、周波数間隔ｆｒ及びオフセット周波数ｆ０が周波数標準器を基準に安定化されてスペクトルＭＡの周波数が周波数軸上で殆ど変化せず、固定されている。「周波数軸上で変化せず」とは、複数のスペクトルＭＡの互いに異なるモードが位相同期され、スペクトルＭＡの周波数が周波数標準器に位相同期することで達成され得る程度に、周波数軸上で変化しない状態を示す。
【００３７】
離散スペクトル光源２２としては、上記説明した光周波数コムスペクトルＬＸ０を発することが可能な公知のコム光源を用いることができる。
以下では、離散スペクトル光源２２の構成例について説明する。各例において公知の構成要素については、その詳細な説明を省略する。
なお、離散スペクトル光源２２の構成は下記の各例に限定されるものではない。
【００３８】
図３は離散スペクトル光源２２の第一構成例であるコム光源２２Ａの概略図である。図３に示すように、コム光源２２Ａはモード同期ファイバレーザー７７と、増幅器７８と、を備えている。モード同期ファイバレーザー７７は励起用半導体レーザー８２と、光アイソレータ８７Ａを備えた光ファイバ８０Ｇと、光カプラ８４Ａと、イッテルビウム（Ｙｂ）等のドープファイバ８６Ａを備えた光ファイバ８０Ａと、光ファイバ８０Ｂ，８０Ｃと、光アイソレータ８５Ａと、を備えている。増幅器７８は光ファイバ８０Ｂ，８０Ｃの間に配置された光カプラ８４Ｄを介してモード同期ファイバレーザー７７に接続されている。増幅器７８は、光カプラ８４Ｄの出力側に接続された光ファイバ８０Ｄと、光アイソレータ８５Ｂと、励起用半導体レーザー８３と、光アイソレータ８７Ｂを備えた光ファイバ８０Ｆと、光カプラ８４Ｃと、イッテルビウム（Ｙｂ）等のドープファイバ８６Ｂを備えた光ファイバ８０Ｈと、光アイソレータ８５Ｃと、を備えている。
【００３９】
図３に示す構成では、モード同期ファイバレーザー７７から周波数安定度の高いパルスが光アイソレータ８５Ａから光カプラ８４Ａに向かって発振される。発振されたパルスの一部が光カプラ８４Ｄから取り出され、一部のパルスは光ファイバ８０Ｄ内を進み、増幅器７８でその強度を増幅させる。一方、残りのパルスは光ファイバ８０Ｃ内を進み、モード同期ファイバレーザー７７の内部をループする。このような動作原理によって、光アイソレータ８５Ｃから、高出力の光周波数コムスペクトルＬＸ０が出射される。
【００４０】
図４は離散スペクトル光源２２の第二構成例であるコム光源２２Ｂの概略図である。図４に示すように、コム光源２２Ｂは光変調器９０と、マイクロ波発振器９３と、を備えている。光変調器９０は所定距離だけ離間させて配置された鏡９２Ａ，９２Ｂと、二枚の鏡９２Ａ，９２Ｂの間に配置された電気光学結晶９４から構成されている。電気光学結晶９４には、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）が用いられている。
【００４１】
図４に示す構成では、光変調器９０に入射した単一スペクトル光はマイクロ波発振器９３によって外部位相変調される。一方、電気光学結晶９４が上記のように二枚の鏡９２Ａ，９２Ｂからなるファブリ・ペロー共振器内に配置されていることで深い変調がかけられ、約１０００本以上のスペクトルＭＡが発生する。スペクトルＭＡの周波数間隔ｆｒはマイクロ波発振器９３の変調周波数に一致する。また、光変調器９０はパッシブな構成要素で構成されているため、周波数軸上で非常に安定したスペクトルＭＡを二以上含む光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生する。スペクトル・エンベロープＮＡの中心周波数は、不図示の入力光源で決定される。
【００４２】
図５は離散スペクトル光源２２の第三構成例であるコム光源２２Ｃの概略図である。図５に示すように、コム光源２２Ｃは導波路型のマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）型超平坦光コム発生器（ＭＺ−ＦＣＧ）９５を備えている。ＭＺ−ＦＣＧ９５には、入力導波路９６Ａと、二つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃと、出力導波路９６Ｄと、が形成されている。二つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃのそれぞれには、高周波（ＲＦ）信号と位相変調信号を入力可能とする導波路が結合されている。
【００４３】
図５に示す構成では、ＲＦ信号が所定の条件で二つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃに入力されると、単一スペクトルから分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃのそれぞれで二つの光周波数コムスペクトルが発生する。二つの分岐導波路９６Ｂ，９６Ｃの結合位置において、二つの光周波数コムスペクトルは互いにそれぞれの光強度のアンバランスを補い合う。従って、スペクトル・エンベロープＮＡの平坦性に優れた光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生し、出力導波路９６Ｄから取り出される。
【００４４】
図６は離散スペクトル光源２２の第四構成例であるコム光源２２Ｄの概略図である。コム光源２２Ｄはコム光源２２ＣのＭＺ−ＦＣＧ９５を用いた広帯域コム／超短パルス光源である。図６に示すように、コム光源２２Ｄは、励起用半導体レーザー９８と、偏波コントローラ（ＰＣ）９９と、ＭＺＭ１００と、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）１０８と、エルビウム添加ファイバ増幅器１０９と、分散フラット・分散減少ファイバ（ＤＦ−ＤＤＦ）１１０と、を備えている。
図６に示す構成では、ＭＺ−ＦＣＧ９５によって発生した光コム信号は標準的なＳＭＦ１０８に入力された後にＤＦ−ＤＤＦに入力することで、約２０ＴＨｚに及ぶ光周波数コムスペクトルＬＸ０が発生する。
【００４５】
上記説明したコム光源２２Ａから２２Ｄに例示される離散スペクトル光源２２の出射方向には、図１に示すように、集光レンズ２４が配置されている。集光レンズ２４は離散スペクトル光源２２から発せられた離散スペクトル光ＬＡを集光位置Ｐ１に集光させる光学素子である。従って、集光レンズ２４の各種パラメータは、スペクトルＭＡの周波数ν及び集光レンズ２４の位置と集光位置Ｐ１との距離等を勘案して設定され、特に限定されない。
【００４６】
なお、例えば集光レンズ２４のように、点光源１２の光学系においてレンズが用いられている場合は、図示しないが、レンズをミラーに替えて点光源１２を構成してもよい。レンズに替えてミラーを用いることによって、離散スペクトル光源２２から発せられた光周波数コムスペクトルＬＸ０の各スペクトルＭＡの周波数に対してレンズの色収差の影響が及ぶことを避けることができる。
【００４７】
光軸Ｘ上において、点光源１２の前方にはピンホール２６及びコリメートレンズ２８がこの順で配置されている。
ピンホール２６は所定の大きさ及び形状の開口を有する。光軸Ｘ方向において、ピンホール２６の開口は集光位置Ｐ１に位置している。この開口の大きさ及び形状は、スペクトルＭＡの周波数と、試料Ｓの情報を取得するための所望の分解能等を勘案して設定され、特に限定されない。
コリメートレンズ２８は集光位置Ｐ１から発散された離散スペクトル光ＬＡをコリメートする光学素子である。従って、コリメートレンズ２８の各種パラメータは、スペクトルＭＡの周波数及び集光位置Ｐ１とコリメートレンズ２８の位置との距離等を勘案して設定され、特に限定されない。
なお、ピンホール２６、集光レンズ２４及びコリメートレンズ２８は、集光位置Ｐ１において離散スペクトル光ＬＡを少なくとも任意の一方向に集光できれば、他の構成に置き換えられる。例えば、これらの構成に替えて、シリンドリカルレンズ及びスリットの組合せを用いてもよく、ピンホール２６に替えて符号化パターンを用いてもよい。
【００４８】
分散部１４は、光軸Ｘ方向においてコリメートレンズ２８と第一集光部１５との間に配置され、離散スペクトル光ＬＡをスペクトルＭＡ毎に互いに異なる方向に波長分散させるための構成である。第一実施形態の分散部１４は分散素子３２を備えている。図１では、分散素子３２として、回折格子を用いた場合を示している。分散素子３２は、分散面３２ａに直交する軸Ｊ１を光軸Ｘに対して角度θ０だけ傾斜させた姿勢で配置されている。分散素子３２は角度θ０で入射した光をスペクトルＭＡ毎に、ｎ個のスペクトルＭＡの周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで１次元的、２次元的又は３次元的に波長分散させる機能を有する。このような機能を有する分散素子３２としては、例えば回折格子、プリズム、Virtual Imaged Phased Array（ＶＩＰＡ：登録商標）、計算機ホログラム（Computer Generated Hologram：ＣＧＨ）等が挙げられる。分散素子３２として回折格子やプリズムを用いる場合は、図１に示すように、分散ビームが１次元的に（即ち、ライン状に）波長分散される。回折格子のピッチは、スペクトルＭＡが入射する角度θ０、スペクトルＭＡの周波数及び試料Ｓの情報を取得するための所望の分解能等を勘案して、公知のグレーティング方程式に基づいて設定され、特に限定されない。分散素子３２としてＶＩＰＡ（第一の分散素子）と回折格子（第二の分散素子）とを組み合わせて用いる場合は、分散ビームが２次元的に（平面状に）波長分散される。分散素子３２としてＣＧＨを用いる場合は、ＣＧＨにレンズ特性を持たせることでスペクトル毎に集光位置の深さを変えることができる。
【００４９】
第一集光部１５は、光軸Ｘ方向において分散部１４と試料Ｓとの間に配置され、分散部１４によって波長分散されたスペクトルＭＡを試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させるための構成である。第一集光部１５はリレーレンズ３４，３６と、対物レンズ３８と、を備えている。リレーレンズ３４，３６は、分散素子３２のビーム出射状態を、対物レンズの入射瞳（点Ｐ４）に転送するために用いられている。リレーレンズ３４は複数のスペクトルＭＡを光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２方向又は矢印Ｄ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光させる。リレーレンズ３６は集光後に発散した複数のスペクトルＭＡをコリメートすると共に、共通して対物レンズの入射瞳である点Ｐ４を通過させ、対物レンズ３８に入射させる。対物レンズ３８は、点Ｐ４のビーム入射角度に依存して異なる位置に焦点を形成するが、スペクトルＭＡ毎に入射角度が異なるので、入射した点Ｐ４からのスペクトルＭＡをスペクトルＭＡ毎に、試料Ｓの矢印Ｄ２又はＤ３方向に異なる位置で集光させる。
なお、第一集光部１５は分散部１４によって分散されたスペクトルＭＡを試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させることができれば、上記の構成に限定されない。
【００５０】
試料Ｓは、光軸Ｘ方向において第一集光部１５と第二集光部１７との間に配置されている。試料Ｓは、例えば細胞等のように、スペクトルＭＡを透過させ、且つスペクトルＭＡに振幅や位相の変調等によってその情報を付加し得る物体であればよく、特に制限されない。
【００５１】
第二集光部１７は、光軸Ｘ方向において試料Ｓと重ね合わせ部１９との間に配置され、対物レンズ３９と、リレーレンズ３５，３７と、を備えている。リレーレンズ３５，３７は、対物レンズの入射瞳（点Ｐ５）のビーム出射状態を、分散素子３３に転送するために用いられている。これらの構成要素はそれぞれ、対物レンズ３８と、リレーレンズ３４，３６と、に対応している。即ち、第二集光部１７は、光軸Ｘ方向において試料Ｓに対し、第一集光部１５を折り返してなる構成である。対物レンズ３９は互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから透過した透過したそれぞれのスペクトル（以下、透過スペクトルとする）をコリメートすると共に、共通して点Ｐ５を通過させ、リレーレンズ３７に入射させる。リレーレンズ３７は点Ｐ５を通過した複数の透過スペクトルを光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２方向又は矢印Ｄ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光させる。リレーレンズ３５は集光後に発散した複数の透過スペクトルをコリメートする。
なお、第二集光部１７は上記構成に限定されず、省略可能である。
【００５２】
重ね合わせ部１９は、光軸Ｘ方向において第二集光部１７と空間フィルタリング光学系１８との間に配置され、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの透過スペクトルを空間的に重ね合わせるための構成である。第一実施形態の重ね合わせ部１９は分散素子３３を備えている。分散素子３３は、波長分散面３３ａに直交する軸Ｊ２を光軸Ｘに対して角度θ０だけ傾斜させた姿勢で配置されている。分散素子３３はｎ個のスペクトルＭＡの周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで入射した光を共通の角度θ０で同時に波長分散させる機能を有する。共通の角度θ０で同時に波長分散することで、ｎ個のスペクトルＭＡは光軸Ｘ上に重ねられる。このような機能を有する分散素子３３としては、例えば回折格子、プリズム、ＶＩＰＡ、ＣＧＨ等が挙げられる。分散素子３３は、分散素子３２と同様の性能を有することが好ましい。
【００５３】
空間フィルタリング光学系１８は、光軸Ｘ方向において重ね合わせ部１９と検出部２０との間に配置され、スペクトルＭＡの試料Ｓ上で集光された位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎのそれぞれと共役な位置Ｐ３に集光させるための構成である。空間フィルタリング光学系１８は集光レンズ４０と、ピンホール４２と、コリメートレンズ４４と、を備え、これらの構成要素が光軸Ｘ方向の後方側から前述の順で配置されている。
【００５４】
集光レンズ４０は光軸Ｘ上で入射する透過スペクトルをスペクトルＭＡの試料Ｓ上での焦点に共役な位置Ｐ３（以下、単に焦点に共役な位置Ｐ３と記載する場合がある）に集光させる。従って、集光レンズ４０の各種パラメータは、スペクトルＭＡの周波数及び集光レンズ４０の位置と、焦点に共役な位置Ｐ３との距離等を勘案して設定され、特に限定されない。
ピンホール４２は所定の大きさ及び形状の開口を有する。光軸Ｘ方向において、ピンホール４２の開口は焦点に共役な位置Ｐ３に位置している。この開口の大きさ及び形状は、スペクトルＭＡの周波数と、集光レンズ４０の集光性能等を勘案して設定され、特に限定されない。ピンホール４２は位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの透過スペクトルを開口から通過させる。
コリメートレンズ４４は焦点に共役な位置Ｐ３から発散された透過スペクトルをコリメートする光学素子である。従って、コリメートレンズ４４の各種パラメータは、スペクトルＭＡの周波数及び焦点に共役な位置Ｐ３とコリメートレンズ４４の位置との距離等を勘案して設定され、特に限定されない。
【００５５】
検出部２０は、光軸Ｘ方向において計測装置１０Ａの最後方に配置されている。検出部２０は、空間フィルタリング光学系１８で空間フィルタリングされ、且つ試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢから、試料Ｓの情報を含むモード分解スペクトルを取得するための構成である。
検出部２０としては、離散スペクトル光ＬＢからモード分解スペクトルを取得することが可能な公知の検出光学系４６又は分光装置を用いることができる。ここで、検出光学系４６の構成例について説明する。各例において公知の構成要素については、その詳細な説明を省略する。
なお、検出光学系４６の構成は下記の各例に限定されるものではない。
【００５６】
図７は検出光学系４６の第一構成例である光学系４６Ａの概略図である。図７に示すように、光学系４６Ａはシリンドリカルレンズ４８と、ＶＩＰＡ５０と、球面レンズ５２と、回折格子５４と、を備えている。ＶＩＰＡ５０は、薄いガラス板５０ｂの片面に半透過膜（図示略）を形成し、他面に反射膜５０ｒで構成され、エタロンによる鋭い波長分散特性を有している。そして、ＶＩＰＡを可動させることによって波長分散角度を変化させる。
【００５７】
図７に示す構成では、先ず、シリンドリカルレンズ４８によって図７に示す矢印ｘ方向に沿ってライン集光された光が、ＶＩＰＡ５０によって矢印ｙ方向（第一の方向）に分散される。また、分散された光の分散角度は、光軸に対して角度αの範囲内で、その光の周波数、ＶＩＰＡ５０の厚さ、ならびに入射角度に起因する角度となる。ＶＩＰＡ５０で分散された光は、球面レンズ５２によって当該光毎に光軸に対して平行な方向に偏向され、回折格子５４に入射する。回折格子５４の格子の延在方向は矢印ｙ方向に平行する方向であるため、回折格子５４から反射した光は、反射と同時に前記一方向に直交する方向（図７に示す矢印ｘ方向（第二の方向））に回折し、これによって周波数毎に分散される。従って、矢印Ｄ１方向及び矢印Ｄ３方向に複数のモード分解スペクトルが２次元展開され、個々のモード分解強度スペクトルの２次元空間分布がイメージングデバイス等によって検出される。２次元展開されたモード分解スペクトルの分布について、矢印Ｄ１方向の散在する帯域ｄ１、及び矢印Ｄ３方向のピッチｄ２はＶＩＰＡ５０のFree Spectrum Range（ＦＳＲ）及び回折格子５４の格子ピッチに依存する。また、矢印Ｄ１方向のピッチｄ３はＶＩＰＡ５０に入射する光のスペクトルの周波数間隔（即ち、本実施形態では周波数間隔ｆｒ）に依存する。
【００５８】
図８は検出光学系４６の第二構成例である光学系４６Ｂの概略図である。図８に示すように、光学系４６Ｂは入射スリット１２０と、反射凹面鏡１２１，１２３と、回折格子１２２と、出力スリット１２４と、を備えた分散型分光計である。
【００５９】
図８に示す構成では、入射スリット１２０の開口から入射した光が反射凹面鏡１２１でコリメートされ、回折格子１２２に入射する。回折格子１２２の格子の延在方向は所定の方向（図８の紙面を貫通する方向）であるため、回折格子１２２から反射した光は、反射と同時に所定の方向に回折し、これによって周波数毎に互いに異なる方向へ分散される。
続いて、周波数毎に分散された光は、反射凹面鏡１２３で出力スリット１２４に照射され、出力スリット１２４の開口の位置にある光が取り出される。出力スリット１２４が矢印Ｄ１０方向に走査されることで、回折格子１２２で分散されたモード分解スペクトルが周波数毎に検出される。もしくは、出力スリット１２４を固定した状態で、回折格子１２２を回転させることによって、同様のモード分解強度スペクトルが検出される。
【００６０】
図９は検出光学系４６の第三構成例である光学系４６Ｃの概略図である。図９に示すように、光学系４６Ｃはミラー１２７と、ビームスプリッタ１２８と、直角（プリズム）ミラー１２９，１３０と、検出器１３１と、フーリエ変換部１３２と、を備えたマイケルソン干渉計型フーリエ変換分光光学系である。
【００６１】
図９に示す構成では、先ず、一方の直角ミラー１２９を光軸に平行する矢印Ｄ１２方向に動かし、直角ミラー１２９，１３０のそれぞれから反射した光の干渉波形を検出器１３１で検出する。続いて、その干渉波形をフーリエ変換部１３２においてフーリエ変換することにより、周波数（波長）毎のモード分解強度スペクトルが検出される。
【００６２】
［計測装置１０Ａを用いた計測］
次いで、図１に示す計測装置１０Ａを用いた計測の原理について説明する。
点光源１２の離散スペクトル光源２２から発せられた離散スペクトル光ＬＡは、集光位置Ｐ１で集光すると共に、ピンホール２６の開口を通過する。集光位置Ｐ１から発散した離散スペクトル光ＬＡは、コリメートレンズ２８でコリメートされ、分散部１４の分散素子３２に入射する。
【００６３】
軸Ｊ１に対して共通の角度θ０をなし、分散素子３２に入射した離散スペクトル光ＬＡの二以上（ここでは、ｎ個とする）のスペクトルＭＡは、スペクトルＭＡ毎に、その周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで同時に分散する。即ち、スペクトルＭＡ毎に互いに異なる方向に同時に分散する。
続いて、スペクトル毎に異なる角度θ１，θ２，…，θｎで分散されたｎ個のスペクトルＭＡは、第一集光部１５に入射し、リレーレンズ３４によってスペクトル毎に集光され、リレーレンズ３６によって位置Ｐ４に向けてコリメートされる。位置Ｐ４を通ったｎ個のスペクトルＭＡは、対物レンズ３８によって試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ、同時に集光される。
【００６４】
試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに同時集光したｎ個のスペクトルＭＡには、位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎの試料Ｓに関する情報が付加される。このように、離散スペクトル光ＬＡの一回の照射で、試料Ｓにｎ個のスペクトルＭＡからなる測定用の照射スポットが同時に形成される。また、試料Ｓの情報が互いに独立しているｎ個のスペクトルＭＡのそれぞれに付加される。
【００６５】
試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢは、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから透過し、第二集光部１７に入射する。第二集光部１７の対物レンズ３９によって、離散スペクトル光ＬＢのスペクトル（以下、透過スペクトルとする）はそれぞれ、コリメートされると共に、共通して点Ｐ５を通過する。ｎ個の透過スペクトルはリレーレンズ３７に入射し、リレーレンズ３７によって光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光される。そして、集光後に発散した複数の透過スペクトルはリレーレンズ３５によって、コリメートされると共に、重ね合わせ部１９に向かって偏向される。
【００６６】
互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの透過スペクトルは、重ね合わせ部１９の分散素子３３に対し、ｎ個の透過スペクトルの各周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで入射する。そして、分散素子３３によって軸Ｊ２に対して共通の角度θ０で同時に波長分散し、光軸Ｘ上で空間的に且つ同時に重ねられる。
【００６７】
空間的に重ね合され、且つ試料Ｓの情報を含むｎ個の透過スペクトルは空間フィルタリング光学系１８に入射し、集光レンズ４０で共役な位置Ｐ３に集光され、ピンホール４２の開口を通過する。ｎ個の透過スペクトル以外の光やスペクトルはピンホール４２でカットされる。ピンホール４２の開口を通過したｎ個の透過スペクトルがコリメートレンズ４４でコリメートされ、検出部２０に入射する。
【００６８】
検出部２０では、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢ（即ち、上記の透過スペクトル）から、試料Ｓの情報を含むｎ個のモード分解スペクトルが取得される。ｎ個のモード分解スペクトルが検出光学系４６、又はその他の構成等によって、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに応じて１次元、２次元又は３次元的に配置されれば、モード分解スペクトルに含まれている試料Ｓの情報が見易くなる。このような方法によらず、離散スペクトル光ＬＢからｎ個のモード分解スペクトルが取得されれば、試料Ｓの計測が完了する。
【００６９】
［計測装置１０Ａの作用効果］
次いで、第一実施形態の計測装置１０Ａの作用効果について、図１０を参照して説明する。図１０は、上記説明した点光源１２、分散部１４、第一集光部１５、第二集光部１７、重ね合わせ部１９及び空間フィルタリング光学系１８で行われる光の操作（反射配置）を説明するための模式図である。
図１０に示すように、上記説明した計測装置１０Ａによれば、空間フィルタリング光学系１８を含む点光源１２から出射された、周波数軸上で互いに独立しているスペクトルＭＡを二以上含む離散スペクトル光ＬＡを分散部１４に入射させると、スペクトルＭＡ毎に、互いに異なる方向に分散される。これにより、離散スペクトル光ＬＡを走査せずに、離散スペクトル光ＬＡに含まれるｎ個のスペクトルＭＡを二以上同時に多次元変換して、多次元平面にマッピングすることができる。図１０には、ｎ個のスペクトルＭＡがそれぞれの周波数（波長）に応じて２次元平面変換がなされた状態を例示している。
【００７０】
分散された複数のスペクトルｓ１，ｓ２，…，ｓｎはそれぞれ、第一集光部１５によって試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎのそれぞれに同時集光する。即ち、離散スペクトル光ＬＡの一回の照射（１ショット）で複数のスペクトルＭＡを試料Ｓの互いに異なる位置に集光させることができる。また、連続スペクトル光を用いた場合とは異なり、複数のスペクトルＭＡは互いに独立しているため、ｎ個のスペクトルＭＡの集光位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎで、試料Ｓの情報を同時且つ並列に、ｎ個のスペクトルＭＡに、それぞれ付加することができる。従って、ｎ個のスペクトルの集光位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎを試料Ｓの計測対象の範囲に合わせれば、その計測範囲の試料Ｓの情報を非機械的に高速取得することができる。
【００７１】
また、第一実施形態の計測装置１０Ａによれば、試料Ｓの情報が付加された離散スペクトル光ＬＢが第二集光部１７及び重ね合わせ部１９によって空間的に重ね合され、空間フィルタリング光学系１８によって空間フィルタリングされる。これにより、重ね合わせ部１９からは、ｎ個のスペクトルＭＡのそれぞれに試料Ｓの情報が付加され、ｎ個のモード分解スペクトルＭＡ２が生成されると共に、スペクトル・エンベロープＮＡがスペクトル・エンベロープＮＡ２に変化する。そして、空間フィルタリング光学系１８のピンホール４２の開口は、スペクトルＭＡが集光する位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに対して共役な位置Ｐ３に配置されている。従って、試料Ｓでの位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎ以外から透過した光、又はその他の迷光、散乱光等をピンホール４２によってカットし、検出部２０には計測対象である離散スペクトル光ＬＢを検出することができる。
以上のように、第一実施形態の計測装置１０Ａによれば、高い精度を保ちつつ、試料Ｓの情報を高速に取得することができる。
【００７２】
また、第一実施形態の計測装置１０Ａによれば、ｎ個のスペクトルＭＡの周波数間隔が互いに一致し、第一隣接周波数間隔ｆｒ１とすることもできる。その場合、ｎ個のスペクトルＭＡが試料Ｓの互いに異なる位置で、且つ第一隣接周波数間隔ｆｒ１に応じた一定の間隔をあけて集光する。従って、試料Ｓの計測範囲内の情報を等間隔に取得することができる。
【００７３】
また、第一実施形態の計測装置１０Ａによれば、試料Ｓを透過し、重ね合わせ部１９によって空間的に重ね合されてなる離散スペクトル光ＬＢを検出することができる。
【００７４】
上述の作用効果を奏する計測装置１０Ａでは、従来の共焦点顕微鏡に比べて高速性と高分解能性が大幅に向上し、離散スペクトル光ＬＡの１ショットで高いコントラストの鮮明な情報を取得することができる。必要に応じて蛍光プローブ等と併用することで、従来の共焦点顕微鏡や共焦点光学系を備えた装置等では困難とされていた、例えば生きたままの細胞内部の分子の動きを直接観察することも可能になる。その結果、生命機能解析等のバイオ分野に関する新たな知見を取得することができると考えられる。
【００７５】
（第二実施形態）
図１１は本発明を適用した第二実施形態の計測装置１０Ｂの模式図である。なお、図１１に示す第二実施形態の計測装置１０Ｂの構成要素において、図１に示す第一実施形態の計測装置１０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
［計測装置１０Ｂの構成］
図１１に示すように、計測装置１０Ｂは、計測装置１０Ａの構成要素に加えて、ハーフミラー５５と、離散スペクトル光源（第二のコム光源）６０と、を備えている。
ハーフミラー５５は、光軸Ｘ方向において、検出部２０の検出光学系４６とコリメートレンズ４４との間に配置されている。ハーフミラー５５のミラー面は光軸Ｘに対して所定の角度で傾斜している。
【００７７】
離散スペクトル光源６０は、離散スペクトル光ＬＣを発する光源である。離散スペクトル光ＬＣは互いに異なる周波数で分布しているスペクトルＭＡ２を二以上含んでいる（図１２参照）。このような離散スペクトル光ＬＣとしては、光周波数コムスペクトル（第二の光周波数コムスペクトル）ＬＸ２が挙げられる。
離散スペクトル光源６０は、離散スペクトル光ＬＣを所定の角度でハーフミラー５５に入射させるように配置されている。図１１には、光軸Ｘ方向におけるハーフミラー５５の中心の位置から矢印Ｄ１方向とは反対方向に進んだ位置に配置された離散スペクトル光源６０を例示している。
【００７８】
図１２は、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢと離散スペクトル光源６０から発せられた離散スペクトル光ＬＣとの干渉スペクトルの発生過程（即ち、デュアル光コム分光法）を説明するための模式図である。
図１２に示すように、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢに関しては、光領域の周波数軸で周波数の位置が隣り合うモード分解スペクトルＭＡ１，ＭＡ１の周波数の間隔が第一隣接周波数間隔ｆｒ１である。第一隣接周波数間隔ｆｒ１は互いに一致している。
一方、離散スペクトル光ＬＣに関しては、光領域の周波数軸で周波数の位置が隣り合うモード分解スペクトルＭＡ２，ＭＡ２の周波数の間隔が、第一隣接周波数間隔ｆｒ１とは異なる第二隣接周波数間隔ｆｒ２である。第二隣接周波数間隔ｆｒ２も互いに一致している。
即ち、離散スペクトル光ＬＢ，ＬＣはそれぞれ、周波数軸で等間隔に分布するｎ個のスペクトルＭＡ１，ＭＡ２のそれぞれを備えると共に、第一隣接周波数間隔ｆｒ１と第二隣接周波数間隔ｆｒ２とを互いに異ならせている。
【００７９】
［計測装置１０Ｂを用いた計測］
次いで、図１１に示す計測装置１０Ｂを用いた計測の原理について説明する。なお、ピンホール４２の開口を通過した離散スペクトル光ＬＢがコリメートレンズ４４でコリメートされるまでは、計測装置１０Ｂを用いた計測の原理は、計測装置１０Ａを用いた計測の原理と同様であるため、その説明を省略する。
【００８０】
コリメートレンズ４４でコリメートされた離散スペクトル光ＬＢは、ハーフミラー５５で離散スペクトル光源６０から発せられた離散スペクトル光ＬＣと多周波ヘテロダイン干渉（即ち、デュアル光コム分光法）によって干渉する。図１２に示すように、第二実施形態では、離散スペクトル光ＬＢが光周波数コムスペクトルＬＸ０に試料Ｓの情報が付加されてなる光周波数コムスペクトルＬＸ１であり、離散スペクトル光ＬＣが光周波数コムスペクトルＬＸ２である。光周波数コムスペクトルＬＸ１，ＬＸ２の干渉スペクトルＬＺは、電磁波領域の周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＢ，ＭＢの周波数の間隔が、Δｆｒ（＝ｆｒ２−ｆｒ１）となる。
検出光学系４６には、干渉スペクトルＬＺが入射すると共に、例えばＲＦスペクトラムアナライザで干渉スペクトルＬＺを直接計測し、元の光領域の周波数スケールに変換する。あるいは、干渉波形の時間変化（インターフェログラム）をデジタイザで取得し、それをフーリエ変換することにより、干渉スペクトルＬＺを得ることもできる。このようにして、干渉スペクトルＬＺに基づいてモード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトルが得られる。
【００８１】
［計測装置１０Ｂの作用効果］
第二実施形態の計測装置１０Ｂによれば、第一実施形態の計測装置１０Ａと同様の作用効果が得られる。
また、第二実施形態の計測装置１０Ｂでは、上記説明したデュアル光コム分光法を採用している。光周波数コムスペクトルＬＸ１，ＬＸ２の各モードは一般に広く用いられている市販の分光器では分解能が不足して分解できないことが多い。しかしながら、第２実施形態の計測装置１０Ｂのようにデュアル光コム分光法を適用することで、多周波ヘテロダイン干渉によって、光周波数コムスペクトルＬＸ１を電磁波領域の干渉スペクトルＬＺにダウンスケーリングすることができる。
このようにデュアル光コム分光法に基づけば、分光器フリーで高分解能、高確度、広帯域且つ高速に、モード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトルを取得することができる。
【００８２】
（第三実施形態）
図１３は本発明を適用した第三実施形態の計測装置１０Ｃの模式図である。なお、図１３に示す第三実施形態の計測装置１０Ｃの構成要素において、図１に示す第一実施形態の計測装置１０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
［計測装置１０Ｃの構成］
図１３に示すように、計測装置１０Ｃは、透過式の計測装置１０Ａの構成を反射式の構成に変更したものである。
計測装置１０Ｃは、点光源１２と、ハーフミラー３０と、分散部１４と、第三集光部（集光部）１６と、重ね合わせ部１９と、空間フィルタリング光学系１８と、検出部２０と、を備えている。
【００８４】
計測装置１０Ｃにおいても、光軸Ｘ上において、点光源１２の前方にはピンホール２６及びコリメートレンズ２８がこの順で配置されている。コリメートレンズ２８から出射された離散スペクトル光ＬＡはハーフミラー３０に入射する。ハーフミラー３０は、離散スペクトル光ＬＡを分散素子３２の軸線Ｊ３に対して角度θ０で入射させる。
【００８５】
分散素子３２は、分散部１４と、重ね合わせ部１９の両方を兼ねている。第三集光部１６は、分散素子３２によってスペクトル毎に異なる方向に分散されたスペクトルＭＡを試料Ｓの異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに集光させる。また、分散素子３２は試料Ｓの異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから反射したスペクトル（以下、反射スペクトルとする）を空間的に重ね合わせる。そして、離散スペクトル光ＬＡが進んだ方向と反対方向に反射スペクトルを出射する。
試料Ｓは照射されたｎ個のスペクトルＭＡを反射する物体であってもよく、着色等が施されることで反射性を有していてもよい。また、光軸Ｘ方向において試料Ｓの後方（即ち、試料Ｓの矢印Ｄ１方向の裏側）に反射板等が設置されていてもよい。
【００８６】
［計測装置１０Ｃを用いた計測］
次いで、図１３に示す計測装置１０Ｃを用いた計測の原理について説明する。なお、点光源１２から発せられた離散スペクトル光ＬＡがピンホール２６を通った後に、コリメートレンズ２８でコリメートされるまでは、計測装置１０Ａを用いた計測の原理と同様であるため、その説明を省略する。
【００８７】
コリメートされた離散スペクトル光ＬＡはハーフミラー３０によって直角にその進路を変更され、分散部１４の分散素子３２に入射する。
分散素子３２によって、スペクトル毎に異なる角度θ１，θ２，…，θｎで波長分散されたｎ個のスペクトルＭＡは、第三集光部１６に入射し、リレーレンズ３４によってスペクトル毎に集光され、リレーレンズ３６によって位置Ｐ７に向けてコリメートされる。位置Ｐ７を通ったｎ個のスペクトルＭＡは、対物レンズ３８によって試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ、同時に集光される。
【００８８】
試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに同時集光したｎ個のスペクトルＭＡには、位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎの試料Ｓに関する情報が付加される。
試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢは、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから反射し、再び第三集光部１６に入射する。第三集光部１６の対物レンズ３８によって、離散スペクトル光ＬＢの反射スペクトルはそれぞれ、コリメートされると共に、共通して点Ｐ７を通過する。ｎ個の反射スペクトルはリレーレンズ３６に入射し、リレーレンズ３６によって光軸Ｘに直交する方向（即ち、図１に示す矢印Ｄ２又はＤ３方向）にそれぞれ異なる位置で集光される。そして、集光後に発散した複数の反射スペクトルはリレーレンズ３４によって、コリメートされると共に、重ね合わせ部１９の分散素子３２に向かって偏向される。
【００８９】
互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの反射スペクトルは、重ね合わせ部１９の分散素子３２に対し、ｎ個の反射スペクトルの各周波数に応じた角度θ１，θ２，…，θｎで入射する。そして、分散素子３２によって軸Ｊ２に対して共通の角度θ０で同時に波長分散し、光軸Ｘ上で空間的に且つ同時に重ねられる。
【００９０】
空間的に重ね合され、且つ試料Ｓの情報を含むｎ個の反射スペクトルは、ハーフミラー３０を透過し、直進して空間フィルタリング光学系１８に入射する。そして、集光レンズ４０で共役な位置Ｐ３に集光され、ピンホール４２の開口を通過する。ｎ個の反射スペクトル以外の光やスペクトルはピンホール４２でカットされる。ピンホール４２の開口を通過したｎ個の反射スペクトルがコリメートレンズ４４でコリメートされ、検出部２０に入射する。
【００９１】
検出部２０では、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢ（即ち、上記の反射スペクトル）から、試料Ｓの情報を含むｎ個のモード分解スペクトルが取得される。ｎ個のモード分解スペクトルが検出光学系４６、又はその他の構成等によって、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎに応じて１次元、２次元又は３次元的に配置されれば、モード分解スペクトルに含まれている試料Ｓの情報が見易くなる。このような方法によらず、離散スペクトル光ＬＢからｎ個のモード分解スペクトルが取得されれば、試料Ｓの計測が完了する。
【００９２】
［計測装置１０Ｃの作用効果］
第三実施形態の計測装置１０Ｃによれば、第一実施形態の計測装置１０Ａと同様の作用効果が得られる。
また、第三実施形態の計測装置１０Ｃによれば、試料Ｓから反射し、同様に重ね合わせ部１９によっても空間的に重ね合されてなる、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢを検出することができる。
さらに、第三実施形態の計測装置１０Ｃによれば、計測装置１０Ａでの第一及び第二集光部１５，１７を共通の構成である第三集光部１６とし、個別の分散部１４及び重ね合わせ部１９を共通の構成である分散素子３２で構成する。従って、計測装置１０Ｃの小型化を図ることができる。
【００９３】
（第四実施形態）
【００９４】
図１４は第四実施形態の計測装置１０Ｄの概略図である。なお、図１４に示す第四実施形態の計測装置１０Ｄの構成要素において、図１３に示す第三実施形態の計測装置１０Ｃの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９５】
反射式の計測装置１０Ｃについても、図１４に示すように、デュアル光コム分光法を採用することができる。
【００９６】
［計測装置１０Ｄの構成］
図１４に示すように、計測装置１０Ｄは、計測装置１０Ｃの構成要素に加えて、ハーフミラー５５と、離散スペクトル光源（第二のコム光源）６０と、を備えている。
離散スペクトル光源６０は、離散スペクトル光ＬＣを所定の角度でハーフミラー５５に入射させるように配置されている。図１４には、光軸Ｘ方向におけるハーフミラー５５の中心の位置から矢印Ｄ１方向とは反対方向に進んだ位置に配置された離散スペクトル光源６０を例示している。
【００９７】
［計測装置１０Ｄを用いた計測］
次いで、図１４に示す計測装置１０Ｄを用いた計測の原理について説明する。なお、ピンホール４２の開口を通過した離散スペクトル光ＬＢがコリメートレンズ４４でコリメートされるまでは、計測装置１０Ｄを用いた計測の原理は、計測装置１０Ｃを用いた計測の原理と同様であるため、その説明を省略する。
【００９８】
コリメートレンズ４４でコリメートされた離散スペクトル光ＬＢは、ハーフミラー５５で離散スペクトル光源６０から発せられた離散スペクトル光ＬＣと多周波ヘテロダイン干渉によって干渉する。デュアル光コム分光法を採用した計測装置１０Ｂと同様に、光周波数コムスペクトルＬＸ１，ＬＸ２の干渉スペクトルＬＺは、電磁波領域の周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルＭＢ，ＭＢの周波数の間隔が、Δｆｒ（＝ｆｒ２−ｆｒ１）となる。
検出光学系４６には、干渉スペクトルＬＺが入射すると共に、例えばＲＦスペクトラムアナライザで干渉スペクトルＬＺを直接計測し、元の光領域の周波数スケールに変換する。あるいは、干渉波形の時間変化（インターフェログラム）をデジタイザで取得し、それをフーリエ変換することにより、干渉スペクトルＬＺを得ることもできる。このようにして、干渉スペクトルＬＺに基づいてモード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトルが得られる。
【００９９】
［計測装置１０Ｄの作用効果］
第四実施形態の計測装置１０Ｄによれば、第三実施形態の計測装置１０Ｃと同様の作用効果が得られる。
また、第四実施形態の計測装置１０Ｄでは、デュアル光コム分光法を採用していることで、多周波ヘテロダイン干渉によって、光周波数コムスペクトルＬＸ１を電磁波領域の干渉スペクトルＬＺにダウンスケーリングすることができる。
このようにデュアル光コム分光法に基づけば、分光器フリーで高分解能、高確度、広帯域且つ高速に、モード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトルを取得することができる。
【０１００】
（第五実施形態）
図１５は本発明を適用した第五実施形態の計測装置１０Ｅの模式図である。なお、図１５に示す第五実施形態の計測装置１０Ｅの構成要素において、図１に示す第一実施形態の計測装置１０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０１】
［計測装置１０Ｅの構成］
図１５に示すように、計測装置１０Ｅは、透過式の計測装置１０Ａの集光レンズ２４、ピンホール２６、コリメートレンズ２８をそれぞれ、シリンドリカルレンズ１７４、スリット１７６、シリンドリカルレンズ１７８に変更し、集光レンズ４０、ピンホール４２、コリメートレンズ４４をそれぞれ、シリンドリカルレンズ１８０、スリット１８２、シリンドリカルレンズ１８４に変更したものである。シリンドリカルレンズ１７４，１７８，１８０，１８４は、矢印Ｄ１方向のみに曲面を有し、入射した光を同方向において集光させる、又はコリメートするとともに、矢印Ｄ５方向においては曲面を有さず、入射した光にレンズ作用しない。スリット１７６，１８２の矢印Ｄ１方向の寸法は、ピンホール２６，４２の同方向の寸法と同等とされている。また、スリット１７６，１８２の矢印Ｄ５方向（即ち、図１５の紙面に直交する方向）の寸法は、シリンドリカルレンズ１７４，１７８の同方向の寸法と同等とされている。
【０１０２】
［計測装置１０Ｅを用いた計測］
次いで、図１５に示す計測装置１０Ｅを用いた計測の原理について説明する。
計測装置１０Ｅにおいて、離散スペクトル光ＬＡは、矢印Ｄ１方向において、シリンドリカルレンズ１７４によってライン集光され、線光源とされる。線状に集光した離散スペクトル光ＬＡは、スリット１７６を通り、シリンドリカルレンズ１７８によって矢印Ｄ１方向においてコリメートされる。
【０１０３】
シリンドリカルレンズ１７８を通った離散スペクトル光ＬＡは、例えば回折格子のような１次元波長分散素子（分散素子）３２に入射する。この１次元波長分散素子３２では、スリット１７６の軸線と直交する方向（即ち、図１５の紙面に平行な面内）において、入射した離散スペクトル光ＬＡがθ１からθｎの角度で分散される。１次元波長分散素子３２の波長分散能は、複数のスペクトルＭＡ同士の周波数間隔や角度θ０，θ１，…，θｎ等を考慮して、試料Ｓにて、矢印Ｄ２又はＤ３方向での所望の集光間隔が達成されるように設定すればよい。
その後、１次元波長分散素子３２によって波長分散された離散スペクトル光ＬＡの二以上のスペクトルＭＡが第一集光部１５によって試料Ｓにおいて波長成分毎にＤ５方向（即ち、図１５の紙面に垂直な方向）に沿ってそれぞれライン集光される。第二集光部１７によって１次元波長分散素子（分散素子）３３に入射するまでは、計測装置１０Ｅを用いた計測の原理は、計測装置１０Ａを用いた計測の原理と同様であるため、詳しい説明を省略する。計測装置１０Ｅを用いた計測では、試料Ｓの矢印Ｄ２又はＤ３方向において波長毎に互いに異なる位置で、矢印Ｄ５方向に一定の長さを有する線状の集光パターンが形成される。
【０１０４】
試料Ｓの情報を含む線状の離散スペクトルＬＢは、矢印Ｄ２又はＤ３方向において互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎから透過し、第二集光部１７によって重ね合わせ部１９の１次元波長分散素子３３に角度θ１，θ２，…，θｎで入射し、軸Ｊ２に対して共通に角度θ０で同時に波長分散し、光軸Ｘ上で重ね合される。
空間的に且つ同時に重ね合されたｎ個の透過スペクトルは、矢印Ｄ１方向において、シリンドリカルレンズ１８０によってライン集光され、スリット１８２を通り、シリンドリカルレンズ１８４によってコリメートされ、検出部２０に入射する。
なお、矢印Ｄ５方向においては、離散スペクトル光源２２から発せられた離散スペクトル光ＬＡの寸法及びコリメートされた状態が保持される。
【０１０５】
検出部２０では、離散スペクトル光ＬＢをシリンドリカルレンズ１８８でＤ５方向と平行な方向にライン集光し、集光ラインの各位置におけるモード分解スペクトル、すなわち分光ラインイメージが取得される。例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の二次元センサを検出器とし、スリット１９０を介して入射可能なマルチチャネル分光器１９２を用いることができる。
【０１０６】
［計測装置１０Ｅの作用効果］
第五実施形態の計測装置１０Ｅによれば、第一実施形態の計測装置１０Ａと同様の作用効果が得られる。
また、第五実施形態の計測装置１０Ｅによれば、試料Ｓにて、二以上のスペクトルＭＡ毎に異なる位置に線状の集光パターンを形成することによって、二次元的に試料Ｓを照射することができる。このような線状パターンの離散スペクトル光ＬＢをスリット入射可能なマルチチャネル分光器１９２で検出することで、分光ラインイメージとして計測結果を得ることができ、分散素子３２，３３として回折格子等の１次元波長分散素子を用いても２次元イメージを取得することができる。
【０１０７】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０８】
例えば、離散スペクトル光源２２は二以上のスペクトルＭＡを含む離散スペクトル光ＬＡを発することができれば、公知のコム光源等に限定されない。離散スペクトル光源２２は単一スペクトルを発する光源を複数組み合わせて構成されていてもよい。
また、例えば試料Ｓの互いに離間した二箇所の特定範囲を計測する場合には、その離間距離に応じた周波数間隔ｆｒを有する二つのスペクトルＭＡを用いればよい。その場合、二つのスペクトルＭＡのそれぞれを単一スペクトルとして発するレーザー光源を二台用意し、これらのレーザー光源からの単一スペクトルをフォトミキシングしてもよい。
また、本発明に係る計測装置では、第一集光部１５においてスペクトルＭＡを２次元的に、互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させれば、離散スペクトル光ＬＡの１ショットで、２次元の同時計測を行うことができる。そして、図１に示すように、第一集光部１５においてスペクトルＭＡを１次元的に、言い換えれば一つのライン上の互いに異なる位置に、それぞれ集光させれば、離散スペクトル光ＬＡの１ショットで、ライン上の同時計測を行うことができる。即ち、第一集光部１５においてスペクトルＭＡをｋ次元的に、互いに異なる位置にそれぞれ集光させれば、本発明に係る計測装置をｋ次元イメージングに適用することができる。
【０１０９】
なお、本発明の計測装置における共焦点効果は、離散スペクトル光ＬＢに替えて連続スペクトル光を備えた計測装置（図示略）においても発揮され得る。即ち、連続スペクトル光を発する点光源と、分散部と、集光部と、空間フィルタリング光学系と、検出部と、を備えた計測装置においても、共焦点効果が得られる。この種の計測装置では、分散部は点光源から発せられた連続スペクトル光を所定の方向に波長分散させる。集光部は、分散部によって波長分散された前記連続スペクトルを試料の所定の位置に集光させる。空間フィルタリング光学系は試料から透過又は反射され、且つ試料の情報を含む連続スペクトル光を、分散部によって分散された連続スペクトルの試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする。そして、検出部は、空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた試料の情報を含む連続スペクトル光から、試料の情報を取得する。
但し、上記の計測装置では、試料の所定の位置に連続焦点群が形成されるとともに、本発明の計測装置に比べれば精度が低下し、本発明の計測装置よりも低解像度の情報を取得することとなる。
【０１１０】
また、例えば、上述の第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいて、離散スペクトル光ＬＡの中心波長λ０、分散部１４の分解能、対物レンズ３８の開口数及び離散スペクトル光ＬＡ（光周波数コムスペクトルＬＸ０，ＬＸ１，ＬＸ２）の隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡの周波数間隔ｆｒを、第一集光部１５によって試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させたスペクトルＭＡのスポット同士の中心間隔（即ち、位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎ同士の距離）がスペクトルＭＡのスポットの直径以上となるように設定することが好ましい。このように離散スペクトル光ＬＡの中心波長λ０、分散部１４の分解能、対物レンズ３８の開口数及び離散スペクトル光ＬＡ（光周波数コムスペクトルＬＸ０，ＬＸ１，ＬＸ２）の隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡ（又はスペクトルＭＢ，ＭＢ）の周波数間隔ｆｒを最適化することで、試料Ｓ上に形成される光周波数コム・モードの２次元スポット群が離散的且つ高密度に空間分布する。このように、さらに、離散的且つ高密度に空間分布した２次元スポット群を試料Ｓの集光エリア上の各画素に対応する位置に集光させることで、画素間のクロストークを抑制することができ、モード分解スペクトル、すなわち共焦点画像をより高精度に取得することができる。
【０１１１】
また、上述の第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいて、離散スペクトル光ＬＡの中心波長λ０、隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡの周波数間隔ｆｒ、第二光学系１７に用いられるレンズ３５，３５，３７の開口数及び重ね合わせ部１９の分解能がそれぞれ、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させたスペクトルＭＡのスポットが第二光学系１７によって重ね合わせ部１９の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていることが好ましい。
これにより、離散スペクトル光ＬＡの中心波長λ０、隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡの周波数の間隔Δｆｒ、第二光学系１７に用いられるレンズ３５，３５，３７の開口数及び重ね合わせ部１９の分解能が上述のように設定されていない場合に比べて、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させた２次元スポット群から、スペクトルＭＡ，ＭＡのスポット同士の中心間隔に合わせて、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎからの情報の欠損や重複させること等なく、より高精度なモード分解スペクトルを得ることができる。
【０１１２】
第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの分散部１４の分散素子３２としてＶＩＰＡのみを用いた場合は、ＶＩＰＡによって多重バンドパス・フィルタリングが行われ、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎのそれぞれにＶＩＰＡのFree Spectrum Range（ＦＳＲ）に相当する間隔で周波数軸上の周波数の位置が互いに異なる光が多重された１次元スポット群が形成される。
【０１１３】
第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの分散部１４の分散素子３２としてＶＩＰＡ（第一の分散素子）５０と回折格子（第二の分散素子）５４とを組み合わせて用いることができる。図７に示す光学系４６Ａを参照し、図１６に示す光学系からなる分散部１４Ａを採用することができる。
【０１１４】
図１６に示す構成では、先ず、シリンドリカルレンズ４８によって矢印ｘ方向に沿ってライン集光された光が、ＶＩＰＡ５０によって矢印ｙ方向に分散される。この際、ＶＩＰＡ５０のみでは、矢印ｙ方向に沿った個々の空間位置では、複数のスペクトルＭＡのスポットが空間的に重畳されている。これらのスポット状のスペクトルＭＡが矢印ｙ方向に散在する帯域ｄ１は、ＶＩＰＡ５０のＦＳＲに相当する。また、矢印ｙ方向における複数のスペクトルＭＡ群の間隔ｄ３は、複数のスペクトルＭＡの周波数間隔ｆｒに相当する。複数のスペクトルＭＡのスポットの直径は、ＶＩＰＡ５０のＦＳＲとフィネス（ＦＳＲの約１００分の１）に依存する。
【０１１５】
ＶＩＰＡ５０によって矢印ｙ方向に分散された光は、回折格子５４によって、反射と同時に矢印ｘ方向に回折し、周波数毎に分散される。従って、空間的に重畳されていたスペクトルＭＡのスポットは矢印ｘ方向に分散され、結果として複数のスペクトルＭＡは、矢印Ｄ１方向及び矢印Ｄ３方向に複数のモード分解スペクトルが２次元展開される。この際、２次元展開されたモード分解スペクトルの分布について、スポット状のスペクトルＭＡが矢印ｘ方向に散在する帯域ｄ４は、最も波長の短いスペクトルＭＡのスポットｓｐ１と最も波長の長いスペクトルＭＡのスポットｓｐ２との光周波数差（即ち、波長差）Δνに相当する。また、矢印ｘ方向における複数のスペクトルＭＡのピッチｄ２は、ＶＩＰＡ５０のＦＳＲに相当する。
【０１１６】
例えば、市販されている各種光源、光学部品等の性能を勘案し、具体的な数値例として離散スペクトル光ＬＡ（光周波数コムスペクトルＬＸ０，ＬＸ１，ＬＸ２）の中心光周波数ν０を１９４ＴＨｚ（中心波長λ０は１．５５μｍ）、離散スペクトル光ＬＡの周波数軸上で隣り合うスペクトルＭＡの周波数間隔ｆｒを２５０ＭＨｚ、最も波長の短いスペクトルＭＡのスポットｓｐ１と最も波長の長いスペクトルＭＡのスポットｓｐ２との光周波数差Δνを９００ＧＨｚ、ＶＩＰＡ５０のＦＳＲとフィネスを１５ＧＨｚと１００、と想定する。対物レンズの回折限界及び回折格子の分散性能によるスペクトルＭＡのスポットの拡がりを無視し、上述の各パラメータを空間上の距離に換算すると、スポット状のスペクトルＭＡが矢印ｙ方向に散在する帯域ｄ１は、約１００μｍとなる。矢印ｙ方向における複数のスペクトルＭＡ群の間隔ｄ３は、１．６７μｍとなる。スポット状のスペクトルＭＡが矢印ｘ方向に散在する帯域ｄ４は、６００μｍとなる。矢印ｘ方向における複数のスペクトルＭＡのピッチｄ２は、１０μｍとなる。複数のスペクトルＭＡのスポットの直径は、矢印ｘ方向で０．１μｍとなり、矢印ｙ方向で１μｍとなる。従って、上述の数値例を採用した分散部１４Ａ及び計測装置１０Ａでは、矢印ｘ方向において全幅６００μｍに亘り、１０μｍの間隔で６０点、矢印ｙ方向において全幅１００μｍに亘り、１．６７μｍの間隔で６０点のスポット状のスペクトルＭＡが２次元展開され、散在し、試料Ｓに同時に照射可能となる。各スペクトルＭＡの焦点における回折限界は、以下の（２）式によって表される。
【０１１７】
【数２】
2017002535.tif 000004
【０１１８】
なお、上述の（２）式におけるＮＡは、第一集光部１５の対物レンズ３８の開口数を示す。
【０１１９】
実際のスペクトルＭＡの２次元スポット群の各スポット径は、対物レンズ３８の回折限界及び回折格子の分散性能によって制限されるが、上述のように各パラメータ同士の相互関係をふまえて各パラメータを適宜調節することにより、試料Ｓに細かい間隔の２次元スポット群からなる互いに独立した光コム・モードの光を照射し、モード分解振幅スペクトルやモード分解位相スペクトルの分布を調べることで、回折限界に近いμｍオーダーの間隔で散在する２次元スポット群の照射位置の試料Ｓの光学情報を瞬時に取得することができる。
【０１２０】
また、上述の第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅにおいては、離散スペクトル光ＬＡ（光周波数コムスペクトルＬＸ０，ＬＸ１，ＬＸ２）の複数のスペクトルＭＡを試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させてなる２次元スポット群を、該２次元スポット群をなす複数のスポットの中心から隣り合うスポット同士の間隔よりも小さい寸法で離れた位置にそれぞれのスポットの中心が配置された２次元スポット群を複数生成するスペクトルスポット複製部を備えていてもよい。スペクトルスポット複製部を備える計測装置は、離散スペクトル光ＬＡを周波数走査し、複数のスペクトルＭＡの隣り合うスポット同士の間の隙間を新たに生成された２次元スポット群で補間する。従って、スペクトルスポット複製部を備える計測装置は、スペクトルスポット複製部を備えていない場合に比べて解像度をより向上させることができる。
【０１２１】
また、例えば、離散スペクトル光源２２において、光周波数コムスペクトルＬＸ０の周波数軸（図２に示すｆ軸）上で隣り合うスペクトルＭＡ，ＭＡの周波数間隔ｆｒを変化させることにより、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させてなる２次元スポット群の複数のスポットの中心から離れた位置にそれぞれのスポットの中心が配置された２次元スポット群（以下、複製２次元スポット群とする）を複数生成することができる。このように２次元スポット群を複製すると、図１７に示すように、試料Ｓにおける測定位置の画素を重畳することができるといえる。そして、スペクトルＭＡ，ＭＡの周波数間隔ｆｒを適当に調整した計測装置は、調整しない場合に比べて、元の２次元スポット群と複製２次元スポット群との対応するスポット同士の間隔を元の２次元スポット群において隣り合うスポット同士の間隔よりも小さい寸法にすることができる。
【０１２２】
また、例えば、上述の第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅは、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎにそれぞれ集光させたスペクトルＭＡの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていてもよい。デコンボリュージョン処理部を備える計測装置は、スペクトルＭＡの２次元スポット群をサンプルに照射させた際に、第一集光部１５及び第二集光部１７等の光学系のボケ特性から生じるスペクトルＭＡの２次元スポット群の画像ボケを解消することができる。具体的には、検出部２０等で観測されるスペクトルＭＡの２次元スポット群の画像には、畳み込み積分により光学系の点像分布関数（Point spread hunction：ＰＳＦ）がのっているので、ＰＳＦを用いた逆演算を行うことにより、デコンボリュージョン処理がなされる。検出器２０には、このようなデコンボリュージョン処理を行う演算装置等のデコンボリュージョン処理部が設けられていてもよい。
デコンボリュージョン処理部を備える計測装置は、デコンボリュージョン処理部を備えていない場合に比べて、画素間のクロストークをより抑制することができ、モード分解スペクトル、すなわち共焦点画像をさらに高精度に取得することができる。
【０１２３】
また、例えば、上述の第一実施形態から第五実施形態までの各計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅでは、光周波数コムスペクトル（第一の光周波数コムスペクトル）ＬＸ０のスペクトルＭＡの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源（図示略）を備えていてもよい。また、検出部２０は、光周波数コムスペクトルＬＸ０と前述の第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいてモード分解位相スペクトルを取得してもよい。
【０１２４】
第三のコム光源を備えない計測装置では、図１８に示すように、試料Ｓ上の集光位置のスペクトルＭＡのスポット径を有し、共焦点顕微鏡の測定原理に基づき、共焦点深さ分解能Δｚ全体が積算された光学情報（即ち、共焦点ボリューム）を取得できる。一方、上述のように第三のコム光源を備えた計測装置では、共焦点深さ分解能Δｚが波長オーダーとなるように設定すると、第一の光周波数コムスペクトルのスペクトルと第三の光周波数コムスペクトルのスペクトルとの位相差によって取得したモード分解位相スペクトルから、共焦点深さ分解能Δｚの範囲内を更に高精度に分割した位相イメージを取得することが可能となる。従って、第三のコム光源を備えた計測装置は、第三のコム光源を備えていない場合に比べて、試料Ｓの互いに異なる位置ｐ１，ｐ２，…，ｐｎが存在する仮想面上の振幅イメージに加えて仮想面に直交する矢印Ｄ１方向の共焦点深さ分解能Δｚの範囲にわたって試料Ｓの位相イメージを取得し、試料Ｓの厚み方向の情報をより高精度に得ることができる。
【０１２５】
また、デュアル光コム分光法を採用した計測装置１０Ｂ，１０Ｄでは、第二のコム光源が第三のコム光源を兼ねていても構わない。即ち、第二のコム光源は、周波数軸で周波数の位置が隣り合うスペクトルの位相が光周波数コムスペクトルＬＸ０のスペクトルＭＡの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する光源であってもよい。このような構成によれば、計測装置全体の省スペース化を図りつつ、試料Ｓの振幅イメージと位相イメージとを取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明を適用した計測装置によれば、高い精度を保ちつつ、高コントラストの鮮明な情報を超高速で得ることができ、工業用の共焦点レーザー顕微鏡や細胞観察用顕微鏡への応用が可能になる。従って、本発明を適用した計測装置は、生命機能解析等を行うバイオ分野をはじめ、医療分野、計測分野等の広い分野で利用することができる。また、本発明を適用した計測装置については、高解像イメージングを必要とする分野への展開が期待される。さらに、本発明を適用した計測装置では、これまで独立に利用されてきた共焦点顕微鏡と位相差顕微鏡を統合できるので、数十ｎｍから数ｍｍ以上に渡る極めて広い深さダイナミックレンジの３次元イメージを取得できる。
【実施例】
【０１２７】
次いで、本発明を適用した各実施形態の計測装置１０Ａから１０Ｅの効果を裏付けるために行った実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【０１２８】
（実施例１）
二以上のスペクトルＭＡを１次元的に波長分散させた後、ライン状に集光させ、原理確認計測を行った。図１９に示すように、光コム６１（製造元：イムラアメリカインク、中心波長：７８０ｎｍ、周波数安定化制御なし）からレーザー光を出射させた。この光コムを半波長板６２に通し、回折格子６６に入射させた。回折格子６６の格子ピッチは２０００ライン／ｍｍとした。回折格子６６と球面レンズ６８（焦点距離ｆ１）との間、及び球面レンズ６８と指標Ｔとの間隔は、共に焦点距離ｆ１とした。この光学系において、フーリエ面ＦＰはターゲットの光照射面に位置しており、ライン状に集光されている。指標Ｔから反射した光は、再び回折格子６６に入射され、ハーフミラー６４で折り返し、集光レンズ７２でマルチモード光ファイバ７４に入射させた。マルチモード光ファイバ７４に入射された光のスペクトル波形は、光スペクトラムアナライザ等の光検出器７６によって取得した。光検出器７６のスペクトル分解能は、モード分解スペクトルを取得するには不十分であるが、光コムのスペクトル・エンベロープＮＡは取得可能であるので、スペクトル・エンベロープＮＡに基づいて原理確認を行った。また、焦点距離ｆ１は１５０ｍｍとした。なお、図１９の「ＦＰ」はフーリエ面を示す。【０１２９】
計測対象物の指標Ｔとして、一般に分解能の測定等で広く使われているテストチャート（ＵＳＡＦ−１９５１）を用意した。指標Ｔの平面図を図２０に示す。テストチャートの各グループの要素と線幅を図２１に示す。
指標Ｔの所定の範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれにおける反射率依存性（スキャンの位置）の測定結果を図２２、図２３、図２４にそれぞれ示す。図２２、図２３、図２４の全てにおいて、テストチャートのラインを分解できていることがわかる。なお、範囲Ｒ４についてはテストチャートのラインを分解できなかった。【０１３０】
次いで、図１９に示す光学系において、球面レンズ６８を対物レンズ（図示略）に変更し、光コムスペクトルの波形からラインイメージを取得後（図２２、図２３、図２４参照）、ラインイメージと直交する方向に指標Ｔを移動させた。このようなラインイメージの取得と指標Ｔの移動とを繰り返すことによって、指標Ｔのテストチャートにおけるグループ４の要素番号２から６の２次元の顕微イメージを取得した。取得した顕微イメージを図２５に示す。図２５に示す「波長軸」（即ち、光周波数軸）では、スペクトルの取得範囲を１０ｎｍ、サンプリング間隔を０．０１ｎｍとし、１０００点から構成されるスペクトル波形から顕微イメージを構成した。図２５に示す「サンプルの移動方向」では、指標Ｔの移動範囲を２３２μｍ、移動ステップを１μｍ／ｓｔｅｐとし、２３２ｓｔｅｐのデータから顕微イメージを構成した。
図２５を見ると、グループ４の要素番号２から６の２次元の顕微イメージを正確に取得できていることがわかる。【０１３１】
（実施例２）
次いで、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５０を用意した。なお、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の構成要素において、図１５に示す光学系の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１３２】
共焦点顕微ラインイメージング装置１５０では、指標Ｔ側のライン集光位置ＦＰと、検出側の集光位置Ｐ５２が共役の関係になっている。また、回折格子６６とリレーレンズ６９Ａ（焦点距離：ｆ２），６９Ｂ（焦点距離：ｆ２）と対物レンズ７０（焦点距離：ｆ３）との配置を図２７に示す。図２７の上段は共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の上方から見た場合の図であり、図２７の下段は共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の側方から見た場合の図である。回折格子６６における回折位置とリレーレンズ６９Ａとの間隔は、焦点距離ｆ２とした。リレーレンズ６９Ａ，６９Ｂの間隔は、焦点距離ｆ２の２倍とした。【０１３３】
図２８は、サンプル位置を光軸方向に変化させていった場合の検出信号強度を示している。図２８に示すように、「ピンホールなし」の場合（即ち、共焦点顕微ラインイメージング装置１５０においてピンホール１４４を配置しない場合）、サンプル位置とする０．０ｍｍの「深さ位置」から例えば±１００μｍの位置でも高い規格化光強度が得られ、サンプル位置が焦点からズレても信号が検出されており、深さ分解能を有していないことがわかる。
一方、「ピンホールあり」の場合（即ち、共焦点顕微ラインイメージング装置１５０においてピンホール１４４を配置した場合）、信号は焦点から±１５μｍの範囲内でしか検出されておらず、２０μｍの深さ分解能を有していることがわかる。即ち、規格化光強度の半値幅ωは２０μｍであった。【０１３４】
次いで、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５０において、光コムのエンベロープ・スペクトルの波形からラインイメージを取得後、ラインイメージと直交する方向（即ち、矢印Ｄ３０方向）に指標Ｔを移動させた。そして、ラインイメージの取得と指標Ｔの移動とを繰り返すことによって、図２０に示す指標Ｔのテストチャートにおける所定の範囲Ｒ５の２次元の顕微イメージを取得した。取得した顕微イメージを図２９及び図３０に示す。図２９は「ピンホールあり」の場合であり、図３０は「ピンホールなし」の場合である。また、図２９及び図３０のそれぞれには、サンプル位置とする「深さ位置０μｍ」での２次元の顕微イメージと、「深さ位置０μｍ」から光軸方向（即ち、図２６に示す矢印Ｄ３０方向に直交する方向）に１００μｍ移動した位置での２次元の顕微イメージと、を並べて示す。各々の顕微イメージの「波長軸」（即ち、周波数軸）では、エンベロープ・スペクトルの取得範囲を１０ｎｍ、サンプリング間隔を０．０１ｎｍとし、１０００点のエンベロープ・スペクトルから顕微イメージを構成した。各々の顕微イメージの「サンプルの移動方向」では、指標Ｔの移動範囲を１００μｍ、移動ステップを１μｍ／ｓｔｅｐとし、１００ｓｔｅｐのデータから顕微イメージを構成した。【０１３５】
図２９を見ると、「ピンホールあり」の場合には、「深さ位置０μｍ」で指標Ｔの範囲Ｒ５通りの２次元イメージが得られ、「深さ位置０μｍ」から１００μｍ移動すると当該２次元イメージが消失した。これらの結果から、ピンホール１４４を配置した共焦点顕微ラインイメージング装置１５０では、深さ分解能が高く、離散スペクトル光ＬＡから２次元の共焦点顕微イメージを正確に取得できていることがわかる。
一方、図３０を見ると、「ピンホールなし」の場合には、「深さ位置０μｍ」で指標Ｔの範囲Ｒ５通りの２次元イメージが得られるものの、本来では範囲Ｒ５通りの２次元イメージが得られない「深さ位置０μｍ」から１００μｍ移動した位置においても範囲Ｒ５通りの２次元イメージが取得された。これらの結果から、共焦点顕微ラインイメージング装置１５０においてピンホール１４４を配置しない場合では、深さ分解能が低下し、離散スペクトル光ＬＡから２次元の共焦点顕微イメージを正確に取得するのは困難であることがわかる。【０１３６】
（実施例３）
次いで、図３１に示すように、デュアル光コム分光法を採用した共焦点顕微ラインイメージング装置１５２を用意した。なお、図３１に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５２の構成要素において、図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１３７】
共焦点顕微ラインイメージング装置１５２は、共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の構成要素に加えて、コム光源１０２と、ハーフミラー１４８と、を備えている。
また、共焦点顕微ラインイメージング装置１５２では安定化制御されていない光コム６１に替えてルビジウム周波数標準に位相同期したコム光源１０１を用い、デュアル光コム分光法を採用し、コム光源１０１は第一のコム光源であるのに対し、コム光源１０２は第二のコム光源としている。従って、第２実施形態でも説明したように、コム光源１０２から発せられる離散スペクトル光ＬＣに含まれる複数のスペクトルの第二隣接周波数間隔ｆｒ２は、コム光源１０１から発せられる離散スペクトル光ＬＢに含まれる複数のスペクトルの第一隣接周波数間隔ｆｒ１とは異なる。
ハーフミラー１４８は二つのコリメートレンズ１４５Ａ，１４５Ｂの間に配置されている。ハーフミラー１４８のミラー面は光軸に対して所定の角度で傾斜している。【０１３８】
コム光源１０２は、発した離散スペクトル光ＬＣを所定の角度でハーフミラー１４８に入射させるように配置されている。このような配置によって、ピンホール１４４を通過したレーザー光は、コリメートレンズ１４５Ａでコリメートされる。その後、ハーフミラー１４８によって、指標Ｔから反射されたレーザー光とコム光源１０２から発せられたレーザー光（即ち、離散スペクトル光ＬＣ）とが空間的に重ね合される。そこで、二つのレーザー光の干渉信号を光検出器７６で検出することで、インターフェログラムの繰り返し信号（即ち、インターフェログラム列）が得られる。実施例３では、当該繰り返し信号をフーリエ変換することによって、モード分解スペクトルを取得した。【０１３９】
図３２は、共焦点顕微ラインイメージング装置１５２で取得したモード分解振幅スペクトルを示している。図３３は、図３２に示すモード分解振幅スペクトルの部分拡大図である。
図３３を見ると、複数のモード分解振幅スペクトルのそれぞれが、指標Ｔの情報を含む離散スペクトル光から個別に分離され得る状態で、高コントラストを有して取得されていることがわかる。また、図３２を見ると、モード分解振幅スペクトルには凹凸があり、指標Ｔの情報が反映されていることがわかる。【０１４０】
次いで、図３１に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５２において、光コムのエンベロープ・スペクトルの波形からラインイメージを取得後、ラインイメージと直交する方向（即ち、矢印Ｄ３０方向）に指標Ｔを移動させた。そして、ラインイメージの取得と指標Ｔの移動とを繰り返すことによって、図２０に示す指標Ｔのテストチャートにおける所定の範囲Ｒ６の２次元の顕微イメージを「深さ位置０μｍ」および「深さ位置＋１２０μｍ」で取得した。取得した顕微イメージを図３４に示す。顕微イメージの「光周波数軸」（即ち、波長軸）では、エンベロープ・スペクトルの取得範囲を１．５ＴＨｚ、サンプリング間隔を２５０ＭＨｚとし、５０００点のエンベロープ・スペクトルから顕微イメージを構成した。各々の顕微イメージに示す「サンプルの移動方向」では、指標Ｔの移動範囲を１５０μｍ、移動ステップを１μｍ／ｓｔｅｐとし、１５０ｓｔｅｐのデータから顕微イメージを構成した。【０１４１】
図３４を見ると、「深さ位置０μｍ」では、指標Ｔの範囲Ｒ６通りの２次元イメージが得られた。一方、「深さ位置＋１２０μｍ」では、当該２次元イメージが消失した。従って、デュアル光コム分光法を採用し、ピンホール１４４を配置した共焦点顕微ラインイメージング装置１５２では、離散スペクトル光ＬＡから２次元の共焦点顕微イメージを正確に取得できていることがわかる。【０１４２】
（実施例４）
次いで、図３５に示すように、スペクトルの２次元スポット群を用いた共焦点顕微イメージング装置１６０を用意した。なお、図３５に示す共焦点顕微イメージング装置１６０の構成要素において、各実施形態の計測装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ（特に、計測装置１０Ｄ）及びその構成要素や図２６に示す共焦点顕微ラインイメージング装置１５０の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。【０１４３】
共焦点顕微イメージング装置１６０は、離散スペクトル光源２２と、ビームスプリッタ３０と、分散部１４と、第三集光部（集光部）１６と、重ね合わせ部１９と、空間フィルタリング光学系１８と、検出部２０に加えて、ハーフミラー３０と、離散スペクトル光源（第二のコム光源）６０と、を備えている。検出器２０はデュアル光コム分光器であり、いわゆる離散スペクトル光源６０を内蔵している。【０１４４】
実施例４では、離散スペクトル光源２２の離散スペクトル光ＬＡ（光周波数コムスペクトルＬＸ０，ＬＸ１，ＬＸ２）の中心波長λ０を１．５５μｍ、離散スペクトル光ＬＡの周波数軸上で隣り合うスペクトルＭＡの周波数間隔ｆｒを２５０ＭＨｚ、最も波長の短いスペクトルＭＡのスポットｓｐ１と最も波長の長いスペクトルＭＡのスポットｓｐ２との光周波数差Δνを９００ＧＨｚ、ＶＩＰＡ５０のＦＳＲを１５ＧＨｚ、回折格子５４のピッチを２０００溝／ｍｍ、ピンホール４２の直径を５０μｍとした。【０１４５】
共焦点顕微イメージング装置１６０では、離散スペクトル光源２２から発せられた離散スペクトルＬＡは、ハーフミラー３０を透過し、シリンドリカルレンズ４８によって図３５に示す矢印ｘ方向に沿ってライン集光される。続いて、ＶＩＰＡ５０によって前記一方向に直交する方向に分散される。ＶＩＰＡ５０で分散された光は、近接した回折格子５４に入射する。回折格子５４の格子の延在方向は矢印ｙ方向に平行する方向であるため、回折格子５４で反射した光は、反射と同時に前記一方向に直交する方向に回折し、これによって周波数毎に分散される。従って、矢印Ｄ１方向及び矢印Ｄ３方向に複数のモード分解スペクトルが２次元展開される。
続いて、スペクトル毎に異なる角度で分散された複数のスペクトルＭＡは、第三集光部１６に入射し、リレーレンズ３４，３６を通過した後、対物レンズ３８によって試料Ｓの互いに異なる位置にそれぞれ、同時に集光される。【０１４６】
試料Ｓの互いに異なる位置に同時集光した複数のスペクトルＭＡには、試料Ｓに関する情報が付加される。試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢは、試料Ｓの互いに異なる位置から反射し、第三集光部１６に入射すると共に、第三集光部１６によって適宜集光又は拡散されて第三集光部１６を通過し、重ね合わせ部１９に導入される。
複数の反射スペクトルは、重ね合わせ部１９の回折格子５４に対し、複数の反射スペクトルの各周波数に応じた角度で入射する。そして、複数の反射スペクトルは、回折格子５４に対して共通の角度で同時に波長分散し、光軸上で空間的に且つ同時に重ねられる。空間的に重ねられた複数の反射スペクトルは、ビームスプリッタ３０で反射し、ミラー３１によって折り返され、空間フィルタリング光学系１８に入射する。【０１４７】
試料Ｓの情報を含み、空間フィルタリング光学系１８に入射した反射スペクトルは、集光レンズ４０で共役な位置に集光され、ピンホール４２の開口を通過する。試料Ｓの情報を含む反射スペクトル以外の光やスペクトルはピンホール４２でカットされる。ピンホール４２の開口を通過した反射スペクトルがコリメートレンズ４４でコリメートされ、検出部２０に入射する。【０１４８】
検出部２０では、試料Ｓの情報を含む離散スペクトル光ＬＢから、試料Ｓの情報を含むモード分解スペクトルが取得される。複数のモード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトルが試料Ｓの互いに異なる位置に応じて２次元的に配置されることで、振幅イメージや位相イメージ等の所望の情報に変換し、試料Ｓの計測が完了する。【０１４９】
次いで、上述した共焦点顕微イメージング装置１６０において、図２０に示す指標Ｔのテストチャートのグループ４、要素１の２次元の顕微イメージを深さ位置０μｍで取得した。取得したモード分解スペクトルを図３６，図３７に示し、顕微反射イメージを図３８に示す。顕微イメージの取得範囲は５８０μｍ×１００μｍとし、５８pixels×６０pixelsの顕微イメージを構成した。図３６，図３７に示すように、膨大なスペクトルの光コム・モード数を実現し、膨大なピクセル数の情報を一括して取得することができていることを意味している。【０１５０】
また、図３８に示す顕微イメージの測定領域にあたる図２０に示す指標Ｔのテストチャートのグループ４、要素１の透過イメージを近赤外光カメラ（Goldeye P-008 SWIR (NIR-300)，製造元：Allied Vision Technologies社）で撮影したものを図３９に示す。図３８と図３９を比較すると、相対比率の差はあるが、離散スペクトル光ＬＡから２次元の共焦点顕微イメージを正確に取得できていることがわかる。また、反射イメージと透過イメージとの関係から、イメージコントラストが反転している様子を確認した。
なお、図２０に示す指標Ｔのテストチャートにおけるグループ４、要素１の２次元の反射イメージを「深さ位置＋１０μｍ」で取得した顕微イメージを図４０に示す。図４０に示すように、「深さ位置＋１０μｍ」では、当該２次元顕微イメージが消失した。従って、共焦点顕微イメージング装置１６０では、離散スペクトル光ＬＡから２次元の共焦点顕微イメージをμｍオーダーの間隔で正確に取得できていることがわかる。【０１５１】
さらに、共焦点顕微イメージング装置１６０を用いて、テストターゲットのグループ３、要素１について測定した際の反射光のモード分解振幅スペクトルに加え、モード分解位相スペクトルを取得した。顕微イメージの取得範囲は８３０μｍ×１００μｍとし、８３pixels×６０pixelsの顕微イメージを構成した。取得したテストターゲットのグループ３、要素１の振幅イメージを図４１に示し、位相イメージを図４２に示す。また、比較のため、テストチャートのグループ４、要素１の透過イメージを上述の近赤外光カメラで撮影したものを図４３に示す。【０１５２】
図４１及び図４３に示すように、振幅イメージと近赤外光カメラとのイメージの比較から、振幅イメージの領域が近赤外光カメラを用いて取得したイメージの破線で囲った領域のものであり、反射イメージと透過イメージとの関係から、イメージコントラストが反転している様子を確認した。一方、図４２に示すように、位相イメージは、振幅イメージと比べると低コントラストになっている。これは、振幅イメージが検知対象物Sの反射率を反映しているのに対し、位相イメージが検知対象物Sの深さ情報を反映しているからである。そこで、テストターゲットの反射コートが設けられている部分（図４１に示す振幅イメージの白い部分）と反射コートが設けられていない部分（図４１に示す振幅イメージの黒い部分）との位相差から実寸の段差を算出したところ、72nmとなった。デジタルホログラフィーを用いて、テストターゲットの反射コートが設けられている部分と設けられていない部分との段差を計測したところ、75nmとなった。従って、本発明を適用した共焦点顕微イメージング装置１６０を用いた測定値とデジタルホログラフィーによる測定値とが精度良く一致していることを確認した。また、各々の測定方法で取得した水平方向の深さプロファイルを比較した結果、図４４に示すように、こちらも共焦点顕微イメージング装置１６０を用いた測定値（図４４のグラフに示すCLM）とデジタルホログラフィーによる測定値（図４４のグラフに示すDH）とが良く一致していることが分かる。上述の測定結果から、本発明を適用した計測装置では、位相イメージングによって、共焦点分解能（数μｍ前後）を大きく超える深さ分解能が得られるといえる。【０１５３】
上記の実施例１から実施例４で示したように、本発明によれば、深さ分解能を有して、互いに独立した複数のモード分解スペクトルから同時に情報が得られ、高い精度を保ちつつ、試料の情報を高速に取得することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…計測装置
１４…分散部
１５…第一集光部（集光部）
１６…第三集光部（集光部）
１９…重ね合わせ部
１８…空間フィルタリング光学系
２０…検出部
２２…点光源（第一のコム光源）
３２，３３…分散素子
６０…第二のコム光源
ＬＡ…離散スペクトル光
ＬＢ…試料の情報を含む離散スペクトル光
ｐ１，ｐ２，…，ｐｎ…試料の互いに異なる位置、試料上の集光位置
Ｐ３…共役な位置
Ｓ…試料
【図１】
2017002535.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2017002535.tif 000028
【図２５】
2017002535.tif 000029
【図２６】
2017002535.tif 000030
【図２７】
2017002535.tif 000031
【図２８】
2017002535.tif 000032
【図２９】
2017002535.tif 000033
【図３０】
2017002535.tif 000034
【図３１】
2017002535.tif 000035
【図３２】
2017002535.tif 000036
【図３３】
2017002535.tif 000037
【図３４】
2017002535.tif 000038
【図３５】
2017002535.tif 000039
【図３６】
2017002535.tif 000040
【図３７】
2017002535.tif 000041
【図３８】
2017002535.tif 000042
【図３９】
2017002535.tif 000043
【図４０】
2017002535.tif 000044
【図４１】
2017002535.tif 000045
【図４２】
2017002535.tif 000046
【図４３】
2017002535.tif 000047
【図４４】
2017002535.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月9日(2016.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる周波数で分布し、周波数軸上で間隔をあけて個別に分離しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に互いに異なる方向に分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、
前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、
前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、前記試料の情報を含み、前記離散スペクトルから個別に分離され得るモード分解スペクトルを取得する検出部と、
を備えていることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記点光源は、前記離散スペクトル光として、周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である第一隣接周波数間隔が互いに一致している第一の光周波数コムスペクトルを発する第一のコム光源であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致している第二の光周波数コムスペクトルを発する第二のコム光源を備え、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第二の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解スペクトルを取得することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に波長分散させ、
前記重ね合わせ部は、前記試料を透過した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記分散部及び前記重ね合わせ部は入射する光を波長分散する一つの分散素子を共有し、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記一つの分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に分散させ、且つ前記試料から反射した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記分散素子は、
前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に異なる第一の方向に波長分散させる第一の分散素子と、
前記第一の分散素子によって波長分散された前記離散スペクトル光を前記第一の方向に交差する第二の方向に波長分散させる第二の分散素子と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記分散素子は、回折格子で構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の計測装置。
【請求項８】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記分散部の分散性能、前記集光部に用いられるレンズの開口数及び前記離散スペクトル光の隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔がそれぞれ、前記集光部によって前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポット同士の中心間隔が前記スペクトルのスポットの直径以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記試料と前記重ね合わせ部との間に配置されるレンズの開口数及び前記重ね合わせ部の分解能がそれぞれ、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポットが前記レンズによって前記重ね合わせ部の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記離散スペクトル光の複数の前記スペクトルを前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させてなる２次元スポット群を、該２次元スポット群をなす複数のスポットの中心から隣り合う前記スポット同士の間隔よりも小さい寸法で離れた位置にそれぞれのスポットの中心が配置される２次元スポット群を複数生成するスペクトルスポット複製部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記第一の光周波数コムスペクトルの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源を備え、
前記検出部は、前記モード分解スペクトルから共焦点顕微イメージを取得するとともに、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得し、前記モード分解位相スペクトルから位相イメージを取得することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記第三の光周波数コムスペクトルの前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致し、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得することを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
命機能解析等のバイオ分野では細胞を生きたまま観察することもあり、共焦点顕微鏡、及び共焦点光学系を備えた測定装置に対して、より一層の高速化と高精度化が強く望まれている。
［０００９］
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高い精度を保ちつつ、機械的走査を必要とすることなく、試料の情報を高速取得可能な計測装置を提供する。
課題を解決するための手段
［００１０］
本発明の計測装置は、互いに異なる周波数で分布し、周波数軸上で間隔をあけて個別に分離しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に互いに異なる方向に分散させる分散部と、前記分散部によって分散された前記スペクトルを試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、前記試料の情報を含み、前記離散スペクトルから個別に分離され得るモード分解スペクトルを取得する検出部と、を備えていることを特徴とする。
本明細書において、「モード分解スペクトル」とは、離散スペクトル光から個別に分離され得るスペクトルのことを示す。本発明に係る計測装置は、強度（振幅の２乗）のモード分解スペクトル（以下、モード分解強度スペクトルとする）のみを取得することができる。また、検出部の構成を適宜変更することで、本発明に係る計測装置は、振幅と位相のモード分解スペクトル（以下、モード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトル）とを取得することができる。なお、以下では、モード分解強度スペクトル、モード分解振幅スペクトル、モード分解位相スペクトルを区別する必要のない場合
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
が前記レンズによって前記重ね合わせ部の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていてもよい。
［００２２］
上記の構成によれば、離散スペクトル光の中心波長、隣り合うスペクトルの周波数の間隔、重ね合わせ部に用いられるレンズの開口数及び空間フィルタリング光学系の分解能が上述のように設定されていない場合に比べて、試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた２次元スポット群から、スペクトルのスポット同士の中心間隔に合わせて、試料の互いに異なる位置からの情報の欠損等なく、より高精度な画像がモード分解スペクトルから得られる。
［００２３］
また、上記の計測装置では、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていてもよい。
［００２４］
上記の構成によれば、デコンボリュージョン処理部でデコンボリュージョン処理がなされるので、集光部等のボケ特性から生じるスペクトルの２次元スポット群の画像ボケ（即ち、スポット光の拡がり）が軽減される。
［００２５］
また、上記の計測装置では、前記第一の光周波数コムスペクトルの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源を備え、前記検出部は、前記モード分解スペクトルから共焦点顕微イメージを取得するとともに、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得し、前記モード分解位相スペクトルから位相イメージを取得してもよい。
さらに、前記第三の光周波数コムスペクトルの前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致し、前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得してもよい。
［００２６］
上記の構成によれば、第三のコム光源を備えることで、試料の互いに異なる位置における共焦点ボリューム内の位相情報が得られ、共焦点特性によっ
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月7日(2017.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる周波数で分布し、周波数軸上で間隔をあけて個別に分離しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に光軸に直交する方向において互いに異なる方向に分散させる分散部と、
前記分散部によって分散された前記スペクトルを前記光軸に直交する方向において試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、
前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、
前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、
前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、前記試料の情報を含み、前記離散スペクトルから個別に分離され得るモード分解スペクトルを取得する検出部と、
を備えていることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記点光源は、前記離散スペクトル光として、周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔である第一隣接周波数間隔が互いに一致している第一の光周波数コムスペクトルを発する第一のコム光源であることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記周波数軸で周波数の位置が隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致している第二の光周波数コムスペクトルを発する第二のコム光源を備え、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第二の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解スペクトルを取得することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記分散部は、入射する光を波長分散する分散素子を備え、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に波長分散させ、
前記重ね合わせ部は、前記試料を透過した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記分散部及び前記重ね合わせ部は入射する光を波長分散する一つの分散素子を共有し、
前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記一つの分散素子によって前記スペクトル毎に異なる方向に分散させ、且つ前記試料から反射した前記試料の情報を含むスペクトルを空間的に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記分散素子は、
前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に異なる第一の方向に波長分散させる第一の分散素子と、
前記第一の分散素子によって波長分散された前記離散スペクトル光を前記第一の方向に交差する第二の方向に波長分散させる第二の分散素子と、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記分散素子は、回折格子で構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の計測装置。
【請求項８】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記分散部の分散性能、前記集光部に用いられるレンズの開口数及び前記離散スペクトル光の隣り合う前記スペクトルの周波数の間隔がそれぞれ、前記集光部によって前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポット同士の中心間隔が前記スペクトルのスポットの直径以上となるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記離散スペクトル光の中心波長、前記隣り合うスペクトルの周波数の間隔、前記試料と前記重ね合わせ部との間に配置されるレンズの開口数及び前記重ね合わせ部の分解能がそれぞれ、前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルのスポットが前記レンズによって前記重ね合わせ部の所定の位置で空間的に重ね合わされるように設定されていることを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記離散スペクトル光の複数の前記スペクトルを前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させてなる２次元スポット群を、該２次元スポット群をなす複数のスポットの中心から隣り合う前記スポット同士の間隔よりも小さい寸法で離れた位置にそれぞれのスポットの中心が配置される２次元スポット群を複数生成するスペクトルスポット複製部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させた前記スペクトルの２次元スポット群に対してデコンボリュージョン処理を施すデコンボリュージョン処理部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記第一の光周波数コムスペクトルの位相とは異なる第三の光周波数コムスペクトルを発する第三のコム光源を備え、
前記検出部は、前記モード分解スペクトルから共焦点顕微イメージを取得するとともに、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて得られる位相差に基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得し、前記モード分解位相スペクトルから位相イメージを取得することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記第三の光周波数コムスペクトルの前記スペクトルの周波数の間隔が前記第一隣接周波数間隔とは異なる第二隣接周波数間隔であり、且つ前記第二隣接周波数間隔が互いに一致し、
前記検出部は、前記第一の光周波数コムスペクトルと前記第三の光周波数コムスペクトルとを干渉させて生じる干渉スペクトルに基づいて前記モード分解位相スペクトルを取得することを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
命機能解析等のバイオ分野では細胞を生きたまま観察することもあり、共焦点顕微鏡、及び共焦点光学系を備えた測定装置に対して、より一層の高速化と高精度化が強く望まれている。
［０００９］
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高い精度を保ちつつ、機械的走査を必要とすることなく、試料の情報を高速取得可能な計測装置を提供する。
課題を解決するための手段
［００１０］
本発明の計測装置は、互いに異なる周波数で分布し、周波数軸上で間隔をあけて個別に分離しているスペクトルを二以上含む離散スペクトル光を発する点光源と、前記点光源から発せられた前記離散スペクトル光を前記スペクトル毎に光軸に直交する方向において互いに異なる方向に分散させる分散部と、前記分散部によって分散された前記スペクトルを前記光軸に直交する方向において試料の互いに異なる位置にそれぞれ集光させる集光部と、前記集光部によって集光された前記スペクトルが、前記試料の互いに異なる位置から透過又は反射したそれぞれのスペクトルを空間的に重ね合わせる重ね合わせ部と、前記重ね合わせ部によって重ね合わされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光を、前記分散部によって分散された前記スペクトルの前記試料上の集光位置と共役な位置に集光させて空間フィルタリングする空間フィルタリング光学系と、前記空間フィルタリング光学系で空間フィルタリングされた前記試料の情報を含む離散スペクトル光から、前記試料の情報を含み、前記離散スペクトルから個別に分離され得るモード分解スペクトルを取得する検出部と、を備えていることを特徴とする。
本明細書において、「モード分解スペクトル」とは、離散スペクトル光から個別に分離され得るスペクトルのことを示す。本発明に係る計測装置は、強度（振幅の２乗）のモード分解スペクトル（以下、モード分解強度スペクトルとする）のみを取得することができる。また、検出部の構成を適宜変更することで、本発明に係る計測装置は、振幅と位相のモード分解スペクトル（以下、モード分解振幅スペクトル及びモード分解位相スペクトル）とを取得することができる。なお、以下では、モード分解強度スペクトル、モード分解振幅スペクトル、モード分解位相スペクトルを区別する必要のない場合
【国際調査報告】
2017002535.tif 000049
2017002535.tif 000050
2017002535.tif 000051
2017002535.tif 000052