(57)【要約】【課題】効率よくスペクトルを測定することができる分光顕微鏡、及び分光観察方法を提供すること。【解決手段】本実施の形態にかかる分光顕微鏡１００は、試料３７に入射するレーザ光Ｌ１を発生する光源１１と、試料３７上における複数のライン状の照明領域３９を照明するよう、レーザ光Ｌ２で照明された照明領域３９において発生した信号光Ｌ３を、光源のレーザ光Ｌ１と同じ波長の光から分岐するエッジフィルタ３１と、エッジフィルタで分岐された信号光Ｌ４が通過する複数のスリットを有し、複数のスリットがスリット幅方向に並んでいるマルチスリット部５１と、複数のスリット５３を通過した信号光Ｌ４を、スリット長方向と直交する分散方向に分散して、２次元アレイ光検出器６２で検出する分光器６０と、を備えたものである。【選択図】図２
2018128325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光源と、
前記光で照明された試料の照明領域からの信号光が通過する複数のスリットを有し、前記複数のスリットがスリット幅方向に並んでいるマルチスリット部と、
前記複数のスリットを通過した信号光を、スリット長方向と交差する分散方向に分散して、２次元アレイ光検出器で検出する分光器と、
を備えた分光顕微鏡。
【請求項２】
前記試料から前記分光器までの光路中に、前記信号光の波長域を選択する波長選択部を、さらに備えた請求項１に記載の分光顕微鏡。
【請求項３】
前記波長選択部で選択する波長が可変となっている請求項２に記載の分光顕微鏡。
【請求項４】
前記光が、試料上における複数のライン状の照明領域を照明している請求項１〜３のいずれか１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項５】
前記複数のスリットのスリット幅、位置、及び数の少なくとも一つが可変である請求項１〜４のいずれ１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項６】
マルチスリット部が、少なくとも、
第１のスリット幅の複数のスリットを有する第１のスリット群と、
第２のスリット幅の複数のスリットを有する第２のスリット群と、を備えたスリット板により形成されており、
前記スリット板を移動させることで、前記信号光が、前記第１のスリット群の前記スリットを通過して前記分光器に入射する状態と、前記第２のスリット群の前記複数のスリットを通過して前記分光器に入射する状態とが切り替わる請求項５に記載の分光顕微鏡。
【請求項７】
前記マルチスリット部が、液晶パネルを有している請求項５に記載の分光顕微鏡。
【請求項８】
前記光源から前記試料までの照明光学系が、試料上における複数のライン状の照明領域を照明するよう、制御信号に応じて光を変調する空間変調器を備えている請求項７に記載の分光顕微鏡。
【請求項９】
前記分光器が、少なくとも、第１の波長帯域の前記信号光を検出する第１の分光器と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の前記信号光を検出する第２の分光器とを備え、
前記マルチスリット部が、前記第１の分光器と前記第２の分光器のそれぞれの入射側に配置されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項１０】
前記２次元アレイ光検出器が、少なくとも
第１の波長帯域の前記信号光を検出する第１の領域と、
前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の前記信号光を検出する第２の領域を備え、
前記スリットの長手方向において、前記第１の領域と前記第２の領域とが、ずれている請求項１〜８のいずれか１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項１１】
前記光源から前記試料までの照明光学系は、前記光源からの光を前記試料に集光する対物レンズを備え、
前記試料の前記対物レンズと反対側には、前記試料で発生した信号光を反射する反射部材が配置され、
前記反射部材で反射された信号光が前記対物レンズに入射する請求項１〜８のいずれか１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項１２】
前記マルチスリット部の入射側に配置され、前記信号光を前記複数のスリットに集光するシリンドリカルレンズアレイをさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の分光顕微鏡。
【請求項１３】
光を発生させるステップと、
前記光を試料に導くステップと、
前記光で照明された試料の照明領域からの信号光を、複数のスリットがスリット幅方向に並んでいるマルチスリット部に入射させるステップと、
前記マルチスリット部の前記スリットを通過した信号光を、スリット長方向と交差する分散方向に分散して、２次元アレイ光検出器で検出するステップと、を備えた分光観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光顕微鏡、及び分光観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
観察対象物の微細構造の観察手法として、ラマン分光顕微鏡が知られている。ラマン分光顕微鏡は、分子や結晶格子の振動数を計測しながら空間分布も取得できるため、材料工学、医療診断、創薬といった幅広い分野に適用できる。
【０００３】
非特許文献１には、ラマンスペクトルを測定するための分光器を備えたラマン顕微鏡が開示されている。非特許文献１のラマン顕微鏡では、レーザ光の光路にビームアレイを生成するマイクロレンズアレイが配置されている。試料は、マイクロレンズアレイによって生成された８×８のビームアレイによって照明されている。そして、ラマン散乱光は、８×８のファイババンドルに入射する。
【０００４】
分光器の入射スリットにおいて、ファイババンドルは１×６４に配置されている。すなわち、ファイババンドルの出射端において、６４本のファイバが１列に配置されている。そして、ファイババンドルを出射したラマン散乱光が、分光器によって空間的に波長分散されてＣＣＤカメラで検出される。したがって、２次元空間情報と１次元のスペクトル情報が、ＣＣＤカメラの受光面上において２次元アレイ情報に変換されて、検出される。試料の多点で発生したラマン散乱光のスペクトルを同時に測定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Masanari Okuno1 and Hiro-o Hamaguchi,”Multifocus confocal Raman microspectroscopy for fast multimode vibrational imaging of living cells” OPTICS LETTERS / Vol. 35, No. 24 / December 15, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなラマン顕微鏡では、１度に検出することができる情報は、ＣＣＤカメラの画素数に制限される。そして、特許文献１のラマン顕微鏡では、ビームアレイによって照明された領域からのラマン散乱光が、ファイババンドルによって１ラインに変換されている。このため、２次元空間情報を取得可能な領域が、１ラインの画素数に限定されてしまう。加えて、ビームアレイの各点から情報をＣＣＤカメラで空間的に分離する必要があるため、最大でもＣＣＤカメラの画素数の半分しか利用出来ない。例えば、特許文献１では、６４本のファイバが１ラインに変換されているため、試料の６４点からのラマン散乱光しか同時に検出することができない。
【０００７】
また、試料の１点からのラマン散乱光が、ＣＣＤカメラ全体に分散されている。したがって、測定すべきスペクトルの帯域が狭い場合、一部の画素は、測定に不要な波長の光を検出することになる。このように、分光顕微鏡において、スペクトルをより効率よく測定したいという要望がある。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、効率よくスペクトルを測定することができる分光顕微鏡、及び分光観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様にかかる分光顕微鏡は、励起光を発生する光源と、前記励起光により照明された試料の照明領域を照明するよう、前記励起光を前記試料に導く照明光学系と、前記励起光で照明された試料の照明領域からの信号光が通過する複数のスリットを有し、前記複数のスリットがスリット幅方向に並んでいるマルチスリット部と、前記複数のスリットを通過した信号光を、スリット長方向と交差する分散方向に分散して、２次元アレイ光検出器で検出する分光器と、を備えたものである。これにより、効率よくスペクトルを測定することができる。
【００１０】
上記の分光顕微鏡において、前記試料から前記分光器までの光路中に、前記信号光の波長域を選択する波長選択部を、さらに備えていてもよい。これにより、効率よくスペクトルを測定することができる。
【００１１】
上記の分光顕微鏡において、前記波長選択部で選択する波長域が可変となっていることが好ましい。これにより、測定する波長域を変えることができるため、効率よくスペクトルを測定することができる。
【００１２】
上記の分光顕微鏡において、前記励起光が、試料上における複数のライン状の照明領域を照明していていてもよい。
【００１３】
上記の分光顕微鏡において、前記複数のスリットのスリット幅、位置、及び数の少なくとも一つが可変であってもよい。これにより、波長分解能を変更することができる。
【００１４】
上記の分光顕微鏡において、マルチスリット部が、少なくとも、第１のスリット幅の複数のスリットを有する第１のスリット群と、第２のスリット幅の複数のスリットを有する第２のスリット群と、を備えたスリット板により形成されており、前記スリット板を移動させることで、前記信号光が、前記第１のスリット群の前記スリットを通過して前記分光器に入射する状態と、前記第２のスリット群の前記複数のスリットを通過して前記分光器に入射する状態とが切り替わるようにしてもよい。これにより、簡便な構成で波長分解能を変更することができる。
【００１５】
上記の分光顕微鏡において、前記マルチスリット部が、液晶パネルを有していてもよい。これにより、簡便な構成で波長分解能を変更することができる。
【００１６】
上記の分光顕微鏡において、前記光源から前記試料までの照明光学系が、前記試料上における複数のライン状の照明領域を照明するよう、制御信号に応じて励起光を変調する空間変調器を備えていてもよい。これにより、適切にマルチライン照明を行うことができる。
【００１７】
上記の分光顕微鏡において、前記分光器が、少なくとも、第１の波長帯域の前記信号光を検出する第１の分光器と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の前記信号光を検出する第２の分光器とを備え、前記マルチスリット部が、前記第１の分光器と前記第２の分光器のそれぞれの入射側に配置されていてもよい。
【００１８】
上記の分光顕微鏡において、前記２次元アレイ光検出器が、少なくとも、第１の波長帯域の前記信号光を検出する第１の領域と、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の前記信号光を検出する第２の領域を備え、前記スリットの長手方向において、前記第１の領域と前記第２の領域とが、ずれていてもよい。
【００１９】
上記の分光顕微鏡は、前記マルチスリット部の入射側に配置され、前記信号光を前記複数のスリットに集光するシリンドリカルレンズアレイをさらに備えていてもよい。
【００２０】
上記の分光顕微鏡では、前記光源から前記試料までの照明光学系は、前記光源からの光を前記試料に集光する対物レンズを備え、前記試料の前記対物レンズと反対側には、前記試料で発生した信号光を反射する反射部材が配置され、前記反射部材で反射された信号光が前記対物レンズに入射するようにしてもよい。これにより、分光器で検出される信号光の強度を高くすることができる。
【００２１】
上記の分光顕微鏡で、前記マルチスリット部の入射側に配置され、前記信号光を前記複数のスリットに集光するシリンドリカルレンズアレイをさらに備えていてもよい。
【００２２】
本発明の第１の態様にかかる分光観察方法は、励起光を発生させるステップと、前記励起光を試料に導くステップと、前記励起光で照明された前記試料の照明領域からの信号光を、複数のスリットがスリット幅方向に並んでいるマルチスリット部に入射させるステップと、前記マルチスリット部の前記スリットを通過した信号光を、スリット長方向と交差する分散方向に分散して、２次元アレイ光検出器で検出するステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、効率よくスペクトルを測定することができる分光顕微鏡、及び分光観察方法を提供すること
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態にかかる分光顕微鏡の概念を説明するための図である。
【図２】実施形態１にかかる分光顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図３】試料上の照明領域を撮像した画像である。
【図４】マルチスリット部の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】光検出器の画素と信号光とを示す模式図である。
【図６】分光顕微鏡で測定されるスペクトルを示す図である。
【図７】変形例１におけるマルチスリットの構成を模式的に示す平面図である。
【図８】マルチスリット部の入射側に配置されるマスクを示す斜視図である。
【図９】実施の形態２にかかる分光顕微鏡を示す図である。
【図１０】分光顕微鏡で用いられる構造化照明を説明するための図である。
【図１１】格子状照明で照明された照明領域とマルチスリット部のスリットの関係を説明するための図である。
【図１２】実施の形態３にかかる分光顕微鏡の主要部を示す図である。
【図１３】実施の形態３の変形例２にかかる分光顕微鏡の主要部を示す図である。
【図１４】本実施の形態４にかかる分光顕微鏡において、シリンドリカルレンズアレイの配置を示す図である。
【図１５】マルチスリット部の入射側にシリンドリカルレンズアレイを配置した検出光学系を簡略化して示す図である。
【図１６】実施の形態４の変形例３の光学系を簡略化して示す図である。
【図１７】実施の形態５の分光顕微鏡の構成を示す図である。
【図１８】実施の形態６の分光顕微鏡の構成を示す図である。
【図１９】実施の形態７の分光顕微鏡の主要部の構成を示す図である。
【図２０】変形例４の主要部の構成を示す図である。
【図２１】変形例５の主要部の構成を示す図である。
【図２２】実施の形態８の分光顕微鏡の主要部の構成を示す図である。
【図２３】変形例６の主要部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２６】
本実施の形態にかかる分光顕微鏡の概要について、図１を用いて説明する。本実施形態にかかる分光顕微鏡では、光源（図１では不図示）からの励起光が試料１を照明している。具体的には、試料１の複数のライン状（帯状）の照明領域が励起光によって同時に照明される。照明領域では、ラマン散乱が誘起される。そして、試料１の照明領域で発生したラマン散乱光（以下、信号光とも称する）は検出光学系２を介してマルチスリット部３に入射する。図１では、対物レンズを含む検出光学系２を、簡略化して図示している。
【００２７】
マルチスリット部３は、分光器６の入射側に配置された入射スリットである。マルチスリット部３は、スリット幅方向に並んだ複数のスリットを有している。照明領域からの信号光は、検出光学系２を介して、マルチスリット部３の各スリットに入射する。検出光学系２は、試料１の像をマルチスリット部３に結像する。マルチスリット部３は、試料１の複数のライン状の照明領域からの信号光を分光器６に通過させる。
【００２８】
分光器６は、信号光を分散させて、検出することでラマンスペクトルを測定する。具体的には、分光器６は、波長分散素子４と、光検出器５とを備えている。光検出器５は、分散方向（Ｘ方向）、及びスリット長方向（Ｙ方向）に並んだ複数の画素を備えている。光検出器５は２次元アレイ光検出器である。信号光が波長分散素子４によって波長分散されることで、光検出器５のＸ方向にスペクトル情報が配置される。
【００２９】
マルチスリット部３の隣接するスリットからの信号光は、光検出器５上で重ならないように分光される。これにより、複数のライン状の照明領域からのラマンスペクトルを同時に測定することができる。試料上のより多くの点からのラマン散乱光を同時に測定することができる。このようにすることで、光検出器５の有限の画素を有効に活用することができ、効率よくラマンスペクトルを測定することができる。よって、ラマンスペクトル測定時間を短縮することができる。
【００３０】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる分光顕微鏡の構成について、図２を用いて説明する。図２は、分光顕微鏡１００の光学系の構成を示す図である。分光顕微鏡１００は、光源１１と、照明光学系１０と、検出光学系４０と、分光器６０と、マルチスリット部５１と、を備えている。ここで、ミラーなどの反射にかかわらず、光軸と平行な方向をＺ方向とし、光軸と垂直な平面をＸＹ平面とする。Ｘ方向とＹ方向は互いに直交する方向である。
【００３１】
まず、照明光学系１０について説明する。照明光学系１０は、試料３７上における複数のライン状の照明領域を照明するよう、光源１１からの励起光を試料３７に導く光学系である。照明光学系１０は、グランレーザプリズム１２、１／２波長板１３、ミラー１４、レーザラインフィルタ１５、レンズ１６、レンズ１７、ミラー１８、ミラー１９、シリンドリカルレンズアレイ２０、ミラー２１、ミラー２２、レンズ２３、エッジフィルタ３１、ガルバノミラー３２と、レンズ３３、レンズ３４、ミラー３５、及び対物レンズ３６を備えている。
【００３２】
光源１１は、励起光となるレーザ光Ｌ１を放出する。光源１１は、赤色や緑色の単色光を出射する単色光源である。例えば、光源１１は、レーザ光Ｌ１として、波長５３２ｎｍのＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光を放出するＮｄ／ＹＶＯ４レーザである。光源１１は、例えば、スペクトラ・フィジックス社製Ｍｉｌｌｅｎｎｉａを用いることができる。
【００３３】
光源１１からのレーザ光Ｌ１は、グランレーザプリズム１２によって偏光度の高い直線偏光となって、１／２波長板１３に入射する。１／２波長板１３は直線偏光の振動方向を回転させる。１／２波長板１３を通過したレーザ光Ｌ１は、ミラー１４で反射されてレーザラインフィルタ１５に入射する。レーザラインフィルタ１５は、レーザ波長（５３２ｎｍ）中心波長とする狭帯域のバンドパスフィルタである。
【００３４】
レーザラインフィルタ１５を通過したレーザ光Ｌ１は、レンズ１６、レンズ１７によって屈折される。レンズ１６、及びレンズ１７は、レーザ光Ｌ１のビーム径を拡大するビームエキスパンダとなる。例えば、レンズ１６、レンズ１７の焦点距離は、それぞれ７５ｍｍ、１５０ｍｍとなっている。レンズ１６、レンズ１７で屈折されたレーザ光Ｌ１は平行光束となって、ミラー１８に入射する。ミラー１８で反射したレーザ光Ｌ１はミラー１９に入射する。ミラー１９で反射したレーザ光Ｌ１は、シリンドリカルレンズアレイ２０に入射する。
【００３５】
シリンドリカルレンズアレイ２０は、複数のシリンドリカルレンズが配列されている。したがって、シリンドリカルレンズアレイ２０を通過したレーザ光Ｌ１は複数のライン状の照明光に変換される。シリンドリカルレンズアレイ２０の各シリンドリカルレンズは、Ｘ方向にレーザ光Ｌ１を集光する。ラインの長手方向をＹ方向とし、複数のラインが並んでいる方向をＸ方向とする。例えば、シリンドリカルレンズアレイ２０のアレイピッチは０．３ｍｍ、各シリンドリカルレンズの焦点距離は７．９２ｍｍ、曲率半径は３．６ｍｍとなっている。
【００３６】
シリンドリカルレンズアレイ２０を通過したレーザ光Ｌ１は、ミラー２１、及び２２で反射されて、レンズ２３に入射する。レンズ２３の焦点距離は２００ｍｍとなっている。レンズ２３で屈折されたレーザ光はエッジフィルタ３１で反射される。エッジフィルタ３１は、レーザ波長よりも長いカットオフ波長を有している。よって、エッジフィルタ３１は、レーザ波長の光を反射し、レーザ波長よりも長波長のラマン散乱光を透過する。エッジフィルタ３１で反射されたレーザ光をレーザ光Ｌ２とする。
【００３７】
エッジフィルタ３１で反射されたレーザ光Ｌ２は、ガルバノミラー３２に入射する。例えば、ライン状のレーザ光Ｌ２のＸ方向に走査する。ガルバノミラー３２で走査することで試料３７の所定の領域を観察することができる。ガルバノミラー３２で反射されたレーザ光Ｌ２は、レンズ３３、レンズ３４で屈折される。レンズ３３、レンズ３４の焦点距離はそれぞれ１６０ｍｍ、２００ｍｍとなっている。レンズ３４を通過したレンズ３４は、ミラー３５で反射されて、対物レンズ３６に入射する。対物レンズ３６としては、例えば、ニコン社製の６０×／１．２７ＷＩの対物レンズを用いることができる。
【００３８】
対物レンズ３６によりレーザ光Ｌ２は、試料３７上に集光する。シリンドリカルレンズアレイ２０は、レーザ光Ｌ２がマルチラインとなるように、レーザ光Ｌ２を集光している。したがって、レーザ光Ｌ２は、試料３７上の複数のライン状の照明領域３９を形成する。すなわち、マルチライン照明によって、試料３７が照明される。レーザ光Ｌ２によって試料３７に形成される照明領域３９は、複数のライン状の領域となっている。すなわち、シリンドリカルレンズアレイ２０によって、マルチライン照明が行われる。各ラインの長手方向はＹ方向となっている。そして、複数のライン３８は、Ｘ方向に並んでいる。図２では、１０本のライン３８のうち、１本目をライン３８ａ、２本目を３８ｂ、１０本目を３８ｊとして示している。図３に試料３７上に形成された照明領域３９のパターンの画像の一例を示す。
【００３９】
試料３７にレーザ光Ｌ２が入射した箇所では、ラマン散乱が誘起される。したがって、複数のライン状の照明領域３９からはラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光の一部は、対物レンズ３６に入射する。なお、対物レンズ３６に入射したラマン散乱光を信号光Ｌ３とする。また、対物レンズ３７には、レーザ光Ｌ２と同じ波長のレイリー散乱光も入射する。対物レンズ３６を通過した信号光Ｌ３は、レーザ光Ｌ２が伝播した光路を反対方向に伝播していく。なお、試料３７は、ＸＹ方向に移動可能な駆動ステージ上に配置されていてもよい。駆動ステージを移動することで、試料３７の所望の領域を照明することができる。
【００４０】
次に、試料３７で発生した信号光Ｌ３を分光器６０まで導く検出光学系４０について、説明する。検出光学系４０は、対物レンズ３６、ミラー３５、レンズ３４、レンズ３３、ガルバノミラー３２、エッジフィルタ３１、波長選択部４１、レンズ４４、マルチスリット部５１を備えている。
【００４１】
信号光Ｌ３はミラー３５で反射してレンズ３４に入射する。そして、信号光Ｌ３は、レンズ３４、及びレンズ３３で屈折されて、ガルバノミラー３２に入射する。ガルバノミラー３２は、信号光Ｌ３をデスキャンして、エッジフィルタ３１に向けて反射する。
【００４２】
エッジフィルタ３１は、波長に応じて、信号光Ｌ３をレイリー散乱光と分岐する光分岐手段である。エッジフィルタ３１は、レーザ光Ｌ２の波長よりも長いカットオフ波長を有している。よって、カットオフ波長よりも長い波長の信号光Ｌ３がエッジフィルタ３１を透過する。カットオフ波長よりも長い波長の信号光Ｌ３は、エッジフィルタ３１で反射される。したがって、信号光Ｌ３の光路がレーザ光Ｌ２の光路から分岐される。エッジフィルタ３１を通過した信号光Ｌ３を信号光Ｌ４とする。
【００４３】
エッジフィルタ３１を通過した信号光Ｌ４は、波長選択部４１に入射する。波長選択部４１は、光検出器６２で検出される信号光Ｌ４の波長域（波数域）を選択する。そのため、波長選択部４１は、ローパスフィルタ４２と、バンドパスフィルタ４３とを備えている。ローパスフィルタ（ロングパスフィルタ）４２は、低周波数帯域（長波長域）の成分を通過し、高周波数帯域（低波長域）の成分を遮光するロングパスフィルタである。バンドパスフィルタ４３（ＢＰＦ）は、所定の波長域のみを通過させる。波長選択部４１は、信号光Ｌ４の通過波長の帯域を選択する。また、光軸に対するローパスフィルタ４２の傾きを調整することで、通過する波長域を調整することができる。
【００４４】
波長選択部４１は１つ又は２つ以上の光学フィルタを有している。そして、波長選択部４１は、信号光Ｌ４の波長域を制限する。さらに、波長選択部４１に配置する光学フィルタを置き換えたり、光学フィルタの傾きを調整したりすることで、選択される波長域を可変にすることができる。波長選択部４１に用いられる光学フィルタはローパスフィルタ４２やバンドパスフィルタ４３に限られるものではなく、マルチバンドパスフィルタや、ハイパスフィルタ（ショートパスフィルタ）等を用いることができる。もちろん、２以上の光学フィルタを組み合わせ用いてもよい。さらには、液晶等を利用した透過波長可変フィルタ、プリズムと空間マスクを利用した低波長分解の分光器を波長選択部４１として用いてもよい。
【００４５】
ローパスフィルタ４２、バンドパスフィルタ４３を通過した信号光Ｌ４はレンズ４４に入射する。レンズ４４は、試料３７の像をマルチスリット部５１上に結像する結像レンズである。すなわち、マルチスリット部５１と試料３７とは、共役な位置に配置されている。レンズ４４の焦点距離は、例えば、４００ｍｍである。
【００４６】
マルチスリット部５１の構成について、図４を用いて説明する。図４は、マルチスリット部５１の構成を示すＸＹ平面図である。マルチスリット部５１は、スリット板５２、及び複数のスリット５３ａ〜５３ｆを有している。スリット板５２には、複数のスリット５３ａ〜５３ｆが形成されている。なお、以下の説明において、スリット５３ａ〜５３ｆを識別しない場合、単にスリット５３と称する。図４では、スリット板５２に１０個のスリット５３ａ〜５３ｊが形成されている例が示されているが、スリット５３の数は２以上であれば、特に限定されるものではない。
【００４７】
スリット５３に入射した信号光Ｌ３はマルチスリット部５１を通過して、分光器６０で検出される。スリット板５２のスリット５３以外の位置に入射した信号光Ｌ３は、マルチスリット部５１で遮光され、分光器６０で検出されない。
【００４８】
スリット５３ａ〜５３ｆのそれぞれは、長手方向（スリット長方向）をＹ方向、短手方向（スリット幅方向）をＸ方向となっている。複数のスリット５３は、Ｘ方向に並んで配置されている。図４では、１０個のスリット５３ａ〜５３ｆは等間隔でＸ方向に並んでいる。スリット５３ａ〜５３ｆは同じスリット幅、及び同じスリット長を有している。Ｙ方向において、スリット５３ａ〜５３ｊは同じ位置に配置されている。
【００４９】
スリット５３ａ〜５３ｊのそれぞれは、試料３７上の照明領域３９のライン３８と対応している。例えば、１列目のライン３８ａで発生したラマン散乱光は、スリット５３ａを通過する。同様に、２列目のライン３８ｂで発生したラマン散乱光は、スリット５３ｂを通過する。１０列目のライン３８ｊで発生したラマン散乱光は、スリット５３ｊを通過する。
【００５０】
マルチスリット部５１を通過した信号光Ｌ４は、分光器６０に入射する。分光器６０は、分光部６１と光検出器６２とを備えている。分光部６１は、回折格子やプリズムなどの波長分散素子を備えている。さらに、分光部６１は、凹面鏡やレンズなどを備えていてもよい。分光部６１は、Ｘ方向に信号光Ｌ４を分散する。
【００５１】
光検出器６２は、２次元ＣＣＤカメラなどの２次元アレイ光検出器である。光検出器６２は、アレイ状に配列された複数の画素を備えたイメージセンサである。光検出器６２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。光検出器６２は、各画素の検出光量に応じた検出信号を処理装置（不図示）に出力する。処理装置は、パーソナルコンピュータなどであり、検出信号の値を画素のＸＹ座標に対応付けて、メモリなどに記憶する。
【００５２】
例えば、光検出器６２は、Ｘ方向に２０４８、Ｙ方向に２０４８の画素が配列された冷却ＣＣＤカメラである。光検出器６２の画素は、スリット５３に対応する方向に沿って配置されている。したがって、光検出器６２の画素の一方の配列方向はスリット長方向（Ｙ方向）と一致し、他方の配列方向は、分光部６１の分散方向（Ｘ方向）と一致する。光検出器６２のＸ方向における光強度の分布はラマンスペクトルの分布を示すことになる。マルチスリット部５１において異なるスリット５３を通過した信号光Ｌ４は、異なる画素で検出される。
【００５３】
図５を用いて、光検出器６２の画素と信号光Ｌ４とを説明する。図５では、光検出器６２の受光面を模式的に示す平面図である。図５に示すように、複数の画素６３がＸ方向、及びＹ方向に配列されている。図５では、スリット５３ａを通過した信号光Ｌ４を信号光Ｌ４ａとし、スリット５３ｂを通過した信号光Ｌ４を信号光Ｌ４ｂとして説明する。
【００５４】
なお、図５では、光検出器６２の複数の画素６３のＸ座標をＸ１〜Ｘｋ、Ｙ座標をＹ１〜Ｙｍとして示している。ｋ、ｍはそれぞれ２以上の整数である。信号光Ｌ４は、Ｙ方向に延びるスリット５３を通過しているため、Ｙ座標Ｙ１〜Ｙｍの画素６３で検出される。すなわち、試料３７において、Ｙ方向に異なる位置で発生したラマン散乱光は、異なるＹ座標の画素６３で検出される。
【００５５】
信号光Ｌ４ａは、Ｘ方向におけるｎ個の画素６３に分散されている。具体的には、信号光Ｌ４ａが入射する画素６３のＸ座標を（ａ１）〜（ａｎ）とする。例えば、試料３７の上の一点で発生した信号光Ｌ４ａは、波長に応じて、（ａ１，Ｙ１）〜（ａｎ，Ｙ１）の画素に分散される。Ｘ座標（ａ１）の画素６３、及びＸ座標（ａｎ）の画素６３の一方が、短波長側に対応し、他方が長波長側に対応する。したがって、（ａ１）〜（ａｎ）の範囲において、画素６３のＸ座標が信号光Ｌ４ａの波長に対応する。信号光Ｌ４ａは、（ａ１，Ｙ１）〜（ａｎ，Ｙｍ）の（ｎ×ｍ）個の画素６３で検出される。ｎは２以上の整数である。
【００５６】
信号光Ｌ４ｂも、同様に、Ｘ方向におけるｎ個の画素６３に分散されている。信号光Ｌ４ｂが入射する画素６３のＸ座標を（ｂ１）〜（ｂｎ）とする。例えば、試料３７の上の一点で発生した信号光Ｌ４ｂは、波長に応じて、（ｂ１，Ｙ１）〜（ｂｎ，Ｙ１）の画素に分散される。Ｘ座標（ｂ１）の画素６３、及びＸ座標（ｂｎ）の画素６３の一方が、短波長側に対応し、他方が長波長側に対応する。したがって、（ｂ１）〜（ｂｎ）の範囲において、画素６３のＸ座標が信号光Ｌ４ｂの波長に対応する。信号光Ｌ４ａは、（ｂ１，Ｙ１）〜（ｂｎ，Ｙｍ）の（ｎ×ｍ）個の画素６３で検出される。したがって、同様の波長域における信号光Ｌ４ａのラマンスペクトルと信号光Ｌ４ｂのラマンスペクトルとを同時に取得することができる。
【００５７】
他のスリット５３ｃ〜５３ｊを通過した信号光Ｌ４についても、同様に分散されて、（ｎ×ｍ）個の画素６３で検出される。このように、１つのスリット５３を通過した信号光Ｌ４は、（ｎ×ｍ）個の画素６３で検出される。画素６３のＹ座標が試料３７のＹ方向位置に対応する。画素６３のＸ座標が信号光Ｌ４の波長に対応する。また、隣接するスリット５３を通過する信号光Ｌ４は、Ｘ座標の異なる画素６３で検出される。よって、試料上における２次元の空間情報と、ラマン散乱光の波長情報を、受光面の２次元情報に変換することができる。よって、光検出器６２の１フレームで、試料３７の複数のライン状の照明領域３９で発生したラマンスペクトルを測定することができる。
【００５８】
異なるスリット５３を通過した信号光Ｌ４は、Ｘ方向において異なる画素６３で検出される。例えば、信号光Ｌ４ａが入射する画素と信号光Ｌ４ｂが入射する画素とは、Ｘ方向にずれている。したがって、波長分散された信号光Ｌ４ａ、及び信号光Ｌ４ｂは、光検出器６２の受光面で重なっていない。光検出器６２が２０００×２０００の画素６３を有しており、スリット５３の数が５である場合、１つのスリット５３には４００×２０００の画素６３が割り当てられる。すなわち、１つのスリット５３に割り当てられた検出波長数が４００個となる。そして、１００００（＝２０００画素×５スリット）の観察点からのラマンスペクトルを同時に取得することができる。
【００５９】
光検出器６２の画素数は有限である。よって、スリット数が増加すると、観察点の数を増やすことができる一方で、測定されるスペクトル点数（波数軸）が減少する。しかしながら、観察対象や観察目的に応じては、多くのスペクトル点数を必要としないことがある。すなわち、測定すべき波長域が狭い場合、多くのスペクトル点数は必要ない。
【００６０】
例えば、測定すべき波長域が狭いアプリケーションの場合、マルチスリット部５１を用いることで、光検出器６２のＸ方向における全ての画素６３を効率よく利用することができる。よって、効率よくラマンスペクトルを利用することができる。一度にスペクトル測定することができる観察点の数を増やすことができるため、測定時間を短縮することができる。
【００６１】
なお、分光部６１による分散方向は、Ｘ方向と平行な方向に限られるものではなく、Ｘ方向から傾いた斜め方向であってもよい。すなわち、画素の配列方向であるＸ方向と分散方向は完全に一致する方向でなくてもよい。ＸＹ平面において、分散方向はスリット長方向と交差する方向であればよい。この構成であっても、画素の多いカメラを有効に活用できる。各点のスペクトルは、ひし形画像を矩形画像に変形する等の画像処理により、抽出できる。
【００６２】
照明領域３８のライン数、及びライン間隔、マルチスリット部５１のスリット数、及びスリット間隔、分光器６０の光学系等を調整することで、測定される波長域やスペクトル点数を任意に設定することができる。例えば、スリット数の異なるスリット板５２、シリンドリカルレンズ数の異なるシリンドリカルレンズアレイ２０を複数用意しておき、アプリケーションに応じて、スリット数、及びシリンドリカルレンズ数を変えればよい。よって、観察対象、及び観察目的毎に、ラマンスペクトルの測定時間を短縮することができる。
【００６３】
なお、隣接するスリット５３を通過した信号光Ｌ４が光検出器６２の受光面において重ならないように、分光部６１が信号光Ｌ４を分光している。具体的には、Ｘ座標（ａ１）〜（ａｎ）と、Ｘ座標（ｂ１）〜（ｂｎ）とが、完全に重複しておらず、分離されている。Ｘ座標（ｂ１）の値が、（ａｎ）の値よりも大きい整数となっている。スリット５３の間隔や、波長選択部４１で選択される波長域を適宜調整することで、隣接するスリット５３を通過した信号光Ｌ４が受光面において重ならないようにすることができる。もちろん、スペクトル測定が不要な一部の波長については、隣接するスリット５３を通過した信号光が同じ画素に入射してもよい。例えば、Ｘ座標（ａ１）〜（ａｎ）の画素６３と、（ｂ１）〜（ｂｎ）の画素６３の一部が重なっていてもよい。あるいは、Ｘ座標（ａ１）の画素６３とＸ座標（ｂ１）の画素６３との間に信号光が入射しない画素があってもよい。
【００６４】
また、測定すべき波長域は、波長選択部４１によって選択することができる。波長選択部４１の光学フィルタを変えることで、測定すべき波長域を可変にすることができる。この点について、図６を用いて説明する。
【００６５】
図６は、波長域を変えた場合のラマンスペクトルを説明するための図である。図６において、波長選択部４１で選択された２つの波長域をそれぞれ、第１の波長域Ｂ１、第２の波長域Ｂ２とする。第１の波長域Ｂ１と第２の波長域Ｂ２の間の波長域を第３の波長域Ｂ３とする。第３の波長域Ｂ３は、スペクトル測定が不要な波長域である。
【００６６】
まず、波長選択部４１において、第１の波長域Ｂ１を選択するように、光学フィルタを設定する。波長選択部４１のローパスフィルタ４２、バンドパスフィルタ４３が波長域Ｂ１の光を透過して、波長域Ｂ１以外の波長域を遮光する。分光器６０が信号光Ｌ４を検出すると、第１の波長域Ｂ１におけるラマンスペクトルを測定することができる。
【００６７】
次に、波長選択部４１が選択する波長域を第１の波長域Ｂ１から第２の波長域Ｂ２に切り替える。波長選択部４１のローパスフィルタ４２、バンドパスフィルタ４３が波長域Ｂ２の光を透過して、波長域Ｂ２以外の波長域を遮光する。そして、分光器６０が信号光Ｌ４を検出すると、第２の波長域Ｂ２におけるラマンスペクトルを測定することができる。
【００６８】
このようにすることで、測定すべき波長域のみのスペクトルが測定可能になる。すなわち、不要な第３の波長域Ｂ３を測定せずに、測定すべき第１の波長域Ｂ１、及び第２の波長域Ｂ２のみを測定することができる。例えば、ラマンスペクトルには、サイレント領域と呼ばれる散乱光が生じない波長域（波数域）がある。このような、サイレント領域である第３の波長域Ｂ３を除いて、ラマンスペクトルを測定することができる。すなわち、第３の波長域Ｂ３よりも高い波長域のスペクトルと低い波長域Ｂ１のラマンスペクトルをそれぞれ測定することができる。これにより、効率よくラマンスペクトルを測定することができる。
【００６９】
なお、図６において、測定すべき２つ以上の波長域Ｂ１、Ｂ２は、連続していないが、連続していてもよい。なお、波長選択部４１で選択する波長域を変えた場合、分光器６０が所望の波長域のスペクトルを測定できるように、分光部６１における光路を調整してもよい。波長選択部４１は、エッジフィルタ３１から分光器６０までの光路中に配置されていればよいため、波長選択部４１の位置は、図２に示す配置に限定されるものではない。
【００７０】
（変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１について、図７を用いて説明する。図７は、変形例１で用いられるマルチスリット部５１の構成を示す平面図である。マルチスリット部５１は、スリット板５２と、第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５４と、を備えている。なお、マルチスリット部５１以外の構成については、上記の分光顕微鏡１００と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
スリット幅を可変とするため、スリット板５２には、第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５と、が形成されている。第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５とは、Ｙ方向における位置が異なっている。すなわち、Ｙ方向において、第２のスリット群１５４は、第１のスリット群１５３と第３のスリット群１５５との間に配置されている。マルチスリット部５１の前面は、ＸＹ方向に移動可能に配置されている。
【００７２】
第１のスリット群１５３は、複数のスリット５３を有している。複数のスリット５３は、Ｙ方向をスリット長方向とし、Ｘ方向をスリット幅方向としている。複数のスリット５３は、Ｘ方向に等間隔で並んでいる。
【００７３】
第２のスリット群１５４、複数のスリット５４を有している。第３のスリット群１５５も同様に複数のスリット５５を有している。第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５とは、同じ数のスリットを有している。複数のスリット５３、複数のスリット５４、複数のスリット５５は同じスリット長を有している。第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５とにおいて、スリットのピッチは等しくなっている。
【００７４】
スリット５３、スリット５４、及びスリット５５は、スリット幅のみが異なっている。スリット５４のスリット幅はスリット５３よりも広く、スリット５５よりも狭くなっている。そして、分光器６０の前面には、マルチスリット部５１がＸＹ平面内において、移動可能に配置されている。第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５のうちの一つのスリット群のみが、信号光Ｌ４の光路に配置される。第１のスリット群１５３と、第２のスリット群１５４と、第３のスリット群１５５の一つのスリット群が選択的に分光測定に用いられる。よって、同じスリット幅のスリットのみが、分光測定に用いられる。
【００７５】
このようにすることで、波長分解能を可変とすることができる。例えば、波長分解能を高くする場合、幅狭の第１のスリット群１５３を分光器６０の入射側に配置する。すなわち、信号光Ｌ４が第１のスリット群１５３のみに入射するように、マルチスリット部５１を配置する。これにより、信号光Ｌ４は、第２のスリット群１５４、第３のスリット群１５５に入射しなくなる。そして、スリット５３を通過した信号光Ｌ４が分光器６０で検出される。
【００７６】
一方、波長分解能を低くする場合、幅広の第３のスリット群１５５を分光器６０の入射側に配置する。これにより、幅広のスリット５５を通過した信号光Ｌ４のみが分光器６０で検出される。スリット幅は、信号光Ｌ４の強度、及び波長分解能に応じて設定すればよい。すなわち、信号光Ｌ４の強度が低い場合、幅広の第３のスリット群１５５を用い、信号光Ｌ４の強度が高い場合は、幅狭の第１のスリット群１５４を用いればよい。そして、スリット幅を変える場合、スリット板５２をＹ方向に移動させればよい。信号光Ｌ４の強度、及び分解能に応じて、適宜、スリット幅を切り替えることができる。
【００７７】
なお、図６では、３つのスリット幅のスリット５３〜５５が形成されているマルチスリット部５１について説明したが、切り替えるスリット幅の数は２つであってもよく、４つ以上であってもよい。すなわち、スリット板５２には、少なくとも第１のスリット幅の複数のスリット５３を有する第１のスリット群１５３と、第１のスリット幅よりも広い第２のスリット幅の複数のスリット５４を有する第２のスリット群１５４と、が形成されていればよい。スリット板５２を移動させることで、信号光Ｌ４が、第１のスリット群１５３のスリット５３を通過して分光器６０に入射する状態と、第２のスリット群１５４の複数のスリット５４を通過して分光器６０に入射する状態とが切り替わるようになる。複数のスリット群の内の一つが選択的に分光測定に用いられる。これにより、簡便な構成で、波長分解能を変更することができる。
【００７８】
また、スリット幅が異なるだけでなく、スリット間隔、及びスリット数が異なるスリット群を用意してもよい。これにより、スリット間隔、及びスリット数の調整を容易に行うことができる。
【００７９】
さらに、マルチスリット部５１の前面に、図８に示すような遮光マスク７０を配置してもよい。図８は、遮光マスク７０の構成を示す斜視図である。マルチスリット部５１の入射側に、遮光マスク７０を配置することで、迷光によるノイズを低減することができる。
【００８０】
遮光マスク７０は、開口部７４を有する遮光板７２を備えている。ＸＹ平面内において、開口部７４は、矩形状になっている。開口部７４が分光器６０の入射側に配置されるように、遮光マスク７０が固定される。さらに、開口部７４の周りには−Ｚ側に突出した庇７３が設けられている。開口部７４の４辺には庇７３が設けられている。
【００８１】
例えば、第２のスリット群１５４が分光測定に用いられる場合、開口部７４の後方に第２のスリット群１５４が配置される。第１のスリット群１５３、第３のスリット群１５５の前面には、遮光板７２が配置される。したがって、第１のスリット群１５３、第３のスリット群１５５を通過して、分光器６０に入射する光を遮光板７２で遮光することができる。これにより、ノイズとなる迷光がスリット５３、スリット５５を介して、分光器６０に入射するのを防ぐことができる。庇７３を設けているため、迷光が開口部７４から斜め方向に第１のスリット群１５３、第３のスリット群１５５に入射するのを防ぐことができる。よって、効果的にノイズを低減することができる。
【００８２】
なお、波長分解能を変えるために、マルチスリット部５１が、液晶パネルにより構成してもよい。すなわち、複数の画素がアレイ状に配置された液晶パネルをマルチスリット部５１として、分光器６０の入射側に配置する。そして、各画素の透過率を制御する電気信号により、光を通過するスリット幅を変えるようにしてもよい。この場合、アプリケーションに応じて、スリット５３の幅、間隔、及び数を自在に変更することができる。
【００８３】
実施の形態２．
本実施の形態２にかかる分光顕微鏡について、図９を用いて説明する。図９は、分光顕微鏡２００の光学系の構成を示す図である。なお、本実施の形態の分光顕微鏡２００においても、実施の形態１の分光顕微鏡１００と同様に、マルチライン照明により試料１３７を照明している。そして、複数のライン状の照明領域で発生した試料からのラマン散乱光がマルチスリット部１４２、１４６を介して分光器に入射している。本実施の形態において、実施の形態１と同様の内容については適宜説明を省略し、さらに一部の構成については図示を省略している。
【００８４】
本実施の形態では、分光顕微鏡２００が、２つのマルチスリット部１４２、１４６と、２つの分光器１４３、１４７を有している点で、実施の形態１の分光顕微鏡と異なっている。さらに、マルチライン照明を形成するための手段として、シリンドリカルレンズアレイ２０の代わりに、空間位相変調器１１２、及びＤＭＤ１１４を用いている点で、実施の形態１の分光顕微鏡１００と異なっている。
【００８５】
実施の形態２にかかる分光顕微鏡２００は、空間位相変調器１１２と、レンズ１１３と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）１１４と、レンズ１１５と、レンズ１１６と、第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２と、対物レンズ１３６と、レンズ１４１と、第１のマルチスリット部１４２と、第１の分光器１４３と、レンズ１４５、第２のマルチスリット部１４６と、第２の分光器１４７と、を備えている。
【００８６】
空間位相変調器１１２と、レンズ１１３と、ＤＭＤ１１４と、レンズ１１５と、レンズ１１６と、第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２と、対物レンズ１３６と、が照明光学系１１０を構成する。対物レンズ１３６と、第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２と、レンズ１４１と、第１のマルチスリット部１４２と、レンズ１４５、第２のマルチスリット部１４６と、が検出光学系１３０を構成する。
【００８７】
レーザ光源（図９では、不図示）からのレーザ光Ｌ１１は、空間位相変調器１１２に入射する。空間位相変調器１１２は、例えば、複数の画素を有する液晶パネルである。空間位相変調器１１２の各画素は、制御信号に応じて、レーザ光Ｌ１１の位相を変調する。
【００８８】
空間位相変調器１１２を通過したレーザ光Ｌ１１は、レンズ１１３を介して、ＤＭＤ１１３に入射する。ＤＭＤ１１３は、空間振幅変調器であり、レーザ光Ｌ１１の振幅を変調する。ＤＭＤ１１３は、複数のマイクロミラーを備えている。複数のマイクロミラーは、アレイ状に配列されて、画素となる。そして、制御信号によって電極が駆動することで、複数のマイクロミラーのＯＮ状態とＯＦＦ状態が独立して制御される。これにより、ＤＭＤ１１３の反射パターンを制御することができる。
【００８９】
ＤＭＤ１１３は、試料１３７上において、レーザ光Ｌ１１が複数のライン状の照明領域を照明するように、レーザ光Ｌ１１を反射する。ＤＭＤ１１３、及び空間位相変調器１１２を空間変調器１１７として用いることで、マルチライン照明で試料１３７を照明することができる。すなわち、空間変調器１１７は、試料１３８上における複数のライン状の照明領域を照明するよう、制御信号に応じてレーザ光Ｌ１１を変調する。また、空間変調器１１７として、ＤＭＤ１１３、及び空間位相変調器１１２の一方のみを用いてもよい。また、ＤＭＤ１１３は、対物レンズの瞳と共役な位置ではなく、試料１３７と共役な位置に配置されていてもよい。
【００９０】
ＤＭＤ１１４で反射したレーザ光Ｌ１１は、第１のダイクロイックミラー１２１と第２のダイクロイックミラー１２２とを通過する。第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２とは、レーザ波長の光を透過して、レーザ波長よりも長波長の光を反射する。第２のダイクロイックミラー１２２を通過したレーザ光Ｌ１１をレーザ光Ｌ１２とする。後述するように、第１のダイクロイックミラー１２１と第２のダイクロイックミラー１２２とは、波長選択部１２０を構成している。
【００９１】
そして、第１のダイクロイックミラー１２１と、第２のダイクロイックミラー１２２とを通過したレーザ光Ｌ１２は、対物レンズ１３６により集光されて、試料１３７に入射する。実施の形態１と同様に、試料１３７上の複数のライン状の照明領域が照明されている。また、試料１３７は、ステージ１３８上に載置されている。ステージ１３８は、駆動ステージである。ステージ１３８をＸＹ方向に駆動することで、試料１３７の任意の位置を照明することができる。
【００９２】
試料１３７の照明領域でラマン散乱光が発生する。ここで、試料１３７で発生したラマン散乱光のうち、対物レンズ１３６に入射するラマン散乱光を信号光Ｌ１３とする。また、対物レンズ１３６には、レーザ光Ｌ１２と同じ波長のレイリー散乱光も入射する。信号光Ｌ１３は対物レンズ１３６を介して、第２のダイクロイックミラー１２２に入射する。第２のダイクロイックミラー１２２は、波長に応じて、信号光Ｌ１３とレイリー散乱光を分岐する光分岐手段となる。さらに、第２のダイクロイックミラー１２２は、信号光Ｌ１３のうちの一部の帯域の波長のレーザ光を反射する。第２のダイクロイックミラー１２２で反射した信号光Ｌ１３を信号光Ｌ１４とする。
【００９３】
信号光Ｌ１４は、レンズ１４５に入射する。レンズ１４５は、信号光Ｌ４を第２のマルチスリット部１４６に集光する結像レンズである。第２のマルチスリット部１４６に、ライン状の照明領域で照明された試料１３７が結像される。そして、第２のマルチスリット部１４６の各スリットを通過した信号光Ｌ４が第２の分光器１４７で分散されて、検出される。これにより、信号光Ｌ１４のラマンスペクトルを測定することができる。
【００９４】
また、第２のダイクロイックミラー１２２を通過した信号光Ｌ１３は第１のダイクロイックミラー１２１で反射される。第１のダイクロイックミラー１２１は、波長に応じて、信号光Ｌ１３とレーザ光Ｌ１１との光路を分岐する光分岐手段となる。第１のダイクロイックミラー１２１で反射した信号光Ｌ１３を信号光Ｌ１５とする。
【００９５】
ここで、第２のダイクロイックミラー１２２と第１のダイクロイックミラー１２１とは、波長特性が異なっている。例えば、第２のダイクロイックミラー１２２は、波長域Ｂ１４の光を反射して、波長域Ｂ１５の光とレーザ波長の光とを透過する。また、一方、第１のダイクロイックミラー１２１は、波長域Ｂ１５の光を反射し、レーザ波長の光を透過する。
【００９６】
これにより、第２のダイクロイックミラー１２２で反射された信号光Ｌ１４が第２のマルチスリット部１４６を介して、第２の分光器１４７で検出される。したがって、第２の分光器１４７は、波長域Ｂ１４のラマンスペクトルを測定する。
【００９７】
第１のダイクロイックミラー１２１で反射した信号光Ｌ１５は、第１のマルチスリット部１４２を介して、第１の分光器１４３で検出される。よって、第２の分光器１４７は、波長域Ｂ１５のラマンスペクトルを測定することができる。
【００９８】
このように、波長選択部１２０が、第１のダイクロイックミラー１２１、第２のダイクロイックミラー１２２を用いて、信号光Ｌ１４の波長域Ｂ１４と信号光Ｌ１５の波長域Ｂ１５とを選択している。すなわち、波長域Ｂ１４の信号光Ｌ１４と波長域Ｂ１５の信号光Ｌ１５とが波長選択部１２０で分岐されて、別々の分光器１４３、１４７で検出される。
【００９９】
このようにすることで、２つの波長域Ｂ１４、Ｂ１５のラマンスペクトルを同時に測定することができる。よって、一度に測定されるラマンスペクトル点数を増やすことでき、測定時間を短縮することが可能となる。さらに、分離した２つの波長域Ｂ１４、Ｂ１５のラマンスペクトルを同時に測定することができる。
【０１００】
もちろん、波長選択部１２０には、第１のダイクロイックミラー１２１、第２のダイクロイックミラー１２２に限らず、光学フィルタなどを用いて、波長を選択してもよい。また、１つ以上のダイクロイックミラーと、１つ以上の光学フィルタとを組み合わせて、波長選択部１２０を構成してもよい。
【０１０１】
また、実施の形態１のように、単一の分光器を用いる場合であっても、Ｙ方向に波長域（波数域）を分割することで、スペクトル検出に必要なＸ方向の画素数を低減することができる。Ｙ方向に複数の波長域を変えるように光学フィルタを配置する。具体的には、Ｙ方向に延びるスリットの＋Ｙ側半分と−Ｙ側半分で信号光の波長を変えるように光学フィルタを配置する。これにより、有限の画素をさらに有効に活用することができる。したがって、分光器の光検出器が、第１の波長帯域の前記信号光を検出する第１の領域と、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の前記信号光を検出する第２の領域を備えている。そして、スリットの長手方向において、第１の領域と記第２の領域とが、ずれている。
【０１０２】
なお、ステージ１３８による走査の代わりに、ガルバノラー等の光スキャナにより、レーザ光を走査してもよい。すなわち、ＤＭＤ１１４、及び空間変調器１１７を用いてマルチライン照明を形成した場合においても、図２で示したガルバノミラー３２などの光スキャナを用いて、マルチライン照明を走査することが可能である。
【０１０３】
（構造化照明）
さらに、本実施の形態２では、構造化照明を用いて、マルチライン照明を行うことができる。構造化照明を用いることで、空間分解能を向上している。構造化照明については、例えば、国際公開２０１６／０２７４５３明細書、及びKozue Watanabe et. al, ”Structured line illumination Raman microscopy” Nature Communications 2015に詳細に記載されている。以下、本実施の形態で用いることができる構造化照明の概略について説明する。
【０１０４】
図１０は、構造化照明の照明パターンを説明するための図である。図１０の左列は対物レンズ１３６の瞳上のレーザ強度を示している。図１０の中央列（左から２列目）は試料１３７上での照明パターンを示している。図１０の右列は、マルチスリット部の１つのスリットを通して検出される領域を示している。また、図１０は構造化ライン照明Ａ（上から１列目）、構造化ライン照明Ｂ（上から２列目）、格子状照明Ｃ（下から１列目）の照明パターンを示している。さらに、図１０に示すように、９個の画像を画像ａ、画像ｂ、画像ｃ、画像ｅ，画像ｆ、画像ｇ、画像ｈ、画像ｉ、画像ｊとして説明する。
【０１０５】
構造化照明Ａ、Ｂでは、画像ｂ、画像ｆに示されるように、点線状の照明パターンのライン照明を用いている。すなわち、ライン状の照明光に周期構造を持たせている。試料上において、Ｙ方向に複数のスポットが１列に並んだ状態でライン照明がなされる。スポットが一定間隔でＹ方向に並んでいる。このようにすることで、ライン照明に平行な方向（Ｙ方向）の空間分解能を向上させることができる。
【０１０６】
図２の画像ａ、画像ｂ、画像ｅ、画像ｆに示すように、周期構造の細かさとラインの幅（Ｘ方向における大きさ）は、トレードオフの関係にある。構造化ライン照明Ｂでは、点線のピッチが狭くなっている一方、各スポットがＸ方向に広がってしまう。よって、Ｘ方向とＹ方向との空間分解能を同時に向上することが困難となる。
【０１０７】
したがって、本実施の形態では、格子状の照明パターンを有する格子状照明Ｃを用いるようにしている。これにより、上記した空間分解能のトレードオフを軽減することができ、Ｘ方向の空間分解能を向上させることができる。マルチスリット部において、Ｘ方向の低空間周波数成分をマスクすることで、実効的な空間分解能を向上させることができる。カットオフ周波数は変化しないが、高周波数成分が強調されることにより、ノイズに埋もれていた微細な構造を観察できるようになる。
【０１０８】
格子状照明Ｃでは、画像ｉに示すように、ライン照明ＬＬと垂直方向（Ｘ方向）に多数のサイドローブＬＳが生まれる。すなわち、ライン照明ＬＬの両側にサイドローブＬＳが発生する。サイドローブＬＳで発生したラマン散乱光は、マルチスリット部で遮光される。
【０１０９】
図１１を用いて、マルチスリット部に入射するラマン散乱光について説明する。図１１は、マルチスリット部のスリット板５２、及びスリット５３ａ、５３ｂに入射するラマン散乱光を模式的に示している。図１１において、ライン照明ＬＬにより発生したラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ３１ａ、Ｌ３１ｂとする。また、ラマン散乱光Ｌ３１ａは、マルチライン照明における１本目のラインにより発生したラマン散乱光であり、ラマン散乱光Ｌ３１ｂは、マルチライン照明における２本目のラインにより発生したラマン散乱光である。ラマン散乱光Ｌ３１ａは、１つ目のスリット５３ａを通過し、ラマン散乱光Ｌ３１ｂは、２つ目のスリット５３ｂを通過する。
【０１１０】
サイドプローブＬＳにより発生したラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂとする。ラマン散乱光Ｌ３２ａは、１本目のライン照明ＬＬのサイドローブＬＳにより発生したラマン散乱光であり、ラマン散乱光Ｌ３２ｂは、２本目のライン照明ＬＬのサイドローブＬＳにより発生したラマン散乱光である。ラマン散乱光Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂは、スリット板５２で遮光される。すなわち、ラマン散乱光Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂは、Ｘ方向において、スリット５３ａ、５３ｂからずれた位置に入射するため、スリット５３ａ、５３ｂを通過できない。
【０１１１】
試料上におけるサイドローブＬＳとライン照明ＬＬとの間隔は、スリット間隔に対応する間隔よりも狭くなっている。したがって、ラマン散乱光Ｌ３１ａのみ１本目のスリット５３ａを通過して、ラマン散乱光Ｌ３２ｂはスリット板５２で遮光される。同様に、ラマン散乱光Ｌ３１ｂのみ、２本目のスリット５３ｂを通過して、ラマン散乱光Ｌ３２ｂはスリット板５２で遮光される。すなわち、サイドローブＬＳで発生したラマン散乱光Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂは、スリット５３の外側に入射して、スリット板５２で遮光される。よって、サイドローブＬＳで発生したラマン散乱光Ｌ３２ａ、Ｌ３２ｂによるラマンスペクトルへの影響を低減することができる。よって、空間分解能を向上することができる。
【０１１２】
図９に示す分光顕微鏡２００では、対物レンズ１３６の瞳に共役な位置にＤＭＤ１１４を配置している。そして、ＤＭＤ１１４の反射パターン、すなわち瞳関数を制御する。これにより、さまざまなパターンの格子状照明を形成することができる。ＤＭＤ１１４は、解像度が高いため、高精度な瞳関数を設定することができる。さらに、ＤＭＤ１１４は、損傷閾値が高いため、高強度レーザ光との組み合わせに適している。
【０１１３】
一方、反射パターンによっては、ＤＭＤ１１４の反射後のレーザ高強度が著しく低下してしまう恐れがある。その場合は、空間位相変調器１１２を用いてホログラフィックに大まかな強度パターンをＤＭＤ１１４上に形成する。そして、詳細な瞳関数はＤＭＤ１１４で決定する。このように、空間位相変調器１１２とＤＭＤ１１４とを用いて、格子状照明を行う。このようにすることで、ＸＹ方向の空間分解能を同時に向上することができる。
【０１１４】
さらに、マルチライン照明を行っているため、実施の形態１と同様に、高速な撮像が可能となる。高解像度な観察像の構築するために必要であった複数箇所の画像計測を１度で行うことができる。これにより、時間分解能を向上することができる。
【０１１５】
なお、図１０の画像に示すような格子状照明を行うために、グリッドマスク、またはレンズアレイを用いてもよい。ＤＭＤ１１４、及び空間位相変調器１１２の代わりに、グリッドマスク、またはレンズアレイを用いて、マルチスポットを形成することも可能である。
【０１１６】
実施の形態３．
本実施の形態３にかかる顕微鏡の構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、実施の形態３にかかる顕微鏡の主要部の構成を示す図である。具体的には、図１２は、試料３０３の周辺の構成を模式的に示す図である。
【０１１７】
本実施の形態の構成は、実施の形態１、２で示したマルチスリット部を用いていない分光顕微鏡にも適用可能である。すなわち、本実施の形態の構成は、シングルライン照明の分光顕微鏡や、スポット照明の分光顕微鏡にも適用可能である。さらには、本実施の形態に示す構成は、分光測定を行わない顕微鏡についても適用可能である。そして、照明光学系や検出光学系の構成は特に限定されるものではないため、図示を省略する。
【０１１８】
ラマン散乱光は、通常、試料３０３の観察点から全方位に放出される。しかしながら、ラマン顕微鏡では、対物レンズに入射した信号光しか検出することができない。そのため、本実施の形態では、信号光の強度を高くするために、図１２に示す構成を用いている。
【０１１９】
図１２では、試料３０３が、ダイクロイックミラー３０７と、透明なカバーバラス３０２との間に配置されている。なお、本実施の形態では、薄片化された、光透過性の試料３０３を観察している。ダイクロイックミラー３０７は、試料３０３の対物レンズ３０１と反対側に配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー３０７と対物レンズ３０１との間に、試料３０３が配置されている。なお、試料３０３の対物レンズ３０１と反対側を透過側として、対物レンズ３０１側と反射側とする。
【０１２０】
対物レンズ３０１は、光源からのレーザ光Ｌ４１を集光する。そして、対物レンズ３０１により集光されたレーザ光Ｌ４１がカバーガラス３０２を介して、試料３０３に入射する。そして、励起光であるレーザ光Ｌ４１が試料３０３に入射すると、試料３０３でラマン散乱光が発生する。上記のように、ラマン散乱光は全方位に放出される。ここで、試料で発生したラマン散乱光のうち、反射側に放出されたラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ４３とする。ラマン散乱光Ｌ４３は、カバーガラス３０２を介して、対物レンズ３０１に入射する。試料で発生したラマン散乱光のうち、透過側に放出されたラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ４４とする。ラマン散乱光Ｌ４４は、ダイクロイックミラー３０７で反射される。そして、ラマン散乱光Ｌ４４は、試料３０３、及びカバーガラス３０２を通過して、対物レンズ３０１に入射する。
【０１２１】
よって、試料３０３の透過側に放出したラマン散乱光Ｌ４４と、試料３０３の反射側に放出したラマン散乱光Ｌ４３が、共通の検出光学系を伝播する。この構成により、透過側に放出されたラマン散乱光Ｌ４４と試料３０３の反射側に放出したラマン散乱光Ｌ４３とを同じ光検出器で検出することができる。よって、信号光の強度を高くすることができる。
【０１２２】
なお、ダイクロイックミラー３０７の代わりに、通常の反射ミラーを用いてもよい。この場合、試料３０３を透過したレーザ光Ｌ４１がミラーで反射して対物レンズ３０１に戻ることになるが、レーザ光Ｌ４１の戻り光は検出光学系に設けられたエッジフィルタ３１やダイクロイックミラー１２２でラマン散乱光から分岐することができる。ダイクロイックミラー３０７やミラーを試料３０３のステージとして用いればよい。すなわち、試料３０３がダイクロイックミラー３０７、又はミラーの上に配置されていればよい。
【０１２３】
（変形例２）
実施の形態３の変形例について図１３を用いて説明する。図１３は、変形例２にかかる顕微鏡の主要部の構成を示す図である。なお、図１２と共通する構成については、適宜説明を省略する。
【０１２４】
試料３０３は、透明なカバーガラス３０２と透明なカバーガラス３０４との間に配置されている。さらに、試料３０３の対物レンズ３０１と反対側には、透過側の対物レンズ３０５が配置されている。すなわち、反射側の対物レンズ３０１と透過側の対物レンズ３０５との間に、試料３０３が配置されている。透過側の対物レンズ３０５は、カバーガラス３０４とダイクロイックミラー３０７との間に配置されている。
【０１２５】
励起光であるレーザ光Ｌ４１は対物レンズ３０１により、試料３０３に集光される。そして、試料３０３においてラマン散乱光が発生する。試料３０３で発生したラマン散乱光のうち、対物レンズ３０１側に発生したラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ４３とし、対物レンズ３０５側に発生したラマン散乱光をラマン散乱光Ｌ４４とする。ラマン散乱光Ｌ４３はカバーガラス３０２を介して、対物レンズ３０１に入射する。
【０１２６】
ラマン散乱光Ｌ４４は、カバーガラス３０４を介して、対物レンズ３０５に入射する。対物レンズ３０５で集光されたラマン散乱光Ｌ４４は、ダイクロイックミラー３０７で反射する。ダイクロイックミラー３０７で反射したラマン散乱光Ｌ４４をラマン散乱光Ｌ４５とする。
【０１２７】
ラマン散乱光Ｌ４５は、対物レンズ３０５で集光される。対物レンズ３０５で屈折されたラマン散乱光Ｌ４５は、カバーガラス３０４、試料３０３、カバーガラス３０２を介して、対物レンズ３０１に入射する。したがって、ラマン散乱光Ｌ４３とラマン散乱光Ｌ４５とは、共通の検出光学系を伝播する。この構成により、ラマン散乱光Ｌ４５とラマン散乱光Ｌ４３とを同じ光検出器で検出することができる。よって、信号光の強度を高くすることができる。
【０１２８】
本実施の形態では、顕微鏡が、励起光であるレーザ光Ｌ４１を試料３０３に集光する対物レンズ３０１と、試料３０３の対物レンズ３０１と反対側に配置されたミラーと、を備えている。そして、ミラーは、試料から対物レンズ３０１と反対側に放出したラマン散乱光Ｌ４４を対物レンズ３０１に向けて反射する。
【０１２９】
これにより、試料３０３の透過側に放出したラマン散乱光Ｌ４４と、試料３０３の反射側に放出したラマン散乱光Ｌ４３とが、共通の対物レンズ３０１に入射する。したがって、ラマン散乱光Ｌ４３とラマン散乱光Ｌ４４とが共通の検出光学系を介して、光検出器で検出される。よって、光検出器で検出されるラマン散乱光の強度を高くすることができる。
【０１３０】
なお、試料３０３の対物レンズ３０１と反対側に配置されたミラーは、ダイクロイックミラー３０７であることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌ４１の戻り光の影響を低減することができる。例えば、ミラーなどの反射部材で反射されたレーザ光Ｌ４１の戻り光により、ラマン散乱光が発生するのを防ぐことができる。もちろん対物レンズ３０５と反射部材との間に光学フィルタなどを配置して、レーザ光Ｌ４１の戻り光を除去してもよい。
【０１３１】
実施の形態４．
本実施の形態では、図１４に示すように、マルチスリット部５１の前にシリンドリカルレンズアレイ４６が配置されている。分光顕微鏡の基本的な構成は、図２に示した分光顕微鏡１００と同様であるため、説明を省略する。
【０１３２】
図１４に示すように、マルチスリット部５１の入射側にシリンドリカルレンズアレイ４６が配置されている。したがって、信号光Ｌ３は、シリンドリカルレンズアレイ４６を介して、マルチスリット部５１に入射する。シリンドリカルレンズアレイ４６の各シリンドリカルレンズは、Ｙ方向（紙面と垂直方向）を長手方向としている。シリンドリカルレンズアレイ４６に設けられた複数のシリンドリカルレンズはＸ方向（紙面内における上下方向）に並んでいる。
【０１３３】
そして、シリンドリカルレンズアレイ４６の各シリンドリカルレンズはＸ方向に信号光Ｌ３を集光する。シリンドリカルレンズアレイ４６の各シリンドリカルレンズは対応するスリット５３に光を集光する。マルチスリット５１には、シリンドリカルレンズアレイ４６で集光された信号光Ｌ３が入射する。そして、スリット５３を通過した信号光Ｌ３が分光器６０で検出される。
【０１３４】
図１５にシリンドリカルレンズアレイ４６を用いた場合の検出光学系４０を簡略化して示す。図１５では、検出光学系４０の対物レンズ３６、シリンドリカルレンズ４６、マルチスリット部５１のみを示しており、その他の光学素子については省略している。すなわち、図２で示したエッジフィルタ３１、波長選択部４１などについては省略されている。
【０１３５】
試料３７は、ライン状の照明領域３９によって照明されている。照明領域３９の各ライン３８は、それぞれ紙面と垂直な方向を長手方向としている。そして、照明領域３９の各ライン３８から発生した信号光Ｌ３は、対物レンズ３６に入射する。対物レンズ３６からの信号光Ｌ４は、結像レンズ４４で集光されて、シリンドリカルレンズアレイ４６に入射する。シリンドリカルレンズアレイ４６は、信号光Ｌ４をマルチスリット部５１の複数のスリット５３に集光する。そして、複数のスリット５３を通過した信号光Ｌ４は、分光器６０で検出される。
【０１３６】
マルチスリット部５１の入射側にシリンドリカルレンズアレイ４６を配置することで、分光器６０への集光角を増すことができる。よって、波数分解能、計測波数ピクセル数を増やすことができる。また、本実施の形態で説明したシリンドリカルレンズアレイ４６は、実施の形態１、２で示したマルチライン照明に限らず、実施の形態３で示した格子状照明と組み合わせることも可能である。
【０１３７】
（変形例３）
実施の形態４の変形例３について、図１６を用いて説明する。図１６は変形例３にかかる分光顕微鏡の検出光学系の構成を簡略化して示す図である。実施の形態４では、照明領域がマルチライン照明であってが、変形例３では、一様照明３９ａとなっている点が、実施形態４と異なっている。
【０１３８】
具体的には、図２に示す分光顕微鏡１００からシリンドリカルレンズアレイ２０を取り除くことで、試料３７上に一様照明を形成することができる。したがって、試料３７の照明領域３９ａが一様に照明される。照明領域３９ａは、Ｙ方向だけでなく、Ｘ方向にも延びた二次元領域である。そして、２次元の照明領域３９が均一に照明される。
【０１３９】
試料３７の全体から信号光Ｌ３が生成されたとしても、シリンドリカルレンズ４６を用いることで、Ｘ方向に分離した光分布を生成することができる。よって、分光器６０でスペクトルと空間分布を同時に取得することができる。
【０１４０】
実施の形態５．
実施形態５にかかる分光顕微鏡について、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施の形態にかかる分光顕微鏡４００を示す図である。本実施の形態に分光顕微鏡４００は、ラマンスペクトルではなく、試料からの反射スペクトルを測定するものである。そのため、実施の形態２で示した図２の構成の光源１１、及びエッジフィルタ３１が白色光源４１１、及びビームスプリッタ４３１にそれぞれ置き換わっている。また、レーザラインフィルタ１５が光路から取り除かれている。なお、実施の形態１と同様の構成については、適宜説明を省略する。
【０１４１】
白色光源４１１は、例えば、ランプ光源、シングルモードのスーパーコンティニューム光源などであり、照明光となる白色光Ｌ４１を発生する。エッジフィルタ３１がビームスプリッタ４３１に置き換わっている。ビームスプリッタ４３１で反射された白色光Ｌ４２が、試料３７を照明する。白色光Ｌ４２は、実施の形態１と同様にマルチライン照明を行う。試料３７により白色光が反射して、信号光Ｌ４３となる。信号光Ｌ４３は、試料３７に応じた反射スペクトルを有している。
【０１４２】
そして、信号光Ｌ４３は、ビームスプリッタ４３１を通過して、信号光Ｌ４４となる。信号光Ｌ４４は波長選択部４１により波長帯が選択されて、マルチスリット部５１に入射する。そして、マルチスリット部５１を通過した信号光Ｌ４４は、分光器６１によって分光測定される。
【０１４３】
このようにすることで、試料３７の反射スペクトルを効率よく測定することができる。本実施の形態では、波長に応じて、励起光Ｌ２と信号光Ｌ３とを分離する光分岐手段（エッジフィルタ３１等）が設けられていない構成となる。なお、奥行方向の空間分解能が不要の場合には、マルチライン照明を行わずに、試料を白色光で一様照明しても良い。
【０１４４】
実施の形態６．
実施の形態６の分光顕微鏡について、図１８を用いて説明する。図１８は分光顕微鏡５００の構成を示す図である。分光顕微鏡５００は、透過分光イメージングを行うための透過照明光学系５０１を備えている。透過照明光学系５０１は、試料３７の対物レンズ３６と反対側から励起光Ｌ５２を試料３７に照射する。
【０１４５】
なお、透過照明光学系５０１以外の構成、例えば、検出光学系４０は図２と同様であるため、説明を省略する。透過照明光学系５０１は、レーザ光Ｌ５２によりマルチライン照明を行う。なお、透過照明光学系５０１は、実施の形態１〜３で示した手法と同等の手法により、マルチライン照明を行うことができるため、詳細な説明については省略する。そして、分光器６１は、試料３７からの信号光Ｌ４を検出する。このようにすることで、試料３７を透過したラマン散乱光を分光測定することができる。あるいは、マルチライン照明を行わずに、試料を一様照明しても良い。また、光源を白色光として透過光を分光測定しても良い。あるいは、光源と試料の間、および対物レンズ３６とマルチスリット５１の間に、偏光板、ＤＩＣ（Differential interference contrast）プリズムを挿入することで、微分干渉観察を行ってもよい。あるいは、光源と試料の間に輪帯マスクを挿入し、対物レンズ３６とマルチスリット５１の間に位相板を挿入することで、位相差観察を行ってもよい。
【０１４６】
実施の形態７．
実施の形態７では、図２の分光顕微鏡１００に対して、試料３７に入射するレーザ光Ｌ２の空間分布を一様にするための構成が追加されている。例えば、光検出器６２の１回の露光時間中にレーザ光Ｌ１を走査するための構成が追加されている。レーザ光Ｌ１を走査する構成以外については、図２と同様であるため説明を省略する。
【０１４７】
具体的には、図１９に示すように、シリンドリカルレンズ２０の前に透明な平行平板６０１を配置している。平行平板６０１は入射側の面と出射側の面が平行な平面となっている。平行平板６０１を通過したレーザ光Ｌ１がシリンドリカルレンズアレイ２０に入射する。平行平板６０１は、入射面の角度を変えることができるように、モータなどのアクチュエータに取り付けられている。
【０１４８】
そして、光検出器６２の１回の露光時間中に、平行平板６０１が矢印Ａの方向に動作する。すなわち、平行平板６０１の傾きを変えることで、レーザ光Ｌ１が矢印Ｂの方向に走査される。レーザ光Ｌ１の角度を保ったままで、シリンドリカルレンズアレイ２０への入射位置を変えることができる。したがって、試料３７に入射するマルチライン照明を実質的に一様にすることができる。なお、図１９では、紙面内の走査のみ示しているが、紙面奥行方向についても同様に走査することが好ましい。これにより、マルチライン照明を、より均一化することができる。
【０１４９】
変形例４.
変形例４においても、図２の分光顕微鏡１００に対して、試料３７に入射するレーザ光Ｌ１の空間分布を一様にするための構成が追加されている。具体的には、図２０に示すように、光軸に対して傾いた透明な平行平板６０１がシリンドリカルレンズ２０の前に配置されている。光軸と平行な軸を回転軸として、平行平板６０１が矢印Ａのように回転すると、レーザ光Ｌ１が矢印Ｂの方向（ＸＹ平面（紙面に垂直な面）内での回転方向）に走査される。このようにすることで、上記と同様に、レーザ光Ｌ１の角度を保ったままで、シリンドリカルレンズアレイ２０への入射位置を変えることができる。よって、試料３７に入射するマルチライン照明を実質的に一様にすることができる。
【０１５０】
変形例５．
変形例５においても、図２の分光顕微鏡１００に対して、試料３７に入射するレーザ光Ｌ１の空間分布を一様にするための構成が追加されている。具体的には、図２１に示すように、シリンドリカルレンズ２０の前に、ミラー６０２、走査ミラー６０３、ミラー６０４、ミラー６０５が配置されている。走査ミラー６０３は、矢印Ａの方向に角度を変えるよう、アクチュエータに取り付けられている。すなわち、走査ミラー６０３の反射面の傾きが矢印Ａのように変化する。
【０１５１】
ミラー６０２で反射したレーザ光Ｌ１が走査ミラー６０３に入射する。走査ミラー６０３で反射されたレーザ光Ｌ１は、ミラー６０４、６０５で反射されて走査ミラー６０３に再度入射する。走査ミラー６０３で再度反射したレーザ光Ｌ１がシリンドリカルレンズアレイ２０に入射する。走査ミラー６０３が矢印Ａの方向に動作することで、シリンドリカルレンズ２０に入射するレーザ光Ｌ１が矢印Ｂの方向に走査される。このようにすることで、上記と同様に、レーザ光Ｌ１の角度を保ったままで、シリンドリカルレンズアレイ２０への入射位置を変えることができる。よって、試料３７に入射するマルチライン照明を実質的に一様にすることができる
【０１５２】
実施の形態８．
実施の形態８の分光顕微鏡では、複数のライン状の照明領域を形成する構成が、図２と異なっている。図２２に、実施の形態８の分光顕微鏡の主要部の構成を示す。図２２の矩形枠で囲まれた部分Ｃが、図２のシリンドリカルレンズアレイ２０に置き換わっている。すなわち、図２のシリンドリカルレンズアレイ２０の代わりに、点線の矩形枠で囲まれた部分が配置されている。なお、図２２の点線の矩形枠で囲まれた部分以外の構成については、上記の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１５３】
レンズ２３の前には、ホログラム素子７０１、シリンドリカルレンズ７０２、マスク７０５が配置されている。ホログラム素子７０１は、レーザ光Ｌ１を複数の回折光Ｌ７１に分割する。回折光Ｌ７１は回折次数に応じた角度となっている。したがって、複数の回折光Ｌ７１は異なる角度で、ホログラム素子７０１から出射する。そして、複数の回折光Ｌ７１はシリンドリカルレンズ７０２に入射する。シリンドリカルレンズ７０２は、回折光Ｌ７１をマスク７０５に集光する。なお、シリンドリカルレンズ７０２は、Ｘ方向に回折光Ｌ７１を集光する。シリンドリカルレンズ７０２が試料３７上においてマルチライン照明を形成する。
【０１５４】
なお、シリンドリカルレンズ７０２の後には、マスク７０５が設けられている。マスク７０５はマルチスリット部５１と同様に複数のスリット７０５ａを備えている。そして、スリット７０５ａは、Ｙ方向を長手方向としている。マスク７０５は０次光、及び不要な回折光を遮光する。マスク７０５を通過した回折光Ｌ７１がレンズ２３に入射する。なお、マスク７０５を設けられていなくてもよい。
【０１５５】
変形例６．
変形例６について、図２３を用いて説明する。図２２に、変形例６の分光顕微鏡の主要部の構成を示す。変形例６においても、実施の形態８と同様に、図２３の矩形枠で囲まれた部分Ｃが、図２のシリンドリカルレンズアレイ２０に置き換わっている。レンズ２３の前には、ホログラム素子７０１、シリンドリカルレンズ７０２、レンズ７０３、及びマスク７０５が配置されている。図２２の構成に対して、レンズ７０３が追加されている。さらに、シリンドリカルレンズ７０２の向きが図２２の構成と異なっている。なお、図２２と共通の構成については適宜説明を省略する。
【０１５６】
ホログラム素子７０１は、レーザ光Ｌ１を複数の回折光Ｌ７１に分割する。複数の回折光Ｌ７１は異なる角度で、ホログラム素子７０１から出射する。そして、複数の回折光Ｌ７１はシリンドリカルレンズ７０２に入射する。シリンドリカルレンズ７０２は、紙面と垂直な方向（Ｙ方向）に集光する。シリンドリカルレンズ７０２からの回折光Ｌ７１は、レンズ７０で集光され。このように、シリンドリカルレンズ７０２とレンズ７０３の組み合わせによって、マルチライン照明を形成することができる。
【０１５７】
なお、レンズ７０３の後には、マスク７０５が設けられている。マスク７０５はマルチスリット部５１と同様に複数のスリット７０５ａを備えている。そして、スリット７０５ａは、Ｙ方向を長手方向としている。マスク７０５は０次光、及び不要な回折光を遮光する。マスク７０５を通過した回折光Ｌ７１がレンズ２３に入射する。なお、マスク７０５を設けられていなくてもよい。
【０１５８】
実施の形態１〜８の構成は適宜組み合わせることができる。実施の形態１〜８では、マルチラインのレーザ光を走査して、試料の２次元画像を生成することができる。なお、上記の実施の形態では、主として、信号光がラマン散乱光であるとして説明したが、信号光は、ラマン散乱光以外の光であってもよい。したがって、本実施の形態にかかる分光顕微鏡は、ラマン分光顕微鏡以外の分光顕微鏡であってもよい。例えば、励起光によって励起される蛍光を検出する分光顕微鏡や、赤外吸収スペクトルや近赤外吸収スペクトルを測定する分光顕微鏡であってもよい。これらの分光顕微鏡でも、短時間で、スペクトルの測定を行うことができる。特に、高速計測や繰り返し計測を求められる分光顕微鏡に好適である。分光顕微鏡の用途は、イメージングに限られるものではない。試料が溶液などの一様な試料の場合は広い面積を同時に計測できるので信号量が増し、測定時間を短くできる。この場合計測されたスペクトルは積算される。
【０１５９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１６０】
１  試料
２  検出光学系
３  マルチスリット部
４  波長分散素子
５  光検出器
１０  照明光学系
１１  光源
１２  グランレーザプリズム
１３  １／２波長板
１４  ミラー
１５  レーザラインフィルタ
１６  レンズ
１７  レンズ
１８  ミラー
１９  ミラー
２０  シリンドリカルレンズアレイ
２１  ミラー
２２  ミラー
２３  レンズ
３１  エッジフィルタ
３２  ガルバノミラー
３３  レンズ
３４  レンズ
３５  ミラー
３６  対物レンズ
３７  試料
４０  検出光学系
４１  波長選択部
４２  ローパスフィルタ
４３  バンドパスフィルタ
４４  レンズ
４６  シリンドリカルレンズアレイ
５１  マルチスリット部
５２  スリット板
５３  スリット
６０  分光器
６１  分光部
６２  光検出器
６３  画素
１００  分光顕微鏡
１１０  照明光学系
１１２  空間位相変調器
１１３  レンズ
１１４  ＤＭＤ
１１５  レンズ
１１６  レンズ
１１７  空間変調器
１２１  第１のダイクロイックミラー
１２２  第２のダイクロイックミラー
１３６  対物レンズ
１３７  試料
１３８  ステージ
１４１  レンズ
１４２  第２のマルチスリット部
１４３  第２の分光器
１４５  レンズ
１４６  第２のマルチスリット部
１４７  第２の分光器
２００  分光顕微鏡
３０１  対物レンズ
３０２  カバーガラス
３０３  試料
３０４  カバーガラス
３０５  対物レンズ
３０７  ダイクロイックミラー
４１１  白色光源
４３１  ビームスプリッタ
５０１  透過照明光学系
６０１  平行平板  
７０１  ホログラム素子
７０２  シリンドリカルレンズ
７０５  マスク
【図１】
2018128325.tif 000003
【図２】
2018128325.tif 000004
【図３】
2018128325.tif 000005
【図４】
2018128325.tif 000006
【図５】
2018128325.tif 000007
【図６】
2018128325.tif 000008
【図７】
2018128325.tif 000009
【図８】
2018128325.tif 000010
【図９】
2018128325.tif 000011
【図１０】
2018128325.tif 000012
【図１１】
2018128325.tif 000013
【図１２】
2018128325.tif 000014
【図１３】
2018128325.tif 000015
【図１４】
2018128325.tif 000016
【図１５】
2018128325.tif 000017
【図１６】
2018128325.tif 000018
【図１７】
2018128325.tif 000019
【図１８】
2018128325.tif 000020
【図１９】
2018128325.tif 000021
【図２０】
2018128325.tif 000022
【図２１】
2018128325.tif 000023
【図２２】
2018128325.tif 000024
【図２３】
2018128325.tif 000025