(57)【要約】【課題】  計測時間と計測データ量の少なくともいずれかを、従来よりも減少させることができる計測装置を提供すること。【解決手段】  計測装置１３は、第１の波長を有する第１の光を射出する第１の光源部１４と、試料に対する第１の光の照射位置を移動させ、第１の光で前記試料を走査する走査手段５と、を備える。第１の光源部は、第１の波長を変更する波長変更手段２を有し、波長変更手段による第１の波長の変更が行われている間に、走査手段５による照射位置の移動が行われる。波長変更手段２による前記第１の波長の変更周期は走査手段５による位置移動周期よりも短い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する第１の光を射出する第１の光源部と、
試料に対する前記第１の光の照射位置を移動させ、前記第１の光で前記試料を走査する走査手段と、を備え、
前記第１の光源部は、前記第１の波長を変更する波長変更手段を有し、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更が行われている間に、
前記走査手段による前記照射位置の移動が行われ、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記走査手段は、
前記第１の波長がλ１であるとき、
前記第１の光が、前記試料の第１の領域に対して照射され、且つ、前記試料の第２の領域に対して照射されず、
前記第１の波長がλ２であるとき、
前記第１の光が前記試料の第１の領域に対して照射されず、且つ、前記試料の第２の領域に対して照射されるように、
前記第１の光で前記試料を走査す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】
第１の波長を有する第１の光を射出する第１の光源部と
前記第１の光で試料を走査する走査手段と、
前記第１の波長を変更する波長変更手段と、を備え、
前記走査手段は、
前記第１の波長がＡであるとき、
前記第１の光が、前記試料の第１の領域に対して照射され、且つ、前記試料の第２の領域に対して照射されず、
前記第１の波長がＢであるとき、
前記第１の光が前記試料の第１の領域に対して照射されず、且つ、前記試料の第２の領域に対して照射されるように、
前記第１の光で前記試料を走査し、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする計測装置。
【請求項４】
前記波長変更手段は、
前記第１の波長を周期的に変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記走査手段は、
前記試料に対する前記第１の光の照射位置を周期的に移動させることで前記試料を走査することを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記走査手段による前記照射位置の移動周期が、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期の、正の整数倍であることを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期の位相と、
前記走査手段による前記照射位置の移動周期の位相と、が一致することを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期の位相と、
前記走査手段による前記照射位置の移動周期の位相との間に位相差があり、
前記走査手段により、前記照射位置が前記試料の第１の領域から第３の領域へ移動する期間に前記第１の波長が変更される範囲と、
前記照射位置が前記第３の領域から前記第１の領域へ移動する期間に前記第１の波長が変更される範囲と、が異なることを特徴とする請求項５又は６に記載の計測装置。
【請求項９】
第２の波長を有する第２の光を射出する第２の光源と、
前記第１の光と前記第２の光を合波する合波手段とを更に備え、
前記走査手段は、
合波手段により合波された合波光で前記試料を走査することで前記第１の光で前記試料を走査し、
前記波長変更手段は、
前記第１の波長を変更することで、前記合波光に含まれる前記第１の光の波数と前記第２の光の波数との差である合波光の波数差を変更することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記波長変更手段は、前記第１の波長と前記第２の波長とを変更することが可能であることを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記波長変更手段は、
前記合波光の波数差を周期的に変更することを特徴とする請求項９又は１０に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記走査手段は、
前記試料に対する前記第１の光の照射位置を周期的に移動させることで前記試料を走査し、
前記走査手段による前記照射位置の移動周期が、
前記波長変更手段による前記合波光の波数差の変更周期の、正の整数倍であることを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記波長変更手段による前記合波光の波数差の変更周期の位相と、
前記走査手段による前記照射位置の移動周期の位相と、が一致することを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【請求項１４】
前記波長変更手段による前記合波光の波数差の変更周期の位相と、
前記走査手段による前記照射位置の移動周期の位相との間に位相差があり、
前記走査手段により、前記照射位置が前記試料の第１の領域から第３の領域へ移動する期間に前記合波光の波数差が変更される範囲と、
前記照射位置が前記第３の領域から前記第１の領域へ移動する期間に前記合波光の波数差が変更される範囲と、が異なることを特徴とする請求項１２に記載の計測装置。
【請求項１５】
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更が行われている間に、前記走査手段による前記照射位置の移動を行うことで試料を計測する高速計測モードと、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更が行われている間には、前記走査手段による前記照射位置の移動を行わず、
前記照射位置の移動を行うときには、前記第１の波長の変更を行わないで試料を計測する通常計測モードと、を行うことができ、
前記高速計測モードにおいて、前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１６】
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更が行われている間に、前記走査手段による前記照射位置の移動を行うことで試料を計測する高速計測モードの計測結果を用いた多変量解析を行い、前記多変量解析の結果に基づいて前記高速計測モードを行った領域よりも狭い領域を、前記高速計測モードよりも詳細に計測し、
前記高速計測モードにおいて、
前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１７】
第１の波長を有する第１の光を射出する第１の光源部と、
第２の波長を有する第２の光を射出する第２の光源部と、
前記第１の光と前記第２の光を合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された合波光の、試料に対する照射位置を移動させ、前記合波光で前記試料を走査する走査手段と、を備え、
前記第１の光源部は、前記第１の波長を変更する波長変更手段を有し、
前記第２の光源部は、前記第２の波長を変更する波長変更手段を有し、
前記第１の光源部の波長変更手段と前記第２の光源部の波長変更手段との少なくともいずれかによる前記合波光の波数差の変更が行われている間に、
前記走査手段による前記照射位置の移動が行われ、
前記波数差の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする計測装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の計測装置と、
前記試料からの光を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果の情報を処理することで試料の情報を取得する情報処理装置と、を備えることを特徴とする試料情報取得システム。
【請求項１９】
請求項２又は３に記載の計測装置と、
前記試料からの光を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果の情報を処理することで試料の情報を取得する情報処理装置と、を備え、
前記情報処理装置は、
前記第１の領域に前記第１の光を照射して得られた検出結果と、
前記第２の領域に前記第１の光を照射して得られた検出結果と、を用いて、
第４の領域における試料の情報を取得することを特徴とする試料情報取得システム。
【請求項２０】
前記情報処理装置から前記試料の情報に基づく画像情報の入力を受け、
前記画像情報に基づく画像を表示する画像表示装置を備えることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の試料情報取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測装置及び該計測装置による計測結果を用いて試料の情報を取得する試料情報取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の成分分析のために、試料に光を照射し、その光学的特性を評価する技術がある。技術の一例として、非特許文献１および非特許文献２では、異なる波長を有する２種類のレーザー光（第１の光と第２の光）を合波して試料に照射し、ラマンスペクトルを取得する方法が提案されている。
【０００３】
いずれの方法も、第１の光の振動数ω１と第２の光の振動数ω２の差（以下、合波光の振動数差と呼ぶことがある）が、試料に含まれる分子の振動と一致する条件において、ラマン散乱が生じることを利用して試料の分子振動情報を取得する（但しω１＞ω２）。また、いずれの方法も第１又は第２の波長の少なくともいずれかを掃引することで、合波光の振動数差を変更し、振動数差を変更した範囲でのラマンスペクトルを取得することができる。尚、ラマンスペクトルにおいては、下記変換式を用いて、合波光の振動数差は波数に変換されることが多い。
波数差Δν＝振動数差Δω／光速ｃ
非特許文献１における振動数差Δω＝２ω１−ω２
非特許文献２における振動数差Δω＝ω１−ω２
【０００４】
この波数差は、第１の光の波数と第２の光の波数との差（以下、合波光の波数差、又は単に波数差と呼ぶことがある）である。
【０００５】
非特許文献１では、合波光を照射した際に発生する第三の光の強度を検出するのに対して、非特許文献２では、２種類の光のうちいずれかの光（第１又は第２の光）の強度を検出する。しかしながら、いずれの方法も試料からの光を検出することで試料に含まれる分子の振動情報を取得する点は共通している。
【０００６】
また、いずれの方法も合波した光で試料を走査することで、試料中のある位置において取得されたラマンスペクトルが、画素を構成するラマン画像が取得できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃｏｎｏｒ  Ｌ．Ｅｖａｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｈｅｍｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｔｉｓｓｕｅ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｗｉｔｈ  ｖｉｄｅｏ−ｒａｔｅ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ａｎｔｉ−ｓｔｏｋｅｓ  Ｒａｍａｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，ｖｏｌ．１０２，Ｎｏ．４６，１６８０７−１６８１２（２００５）．
【非特許文献２】Ｂｒｉａｎ  Ｇ．Ｓａａｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｖｉｄｅｏ−Ｒａｔｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  Ｖｉｖｏ  ｗｉｔｈ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ”Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．３３０，Ｎｏ．６００９，１３６８−１３７０（２０１０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１および２に開示されている方法では、試料中の同一の位置に対して、異なる波数差の合波光を照射する工程を複数回にわたって実施する必要がある。例えば、１００ｃｍ−１から１０００ｃｍ−１の範囲でラマンスペクトルを取得したいとき、試料中の計測範囲を波数差１００ｃｍ−１に対応する合波光で走査する。そしてその後、第１又は第２の光の波長を変更して、異なる波数差に対応する合波光で試料の計測範囲を走査する。第１又は第２の光の波長を掃引して波数差を１０００ｃｍ−１まで連続的に変更することで、複数の波数差に対応するラマン画像が計測される。その後、試料中の第２の領域に合波光が照射されるようにし、第１の領域に照射した合波光と同様に合波光の波数差を連続的に変更する。
【０００９】
そのため、計測範囲の大きさと、走査に用いる合波光の数（第１の波数差を有する合波光と第２の波数差を有する合波光で２）に対応して、計測時間および計測データ量が膨大化するという課題があった。
【００１０】
そこで本発明は、光による試料の走査と、該光の波長の変更とを行うことで試料の光学的特性を計測する計測装置において、計測時間と計測データ量の少なくともいずれかを、従来よりも減少させることができる計測装置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】
【００１１】
本発明の一側面としての計測装置は、第１の波長を有する第１の光を射出する第１の光源部と、試料に対する前記第１の光の照射位置を移動させ、前記第１の光で前記試料を走査する走査手段と、を備え、前記第１の光源部は、前記第１の波長を変更する波長変更手段を有し、前記波長変更手段による前記第１の波長の変更が行われている間に、前記走査手段による前記照射位置の移動が行われ、前記波長変更手段による前記第１の波長の変更周期が前記走査手段による位置移動周期よりも短いことを特徴とする。
【００１２】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、計測時間と計測データ量の少なくともいずれかを、従来よりも減少させることができる計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る計測装置の機能ブロック図。
【図２】実施形態に係る第１の光の波長掃引と合波光による試料の走査を説明する図。
【図３】実施形態に係る走査による照射位置の移動と照射位置に照射される波長の相関の例を説明する図。
【図４】実施形態に係る走査による照射位置の移動と照射位置に照射される波長の相関の例を説明する図。
【図５】実施形態に係る走査による照射位置の移動と照射位置に照射される波長の相関の例を説明する図。
【図６】実施形態に係る光検出器による光の検出を説明する図。
【図７】広域スキャンと狭域スキャンとを実施する実施形態の工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態の計測装置は、試料に対する第１の光の照射位置を移動させることで第１の光で試料を走査する走査手段と、第１の光が有する第１の波長を変更する波長変更手段を備える。走査手段は、第１の波長の変更が行われている間に、第１の光の照射位置を移動させる。これにより、試料の同一の位置に照射される波長の種類を従来よりも少なくすることができる。但し、従来とは、第１の波長の変更が行われている間に第１の光の照射位置の移動を行わない計測装置、例えば、上述の非特許文献１及び２に記載の計測装置のような装置のことを指す。
【００１６】
尚、第１の波長の変更が行われている間とは、第１の波長の変更が行われる瞬間（例えば、λ１ｎｍからλ２ｎｍへ切り替わる瞬間）のことのみを指すわけではない。波長掃引により第１の波長を変更する場合、第１の波長の変更が行われている間とは、波長掃引が行われている間のことを指す。掃引速度が照射位置の移動速度と比較して十分に遅い場合、照射位置を移動する瞬間だけを見ると、波長は変更されていない（掃引されていない）とみなすことができる。しかしながら、第１の波長が掃引範囲内にあるとき（例えば波長掃引をλ１ｎｍからλ２ｎｍで行う場合は、波長がλ１ｎｍより大きくλ２ｎｍ未満のとき）は、第１の波長が変更されている間であるとみなす。波長を段階的に変更する場合も同様に、第１の波長が波長変更の範囲内にあるときは、第１の波長が変更されている間であるとみなす。尚、本発明及び本明細書では、特に断りがない限りは、段階的に波長を変更することも波長を掃引すると呼ぶこととする。
【００１７】
第１の波長の変更が行われている間に照射位置を移動させると、第１の波長がλ１のときには第１の光は試料の一部の領域（第１の領域）に対して照射されるが、別の領域（第２の領域）に対しては第１の光は照射されない。同様に、第１の波長がλ２のときには、第１の波長がλ１のときに第１の光が照射された第１の領域に対しては照射されず、第２の領域に対して照射される。第１の光が照射されていない領域からの光を検出する必要はないため、このように、計測を行えば計測で得られる計測データの量を従来よりも少なくすることが可能である。
【００１８】
以下、非特許文献１と２に記載されているような、ラマンスペクトルとラマン画像を取得することが可能な試料情報取得システムを例に挙げて本実施形態についてより詳細に説明を行う。しかし、本実施形態は、第１の光で試料を走査する計測装置であって、第１の光の波長を変更して試料の計測を行うことができる計測装置であれば、その他の計測装置に適用することができる。例えば、１つの光のみを試料に照射して被検体の透過率を計測する計測装置を備える試料情報取得システムにも、本実施形態は適用可能である。
【００１９】
図１は本実施形態に係る試料情報取得システムの機能ブロック図である。試料情報取得システム１００は、計測装置１３と、計測装置の計測結果を用いて、試料の光学的特性の情報を取得する情報処理装置１１と、情報処理装置により得られた情報に基づく画像を表示する画像表示装置１２とを備える。計測装置１３は、第１の光を射出する第１の光源部１４と、第２の光を射出する第２の光源部４と、第１の光と第２の光を合波する合波手段１５と、合波手段により合波された合波光で、試料ステージ７に設置された試料６を走査する走査手段５を備える。また、計測装置１３は、試料からの光を検出する光検出器８と、光検出器により検出された光を光信号として受け取るデータ記憶部９とを備える。また、計測装置１３の各構成は、制御部１０と電気的に接続されており、制御部１０は各構成の動作を制御する。
【００２０】
第１の光源部１４は、広帯域光源１と波長変更手段２を有する。広帯域光源とは複数の波長の光が混合された光を発生するための光源である。本実施形態における波長変更手段２は、分光手段であり、広帯域光源からの光を分光し、任意の波長の光のみを第１の光源部から射出するために用いられる。第１の波長を変更する周期のことを、第１の波長の変更周期と呼ぶ。但し、本発明および本明細書において、周期とは、繰り返されるものに限定されない。つまり、波長の変更が１回だけ行われた場合でも、その変更の所要時間を変更周期と呼ぶ。例えば、ある計測において、λ１ｎｍからλ２ｎｍへの波長掃引が１回行われた場合、該掃引にかかった時間のことを変更周期と呼ぶ。また、波長の変更を繰り返し、１回目の波長変更の所要時間と２回目の波長変更の所要時間とが異なる場合、１回目の波長変更を行っている際は１回目の波長変更の所要時間が第１の波長の変更周期である。同様に、２回目の波長変更を行っている際は２回目の波長変更の所要時間が第１の波長の変更周期である。但し、波長変更を繰り返す場合、波長変更手段は、第１の光の波長（以下、第１の波長と呼ぶことがある）を周期的に変更することが好ましい。尚、第１の光源部は、第１の波長が変更できる構成であれば、この他の構成をとることもできる。例えば、第１の光源部が特定の波長のみの光を射出する複数の光源を有し、波長変更手段により用いる光源を選択することで第１の波長を変更しても良い。また、設定された波長の光を射出することができる光源を用いれば、その光源は波長変更手段を備えているとみなすことができ、別途波長変更手段を設ける必要はない。
【００２１】
第２の光源部４は固定波長光源であり、第２の光を射出する。固定波長光源とは一定の波長の光を発生させ、射出するための光源である。尚、固定波長光源の代わりに、第１の光源部のような、射出する光の波長を変更することができる光源を用いても良い。
【００２２】
第１の光と第２の光は、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波の少なくとも一つを含むものであり、光の種類は連続光またはパルス光のいずれかである。本実施形態の計測装置でラマン散乱を利用した計測を行う場合には、第１と第２の光は、レーザー光であることが好ましい。
【００２３】
第１と第２の光は、合波手段１５により同一の光路上に導かれて合波され、走査手段５に入射する。本実施形態の走査手段５は、スポット状の合波光を１方向に移動することで試料の１次元走査を行う１次元光走査手段と試料ステージ駆動手段とを有する。１次元光走査手段が試料の計測範囲を１次元走査し、試料ステージが１次元光走査手段の走査方向と交わる方向に対して移動することで、２次元方向へ広がりを有する計測範囲の走査が可能になる。尚、１次元光走査手段による走査方向を第１の方向、試料ステージの移動方向を第２の方向とするとき、第２の方向は第１の方向と垂直に交わることが好ましい。尚、このような走査の代わりに、合波光を移動させる光走査手段だけで二次元走査を行っても良いし、試料ステージの移動だけで二次元走査を行っても良い。また、１次元走査だけの計測で良い場合は、光走査手段または試料ステージの移動だけで試料を走査してもよいし、光走査手段と試料ステージの移動とを組み合わせて１次元走査を行ってもよい。
【００２４】
走査手段５の走査速度および走査幅により、光の走査範囲を規定することができる。
【００２５】
照射位置を移動する周期のことを、位置の移動周期と呼ぶ。但し、上述のように、本発明および本明細書において、周期とは、繰り返されるものに限定されない。つまり、位置の移動が１回だけ行われた場合でも、その移動の所要時間を位置の移動周期と呼ぶ。例えば、ある計測において、位置ａ（ｘ１，ｙ１）から位置ｂ（ｘ２、ｙ２）への照射位置の移動が１回行われた場合、該移動にかかった時間のことを位置の移動周期と呼ぶ。また、位置の移動を繰り返し、１回目の位置の移動の所要時間と２回目の位置の移動の所要時間とが異なる場合、１回目の位置の移動を行っている際は１回目の位置の移動の所要時間が位置の移動周期である。同様に、２回目の位置の移動を行っている際は２回目の位置の移動の所要時間が位置の移動周期である。但し、位置の移動を繰り返す場合、照射位置の移動は周期的であることが好ましい。尚、第１の光が試料を２次元走査する。
【００２６】
位置ａ（ｘ１，ｙ１）と位置ｂ（ｘ２、ｙ２）において、計測が１次元走査で行われる場合はｘ１＝ｘ２、かつｙ１≠ｙ２またはｘ１≠ｘ２、かつｙ１＝ｙ２である。一方、計測が２次元走査で行われる場合は、ｘ１≠ｘ２、かつｙ１≠ｙ２である。
【００２７】
合波光は試料ステージ７に設置された試料６に照射され、試料６からの光を光検出器８が検出する。光検出器８で検出される光は、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波、蛍光、燐光、二次電子の少なくとも一つである。検出される光の起源として、コヒーレントラマン散乱、誘導ラマン散乱などが挙げられる。尚、ラマン散乱を利用しない計測装置に適用する場合は、検出される光の起源として、第二高調波発生、第三高調波発生、誘導ブリルアン散乱、誘導コンプトン散乱、光反射、光散乱、光透過などが挙げられる。これら２つ以上の現象を起源としても良い。いずれにせよ、光の強度が光検出器８にて検出される。光検出器８は試料６の表面、側面、裏面のいずれかに対して検出面が対向するように設置される。
【００２８】
光検出器８が光の強度を検出することで得られる光信号は、データ記憶部９へ出力され、デジタルデータとしてデータ記憶部に記憶される。記憶されたデータは情報処理装置１１へ出力される。
【００２９】
本実施形態に係る情報処理装置１１は、データ記憶部９に記憶されたデジタルデータを用いて各種の演算を行い、試料６の光学的特性の情報（以下、試料の情報と呼ぶことがある）とそれに基づく画像情報を取得する。尚、光学的特性とは、試料に光を照射して計測される特性と、その計測により得られる計測結果から情報処理により得られる特性の全般を指す。情報処理装置で取得された画像情報は、フラットパネルディスプレイなどの画像表示装置１２に出力される。画像表示装置１２は、画像情報の入力を受けて画像情報に基づく画像を表示する。ここで画像情報とは、例えば、合波光の波数差ごとに取得された試料からの光の強度分布の情報や、複数の波数差に対する試料からの光の強度の相関を示すグラフ（ラマンスペクトル）の情報である。また、画像情報は、主成分分析や独立成分分析などの多変量解析から得られるラマンスペクトルをプロットしたラマン画像の情報や、試料の光学顕微鏡等による画像の情報でも良いし、その他の情報でも良い。尚、第１の光を第２の光と合波せずに試料に照射する場合は、第１の光の波長ごとに取得された試料からの光の強度分布の情報、複数の第１の波長に対する試料からの光の強度の相関を示すグラフの情報、多変量解析により得られる情報等を得ればよい。画像情報は１次元画像でも、２次元画像でも、３次元画像でもよい。各画像情報に基づく画像はお互いに分離して表示してもよいし、複数の画像を重ね合わせて表示してもよい。また、画像表示装置としてプリンタを用い、プリンタが画像情報に基づく画像を印刷することで画像の表示を行っても良く、画像表示装置としてディスプレイとプリンタの両方を備えていても良い。
【００３０】
本実施形態における第１の光の波長掃引と合波光による試料の走査について、図２を用いて説明をする。図２は、第１の光源部が有する波長変更手段２と広帯域光源１、第２の光源部４、合波手段１５、走査手段５の一例を示す模式図である。図２に示した例において、波長変更手段２は、ハーフミラー２２と、波長掃引用のレゾナントスキャナ２３と、凸レンズ２４、２５と、グレーティング２６を有する。また、合波手段１５は、ハーフミラー２７、２８を有し、走査手段は光走査用のレゾナントスキャナ２９と試料ステージ駆動手段１７を有する。
【００３１】
広帯域光源１から放出された波長帯域が広い光は、ハーフミラー２２を通過した後に、波長掃引用のレゾナントスキャナ２３のミラーで反射される。レゾナントスキャナとは、機械的な共振を利用することで、ミラーを高速に振動させる装置である。反射された光は２つの凸レンズ２４、２５を通過したのちにグレーティング２６に入射する。グレーティング２６はリトロー配置となっており、レゾナントスキャナ２３のミラーと凸レンズ２４の距離が凸レンズ２４の焦点距離と等しく、且つ、グレーティング２６と凸レンズ２５の距離が凸レンズ２５の焦点距離と等しくなるように配置される。このような光学系は４ｆ光学系であり、レゾナントスキャナ２３のミラーの角度を調整することで、広帯域光源１から特定の波長の光を分光し、取り出すことができる。分光された特定の波長の光が第１の光である。
【００３２】
第１の光は、少なくとも２つのハーフミラー２２、２７、少なくとも一つのミラー２８を介して、光走査用のレゾナントスキャナ２９に入射される。固定波長光源である第２の光源部から射出された第２の光は、少なくとも一つのハーフミラー２７、およびミラー２８を介することで第１の光と同軸上に合波される。合波光（第１の光と第２の光）は、光走査用レゾナントスキャナ２９に入射し、光走査用レゾナントスキャナのミラーの振動により、一次元方向に走査され、対物レンズ３１を介して試料６に照射される。本発明及び明細書においては、このように第１の光と第２の光を合波した合波光が試料を走査することも、第１の光が試料を走査することに含まれるとみなす。また、本発明及び明細書においては、第１の光と第２の光を合波した合波光の照射位置も、第１の光の照射位置に含まれるとみなす。
【００３３】
本実施形態においては、第１と第２の光は、同一の光軸上に合波された後に第１の方向に対して１次元走査される。本実施形態では、波長変更手段による第１の波長を特定の範囲内で掃引する間に、合波光の照射位置を移動させる。第１の波長を掃引する間に合波光の照射位置を移動させることにより、合波光が照射される位置の各々に対して、照射される合波光に含まれる第１の波長が異なることになる。したがって、走査範囲内の隣接する領域に、異なる波数差を有する合波光を照射することが可能になる。
【００３４】
ここで１次元走査とは、片方向および両方向の走査のいずれかである。片方向とは走査の開始位置から終了位置までの一方向の走査を指し、両方向とは走査の開始位置から終了位置まで走査された後に、終了位置から開始位置まで走査を行いながら戻る、往復走査を指す。
【００３５】
１次元走査範囲内で１次元方向の走査が行われたのちに、試料ステージを駆動し、走査方向と交わる方向に、試料に対する合波光の照射位置を移動させる。そして、再度、光走査用レゾナントスキャナ２９による１次元方向の走査を行う。これにより、試料ステージを駆動する前と異なる一次元領域を走査することができる。この工程を連続的に行うことで、２次元方向に広がりを有する２次元領域の計測を実施することができる。尚、走査手段が１次元方向の走査と、走査方向と交わる方向への照射位置の移動の両方を行える場合（２次元走査手段である場合）は、試料ステージの駆動は不要である。
【００３６】
従来は、合波光の照射位置を移動させる間は第１の波長の掃引を行わず、各々の照射位置に対して、計測に用いる範囲の全域の波長を照射し、試料からの光を検出していた。よって計測により得られる計測データ量は次のように表現することができる。
（計測データ量）∝（照射位置総数）×（合波光の波数差の総数）
【００３７】
尚、合波光を用いず、第１の光を試料に照射する場合は、上式中の合波光の波数差の総数（以下、波数差総数と呼び、ｎで表すことがある。但し、ｎ≧２）は、第１の波長の総数（第１の波長がλ１とλ２のみをとるときは、第１の波長の総数は２）である。
【００３８】
このように、従来は計測位置ごとに波数差分の検出結果を取得しており、これが計測時間と計測データ量の増大につながることがあった。
【００３９】
一方、本実施形態においては、従来よりも計測データ量を少なくできる。例えば、第１の波長の変更毎に照射位置の移動を行い、１つの照射位置に対して照射される波数差数をｐで表すと、計測データ量は次のように表現することができる。
（計測データ量）∝（照射位置総数）×ｐ
但し、ｎ＞ｐであり、ｐ≧１。
【００４０】
照射位置ごとにｐの波数差を有する合波光のみを照射したときの検出結果が取得され、これが計測データになるため、従来よりも計測データ量を減少させることができる。減少できる量は波数差総数ｎの逆数と、１つの照射位置に対して照射される波数差数ｐとに比例する。そのため、ｎが多くなるほど、また、ｐが小さくなるほどこの効果が大きくなる。
【００４１】
例えば、試料を計測する際、従来は照射位置総数のｎ倍の計測データが得られる。本実施形態を適用して、１つの照射位置に対して照射される波数差数をｐとして計測を行えば、計測データの量は照射位置総数のｐ倍となり、従来の計測データ量のｐ／ｎに減少させることができる。尚、ｐは、位置の移動周期／第１の波長の変更周期で概算することができる。例えば、第１の波長変更周期が４ｍｓで位置の移動周期が８ｍｓの場合、ｐ≒２である。
【００４２】
尚、波長変更範囲内において波長変更速度が一定であり、かつ、走査範囲内において走査速度が一定であると仮定すると、計測時間も計測データ量と同様に、照射位置総数と１つの照射位置に対して照射される波数差数とに比例する。つまり、
（計測時間）∝（照射位置総数）×ｐ
であるため、ｎ＞ｐとすれば計測時間を短くすることができる。
【００４３】
１つの計測位置に対して照射される波数差が１つのみの場合、ある照射位置（第１の領域）に対してある波数差（第１の波数差）の合波光を照射したときの試料からの光の強度を検出することはできる。しかし、異なる波数差（第２の波数差）の合波光をその位置（第１の領域）に照射したときの試料からの光の強度はわからない。そこで、本実施形態の情報処理装置は、走査方向に得られた検出結果を積算し、異なる照射位置（第１と第２の領域）に合波光を照射したときの検出結果を、同一の照射位置（第４の領域）に合波光を照射したときの検出結果とみなして試料の情報を取得する。しかしながら、それは異なる計測位置における検出結果を積分して取得したラマンスペクトルであるため、本来のデータとは異なる可能性がある。つまり、ｍ個の計測位置における検出結果を積分したとすると、実際にはｍ個の照射位置において検出された検出結果を、１つの照射位置において検出された検出結果として情報処理するため、端的に言うと空間分解能が１／ｍ倍低下する。尚、第１の領域に合波光を照射したときに検出される検出結果と、第２の領域に合波光を照射したときに検出される検出結果が、第４の領域に合波光を照射したときに検出される検出結果であるとみなすとき、第４の領域は第１又は第２の領域であっても良い。また、第４の領域は第１の領域とも第２の領域とも一致しない領域であっても良い。例えば、第１の領域と第２の領域の中間の領域を第４の領域としても良い。
【００４４】
本実施形態は、試料情報を正確又は精密に取得する際に用いるよりも、試料情報の高速取得または計測データ量の削減を目的とする場合に利用することが効果的である。また、本実施形態のように、波長掃引を行っている間に照射位置を移動して計測する高速計測モードと、従来のように、波長掃引を行っている間には照射位置を移動しないで計測する通常計測モードを適宜選択できるような計測装置にしても良い。具体的には、生体組織のような、ミリからセンチメートルのサイズを有する試料を、上述の高速計測モードで計測して、試料全体に対する大まかな情報をまず取得し、その情報を用いて詳細に計測する場所を決定する。そして、当該場所を上述の通常計測モード又は第２の高速計測モードで計測する。
【００４５】
詳細に計測する場所を決定する方法として、多変量解析による解析を用いてもよい。一例として、図７に高速計測モードによる広域スキャンを実施し、主成分分析による計測領域の設定を行った後に、通常計測モード、または高速計測モード（第２）による狭域スキャンを実施する場合の工程を示す。以下、広域スキャンのことを第一スキャン、狭域スキャンのことを第二スキャンと呼ぶことがある。高速計測モードによる第一スキャンで得られた計測結果（例えばスペクトルデータ）を用いて、主成分分析によるスコア値を算出し、特定の主成分のスコア値が設定条件に適合する領域Ａを抽出する。ここで得られる領域を、より詳細に検討する領域Ｂであると設定し、この領域Ｂに対して、通常計測モード、又は高速計測モード２による第二スキャンを実施する。但し、高速計測モード２により第二スキャンを実施する場合、第一スキャンを実施する際の高速計測モードよりも詳細な計測を行う。つまり、一箇所に照射する波数の数を第一のスキャン時よりも多くする。一箇所に照射する波数の数を第一のスキャン時よりも多くするためには、第二のスキャン時の波長掃引の周波数を第一スキャン時の波長掃引の周波数のＮ倍としても良い。また、第二のスキャン時の照射位置を走査する周波数を第一スキャン時の照射位置を走査する周波数の１／Ｎ倍としても良い。計測領域Ａが多い場合には、単位面積における計測領域Ａが占める割合が多い領域を抽出の上、順位付けし、上位の計測領域を領域Ｂとして設定することもできる。計測領域の設定と、設定条件に適合する領域の抽出は、情報処理装置１１で行っても良いし、設定条件に適合する領域の抽出結果を受けて手動で計測領域の設定を行っても良い。この方法では、高速計測モードを適用した計測領域よりも小さな計測領域に対して、詳細な位置情報を有する計測を実施する。よって、全領域を通常計測モードでデータを取得する場合と比較して、計測時間または計測データ量を抑制することが可能になり、特に大きなサイズの被計測対象物に対して効率的に分析を行うことが可能になる。
【００４６】
第一スキャンにより取得されるスペクトルデータの主成分解析の詳細を述べる。第一スキャンでは隣接するｍ個の計測位置における検出結果を積分し、スペクトルデータ（平均スペクトルデータと呼ぶことがある）を取得する。具体的にはｍ個の検出結果をｍに対して相関させたデータを平均スペクトルデータとする。第一スキャンでは複数の平均スペクトルデータが取得される。ここで平均スペクトルデータの数をｋ個とすると、第一スキャンで取得される平均スペクトルデータは、ｍ行ｋ列の行列（第一スペクトルデータと呼ぶことがある）に変換して表現することができる。この行列の分散・共分散行列を算出し、得られるｍ行ｍ列の行列に対して固有値を算出することで、固有ベクトルおよび固有値が取得される。ここで個々の固有ベクトルはｍ次元のベクトル、固有値はスカラーである。固有値を大きいものから順にソートすることで、第一スペクトルデータの分散を最大化することのできる固有ベクトルを順にソートすることができる。ソートされた固有ベクトルを上位から選択する。この固有ベクトルの数は任意に設定しても、事前に決定された閾値に基づいて設定してもよい。固有ベクトルを各平均スペクトルデータに対して内積計算を行うことで、各平均スペクトルから、各固有ベクトルに対するスコア値を算出することができる。すべての平均スペクトルに対してスコア値を算出した後に、一定の数値範囲、閾値以上、閾値未満などの条件に適合するスコア値を抽出することで、各条件に対応した各スペクトルデータ計測位置を識別することができる。このプロセスを特定の主成分スコアを有する領域Ａの決定用のプロセスとする。ここで得られる領域Ａのデータは、複数の計測位置の情報を含む。次に、領域Ａに含まれる計測位置の情報から領域Ｂを設定する。このプロセスを第二スキャン用の計測領域Ｂの設定用のプロセスとする。ここでの設定方法の一例として、領域Ａの計測位置の密度の数値演算および、一定の閾値以上の密度を有する領域を抽出することで領域Ｂを設定する方法が挙げられる。計測領域Ｂの設定用プロセスをこのようにすることで、領域Ａに含まれる計測位置と比較して、領域Ｂに含まれる計測位置の数を削減することが可能であり、この後に実施される第二スキャンの計測領域の数を削減することが可能となる。第二スキャンの計測領域の数を削減すれば、計測時間及びスペクトルデータのサイズを削減することができるようになる。
【００４７】
ここでは主成分分析に基づく領域Ａ、領域Ｂの設定について述べたが、他の多変量解析手段を用いても良い。他の多変量解析手段としては、クラスター分析、因子分析、判別分析等が挙げられる。
【００４８】
１つの照射位置に照射する合波光の数は、計測の目的に応じて決めることができる。このとき、走査の周波数と波長掃引の周波数および位相差を考慮しても良い。例えば、走査の周波数が１００ヘルツで、波長掃引の周波数が１００Ｎ（Ｎは自然数）ヘルツである場合は、波長掃引の周波数が１００ヘルツである場合よりも、同一の波長の光が照射される計測位置の数もＮ倍になる。そのため、波長掃引が１００ヘルツである場合よりも検出結果の少なさを補うことができる。
【００４９】
図３を用いて、走査による照射位置の移動と照射位置に照射される波長の相関の一例を説明する。図３（ａ）に、光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナの変位の時間変化を示す。尚、両スキャナの変位は＋１から−１の間に規格化した。ここで、光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナとは、図２で示した、光走査用レゾナントスキャナ２９および波長掃引用レゾナントスキャナ２３に対応する。両スキャナはそれぞれ周期的に変位が変化し、その周波数はスキャナの共振周波数であるとする。ここでは両スキャナともに同一の共振周波数を有し、変位の周期の位相が一致する場合について説明をする。
【００５０】
光走査用レゾナントスキャナの変位の変化はＡおよびＢの期間を交互に繰り返し、変位が最大値（＋１）のときに位置αに合波光を照射し、最小値（−１）のときに位置βに合波光を照射することができる。これにより、αとβの間の一次元領域が合波光で走査される。このとき、位置の移動周期は期間Ａ（期間Ｂと等しい）である。但し、２次元走査を行う場合はこの限りではない。２次元走査を行う場合、αとβの間の一次元領域を行、αとγの間の一次元領域を列とした場合、Ａに列の数を掛け合わせた時間が位置の移動周期である。また、光走査用レゾナントスキャナとほかの走査手段（例えば、試料ステージ）を組み合わせて試料を走査する場合、光走査用レゾナントスキャナが変位する周期と位置の移動周期とは一致しない。
【００５１】
波長掃引用レゾナントスキャナの変位の変化も同様にＡおよびＢの期間を交互に繰り返し、変位が最大値（＋１）のときに波長λ１を、最小値（−１）のときに波長λｘの光を照射することができる。ここでｘとは自然数である。このとき、第１の波長の変更周期は期間Ａ（期間Ｂと等しい）である。
【００５２】
波長掃引用レゾナントスキャナの変位が、第１の光の波長に対応するため、ＡおよびＢの期間において、時間の変化とともに波長λ１から波長λｘまでの間の異なる波長が連続的に照射される。尚、λ１およびλｘの実際の波長は事前に計測されており、計測を行う際には既知の値である。ＡおよびＢの各々の期間における、第１の波長の変化および照射位置の変化を図３（ｂ）に示す。光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナが同一の周波数で変位し、その周期の位相も一致する場合、合波光の照射位置と第１の波長の相関は図３（ｃ）に示すように直線関係を示すことになる。このように光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナを変位させる方式の利点は、両スキャナ駆動用の電子回路が単純であり、光検出器のデータ取得が容易であることが挙げられる。
【００５３】
次に、光走査用レゾナントスキャナと波長掃引用レゾナントスキャナが異なる周波数で変位する場合について、図４を用いて説明する。図４（ａ）に、光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナの変位の時間変化を示す。ここでは、図３を用いて説明した方式とは異なり、光走査用レゾナントスキャナの変位の周波数の２倍の周波数で、波長掃引用レゾナントスキャナが変位する。変位の周期の位相差はゼロである。ＡおよびＢの各々の期間における、第１の波長の変化および照射位置の変化を図４（ｂ）に示す。
【００５４】
図４（ｂ）に示したように、この方式では、合波光の照射位置がαからβへと変化する期間Ａにおいて、第１の波長はλ１からλｘと変化したのちにλ１へと戻る。つまり、位置の移動周期が第１の波長の変更周期の２倍である。したがって、図３を用いて説明した方式よりも期間ＡおよびＢにおいて、波長掃引回数が２倍になる。ＡおよびＢの各々の期間における、合波光の照射位置と第１の波長の相関は（ｃ）に示すように２次曲線を示すことになる。本方式を一般化すると、照射位置の移動周期が第１の波長の変更周期の正の整数倍（Ｎ倍とする）の場合、一次元領域内で同じ掃引範囲の波長掃引がＮ回実施される。つまり、一回の一次元走査（αからβの走査）に対してＮ回の波長掃引が実施されるため、１回の波長掃引に対する一次元走査領域が小さくなる。よって、期間Ａ／Ｎ又はＢ／Ｎの計測で得られた検出結果を積分すれば、第１の波長がλ１からλｘまでの変化したときの光学的特性の情報を得ることができ、結果として照射位置の平均化の程度を小さくすることが可能になる。
【００５５】
例えば、図３を用いて説明した方式では、Ｎ＝１なので、第１の波長が第１の波長がλ１からλｘまでの変化したときの光学的特性の情報を得るためには期間Ａ（またはＢ）の計測で得られた検出結果を積分する必要がある。一方、図４を用いて説明した方式では、Ｎ＝２なので、期間Ａ／２（またはＢ／２）の計測で得られた検出結果を積分すれば、第１の波長が第１の波長がλ１からλｘまでの変化したときの光学的特性の情報を得ることができる。第１の波長の変更周期を照射位置の移動周期の正の整数倍とするには、走査用スキャナをｆヘルツで駆動し、光掃引用スキャナをｆＮヘルツで駆動すればよい。このように、波長変更周期を照射位置移動周期の正の整数分の一とする方式は、測定する合波光の数が少なく、計測データの増大がある程度許容できる場合や、照射位置の平均化の程度を減少させ、正確性又は精密性をある程度維持したい場合に有効である。計測データ量、計測時間と、計測の正確性又は精密性を考慮して、適宜Ｎを決めることができる。また、高速計測モードを数種類用意しておき、ユーザーが選択したモードに応じて計測装置が自動でＮを設定してもよい。複数のＮを実現するためには、異なる共振周波数を有するレゾナントスキャナが組み込まれた波長可変手段２を複数切り替える方法がある。この場合、広帯域光源１から発生した光をミラー等を用いて、異なる波長変更手段２に入射する方法を用いればよい。
【００５６】
次に、光走査用レゾナントスキャナと波長掃引用レゾナントスキャナが同一の周波数で変位し、変位の周期の位相に位相ずれがある場合について図５を用いて説明をする。図５（ａ）に、光走査用レゾナントスキャナおよび波長掃引用レゾナントスキャナの変位の時間変化を示す。図３を用いて説明した方式とは異なり、光走査用レゾナントスキャナの変位の周期の位相と、波長掃引用レゾナントスキャナの変位の周期の位相とがずれるように設定される。尚、周波数は同一とする。
【００５７】
ＡおよびＢの各々の期間における、第１の波長の変化および照射位置の変化を図５（ｂ）に示す。図３を用いて説明した方式では、２つのスキャナの変位の周期の位相が一致するので、各々の変位の最大値（＋１）および最小値（−１）のタイミングが一致する。よって、合波光の照射位置と第１の波長の相関は図３（ｃ）に示すように直線関係を示すことになる。一方で図５に示した方式では、図５（ｃ）に示すように、ＡとＢの各々の期間において、異なる波長の光が照射される。
【００５８】
両スキャナの変位周期の位相のずれ量（以下、位相差とも呼ぶこともある）を変化させた際の、合波光の照射位置と第１の波長の相関を図５（ｄ）に示す。位相のずれ量が大きくなるに従って期間Ａで照射される波長領域と期間Ｂで照射される波長領域の分離が大きくなる。このように、照射位置の走査の周期の位相と、第１の波長の掃引周期の位相をずらす方式の利点は、同一の照射位置に対して２種類の波長を照射できる点である。そのためには、期間Ａで行う１次元走査と期間Ｂで行う１次元走査を１組とし、試料の同一の１次元領域に対して期間Ａと期間Ｂで１次元走査を行えばよい。第１の波長の変更は、１方向に行うこと（λ１からλｘまで変化させる場合は、λ１からλｘへ連続的または段階的に波長が増加（又は減少）し、第１の波長がλｘになったら、λ１へ連続的または段階的に波長が減少（又は増加）すること）が好ましい。しかし、第１の波長の変更を１方向に行うと、同一の照射位置に対して複数の合波光を照射しても、その合波光が含む第１の波長同士の差は小さい。この方式を用いれば、第１の波長の変更を１方向に行っても、同一の照射位置に対して照射される合波光が含む第１の波長同士の差を大きくすることができる。また、位相のずれ量を調整することによって、第１の波長同士の差を調整することもできる。更に、位相のずれ量を変化させて複数回計測を行えば、同一の照射位置に照射する第１の波長の数を任意の数に増やすことが可能である。この、位相のずれ量を変化させて複数回計測を行う方法を用いれば、非特許文献２の方法よりも高速な計測ができる。そのため、従来の同一の計測位置に対して複数の波長ごとに計測を行う方法と同等の計測を、従来よりも高速に実施することができる。但し、この場合、計測データ量は従来と同じである。尚、この方式を行う場合、位相のずれがゼロに設定された条件で、期間Ａの時に第１の波長が変更される範囲と、期間Ｂの時に第１の波長が変更される範囲とが一致しない条件に設定されてもよい。そのため、光走査用レゾナントスキャナが変位する周波数と波長掃引用レゾナントスキャナが変位する周波数は同一でなくても良く、波長掃引用スキャナの周波数が、光走査用スキャナの周波数の奇数倍であれば良い。つまり、位置の変更周期が第１の波長の変更周期の奇数倍であればよい。
【００５９】
また本明細書及び本発明において位相がずれるとは、いずれかの位相が−１で、もう一方の位相が＋１であるときのように、位相がπずれていることは含まない。
【００６０】
次に、光検出器による光の検出について説明をする。計測データを取得する場合には、照射位置の移動周期と、第１の波長の変更周期と、光検出器による光検出のタイミングを調整し、特定のタイミングで光検出を実行することが必要である。そのための実施形態の例を図６Ａ，Ｂに示す。図６Ａに記載した計測装置は、基準クロック発生装置５１、波長掃引用制御信号生成回路５２、波長変更手段２、光走査用制御信号生成回路５４、走査手段５、データ記憶部制御信号生成回路５６、を備える。また、データ記憶部９と、光検出器制御回路６２、光検出器８、試料ステージ制御回路６４、試料ステージ７を備える。データ記憶部９は、アナログ／デジタル変換回路５７、一次メモリ５８、データフィルタ５９、ストレージ６０、を有する。
【００６１】
ここでは一例として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を使用した場合を述べる。これらを用いることで、複数の制御回路（５１、５２，５４、５６、６２、６４）を集積回路上に実装し、それらの制御タイミングを高速かつ正確に調整することが可能になる。
【００６２】
まず、波長掃引用制御信号生成回路５２および光走査用制御信号生成回路５４において、基準クロックに基づいて、波長掃引用および光走査用制御信号生成回路から電圧信号が生成され、波長変更手段２および光走査手段５へ出力される。図２示したような、レゾナントスキャナを用いて波長掃引と走査を行う場合、この方法は、レゾナントスキャナを振動させるための電圧信号の生成に使用することができる。この電圧信号の位相は、レゾナントスキャナの実際の振動に対応する検出信号と基準クロックに基づいて生成される基準信号との位相差をゼロにするために、フィードバック回路を駆動することで生成される。これにより、一定の周波数でレゾナントスキャナを振動することができる。このような駆動機構はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）として知られている。ＰＬＬ用の回路内部に遅延補償回路を設けることによって、基準信号に対して任意の遅延時間をもつ電圧信号を生成することもできる。二つのＰＬＬを使用すると、波長掃引用レゾナントスキャナの変位の周期の位相と光走査用レゾナントスキャナの変位の周期の位相をずらすことができる。基準クロックはＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの内部クロックを利用しても、外部のクロックジェネレータの信号をＦＰＧＡまたはＡＳＩＣに入力してもよい。２つのレゾナントスキャナの変位の位相差を制御して駆動するための装置として、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．のＰＬＤ−２Ｓ  ＤＲＩＶＥＲのようなものを利用することもできる。しかし、位相のずれ量の調整が手動であり、高速に調整することが難しいため、電子回路に複数のＰＬＬを実装するのが望ましい。
【００６３】
次に、光検出器８からの電圧信号をデジタルデータとして記憶する方法を述べる。基準クロックに基づいて、光検出器を駆動させるための制御信号が光検出器制御回路６２で生成され、出力される。ここで制御信号とは、光検出器の動作のＯＮとＯＦＦのための信号、データ取得タイミングの制御信号、および、光検出器の同期検波用基準信号である。例えば入射光がパルス光であり、パルスのタイミングに同期して光の検出を行う場合には、基準クロックに基づいて、光検出器の同期検波用基準信号とパルス光の変調を制御する信号を同期させるとよい。
【００６４】
光検出器８からの信号はアナログ／デジタル変換回路５７を経て、一次メモリに一定時間保存される。先述のスキャナの振動のタイミングに基づいて、特定のタイミングのデータを選別し、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）などに保存する。このデータを選別する工程はデータフィルタ内でプログラム的に処理された後に、新しいデータがメモリに上書きされる。この工程により、１次元の走査毎に取得された光検出器の信号から、特定のタイミング、すなわち第１の波長が特定の波長を取るときに、その第１の波長を有する第１の光を照射した時のデータを選別して保存することができる。この特定のタイミングとは、光走査用と波長掃引用のスキャナの変位のタイミングから算出される。この方法の例として、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示された、第１の波長の変化と照射位置の変化の関係と、光走査用制御信号生成回路５４と波長掃引用制御信号生成回路５２の各電圧信号のタイミングを組み合わせる方法が挙げられる。この方法により、任意のタイミングにおける、第１の波長を算出することができる。保存されるデータは、光検出器の電圧信号を少なくとも含み、波長掃引用スキャナの変位量と、第１の波長、第２の波長、波数差のデータを含むように設定することもできる。データ記憶部９は、アナログ／デジタル変換回路５７、一次メモリ５８、データフィルタ５９、ストレージ６０を少なくとも有する。データ記憶部の各構成を制御する制御用信号は、データ記憶部制御信号生成回路５６で基準クロックに基づいて生成される。
【００６５】
走査手段が１次元走査を行う場合、２次元に広がる計測範囲を計測する際には、試料ステージを移動させることが必要である。試料ステージ制御回路６４は基準クロックに基づいて、試料ステージの位置を制御するための信号を生成し、試料ステージ７に出力する。計測データを記憶する工程Ｓ８１、Ｓ８３は、図６（ｂ）に示すように、１次元走査手段により照射位置を移動する工程Ｓ８０、Ｓ８２と試料ステージ駆動手段による試料ステージを移動する工程Ｓ８４と、連続的に実施することもできる。これにより、計測対象物の２次元データを連続的に保存することができる。尚、１次元走査手段による照射位置を移動する工程と計測データを記憶する工程は、第１の波長が変更される工程と同時に行われ、試料ステージの位置のデータも合わせてデータとして保存される。
【００６６】
以上、図２から図５を用いて、レゾナントスキャナを利用した波長変更手段及び光走査手段の実施形態を述べたが、本発明に係る波長変更手段および光走査手段はこれに限るものではない。例えば波長変更手段として、音響光学可変フィルタ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や多面体ミラー型フィルタ（Ｓ．Ｈ．Ｙｕｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｗｅｐｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｐｏｌｙｇｏｎ−ｓｃａｎｎｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｆｉｌｔｅｒ”，Ｏｐｔｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２８，ｎｏ．２０，１９８１−１９８３（２００３）に記載）を用い、これを広帯域光源と組み合わせて用いることもできる。波長変更手段として用いられる光学フィルタは、制御用電圧信号で光の波長を変更することが可能であればよい。光学フィルタを用いる場合、図６に示したような、波長掃引用制御信号生成回路をフィルタ制御信号回路として利用することで、レゾナントスキャナを利用した波長変更手段の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、本発明に係る光走査手段はレゾナントスキャナに限るものではなく、例えば、ガルバノスキャナ、電気光学結晶、デジタルミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いることもできる。光走査手段は制御用電圧信号で光の照射位置を変化させることができる装置であればよい。いずれの光走査手段を用いた場合も、図６に示したような光走査用制御信号生成回路をこれらの制御用信号回路として利用することで、レゾナントスキャナを利用した一次元光走査手段と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、第１の波長をλ１にしたまま、第１の光を試料中の複数の第１の領域に対して照射することで試料の走査を行い、次に、第１の波長をλ２に変更して、第１の光を試料中の複数の第２の領域に対して照射することで試料の走査を行っても良い。但し、第１の領域同士は互いに重ならず、第２の領域同士も互いに重ならないものとする。このように第１の波長掃引と試料の走査を行っても、第１の波長がλ１のときには第２の領域に第１の光が照射されず、第１の波長がλ２のときには第１の領域に第１の光が照射されないため、従来よりも計測データ量を減少させることができる。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  広帯域光源
２  波長変更手段
５  走査手段
６  試料
７  試料ステージ
８  光検出器
１４  第１の光源部
【図１】
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【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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