(57)【要約】【課題】所望の波長の光を高い検出効率で検出することができる技術を提供する。【解決手段】分光装置１０は、光ＩＬを波長毎に分光する反射型ＶＰＨ回折格子２０と、反射型ＶＰＨ回折格子２０での回折により生じる１次回折光を集光させる集光光学系５０と、１次回折光が集光光学系５０により集光する位置に配置された光検出器６０と、反射型ＶＰＨ回折格子２０で生じる０次回折光を反射させて反射型ＶＰＨ回折格子２０に入射させるミラー３０を備える。ミラー３０は、反射型ＶＰＨ回折格子２０の格子面と平行な反射面３１を有する。ミラー３０は、反射面３１が０次回折光が入射し且つ１次回折光が入射しない位置に位置するように、配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を波長毎に分光する反射型の回折素子と、
前記回折素子での回折により生じる特定次数の回折光を集光させる集光光学系と、
前記特定次数の回折光が前記集光光学系により集光する位置に配置された光検出器と、
反射面を有し、光が所定の方向から入射する前記回折素子で生じる０次回折光が入射し且つ前記特定次数の回折光が入射しない位置に前記反射面が前記回折素子の格子面と平行に位置するように配置され、前記０次回折光を反射させて前記回折素子に入射させる反射部材と、を備える
ことを特徴とする分光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光装置において、
前記回折素子は、前記回折素子に入射する光の入射角が変化するように、回転自在に配置される
ことを特徴とする分光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分光装置において、
前記反射部材は、前記回折素子の回転に伴って前記回折素子と同じ方向に同じ角度だけ回転するように回転自在に配置される
ことを特徴とする分光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分光装置において、
前記回折素子は、
前記格子面と平行な第１の方向に周期的な構造を有し、
前記格子面と平行で且つ前記第１の方向に垂直な方向に回転軸を有する
ことを特徴とする分光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分光装置において、
前記回折素子は、前記回折素子に入射する光が前記回転軸と平行な速度成分を有するように配置される
ことを特徴とする分光装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の分光装置において、さらに、
前記回折素子と前記反射部材の間であって、前記回折素子から出射した前記０次回折光が入射し且つ前記反射部材で反射した前記０次回折光が入射する位置に配置されたλ／４板を備える
ことを特徴とする分光装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の分光装置において、
前記回折素子は、前記格子面と平行な第１の方向に周期的な屈折率を有し入射光を回折させる体積ホログラム層と、前記体積ホログラム層の一面に配置された第２の反射部材と、前記体積ホログラム層の他面に配置された光を透過する平行平板と、を備える反射型体積ホログラム回折格子である
ことを特徴とする分光装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の分光装置において、
前記光検出器は、各々が異なる波長帯域の前記特定次数の回折光を検出する、複数の光検出素子を含む
ことを特徴とする分光装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の分光装置を備える
ことを特徴とする共焦点走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置、及び、それを備えた共焦点走査型顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、蛍光顕微鏡の分野では、標本からの光を分光して検出することで光の波長情報を取得する分光装置を備えた顕微鏡が主流となってきている。そして、蛍光観察で検出される蛍光は極めて微弱であることから、蛍光顕微鏡に含まれる分光装置には、高い検出効率が求められている。
【０００３】
分光装置では、一般に、１次回折光の回折効率（以降、１次回折効率と記す。）が高くなるように設計された回折格子により分光される。近年では、高い１次回折効率を有する回折格子を採用することで８０パーセント程度という高い検出効率を実現する分光装置が開発されている。
【０００４】
また、回折格子の単体性能の向上とは別の観点から、検出効率が高い分光装置を実現する技術も検討されている。例えば、特許文献１では、回折格子で生じる０次回折光を再利用する技術が開示されている。特許文献１に開示されるスペクトル解析ユニットは、回折格子で生じた０次回折光束をミラーで再度回折格子に入射させることで０次回折光束を循環させる構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、回折格子は入射角に依存して回折効率のピーク波長が変化する特性を有している。従って、蛍光物質などに応じた所望の波長の蛍光を高い効率で検出するためには、分光装置は回折格子を回転させて入射角を変更し得る構成であることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されるスペクトル解析ユニットは回折格子を回転させて入射角を変更し得る構成とはなっていないため、所望の波長の光を高い効率で検出することは困難である。
【０００８】
以上のような実情を踏まえ、本発明は、所望の波長の光を高い検出効率で検出することができる分光装置及びそれを備えた共焦点走査型顕微鏡を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、光を波長毎に分光する反射型の回折素子と、前記回折素子での回折により生じる特定次数の回折光を集光させる集光光学系と、前記特定次数の回折光が前記集光光学系により集光する位置に配置された光検出器と、反射面を有し、光が所定の方向から入射する前記回折素子で生じる０次回折光が入射し且つ前記特定次数の回折光が入射しない位置に前記反射面が前記回折素子の格子面と平行に位置するように配置され、前記０次回折光を反射させて前記回折素子に入射させる反射部材と、を備える分光装置を提供する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の分光装置において、前記回折素子は、前記回折素子に入射する光の入射角が変化するように、回転自在に配置される分光装置を提供する。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の分光装置において、前記反射部材は、前記回折素子の回転に伴って前記回折素子と同じ方向に同じ角度だけ回転するように回転自在に配置される分光装置を提供する。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の分光装置において、前記回折素子は、前記格子面と平行な第１の方向に周期的な構造を有し、前記格子面と平行で且つ前記第１の方向に垂直な方向に回転軸を有する分光装置を提供する。
【００１３】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の分光装置において、前記回折素子は、前記回折素子に入射する光が前記回転軸と平行な速度成分を有するように配置される分光装置を提供する。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つに記載の分光装置において、さらに、前記回折素子と前記反射部材の間であって、前記回折素子から出射した前記０次回折光が入射し且つ前記反射部材で反射した前記０次回折光が入射する位置に配置されたλ／４板を備える分光装置を提供する。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第１の態様乃至第６の態様のいずれか１つに記載の分光装置において、前記回折素子は、前記格子面と平行な第１の方向に周期的な屈折率を有し入射光を回折させる体積ホログラム層と、前記体積ホログラム層の一面に配置された第２の反射部材と、前記体積ホログラム層の他面に配置された光を透過する平行平板と、を備える反射型体積ホログラム回折格子である分光装置を提供する。
【００１６】
本発明の第８の態様は、第１の態様乃至第７の態様のいずれか１つに記載の分光装置において、前記光検出器は、各々が異なる波長帯域の前記特定次数の回折光を検出する、複数の光検出素子を含む分光装置を提供する。
【００１７】
本発明の第９の態様は、第１の態様乃至第８の態様のいずれか１つに記載の分光装置を備える共焦点走査型顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、所望の波長の光を高い検出効率で検出することができる分光装置及びそれを備えた共焦点走査型顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】実施例１に係る分光装置の構成を例示した図である。
【図３】実施例１に係る回折ユニットの平面図である。
【図４】実施例１に係る回折素子の作用を説明するための図である。
【図５】入射角と回折角との関係を説明するための図である。
【図６】実施例２に係る回折ユニットの構成を例示した図である。
【図７】実施例２に係る回折ユニットの平面図である。
【図８】実施例３に係る回折ユニットの構成を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１は、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１の構成を例示した図である。図１に例示される共焦点走査型顕微鏡１は、標本Ｓからの蛍光を分光して検出する分光装置１０を備えた蛍光顕微鏡である。
【００２１】
共焦点走査型顕微鏡１は、照明光路上に、励起光であるレーザ光を出射するレーザ２と、レーザ２から出射されたレーザ光を反射させ標本Ｓからの蛍光を透過させるダイクロイックミラー３と、レーザ光で標本Ｓを走査するための走査ユニットであるガルバノミラー４と、レーザ光を標本Ｓに照射する走査光学系５と、を備えている。
【００２２】
また、共焦点走査型顕微鏡１は、検出光路上に、走査光学系５、ガルバノミラー４、及びダイクロイックミラー３に加えて、ダイクロイックミラー３を透過した蛍光を集光させる共焦点レンズ６と、共焦点ピンホール８が形成された共焦点絞り７と、共焦点ピンホール８を通過した蛍光をコリメートするコリメートレンズ９と、コリメートレンズ９からの蛍光が平行光束として入射する分光装置１０と、を備えている。ダイクロイックミラー３、ガルバノミラー４、及び、走査光学系５は、照明光路であり且つ検出光路である共通光路上に設けられている。
【００２３】
共焦点走査型顕微鏡１では、レーザ２から出射したレーザ光は、ダイクロイックミラー３及びガルバノミラー４を介して走査光学系５によって標本Ｓに照射される。ここで、ガルバノミラー４が走査光学系５の瞳位置（または瞳共役位置）に配置されているため、レーザ光は、標本Ｓ上において、ガルバノミラー４でレーザ光が偏向した方向に応じた位置に照射される。従って、ガルバノミラー４の動作を制御することで、レーザ光で標本Ｓを走査することができる。
【００２４】
レーザ光が照射された標本Ｓでは、蛍光が発生する。標本Ｓから生じた蛍光は、走査光学系５及びガルバノミラー４を介して入射するダイクロイックミラー３を透過して、共焦点レンズ６により共焦点絞り７上に集光する。共焦点絞り７には、走査光学系５の前側焦点位置と光学的に共役な位置に共焦点ピンホール８が形成されているため、標本Ｓ上または標本Ｓ内にある走査光学系５の前側焦点位置から生じた蛍光のみが共焦点ピンホール８を通って共焦点絞り７を通過する。共焦点絞り７を通過した蛍光は、その後コリメートレンズ９によって平行光束に変換されて、分光装置１０に入射する。
【００２５】
図２は、本実施例に係る分光装置１０の構成を例示した図である。図３は、本実施例に係る分光装置１０に含まれる回折ユニット４０の平面図である。図２及び図３に示すＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた直交座標系である。
まず、図２を参照しながら、分光装置１０の構成と作用について概説する。
【００２６】
分光装置１０は、コリメートレンズ９によって平行光束に変換された光ＩＬ（蛍光）を分光して検出する装置である。分光装置１０は、図２に例示されるように、入射光を波長毎に分光する反射型の回折素子である反射型体積ホログラム（volume phase holographic、以降、ＶＰＨと記す）回折格子２０と反射部材であるミラー３０とからなる回折ユニット４０と、反射型ＶＰＨ回折格子２０での回折により生じる１次回折光を集光させる集光光学系５０と、１次回折光が集光光学系５０により集光する位置に配置された各々が異なる波長帯域の１次回折光を検出する複数の光検出素子６１を含む光検出器６０と、を備えている。
【００２７】
以上のように構成された分光装置１０では、平行光束として分光装置１０に入射した光ＩＬは、まず、回折ユニット４０に入射する。回折ユニット４０に入射した光ＩＬは、回折ユニット４０で回折し、０次回折光Ｌ０と各次数の回折光とに分離され、回折ユニット４０から出射する。このとき、各次数の回折光は、波長毎に異なる角度で反射型ＶＰＨ回折格子２０から出射される。なお、図２では、０次回折光Ｌ０、赤の１次回折光Ｌ１ｒ、青の１次回折光Ｌ１ｂのみが図示されている。回折ユニット４０から出射した１次回折光（１次回折光Ｌ１ｒ、１次回折光Ｌ１ｂ）は、その光路上に配置された集光光学系５０に波長毎に異なる角度で入射し、集光光学系５０の焦点面に配置された光検出器６０に波長毎に集光する。これにより、１次回折光が波長帯域毎に異なる光検出素子６１で検出され、光ＩＬの波長情報が得られる。
【００２８】
次に、図２及び図３を参照しながら、分光装置１０に含まれる回折ユニット４０の構成と作用について更に詳細に説明する。
回折ユニット４０は、反射型ＶＰＨ回折格子２０とミラー３０から構成されている。
【００２９】
反射型ＶＰＨ回折格子２０は、３層構造を有していて、所定の方向から反射型ＶＰＨ回折格子２０に平行光束として入射する光ＩＬを回折させる透過型のＶＰＨ層２１と、ＶＰＨ層２１と接触してＶＰＨ層２１の一面に配置される反射部材であるミラー２２と、ＶＰＨ層２１と接触してＶＰＨ層２１の他面に配置される保護ガラス２３と、を含んでいる。反射型ＶＰＨ回折格子２０は、ミラー２２と保護ガラス２３でＶＰＨ層２１を挟み込むように構成されていて、光ＩＬの入射側から、保護ガラス２３、ＶＰＨ層２１、ミラー２２が、順に配置されている。
【００３０】
ＶＰＨ層２１は、Ｙ方向に一定の厚さを有し、Ｘ方向に対して周期的に異なる屈折率を有している。この構造により、ＶＰＨ層２１は、Ｘ方向に特定の波長分散特性を有し、入射する光ＩＬをＸ方向に分光して波長毎に異なる方向に出射させることができる。より詳細には、ＶＰＨ層２１は、光ＩＬを回折し、Ｘ方向を法線とする平面に対して波長毎に異なる角度で回折光を出射する。以降では、Ｘ方向のことを必要に応じて格子方向と記し、ＶＰＨ層２１の面であって格子方向と平行な面（本実施例ではＸＺ平面）を格子面と記す。
【００３１】
なお、ＶＰＨ層２１は、従来の透過型ＶＰＨ回折格子のＶＰＨ層と基本的には同様のものである。ただし、ＶＰＨ層２１の厚さ（つまり、Ｙ方向の幅）は、従来の透過型ＶＰＨ回折格子のＶＰＨ層の厚さの半分程度でよい。これは、ＶＰＨ層２１へ入射した光は、後述するようにミラー２２で反射してＶＰＨ層２１を往復することになるからである。
【００３２】
ミラー２２は、ＶＰＨ層２１と接触している平面を反射面とする反射部材である。以降では、同じく反射部材であるミラー３０と区別するために、必要に応じてミラー２２を第２の反射部材とも記す。
【００３３】
保護ガラス２３は、ＶＰＨ層２１を保護する保護部材であり、光（少なくとも検出対象とする波長の光）を透過する平行平板である。保護ガラス２３の表面には、反射防止膜が形成されてもよい。
【００３４】
ミラー３０は、反射型ＶＰＨ回折格子２０で生じた反射型ＶＰＨ回折格子２０から出射する０次回折光Ｌ０を反射させて、反射型ＶＰＨ回折格子２０に再度入射させるための反射部材である。ミラー３０は、反射面３１が保護ガラス２３の表面に接触するように配置されていて、保護ガラス２３に固定されている。このため、反射面３１は、反射型ＶＰＨ回折格子２０の格子面と平行である。
【００３５】
なお、図３に示すように、反射面３１が、反射型ＶＰＨ回折格子２０（ＶＰＨ層２１）で生じる０次回折光Ｌ０が入射し且つ１次回折光が入射しない位置に、反射型ＶＰＨ回折格子２０（ＶＰＨ層２１）の格子面（ＸＺ平面）と平行に位置するように、ミラー３０は、保護ガラス２３の表面の一部分に配置される。
【００３６】
さらに、反射型ＶＰＨ回折格子２０は、所定の方向から反射型ＶＰＨ回折格子２０に入射する光ＩＬの入射角が変化するように、回転自在に配置されている。より詳細には、反射型ＶＰＨ回折格子２０は、格子面（ＸＺ平面）と平行で且つ格子方向（Ｘ方向）に垂直な方向であるＺ方向に回転軸ＡＲを有し、Ｚ方向と平行な回転軸ＡＲに対して回転自在に配置されている。
【００３７】
また、ミラー３０は、反射型ＶＰＨ回折格子２０（保護ガラス２３）に固定されているため、分光装置１０内において、反射型ＶＰＨ回折格子２０の回転に伴って反射型ＶＰＨ回折格子２０と同じ方向に同じ角度だけ回転するように回転自在に配置されている。つまり、回折ユニット４０では、反射型ＶＰＨ回折格子２０の回転（向き）によらず、反射面３１と格子面の平行な位置関係は維持される。また、反射型ＶＰＨ回折格子２０は、分光装置１０内において、反射型ＶＰＨ回折格子２０に入射する光ＩＬが回転軸ＡＲと平行な速度成分（Ｚ方向成分）を有するよう配置されている。つまり、光ＩＬが回転軸ＡＲを法線とする平面と平行にならないように配置されている。
【００３８】
以上のように構成された回折ユニット４０では、平行光束として回折ユニット４０に入射した光ＩＬは、保護ガラス２３に入射し、保護ガラス２３を透過して入射するＶＰＨ層２１で回折する。
【００３９】
ＶＰＨ層２１で回折された１次回折光は、ＶＰＨ層２１を透過してミラー２２に向けて出射されるが直ぐにミラー２２で正反射される。このため、図４に示すように、反射型ＶＰＨ回折格子２０により得られる１次回折光（１次回折光Ｌ１ｒ、１次回折光Ｌ１ｂ）は、ＶＰＨ層２１の波長分散特性によって定まる出射方向とは、ミラー２２の反射面に対して対称な方向に進行する。その後、ミラー２２で反射した１次回折光は、ＶＰＨ層２１及び保護ガラス２３を透過して波長毎に異なる角度で集光光学系５０へ向けて出射する。
【００４０】
ＶＰＨ層２１で回折しなかった光、つまり、ＶＰＨ層２１での回折により生じた０次回折光Ｌ０は、ＶＰＨ層２１を直進する。その後、ミラー２２の反射面とミラー３０の反射面でそれぞれ正反射し、再びＶＰＨ層２１に入射する。このとき、格子面、ミラー２２の反射面、ミラー３０の反射面３１は平行であるので、ＶＰＨ層２１に再入射する０次回折光Ｌ０は、光ＩＬと同じ角度でＶＰＨ層２１に入射する。このため、再入射した０次回折光Ｌ０がＶＰＨ層２１で回折することにより生じた１次回折光は、光ＩＬがＶＰＨ層２１で回折することによって生じた１次回折光と、波長毎に同じ角度で回折ユニット４０から集光光学系５０へ向けて出射する。なお、再入射によっても回折しなかった０次回折光Ｌ０は、ミラー２２の反射面で正反射し、集光光学系５０から逸れた方向に回折ユニット４０から出射する。
【００４１】
従って、本実施例に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１では、光ＩＬがＶＰＨ層２１で回折することによって生じた１次回折光と再入射した０次回折光Ｌ０がＶＰＨ層２１で回折することにより生じた１次回折光は、集光光学系５０により波長毎に同じ光検出素子６１に集光し、検出される。このため、分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１によれば、回折ユニット４０がＶＰＨ層２１が有する回折効率以上の効率で１次回折光を集光光学系５０へ導くことができるため、１次回折光を高い検出効率で検出することができる。
【００４２】
また、反射型ＶＰＨ回折格子２０には保護ガラス２３が設けられているため、保護ガラス２３とＶＰＨ層２１の界面で正反射が生じることがある。ただし、この界面で正反射した反射光は、０次回折光Ｌ０と同様にミラー３０の反射面３１で反射され、ＶＰＨ層２１に入射する。このため、界面で正反射した反射光の一部を１次回折光として検出することができる。このことは、１次回折光の検出効率の向上に寄与する。
【００４３】
なお、図５に示すように、θをＶＰＨ層２１の格子面の法線ＮＬと光ＩＬのなす角である入射角、βを１次回折光Ｌ１の回折角とし、さらに、λを１次回折光Ｌ１の波長、ＮをＶＰＨ層２１の格子定数とするとき、ＶＰＨ層２１の波長分散特性によって定まる波長毎の１次回折光の出射方向は、式（１）によって算出することができる。また、波長λｐの１次回折光の効率が最大となる入射角θ１は、式（２）によって算出することができる。
ｓｉｎθ＋ｓｉｎβ＝Ｎλ    ・・・（１）
ｓｉｎθ１＝Ｎλｐ／２      ・・・（２）
【００４４】
回折ユニット４０から出射する１次回折光Ｌ１の方向は、ミラー２２での正反射の影響により、図５の回折角βで示す１次回折光Ｌ１の出射方向とはＶＰＨ層２１（格子面）に対して対称な方向となる。このため、図５に示す第１領域から光ＩＬが入射した場合であれば、１次回折光Ｌ１は第１領域へ出射する。これに対して、０次回折光Ｌ０はミラー２２での正反射によって図５に示す第４領域へ出射する。従って、本実施例に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１では、１次回折光Ｌ１と０次回折光Ｌ０が大きく異なる方向に出射するため、０次回折光Ｌ０が１次回折光Ｌ１とともに検出されないような構成を容易に実現することができる。
【００４５】
また、図３に示すように、光ＩＬが回転軸ＡＲと平行な速度成分を有するように、回折ユニット４０が配置されている。このため、本実施例に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１によれば、光ＩＬと１次回折光を回転軸ＡＲと平行な方向に分離することができるため、集光光学系５０が光ＩＬに作用しないような構成を容易に実現することができる。
【００４６】
さらに、本実施例に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１では、回折ユニット４０を回転軸ＡＲに対して回転させることで、最大の回折効率を有する１次回折光の波長を調整することができる。また、反射面３１と格子面の平行関係が常に維持されるため、回折ユニット４０の回転（向き）によらず０次回折光Ｌ０を光ＩＬと同じ入射角でＶＰＨ層２１に再入射させることができる。従って、本実施例に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１によれば、所望の波長の光を高い検出効率で検出することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、本実施例に係る回折ユニット８０の構成を例示した図である。図７は、本実施例に係る回折ユニット８０の平面図である。図６及び図７に示すＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた直交座標系である。なお、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡及び分光装置は、回折ユニット４０の代わりに回折ユニット８０を含む点を除き、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１及び分光装置１０と同様である。
【００４８】
本実施例に係る回折ユニット８０の構成は、ミラー３０の代わりにミラー７０を備える点が、実施例１に係る回折ユニット４０の構成と異なっている。その他の構成は、実施例に係る回折ユニット４０と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
ミラー７０は、ミラー３０と同様に、反射型ＶＰＨ回折格子２０で生じた反射型ＶＰＨ回折格子２０から出射する０次回折光を反射させて、反射型ＶＰＨ回折格子２０に再度入射させるための反射部材である。また、ミラー７０は、反射面３１が保護ガラス２３の表面に接触するように配置されていて保護ガラス２３に固定されている点、保護ガラス２３の表面の一部分に配置される点、反射面７１がＶＰＨ層２１で生じる０次回折光が入射し且つ１次回折光が入射しない位置にＶＰＨ層２１の格子面（ＸＺ平面）と平行に位置するように配置される点についても、ミラー３０と同様である。
【００５０】
ミラー７０は、図６及び図７に示されるように、ＶＰＨ層２１で生じた０次回折光Ｌ０がミラー７０の反射面７１に複数回（ここでは、２回）入射するように構成されている点が、ミラー３０と異なっている。より具体的には、０次回折光Ｌ０がミラー７０に複数回入射し且つ１次回折光がミラー７０で遮られないように、ミラー７０は、ＸＺ平面に投影された光ＩＬと平行な辺を有している。
【００５１】
以上のように構成された回折ユニット８０を備えた分光装置及び共焦点走査型顕微鏡によれば、実施例１に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１よりも、更に高い検出効率で１次回折光を検出することができる。なお、この他の効果については、実施例１に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１と同様である。
【実施例３】
【００５２】
図８は、本実施例に係る回折ユニット１００の構成を例示した図である。図８に示すＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた直交座標系である。なお、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡及び分光装置は、回折ユニット４０の代わりに回折ユニット１００を含む点を除き、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１及び分光装置１０と同様である。
【００５３】
本実施例に係る回折ユニット１００の構成は、反射型ＶＰＨ回折格子２０とミラー３０と間にλ／４板９０を備える点が、実施例１に係る回折ユニット４０の構成と異なっている。その他の構成は、実施例１に係る回折ユニット４０と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
なお、λ／４板９０は、反射型ＶＰＨ回折格子２０（ＶＰＨ層２１）で生じる０次回折光Ｌ０が入射し且つ１次回折光が入射しない位置に配置されている点は、ミラー３０と同様である。また、図８において、ミラー３０と反射型ＶＰＨ回折格子２０は離間して配置されているが、格子面と反射面３１の平行関係が維持されるように、ミラー３０は反射型ＶＰＨ回折格子２０と同じ方向に同じ回転角度だけ回転するように構成されている。
【００５５】
ところで、回折素子は、一般に偏光方向によって異なる回折効率を有し、Ｓ偏光に対してＰ偏光よりも高い回折効率を有する。一方で、蛍光顕微鏡が検出する蛍光は、ランダム偏光であり、様々な偏光方向の光が含まれる。これらのことを考慮すると、蛍光である光ＩＬが入射する本実施例に係る分光装置では、ＶＰＨ層２１で回折することなく反射型ＶＰＨ回折格子２０から出射する０次回折光Ｌ０はＰ偏光をより多く含むと考えられる。
【００５６】
回折ユニット１００では、ＶＰＨ層２１で生じた０次回折光Ｌ０は、反射面３１で反射し再度ＶＰＨ層２１に入射するが、ＶＰＨ層２１に再入射するまでにλ／４板９０を２回通過し１８０度位相が変化する。このため、ＶＰＨ層２１に再入射する際には、０次回折光Ｌ０はＳ偏光をより多く含むことになる。従って、再入射時の回折効率が最初に入射したときの回折効率に比べて向上することになる。
【００５７】
以上のように構成された回折ユニット１００を備えた本実施例に係る分光装置及び共焦点走査型顕微鏡によれば、再入射時の回折効率が改善されるため、実施例１に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１よりも、更に高い検出効率で１次回折光を検出することができる。
【００５８】
また、本実施例に係る分光装置及び共焦点走査型顕微鏡によれば、保護ガラス２３の表面と反射面３１が離間している。このため、保護ガラス２３とＶＰＨ層２１の界面で正反射した反射光に加えて、保護ガラス２３の表面で正反射した反射光もミラー３０に入射させることができる。これにより、保護ガラス２３の両面で生じた正反射光をＶＰＨ層２１に入射させてその一部を１次回折光として検出することができる。この点も、実施例１に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１よりも高い検出効率の実現に寄与する。
なお、この他の効果については、実施例１に係る分光装置１０及び共焦点走査型顕微鏡１と同様である。
【００５９】
上述した実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。分光装置及び共焦点走査型顕微鏡は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【００６０】
例えば、共焦点走査型顕微鏡は、蛍光標本を観察対象とする蛍光顕微鏡に限られず、波長情報を取得する任意の顕微鏡であってもよい。また、検出対象とする回折光として１次回折光を例示したが、他の次数の回折光を検出してもよい。また、回折素子として反射型ＶＰＨ回折格子２０を例示したが、回折素子は、格子面と平行な格子方向に周期的な構造を有する回折格子であればよく、例えば、ブレーズド型の回折格子や格子型の回折格子であってもよい。特に、反射型の回折格子であることが望ましいが、これは、反射型の回折格子であれば、回折する前に生じる正反射光（例えば、保護ガラス２３の両面で生じる正反射光）が０次回折光と同じ方向に出射されるためである。正反射光と０次回折光が同じ方向に出射されるので、共通の反射部材で回折格子に再入射させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１                ・・・共焦点走査型顕微鏡
２                ・・・レーザ
３                ・・・ダイクロイックミラー
４                ・・・ガルバノミラー
５                ・・・走査光学系
６                ・・・共焦点レンズ
７                ・・・共焦点絞り
８                ・・・共焦点ピンホール
９                ・・・コリメートレンズ
１０                ・・・分光装置
２０                ・・・反射型ＶＰＨ回折格子
２１                ・・・ＶＰＨ層
２２、３０、７０    ・・・ミラー
２３                ・・・保護ガラス
３１、７１          ・・・反射面
４０、８０、１００  ・・・回折ユニット
５０                ・・・集光光学系
６０                ・・・光検出器
６１                ・・・光検出素子
９０                ・・・λ／４板
Ｓ                ・・・標本
ＩＬ                ・・・光
Ｌ０                ・・・０次回折光
Ｌ１、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｒ・・・１次回折光
ＡＲ                ・・・回転軸
【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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【図８】
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