(57)【要約】【課題】所望の波長分解能に応じて高速分光計測可能なアダマール顕微分光装置。【解決手段】分光観測対象を顕微観察する顕微鏡と、それからの入射光を波長分解する分光手段１８と、波長分解された入射光をアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段４０と、選択された所定の波長帯域の分光強度を検出する検出手段２１と、検出された分光強度から分光強度を復調する復調手段とからなり、分光選択手段４０は、アダマール行列の要素に従って選択状態が定まるものであり、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つ顕微分光装置。【選択図】        図１３
2004361201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも分光観測対象を顕微観察する顕微鏡と、前記顕微鏡からの入射光を波長分解する分光手段と、前記分光手段により波長分解された前記入射光をアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段と、前記分光選択手段で選択された所定の波長帯域の分光強度を検出する検出手段と、検出された分光強度から分光観測対象の分光強度を復調する復調手段とからなり、前記分光選択手段は、所定の次数のアダマール行列の要素に従って選択状態が定まるものであり、
前記分光選択手段が、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つことを特徴とする顕微分光装置。
【請求項２】
前記顕微鏡が共焦点顕微鏡からなり、前記分光手段が、少なくとも、前記共焦点顕微鏡の共焦点ピンホールを通過した光束を略平行光にするコリメータレンズと、その略平行光を分光するための分散素子と、前記分散素子によって分光された光を集光するための第１のフォーカシングレンズとからなり、前記検出手段が、少なくとも、検出器と、前記分光選択手段で選択された波長帯域の光束のみを当該検出器に取り込むためのレンズ系とからなることを特徴とする請求項１記載の顕微分光装置。
【請求項３】
前記第１のフォーカシングレンズが、非対称な結像作用を持つものであることを特徴とする請求項１又は２記載の顕微分光装置。
【請求項４】
少なくとも、前記分光手段が、前記顕微鏡の１次結像面に配され、前記顕微鏡の対物レンズの射出瞳を分光するための分散素子と、前記分散素子によって分光された対物レンズの射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズとからなり、前記分光選択手段が、分光された対物レンズの射出瞳の結像位置に配置され、前記検出手段が、少なくとも、前記分散素子の像を投影する分散素子投影レンズと、前記分散素子で生じた波長分散を補償する分散補償素子と、前記分散補償素子により分散補償された像を検出するための検出器とからなることを特徴とする請求項１記載の顕微分光装置。
【請求項５】
前記検出手段が、少なくとも２つの検出器を用いて構成され、前記分光選択手段で定められたアダマール行列の＋１成分と−１成分に対応したそれぞれの波長帯域の光束を別々に検出することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の顕微分光装置。
【請求項６】
前記アダマール行列として、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列、あるいは、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列の少なくとも一方のアダマール行列を用いることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の顕微分光装置。
【請求項７】
前記分光選択手段が、周波数変調型の空間光変調器であり、アダマール行列の＋１成分と−１成分に対応したそれぞれの波長帯域に別々の周波数変調をかけ、前記検出手段で周波数選別して片方若しくはそれぞれを検出することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の顕微分光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微分光装置に関し、特に、アダマール変換法を用いた顕微分光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アダマール行列Ｈとは、要素が全て＋１と−１のどちらかからなる正方行列であり、次の性質を有する行列の総称である。
【０００３】
【数１】
2004361201.tif 000003
アダマール行列の要素は全て＋１か−１であるので、それを＋と−で表記する方法が一般的に行われている。例えば４次のアダマール行列Ｈ４  は、
【０００４】
【数２】
2004361201.tif 000004
のように記述される。本明細書においても、今後この記述法を用いる。
【０００５】
アダマール行列Ｈを用いたアダマール変換は、例えば非特許文献１に詳しく説明されているように、スペクトル分析や信号伝送、画像処理等、幅広い応用分野がある。例えば、アダマール変換を用いた分光法は、単一スリットを用いた通常の分光方法に比べると、一度に検出する光量が多くなる。したがって、単一スリットを用いた方法より高Ｓ／Ｎの分光強度分布を得ることが可能である。非特許文献２には、巡回性の２５５セルのアダマールマスクを用いることにより、単一スリットを用いる通常の方法に比べて、約８倍のＳ／Ｎが得られたことが報告されている。
【０００６】
アダマール変換を用いた分光装置の代表的な装置の構成を、図２６に示す。分光装置は、入射スリット１と、入射スリット１を透過した入射光を平行光にするためのコリメートレンズ２と、コリメートされた入射光を分光するための分光グレーティング３と、分光された入射スリット像を形成するスリット投影レンズ４と、分光された入射スリット像位置に移動可能に挿入されたアダマールマスク５と、アダマールマスク５を透過した分光成分で分光グレーティング３の像を投影するグレーティング投影レンズ６と、分光グレーティング３で生じた波長分散を補償する分散補償グレーティング７と、分散補償グレーティング７で分散補償された入射スリット像を再び結像するための撮像レンズ８と、再び結像された入射スリット像の強度を検出する検出器９とからなる。
【０００７】
アダマールマスク５には、巡回行列である、いわゆるＰａｌｅｙ型アダマール行列の心行列（アダマール行列の第１行目と第１列目を除いた部分行列）Ｓの要素に応じた開口が設けてある。Ｐａｌｅｙ型アダマール行列は、心行列が巡回行列となっているアダマール行列である。
【０００８】
以下に、７次の心行列Ｓの例Ｓ７  を用いて、心行列Ｓに対応するアダマールマスクの関係を説明する。図２７に示すように、Ｓ７  の各行は、＋１と−１からなる要素が７つ並んでおり、上の行から順に、右回りに１要素ずつ回転操作を行った関係にある。したがって、Ｓ７  の各行を上から下に、左側に１要素ずつずらしながら重ねることにより、１３個の＋と−の要素からなる行ベクトルν７  を定義できる。アダマールマスクは図２７及び図２８（ｂ）に示すように、ν７  の要素と同じ数のセルが並んだ形状をしており、その各セルはν７  の各要素が＋か−かに対応して開口を設定したものである。図２７及び図２８（ｂ）の例では、ν７  の要素が＋に対応するセルが開口部となり、−に対応するセルが遮蔽部となっている。一方、補助マスクは図２８（ａ）に示すように、アダマールマスク（図の（ｂ））の７つのセル分の長さの開口部を持つ。アダマールマスクにこの補助マスクを重ねると、合成開口（図の（ｃ））が形成される。そして、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動して行けば、Ｓ７  の各行に対応する開口パターンが順次得られる。このように、固定された補助マスクに対してアダマールマスクを１セル分ずつ移動可能に設置したのが、図２６のアダマールマスク５である。
【０００９】
アダマールマスク５の面上には、入射スリット１と分光グレーティング３とによって生成された入射光の分光スペクトルが投影される。アダマールマスク５は、その分光スペクトルを各セルの幅で定められる波長帯域毎に分割し、それぞれの波長帯域毎に各セルの透過、遮蔽による波長選択を行う。
【００１０】
このように、Ｓ７  の各行に対応してそれぞれの波長帯域毎に波長選択を受けた入射光は、検出器９によってその選択を受けた部分の強度和が検出される。Ｓ７  の全ての行に対する強度和が検出された後、Ｓ７  の逆行列を用いてその強度和は復調され、各波長帯域毎の分光強度が算出される。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５，９８２，５５３号明細書
【００１２】
【特許文献２】
特開平６−５１３４０号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１０−１３３２２５号公報
【００１４】
【特許文献４】
米国特許出願公開第２００２／００２０８１９号明細書
【００１５】
【非特許文献１】
喜安善市著「アダマール行列とその応用」（コロナ社）
【００１６】
【非特許文献２】
Ｊ．Ａ．Ｄｅｃｋｅｒ，Ｊｒ．，”Ｅｘｐｅｒｉｍａｎｔａｌ  Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＭｕｌｔｉｐｌｅｘＡｄｖａｎｔａｇｅ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｈａｄａｍａｒｄ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．３，ｐｐ．５１０−５１４  （１９７１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のアダマール変換分光法には、以下に述べる不都合が存在する。すなわち、アダマール行列Ｈ又はその心行列Ｓの全ての行又は列に対する分光変調を行わない限り、それを復調して目的の分光強度を算出することは不可能である。例えば、波長帯域２５５分割のアダマールマスクを用いて分光データを得るためには、アダマールマスクで波長選択部分を切り替えながら、２５５通りの選択を受けた部分の強度和を記録しなければならない。ところが、計測者が必要とする波長分解能は必ずしも一定ではない。もし、計測者が必要とする分光強度の波長分解能がアダマールマスクで決まる波長分解能よりも低いならば、必要以上に長い計測時間を取っていることになる。特に、微弱蛍光標本の分光を行う場合には、不要な計測時間は高速な分光計測の妨げとなったり、蛍光色素の褪色を早めてしまったりするので、好ましくない。
【００１８】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、所望の波長分解能に応じて高速に分光計測することが可能なアダマール顕微分光装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の顕微分光装置は、少なくとも分光観測対象を顕微観察する顕微鏡と、前記顕微鏡からの入射光を波長分解する分光手段と、前記分光手段により波長分解された前記入射光をアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段と、前記分光選択手段で選択された所定の波長帯域の分光強度を検出する検出手段と、検出された分光強度から分光観測対象の分光強度を復調する復調手段とからなり、前記分光選択手段は、所定の次数のアダマール行列の要素に従って選択状態が定まるものであり、
前記分光選択手段が、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の顕微分光装置においては、分光選択手段として、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つものを用いているので、分光選択手段として、所定の波長帯域毎に選択する１列の複数の選択要素間にデットスペースを有する分光選択手段を用いる場合でも、その１列の選択要素間のデットスペースに入射する波長帯域の分光強度も、隣接する列の選択要素によって選択可能となるため、分光手段により波長分解された全ての波長帯域の分光強度をぬけなく検出することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の顕微分光装置の基本形態を図１、図２に従って説明する。図１は、顕微鏡として共焦点顕微鏡を用いる場合、図２は、通常の顕微鏡を用いる場合の本発明の顕微分光装置の基本形態の概略の構成を示す図である。
【００２２】
図１の形態の場合、共焦点顕微鏡１００の共焦点ピンホール１０１を通過した光束は、コリメータレンズ１０２により略平行な光に変換され、回折格子や分光プリズムからなる分散素子１０３に入射し、分散素子１０３によって分光された各波長帯域の光は第１のフォーカシングレンズ１０４によってアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段１０６の選択要素上に集光する。分光選択手段１０６で選択された所定の波長帯域の光は第２のフォーカシングレンズ１０７で検出器１０８上に集光され、その分光強度が検出される。分光選択手段１０６の選択要素の選択状態をアダマール行列の各行に対応して制御し、全ての行に対する分光強度を検出した後、そのアダマール行列の逆行列を用いて共焦点顕微鏡１００の共焦点ピンホール１０１を通過した光の分光強度を復調手段１１０により復調するように構成されている。
【００２３】
ここで、コリメータレンズ１０２と分散素子１０３と第１のフォーカシングレンズ１０４が本発明の分光手段１０５を構成しており、第２のフォーカシングレンズ１０７と検出器１０８が本発明の検出手段１０９を構成している。
【００２４】
また、図２の形態の場合は、通常の顕微鏡１１１の１次結像面１１２に分散素子１０３が配置され、顕微鏡の対物レンズの射出瞳像を分光する。分散素子１０３で分光された光束は瞳投影レンズ１１３を経て射出瞳の像を投影する。その射出瞳の像の結像位置にアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段１０６が配置され、分光選択手段１０６で選択された所定の波長帯域の光は、分散素子１０３の像を投影する分散素子投影レンズ１１５を経て、分散素子で生じた波長分散を補償する分散補償素子１１６上に入射し、分散補償素子１１６により分散補償された像は検出器１１７により検出される。分光選択手段１０６の選択要素の選択状態をアダマール行列の各行に対応して制御し、全ての行に対する分光強度を検出した後、そのアダマール行列の逆行列を用いて、顕微鏡１１１の１次結像面１１２の各画素の光の分光強度を復調手段１１０により復調するように構成されている。
【００２５】
この場合は、分散素子１０３と瞳投影レンズ１１３が本発明の分光手段１１４を構成しており、分散素子投影レンズ１１５と検出器１１７が本発明の検出手段１１８を構成している。
【００２６】
ここで、本発明においては、分光選択手段１０６の複数の選択要素の選択状態を規定するアダマール行列は、従来と同様で格別の制限はないが、そのアダマール行列として、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列、あるいは、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列の少なくとも一方のアダマール行列を用いることが望ましい。以下に、その理由を説明する。
【００２７】
アダマール行列とは、いわゆるＳ型Ｈ行列と呼ばれるものであり、ｎ次のＳ型Ｈ行列の一つＨｎ  は、以下の手順で帰納的に求めることができる。
【００２８】
【数３】
2004361201.tif 000005
ここで、Ｈｎ  はｎ次のＳ型Ｈ行列である。このように、Ｓ型Ｈ行列は、ｎ＝２ｖ  （ｖは自然数）次数のみ定義されている。
【００２９】
また、交番数とは、ある一つの行又は列内で、隣り合う要素の符号が異なる位置の数を表している。ｎ＝８の例だと、以下の通りとなる。
【００３０】
【数４】
2004361201.tif 000006
上記の（４）式の行列の右横に示した数が、各行に対する交番数である。
【００３１】
この方法で求められたＳ型Ｈ行列の各行の交番数は、０からｎ−１の整数が一つずつ存在する。Ｓ型Ｈ行列は対称行列なので、列に対する交番数もこの順番となる。また、Ｓ型Ｈ行列の逆行列は、それ自身の１／ｎと等しい。すなわち、以下の通りとなる。
【００３２】
【数５】
2004361201.tif 000007
Ｓ型Ｈ行列の行又は列の交番数を昇順に並べ替えた（交番数順の）本発明で用いる行列Ｈ＊  も、やはりアダマール行列の一つである。ｎ＝８の例だと、以下の通りとなる。
【００３３】
【数６】
2004361201.tif 000008
これらのアダマール変換を用いた分光法は、波長帯域をｎ＝２ｖ  分割にサンプリングしたときの中心波長の行列λＴ  ＝｛λ１  λ２  ・・・λｎ  ｝Ｔ  に対する分光強度の行列ｘＴ  ＝｛ｘ１  ｘ２  ・・・ｘｎ  ｝Ｔ  を未知数（求めたい分光強度）として、アダマール行列Ｈの各行の要素に即して選択検出した信号強度の行列ｓＴ  ＝｛ｓ１  ｓ２  ・・・ｓｎ  ｝Ｔ  が、
【００３４】
【数７】
2004361201.tif 000009
で表されるので、求めたい分光強度は、（５）式を用いて、
【００３５】
【数８】
2004361201.tif 000010
の計算式より求まることが分かる。
【００３６】
つまり、本発明の顕微分光装置は、図１や図２の構成により、顕微観察した分光観察対象からの光束を分光し、アダマール行列Ｈの各行の要素に即して分光選択手段の選択要素を作用させて検出した信号強度の行列を計測し、（８）式に基づいて、それらを復調することで、所望の分光強度を得るものである。
【００３７】
ところで、一般的なアダマール行列を用いた分光法では、アダマール行列Ｈの全ての行に対する信号強度を求めなければ、上述の（８）式に基づいた復調はできない。それに対し、上記のように、分光選択手段で用いるアダマール行列として、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列、あるいは、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列の少なくとも一方のアダマール行列を用いるので、信号強度の行列の要素全てを計測しなくても、低分解能の分光強度を求めることができる。以下に、そのことを説明する。
【００３８】
非特許文献１の第６章によれば、２ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ＊  ２ｎの上半分の要素は、ｎ次の交番数順のアダマール行列Ｈ＊  ｎ  を用いて、
【００３９】
【数９】
2004361201.tif 000011
の形で表される。ここで、×の演算子は、クロネッカー演算子であり、
【００４０】
【数１０】
2004361201.tif 000012
を表す。したがって信号強度の行列ｓの最初の半分は、
【００４１】
【数１１】
2004361201.tif 000013
となり、この方程式を解くと、
【００４２】
【数１２】
2004361201.tif 000014
の式が得られる。このことは、つまり、最初の半分の数の信号強度から、波長分解能が半分の分光強度が得られることを示している。同様にして、最初の１／４の数の信号強度から、
【００４３】
【数１３】
2004361201.tif 000015
の式を用いて、波長分解能が１／４の分光強度を求められることが分かる。逆に言えば、交番数順のアダマール行列Ｈ＊  ｎ  の初めの２つの行に対する信号強度｛ｓ１  ｓ２  ｝Ｔ  を検出した時点で、波長帯域を２分割した分光強度を求めることができる。すなわち、
【００４４】
【数１４】
2004361201.tif 000016
となる。さらに、アダマール行列Ｈの初めの４つの行列に対する信号強度｛ｓ１  ｓ２  ｓ３  ｓ４  ｝Ｔ  を検出した時点で、波長帯域を４分割した分光強度を求めることができる。すなわち、
【００４５】
【数１５】
2004361201.tif 000017
となる。
【００４６】
つまり、本発明の顕微分光装置では、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いることにより、初めの２ｗ  個の変調に対する計測値が求まった時点でも、分光データを求めることができる。また、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列を用いることにより、低分解能から高分解能へと、順次波長分解能を上げてゆきながら分光データを求めることができる。さらに、両者を同時に用いることにより、途中でも所望の波長分解能になった時点で計測をやめ、分光データを取得することが可能となる。
【００４７】
したがって、分光選択手段１０６の複数の選択要素の選択状態を規定するアダマール行列は、従来と同様で格別の制限はないが、そのアダマール行列として、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列、あるいは、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列の少なくとも一方のアダマール行列を用いる構成によれば、従来例のアダマール分光器のメリットである、単一スリットを用いる通常の分光装置に対するＳ／Ｎ比の高さを維持したまま、所望の波長解像度において最短の時間で顕微分光計測が可能となる。これは、特に微弱な分光計測が主となる、蛍光標本等の顕微分光観察においては、蛍光色素の退色を避けられる等の理由で大きなメリットとなる。
【００４８】
［第１実施形態］
本発明の顕微分光装置の好適な１実施形態としては、図１に概略構成図を示すように、顕微鏡に共焦点顕微鏡を用いる場合である。
【００４９】
この場合は、顕微鏡は共焦点顕微鏡１００であり、少なくとも、共焦点顕微鏡１００の共焦点ピンホール１０１を通過した光束を略平行光にするコリメータレンズ１０２と、その略平行光を分光するための分散素子１０３と、分散素子１０３によって分光した光を集光するための第１のフォーカシングレンズ１０４とからなる分光手段１０５、アダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段１０６、さらに、少なくとも、検出器１０８と、分光選択手段１０６で選択された波長帯域の光束のみを検出器１０８に集光するための第２のフォーカシングレンズ１０７とからなる検出手段１０９、及び、復調手段１１０で構成されるものである。さらに、分光選択手段１０６で選択要素に作用させるアダマール行列としては、前述のように、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さく、さらに、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列で構成することが望ましい。
【００５０】
このような構成によれば、共焦点顕微鏡１００で分光観測対象を顕微観察することにより得られた観察光の中、共焦点ピンホール１０１を通過した光束は、コリメータレンズ１０２で略平行光束にされ、この略平行光束が分散素子１０３で分光され、さらに、第１のフォーカシングレンズ１０４で分光選択手段１０６上に波長毎に集光される。この分光選択手段１０６では、分光選択手段１０６を構成する選択要素を作用させることにより、アダマール行列に即した所定の波長帯域の光束が選択され、検出手段１０９の第２のフォーカシングレンズ１０７で検出器１０８に集光され、計測される。アダマール行列の交番数に即して上記分光選択手段１０６の選択要素の作用を代え、所望の分光解像度が得られるまで計測を繰り返した後に、計測された分光データを、前述の（８）式を実現する復調手段１１０により復調することで、分光観測対象の所望の解像度の分光データが最短の時間で得られる。
【００５１】
次に、以下に図面を用いて本実施形態の実施例について説明する。
【００５２】
［第１実施例］
本発明による第１実施例の顕微分光装置は、顕微鏡として以下に示すようなレーザ走査共焦点顕微鏡（ＣＬＳＭ）を用いた場合の構成である。図３（ａ）はこの顕微分光装置の側面図、（ｂ）はその上面図である。この顕微分光装置は、励起光を発するレーザ光源１１と、レーザ光源１１からの励起光を標本Ｏに向かう光路内に導くダイクロイックミラー１２と、標本面上を２次元走査するための主走査ガルバノミラー１３及び副走査ガルバノミラー１４と、励起光を標本面上に集光させる対物レンズ１５と、標本Ｏの集光領域以外からの光（いわゆるボケ像）を除去するための共焦点ピンホール１６とからなる共焦点顕微鏡と、標本面で発生し共焦点ピンホール１６を通過した蛍光を略平行光にする第１コリメータレンズ１７と、その略平行光を分光するための分散素子としての分光プリズム１８と、分光プリズム１８によって分光した蛍光を集光するためのフォーカシングレンズ１９とからなる分光手段と、分光された蛍光の波長帯域に所定のアダマール行列に即してオン（アダマール行列の＋１成分）、オフ（アダマール行列の−１成分）の切替が可能な選択要素を持つ分光選択手段としてのプログラマブルミラー２０と、プログラマブルミラー２０で反射されたオンの波長帯域の光束のみを再び平行光束に戻すフォーカシングレンズ１９（本実施例の場合、前述のフォーカシングレンズ１９と共通）と、その平行光束を分散補償する前述の分散補償プリズム１８（本実施例の場合、分光プリズム１８と共通）と、分散補償された平行光束を再び集光するための第２コリメータレンズ２３と、集光されたオンの波長帯域の成分を持つ光束を選択して検出する（光電子倍増管）ＰＭＴ２１とからなる検出手段と、前述の（８）式に即して分光データの復調をコンピュータ２５内のソフトウエアで行う復調手段とで構成している。
【００５３】
さらに詳しくは、図３（ａ）の一部を側面から見た図である図３（ｂ）に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、軸外し配置されたフォーカシングレンズ１９によって集光されて、プログラマブルミラー２０に斜め入射する。プログラマブルミラー２０のオンの要素で反射した分光成分の光束は、再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。プログラマブルミラー２０のオフの要素で反射した分光成分は、オンの要素で反射した分光成分とは異なる方向に反射され、ストッパ２２により吸収される。プログラマブルミラー２０はプログラマブルミラー駆動装置２４を介してコンピュータ２５に接続しており、コンピュータ２５に記憶されたアダマール行列の要素に対応したパターンを交番順で順次発生する。ＰＭＴ２１は、ＰＭＴ駆動装置２７を介してコンピュータ２５に接続している。コンピュータ２５に接続された表示装置２６に、アダマール変換から求めた分光強度分布を表示する。
【００５４】
ここで、プログラマブルミラー２０は、分光プリズム１８の波長分散方向にアダマール行列の次数に等しい数の微小ミラーが並列してなる微小ミラー集合体であり、その微小ミラーの各々は独立に傾き角度制御することができるものである。そして、各微小ミラーの制御信号のオン、オフでその反射面の傾きを変えることができる。ここでは、オンの状態の微小ミラーで反射した光がＰＭＴ２１に入射し、オフの状態の微小ミラーで反射した光はＰＭＴ２１には入射せず、それ以外の方向であるストッパ２２に向かうように設定されている。
【００５５】
本実施例における分光測定の流れを、図４に示す。ここで、ｗは、２ｗ  が波長帯域の分割数を表す補助変数であり、ｍはアダマール行列の行番号を指定する補助変数（交番数＋１  ）である。ｗとｍはまず０から出発する（ＳＴ１、ＳＴ２）。次に、分割数を表す補助変数ｗをまず１とする（ＳＴ３）。続いて、アダマール行列の行ｍを１から順に加算してゆきながら（ＳＴ４）、次数２ｖ  のアダマール行列Ｈ＊  ｖ  のｍ行目の要素に対応させてプログラマブルミラー２０のオン・オフを切り替えて（ＳＴ５）、その切替によって計測した結果（ＰＭＴ２１からの出力）を順次記録する。そして、ｍが２ｗ  に一致した時点で（ＳＴ７）、それまで記録したｍ個の計測結果を用いて前述の（８）式より波長帯域２ｗ  分割の分光強度を計算する（ＳＴ８）。算出された波長分解能が不十分ならば（ＳＴ７）、ｍを加算しながら（ＳＴ４）、さらに分光計測を継続し、波長分解能が十分になったか（ＳＴ１０）、ｍがアダマール行列Ｈ＊  ｖ  の次数２ｖ  に等しくなった時点（ＳＴ９）で分光計測を打ち切る。本処理も、コンピュータ２５内のソフトウエアで実現されている。
【００５６】
このように、本実施例においては、交番数順のＳ型Ｈ行列を用いたことにより、各行に対する信号強度を全て検出せずとも、低分解能から高分解能に、順次解像を上げながら分光強度を求めて行くことができる。したがって、従来の方法と異なり、分解能に合わせて最も効率的に、つまり高速に分光計測が可能な方法である。
【００５７】
［第１実施例の変形例１］
上記第１実施例の変形例として、図５にその要部のみを示す。この変形例は、分光選択手段として、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００５８】
グレイティング・ライト・バルブは、例えば特許文献１で提案されているものであり、ＩＣ製作技術等で同一基板上に等間隔の平行な反射型リボンを並列させて形成し、１本おきのリボンを残りのリボンに対して同一平面になるか、波長の４分の１程度後退あるいは前進させるかの制御をすることにより、前者では反射面、後者では反射型の回折格子になるものである。このようなグレイティング・ライト・バルブ３１０  をアダマール行列の次数に等しい数だけ、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、分光プリズム１８の波長分散方向にアレイ状に並べて配置したものがグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１であり、回折格子の方向は、図５（ｂ）のようにアレイ３１に沿った方向でも、図５（ｃ）のようにアレイ３１に直交する方向でもよい。このようなグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１を、図３（ｂ）と同様な図である図５（ａ）に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、軸外し配置されたフォーカシングレンズ１９によって集光されて、フォーカシングレンズ１９の光軸に直角に配置されたグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１に斜め入射する。グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオンの要素である反射面で反射した分光成分の光束は、再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオフの要素である反射型の回折格子に入射して回折された±１次の分光成分は、オンの要素で反射した分光成分とは異なる方向に反射され、それぞれストッパ２２１  、２２２  により吸収される（図５（ａ）の場合は、図５（ｂ）のグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１を用いているが、図５（ｃ）のグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１を用いる場合は、図５（ａ）の紙面の前後にストッパ２２１  、２２２  が配置される。）。このグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１は、図３（ａ）の場合と同様、駆動装置を介してコンピュータ２５に接続しており、コンピュータ２５に記憶されたアダマール行列の要素に対応したパターンを交番順で順次発生するように構成されている。
【００５９】
なお、グレイティング・ライト・バルブ３１０  は、１本おきでなく複数本おきのリボンを残りのリボンに対して同一平面になるか、後退あるいは前進させるようにすることもできるので、グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオフ、オフの制御を回折格子の有無でなく、回折格子の本数の制御による回折角の違いを利用するようにすることもできる。
【００６０】
また、グレイティング・ライト・バルブ３１０  の代わりに、出射側の面に反射面が設けられたＡＯＭを用い、このＡＯＭを分光プリズム１８の波長分散方向にアレイ状に並べて配置しても、同様の分光選択手段を構成できる。
【００６１】
［第１実施例の変形例２］
上記第１実施例の変形例として、図６に図３（ｂ）と同様な図を示す。この変形例は、分光選択手段として、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、１次元アレイ状に画素が配置された反射型の電気アドレス空間変調器３２を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００６２】
反射型の電気アドレス空間変調器３２は、例えばＴＮやＳＴＮ、あるいは強誘電性液晶からなる反射型の液晶表示装置と同様であり、各画素の画素電極に印加する電圧の有無等により、入射する直線偏光の方向がそのままの状態で反射されたり、偏光面が９０°回転して反射されるものであり、このような画素をアダマール行列の次数に等しい数だけ、分光プリズム１８の波長分散方向（図６の紙面に垂直なａ−ａ’方向）であってフォーカシングレンズ１９の光軸に直角にアレイ状に並べて配置されて反射型の電気アドレス空間変調器３２が構成される。そして、この反射型の電気アドレス空間変調器３２に入射する光路中に偏光子３３が、反射型の電気アドレス空間変調器３２から反射される光路中に検光子３４が配置される。
【００６３】
この配置においては、図６に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、偏光子３３を経て所定の方向の直線偏光になった分光成分の光束は軸外し配置されたフォーカシングレンズ１９によって集光されて、反射型の電気アドレス空間変調器３２に斜め入射する。反射型の電気アドレス空間変調器３２のオンの要素で反射した分光成分の光束は、直線偏光の方向を保ったまま再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、検光子３４を通過して、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。反射型の電気アドレス空間変調器３２のオフの要素で反射した分光成分の光束は、直線偏光の方向を９０°回転されて再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、検光子３４に入射して通過が阻止される。この反射型の電気アドレス空間変調器３２は、図３（ａ）の場合と同様、駆動装置を介してコンピュータ２５に接続しており、コンピュータ２５に記憶されたアダマール行列の要素に対応したパターンを交番順で順次発生するように構成されている。なお、検光子３４の直線偏光の透過方向として、偏光子３３の透過方向と同じ方向に設定するようにしてもよく、その場合は、反射型の電気アドレス空間変調器３２の要素のオンとオフの状態は逆になる。
【００６４】
なお、分光選択手段として、上記のように各画素がＴＮ、ＳＴＮ、強誘電性液晶等からなる電気アドレス空間変調器を用いる場合、図７に示すように、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、１次元アレイ状に画素が配置された透過型の電気アドレス空間変調器３２’を用いることもできる。その場合、図７に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、同軸配置のフォーカシングレンズ１９によって集光され、偏光子３３を経て所定の方向の直線偏光になって、透過型の電気アドレス空間変調器３２’に略垂直に入射する。透過型の電気アドレス空間変調器３２’のオンの要素を透過した分光成分の光束は、直線偏光の方向を保ったまま検光子３４を通過して、この場合は別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされて、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。透過型の電気アドレス空間変調器３２’のオフの要素を透過した分光成分の光束は、直線偏光の方向を９０°回転されて検光子３４に入射して通過が阻止される。なお、別のフォーカシングレンズ１９’と第２コリメータレンズ２３の間に分散補償用の別の分光プリズムを配置するようにしてもよい。
【００６５】
［第１実施例の変形例３］
上記第１実施例の変形例として、図８に図３（ｂ）と同様な図を示す。この変形例は、分光選択手段として、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、１次元アレイ状に画素が配置された光書き込み反射型空間変調器（反射型の光アドレス型空間光変調器）３５を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００６６】
光書き込み反射型空間変調器３５は、例えば特許文献２、特許文献３で提案されているものであり、一対の透明電極の間に光アドレス材料としての光導電層、誘電体ミラー及び液晶等の光変調材料層が順に積層されてなるもので、アドレス光が入射した位置の光導電層の抵抗が低下してその部分の液晶層に電圧がかかり、その部分の液晶層が光変調層として作用するもので、反射型の電気アドレス空間変調器３２が要素のオン・オフ状態を電気的に制御するものに対して、光学的に要素のオン・オフ状態を制御するものと言うことができる。
【００６７】
図８に示すように、光書き込み反射型空間変調器３５の各画素のオン状態は、液晶表示装置（ＴＶ）等の表示装置３６からの光（アドレス光）を投影レンズ３７によりその画素の背面に入射させるように表示装置３６の画素の表示状態を駆動装置を介してコンピュータ２５により制御することにより制御され、例えば、光書き込み反射型空間変調器３５のその画素の表面に入射する光の直線偏光の方向をそのままの状態で反射し、表示装置３６からの光が入射しないオフ状態では、画素の表面に入射する光の直線偏光の方向を９０°回転させて反射する。このような画素をアダマール行列の次数に等しい数だけ、分光プリズム１８の波長分散方向（図８の紙面に垂直なａ−ａ’方向）であってフォーカシングレンズ１９の光軸に直角にアレイ状に並べて配置して光書き込み反射型空間変調器３５が構成される。そして、この光書き込み反射型空間変調器３５に入射する光路中に偏光子３３が、光書き込み反射型空間変調器３５から反射される光路中に検光子３４が配置される。
【００６８】
この配置においては、図８に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、偏光子３３を経て所定の方向の直線偏光になった分光成分の光束は軸外し配置されたフォーカシングレンズ１９によって集光されて、光書き込み反射型空間変調器３５に斜め入射する。光書き込み反射型空間変調器３５のオンの要素で反射した分光成分の光束は、直線偏光の方向を保ったまま再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、検光子３４を通過して、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。光書き込み反射型空間変調器３５のオフの要素で反射した分光成分の光束は、直線偏光の方向を９０°回転されて再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、検光子３４に入射して通過が阻止される。この光書き込み反射型空間変調器３５を用いる例では、駆動装置を介して表示装置３６がコンピュータ２５に接続しており、コンピュータ２５に記憶されたアダマール行列の要素に対応したパターンを交番順で順次発生するように構成されている。なお、検光子３４の直線偏光の透過方向として、偏光子３３の透過方向と同じ方向に設定するようにしてもよく、その場合は、光書き込み反射型空間変調器３５の要素のオンとオフの状態は逆になる。
【００６９】
［第１実施例の変形例４］
上記第１実施例の変形例として、図９（ｂ）に、前記アダマール行列Ｈ＊  ｖ  に対応するマスク３８を示すが、その白要素部分３８ａ  を反射鏡、黒要素部分３８ｂ  を透明な穴空きあるいは吸収面とし、そのようなマスク３８の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を相互に切り離して１行に並べて配置した固定パターン３９を用い、その固定パターン３９を分光選択手段として、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに用いるものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００７０】
すなわち、図９（ａ）に示すように、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光された分光成分の光束は軸外し配置されたフォーカシングレンズ１９によって集光されて、固定パターン３９に斜め入射する。固定パターン３９のオンの要素の反射鏡で反射した分光成分の光束は、再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。固定パターン３９のオフの要素の穴空きを通過した分光成分はフォーカシングレンズ１９に戻ることが阻止される。この固定パターン３９は、紙面に垂直なａ−ａ’方向に機械的に移動する駆動装置を介してコンピュータ２５に接続されており、コンピュータ２５に記憶されたアダマール行列の要素に対応する行３８１  、３８２  、３８３  ・・・のパターンに順次切り替えられる。
【００７１】
なお、フォーカシングレンズ１９の集光位置に配置する固定パターンとしては、マスク３８そのものを用いて、図９（ａ）のｂ−ｂ’方向（マスク３８の列方向）に機械的に順次移動させて、光路中に配置される固定パターンが順に行３８１  、３８２  、３８３  ・・・と切り替わるようになるようにしてもよい。
【００７２】
さらに、この変形として、マスク３８の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を切り離して、図９（ｃ）に示すように、各々の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を円板８０の半径方向に等間隔で別々に配置して、この円板８０の回転軸をフォーカシングレンズ１９の光軸と平行に配置して、円板８０の回転角を順に変えることにより、光路中に配置される固定パターンが順に行３８１  、３８２  、３８３  ・・・と切り替わるようにしてもよい。
【００７３】
あるいは、図９（ｄ）に示すように、各々の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を多角柱８１の各面に別々に配置して、この多角柱８１の回転軸をフォーカシングレンズ１９の光軸と垂直で分光プリズム１８の波長分散方向に平行に配置して、多角柱８１の回転角を順に変えることにより、光路中に配置される固定パターンが順に行３８１  、３８２  、３８３  ・・・と切り替わるようにしてもよい。
【００７４】
このような固定パターン３９を用いる場合、図７と同様に、透過型に構成することもできる。ただし、図９（ｂ）の前記アダマール行列Ｈ＊  ｖ  に対応するマスク３８の白要素部分３８ａ  は透明な穴空き、黒要素部分３８ｂ  は反射面あるいは吸収面とする。このような行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を１行に並べた固定パターン３９を、図１０に示すように、光軸に対して傾斜して配置し、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光が、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光され、同軸配置のフォーカシングレンズ１９によって集光され、固定パターン３９に斜め入射する。固定パターン３９のオンの要素を通過した分光成分の光束は、別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされて、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。固定パターン３９のオフの要素で反射した分光成分の光束は、ストッパ２２により吸収される。なお、別のフォーカシングレンズ１９’と第２コリメータレンズ２３の間に分散補償用の別の分光プリズムを配置するようにしてもよい。
【００７５】
なお、この場合も、図９（ａ）の反射型と同様に、図９（ｂ）のマスク３８そのものを用いて、図１０（ａ）のｃ−ｃ’方向（マスク３８の列方向）に機械的に順次移動させるようにしてもよいし、図９（ｃ）に示すような円板８０を用いて、この円板８０を機械的に回転させて順次交換するようにしてもよいし、図９（ｄ）に示すような多角柱８１を用いて、この多角柱８１を機械的に回転させて順次交換するようにしてもよい。
【００７６】
また、この図１０の例では、図９（ｂ）の前記アダマール行列Ｈ＊  ｖ  に対応するマスク３８の黒要素部分３８ｂ  は、反射型回折格子で構成し、図５の場合と同様に回折光がストッパ２２に入射して吸収されるようにしてもよい。
【００７７】
［第１実施例の変形例５］
ところで、以上の第１実施例及びその変形例において、分光選択手段として用いる１次元の微小ミラー集合体からなるプログラマブルミラー２０、１次元配置のグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１、１次元アレイ状に画素が配置された電気アドレス空間変調器３２、３２’、光書き込み反射型空間変調器３５にパターンを書き込む表示装置３６、固定パターン３９は、何れも選択要素の微小ミラー、ライト・バルブ、変調器、開口等（以下、選択要素４００  とする。）を、図１１に模式的に示すように、両矢符で示す分光プリズム１８の波長分散方向に１次元アレイ状に並べて配置することにより、分光選択手段４０を構成している。本来なら、選択要素４００  は両矢符方向に隣接する選択要素４００  と隙間なく配置（分割）されないと、正しい分光強度分布を得ることができず、そのような隙間の位置に対応する波長の分光強度が検出できない。しかしながら、微小ミラー、ライト・バルブ、変調器、開口等を並列配置する場合に、実際には、隣接するものとの間に隙間４１が生じてしまう。
【００７８】
そこで、これらの選択要素４００  は、図１２に模式的に示すように、両矢符で示す分光プリズム１８の波長分散方向に、２列以上の複数列に並べて配置し、しかも、その隣同士の列の選択要素４００  の配列を相互に補完するように列方向へずらして配列する。図１２の場合は、２列に配置し、列同志で選択要素４００  のピッチの半分だけずらして配列している。そして、その２列の選択要素４００  各々をアダマール行列の１行又は１列に対応させてオン・オフを制御するようにすることにより、波長のぬけがない正しい分光強度分布を得ることができる。
【００７９】
ただし、分光プリズム１８により分光された各波長の光束をフォーカシングレンズ１９によって分光選択手段４０の列方向と直交する方向（図のｄ−ｄ’方向）に広がりなく集光させると、２列以上の選択要素４００  に各波長の光束が入射しないおそれが出てくる。そこで、フォーカシングレンズ１９として、分光選択手段４０の列方向と直交する方向（図のｄ−ｄ’方向）には広がりがあり、分光プリズム１８の波長分散方向（図の両矢符方向）には焦点が合ったベストスポット状態で集光する非対称な結像作用を持つレンズ系を用いることが望ましい。そのようなフォーカシングレンズ１９としては、分光選択手段４０の列方向と直交する方向に収差の発生があるレンズ系や、積極的に非対称なレンズ系がある。フォーカシングレンズ１９として非対称なレンズ系を用いる場合の、共焦点ピンホール１６からＰＭＴ２１に至る光学系を図１３に示す。図１３（ａ）は、その光学系部分の上面図、図１３（ｂ）はその側面図である。
【００８０】
この場合は、フォーカシングレンズ１９は、例えば回転対称なレンズ４２と円筒レンズ４３によって構成され、共焦点ピンホール１６を通過した蛍光は、第１コリメータレンズ１７で略平行にされ、分光プリズム１８により分光された光束は、フォーカシングレンズ１９によって分光選択手段４０の列方向と直交する方向（図のｄ−ｄ’方向）には広がりがあり、分光プリズム１８の波長分散方向（図の両矢符方向）には焦点が合ったベストスポット状態で集光されて、分光選択手段４０に斜め入射する。例えば分光選択手段４０がプログラマブルミラーからなるとき、分光選択手段４０のオンの要素で反射された分光成分の光束は、別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされて、分散補償プリズム１８で分散補償された後に、第２コリメータレンズ２３で集光され、ＰＭＴ２１に入射する。この場合、別のフォーカシングレンズ１９’は、フォーカシングレンズ１９で発生する非点収差を補正するように、同様に回転対称なレンズと円筒レンズとによって構成されることが望ましい。
【００８１】
以上は、分光選択手段４０として、選択要素４００  を２列以上の複数列で構成することにより、選択要素４００  間の隙間４１による分光検出波長のぬけを防止するものであったが、図１１のような隙間４１がある１列の選択要素４００  の配置でも、図１４の正面図に示すように、各選択要素４００  の入射側に一対一に対応して要素全体と両側の隙間４１の各々半分を覆うように配置された微小正レンズ４４からなるマイクロレンズアレイ４５を分光選択手段４０の入射側に配置することによっても、このような分光検出波長のぬけを防止することができる。
【００８２】
［第２実施例］
本発明による第２実施例を図１５に示す。図１５は図３（ｂ）に対応する上面図であって、第１実施例の検出部の一部に変更を加えたものであり、その他は第１実施例と同様に構成している。第２実施例では、２つの光電子倍増管（ＰＭＴ２１１  及びＰＭＴ２１２  ）を用いて、プログラマブルミラー２０のオン・オフの両方の信号強度を同時に検出している。本実施例では、ＰＭＴ２１１  とＰＭＴ２１２  からの出力を、加算器２９で加算して和信号を生成している。また同時に、両者の出力を減算器２８により減算して差信号を生成している。そして、加算器２９と減算器２８により生成した信号を、コンピュータ２５（図３）に送っている。プログラマブルミラー２０と２つのＰＭＴ２１１  、２１２  の間には、別のフォーカシングレンズ１９’と分散補償プリズム１８’と第２−１コリメータレンズ２３１  、第２−２コリメータレンズ２３２  が挿入されている。プログラマブルミラー２０で反射したオンとオフの波長帯域の光束を別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にし、分散補償プリズム１８’で分光プリズム１８によって生じた波長分散を補償し、さらに、第２−１コリメータレンズ２３１  と第２−２コリメータレンズ２３２  でそれぞれのＰＭＴ２１１  、２１２  上に集光するようにしている。
【００８３】
本実施例においては、プログラマブルミラー２０がオンの分光成分とオフの分光成分の差信号を検出するようにしたので、プログラマブルミラー２０がオンの分光成分のみを検出する第１実施例に比較して、ＰＭＴで発生するノイズの影響を少なくすることができる。その結果、第１実施例では用いていなかった、プログラマブルミラー２０がオフの分光成分を計測するようにしたので、第１実施例に比べて、高いＳ／Ｎ比が得られる利点がある。さらに、本実施例においては、プログラマブルミラー２０がオンとオフの両方の信号の和信号を常に検出しているので、光源１１の出力あるいは検出器のオペアンプの感度のふらつきが生じても、それを補正することができる。よって、さらに精度の高い分光強度分布の算出を行うことができる。
【００８４】
［第２実施例の変形例１］
上記第２実施例の変形例として、図１６に図１５と同様の要部のみを示す。この変形例は、分光選択手段として、第２実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、第１実施例の変形例１で説明したグレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００８５】
グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオンの要素である反射面で反射した分光成分の光束は、別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、分散補償プリズム１８’で分光プリズム１８によって生じた波長分散が補償され、さらに、第２−１コリメータレンズ２３１  でＰＭＴ２１１  上に集光されるようになっている。他方、グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオフの要素である反射型の回折格子に入射して回折された＋１次の分光成分は、オンの要素で反射した分光成分とは異なる方向に反射回折され、別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、分散補償プリズム１８’で分光プリズム１８によって生じた波長分散が補償され、第２−２コリメータレンズ２３２  でＰＭＴ２１２  上に集光されるようになっている。
【００８６】
なお、グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオフの要素の反射型の回折格子で回折された−１次の分光成分は、ストッパ２２により吸収されようになっている。
【００８７】
この例の場合も、グレイティング・ライト・バルブ・アレイ３１のオフ、オフの制御を回折格子の有無でなく、回折格子の本数の制御による回折角の違いを利用するようにすることもできる。
【００８８】
［第２実施例の変形例２］
上記第２実施例の別の変形例として、図１７に図１５と同様の要部のみを示す。この変形例は、分光選択手段として、第２実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、第１実施例の変形例２で説明した反射型の電気アドレス空間変調器３２又は透過型の電気アドレス空間変調器３２’を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第２実施例と同様である。なお、図１７は、反射型の電気アドレス空間変調器３２を用いた場合を図示してあるが、透過型の電気アドレス空間変調器３２’の構成は、図１７と図７から明らかであるので、図示は省く。
【００８９】
反射型の電気アドレス空間変調器３２のオンの要素で反射（透過型の電気アドレス空間変調器３２’の場合と透過）した分光成分の光束は、偏光子３３を透過した直線偏光の方向を保ったまま別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、偏光ビームビームスプリッター４６に入射して、その偏光ビームビームスプリット面を透過し、第２−１コリメータレンズ２３１  で集光され、ＰＭＴ２１１  に入射する。反射型の電気アドレス空間変調器３２のオフの要素で反射（透過型の電気アドレス空間変調器３２’の場合と透過）した分光成分の光束は、偏光子３３を透過した直線偏光の方向から偏光面が９０°回転されて別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、偏光ビームビームスプリッター４６に入射して、その偏光ビームビームスプリット面で反射され、第２−２コリメータレンズ２３２  で集光され、ＰＭＴ２１２  に入射する。
【００９０】
なお、別のフォーカシングレンズ１９’と第２−１コリメータレンズ２３１  、２−２コリメータレンズ２３２  の間に分散補償用の別の分光プリズムを配置するようにしてもよい。
【００９１】
［第２実施例の変形例３］
上記第２実施例の別の変形例として、図１８に図１５と同様の要部のみを示す。この変形例は、分光選択手段として、第２実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、第１実施例の変形例３で説明した光書き込み反射型空間変調器３５を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００９２】
液晶表示装置（ＴＶ）等の表示装置３６からの光（アドレス光）を投影レンズ３７により光書き込み反射型空間変調器３５の背面に入射させることによりオンにされた要素で反射した分光成分の光束は、偏光子３３を透過した直線偏光の方向を保ったまま別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、偏光ビームビームスプリッター４６に入射して、その偏光ビームビームスプリット面を透過し、第２−１コリメータレンズ２３１  で集光され、ＰＭＴ２１１  に入射する。光書き込み反射型空間変調器３５の背面にアドレス光が入射しなかったオフの要素で反射した分光成分の光束は、偏光子３３を透過した直線偏光の方向から偏光面が９０°回転されて別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、偏光ビームビームスプリッター４６に入射して、その偏光ビームビームスプリット面で反射され、第２−２コリメータレンズ２３２  で集光され、ＰＭＴ２１２  に入射する。
【００９３】
なお、この場合も、別のフォーカシングレンズ１９’と第２−１コリメータレンズ２３１  、２−２コリメータレンズ２３２  の間に分散補償用の別の分光プリズムを配置するようにしてもよい。
【００９４】
［第２実施例の変形例４］
上記第２実施例の別の変形例として、図１９に図１５と同様の要部のみを示す。この変形例は、分光選択手段として、第２実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、第１実施例の変形例４で説明した固定パターン３９を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００９５】
図９との関連で説明したオン要素が反射鏡でオフ要素が穴空きとなっているマスク３８の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を相互に切り離して１行に並べて配置した固定パターン３９、あるいは、その代わりに、そのような行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を２次元的に配置したマスク３８（図９（ｂ））、あるいは、円板８０の半径方向に等間隔で行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を配置したマスク、あるいは、多角柱８１の各面に行３８１  、３８２  、３８３  ・・・を配置したマスクを、図１９の固定パターン３９として用い、固定パターン３９のオンの要素で反射した分光成分の光束は、再度フォーカシングレンズ１９で平行光束にされて、分光プリズム１８で分散補償された後に、第２−１コリメータレンズ２３１  で集光され、ＰＭＴ２１１  に入射する。固定パターン３９のオフの要素の穴空きを透過した分光成分は、別のフォーカシングレンズ１９’で平行光束にされ、分散補償プリズム１８’で分光プリズム１８によって生じた波長分散が補償され、さらに、第２−２コリメータレンズ２３２  でＰＭＴ２１２  上に集光されるようになっている。固定パターン３９の行３８１  、３８２  、３８３  ・・・の切り替えは第１実施例の変形例４の場合と同様である。
【００９６】
なお、この例において、固定パターン３９のオンの要素を反射鏡、オフ要素を反射型回折格子で構成し、その反射型回折格子の回折方向に上記別のフォーカシングレンズ１９’、分散補償プリズム１８’、第２−２コリメータレンズ２３２  、及び、ＰＭＴ２１２  を配置するようにしてもよい。
【００９７】
［第３実施例］
本発明による第３実施例の顕微分光装置の共焦点ピンホール１６以降の要部の側面図を図２０に示す。励起光を発するレーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、主走査ガルバノミラー１３、副走査ガルバノミラー１４、対物レンズ１５の構成と配置は図３の場合と同様であるので、図示は省く。
【００９８】
この実施例は、第１実施例のプログラマブルミラー２０の代わりに、特許文献４等で知られているマルチチャンネル検出器（アレイディテクタ）４７を用いるものであり、このマルチチャンネル検出器４７は、分光選択手段の各選択要素に対応する検出チャンネル４７０  が分光プリズム１８の波長分散方向に１次元アレイ状に並べて配置されているものであり、各検出チャンネル４７０  からの検出信号はコンピュータ２５内に入力され、その中のソフトウエアにより、各検出チャンネル４７０  からの検出信号は選択的に取り込まれるようになっており、各測定の際に、オンの要素に対応する検出チャンネル４７０  からの検出信号をソフトウエアにより加算して取り込むことによって、第１実施例、第２実施例と同様にして分光データを求めることができる。
【００９９】
なお、各検出チャンネル４７０  からの検出信号の選択的取り込みをソフトウエアでなく、マルチチャンネル検出器４７に接続されたマルチプレクサー等のハードウエア（電気回路）で行うようにしてもよい。
【０１００】
［第３実施例の変形例］
上記第３実施例の変形例として、図２１に顕微分光装置の共焦点ピンホール１６以降の要部の側面図を示す。励起光を発するレーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、主走査ガルバノミラー１３、副走査ガルバノミラー１４、対物レンズ１５の構成と配置は図３の場合と同様であるので、図示は省く。
【０１０１】
この変形例は、分光選択手段として、マルチチャンネル検出器４７の代わりに、分光選択手段の選択要素の数に等しい本数の光ファイバー４８０  の入射端を分光プリズム１８の波長分散方向に１次元に並べて構成した光ファイバーアレイ４８を用いて、各光ファイバー４８０  の射出端に各々に２分波スイッチ素子４９０  を接続し、各２分波スイッチ素子４９０  のオン側からの出力を合波素子５０１  に入力させ、各２分波スイッチ素子４９０  のオフ側からの出力を合波素子５０２  に入力させ、合波素子５０１  の出力光強度をディテクタ５１１  で、合波素子５０２  の出力光強度をディテクタ５１２  で検出するようにしてある。そして、光ファイバーアレイ４８のチャンネル数に等しい数の２分波スイッチ素子４９０  各々のオン、オフ切り替えは、コンピュータ２５に接続されたスイッチアレイ駆動装置５２によって制御されるようになっている。
【０１０２】
このような構成であるので、光ファイバーアレイ４８のオンの光ファイバー４８０  を経て検出された分光強度は、合波素子５０１  を経てディテクタ５１１  で検出される。また、光ファイバーアレイ４８のオフの光ファイバー４８０  を経て検出された分光強度は、合波素子５０２  を経てディテクタ５１２  で検出される。したがって、ディテクタ５１１  で検出された分光強度を用いる場合は、第１実施例と同様な分光強度検出が行え、ディテクタ５１１  とディテクタ５１２  で検出された分光強度を用いる場合は、第２実施例と同様な分光強度検出が行える。
【０１０３】
［第２実施形態］
本発明の顕微分光装置の好適な別の実施形態としては、図２に概略構成図を示すように、共焦点顕微鏡以外の通常の顕微鏡を用いる場合である。
【０１０４】
この形態の場合は、図２に示すように、通常の顕微鏡１１１の１次結像面１１２に配され、顕微鏡１１１の対物レンズの射出瞳を分光するための分散素子１０３と、分散素子１０３によって分光された対物レンズの射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズ１１３とからなる分光手段１１４、分光された対物レンズの射出瞳の結像位置に配置され、アダマール行列に即した所定の波長帯域毎に波長選択可能な選択要素を有する分光選択手段１０６、分散素子１０３の像を投影する分散素子投影レンズ１１５と、分散素子１０３で生じた波長分散を補償する分散補償素子１１６と、分散補償素子１１６により分散補償された像を検出するための検出器１１７とからなる検出手段１１８、及び、復調手段１１０で構成されるものである。さらに、分光選択手段１１６で選択要素に作用させるアダマール行列としては、前述のように、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さく、さらに、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列で構成することが望ましい。
【０１０５】
本構成によれば、顕微鏡１１４で分光観測対象を顕微観察することにより得られた観察像が、分散素子１０３と瞳投影レンズ１１３により分光され、さらに、分光選択手段１１６を構成する選択要素をアダマール行列に即して作用させることにより所定の波長帯域の光束を選択し、検出手段１１８の分散素子投影レンズ１１５と分散補償素子１１６により分散補償された分光像を得て、この像を検出器１１７により検出する。アダマール行列の交番数に即して分光選択手段１１６の選択要素の作用を替え、所望の分光解像度が得られるまで計測を繰り返した後に、計測された分光像の各点において前述の（８）式を実現する復調手段１１０により復調することで、分光観測対象の所望の解像度の分光像が最短の時間で得られる。
【０１０６】
次に、以下に図面を用いて本実施形態の実施例について説明する。
【０１０７】
［第４実施例］
第４実施例として蛍光顕微鏡を用いた顕微分光装置を図２２を用いて説明する。
【０１０８】
本発明による第４実施例の顕微分光装置は、図２２（ａ）に示すように、少なくとも、励起光を発する光源６１と、光源６１からの励起光を標本Ｏに向かう光路に導入するダイクロイックミラー６２と、励起光を標本面上に集光させ、標本Ｏの蛍光像を拡大するための対物レンズ６３と、対物レンズ６３により拡大された標本Ｏの像を結像させるための結像レンズ６４とからなる顕微鏡、その顕微鏡の１次結像面に配され、対物レンズ６３の射出瞳を分光するための分散素子としての分光グレーティング６５と、分光された対物レンズ６３の射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズ６６とからなる分光手段、分光された対物レンズ６３の射出瞳の結像位置に配置され、所定の波長帯域毎に波長選択を行う固定アダマールマスク６７と、固定アダマールマスク６７を横方向に移動するアダマールマスク駆動装置６８とからなる分光選択手段、固定アダマールマスク６７を透過した分光成分で分光グレーティング６５の像を投影する分散素子投影レンズ６９と、分光グレーティング６５で生じた波長分散を補償する分散補償素子として分散補償グレーティング７０と、分散補償グレーティング７０により分散補償された蛍光像を撮像するための撮像装置７１とからなる検出手段、さらに、前述の（８）式に即して分光データの復調を図示しないコンピュータ内のソフトウエアで行う復調手段で構成される。
【０１０９】
なお、当該コンピュータでは、撮像装置７１とアダマールマスク駆動装置６８の制御や蛍光像の分光像の表示等も行う。
【０１１０】
固定アダマールマスク６７には、図２２（ｂ）にｎ＝８の例のパターンを示すように、交番数順のアダマール行列Ｈ＊  に対応した開口パターンが開いている。対物レンズ６３の射出瞳は、分光グレーティング６５によってこのアダマールマスク上に縦方向の分光スペクトルとなって投影される。アダマールマスク駆動装置６８でこの固定アダマールマスク６７を横方向に順次動かしながら撮像装置７１で撮像した画像を、コンピュータに蓄積して行く。そして、各画素毎に第１実施例で説明した（８）式に即した復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【０１１１】
本実施例においても、固定アダマールマスク６７に交番数順のアダマール行列の開口バターンを設けたことにより、第１実施例で説明したと同様に、計測の途中から低分解能の分光画像を順次得ることができ、その分高速化が図れる。
【０１１２】
［第４実施例の変形例］
上記第４実施例の変形例として、図２３に図２２と同様の図を示す。この変形例は、分光選択手段として、第４実施例の固定アダマールマスク６７の代わりに、第１実施例の変形例２で説明した透過型の電気アドレス空間変調器３２’を用いた点に特徴があるものであり、他の構成は第４実施例と同様である。
【０１１３】
透過型の電気アドレス空間変調器３２’に入射する光路中に偏光子３３を、その透過型の電気アドレス空間変調器３２’を透過した光路中に検光子３４を、電圧を印加した要素（画素）のみを標本Ｏからの蛍光が通過できるように配置する。そして、この透過型の電気アドレス空間変調器３２’には、交番数順のアダマール行列Ｈ＊  の行又は列の＋１に対応した要素（画素）に電圧が選択的に印加される。対物レンズ６３の射出瞳は、分光グレーティング６５によってこの透過型の電気アドレス空間変調器３２’上に分光スペクトルとなって投影される。透過型の電気アドレス空間変調器３２’上の電圧を印加する要素を選択しながら撮像装置７１で撮像した画像を、コンピュータに蓄積して行く。そして、撮像した画像の各画素毎に第１実施例で説明した（８）式に即した復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【０１１４】
［第５実施例］
この実施例の顕微分光装置は、図２４（ａ）に示すように、少なくとも、励起光を発する光源６１と、光源６１からの励起光を標本Ｏに向かう光路に導入するダイクロイックミラー６２と、励起光を標本面上に集光させ、標本Ｏの蛍光像を拡大するための対物レンズ６３と、対物レンズ６３により拡大された標本Ｏの像を結像させるための結像レンズ６４とからなる顕微鏡、その顕微鏡の１次結像面に配され、対物レンズ６３の射出瞳を分光するための分散素子としての分光グレーティング６５と、分光された対物レンズ６３の射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズ６６とからなる分光手段、分光された対物レンズ６３の射出瞳の結像位置に配置され、所定の波長帯域毎に異なる２つの周波数で周波数変調を行う周波数光変調器アレイ７３からなる分光選択手段、周波数光変調器アレイ７３を透過した分光成分で分光グレーティング６５の像を投影する分散素子投影レンズ６９と、分光グレーティング６５で生じた波長分散を補償する分散補償素子として分散補償グレーティング７０と、分散補償グレーティング７０により分散補償された蛍光像を撮像するための撮像装置７１とからなる検出手段、さらに、撮像装置７１で撮像した画像の各画素の変調信号にロックイン検出器を経て、各画素の異なる２つの周波数それぞれで光変調された光強度を検出して、コンピュータに蓄積して行く。そして、各画素毎に第１実施例で説明した（８）式に即した復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【０１１５】
ここで、周波数光変調器アレイ７３は、図２４（ｂ）に示すように、電気光学変調器、音響光学変調器等の光変調器７３０  を分光グレーティング６５の波長分散方向にアレイ状に配置してなるもので、各光変調器７３０  が分光選択手段の選択要素を構成しており、オンの要素である光変調器７３０  はある特定の周波数で対応する波長帯域の強度に周波数変調をかけ、オフの要素である光変調器７３０  はそれとは異なる特定の周波数でそれに対応する波長帯域の強度に周波数変調をかける。したがって、ロックイン検出器でそれぞれの周波数の強度を検出することにより、周波数光変調器アレイ７３のオン・オフそれぞれの要素を透過してきら分光強度を検出することができるので、第４実施例と同様にこの周波数光変調器アレイ７３を制御しながら撮像装置７１で撮像した画像の復調を行うことにより、分光画像を算出することができる。
【０１１６】
なお、以上の実施例では、交番数順のアダマール行列を用いた例を説明したが、変調画像を復調できるのは、交番数が０から２ｗ  −１（ｗは任意の自然数）  である行成分を用いた２ｗ枚の変調画像を取得できた後となる。つまり、２ｗ  枚の変調画像を取得する順序に制限はない。したがって、交番数順のアダマール行列の代わりに、初めの２ｗ  個の行又は列の交番数が全て、残りの行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列を用いても、初めの２ｗ  個のの分光変調を行った時点で波長帯域２ｗ  分割の低解像度の分光強度を求めることができるので、以上の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
さて、以上の実施例及び変形例において、分光プリズム１８、分散補償プリズム１８、１８’の代わりに、分光グレーティング（回折格子）を用いてもよく、また、分光グレーティング６５、分散補償グレーティング７０の代わりに、分光プリズムを用いてもよい。
【０１１８】
また、分散補償プリズム１８’や分散補償グレーティング７０は配置しなくてもよいが、検出器であるＰＭＴ２１、２１１  、２１２  の受光面と別の別のフォーカシングレンズ１９’や第２コリメータレンズ２３、第２−１コリメータレンズ２３１  、第２−２コリメータレンズ２３２  を波長分散で広がった光束を検出可能なサイズにすればよい。
【０１１９】
また、分光選択手段が反射型のものは、透過型に変形することは容易に可能である。
【０１２０】
さらに、検出器としては、ＰＭＴ以外に、アバランシェフォトダイオード等の高感度低ノイズ検出器を用いることができるのは当然である。
【０１２１】
また、分光選択手段として、固定パターンを用いる例（図９、図１０、図１９、図２２）においては、分光手段側を移動させるようにしてもよい。図２５に図９の場合に、分光選択手段として２次元配置マスク３８を用いて、マスク３８を移動する代わりに、分光プリズム１８を破線から点線の位置に移動させることにより、分光手段の各要素のオン・オフ状態を変えるようにすることができる。
【０１２２】
以上述べた、本発明のアダマール顕微分光装置を整理すると以下のようになる。
【０１２３】
〔１〕  少なくとも分光観測対象を顕微観察する顕微鏡と、前記顕微鏡からの入射光を波長分解する分光手段と、前記分光手段により波長分解された前記入射光をアダマール行列に即した所定の波長帯域毎に選択する複数の選択要素を有する分光選択手段と、前記分光選択手段で選択された所定の波長帯域の分光強度を検出する検出手段と、検出された分光強度から分光観測対象の分光強度を復調する復調手段とからなり、前記分光選択手段は、所定の次数のアダマール行列の要素に従って選択状態が定まるものであり、
前記分光選択手段が、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つことを特徴とする顕微分光装置。
【０１２４】
〔２〕  前記顕微鏡が共焦点顕微鏡からなり、前記分光手段が、少なくとも、前記共焦点顕微鏡の共焦点ピンホールを通過した光束を略平行光にするコリメータレンズと、その略平行光を分光するための分散素子と、前記分散素子によって分光された光を集光するための第１のフォーカシングレンズとからなり、前記検出手段が、少なくとも、検出器と、前記分光選択手段で選択された波長帯域の光束のみを当該検出器に取り込むためのレンズ系とからなることを特徴とする上記１記載の顕微分光装置。
【０１２５】
〔３〕  前記第１のフォーカシングレンズが、非対称な結像作用を持つものであることを特徴とする上記１又は２記載の顕微分光装置。
【０１２６】
〔４〕  少なくとも、前記分光手段が、前記顕微鏡の１次結像面に配され、前記顕微鏡の対物レンズの射出瞳を分光するための分散素子と、前記分散素子によって分光された対物レンズの射出瞳の像を結像させるための瞳投影レンズとからなり、前記分光選択手段が、分光された対物レンズの射出瞳の結像位置に配置され、前記検出手段が、少なくとも、前記分散素子の像を投影する分散素子投影レンズと、前記分散素子で生じた波長分散を補償する分散補償素子と、前記分散補償素子により分散補償された像を検出するための検出器とからなることを特徴とする上記１記載の顕微分光装置。
【０１２７】
〔５〕  前記検出手段が、少なくとも２つの検出器を用いて構成され、前記分光選択手段で定められたアダマール行列の＋１成分と−１成分に対応したそれぞれの波長帯域の光束を別々に検出することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１２８】
〔６〕  前記アダマール行列として、次数２ｖ  （ｖは自然数）のアダマール行列であって、初めの２ｗ  個（ｗはｖより小さい自然数）の行又は列の交番数が残りの全ての行又は列の交番数の最小値よりも小さいアダマール行列、あるいは、行又は列の交番数が昇順のアダマール行列の少なくとも一方のアダマール行列を用いることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１２９】
〔７〕  前記分光選択手段が、周波数変調型の空間光変調器であり、アダマール行列の＋１成分と−１成分に対応したそれぞれの波長帯域に別々の周波数変調をかけ、前記検出手段で周波数選別して片方若しくはそれぞれを検出することを特徴とする上記１から６の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１３０】
〔８〕  前記顕微鏡が共焦点顕微鏡からなり、前記分光手段が、少なくとも、前記共焦点顕微鏡の共焦点ピンホールを通過した光束を略平行光にするコリメータレンズと、その略平行光を分光するための分散素子と、前記分散素子によって分光された光を集光するための第１のフォーカシングレンズとからなり、前記検出手段が、少なくともマルチチャンネル検出器で構成されることを特徴とする上記１記載の顕微分光装置。
【０１３１】
〔９〕  前記分光選択手段として、ディフォーマブルミラー、ディジタルミラーデバイス、グレイティング・ライト・バルブ等の機械式変調器を用いることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１３２】
〔１０〕  前記分光選択手段として、反射型若しくは透過型の電気アドレス空間変調器を用いることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１３３】
〔１１〕  前記分光選択手段として、光書き込み反射型空間変調器を用いることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１３４】
〔１２〕  前記分光選択手段として、アダマール行列の＋１成分と−１成分にそれぞれ対応させた反射部分と透過部分を持つ固定パターン若しくは反射部分とグレーティング部分を持つ固定パターンを機械的に移動させるものを用いることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の顕微分光装置。
【０１３５】
〔１３〕  前記固定パターンとして、アダマール行列の行又は列を、１次元に並べたもの、２次元に並べたもの、円板上若しくは多角柱の側面に並べたものを用いることを特徴とする上記１２記載の顕微分光装置。
【０１３６】
〔１４〕  前記波長選択手段が、マルチチャンネル検出器で検出後に電気回路若しくはソフトウエアで実現されることを特徴とする上記８記載の顕微分光装置。
【０１３７】
〔１５〕  前記波長選択手段が、少なくとも、光ファイバと、分波スイッチ素子と、合波素子との組み合わせで構成されていることを特徴とする上記８記載の顕微分光装置。
【０１３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の顕微分光装置によれば、所望の波長分解能の分光強度分布が得られた時点で計測を打ち切っても、従来のアダマール分光装置と異なり、正確に分光データが得られるので、計測時間の効率化を図った高速な分光装置を供給できる。
【０１３９】
また、分光選択手段として、アダマール行列の行又は列の選択状態を与える選択要素が少なくとも２列以上で構成され、その隣同士の列の選択要素の配列がお互いを補完するように列方向へずらされた配列を持つものを用いているので、分光選択手段として、所定の波長帯域毎に選択する１列の複数の選択要素間にデットスペースを有する分光選択手段を用いる場合でも、その１列の選択要素間のデットスペースに入射する波長帯域の分光強度も、隣接する列の選択要素によって選択可能となるため、分光手段により波長分解された全ての波長帯域の分光強度をぬけなく検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】顕微鏡として共焦点顕微鏡を用いる場合の本発明の顕微分光装置の基本形態の概略の構成を示す図である。
【図２】顕微鏡として通常の顕微鏡を用いる場合の本発明の顕微分光装置の基本形態の概略の構成を示す図である。
【図３】本発明による第１実施例の顕微分光装置の構成を説明するための図である。
【図４】第１実施例の分光装置による分光計測のフローチャートを示す図である。
【図５】第１実施例の変形例１の要部のみを示す図である。
【図６】第１実施例の変形例２の要部のみを示す図である。
【図７】図６の変形例を透過型に代えた場合の要部のみを示す図である。
【図８】第１実施例の変形例３の要部のみを示す図である。
【図９】第１実施例の変形例４を説明するための図である。
【図１０】図９の変形例を透過型に代えた場合の要部のみを示す図である。
【図１１】選択要素を１次元アレイ状に並べて配置してなる分光選択手段の問題点を説明するための図である。
【図１２】第１実施例の変形例５による分光選択手段の選択要素の配置を説明するための図である。
【図１３】図１２の分光選択手段のために用いるフォーカシングレンズの構成を説明するための要部のみを示す図である。
【図１４】図１１の配置の分光選択手段の問題点を解決するための別の手段を説明するための図である。
【図１５】本発明による第２実施例の顕微分光装置の要部のみを示す図である。
【図１６】第２実施例の変形例１の図１５と同様の図である。
【図１７】第２実施例の変形例２の図１５と同様の図である。
【図１８】第２実施例の変形例３の図１５と同様の図である。
【図１９】第２実施例の変形例４の図１５と同様の図である。
【図２０】本発明による第３実施例の顕微分光装置の共焦点ピンホール以降の要部の側面図である。
【図２１】第３実施例の変形例の図２０と同様の図である。
【図２２】本発明による第４実施例の蛍光顕微鏡を用いた顕微分光装置の構成を示す図である。
【図２３】第４実施例の変形例の図２２（ａ）と同様の図である。
【図２４】本発明による第５実施例の蛍光顕微鏡を用いた顕微分光装置の構成を示す図である。
【図２５】本発明において分光選択手段として固定パターンを用いる場合の変形例を説明するための図である。
【図２６】従来のアダマール変換を用いた分光装置の構成を示す図である。
【図２７】従来の７次のＳ行列の例とそれに対応するアダマールマスクを示す図である。
【図２８】従来のアダマールマスクによる波長選択の切り替えを表す図である。
【符号の説明】
Ｏ…標本
１…入射スリット
２…コリメートレンズ
３…分光グレーティング
４…スリット投影レンズ
５…アダマールマスク
６…グレーティング投影レンズ
７…分散補償グレーティング
８…撮像レンズ
９…検出器
１１…レーザ光源
１２…ダイクロイックミラー
１３…主走査ガルバノミラー
１４…副走査ガルバノミラー
１５…対物レンズ
１６…共焦点ピンホール
１７…第１コリメータレンズ
１８…分光プリズム
１８’…分散補償プリズム
１９…フォーカシングレンズ
１９’…別のフォーカシングレンズ
２０…プログラマブルミラー
２１…ＰＭＴ（光電子倍増管）
２１１  、２１２  …ＰＭＴ（光電子倍増管）
２２…ストッパ
２２１  、２２２  …ストッパ
２３…第２コリメータレンズ
２３１  …第２−１コリメータレンズ
２３２  …第２−２コリメータレンズ
２４…プログラマブルミラー駆動装置
２５…コンピュータ
２６…表示装置
２７…ＰＭＴ駆動装置
２８…減算器
２９…加算器
３１…グレイティング・ライト・バルブ・アレイ
３１０  …グレイティング・ライト・バルブ
３２…反射型の電気アドレス空間変調器
３２’…透過型の電気アドレス空間変調器
３３…偏光子
３４…検光子
３５…光書き込み反射型空間変調器（反射型の光アドレス型空間光変調器）
３６…表示装置
３７…投影レンズ
３８…アダマール行列Ｈ＊  ｖ  に対応するマスク
３８ａ  …白要素部分
３８ｂ  …黒要素部分
３８１  、３８２  、３８３  ・・・…マスクの行
３９…固定パターン
４００  …選択要素
４０…分光選択手段
４１…隙間
４１が生じてしまう。
４２…回転対称なレンズ
４３…円筒レンズ
４４…微小正レンズ
４５…マイクロレンズアレイ
４６…偏光ビームビームスプリッター
４７…マルチチャンネル検出器（アレイディテクタ）
４７０  …検出チャンネル
４８０  …光ファイバー
４８…光ファイバーアレイ
４９０  …２分波スイッチ素子
５０１  、５０２  …合波素子
５１１  、５１２  …ディテクタ
５２…スイッチアレイ駆動装置
６１…光源
６２…ダイクロイックミラー
６３…対物レンズ
６４…結像レンズ
６５…分光グレーティング
６６…瞳投影レンズ
６７…固定アダマールマスク
６８…アダマールマスク駆動装置
６９…分散素子投影レンズ
７０…分散補償グレーティング
７１…撮像装置
７３…周波数光変調器アレイ
７３０  …光変調器
８０…円板
８１…多角柱
１００…共焦点顕微鏡
１０１…共焦点ピンホール
１０２…コリメータレンズ
１０３…分散素子
１０４…第１のフォーカシングレンズ
１０５…分光手段
１０６…分光選択手段
１０７…第２のフォーカシングレンズ
１０８…検出器
１０９…検出手段
１１０…復調手段
１１１…通常の顕微鏡
１１２…１次結像面
１１３…瞳投影レンズ
１１４…分光手段
１１５…分散素子投影レンズ
１１６…分散補償素子
１１７…検出器
１１８…検出手段
【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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【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】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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