(57)【要約】【課題】構成の簡素化及び装置の小型化を実現することができる測定装置を提供する。【解決手段】光源１１は、少なくとも第１の波長の光を放射し、回折光学素子１２は、光源１１から放射された第１の波長の励起光を反射させて試料Ｓに導き、試料Ｓによって第１の波長から波長シフトした第２の波長の蛍光を透過させることで第１の波長の励起光と第２の波長の蛍光とを分離し、蛍光検出器１４は、回折光学素子１２によって分離された第２の波長の蛍光を検出する。【選択図】  図１
2004340733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の波長の光を放射する光源と、
前記光源から放射された第１の波長の光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光を透過又は反射させることで第１の波長の光と第２の波長の光とを分離する回折光学素子と、
前記回折光学素子によって分離された第２の波長の光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、体積位相型ホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記回折光学素子の回折波長の温度依存性を相殺するために、前記回折光学素子を使用温度に応じて移動させる機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項４】
前記回折光学素子は、光学的パワーを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項５】
それぞれ異なる波長の光を放射する複数の光源と、
前記複数の光源から放射された光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって波長シフトした光を透過又は反射させることで、前記複数の光源から放射された光と試料によって波長シフトした光とを分離する回折光学素子と、
前記回折光学素子によって分離され、試料によって波長シフトした光を検出する光検出器とを備え、
前記回折光学素子は、前記複数の光源から放射される光の複数の波長に対応する回折ピークを有することを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光を試料に照射したときに、試料から発光する波長シフトを起こした光を検出する測定装置に関し、特に、試料に含まれる蛍光色素により発散する蛍光を検出する測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人遺伝子の検査や免疫検査では、被検査物質に蛍光発光体を付着させ、ある波長で励起させた励起光を被検査物質に照射し、数十ｎｍ波長シフトした蛍光を観察する測定手法が知られている。
【０００３】
近年、人間のゲノム解析がほぼ終了したことにより、ポストゲノムとして人遺伝子を簡便に検査して病気の早期発見や健康管理などに応用する研究が中心となってきている。また、抗原抗体反応を利用した免疫検査を応用して、血液や環境汚染物質の含まれた水を簡便に検査する研究も進んでいる。このような、人遺伝子の検査や免疫検査では、蛍光顕微鏡を用いて上述のような観察を行っている。
【０００４】
図１６は、従来の測定装置の概略構成を示す側面図である（例えば、特許文献１参照）。図１６に示す測定装置１００は、光を放射する光源１０１と、光源１０１から放射された光のうちの励起光のみを透過させる第１ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０２と、第１ＢＰＦ１０２によって透過された励起光を基準光検出器１０４に反射させると共に、励起光を第２ハーフミラー１０５に透過させる第１ハーフミラー１０３と、光源１０１から放射される光の光量を検出する基準光検出器１０４と、第１ハーフミラー１０３を透過した励起光を試料Ｓに向けて反射させると共に、試料Ｓからの反射光を透過させる第２ハーフミラー１０５と、第２ハーフミラー１０５を透過した試料Ｓからの反射光を励起光と蛍光とに分離する第２ＢＰＦ１０６と、試料Ｓからの蛍光を検出する蛍光検出器１０７とを備えて構成される。
【０００５】
上記のように構成された測定装置１００の動作について説明する。まず、光源１０１から光が放射される。光源１０１から放射された光は、第１ＢＰＦ１０２によって特定波長の励起光のみを透過し、第１ハーフミラー１０３に入射する。第１ハーフミラー１０３に入射した励起光は、基準光検出器１０４に向けて反射される。基準光検出器１０４は、励起光の光量を検出することによって、光源１０１から放射される光の光量のばらつきを検出し、光源出力にフィードバックする。また、第１ハーフミラー１０３に入射した励起光は、透過して第２ハーフミラー１０５に入射する。第２ハーフミラー１０５は、第１ハーフミラー１０３から入射した励起光を、蛍光発光体が付着された試料Ｓに向けて反射させる。第２ハーフミラー１０５によって反射された励起光は、試料Ｓに入射し、試料Ｓによって反射した反射光が再び第２ハーフミラー１０５に入射する。この反射光には、励起光と、励起光を吸収した目的成分より発する蛍光とが含まれる。第２ハーフミラー１０５に入射した反射光は、透過して第２ＢＰＦ１０６に入射する。第２ＢＰＦ１０６に入射した反射光は、励起光と蛍光とに分解され、蛍光のみが通過して蛍光検出器１０７に入射する。蛍光検出器１０７は、蛍光を検出することによって、試料Ｓに含まれる成分を分析する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１５１５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１６に示す従来の測定装置１００では、光源光から励起波長光のみを分離する第１ＢＰＦ１０２と、蛍光検出器１０７の前で励起光と蛍光とを分離する第２ＢＰＦ１０６との２つのＢＰＦが必要であり、また、光路を切り換えるためのハーフミラーが２つ必要である。そのため、従来の測定装置１００は、部品数が多く、構成が複雑なものとなり、測定装置が大型化してしまうという問題を有している。
【０００８】
そして、従来の測定装置１００は、部品数が多いことから組立工数が多くなるという問題を有している。また、従来の測定装置１００は、部品数が多いこと及び構成が複雑であることからアライメント調整が困難であり、特に、光学系においては、このアライメント調整は重要である。さらに、これらの結果、コスト高になるという問題も有している。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、構成の簡素化及び装置の小型化を実現することができる測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る測定装置は、少なくとも第１の波長の光を放射する光源と、前記光源から放射された第１の波長の光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光を透過又は反射させることで第１の波長の光と第２の波長の光とを分離する回折光学素子と、前記回折光学素子によって分離された第２の波長の光を検出する光検出器とを備える。
【００１１】
この構成によれば、光源から少なくとも第１の波長の光が回折光学素子に向けて放射され、回折光学素子によって、光源から放射された第１の波長の光が反射又は透過されて試料に導かれ、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光が透過又は反射されることで第１の波長の光と第２の波長の光とが分離され、光検出器によって、回折光学素子によって分離された第２の波長の光が検出される。
【００１２】
したがって、従来、バンドパスフィルタによって行っていた第１の波長と第２の波長との分離、及び光路の変更を回折光学素子で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができる。
【００１３】
また、上記の測定装置において、前記回折光学素子は、体積位相型ホログラフィック光学素子であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、回折光学素子を体積位相型ホログラフィック光学素子にすることによって、特定波長の光のみを反射させる回折光学素子を容易に作成することができ、生産性が向上し、コストを削減することができる。
【００１５】
また、上記の測定装置において、前記回折光学素子の回折波長の温度依存性を相殺するために、前記回折光学素子を使用温度に応じて移動させる機構をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、回折光学素子の回折波長の温度依存性を相殺するために、回折光学素子を使用温度に応じて移動させる機構を備えることによって、使用温度によって回折波長が変化する回折光学素子を用いたとしても、回折光学素子を使用温度に応じて移動させることで常に所望する回折波長を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
【００１７】
また、上記の測定装置において、前記回折光学素子は、光学的パワーを有することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、回折光学素子が光学的パワーを有するので、第１の波長の光が発散する場合でもコリメータレンズを用いずに試料に平行光を照射することができる。
【００１９】
また、上記の測定装置において、それぞれ異なる波長の光を放射する複数の光源と、前記複数の光源から放射された光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって波長シフトした光を透過又は反射させることで、前記複数の光源から放射された光と試料によって波長シフトした光とを分離する回折光学素子と、前記回折光学素子によって分離され、試料によって波長シフトした光を検出する光検出器とを備え、前記回折光学素子は、前記複数の光源から放射される光の複数の波長に対応する回折ピークを有する。
【００２０】
この構成によれば、複数の光源から、それぞれ異なる波長の光が回折光学素子に向けて放射され、複数の光源から放射される光の複数の波長に対応する回折ピークを有している回折光学素子によって、複数の光源から放射された光が反射又は透過されて試料に導かれ、試料によって波長シフトした光が透過又は反射されることで、複数の光源から放射された光と試料によって波長シフトした光とが分離され、光検出器によって、回折光学素子によって分離され、試料によって波長シフトした光が検出される。
【００２１】
したがって、従来、バンドパスフィルタによって行っていた第１の波長と第２の波長との分離、及び光路の変更を回折光学素子で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができ、さらに、複数の波長の光を試料に照射することによって波長シフトした複数の光を検出する多波長計測を装置の小型化を維持しつつ実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。図１に示す測定装置１０は、光源１１、回折光学素子１２、基準光検出器１３及び蛍光検出器１４を備えて構成される。
【００２４】
光源１１は、例えば、レーザであり、励起光である第１の波長の光を含む光を放射する。光源１１は、第１の波長として、例えば、４９０ｎｍの波長の光を含む。
【００２５】
回折光学素子１２は、例えば、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ；Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）であり、光源１１から出た光のうち、第１の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第１の波長以外の波長の光を基準光検出器１３に向けて透過させる。また、回折光学素子１２は、試料Ｓから返ってくる第１の波長の光と第２の波長の光とに対し、第１の波長の光を反射させるとともに、第２の波長の光を蛍光検出器１４に透過させる。
【００２６】
基準光検出器１３は、光源１１から放射される光の光量を検出する。基準光検出器１３によって検出された光の光量は、光源１１から放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００２７】
蛍光検出器１４は、励起光が試料Ｓに照射されることにより第１の波長から第２の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。蛍光検出器１４は、第２の波長として、例えば、５１０ｎｍの波長の光を検出する。
【００２８】
次に、回折光学素子１２について説明する。本構成では、回折光学素子としてホログラフィック光学素子を用いている。ホログラフィック光学素子は、光の波面の記録をホログラム材料の屈折率変化により行うものであり、その屈折率差から引き起こされる位相差により光を回折させる体積位相型ホログラムである。体積位相型ホログラムは、位相型のため光の吸収がなく、また、反射型のため波長選択性、角度選択性を有する。
【００２９】
ホログラム材料としては、例えば、フォトポリマーが用いられる。フォトポリマーは、モノマーの重合、拡散にともなう屈折率変化、密度変化により干渉縞を記録することができる材料であり、ハロゲン化銀や重クロム酸ゼラチン等の他のホログラム材料に比べて温度、湿度等の環境安全性に優れている。
【００３０】
図２は、本実施形態におけるホログラムの作成方法について説明するための図であり、図２（ａ）は、ホログラムの作成方法を説明するための図であり、図２（ｂ）は、作成されたホログラムを表す図である。図２（ａ）に示すように、ホログラムの作成は、例えば、ガラスなどの透明基板ＧＫに貼り付けたフォトポリマーＦＰに可干渉である２つの光束（参照光ＡＬ及び物体光ＢＬ）を入射し、２つの光束ＡＬ，ＢＬの干渉により生じる干渉縞をフォトポリマーＦＰに記録（露光）することにより行う。このようにして作成されたホログラムは、図２（ｂ）に示すように、屈折率が低い部分と屈折率が高い部分とが干渉縞として形成される。このようなホログラムの作成方法では、光束の波長及び入射角度を任意に設定することにより、記録される干渉縞のフリンジ（ピッチ、角度）を制御し、使用時の光線の反射波長及び反射角を任意に設定することができる。
【００３１】
図３は、本実施形態におけるホログラムの具体的な作成方法について説明するための図である。本実施形態におけるホログラムの作成方法は、図３に示すように、反射を低減するためのＡＲコートが施されたガラス基板ＧＫ、フォトポリマーＦＰ、バリア層ＢＳ及びミラーＭＲを順に配置し、レーザ発振器１５より５３２ｎｍのＹＡＧ（ＳＨＧ）レーザ光を露光量５〜１００ｍＪ／ｃｍ２程度で照射する。この際、レーザ発振器１５より放射されるレーザ光は、ビームエキスパンダ１６によりビーム径がフォトポリマーＦＰの大きさに応じて広げられる。フォトポリマーＦＰには、入射光（図２（ａ）における参照光に相当する）ＡＬと、ミラーＭＲによる反射光（図２（ｂ）における物体光に相当する）ＢＬとによって生じる干渉縞が記録される。本実施の形態では、入射角が４５°となる光束ＡＬを照射することによって、ミラーＭＲで反射した光束ＢＬは反射角が４５°で照射することとなり、波長５３２ｎｍの光に対して入射角を４５°、反射角を４５°とする回折光学素子を作成することができる。
【００３２】
その後、フォトポリマーＦＰに対して、ＵＶ照射（３５０〜３８０ｎｍ）を１０ｍＪ／程度行い、干渉縞の固定及び未露光範囲の露光を行う。さらに、フォトポリマーＦＰを１００〜１６０℃で２〜１２０分ベイクすることにより、干渉縞の屈折率差を増大させる。このように、本実施形態におけるホログラムの作成では、フォトポリマーＦＰの背面にミラーＭＲを配置することによって、レーザ光を１光束だけ入射することで干渉縞を容易に記録することができる。
【００３３】
なお、本実施形態においてレーザ発振器１５はＹＡＧレーザ光を照射するとしているが、本発明は特にこれに限定されず、例えば、Ａｒ（４７６，４８８，５１４．５ｎｍ）レーザ光及びＫｒ（６４７ｎｍ）レーザ光等を用いてもよく、励起光の波長に応じたレーザ光を適宜用いればよい。
【００３４】
図４は、本実施形態における作成方法で作成されたホログラフィック光学素子の回折効率について説明するための図であり、図４（ａ）は、ホログラフィック光学素子に入射する光の波長と回折効率との関係を表す図であり、図４（ｂ）は、ホログラフィック光学素子の反射及び透過について説明するための図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、例えば、ホログラフィック光学素子に入射する光線には、波長λＢの光線Ｂと、波長λＧの光線Ｇと、波長λＲの光線Ｒとがあり、波長λＧの光線Ｇを反射させるように上述の作成方法でホログラフィック光学素子を作成する。すなわち、図３において、フォトポリマーＦＰに対して波長λＧの光線Ｇを照射し、フォトポリマーＦＰに干渉縞を記録することによって、波長λＧの光線Ｇを反射するホログラフィック光学素子を作成する。波長λＧの光線Ｇを入射角θで入射した場合のホログラフィック光学素子の回折効率は、図４（ａ）に示すように、波長λＧ付近で放物線を描くこととなる。このようにして作成されたホログラフィック光学素子に対して、光線Ｇ、光線Ｂ及び光線Ｒを入射角θで照射した場合、当該ホログラフィック光学素子の回折効率が光線Ｇの波長λＧ付近に設定されているため、光線Ｇのみが反射され、光線Ｂ及び光線Ｒは透過することとなる。
【００３５】
このように、本実施形態におけるホログラフィック光学素子は、任意の波長の光を任意の方向へ反射させることができる。また、ホログラムは、露光とベイクによって容易に作成することができるため、多量生産に適しており、従来のように、多層膜を成膜することによって作成するバンドパスフィルタよりも低コストで作成することができる。
【００３６】
ここで、蛍光検出器の配置位置について説明する。図５は、蛍光検出器１４の配置位置について説明するための図である。試料Ｓから発光した蛍光は拡散するため、蛍光検出器１４を図１に示すように、励起光の反射方向に配置する必要はない。むしろ、光量の強い励起光の正反射方向に配置するよりも、それ以外の場所に配置するほうが蛍光検出時のノイズの発生を抑制することができる。
【００３７】
また、回折光学素子１２によって蛍光が反射されると、蛍光検出器１４で蛍光を測定することができないので、蛍光検出器１４は、蛍光の正反射方向以外の場所に配置することが好ましい。例えば、励起光が４９０ｎｍであり、蛍光が５１０ｎｍであり、回折光学素子１２は励起光を４５°で反射するように作成する場合、回折光学素子１２に３５°の入射角で入射してきた蛍光は回折光学素子１２によって反射される（図８参照）ため、蛍光検出器１４で検出することができない。なお、正反射方向とは、回折光学素子１２に光線が入射するとき、回折光学素子１２で最も効率よく反射されるよう回折光学素子１２に入射する光線の方向である。
【００３８】
このように、蛍光検出器１４は、蛍光の正反射方向、及び励起光の正反射方向以外の場所に配置することが好ましく、蛍光検出器１４を蛍光の正反射方向、及び励起光の正反射方向以外の場所に配置することによって、蛍光検出器１４におけるノイズを低減することができる。
【００３９】
次に、第１の実施形態における測定装置１０での蛍光の測定方法について図１を用いて説明する。
【００４０】
光源１１は、例えば４９０ｎｍの第１の波長を含む光を回折光学素子１２に向けて放射する。光源１１から放射された光は、回折光学素子１２に入射する。回折光学素子１２は、第１の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第１の波長以外の波長の光を透過させる。回折光学素子１２によって透過された光は、基準光検出器１３に入射する。基準光検出器１３は、光源１１から放射される光の光量を検出する。回折光学素子１２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第１の波長から例えば５１０ｎｍの第２の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子１２に入射する。回折光学素子１２は、第１の波長の励起光のみを反射させ、第２の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子１２によって透過された第２の波長の蛍光は、蛍光検出器１４に入射する。蛍光検出器１４は、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【００４１】
このように、光源１１から第１の波長の光を含む光が回折光学素子１２に向けて放射され、回折光学素子１２によって、光源１１から放射された光のうちの第１の波長の励起光が反射されて試料Ｓに導かれ、試料Ｓによって第１の波長から波長シフトした第２の波長の蛍光が透過されることで第１の波長の励起光と第２の波長の蛍光とが分離され、蛍光検出器１４によって、回折光学素子１２によって分離された第２の波長の蛍光が検出される。
【００４２】
したがって、従来のように、バンドパスフィルタによって行っていた第１の波長の励起光と第２の波長の蛍光との分離、及びハーフミラーによって行っていた光路の変更を回折光学素子１２で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の変形例について説明する。第１の実施形態では、光源１１は、励起光である第１の波長の光を含む光を放射するとしているが、光源１１は、励起光である第１の波長の光のみを放射してもよい。
【００４４】
図６は、第１の実施形態の変形例における測定装置の構成を示す側面図である。図６に示す測定装置２０は、光源２１、回折光学素子２２、基準光検出器２３及び蛍光検出器２４を備えて構成される。
【００４５】
光源２１は、例えば、レーザであり、励起光である第１の波長の光を放射する。光源２１は、第１の波長として、例えば、４９０ｎｍの波長の光を放射する。
【００４６】
回折光学素子２２は、例えば、ホログラフィック光学素子であり、光源２１から出た光のうち、第１の波長の光を試料Ｓに向けて反射させる部分２２１と、第１の波長の光を基準光検出器２３に向けて反射させる部分２２２とで構成される。すなわち、第１の波長の光を試料Ｓに向けて反射させる部分２２１は、入射角４５°、反射角４５°で作成され、第１の波長の光を基準光検出器２３に向けて反射させる部分２２２は、入射角４５°、反射角０°で作成される。
【００４７】
基準光検出器２３及び蛍光検出器２４は、図１に示す基準光検出器１３及び蛍光検出器１４の構成と同じであるので説明を省略する。
【００４８】
次に、第１の実施形態の変形例における測定装置２０での蛍光の測定方法について図６を用いて説明する。
【００４９】
光源２１は、例えば４９０ｎｍの第１の波長の光を回折光学素子２２に向けて放射する。光源２１から放射された光は、回折光学素子２２に入射する。回折光学素子２２は、第１の波長の光を励起光として試料Ｓに向けて反射させるとともに、第１の波長の光を基準光検出器２３に向けて反射させる。回折光学素子２２によって反射された光は、基準光検出器２３に入射する。基準光検出器２３は、光源２１から放射される光の光量を検出する。回折光学素子２２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第１の波長から例えば５１０ｎｍの第２の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子２２に入射する。回折光学素子２２は、第１の波長の励起光のみを反射させ、第２の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子２２によって透過された第２の波長の蛍光は、蛍光検出器２４に入射する。蛍光検出器２４は、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。第１の実施形態では、基準光の検出が励起波長以外の光に対してであったが、上記第１の実施形態の変形例では、励起光自身を基準光として検出することができ、光源の出力光量のフィードバックをより精密に行うことができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、回折光学素子は、光源から放射された第１の波長の光を反射させて試料に導き、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光を透過させることで第１の波長の光と第２の波長の光とを分離する例について説明しているが、本発明は特にこれに限定されず、回折光学素子は、光源から放射された第１の波長の光を透過させて試料に導き、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光を反射させることで第１の波長の光と第２の波長の光とを分離してもよい。この場合、図１に示す基準光検出器１３の位置に試料Ｓが配置され、図１に示す試料Ｓの位置に基準光検出器１３が配置され、光源１１は第１の波長の励起光を放射し、回折光学素子１２は、光源１１から放射された第１の波長の励起光を透過させて試料Ｓに導くとともに、試料Ｓによって第１の波長から波長シフトした第２の波長の蛍光を反射させる。すなわち、光源１１から放射された励起光は、回折光学素子１２を透過して試料Ｓに入射し、試料Ｓに励起光が放射されることによって発生する蛍光と、試料Ｓによって反射した励起光とが回折光学素子１２に入射する。そして、回折光学素子１２に入射した励起光は回折光学素子１２を透過し、蛍光のみが反射されて蛍光検出器１４に入射する。
【００５１】
（第２の実施形態）
ホログラフィック光学素子は、温度によって回折波長が変動する。これは、温度が上昇すると、ホログラムの干渉縞の間隔が伸びるためである。また、ホログラフィック光学素子は、励起光のホログラフィック光学素子への入射角度を変化させることにより、回折波長が変化する。これは、励起光が受けるホログラフィック光学素子の屈折率変動周期が変化するためである。そこで、第２の実施形態では、温度による回折波長の変動を相殺するように、ホログラフィック光学素子を移動させ、回折波長が一定になるようにする。
【００５２】
図７は、第２の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。図７に示す測定装置３０は、光源３１、回折光学素子３２、基準光検出器３３、蛍光検出器３４、温度センサ３５及び回折光学素子駆動回路３６を備えて構成される。
【００５３】
光源３１、回折光学素子３２、基準光検出器３３及び蛍光検出器３４は、図１に示す光源１１、回折光学素子１２、基準光検出器１３及び蛍光検出器１４と同じ構成であるので説明を省略する。
【００５４】
温度センサ３５は、測定装置３０内の温度を検出する。なお、回折光学素子３２の温度による回折波長変動量は温度センサの値から算出するため、温度センサ３５は、回折光学素子３２の近傍に配置することが好ましい。
【００５５】
回折光学素子駆動回路３６は、温度センサ３５によって検出される温度に基づいて回折光学素子３２の移動量を算出し、算出された移動量に基づいて回折光学素子３２を移動させる。なお、本実施形態では、回折光学素子３２は、光源３１の光軸方向に平行移動すると共に、光源３１の光軸上に設けられた回転軸を中心として回転することによって、回折光学素子３２に対する励起光の入射角度を変えてもよい。
【００５６】
図８は、ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角と回折波長との関係を表す図であり、図９は、ホログラフィック光学素子の温度依存性を表す図である。なお、図８における縦軸は回折波長（ｎｍ）を表し、横軸は入射角（度）を表している。また、図９における縦軸は回折波長（ｎｍ）を表し、横軸は温度（℃）を表している。
【００５７】
図８に示すように、ホログラフィック光学素子は、入射角が大きくなるにつれて回折波長が小さくなる。また、図９に示すように、ホログラフィック光学素子は、温度が高くなるにつれて回折波長が大きくなる。そこで、温度が常温よりも上がった場合、入射角４５°、反射角４５°で配置されている回折光学素子３２の入射角を４５°よりも大きくし、温度が常温よりも下がった場合、回折光学素子３２の入射角を４５°よりも小さくする。なお、本実施形態において常温は、２５℃に設定されている。
【００５８】
ここで、具体的な数値を用いて回折光学素子３２の駆動について説明する。図１０は、図７に示す測定装置３０の回折光学素子３２付近を拡大した図である。
【００５９】
例えば、光源３１から４９０ｎｍの光が放射される場合、温度が常温である２５℃から４５℃に変化すると、回折光学素子３２の回折波長は、４９０ｎｍから５００ｎｍに変化する。この１０ｎｍの波長変化を相殺するように、励起光の回折光学素子３２への入射角を４５°から５０°になるように回折光学素子３２を移動させる。すなわち、温度センサ３５は、装置内の温度を検出し、検出した温度を回折光学素子駆動回路３６に出力する。回折光学素子駆動回路３６は、検出された装置内の温度が４５℃である場合、１０ｎｍの波長変化を相殺するために、光源３１から放射される光の回折光学素子３２への入射角を４５°から５０°になるような駆動量を算出し、算出された駆動量に基づいて回折光学素子３２を移動させる。
【００６０】
なお、本実施形態では、温度センサ３５によって検出される温度と、回折光学素子３２の駆動量とが対応付けられたルックアップテーブル（ＬＵＴ）をメモリ（図示省略）に記憶している。したがって、回折光学素子駆動回路３６は、温度センサ３５によって検出された温度に基づいてメモリ内のＬＵＴを参照し、回折光学素子３２の駆動量を算出する。
【００６１】
次に、第２の実施形態における測定装置３０での蛍光の測定方法について図７を用いて説明する。
【００６２】
温度センサ３５は、装置内の温度を検出する。検出された温度は、回折光学素子駆動回路３６に出力される。回折光学素子駆動回路３６は、温度センサ３５より出力された装置内の温度に基づいて回折光学素子３２の駆動量を算出し、算出された駆動量で回折光学素子３２を移動させる。光源３１は、例えば４９０ｎｍの第１の波長を含む光を回折光学素子３２に向けて放射する。光源３１から放射された光は、回折光学素子３２に入射する。回折光学素子３２は、第１の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第１の波長以外の波長の光を透過させる。回折光学素子３２によって透過された光は、基準光検出器３３に入射する。基準光検出器３３は、光源３１から放射される光の光量を検出する。回折光学素子３２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第１の波長から例えば５１０ｎｍの第２の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子３２に入射する。回折光学素子３２は、第１の波長の励起光のみを反射させ、第２の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子３２によって透過された第２の波長の蛍光は、蛍光検出器３４に入射する。蛍光検出器３４は、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【００６３】
このように、回折光学素子３２の回折波長の温度依存性を相殺するために、回折光学素子３２を使用温度に応じて移動させる機構、すなわち、温度センサ３５と回折光学素子駆動回路３６とを備えることによって、使用温度によって回折波長が変化する回折光学素子３２を用いたとしても、回折光学素子３２を使用温度に応じて移動させることで常に所望する回折波長を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
【００６４】
なお、第２の実施形態では、光源３１は、励起光である第１の波長の光を含む光を放射するとしているが、光源３１は、励起光である第１の波長の光のみを放射してもよい。
【００６５】
また、回折光学素子は、光学的パワーを有してもよい。図１１は、回折光学素子が光学的パワーを有する場合における測定装置の構成を示す側面図である。図１１に示す測定装置４０は、光源４１、回折光学素子４２、基準光検出器４３及び蛍光検出器４４を備えて構成される。なお、光源４１、基準光検出器４３及び蛍光検出器４４の構成は図１に示す測定装置１０の構成と同じであるので説明を省略する。
【００６６】
回折光学素子４２は、例えば、ホログラフィック光学素子であり、光源４１から出た光のうち、第１の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第１の波長以外の波長の光を基準光検出器１３に向けて透過させる。さらに、回折光学素子４２は、光学的パワーを有している。例えば、光源４１と回折光学素子４２との距離が１０ｍｍのとき、回折光学素子４２の光学的パワーが焦点距離１０ｍｍとなるように回折光学素子４２を作成する。回折光学素子４２は、光源４１からの発散光を平行光にして試料Ｓに平行な励起光（第２の波長の光）を照射する。なお、光学的パワーを有する回折光学素子４２は、露光時に平行光ではなく発散光又は集光光を使用することによって容易に作成することが可能である。
【００６７】
このように、回折光学素子４２が光学的パワーを有することにより、第１の波長の励起光が発散する場合でもコリメータレンズを用いずに試料に平行光を照射することができ、第１の波長の光である励起光を効率よく試料Ｓに入射させることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、回折光学素子の波長選択性を利用して、複数の波長に回折ピークを有する回折光学素子に対して複数の方向から光を照射し、各々異なる特定の波長光束のみを試料に照射することで多波長計測を実現する。
【００６９】
図１２は、第３の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。図１２に示す測定装置５０は、第１の光源５１ａ、第２の光源５１ｂ、回折光学素子５２、第１の基準光検出器５３ａ、第２の基準光検出器５３ｂ及び蛍光検出器５４を備えて構成される。
【００７０】
第１の光源５１ａは、例えば、レーザであり、励起光である第１の波長の光を含む光を放射する。第２の光源５１ｂは、例えば、レーザであり、励起光である第３の波長の光を含む光を放射する。
【００７１】
回折光学素子５２は、例えば、ホログラフィック光学素子であり、第１の光源５１ａから出た光のうち、第１の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第１の波長以外の波長の光を第１の基準光検出器５３ａに向けて透過させる。また、回折光学素子５２は、例えば、ホログラフィック光学素子であり、第２の光源５１ｂから出た光のうち、第３の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第３の波長以外の波長の光を第２の基準光検出器５３ｂに向けて透過させる。
【００７２】
第１の基準光検出器５３ａは、第１の光源５１ａから放射される光の光量を検出する。第１の基準光検出器５３ａによって検出された光の光量は、第１の光源５１ａから放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００７３】
第２の基準光検出器５３ｂは、第２の光源５１ｂから放射される光の光量を検出する。第２の基準光検出器５３ｂによって検出された光の光量は、第２の光源５１ｂから放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００７４】
蛍光検出器５４は、励起光が試料Ｓに照射されることにより第１の波長から第２の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。また、蛍光検出器５４は、励起光が試料Ｓに照射されることにより第３の波長から第４の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。
【００７５】
次に、第３の実施形態における回折光学素子５２の具体的な構成について説明する。異なる複数の波長に回折ピークを有する回折光学素子５２は、各々異なる複数の波長により作成されたホログラフィック光学素子を多層に張り合わせる積層型構成や、複数の異なる波長により１枚の感材に複数のホログラムを多重記録することで作成可能となる。
【００７６】
図１３は、積層型の回折光学素子５２を用いた場合における測定装置の構成を示す側面図である。なお、図１３に示す測定装置５０の回折光学素子５２以外の構成は、図１２に示す測定装置５０と同じであるので説明を省略する。
【００７７】
回折光学素子５２は、第１の回折光学素子５２ａ及び第２の回折光学素子５２ｂとで構成される。第１の回折光学素子５２ａの一方の面は、第２の回折光学素子５２ｂの一方の面と張り合わされている。第１の回折光学素子５２ａは、第１の波長に回折ピークを有しており、第１の波長の光のみを試料Ｓの方向に反射させる。また、第２の回折光学素子５２ｂは、第３の波長に回折ピークを有しており、第３の波長の光のみを試料Ｓの方向に反射させる。すなわち、第１の光源５１ａから放射された光のうち、第１の波長の光のみが第１の回折光学素子５２ａによって試料Ｓに向けて反射され、第２の光源５１ｂから放射された光のうち、第３の波長の光のみが第２の回折光学素子５２ｂによって試料Ｓに向けて反射される。
【００７８】
次に、第３の実施形態における測定装置５０での蛍光の測定方法について説明する。
【００７９】
第１の波長の励起光で試料Ｓを照射し、試料Ｓによって第１の波長から第２の波長に波長シフトした蛍光を測定する場合、第１の光源５１ａは、第１の波長を含む光を第１の回折光学素子５２ａに向けて放射する。第１の光源５１ａから放射された光は、第１の回折光学素子５２ａに入射する。第１の回折光学素子５２ａは、第１の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第１の波長以外の波長の光を透過させる。第１の回折光学素子５２ａによって透過された光は、第２の回折光学素子５２ｂをさらに透過して第１の基準光検出器５３ａに入射する。第１の基準光検出器５３ａは、第１の光源５１ａから放射される光の光量を検出する。第１の回折光学素子５２ａによって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第１の波長から第２の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、第１の回折光学素子５２ａに入射する。第１の回折光学素子５２ａは、第１の波長の励起光のみを反射させ、第２の波長の蛍光は透過させる。第１の回折光学素子５２ａによって透過された第２の波長の蛍光は、第２の回折光学素子５２ｂをさらに透過して蛍光検出器５４に入射する。蛍光検出器５４は、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【００８０】
また、第３の波長の励起光で試料Ｓを照射し、試料Ｓによって第３の波長から第４の波長に波長シフトした蛍光を測定する場合、第２の光源５１ｂは、第３の波長を含む光を第１の回折光学素子５２ａに向けて放射する。第２の光源５１ｂから放射された光は、第１の回折光学素子５２ａに入射する。第１の回折光学素子５２ａに入射した光は、第１の回折光学素子５２ａを透過して第２の回折光学素子５２ｂに入射する。第２の回折光学素子５２ｂは、第３の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第３の波長以外の波長の光を透過させる。第２の回折光学素子５２ｂによって透過された光は、第２の基準光検出器５３ｂに入射する。第２の基準光検出器５３ｂは、第２の光源５１ｂから放射される光の光量を検出する。第２の回折光学素子５２ｂによって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第３の波長から第４の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、第１の回折光学素子５２ａに入射する。第１の回折光学素子５２ａに入射した光は、第１の回折光学素子５２ａを透過して第２の回折光学素子５２ｂに入射する。第２の回折光学素子５２ｂは、第３の波長の励起光のみを反射させ、第４の波長の蛍光は透過させる。第２の回折光学素子５２ｂによって透過された第４の波長の蛍光は、蛍光検出器５４に入射する。蛍光検出器５４は、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【００８１】
このように、測定する試料に応じて複数の光源５１ａ，５１ｂを順次切り替え、蛍光検出器５４の検出信号を計測することによって、コンパクトでシンプルな構成を維持しつつ、多波長計測に対応した構成とすることができる。
【００８２】
図１４は、複数のホログラムを多重記録した回折光学素子５２の作成方法について説明するための図であり、図１４（ａ）は、回折光学素子５２に複数のホログラムを多重記録する場合について説明するための図であり、図１４（ｂ）は、複数のホログラムが多重記録された回折光学素子５２の再生光について説明するための図である。
【００８３】
図１４（ａ）において、まず、各々波長の異なるレーザ光束（図示省略）を分岐させ、第１の波長の光を放射する第１の点光源５５ａと第３の点光源５５ｃとを作成し、第１の波長とは異なる波長の第３の波長の光を放射する第２の点光源５５ｂと第３の点光源５５ｃとを作成する。第３の点光源５５ｃは、各々波長の異なるレーザ光束を重畳した光源となっている。各点光源５５ａ，５５ｂ，５５ｃからの光束は、コリメータレンズ５６ａ，５６ｂ，５６ｃにより、それぞれ平行光にされ、ホログラム材料を照射する。
【００８４】
ここで、同じ波長同士の光束が各々干渉する。すなわち、第１の点光源５５ａからの第１の波長光束と、第３の点光源５５ｃからの第１の波長光束とが干渉し、第２の点光源５５ｂからの第３の波長光束と、第３の点光源５５ｃからの第３の波長光束とが干渉し、ホログラム感材上にそれぞれの干渉パターンに応じたフリンジが記録され、２つのホログラムが同時に記録される。
【００８５】
上記のようにして多重記録されたホログラムに対して、ホログラムの作成に用いた第１の点光源５５ａから放射される第１の波長光束と同じ光束を入射させた場合、図１４（ｂ）に示すように、ホログラム作成時の第３の点光源５５ｃより放射した第１の波長光束と同じ方向に再生光が発生する。同様に、ホログラムの作成に用いた第２の点光源５５ｂから放射される第３の波長光束と同じ光束を入射させた場合、図１４（ｂ）に示すように、ホログラム作成時の第３の点光源５５ｃより放射した第３の波長光束と同じ方向に再生光が発生する。第３の点光源５５ｃより放射する第１の波長光束と第３の波長光束とは方向が同じであるため、再生される第１の波長光束及び第３の波長光束も同じ方向となる。
【００８６】
このように、波長の異なる複数の光束を照射することによって作成されたホログラムを、図１２に示す回折光学素子５２として用いることによって、各々異なる波長を発生する複数の光源からの光束を同一の試料に照射することができる。
【００８７】
なお、本実施形態では、回折光学素子５２は、第１の波長及び第３の波長の２つの波長の光を試料Ｓに反射させるとしているが、本発明は特にこれに限定されず、３つ以上の波長の光を試料Ｓに反射させてもよい。
【００８８】
次に、第３の実施形態の変形例について説明する。上記第３の実施形態では、複数の異なる波長を各々反射させる回折光学素子５２として、複数のホログラム材料を多層に重ね合わせる構成と、１のホログラム材料に複数のホログラムを多重記録する構成とについて説明している。ところで、図８に示すように、回折光学素子は、入射角度により回折波長が変化するという特性を有している。そこで、第３の実施形態の変形例では、入射角度により回折波長が変化する回折光学素子の特性を利用し、それぞれ波長が異なる複数の光源からの光束が回折光学素子に入射する角度をそれぞれ異なるように配置するとともに、回折光学素子により反射された各々の励起光が同一試料に入射するように複数の光源を配置することによって、単色露光された１種類の回折光学素子を用いて多波長計測を実現する。
【００８９】
図１５は、第３の実施形態の変形例における測定装置の構成を示す側面図である。図１５に示す測定装置６０は、第１の光源６１ａ、第２の光源６１ｂ、第３の光源６１ｃ、回折光学素子６２、第１の基準光検出器６３ａ、第２の基準光検出器６３ｂ、第３の基準光検出器６３ｃ、第１の蛍光検出器６４ａ、第２の蛍光検出器６４ｂ及び第３の蛍光検出器６４ｃを備えて構成される。
【００９０】
第１の光源６１ａは、例えば、レーザであり、回折光学素子６２に対して第１の入射角度で入射するように、励起光である第１の波長の光を含む光を放射する。第２の光源６１ｂは、例えば、レーザであり、回折光学素子６２に対して第２の入射角度で入射するように、励起光である第３の波長の光を含む光を放射する。第３の光源６１ｃは、例えば、レーザであり、回折光学素子６２に対して第３の入射角度で入射するように、励起光である第５の波長の光を含む光を放射する。
【００９１】
回折光学素子６２は、例えば、ホログラフィック光学素子であり、第１の入射角度で入射する光については、第１の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させ、第２の入射角度で入射する光については、第３の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させ、第３の入射角度で入射する光については、第５の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させる。すなわち、回折光学素子６２は、第１の光源６１ａから出た光のうち、第１の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第１の波長以外の波長の光を第１の基準光検出器６３ａに向けて透過させる。また、回折光学素子６２は、第２の光源６１ｂから出た光のうち、第３の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第３の波長以外の波長の光を第２の基準光検出器６３ｂに向けて透過させる。さらに、回折光学素子６２は、第３の光源６１ｃから出た光のうち、第５の波長の光のみを試料Ｓに向けて反射させるとともに、第５の波長以外の波長の光を第３の基準光検出器６３ｃに向けて透過させる。
【００９２】
例えば、４８０ｎｍの第１の波長の光を試料Ｓに向けて反射させる場合、第１の光源６１ａから放射される光が回折光学素子６２に入射する入射角度を５０°となるように配置する。また、例えば、４９０ｎｍの第３の波長の光を試料Ｓに向けて反射させる場合、第２の光源６１ｂから放射される光が回折光学素子６２に入射する入射角度を４５°となるように配置する。さらに、例えば、５００ｎｍの第５の波長の光を試料Ｓに向けて反射させる場合、第３の光源６１ｃから放射される光が回折光学素子６２に入射する入射角度を４０°となるように配置する。このように第１の光源６１ａ、第２の光源６１ｂ、第３の光源６１ｃ及び回折光学素子６２を配置することによって、それぞれの励起光を試料Ｓに向けて反射させる構成が可能となる。
【００９３】
第１の基準光検出器６３ａは、第１の光源５１ａから放射される光の光量を検出する。第１の基準光検出器６３ａによって検出された光の光量は、第１の光源６１ａから放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００９４】
第２の基準光検出器６３ｂは、第２の光源５１ｂから放射される光の光量を検出する。第２の基準光検出器６３ｂによって検出された光の光量は、第２の光源６１ｂから放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００９５】
第３の基準光検出器６３ｃは、第３の光源５１ｃから放射される光の光量を検出する。第３の基準光検出器６３ｃによって検出された光の光量は、第３の光源６１ｃから放射される光の光量のばらつきの補正に用いられる。
【００９６】
第１の蛍光検出器６４ａは、励起光が試料Ｓに照射されることにより第１の波長から第２の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。
【００９７】
第２の蛍光検出器６４ｂは、励起光が試料Ｓに照射されることにより第３の波長から第４の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。
【００９８】
第３の蛍光検出器６４ｃは、励起光が試料Ｓに照射されることにより第５の波長から第６の波長に波長シフトした蛍光を検出し、検出された蛍光に基づいて試料Ｓに含まれる成分を分析する。
【００９９】
複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、それぞれ試料Ｓに励起光が照射される位置に配置され、複数の蛍光検出器６４ａ，６４ｂ，６４ｃは、それぞれ蛍光を検出することが可能な位置に配置される。
【０１００】
なお、本実施形態において、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の励起光は、それぞれ異なる波長の励起光である。
【０１０１】
次に、第３の実施形態の変形例における測定装置６０での蛍光の測定方法について説明する。
【０１０２】
第１の波長の励起光で試料Ｓを照射し、試料Ｓによって第１の波長から第２の波長に波長シフトした蛍光を測定する場合、第１の光源６１ａは、第１の波長を含む光を、第１の入射角度で回折光学素子６２に向けて放射する。第１の光源６１ａから放射された光は、回折光学素子６２に第１の入射角度で入射する。回折光学素子６２は、第１の入射角度で入射した光のうち、第１の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第１の波長以外の波長の光を透過させる。回折光学素子６２によって透過された光は、第１の基準光検出器６３ａに入射する。第１の基準光検出器６３ａは、第１の光源６１ａから放射される光の光量を検出する。回折光学素子６２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第１の波長から第２の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子６２に入射する。回折光学素子６２は、第１の波長の励起光のみを反射させ、第２の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子６２によって透過された第２の波長の蛍光は、第１の蛍光検出器６４ａに入射する。第１の蛍光検出器６４ａは、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【０１０３】
また、第３の波長の励起光で試料Ｓを照射し、試料Ｓによって第３の波長から第４の波長に波長シフトした蛍光を測定する場合、第２の光源６１ｂは、第３の波長を含む光を、第２の入射角度で回折光学素子６２に向けて放射する。第２の光源６１ｂから放射された光は、回折光学素子６２に第２の入射角度で入射する。回折光学素子６２は、第２の入射角度で入射した光のうち、第３の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第３の波長以外の波長の光を透過させる。回折光学素子６２によって透過された光は、第２の基準光検出器６３ｂに入射する。第２の基準光検出器６３ｂは、第２の光源６１ｂから放射される光の光量を検出する。回折光学素子６２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第３の波長から第４の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子６２に入射する。回折光学素子６２は、第３の波長の励起光のみを反射させ、第４の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子６２によって透過された第４の波長の蛍光は、第２の蛍光検出器６４ｂに入射する。第２の蛍光検出器６４ｂは、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【０１０４】
さらに、第５の波長の励起光で試料Ｓを照射し、試料Ｓによって第５の波長から第６の波長に波長シフトした蛍光を測定する場合、第３の光源６１ｃは、第５の波長を含む光を、第３の入射角度で回折光学素子６２に向けて放射する。第３の光源６１ｃから放射された光は、回折光学素子６２に第３の入射角度で入射する。回折光学素子６２は、第３の入射角度で入射した光のうち、第５の波長の光のみを励起光として試料Ｓに向けて反射させ、第５の波長以外の波長の光を透過させる。回折光学素子６２によって透過された光は、第３の基準光検出器６３ｃに入射する。第３の基準光検出器６３ｃは、第３の光源６１ｃから放射される光の光量を検出する。回折光学素子６２によって反射された励起光は試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した励起光は、試料Ｓによって反射すると共に、試料Ｓに含まれる蛍光発光体により第５の波長から第６の波長に波長シフト（励起）され蛍光として放射される。すなわち、試料Ｓによる反射光には、励起光と蛍光とが含まれることとなる。試料Ｓによって反射される励起光及び蛍光は、回折光学素子６２に入射する。回折光学素子６２は、第５の波長の励起光のみを反射させ、第６の波長の蛍光は透過させる。回折光学素子６２によって透過された第６の波長の蛍光は、第３の蛍光検出器６４ｃに入射する。第３の蛍光検出器６４ｃは、入射した蛍光に基づいて試料Ｓの成分を分析する。
【０１０５】
このように、複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃによって、それぞれ異なる波長の光が、それぞれ異なる入射角度で回折光学素子６２に向けて放射される。そして、回折光学素子６２によって、複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから放射された励起光が、入射角度に応じた回折波長で反射されて試料Ｓに導かれるとともに、試料Ｓによって波長シフトした蛍光が透過されることで、複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃから放射された励起光と試料によって波長シフトした蛍光とが分離される。そして、複数の蛍光検出器６４ａ，６４ｂ，６４ｃによって、回折光学素子６２によって分離され、試料Ｓによって波長シフトした蛍光が検出される。
【０１０６】
したがって、測定する試料に応じて複数の光源６１ａ，６１ｂ，６１ｃを順次切り替え、複数の蛍光検出器６４ａ，６４ｂ，６４ｃの検出信号を計測することによって、コンパクトでシンプルな構成を維持しつつ、多波長計測に対応した構成とすることができる。
【０１０７】
また、回折光学素子に入射する光の入射角度を、励起光の波長に応じて変化させることによって、回折光学素子の多重露光や複数の回折光学素子を張り合わせる必要がなくなり、単色露光された１種類の回折光学素子で多波長計測を実現することができる。
【０１０８】
さらに、従来、バンドパスフィルタによって行っていた励起光と蛍光との分離、及びハーフミラーによって行っていた光路の変更を回折光学素子６２で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができ、さらに、複数の波長の光を試料Ｓに照射することによって波長シフトした複数の蛍光を検出する多波長計測を装置の小型化を維持しつつ実現することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態では、励起光を試料に照射することによって発生する蛍光を測定する測定装置について説明しているが、本発明は特にこれに限定されず、励起光を試料に照射することによって発生するラマン散乱光を測定する測定装置に用いてもよく、励起光を試料に照射することによって波長シフトした光を測定する他の測定装置に用いてもよい。
【０１１０】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０１１１】
（１）少なくとも第１の波長の光を放射する光源と、
前記光源から放射された第１の波長の光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって第１の波長から波長シフトした第２の波長の光を透過又は反射させることで第１の波長の光と第２の波長の光とを分離する回折光学素子と、
前記回折光学素子によって分離された第２の波長の光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする測定装置。
【０１１２】
（２）前記回折光学素子は、体積位相型ホログラフィック光学素子であることを特徴とする上記（１）記載の測定装置。
【０１１３】
（３）前記回折光学素子の回折波長の温度依存性を相殺するために、前記回折光学素子を使用温度に応じて移動させる機構をさらに備えることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の測定装置。
【０１１４】
（４）装置内の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された温度に応じて前記回折光学素子の移動量を算出する移動量算出部と、
前記移動量算出部によって算出された移動量に基づいて前記回折光学素子を駆動する駆動部とをさらに備えることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の測定装置。
【０１１５】
（５）装置内の温度と、当該温度に応じた回折光学素子の移動量とを予め記憶する記憶部をさらに備え、
前記移動量算出部は、前記温度センサによって検出された温度に対応する前記移動量を記憶部から読み出して、前記回折光学素子の移動量とすることを特徴とする上記（４）記載の測定装置。
【０１１６】
（６）前記回折光学素子は、光学的パワーを有することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の測定装置。
【０１１７】
（７）前記光検出器は、第２の波長の光の正反射方向以外の場所に配置することを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の測定装置。
【０１１８】
（８）前記光検出器は、第１の波長の光の正反射方向以外の場所に配置することを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の測定装置。
【０１１９】
（９）それぞれ異なる波長の光を放射する複数の光源と、
前記複数の光源から放射された光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって波長シフトした光を透過又は反射させることで、前記複数の光源から放射された光と試料によって波長シフトした光とを分離する回折光学素子と、
前記回折光学素子によって分離され、試料によって波長シフトした光を検出する光検出器とを備え、
前記回折光学素子は、前記複数の光源から放射される光の複数の波長に対応する回折ピークを有することを特徴とする測定装置。
【０１２０】
（１０）それぞれ異なる波長の光を放射する複数の光源と、
前記複数の光源から放射された光を反射又は透過させて試料に導き、試料によって波長シフトした光を透過又は反射させることで、前記複数の光源から放射された光と試料によって波長シフトした光とを分離する回折光学素子と、
前記回折光学素子によって分離され、試料によって波長シフトした光を検出する光検出器とを備え、
前記回折光学素子は、前記複数の光源から放射される光の入射角度に応じた回折波長で、当該回折波長の光を反射させることを特徴とする測定装置。
【０１２１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、従来、バンドパスフィルタによって行っていた第１の波長と第２の波長との分離、及び光路の変更を回折光学素子で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができる。
【０１２２】
請求項２に記載の発明によれば、回折光学素子を体積位相型ホログラフィック光学素子にすることによって、特定波長の光のみを反射させる回折光学素子を容易に作成することができ、生産性が向上し、コストを削減することができる。
【０１２３】
請求項３に記載の発明によれば、回折光学素子の回折波長の温度依存性を相殺するために、回折光学素子を使用温度に応じて移動させる機構を備えることによって、使用温度によって回折波長が変化する回折光学素子を用いたとしても、回折光学素子を使用温度に応じて移動させることで常に所望する回折波長を得ることができ、測定精度を向上させることができる。
【０１２４】
請求項４に記載の発明によれば、回折光学素子が光学的パワーを有するので、第１の波長の光が発散する場合でもコリメータレンズを用いずに試料に平行光を照射することができる。
【０１２５】
請求項５に記載の発明によれば、従来、バンドパスフィルタによって行っていた第１の波長と第２の波長との分離、及び光路の変更を回折光学素子で行うことによって、装置の構成を簡素化することができ、装置自体を小型化することができ、さらに、複数の波長の光を試料に照射することによって波長シフトした複数の光を検出する多波長計測を装置の小型化を維持しつつ実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。
【図２】本実施形態におけるホログラムの作成方法について説明するための図である。
【図３】本実施形態におけるホログラムの具体的な作成方法について説明するための図である。
【図４】本実施形態における作成方法で作成されたホログラフィック光学素子の回折効率について説明するための図である。
【図５】蛍光検出器の配置位置について説明するための図である。
【図６】第１の実施形態の変形例における測定装置の構成を示す側面図である。
【図７】第２の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。
【図８】ホログラフィック光学素子に入射する光の入射角と回折波長との関係を表す図である。
【図９】ホログラフィック光学素子の温度依存性を表す図である。
【図１０】図７に示す測定装置の回折光学素子付近を拡大した図である。
【図１１】回折光学素子が光学的パワーを有する場合における測定装置の構成を示す側面図である。
【図１２】第３の実施形態における測定装置の構成を示す側面図である。
【図１３】積層型の回折光学素子を用いた場合における測定装置の構成を示す側面図である。
【図１４】複数のホログラムを多重記録した回折光学素子の作成方法について説明するための図である。
【図１５】第３の実施形態の変形例における測定装置の構成を示す側面図である。
【図１６】従来の測定装置の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１０  測定装置
１１  光源
１２  回折光学素子
１３  基準光検出器
１４  蛍光検出器
Ｓ  試料
【図１】
2004340733.tif 000003
【図２】
2004340733.tif 000004
【図３】
2004340733.tif 000005
【図４】
2004340733.tif 000006
【図５】
2004340733.tif 000007
【図６】
2004340733.tif 000008
【図７】
2004340733.tif 000009
【図８】
2004340733.tif 000010
【図９】
2004340733.tif 000011
【図１０】
2004340733.tif 000012
【図１１】
2004340733.tif 000013
【図１２】
2004340733.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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