分光器、及びこれを備えている顕微分光装置
【課題】 回折格子の偏光依存性による不具合を回避しつつ、大型化及びコスト増加を抑える。
【解決手段】 入力ファイバ１からの光を第１光路Ｃ１及び第２光路Ｃ２の2つの光路に分け、且つ各光路Ｃ１，Ｃ２の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光ビームスプリッタ板３と、第１光路Ｃ１中の光を第２光路Ｃ２中の光の偏光方向に揃えるフレネルロム1/2波長板５と、第１光路Ｃ１を進んだ光が回折格子６に入射する入射領域に対して、第２光路２Ｃを進んだ光が回折格子６に入射する入射領域が重なり合うように、第２光路Ｃ２を折り曲げる平面鏡４と、を備えている。
【解決手段】 入力ファイバ１からの光を第１光路Ｃ１及び第２光路Ｃ２の2つの光路に分け、且つ各光路Ｃ１，Ｃ２の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光ビームスプリッタ板３と、第１光路Ｃ１中の光を第２光路Ｃ２中の光の偏光方向に揃えるフレネルロム1/2波長板５と、第１光路Ｃ１を進んだ光が回折格子６に入射する入射領域に対して、第２光路２Ｃを進んだ光が回折格子６に入射する入射領域が重なり合うように、第２光路Ｃ２を折り曲げる平面鏡４と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力部からの光を分光する分光素子を備えている分光器、及びこれを備えている顕微分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光器用の分光素子として、回折格子が広く用いられている。この回折格子は、偏光依存性があり、入射光の電場振動方向が回折格子の刻線に平行なＰ偏光に比べて、回折格子の刻線に垂直なＳ偏光の方が、一般的に回折効率が高いとされている。特に、入射光の波長が回折格子の周期（刻線のピッチ）と同程度以上の長波長帯域では、上記傾向が顕著に現われる。これは、言い換えると、回折格子の周期が小さいものほど上記傾向が顕著に現われ、偏光依存性が高くなるということであり、高分解能の高い回折格子を用いる場合には、考慮すべき点である。
【０００３】
そこで、偏光方向の相違による回折効率の差異を解消するために、以下の特許文献１に開示されている技術がある。
【０００４】
この技術は、回折格子への入射光の偏光方向を揃えるものである。具体的には、入射ポートからの光を偏光ビームスプリッタで、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とに分け、Ｐ偏光の光を1/2板でＳ偏光にし、Ｓ偏光の光束と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光束を互いに平行に回折格子に導く技術である。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ 6,498,872 B2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に記載の技術では、回折格子への入射光の偏光方向が揃うので、回折格子の偏光依存性による不具合を回避できるものの、回折格子には、Ｓ偏光の光と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光とが、それぞれ、異なる領域に入射するため、回折格子が大型化し、結果として、装置の大型化及びコスト増加を招いてしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、分光素子の偏光依存性による不具合を回避しつつ、大型化及びコスト増加を抑えることができる分光器、及びこれを備えている顕微分光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】
【０００８】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明の分光器は、
入力部と、該入力部からの光を分光する分光素子と、該分光素子で分光された光を出射する出力部又は該分光素子で分光された光を受光する受光部と、を備えている分光器において、
前記入力部からの光を第１光路及び第２光路の2つの光路に分け、且つ各光路の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光分離素子と、前記第１光路中に配置され、該第１光路中の光を前記第２光路中の光の偏光方向に揃える偏光回転素子と、前記第１光路と前記第２光路のうちの一方の光路中に配置され、他方の光路を進んだ光が前記分光素子に入射する入射領域に対して、該一方の光路中を進んだ光が該分光素子に入射する入射領域の少なくとも一部が重なり合うように、該一方の光路の向きを変える光路偏向素子と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明の分光器は、
請求項１に記載の分光器において、
前記分光器は、複数の刻線が互いに平行に形成されている回折格子であり、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度とは、前記刻線が伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、該刻線を含む面内で異なる角度であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明の分光器は、
請求項２に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する角度とは、前記刻線を含む面内での該刻線に垂直な線を基準にした角度の絶対値が同じであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明の分光器は、
請求項１から３のいずれか一項に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が前記出力部又は前記受光部に入射する入射領域に対して、前記他方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が該出力部又は該受光部に入射する入射領域の少なくとも一部を重なり合わせる光学素子を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明の分光器は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明の分光器は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、入射面及び出射面を有する偏光ビームスプリッタキューブであり、前記偏光ビームスプリッタキューブの前記入射面は、前記出射面に対して傾いており、且つ入射光に対する角度が垂直ではないことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明の分光器は、
請求項１から６のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光回転素子は、フレネルロム１/２波長板であることを特徴とする。
【００１５】
前記課題を解決するための顕微分光装置は、
レーザ光源と、該レーザ光源からの光を観察面上に集光させる光学系と、観察面と共役な位置にピンホールが形成されているピンホール部材と、観察面からの反射光をピンホールで集光させることができる光学系と、を備えている共焦点顕微鏡と、請求項１から７のいずれか一項に記載の分光器と、を備え、
前記分光器の前記分光素子は、前記共焦点顕微鏡の前記ピンホールを通過した光を分光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、偏光分離素子で分けられた2つの光路を通る光は、光路偏光素子により、分光素子上でほぼ重なり合うので、分光素子の大型化を回避することができ、結果として、装置の大型化及びコスト増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態における分光器は、図１に示すように、入力ファイバ１と、入力ファイバ１からの光をコリメートするコリメートレンズ２と、コリメートされた光を第１光路Ｃ１及び第２光路Ｃ２の2つの光路に分け、且つ各光路Ｃ１，Ｃ２の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光ビームスプリッタ板３と、第１光路Ｃ１を経てきた光及び第２光路Ｃ２を経てきた光をそれぞれ分光する反射型回折格子６と、この回折格子６の刻線６ａと平行な回転軸を有する回折格子台７と、第１光路Ｃ１中の光を第２光路Ｃ２中の光の偏光方向に揃えるためのフレネルロム1/2波長板５と、第１光路Ｃ１を経た光が回折格子６に入射する入射領域に対して第２光路Ｃ２を経た光が回折格子６に入射する入射領域が重なるように、第２光路Ｃ２を曲げる平面鏡４と、回折格子６で分光された各波長域の光の強度を検出する光検出アレイ９と、第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光を光検出アレイ９の受光面で集光させる第1凹面鏡８ａと、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光を光検出アレイ９の受光面で集光させる第２凹面鏡８ｂと、を備えている。なお、以下の説明の都合上、コリメートレンズ２の光軸と平行な方向をＺ方向、コリメートレンズ２からの光が偏光ビームスプリッタ板３により反射される方向とＺ方向とに平行な面内でＺ方向に垂直な方向をＹ方向、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ板３は、平行平板ガラスに誘電体反射コーティングを施したもので、図２（ａ）に示すように、その入射面３ａに対する光の入射角度は６０°に設定されている。なお、入射角度とは、入射面の法線ｎに対する入射光の角度である。コリメートレンズ２からの光は、その一部が、この偏光ビームスプリッタ板３で反射してＳ偏光の光となり、ＹＺ平面に平行な第２光路Ｃ２を進み、残りの一部が、この偏光ビームスプリッタ板３を通過してＰ偏光の光となり、Ｚ方向に平行な第１光路Ｃ１を進む。なお、図２（ａ）は、本実施形態の分光器の要部をＸ方向から見た状態を示す図で、同図（ｂ）は、フレネルロム1/2波長板５をＺ方向から見た状態を示す図で、同図（ｃ）は、回折格子６をＺ方向から見た状態を示す図である。
【００２０】
フレネルロム1/2波長板５は、全反射を利用した複屈折素子で、波長依存性が極めて小さく、各種波長の光に対して用いることができる。このフレネルロム1/2波長板５では、入射面５ａから入射した光は、一平面上で４回反射して出射面５ｂから出射される。このフレネルロム1/2波長板５は、入射面５ａ及び出射面５ｂがＺ方向に対して垂直で且つ前述の一平面が図２（ｂ）に示すように、ＺＸ平面に対して４５°を成すように、設けられている。このように、フレネルロム1/2波長板５を設けることにより、偏光ビームスプリッタ板３を通過してＰ偏光の光になった光は、このフレネルロム1/2波長板５内での全反射１回につき、偏光方向がλ/8分変化して、合計で1/2分変化し、結果として、Ｓ偏光の光に変換される。このＳ偏光の光は、コリメートレンズ２の光軸上、言い換えると、Ｚ方向に平行な方向に進み、回折格子６に入射する。
【００２１】
第２光路Ｃ２を折り曲げる平面鏡４は、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が５６°になるように設けられている。仮に、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が６０°になるように、平面鏡４を設けた場合、この平面鏡４で反射したＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ板３を通過したＰ偏光の光束、及びフレネルロム1/2波長板５でＳ偏光に変換れた光の束に平行、つまりＺ方向に対して平行になる。これに対して、本実施形態では、前述したように、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が５６°になるように、平面鏡４を設けているため、この平面鏡４で反射された第２光路Ｃ２を進むＳ偏光の光束は、この平面鏡４から所定距離離れた位置で、第１光路Ｃ１を進んできたＳ偏光の光束と、８°の角度で交わることになる。この２つの光束が交わる位置に、前述の回折格子６が設けられている。したがって、回折格子６の受光面上での、第１光路Ｃ１を進んできたＳ偏光の入射領域と、第２光路Ｃ２を進んできたＳ偏光の入射領域とは重なり合う。このため、回折格子６のＹ方向の幅、言い換えると、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向の幅を狭くすることができる。
【００２２】
回折格子６は、その受光面に対する法線ｎが、ＺＸ平面に対して４°傾き（図２（ａ））、ＹＺ平面に対してθ傾き（図２（ｃ））、且つその刻線６ａが実質的にＹ方向に伸びるように、正確にはＹ方向に対して８°の角度を成す方向に伸びるように、設けられている。回折格子６は、以上のように設けられているため、ＹＺ平面内において、Ｐ偏光からＳ偏光に変換されてＺ方向に第１光路Ｃ１を進んできた光の回折格子６に対する入射角度が４°となり、第２光路Ｃ２を進んできたＳ偏光の回折格子６に対する入射角度が−４°となる。
【００２３】
すなわち、第１光路Ｃ１を進んだＳ偏光が回折格子６に入射する入射角度と、第２光路Ｃ２を進んだＳ偏光が回折格子６に入射する入射角度とは、いずれの光路Ｃ１，Ｃ２もＹＺ平面に平行であるため、回折格子６の刻線６ａに垂直な面内で同じ角度θであり、ＹＺ平面に平行な面内において第１光路Ｃ１に対して第２光路Ｃ２が８°の角度を成しているため、回折格子６の刻線６ａを含む面内で異なる角度であるものの、それらの絶対値は同じである。なお、Ｓ偏光のＹＺ平面に平行な面内での入射角度の絶対値は、第１光路Ｃ１と第２光路Ｃ２とにおいて、所定の公差の範囲内であれば問題ない。
【００２４】
ところで、回折格子６に光が入射する方向が、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に平行である場合には、基本的に、回折格子６から出射する各波長域の光の方向も、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に平行になる。この場合、回折格子６への入射角度をθ、回折格子６からの出射角度をφとすると、以下の式（１）で示される関係が成立する。
【００２５】
ｓinθ＋sinφ＝ｎλ ・・・・・・・・・（１）
但し、ｎ：回折格子の刻線の本数、λ：光の波長、である。
【００２６】
しかしながら、本実施形態では、回折格子６に光が入射する方向が、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に対して傾いているため、式（１）で示される関係が成立せず、以下の式（２）で示される関係が成立する。
【００２７】
（ｓinθ＋sinφ）cosη＝ｎλ ・・・・ （２）
但し、η：回折格子の刻線に垂直な面に対する入射光束の角度、つまり入射俯角度である。
【００２８】
本実施形態では、入射俯角度ηが±４°であるため、式（２）におけるcosηが0．9975≒１となり、実質的に無視でき、結局、本実施形態でも、式（１）の関係が成立することになる。但し、本実施形態において、式（１）の関係が成立するのは、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に対して、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度の絶対値（４°）と、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度の絶対値（４°）とが同じになるように、回折格子６の受光面をＸＹ平面に対して８°傾けているからであり、仮に、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度が０°で、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度−８°にした場合、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光に関しては、cosη（＝０°）が１になり、式（１）が成立するものの、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光に関しては、cosη（＝−８°）が0.990となり、場合によっては無視できなくなり、同一検出器上で検出される二つの光路を通ってきた二つの光の間に約1％の波長誤差が生じてしまう。
【００２９】
第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光は、図１に示すように、第1凹面鏡８ａで、光検出アレイ９の受光面上に集光され、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光は、第２凹面鏡８ｂで、同じく光検出アレイ９の受光面上の同一領域に集光される。
【００３０】
ところで、「背景技術」の欄で述べた特許文献１に記載の技術では、Ｓ偏光の光束と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光束とを互いに平行に回折格子に導いているため、回折格子で分光されたＳ偏光の各波長域の光束と、同じく回折格子で分光された元Ｐ偏光の各波長域の光束とは、互いに平行になり、これらの光束を、光検出アレイの受光面上の同一領域に集光させるためには、大型の凹面鏡一つか、軸外しの小型の凹面鏡を二つ設ける必要がある。これら大型の凹面鏡や軸外しの凹面鏡は、いずれも製作コストが嵩んでしまう。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、小型の２つの凹面鏡を用いるものの、第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光と、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光とは、互いに所定の角度、具体的には８°の角度を成し、さらに光検出器上に入射する際にも同様の角度を成すようにすることで、各凹面鏡を軸外しにする必要が無く、製作コストの増加を抑えることができる。
【００３２】
光検出アレイ９は、３２個のＰＭＴ（Photomultiplier Tube）を用いたものである。この複数のＰＭＴは、回折格子６の複数の刻線６ａが並んでいる方向、つまり回折格子６の光分散方向に並んでいる。このように、本実施形態では、光検出器として、複数の検出セルを持つ光検出アレイ９を用いているので、複数の波長域の光を同時に検出することができる。また、本実施形態では、回折格子６を載せている回折格子台７を回転させることで、この回折格子６に対する光の入射角度θ及び出射角度φが変わるため、光検出アレイ９で検出できる波長領域を変えることができる。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板３及びフレネルロム1/2波長板５を用いて、回折格子６に、偏光方向の揃った光を入射させているので、回折格子６の偏光依存性による不具合を解消することができる。しかも、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板で２つの光路Ｃ１，Ｃ２に分けられたそれぞれの光は、回折格子６の受光面上の同一領域に入射するので、回折格子６の大型化を回避することができ、分光器の大型化及びコスト増加を抑えることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、偏光分離素子として、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板３を用いているため、図３に示すように、この偏光ビームスプリッタ板３の入射面３ａから入射した光の一部が出射面３ｂで反射し、この光Ｌ２が入射面３ａで反射した後、出射面３ｂから出射しても、この光Ｌ２は、入射面３ａから入射して出射面３ｂを通過した光Ｌ１に対して、シフトしているため、光検出アレイ９の受光面上でゴーストとして現れるのを回避することができる。また、光検出器アレイ９の受光面で反射した光が、凹面鏡8ａ若しく8ｂ及び回折格子表面で反射して戻ってきても、再び光検出アレイ９の方向に反射されることがないため、ゴーストを回避することができる。特に、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板３への入射角度を４５°よりも大きな６０°にしているため、前述のシフトの量が大きくなり、ゴースト回避の効果が大きい。
【００３５】
なお、ゴースト回避の方法としては、以上のように、平行平板状の偏光ビームスプリンタ板３を大きく傾ける方法の他に、図４に示すように、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを用いる方法もある。具体的には、反射面３ｃが出射面３ｂに対して４５°の角度を成し、入射面３ａが出射面３ｂに対して僅かに傾いているものを用いる。この場合、この偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを、反射面３ｃに対する光の入射角度が４５°になるように設置し、この反射面３ｃで反射された光の向きを変える平面鏡４を、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａからの反射光の入射角度が４１°になるように設置すると、先の実施形態と同様に、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを直進した光と、平面鏡４で反射された光とが、８°の角度で交わることになる。このように、入射面３ａが出射面３ｂに対して傾いていると、この偏光ビームスプリッタキューブ３Ａの入射面３ａから入射した光の一部が出射面３ｂで反射し、この光Ｌ２が入射面３ａで反射した後、出射面３ｂから出射しても、この光Ｌ２は、入射面３ａから入射して出射面３ｂを通過した光Ｌ１に対して、一定の角度を成しているため、光検出アレイ９の受光面上でゴーストとして現れるのを回避することができる。また、光検出器アレイ９の受光面で反射した光が、凹面鏡8ａ若しく8ｂ及び回折格子表面で反射して戻ってきても、再び光検出アレイ９の方向に反射されることがないため、ゴーストを回避することができる。
【００３６】
また、以上の実施形態では、２つの光路Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ進んだ光が、回折格子６上の同一領域に入射するように、第２光路Ｃ２中に平面鏡４を設けたが、第１光路Ｃ１中に平面鏡４を設けてもよいことは言うまでもない。また、以上の実施形態では、回折格子６で分光された光を凹面鏡８ａ，８ｂで集光した後、光検出アレイ９で受光しているが、この光検出アレイ９の換わりに、特定の波長域の光を出射する出射スリットを設けてもよい。さらに、以上の実施形態では、第１光路Ｃ１を進んだ光が回折格子６に入射する入射角度と、第２光路Ｃ２を進んだ光が回折格子６に入射する入射角度とは、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、刻線６ａを含む面内で異なる角度であるが、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向に垂直な面内で異なる角度であり、刻線６ａを含む面内で実質的に同じ角度になるようにしてもよい。つまり、本実施形態の回折格子６の縦と横の関係が逆になるように回折格子６を設置してもよい。但し、本実施形態のように回折格子６を設置する方が、回折格子６において２次分散の違いを避けられることから、好ましい。
【００３７】
次に、以上で説明した分光器を用いた顕微分光装置の実施形態について、図５を用いて説明する。
【００３８】
本実施形態の顕微分光装置は、共焦点顕微鏡２０と、この共焦点顕微鏡２０からの光を分光して各波長域毎の光の強度を検出する前述の分光器１０と、この分光器１０からの出力を画像処理して、そのデータを表示装置３１に表示させると共に、共焦点顕微鏡２０の動作を制御するコントローラ３０と、を備えている。
【００３９】
共焦点顕微鏡２０は、レーザ光源２１と、このレーザ光源２１からの光を所定の位置まで導く光ファイバ２２と、光ファイバ２２から出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３でコリメートされたレーザ光を受けるダイクロイックミラー２４と、ダイクロイックミラー２４で反射されたレーザ光を試料Ｓ上で２次元的に走査するガルバノミラー２５と、このガルバノミラー２５からの光を試料Ｓの観察面上に集光させる対物レンズ２６と、試料Ｓの観察面と共役な位置に配置されているピンホール板２９と、試料Ｓの観察面で反射されたレーザ光をピンホール板２９のピンホールの位置に集光させる集光レンズ２８と、を備えている。
【００４０】
この共焦点顕微鏡２０の照明光学系は、レーザ光源２１、光ファイバ２２、コリメートレンズ２３、ダイクロイックミラー２４、ガルバノミラー２５、対物レンズ２６を有して構成され、この共焦点顕微鏡の観察光学系は、対物レンズ２６、ガルバノミラー２５、ダイクロイックミラー２４、集光レンズ２８を有して構成されている。したがって、照明光学系と観察光学系とは、対物レンズ２６、ガルバノミラー２５、ダイクロイックミラー２４を共有している。
【００４１】
共焦点顕微鏡２０のピンホールを通過した光は、分光器１０の入力ファイバ１により、分光器１０の内部に導かれる。分光器１０では、共焦点顕微鏡２０からの光を前述したように回折格子６６で分光し、各波長域の光の強度を光検出アレイ９９で検出する。
【００４２】
光検出アレイ９９は、この検出データをコントローラ３０に送る。コントローラ３０は、このデータに対して所定の画像処理を行った後、これを画像データとして、表示装置３１に送信する。
【００４３】
なお、この実施形態では、共焦点顕微鏡２０のビンホールを通過した光を入力ファイバ１で、分光器１０内に導いているが、ピンホールの位置にピンホールとして機能するスリットを形成し、この上に分光器１０を直接取り付け、このスリットを分光器１０の入力ポートにしてもよい。すなわち、分光器１０の入力部が共焦点顕微鏡２０のピンホールを兼ねるようにしてもよい。このように、共焦点顕微鏡２０の上に分光器１０を直接取り付ける場合には、前述したように、分光器１０を小型化できるというメリットが大きな意義を持つことになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る一実施形態としての分光器の斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態としての分光器を示す図で、同図（ａ）が分光器の要部側面図、同図（ｂ）がフレネルロム1/2波長板をＺ方向から見た状態を示す図で、同図（ｃ）が回折格子をＺ方向から見た状態を示す図である。
【図３】本発明に係る一実施形態としての偏光ビームスプリッタ板及びそこを通る光の光路を示す説明図である。
【図４】本発明に係る一実施形態の変形例としての分光器の要部側面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態としての顕微分光装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：入力ファイバ ２：コリメートレンズ
３：偏光ビームスプリッタ板 ３Ａ：偏光ビームスプリッタキューブ
４：平面鏡 ５：フレネルロム1/2波長板
６：回折格子 ６ａ：刻線
７：回折格子台 ８ａ，８ｂ：凹面鏡
９：光検出アレイ １０：分光器
２０：共焦点顕微鏡 ３０：コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力部からの光を分光する分光素子を備えている分光器、及びこれを備えている顕微分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光器用の分光素子として、回折格子が広く用いられている。この回折格子は、偏光依存性があり、入射光の電場振動方向が回折格子の刻線に平行なＰ偏光に比べて、回折格子の刻線に垂直なＳ偏光の方が、一般的に回折効率が高いとされている。特に、入射光の波長が回折格子の周期（刻線のピッチ）と同程度以上の長波長帯域では、上記傾向が顕著に現われる。これは、言い換えると、回折格子の周期が小さいものほど上記傾向が顕著に現われ、偏光依存性が高くなるということであり、高分解能の高い回折格子を用いる場合には、考慮すべき点である。
【０００３】
そこで、偏光方向の相違による回折効率の差異を解消するために、以下の特許文献１に開示されている技術がある。
【０００４】
この技術は、回折格子への入射光の偏光方向を揃えるものである。具体的には、入射ポートからの光を偏光ビームスプリッタで、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とに分け、Ｐ偏光の光を1/2板でＳ偏光にし、Ｓ偏光の光束と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光束を互いに平行に回折格子に導く技術である。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ 6,498,872 B2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に記載の技術では、回折格子への入射光の偏光方向が揃うので、回折格子の偏光依存性による不具合を回避できるものの、回折格子には、Ｓ偏光の光と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光とが、それぞれ、異なる領域に入射するため、回折格子が大型化し、結果として、装置の大型化及びコスト増加を招いてしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、分光素子の偏光依存性による不具合を回避しつつ、大型化及びコスト増加を抑えることができる分光器、及びこれを備えている顕微分光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】
【０００８】
前記課題を解決するための請求項１に係る発明の分光器は、
入力部と、該入力部からの光を分光する分光素子と、該分光素子で分光された光を出射する出力部又は該分光素子で分光された光を受光する受光部と、を備えている分光器において、
前記入力部からの光を第１光路及び第２光路の2つの光路に分け、且つ各光路の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光分離素子と、前記第１光路中に配置され、該第１光路中の光を前記第２光路中の光の偏光方向に揃える偏光回転素子と、前記第１光路と前記第２光路のうちの一方の光路中に配置され、他方の光路を進んだ光が前記分光素子に入射する入射領域に対して、該一方の光路中を進んだ光が該分光素子に入射する入射領域の少なくとも一部が重なり合うように、該一方の光路の向きを変える光路偏向素子と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明の分光器は、
請求項１に記載の分光器において、
前記分光器は、複数の刻線が互いに平行に形成されている回折格子であり、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度とは、前記刻線が伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、該刻線を含む面内で異なる角度であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明の分光器は、
請求項２に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する角度とは、前記刻線を含む面内での該刻線に垂直な線を基準にした角度の絶対値が同じであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明の分光器は、
請求項１から３のいずれか一項に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が前記出力部又は前記受光部に入射する入射領域に対して、前記他方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が該出力部又は該受光部に入射する入射領域の少なくとも一部を重なり合わせる光学素子を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明の分光器は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明の分光器は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、入射面及び出射面を有する偏光ビームスプリッタキューブであり、前記偏光ビームスプリッタキューブの前記入射面は、前記出射面に対して傾いており、且つ入射光に対する角度が垂直ではないことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明の分光器は、
請求項１から６のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光回転素子は、フレネルロム１/２波長板であることを特徴とする。
【００１５】
前記課題を解決するための顕微分光装置は、
レーザ光源と、該レーザ光源からの光を観察面上に集光させる光学系と、観察面と共役な位置にピンホールが形成されているピンホール部材と、観察面からの反射光をピンホールで集光させることができる光学系と、を備えている共焦点顕微鏡と、請求項１から７のいずれか一項に記載の分光器と、を備え、
前記分光器の前記分光素子は、前記共焦点顕微鏡の前記ピンホールを通過した光を分光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、偏光分離素子で分けられた2つの光路を通る光は、光路偏光素子により、分光素子上でほぼ重なり合うので、分光素子の大型化を回避することができ、結果として、装置の大型化及びコスト増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
本実施形態における分光器は、図１に示すように、入力ファイバ１と、入力ファイバ１からの光をコリメートするコリメートレンズ２と、コリメートされた光を第１光路Ｃ１及び第２光路Ｃ２の2つの光路に分け、且つ各光路Ｃ１，Ｃ２の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光ビームスプリッタ板３と、第１光路Ｃ１を経てきた光及び第２光路Ｃ２を経てきた光をそれぞれ分光する反射型回折格子６と、この回折格子６の刻線６ａと平行な回転軸を有する回折格子台７と、第１光路Ｃ１中の光を第２光路Ｃ２中の光の偏光方向に揃えるためのフレネルロム1/2波長板５と、第１光路Ｃ１を経た光が回折格子６に入射する入射領域に対して第２光路Ｃ２を経た光が回折格子６に入射する入射領域が重なるように、第２光路Ｃ２を曲げる平面鏡４と、回折格子６で分光された各波長域の光の強度を検出する光検出アレイ９と、第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光を光検出アレイ９の受光面で集光させる第1凹面鏡８ａと、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光を光検出アレイ９の受光面で集光させる第２凹面鏡８ｂと、を備えている。なお、以下の説明の都合上、コリメートレンズ２の光軸と平行な方向をＺ方向、コリメートレンズ２からの光が偏光ビームスプリッタ板３により反射される方向とＺ方向とに平行な面内でＺ方向に垂直な方向をＹ方向、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ板３は、平行平板ガラスに誘電体反射コーティングを施したもので、図２（ａ）に示すように、その入射面３ａに対する光の入射角度は６０°に設定されている。なお、入射角度とは、入射面の法線ｎに対する入射光の角度である。コリメートレンズ２からの光は、その一部が、この偏光ビームスプリッタ板３で反射してＳ偏光の光となり、ＹＺ平面に平行な第２光路Ｃ２を進み、残りの一部が、この偏光ビームスプリッタ板３を通過してＰ偏光の光となり、Ｚ方向に平行な第１光路Ｃ１を進む。なお、図２（ａ）は、本実施形態の分光器の要部をＸ方向から見た状態を示す図で、同図（ｂ）は、フレネルロム1/2波長板５をＺ方向から見た状態を示す図で、同図（ｃ）は、回折格子６をＺ方向から見た状態を示す図である。
【００２０】
フレネルロム1/2波長板５は、全反射を利用した複屈折素子で、波長依存性が極めて小さく、各種波長の光に対して用いることができる。このフレネルロム1/2波長板５では、入射面５ａから入射した光は、一平面上で４回反射して出射面５ｂから出射される。このフレネルロム1/2波長板５は、入射面５ａ及び出射面５ｂがＺ方向に対して垂直で且つ前述の一平面が図２（ｂ）に示すように、ＺＸ平面に対して４５°を成すように、設けられている。このように、フレネルロム1/2波長板５を設けることにより、偏光ビームスプリッタ板３を通過してＰ偏光の光になった光は、このフレネルロム1/2波長板５内での全反射１回につき、偏光方向がλ/8分変化して、合計で1/2分変化し、結果として、Ｓ偏光の光に変換される。このＳ偏光の光は、コリメートレンズ２の光軸上、言い換えると、Ｚ方向に平行な方向に進み、回折格子６に入射する。
【００２１】
第２光路Ｃ２を折り曲げる平面鏡４は、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が５６°になるように設けられている。仮に、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が６０°になるように、平面鏡４を設けた場合、この平面鏡４で反射したＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ板３を通過したＰ偏光の光束、及びフレネルロム1/2波長板５でＳ偏光に変換れた光の束に平行、つまりＺ方向に対して平行になる。これに対して、本実施形態では、前述したように、第２光路Ｃ２中のＳ偏光の入射角度が５６°になるように、平面鏡４を設けているため、この平面鏡４で反射された第２光路Ｃ２を進むＳ偏光の光束は、この平面鏡４から所定距離離れた位置で、第１光路Ｃ１を進んできたＳ偏光の光束と、８°の角度で交わることになる。この２つの光束が交わる位置に、前述の回折格子６が設けられている。したがって、回折格子６の受光面上での、第１光路Ｃ１を進んできたＳ偏光の入射領域と、第２光路Ｃ２を進んできたＳ偏光の入射領域とは重なり合う。このため、回折格子６のＹ方向の幅、言い換えると、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向の幅を狭くすることができる。
【００２２】
回折格子６は、その受光面に対する法線ｎが、ＺＸ平面に対して４°傾き（図２（ａ））、ＹＺ平面に対してθ傾き（図２（ｃ））、且つその刻線６ａが実質的にＹ方向に伸びるように、正確にはＹ方向に対して８°の角度を成す方向に伸びるように、設けられている。回折格子６は、以上のように設けられているため、ＹＺ平面内において、Ｐ偏光からＳ偏光に変換されてＺ方向に第１光路Ｃ１を進んできた光の回折格子６に対する入射角度が４°となり、第２光路Ｃ２を進んできたＳ偏光の回折格子６に対する入射角度が−４°となる。
【００２３】
すなわち、第１光路Ｃ１を進んだＳ偏光が回折格子６に入射する入射角度と、第２光路Ｃ２を進んだＳ偏光が回折格子６に入射する入射角度とは、いずれの光路Ｃ１，Ｃ２もＹＺ平面に平行であるため、回折格子６の刻線６ａに垂直な面内で同じ角度θであり、ＹＺ平面に平行な面内において第１光路Ｃ１に対して第２光路Ｃ２が８°の角度を成しているため、回折格子６の刻線６ａを含む面内で異なる角度であるものの、それらの絶対値は同じである。なお、Ｓ偏光のＹＺ平面に平行な面内での入射角度の絶対値は、第１光路Ｃ１と第２光路Ｃ２とにおいて、所定の公差の範囲内であれば問題ない。
【００２４】
ところで、回折格子６に光が入射する方向が、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に平行である場合には、基本的に、回折格子６から出射する各波長域の光の方向も、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に平行になる。この場合、回折格子６への入射角度をθ、回折格子６からの出射角度をφとすると、以下の式（１）で示される関係が成立する。
【００２５】
ｓinθ＋sinφ＝ｎλ ・・・・・・・・・（１）
但し、ｎ：回折格子の刻線の本数、λ：光の波長、である。
【００２６】
しかしながら、本実施形態では、回折格子６に光が入射する方向が、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に対して傾いているため、式（１）で示される関係が成立せず、以下の式（２）で示される関係が成立する。
【００２７】
（ｓinθ＋sinφ）cosη＝ｎλ ・・・・ （２）
但し、η：回折格子の刻線に垂直な面に対する入射光束の角度、つまり入射俯角度である。
【００２８】
本実施形態では、入射俯角度ηが±４°であるため、式（２）におけるcosηが0．9975≒１となり、実質的に無視でき、結局、本実施形態でも、式（１）の関係が成立することになる。但し、本実施形態において、式（１）の関係が成立するのは、回折格子６の刻線６ａに垂直な面に対して、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度の絶対値（４°）と、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度の絶対値（４°）とが同じになるように、回折格子６の受光面をＸＹ平面に対して８°傾けているからであり、仮に、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度が０°で、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光の入射俯角度−８°にした場合、第１光路Ｃ１で回折格子６に入射するＳ偏光に関しては、cosη（＝０°）が１になり、式（１）が成立するものの、第２光路Ｃ２で回折格子６に入射するＳ偏光に関しては、cosη（＝−８°）が0.990となり、場合によっては無視できなくなり、同一検出器上で検出される二つの光路を通ってきた二つの光の間に約1％の波長誤差が生じてしまう。
【００２９】
第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光は、図１に示すように、第1凹面鏡８ａで、光検出アレイ９の受光面上に集光され、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光は、第２凹面鏡８ｂで、同じく光検出アレイ９の受光面上の同一領域に集光される。
【００３０】
ところで、「背景技術」の欄で述べた特許文献１に記載の技術では、Ｓ偏光の光束と、Ｐ偏光からＳ偏光に変えられた光束とを互いに平行に回折格子に導いているため、回折格子で分光されたＳ偏光の各波長域の光束と、同じく回折格子で分光された元Ｐ偏光の各波長域の光束とは、互いに平行になり、これらの光束を、光検出アレイの受光面上の同一領域に集光させるためには、大型の凹面鏡一つか、軸外しの小型の凹面鏡を二つ設ける必要がある。これら大型の凹面鏡や軸外しの凹面鏡は、いずれも製作コストが嵩んでしまう。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、小型の２つの凹面鏡を用いるものの、第１光路Ｃ１を経て回折格子６で分光された光と、第２光路Ｃ２を経て回折格子６で分光された光とは、互いに所定の角度、具体的には８°の角度を成し、さらに光検出器上に入射する際にも同様の角度を成すようにすることで、各凹面鏡を軸外しにする必要が無く、製作コストの増加を抑えることができる。
【００３２】
光検出アレイ９は、３２個のＰＭＴ（Photomultiplier Tube）を用いたものである。この複数のＰＭＴは、回折格子６の複数の刻線６ａが並んでいる方向、つまり回折格子６の光分散方向に並んでいる。このように、本実施形態では、光検出器として、複数の検出セルを持つ光検出アレイ９を用いているので、複数の波長域の光を同時に検出することができる。また、本実施形態では、回折格子６を載せている回折格子台７を回転させることで、この回折格子６に対する光の入射角度θ及び出射角度φが変わるため、光検出アレイ９で検出できる波長領域を変えることができる。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板３及びフレネルロム1/2波長板５を用いて、回折格子６に、偏光方向の揃った光を入射させているので、回折格子６の偏光依存性による不具合を解消することができる。しかも、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板で２つの光路Ｃ１，Ｃ２に分けられたそれぞれの光は、回折格子６の受光面上の同一領域に入射するので、回折格子６の大型化を回避することができ、分光器の大型化及びコスト増加を抑えることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、偏光分離素子として、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板３を用いているため、図３に示すように、この偏光ビームスプリッタ板３の入射面３ａから入射した光の一部が出射面３ｂで反射し、この光Ｌ２が入射面３ａで反射した後、出射面３ｂから出射しても、この光Ｌ２は、入射面３ａから入射して出射面３ｂを通過した光Ｌ１に対して、シフトしているため、光検出アレイ９の受光面上でゴーストとして現れるのを回避することができる。また、光検出器アレイ９の受光面で反射した光が、凹面鏡8ａ若しく8ｂ及び回折格子表面で反射して戻ってきても、再び光検出アレイ９の方向に反射されることがないため、ゴーストを回避することができる。特に、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ板３への入射角度を４５°よりも大きな６０°にしているため、前述のシフトの量が大きくなり、ゴースト回避の効果が大きい。
【００３５】
なお、ゴースト回避の方法としては、以上のように、平行平板状の偏光ビームスプリンタ板３を大きく傾ける方法の他に、図４に示すように、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを用いる方法もある。具体的には、反射面３ｃが出射面３ｂに対して４５°の角度を成し、入射面３ａが出射面３ｂに対して僅かに傾いているものを用いる。この場合、この偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを、反射面３ｃに対する光の入射角度が４５°になるように設置し、この反射面３ｃで反射された光の向きを変える平面鏡４を、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａからの反射光の入射角度が４１°になるように設置すると、先の実施形態と同様に、偏光ビームスプリッタキューブ３Ａを直進した光と、平面鏡４で反射された光とが、８°の角度で交わることになる。このように、入射面３ａが出射面３ｂに対して傾いていると、この偏光ビームスプリッタキューブ３Ａの入射面３ａから入射した光の一部が出射面３ｂで反射し、この光Ｌ２が入射面３ａで反射した後、出射面３ｂから出射しても、この光Ｌ２は、入射面３ａから入射して出射面３ｂを通過した光Ｌ１に対して、一定の角度を成しているため、光検出アレイ９の受光面上でゴーストとして現れるのを回避することができる。また、光検出器アレイ９の受光面で反射した光が、凹面鏡8ａ若しく8ｂ及び回折格子表面で反射して戻ってきても、再び光検出アレイ９の方向に反射されることがないため、ゴーストを回避することができる。
【００３６】
また、以上の実施形態では、２つの光路Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ進んだ光が、回折格子６上の同一領域に入射するように、第２光路Ｃ２中に平面鏡４を設けたが、第１光路Ｃ１中に平面鏡４を設けてもよいことは言うまでもない。また、以上の実施形態では、回折格子６で分光された光を凹面鏡８ａ，８ｂで集光した後、光検出アレイ９で受光しているが、この光検出アレイ９の換わりに、特定の波長域の光を出射する出射スリットを設けてもよい。さらに、以上の実施形態では、第１光路Ｃ１を進んだ光が回折格子６に入射する入射角度と、第２光路Ｃ２を進んだ光が回折格子６に入射する入射角度とは、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、刻線６ａを含む面内で異なる角度であるが、回折格子６の刻線６ａが伸びている方向に垂直な面内で異なる角度であり、刻線６ａを含む面内で実質的に同じ角度になるようにしてもよい。つまり、本実施形態の回折格子６の縦と横の関係が逆になるように回折格子６を設置してもよい。但し、本実施形態のように回折格子６を設置する方が、回折格子６において２次分散の違いを避けられることから、好ましい。
【００３７】
次に、以上で説明した分光器を用いた顕微分光装置の実施形態について、図５を用いて説明する。
【００３８】
本実施形態の顕微分光装置は、共焦点顕微鏡２０と、この共焦点顕微鏡２０からの光を分光して各波長域毎の光の強度を検出する前述の分光器１０と、この分光器１０からの出力を画像処理して、そのデータを表示装置３１に表示させると共に、共焦点顕微鏡２０の動作を制御するコントローラ３０と、を備えている。
【００３９】
共焦点顕微鏡２０は、レーザ光源２１と、このレーザ光源２１からの光を所定の位置まで導く光ファイバ２２と、光ファイバ２２から出射されたレーザ光をコリメートするコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３でコリメートされたレーザ光を受けるダイクロイックミラー２４と、ダイクロイックミラー２４で反射されたレーザ光を試料Ｓ上で２次元的に走査するガルバノミラー２５と、このガルバノミラー２５からの光を試料Ｓの観察面上に集光させる対物レンズ２６と、試料Ｓの観察面と共役な位置に配置されているピンホール板２９と、試料Ｓの観察面で反射されたレーザ光をピンホール板２９のピンホールの位置に集光させる集光レンズ２８と、を備えている。
【００４０】
この共焦点顕微鏡２０の照明光学系は、レーザ光源２１、光ファイバ２２、コリメートレンズ２３、ダイクロイックミラー２４、ガルバノミラー２５、対物レンズ２６を有して構成され、この共焦点顕微鏡の観察光学系は、対物レンズ２６、ガルバノミラー２５、ダイクロイックミラー２４、集光レンズ２８を有して構成されている。したがって、照明光学系と観察光学系とは、対物レンズ２６、ガルバノミラー２５、ダイクロイックミラー２４を共有している。
【００４１】
共焦点顕微鏡２０のピンホールを通過した光は、分光器１０の入力ファイバ１により、分光器１０の内部に導かれる。分光器１０では、共焦点顕微鏡２０からの光を前述したように回折格子６６で分光し、各波長域の光の強度を光検出アレイ９９で検出する。
【００４２】
光検出アレイ９９は、この検出データをコントローラ３０に送る。コントローラ３０は、このデータに対して所定の画像処理を行った後、これを画像データとして、表示装置３１に送信する。
【００４３】
なお、この実施形態では、共焦点顕微鏡２０のビンホールを通過した光を入力ファイバ１で、分光器１０内に導いているが、ピンホールの位置にピンホールとして機能するスリットを形成し、この上に分光器１０を直接取り付け、このスリットを分光器１０の入力ポートにしてもよい。すなわち、分光器１０の入力部が共焦点顕微鏡２０のピンホールを兼ねるようにしてもよい。このように、共焦点顕微鏡２０の上に分光器１０を直接取り付ける場合には、前述したように、分光器１０を小型化できるというメリットが大きな意義を持つことになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る一実施形態としての分光器の斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態としての分光器を示す図で、同図（ａ）が分光器の要部側面図、同図（ｂ）がフレネルロム1/2波長板をＺ方向から見た状態を示す図で、同図（ｃ）が回折格子をＺ方向から見た状態を示す図である。
【図３】本発明に係る一実施形態としての偏光ビームスプリッタ板及びそこを通る光の光路を示す説明図である。
【図４】本発明に係る一実施形態の変形例としての分光器の要部側面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態としての顕微分光装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：入力ファイバ ２：コリメートレンズ
３：偏光ビームスプリッタ板 ３Ａ：偏光ビームスプリッタキューブ
４：平面鏡 ５：フレネルロム1/2波長板
６：回折格子 ６ａ：刻線
７：回折格子台 ８ａ，８ｂ：凹面鏡
９：光検出アレイ １０：分光器
２０：共焦点顕微鏡 ３０：コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部と、該入力部からの光を分光する分光素子と、該分光素子で分光された光を出射する出力部又は該分光素子で分光された光を受光する受光部と、を備えている分光器において、
前記入力部からの光を第１光路及び第２光路の2つの光路に分け、且つ各光路の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光分離素子と、
前記第１光路中に配置され、該第１光路中の光を前記第２光路中の光の偏光方向に揃える偏光回転素子と、
前記第１光路と前記第２光路のうちの一方の光路中に配置され、他方の光路を進んだ光が前記分光素子に入射する入射領域に対して、該一方の光路中を進んだ光が該分光素子に入射する入射領域の少なくとも一部が重なり合うように、該一方の光路の向きを変える光路偏向素子と、
を備えていることを特徴とする分光器。
【請求項２】
請求項１に記載の分光器において、
前記分光器は、複数の刻線が互いに平行に形成されている回折格子であり、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度とは、前記刻線が伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、該刻線を含む面内で異なる角度である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項３】
請求項２に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する角度とは、前記刻線を含む面内での該刻線に垂直な線を基準にした角度の絶対値が同じである、
ことを特徴とする分光器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が前記出力部又は前記受光部に入射する入射領域に対して、前記他方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が該出力部又は該受光部に入射する入射領域の少なくとも一部を重なり合わせる光学素子を備えている、
ことを特徴とする分光器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、入射面及び出射面を有する偏光ビームスプリッタキューブであり、
前記偏光ビームスプリッタキューブの前記入射面は、前記出射面に対して傾いており、且つ入射光に対する角度が垂直ではない、
ことを特徴とする分光器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光回転素子は、フレネルロム１/２波長板である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項８】
レーザ光源と、該レーザ光源からの光を観察面上に集光させる光学系と、観察面と共役な位置にピンホールが形成されているピンホール部材と、観察面からの反射光をピンホールで集光させることができる光学系と、を備えている共焦点顕微鏡と、
請求項１から７のいずれか一項に記載の分光器と、
を備え、
前記分光器の前記分光素子は、前記共焦点顕微鏡の前記ピンホールを通過した光を分光する、
ことを特徴とする顕微分光装置。
【請求項１】
入力部と、該入力部からの光を分光する分光素子と、該分光素子で分光された光を出射する出力部又は該分光素子で分光された光を受光する受光部と、を備えている分光器において、
前記入力部からの光を第１光路及び第２光路の2つの光路に分け、且つ各光路の光を互いに異なる方向に偏光させる偏光分離素子と、
前記第１光路中に配置され、該第１光路中の光を前記第２光路中の光の偏光方向に揃える偏光回転素子と、
前記第１光路と前記第２光路のうちの一方の光路中に配置され、他方の光路を進んだ光が前記分光素子に入射する入射領域に対して、該一方の光路中を進んだ光が該分光素子に入射する入射領域の少なくとも一部が重なり合うように、該一方の光路の向きを変える光路偏向素子と、
を備えていることを特徴とする分光器。
【請求項２】
請求項１に記載の分光器において、
前記分光器は、複数の刻線が互いに平行に形成されている回折格子であり、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度とは、前記刻線が伸びている方向に垂直な面内で実質的に同じ角度であり、該刻線を含む面内で異なる角度である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項３】
請求項２に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する入射角度と、前記他方の光路を進んだ光が前記回折格子に入射する角度とは、前記刻線を含む面内での該刻線に垂直な線を基準にした角度の絶対値が同じである、
ことを特徴とする分光器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の分光器において、
前記一方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が前記出力部又は前記受光部に入射する入射領域に対して、前記他方の光路を進んで前記分光素子で分光された光が該出力部又は該受光部に入射する入射領域の少なくとも一部を重なり合わせる光学素子を備えている、
ことを特徴とする分光器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、平行平板形状の偏光ビームスプリッタ板である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光分離素子は、入射面及び出射面を有する偏光ビームスプリッタキューブであり、
前記偏光ビームスプリッタキューブの前記入射面は、前記出射面に対して傾いており、且つ入射光に対する角度が垂直ではない、
ことを特徴とする分光器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の分光器において、
前記偏光回転素子は、フレネルロム１/２波長板である、
ことを特徴とする分光器。
【請求項８】
レーザ光源と、該レーザ光源からの光を観察面上に集光させる光学系と、観察面と共役な位置にピンホールが形成されているピンホール部材と、観察面からの反射光をピンホールで集光させることができる光学系と、を備えている共焦点顕微鏡と、
請求項１から７のいずれか一項に記載の分光器と、
を備え、
前記分光器の前記分光素子は、前記共焦点顕微鏡の前記ピンホールを通過した光を分光する、
ことを特徴とする顕微分光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５３５８７（Ｐ２００６−１５３５８７Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２７１８（Ｐ２００４−３４２７１８）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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