試料評価方法および試料評価装置
【課題】簡単な構成で、試料内の空間的に異なる複数の測定点における応答光を、同時にかつ連続的に検出でき、試料を高精度で評価できる試料評価装置を提供する。
【解決手段】試料16にマルチモードの励起光を集光して、試料16の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系(11,14,15)と、複数の集光スポットの形成位置において試料16から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子20,22を有する検出部(18,19,21)と、を備える。
【解決手段】試料16にマルチモードの励起光を集光して、試料16の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系(11,14,15)と、複数の集光スポットの形成位置において試料16から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子20,22を有する検出部(18,19,21)と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料評価方法および試料評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料評価方法として、例えば、溶液または生体試料内の分子の運動を解析する蛍光相関分析法（ＦＣＳ法）が知られている。蛍光相関分析法は、ブラウン運動などの粒子の拡散運動に関する解析に古くから用いられている。例えば、図１３に示すように、希薄な蛍光分子１０１の溶液１０２に、細いレーザ励起光ビーム１０３を集光させて、蛍光強度を長時間測定すると、測定される蛍光強度は、測定領域内の蛍光分子数に比例する。したがって、揺らぎの大きは、測定領域内の蛍光分子数をＮとして、Ｓ／Ｎで表現すると、（１／Ｎ）１／２となる。
【０００３】
蛍光相関分析法は、このように蛍光の小さな揺らぎの大きさと、後述する時間相関とを計測する方法である。この計測法において、物理量である蛍光相関関数が１／２に減少する時間、すなわち相関時間τ０は、次式で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
上記式（１）において、Ｄは蛍光分子の並進拡散係数であり、Ｗはレーザビームの動径方向の強度分布関数がガウス分布であるときのビーム半径である。このτ０は、物理的には、蛍光分子が拡散によってレーザ励起光ビーム１０３を横切る時間に相当する。
【０００６】
蛍光の揺らぎを測定する場合、通常、蛍光を光電子増倍管で受光して、その出力電流ｆ（ｔ）を測定する。この場合、出力電流ｆ（ｔ）は、レーザ光の強度が極端に大きくなければ、蛍光量に比例する。したがって、蛍光相関関数は、このｆ（ｔ）について時間（Ｔ）に関する相関関数を求めることに他ならない。この蛍光相関関数をＧ（τ）とすると、Ｇ（τ）は次式で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
また、レーザ強度がガウス分布に近い場合、蛍光相関関数Ｇ（τ）は、次式のようになる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
前述したように、蛍光相関分析法は、蛍光性分子の並進拡散係数（数１におけるＤ）が得られる物理量を測定するものであるが、基本的には、蛍光の揺らぎを与える熱力学量であれば、どんな量でも同じ原理で測定することができる。例えば、蛍光分子が流動してレーザビームを横切れば、蛍光の揺らぎを観測することができる。また、化学反応などで蛍光性分子が他の分子と結合すれば、その結合した分子の速度を揺らぎとして観測することができる。これにより、化学反応の進行をリアルタイムで知ることが可能となる。
【００１１】
また、蛍光の偏光を解析すれば、分子の回転運動を測定することもできる。さらに、Ｇ（τ）の強度から、観察領域に存在する分子数を直接測定することもできる。具体的には、図１３において、期待する揺らぎ現象が完結するような特定の計測時間（Ｔ）内の揺らぎ関数ｆ（ｔ）を測定し、その測定した揺らぎ関数ｆ（ｔ）から上記式（２）を用いて蛍光相関関数Ｇ（τ）を求めればよい。なお、図１３において、レーザ励起光ビーム１０３の光源としては、一般に、アルゴンレーザやクリプトンレーザの連続発振レーザが用いられる。
【００１２】
図１４は、従来の蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、例えば特許文献１に開示されているもので、励起光源としてアルゴンレーザ等の連続発振レーザ１１１が用いられる。連続発振レーザ１１１から射出されたレーザビームは、ビームスプリッタ１１２を透過してレンズ１１３により蛍光色素を含有した観察試料溶液１１４に集光照射される。これにより、蛍光色素は励起されて、蛍光を発生する。
【００１３】
観察試料溶液１１４から発生した蛍光は、レンズ１１３により平行光にされた後、ビームスプリッタ１１２で反射され、さらに、レンズ１１５により集光されてピンホール１１６を経て、光電子増倍管やＣＣＤ等の検出器１１７で検出される。この光検出器１１７の出力は、プリアンプ１１８で増幅された後、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器１１９によりデジタルデータに変換されて、時系列データとしてコンピュータ１２０のメモリに取り込まれる。そして、コンピュータ１２０により、上記式（２）に従って蛍光相関関数Ｇ（τ）が計算される。
【００１４】
ところで、蛍光相関分析法による分析機能として、近年では、さらに高度な機能が要求されている。例えば、蛍光相関分析法が広く応用されている生物分野では、細胞内の代謝現象を解明する機能が要求されている。ここで、細胞内の代謝現象の多くは、細胞膜を挟む内側と外側とで顕著に発現する。このため、細胞内の代謝現象を解明するためには、空間的に微少量離れた細胞の内外の蛍光相関関数を同時に計測して、それらの比較に基づいて代謝物質の挙動を解明することが要求される。
【００１５】
しかしながら、図１４に示したような従来の蛍光相関分析装置は、連続発振レーザから射出されたレーザビームを、観察試料溶液に集光して、その集光点の１点における蛍光相関関数を計測するものであり、細胞膜を挟んだ任意の距離の複数点における蛍光相関関数を同時に計測することはできない。そのため、空間的に異なる測定点における蛍光相関関数を同時に計測でき、細胞内の代謝現象を分析できるような機能を有する蛍光相関分析法の開発が望まれている。
【００１６】
このような要望に応えるものとして、本出願人は、例えば特許文献２において、時系列に複数の測定点での蛍光相関分析を可能とした蛍光相関分析装置を既に提案している。この蛍光相関分析装置は、励起光を複数の測定点の各々に所定時間停止させながら順次繰り返し移動させ、その各測定点において検出される蛍光強度の断続的な時系列信号に基づいて蛍光相関分析を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−２７２３４６号公報
【特許文献２】特許第３９８４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記特許文献２に開示の蛍光相関分析装置は、複数の測定点での蛍光相関分析が可能であるものの、複数の測定点で検出される蛍光強度は、それぞれ異なるタイミングで検出された断続的な時系列信号である。このため、蛍光相関に基づく分析精度が低下することが懸念される。また、励起光を複数の測定点に順次移動させるための走査機構を要するため、構成が複雑化することが懸念される。なお、このような試料内の異なる測定点における同時刻での応答光（被測定光）に基づく試料の評価法は、蛍光に限らず、散乱光等の他の応答光を検出して行われる場合もある。
【００１９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単な構成で、試料の空間的に異なる複数の測定点における応答光を、同時にかつ連続的に検出でき、試料を高精度で評価可能な試料評価方法および試料評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する第１の観点に係る試料評価方法の発明は、
試料にマルチモードの励起光を集光して、該試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、該複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出して、該複数の応答光に基づいて前記試料を評価する、ことを特徴とするものである。
【００２１】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る試料評価方法において、
前記応答光は、前記試料から放出される蛍光である、ことを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、上記目的を達成する第３の観点に係る試料評価装置の発明は、
試料にマルチモードの励起光を集光して、前記試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系と、
前記複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子を有する検出部と、
を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
第４の観点に係る発明は、第３の観点に係る試料評価装置において、
前記検出部は、前記応答光として前記試料から放出される蛍光を検出する、ことを特徴とするものである。
【００２４】
第５の観点に係る発明は、第３または４の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、
シングルモードの励起光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源からの励起光をマルチモードにビーム整形するビーム整形光学系とを有する、ことを特徴とするものである。
【００２５】
第６の観点に係る発明は、第３乃至５のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記励起光の光路と前記試料とを相対的に変位させて、前記励起光による前記試料の照明領域を変更する照明領域変更部を有する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
第７の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、同心円状の少なくとも２つの領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２７】
第８の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記励起光の位相が前記照明光学系の光軸周りを２πで周回する放射状の複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２８】
第９の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記励起光の電場ベクトルを中央部と周辺部とで反対方向に向ける複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
第１０の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３０】
第１１の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が前記励起光の電場ベクトルを反対方向に向けるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
第１２の観点に係る発明は、第５乃至１１のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光を位相変調する液晶空間変調器を有し、
該液晶空間変調器は、当該液晶空間変調器の液晶面に与えられる位相パターンにより、前記試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成するように、前記励起光を位相変調する、ことを特徴とするものである。
【００３２】
第１３の観点に係る発明は、第３の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、マルチモードの励起光を射出するレーザ光源を有し、
該レーザ光源からの励起光を前記試料に集光させて、該試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３３】
第１４の観点に係る発明は、第３乃至１３のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記検出部は、
前記照明光学系によって形成される集光スポットの数に応じて、前記試料からの応答光の検出光路を複数の光路に分離する光路分離光学系と、
該光路分離光学系で分離された前記複数の検出光路から、それぞれ異なる前記集光スポットからの応答光を分離して抽出する複数のピンホールと、を有し、
該複数のピンホールでそれぞれ抽出される前記集光スポットからの応答光を、前記複数の光検出素子で独立して検出する、ことを特徴とするものである。
【００３４】
第１５の観点に係る発明は、第１４の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、前記励起光の開口数を制御する開口数制御部を有し、
前記検出部は、前記開口数制御部による前記励起光の開口数の制御に同期して、前記複数のピンホールの位置および／または径を制御するピンホール制御部を有する、
ことを特徴とするものである。
【００３５】
第１６の観点に係る発明は、第３乃至１５のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記光検出素子は、一光子型の光検出素子からなる、ことを特徴とするものである。
【００３６】
第１７の観点に係る発明は、第１６の観点に係る試料評価装置において、
前記光検出素子は、アバランシュフォトダイオードまたは光電子増倍管からなる、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、試料にマルチモードの励起光を集光して、試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、これにより各集光スポット位置の試料から発生する応答光を同時に独立して検出するので、走査機構を要することなく、簡単な構成で、試料の空間的に異なる複数の測定点における応答光を、同時にかつ連続的に検出でき、試料を高精度で評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図２】図１に示す位相変調素子の一例の構成を示す図である。
【図３】第１実施の形態による励起光の集光ビーム形状を模式的に拡大して示す図である。
【図４】図３に示す集光ビームの強度分布を解析する説明図である。
【図５】図３に示す集光ビームの光軸上および焦点面上での強度プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な位相変調素子の一例の構成を示す図である。
【図８】第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な位相変調素子の他の二つの例の構成を示す図である。
【図９】第３実施の形態の変形例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図１１】本発明の第５実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な偏光制御素子の三つの例の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図１３】蛍光相関分析法を説明するための図である。
【図１４】従来の蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を蛍光相関分析装置に適用した場合を例示するが、本発明は蛍光相関分析装置に限らず、試料を評価する種々の装置に適用できるものである。
【００４０】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。図１において、レーザ光源（例えば、Ｋｒレーザ）１１から射出されるコヒーレントなレーザ照明光は、ダイクロイックプリズム１３で反射される。本実施の形態では、レーザ光源１１から光強度分布が単一モードの励起光を射出する。本明細書では、光強度分布が単一モードの励起光を、シングルモードの励起光と称する。ダイクロイックプリズム１３で反射されたシングルモードの励起光は、ビーム整形光学系を構成する位相変調素子１４により位相が空間変調されて、光強度分布が多モードの励起光に変換される。本明細書では、光強度分布が多モードの励起光を、マルチモードの励起光と称する。位相変調素子１４によりマルチモード化された励起光は、対物レンズ１５により蛍光色素を含有する観察試料溶液１６に集光して照射される。
【００４１】
また、励起光の照射により観察試料溶液１６から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ１５により捕集されて、位相変調素子１４を経てダイクロイックプリズム１３を透過する。そして、投影レンズ１７を経て光路分離光学系を構成するハーフプリズム１８により２分され、その一方の蛍光がピンホール１９を経て光検出素子２０により検出され、他方の蛍光がピンホール２１を経て光検出素子２２により検出される。なお、ピンホール１９，２１は、光軸方向の位置および／または径が、公知の機構により調整可能に構成されている。
【００４２】
したがって、図１においては、レーザ光源１１、ダイクロイックプリズム１３、位相変調素子１４および対物レンズ１５により、照明光学系が構成されている。また、対物レンズ１５、位相変調素子１４、ダイクロイックプリズム１３、投影レンズ１７、ハーフプリズム１８、ピンホール１９，２１、および光検出素子２０，２２により、検出部が構成されている。なお、光検出素子２０，２２の各々は、例えば、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管を用いて構成される。
【００４３】
光検出器２０，２２の出力は、それぞれプリアンプ２３，２４で増幅された後、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器２５，２６によりデジタルデータに変換されて、時系列データとしてコンピュータを含む解析部２７に同時に取り込まれる。
【００４４】
本実施の形態において、ビーム整形光学系である位相変調素子１４は、例えば、図２に示すように、入射する励起光に対して中央部１４ａと周辺部１４ｂとで（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）、つまり位相差λ／２（位相角π）を与えるように、輪帯状に構成される。この位相変調素子１４は、例えば、ガラス基板等の光学基板上にフッ化マグネシウム等の高屈折率の光学薄膜を蒸着したり、光学基板を直接エッチングしたりして形成することができる。
【００４５】
このように構成された位相変調素子１４を用いて、励起光の位相を空間変調して、つまりマルチモード化して、対物レンズ１５により集光すると、対物レンズ１５の焦点の近傍において、図３に模式的に拡大して示すように、光の干渉により励起光が当たらない微小な３次元ダークホール２８ａを有する集光ビーム２８が形成される。そして、光軸を含む強度分布として、焦点ｆの前後（ｚ１、ｚ２）に強い集光スポットが現れる強度分布が得られる。本実施の形態では、この光軸上で離間した２点（ｚ１、ｚ２）の集光スポットをプローブとして利用する。
【００４６】
このため、図１の蛍光相関分析装置においては、一方のピンホール１９が、例えば図３の集光スポット位置ｚ１と共焦点関係に配置され、他方のピンホール２１が、図３の集光スポット位置ｚ２と共焦点関係に配置されて、それぞれのピンホール１９，２１を透過した蛍光が、対応する光検出素子２０，２２により同時に検出される。
【００４７】
これにより、光検出素子２０，２２から得られる出力信号（蛍光強度）に基づいて、解析部２７において、上述した公知の方法で、観察試料溶液１６の空間的に異なる位置（ｚ１、ｚ２）の蛍光の揺らぎ、すなわち蛍光相関関数を同時に測定することができる。また、光検出素子２０，２２の一方から得られる蛍光強度をＩＡ（ｔ）、他方から得られる蛍光強度をＩＢ（ｔ）とするとき、これらＩＡ（ｔ）およびＩＢ（ｔ）に基づいて、解析部２７で下記の式（４）を演算することにより、蛍光相互相関分析法（ＦＣＣＳ法）による相互相関関数ｇ（τ）を算出することができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
さらに、共焦点蛍光コインシデンス分析法（ＣＦＣＡ法）により、光検出素子２０，２２から得られる出力信号（蛍光強度）に基づいて、解析部２７により二つの蛍光分子からの蛍光揺らぎの一致度をハイスループットで検出することができる。
【００５０】
ここで、図３に示した集光ビーム２８の強度分布について考察する。なお、位相変調素子１４は、図４に説明図を示すように、入射する励起光の半径（瞳の半径）を１に規格したときの中央部１４ａ（内輪部）の半径をαとする。すなわち、輪帯比率をα（例えば、１／２１／２）とする。この場合、中央部１４ａ（内輪部）の瞳が独立に集光されたとすると、その電場（Ｕin(v,u)）は、次式で与えられる。
【００５１】
【数５】
【００５２】
上記式（５）において、Ｃは入射光強度等で決まる比例係数であり、Ｊ0(x)はベッセル０次関数を示す。また、図４に示すように、ρは瞳面の動径方向の長さ、ｖは焦点近傍における光軸上から動径方向に無次元に換算された距離、ｕは同じく焦点からの相対的な光軸上の距離（換算座標）を表す。ここで、ｖ，ｕは、次式のように実際の距離ｒ，ｚに関係付けられている。なお、ＮＡは、対物レンズ１５の開口数を示す。
【００５３】
【数６】
【００５４】
また、対物レンズ１５とその焦点との間に空気以外の光学媒質が存在する場合は、その屈折率をｎとすると、上記式（６）は、次式のように表される。
【００５５】
【数７】
【００５６】
一方、周辺部１４ｂ（外輪部）の瞳が独立に集光された場合の電場（Ｕout(v,u)）は、次式で与えられる。
【００５７】
【数８】
【００５８】
したがって、位相変調素子１４により輪帯位相変調された励起光が集光する場合は、位相が互いに反転したＵout(v,u)とＵin(v,u)とが焦点面上で重なり合うので、輪帯位相変調された励起光の全体が集光する場合の電場Ｕ(v,u)は、次式で与えられる。
【００５９】
【数９】
【００６０】
ここで、外輪部と内輪部とをそれぞれ通過する励起光は、位相が反転している。したがって、それぞれの光量が同じで、外輪部の面積と内輪部の面積とが同じになる輪帯比率α＝１／２1/2の場合、焦点ｆにおいて電場強度が完全に相殺される。この場合の輪帯位相変調された励起光の３次元的なエネルギー強度プロファイルＩ(u,v)は、次式で表される。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
以上の解析モデルは、励起光の３次元的な偏光を考慮しないスカラーモデルであるが、開口数を小さくして集光する場合は、極めて良い近似となる。
【００６３】
上記式（１０）において、ｖ＝０とすると、下記の式（１１）で示す光軸を含む断面における強度プロファイルＩ(0,u)が得られる。また、ｕ＝０とすると、下記の式（１２）で示す焦点面上における強度プロファイルＩ(v,0)が得られる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
また、上記式（１１）および式（１２）は、ベッセル関数の性質を用いれば、解析的に積分でき、それぞれ式（１３）および式（１４）のように表される。なお、Ｊ1(x)は一次のベッセル関数を示す。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
すなわち、式（１３）および式（１４）が輪帯位相変調された励起光で得られる３次元ダークホール２８ａの外形形状である。ここで、式（１３）によると、焦点面内において、ｖ＝３．５の近傍で最大値を取るので、この値を用いて式（１３）および式（１４）を規格すると、それぞれ式（１５）および式（１６）が得られる。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
図５は、式（１５）および式（１６）で表される強度プロファイルＩ(v,0)およびＩ(0,u)を比較して示す図であり、破線はＩ(v,0) を示し、実線はＩ(0,u)を示す。なお、図５は、式（１５）および式（１６）において、ＮＡ＝１、λ＝１として、縦軸に強度を、横軸にｕおよびｖを、焦点を原点０とする同じスケールで示している。
【００７０】
図５から明らかなように、光軸上での強度プロファイルＩ(0,u)は、焦点面上での強度プロファイルＩ(v,0)と比較して、ピーク強度が５倍程度あり、しかも、焦点から第１ピーク位置までの距離ｕは、ｕ＝９．３となり、焦点面内における焦点からピーク位置までの距離（ｖ＝３．５）の３倍近く長い。これにより、ダークホールは、光軸方向に長く、しかも強度比率もアンバランスなサイズであることがわかる。なお、ピークからピークまでの実際の距離は、例えば、波長λを６００ｎｍ、開口数ＮＡを０．９ と仮定すると、図３において、焦点面内のリング状のスポット径がおおよそ７４０ｎｍであり、光軸方向の位置ｚ１−ｚ２の距離が２２００ｎｍとなる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に係る蛍光相関分析装置では、励起光を位相変調素子１４により輪帯位相変調することによりマルチモード化して、対物レンズ１５の焦点近傍に、３次元ダークホール２８ａを有する集光ビーム２８を形成する。そして、この集光ビーム２８の焦点の前後（ｚ１、ｚ２）に現れる強度の強い集光スポットをプローブとして利用して、各々の集光スポットにより励起される蛍光を同時に計測する。したがって、走査機構を要することなく、簡単な構成で、これらの蛍光出力に基づいて、焦点の前後の集光スポット位置ｚ１、ｚ２における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることが可能となる。これにより、例えば、対物レンズ１５の焦点位置に、観察試料溶液１６中の細胞膜が移動すると、細胞の内側および外側における生体分子の挙動を１分子レベルで解析することが可能となる。
【００７２】
（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、図１に示した構成において、励起光の照明光学系に開口絞りを有する開口数制御部３１を設け、この開口数制御部３１により観察試料溶液１６に集光させる励起光の開口数を制御する。また、ピンホール１９に対応してピンホール制御部３２を設け、ピンホール２１に対応してピンホール制御部３３を設ける。そして、開口数制御部３１による励起光の開口数の制御に同期（連動）して、ピンホール制御部３２，３３により対応するピンホール１９，２１の光軸方向の位置および／または径を自動的に制御する。
【００７３】
すなわち、観察試料溶液１６に集光させる励起光の開口数を制御すると、図３に示した集光ビーム２８の光軸上での集光スポット位置（ｚ１、ｚ２）やその大きさが変化するので、それに応じてピンホール１９，２１の光軸方向位置および／または径を制御する。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一作用を成す構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態に係る蛍光相関分析装置によれば、観察試料溶液１６に集光される励起光の開口数の制御に応じて、ピンホール１９，２１の光軸方向の位置および／または径が自動的に最適に制御されるので、第１実施の形態の効果に加えて、高精度の蛍光相関分析を容易に行うことが可能となる。
【００７５】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能なビーム整形光学系を構成する位相変調素子の一例を示すものである。この位相変調素子４１は、励起光の瞳を２分割するように、光軸と直交する方向に２つの領域４１ａ，４１ｂを形成し、その隣接する領域４１ａ，４１ｂが、励起光に対して（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）、つまり位相差λ／２（位相角π）を与えるように、図２の場合と同様に、ガラス基板等の光学基板に光学薄膜を蒸着、あるいは光学基板にエッチングを施したものである。
【００７６】
このように構成された位相変調素子４１を用いて励起光を集光させると、焦点面上では、位相変調素子４１の隣接領域の境界面で電場強度の符号が反転して電場が０となる。その結果、図７に焦点面上での強度分布を合わせて模式的に示すように、焦点面上で２つの集光スポットが空間的に分離されて形成される。
【００７７】
本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置では、図１あるいは図６に示した構成において、位相変調素子１４に代えて、ビーム整形光学系として、図７に示した位相変調素子４１を用いる。そして、焦点面上に空間的に分離して形成される２つの集光スポットをプローブとして用いて、一方のピンホール１９を焦点面上の一方の集光スポットと共焦点関係に配置し、他方のピンホール２１を焦点面上の他方の集光スポットと共焦点関係に配置して、ピンホール１９，２１を透過した蛍光を、対応する光検出素子２０，２２により同時に検出する。
【００７８】
したがって、本実施の形態によれば、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光検出素子２０，２２から得られる蛍光出力に基づいて、上記実施の形態の場合と同様にして、焦点面上で空間的に異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。
【００７９】
なお、位相変調素子４１は、図７の構成に限らず、隣接する領域が、励起光に対して（２ｍ＋１）πの位相差を与えるように、図８（ａ）に示すように、光軸と直交する方向に３つの領域４１ａ〜４１ｃを形成して、励起光の瞳を３分割したものや、図８（ｂ）に示すように、光軸を中心に４つの領域４１ａ〜４１ｄを形成して、励起光の瞳を４分割したもの、あるいは、さらに多分割したものを用いることもできる。このように、励起光の瞳を３領域以上に分割して、一つの励起光から焦点面上に３つ以上の集光スポットを空間的に分離して形成する場合は、光路分離光学系を、例えば複数のハーフミラープリズムを用いて、集光スポットの数に応じて蛍光の検出光路をシリアルにまたはパラレルに分離し、その分離された複数の検出光路から、それぞれピンホールを介して異なる集光スポットからの蛍光を分離して検出するように構成すればよい。
【００８０】
また、図７や図８に示したような位相変調素子４１を用いることなく、励起光の光源として、空間的にマルチモード化されたビームを発生する光源を用いることもできる。すなわち、レーザ共振器の境界条件を適切に選ぶことにより、ビーム断面で縦がｎ、横がｍのｎ×ｍの複数のピークを持つモードパターンの光を発振させることができる。これは、いわゆるＴＥＭモードと呼ばれるもので、図９（ａ）および（ｂ）に代表的な低次のＴＥＭ１０モードと、ＴＥＭ２０モードとの二つのパターンを示す（オーム社：新世代工学シリーズ「レーザ工学」1999年、中井貞雄著）。このように、レーザ自身が空間的にマルチモード化したビームを発振する場合は、図７や図８に示したような位相変調素子４１を用いることなく、焦点面上で空間的に分離された複数の集光スポットを形成することができるので、構成を簡略化することが可能となる。
【００８１】
（第４実施の形態）
図１０は、本発明の第４実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、ビーム整形光学系として、反射型の液晶空間変調器を用いたものである。図１０において、レーザ光源（例えば、Ｋｒレーザ）５１から射出されるコヒーレントなレーザ照明光（励起光）は、液晶空間変調器５２で反射されてマルチモード化された後、ダイクロイックミラー５３を透過して、対物レンズ５４により蛍光色素を含有する観察試料溶液５５に集光して照射される。
【００８２】
また、励起光の照射により観察試料溶液５５から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ５４により捕集されて、ダイクロイックミラー５３で反射される。そして、蛍光分離フィルタ５６により励起光成分が除去された後、光路分離光学系を構成するハーフプリズム５７により２分されて、その一方の蛍光が集光レンズ５８およびピンホール５９を経て光検出素子６０により検出され、他方の蛍光が集光レンズ６１およびピンホール６２を経て光検出素子６３により検出される。なお、ピンホール５９，６２は、光軸方向の位置および／または径が、公知の機構により調整可能に構成されている。
【００８３】
したがって、図１０においては、レーザ光源５１、液晶空間変調器５２、ダイクロイックミラー５３および対物レンズ５４により照明光学系が構成されている。また、対物レンズ５４、ダイクロイックミラー５３、蛍光分離フィルタ５６、ハーフプリズム５７、集光レンズ５８，６１、ピンホール５９，６２、および光検出素子６０，６３により検出部が構成されている。なお、光検出素子６０，６３の各々は、上記実施の形態の場合と同様に、例えば、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管を用いて構成される。
【００８４】
また、光検出器６０，６３の出力は、図示しないが、上記実施の形態の場合と同様に、それぞれプリアンプで増幅された後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換されて、コンピュータを含む解析部に同時に取り込まれる。
【００８５】
かかる構成において、液晶空間変調器５２は、例えば、光アドレス型平行配向液晶空間変調器として周知である。この光アドレス型平行配向液晶空間変調器は、光学像伝達素子を介して液晶ディスプレーと結合され、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）から所望の位相パターン像を直接入力して液晶ディスプレーに表示し、その表示されたパターン像を光アドレス型平行配向液晶空間変調器に直接投影して、読み出し光を所望の位相パターンで位相変調するようにしたビデオ信号入力可能なものが市販されている。
【００８６】
本実施の形態に係る蛍光相関分析装置においては、このようなビデオ信号入力可能な光アドレス型平行配向液晶空間変調器からなる液晶空間変調器５２を用いて、レーザ光源５１からの励起光を位相変調してマルチモード化し、観察試料溶液５５内で、例えば、第１実施の形態に示したように光軸上での２点に、あるいは第３実施の形態に示したように焦点面上の２点に集光スポットを形成する。そして、これら２点の集光スポットで発生する蛍光を、それぞれピンホール５９，６２を経て光検出素子６０，６３により分離して同時に検出して、各位置の蛍光相関情報や、蛍光の種々の空間的相関情報を算出する。
【００８７】
このように、本実施の形態においては、液晶空間変調器５２として、ビデオ信号入力可能な光アドレス型平行配向液晶空間変調器を用いているので、走査機構を要することなく、簡単な構成で、空間的に分離した所望の複数の集光スポットが得られるように、励起光を容易に位相変調することができる。なお、本実施の形態では、光軸上あるいは焦点面上に２つの集光スポットを形成するようにしたが、図８（ａ），（ｂ）に示したように、焦点面上で３つ以上の集光スポットを形成するように、励起光を液晶空間変調器５２により空間変調することもできる。この場合は、上述したと同様にして、例えば複数のハーフミラープリズムを用いて、集光スポットの数に応じて蛍光の検出光路をシリアルにまたはパラレルに分離し、その分離された複数の検出光路から、それぞれ集光レンズおよびピンホールを介して異なる集光スポットからの蛍光を分離して検出するように構成すればよい。
【００８８】
（第５実施の形態）
図１１（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第５実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能なビーム整形光学系を構成する偏光制御素子の二つの例を示すものである。図１１（ａ）に示す偏光制御素子６５は、ガラス基板等の光学基板を放射状に８領域に区分し、かつ、中央部６５ａと周辺部６５ｂとに区分して、励起光の電場ベクトルが、放射方向において中央部６５ａと周辺部６５ｂとで反対方向を向くように、水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。また、図１１（ｂ）に示す偏光制御素子６６は、励起光の電場ベクトルが、放射状の８領域の中央部６６ａの円周方向と周辺部６６ｂの円周方向とで反対方向を向くように、同様に、水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。
【００８９】
このように、励起光の電場ベクトルを中央部６５ａ（６６ａ）と周辺部６５ｂ（６６ｂ）とで反転させる偏光制御素子６５（６６）を用いて励起光を集光させると、図３に示したと同様に、光軸上の焦点の前後に集光スポットが形成される。したがって、このような構成の偏光制御素子６５（６６）を、第１実施の形態あるいは第２実施の形態に説明した位相変調素子１４に代えて用いれば、同様にして、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光軸上の異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。
【００９０】
また、図１１（ｃ）に示す偏光制御素子６７は、ガラス基板等の光学基板を２分する領域６７ａ，６７ｂで、励起光の電場ベクトルが反対方向を向くように、光学基板に水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。
【００９１】
図１１（ｃ）に示した偏光制御素子６７を用いて励起光を集光させると、図７に示したと同様に、焦点面上で２つの集光スポットが空間的に分離されて形成される。したがって、この偏光制御素子６７を、第３実施の形態に説明した位相変調素子４１に代えて用いれば、同様にして、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光軸上の異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。なお、図１１（ｃ）では、偏光制御素子６７に２つの領域６７ａ，６７ｂを形成したが、隣接する領域で偏光方向を反転させるように３つ以上の領域を形成して、焦点面上で空間的に分離された３つ以上の集光スポットを形成することも可能である。
【００９２】
（第６実施の形態）
図１２は、本発明の第６実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、走査型の超解像顕微鏡の機能を備えるものである。超解像顕微鏡は、例えば特開２００５−１２１４３２号公報等に開示されており、公知である。本実施の形態においては、ポンプ光光源７１として、例えば、ＮｄＹＡＧレーザを有し、その２倍高調波を発生するレーザ光源を用い、イレース光光源７２として、例えば、Ｋｒレーザを用いる。
【００９３】
ポンプ光光源７１から射出されるポンプ光は、ダイクロイックミラー７３で反射された後、ダイクロイックミラー７４を透過し、ガルバノミラー７５，７６および瞳投影レンズ７７を経て対物レンズ７８により、例えば蛍光色素を含有した観察試料溶液８０に集光照射される。そして、ガルバノミラー７５，７６により、対物レンズ７８の焦点面内で二次元走査される。
【００９４】
また、イレース光光源７２から射出されるイレース光は、ビーム整形光学系８１で位相変調された後、ダイクロイックミラー７３を透過し、これによりポンプ光と同軸に合成される。そして、ダイクロイックミラー７３を透過したイレース光は、後段のダイクロイックミラー７４を透過して、ガルバノミラー７５，７６および瞳投影レンズ７７を経て、対物レンズ７８により観察試料溶液８０に集光照射される。ここで、ビーム整形光学系８１は、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示したような位相変調素子１４により構成することも可能であるが、本実施の形態は、第４実施の形態で説明した光アドレス型平行配向液晶空間変調器からなる液晶空間変調器を用いて構成する。
【００９５】
一方、ポンプ光の照射により観察試料溶液８０から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ７８により捕集され、瞳投影レンズ７７およびガルバノミラー７６，７５を経てダイクロイックミラー７４で反射されて、往路の光路と分離される。そして、蛍光分離フィルタ８２を経てハーフプリズム８３により２分され、その一方の蛍光が集光レンズ８４およびピンホール８５を経て光検出器８６により検出され、他方の蛍光が集光レンズ８７およびピンホール８８を経て光検出器８９により検出される。
【００９６】
光検出器８６，８９は、上記実施の形態の場合と同様に、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管が用いられる。これら光検出器８６，８９の出力は、図示しないが、上記実施の形態の場合と同様に、それぞれプリアンプで増幅された後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換されて、コンピュータを含む解析部に同時に取り込まれる。
【００９７】
本実施の形態では、蛍光相関分析装置を超解像顕微鏡として機能させる場合、すなわち、ポンプ光とイレース光とを合成して観察試料溶液８０を超解像で観察する場合、対物レンズ７８の焦点面上でイレース光の中空スポットが形成されるように、ビーム整形光学系８１によりイレース光を空間変調する。また、ピンホール８５，８８は、対物レンズ７８の焦点面、あるいは観察試料溶液８０内でイレース光の集光ビームに図３に示したような３次元ダークホールを形成する場合は、その３次元ダークホール内の光軸方向の所望の位置、と共役な位置関係に配置する。そして、ガルバノミラー７５，７６により、対物レンズ７８の焦点面内でポンプ光およびイレース光を二次元走査する。
【００９８】
これにより、光検出器８６，８９の出力に基づいて、対物レンズ７８の回折限界を上回る観察試料溶液８０の超解像蛍光像を得る。なお、ピンホール８５，８８は、観察試料溶液８０の同一位置または異なる位置に対して共役な位置に配置することが可能である。これにより、ピンホール８５，８８が観察試料溶液８０の同一位置に対して共役な場合は、光検出器８６，８９のいずれか一方の出力、あるいは双方の合成出力に基づいて超解像蛍光像を得ることができる。また、ピンホール８５，８８が観察試料溶液８０の異なる位置に対して共役な場合は、光検出器８６，８９の出力に基づいて、観察試料溶液８０の深さ方向の異なる位置での超解像蛍光像を同時に独立して得ることができる。
【００９９】
これに対し、蛍光相関分析装置により観察試料溶液８０の蛍光相関を分析する場合、すなわち、ポンプ光の照射を停止させてイレース光を励起光として観察試料溶液８０に集光照射する場合は、ガルバノミラー７５，７６の駆動を停止させて、イレース光光源７２からの励起光の位相を、ビーム整形光学系８１により第４実施の形態において説明したと同様に空間変調する。また、ピンホール８５，８８は、上記第４実施の形態で説明したように、観察試料溶液８０内で光軸上あるいは焦点面上に分離して形成される励起光の集光スポットの位置に応じて適宜調整する。そして、光検出器８６，８９の出力に基づいて、上記実施の形態と同様にして、各位置の蛍光相関情報や、蛍光の種々の空間的相関情報を算出する。なお、観察試料溶液８０に対するマルチスポット化された励起光の同時照明領域は、ガルバノミラー７５，７６を揺動したり、観察試料溶液８０の試料台（図示せず）を移動させたりして、励起光の光路と観察試料溶液８０とを相対的に変位させることにより変更することができる。したがって、本実施の形態においては、ガルバノミラー７５，７６や試料台が照明領域変更部を構成する。
【０１００】
このように、本実施の形態に係る蛍光相関分析装置は、超解像顕微鏡の機能を有するので、多機能な分析装置を実現することができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、ビーム整形光学系により励起光を空間変調して対物レンズの焦点面上に中空状の集光ビームを形成し、その中空状の励起光照射領域からの蛍光の検出光路を複数の光路に分割して、励起光照射領域の任意の複数の位置、例えば光軸対称位置の蛍光を、それぞれピンホールを介して同時に検出して、蛍光相関を分析することも可能である。また、上記実施の形態において、ピンホールの径を変えると、式（６）からｖ，ｕが変化して、焦点面および光軸上で、焦点と集光点との間隔が変化する。したがって、ピンホールの径を変えて、試料の細胞中で測定位置（励起光の集光位置）を微妙にずらして細胞の三次元的な蛍光相関を測定し、試料を評価することもできる。
【符号の説明】
【０１０２】
１１ レーザ光源
１４ 位相変調素子
１５ 対物レンズ
１６ 観察試料溶液
１８ ハーフプリズム
１９，２１ ピンホール
２０，２２ 光検出素子
３１ 開口数制御部
３２，３３ ピンホール制御部
４１ 位相変調素子
５１ レーザ光源
５２ 液晶空間変調器
５４ 対物レンズ
５５ 観察試料溶液
５７ ハーフプリズム
５９，６２ ピンホール
６０，６３ 光検出素子
６５，６６，６７ 偏光制御素子
７１ ポンプ光光源
７２ イレース光光源
７５，７６ ガルバノミラー
７８ 対物レンズ
８０ 観察試料溶液
８１ ビーム整形光学系
８３ ハーフプリズム
８５，８８ ピンホール
８６，８９ 光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料評価方法および試料評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料評価方法として、例えば、溶液または生体試料内の分子の運動を解析する蛍光相関分析法（ＦＣＳ法）が知られている。蛍光相関分析法は、ブラウン運動などの粒子の拡散運動に関する解析に古くから用いられている。例えば、図１３に示すように、希薄な蛍光分子１０１の溶液１０２に、細いレーザ励起光ビーム１０３を集光させて、蛍光強度を長時間測定すると、測定される蛍光強度は、測定領域内の蛍光分子数に比例する。したがって、揺らぎの大きは、測定領域内の蛍光分子数をＮとして、Ｓ／Ｎで表現すると、（１／Ｎ）１／２となる。
【０００３】
蛍光相関分析法は、このように蛍光の小さな揺らぎの大きさと、後述する時間相関とを計測する方法である。この計測法において、物理量である蛍光相関関数が１／２に減少する時間、すなわち相関時間τ０は、次式で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
上記式（１）において、Ｄは蛍光分子の並進拡散係数であり、Ｗはレーザビームの動径方向の強度分布関数がガウス分布であるときのビーム半径である。このτ０は、物理的には、蛍光分子が拡散によってレーザ励起光ビーム１０３を横切る時間に相当する。
【０００６】
蛍光の揺らぎを測定する場合、通常、蛍光を光電子増倍管で受光して、その出力電流ｆ（ｔ）を測定する。この場合、出力電流ｆ（ｔ）は、レーザ光の強度が極端に大きくなければ、蛍光量に比例する。したがって、蛍光相関関数は、このｆ（ｔ）について時間（Ｔ）に関する相関関数を求めることに他ならない。この蛍光相関関数をＧ（τ）とすると、Ｇ（τ）は次式で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
また、レーザ強度がガウス分布に近い場合、蛍光相関関数Ｇ（τ）は、次式のようになる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
前述したように、蛍光相関分析法は、蛍光性分子の並進拡散係数（数１におけるＤ）が得られる物理量を測定するものであるが、基本的には、蛍光の揺らぎを与える熱力学量であれば、どんな量でも同じ原理で測定することができる。例えば、蛍光分子が流動してレーザビームを横切れば、蛍光の揺らぎを観測することができる。また、化学反応などで蛍光性分子が他の分子と結合すれば、その結合した分子の速度を揺らぎとして観測することができる。これにより、化学反応の進行をリアルタイムで知ることが可能となる。
【００１１】
また、蛍光の偏光を解析すれば、分子の回転運動を測定することもできる。さらに、Ｇ（τ）の強度から、観察領域に存在する分子数を直接測定することもできる。具体的には、図１３において、期待する揺らぎ現象が完結するような特定の計測時間（Ｔ）内の揺らぎ関数ｆ（ｔ）を測定し、その測定した揺らぎ関数ｆ（ｔ）から上記式（２）を用いて蛍光相関関数Ｇ（τ）を求めればよい。なお、図１３において、レーザ励起光ビーム１０３の光源としては、一般に、アルゴンレーザやクリプトンレーザの連続発振レーザが用いられる。
【００１２】
図１４は、従来の蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、例えば特許文献１に開示されているもので、励起光源としてアルゴンレーザ等の連続発振レーザ１１１が用いられる。連続発振レーザ１１１から射出されたレーザビームは、ビームスプリッタ１１２を透過してレンズ１１３により蛍光色素を含有した観察試料溶液１１４に集光照射される。これにより、蛍光色素は励起されて、蛍光を発生する。
【００１３】
観察試料溶液１１４から発生した蛍光は、レンズ１１３により平行光にされた後、ビームスプリッタ１１２で反射され、さらに、レンズ１１５により集光されてピンホール１１６を経て、光電子増倍管やＣＣＤ等の検出器１１７で検出される。この光検出器１１７の出力は、プリアンプ１１８で増幅された後、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器１１９によりデジタルデータに変換されて、時系列データとしてコンピュータ１２０のメモリに取り込まれる。そして、コンピュータ１２０により、上記式（２）に従って蛍光相関関数Ｇ（τ）が計算される。
【００１４】
ところで、蛍光相関分析法による分析機能として、近年では、さらに高度な機能が要求されている。例えば、蛍光相関分析法が広く応用されている生物分野では、細胞内の代謝現象を解明する機能が要求されている。ここで、細胞内の代謝現象の多くは、細胞膜を挟む内側と外側とで顕著に発現する。このため、細胞内の代謝現象を解明するためには、空間的に微少量離れた細胞の内外の蛍光相関関数を同時に計測して、それらの比較に基づいて代謝物質の挙動を解明することが要求される。
【００１５】
しかしながら、図１４に示したような従来の蛍光相関分析装置は、連続発振レーザから射出されたレーザビームを、観察試料溶液に集光して、その集光点の１点における蛍光相関関数を計測するものであり、細胞膜を挟んだ任意の距離の複数点における蛍光相関関数を同時に計測することはできない。そのため、空間的に異なる測定点における蛍光相関関数を同時に計測でき、細胞内の代謝現象を分析できるような機能を有する蛍光相関分析法の開発が望まれている。
【００１６】
このような要望に応えるものとして、本出願人は、例えば特許文献２において、時系列に複数の測定点での蛍光相関分析を可能とした蛍光相関分析装置を既に提案している。この蛍光相関分析装置は、励起光を複数の測定点の各々に所定時間停止させながら順次繰り返し移動させ、その各測定点において検出される蛍光強度の断続的な時系列信号に基づいて蛍光相関分析を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−２７２３４６号公報
【特許文献２】特許第３９８４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記特許文献２に開示の蛍光相関分析装置は、複数の測定点での蛍光相関分析が可能であるものの、複数の測定点で検出される蛍光強度は、それぞれ異なるタイミングで検出された断続的な時系列信号である。このため、蛍光相関に基づく分析精度が低下することが懸念される。また、励起光を複数の測定点に順次移動させるための走査機構を要するため、構成が複雑化することが懸念される。なお、このような試料内の異なる測定点における同時刻での応答光（被測定光）に基づく試料の評価法は、蛍光に限らず、散乱光等の他の応答光を検出して行われる場合もある。
【００１９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単な構成で、試料の空間的に異なる複数の測定点における応答光を、同時にかつ連続的に検出でき、試料を高精度で評価可能な試料評価方法および試料評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する第１の観点に係る試料評価方法の発明は、
試料にマルチモードの励起光を集光して、該試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、該複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出して、該複数の応答光に基づいて前記試料を評価する、ことを特徴とするものである。
【００２１】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る試料評価方法において、
前記応答光は、前記試料から放出される蛍光である、ことを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、上記目的を達成する第３の観点に係る試料評価装置の発明は、
試料にマルチモードの励起光を集光して、前記試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系と、
前記複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子を有する検出部と、
を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
第４の観点に係る発明は、第３の観点に係る試料評価装置において、
前記検出部は、前記応答光として前記試料から放出される蛍光を検出する、ことを特徴とするものである。
【００２４】
第５の観点に係る発明は、第３または４の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、
シングルモードの励起光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源からの励起光をマルチモードにビーム整形するビーム整形光学系とを有する、ことを特徴とするものである。
【００２５】
第６の観点に係る発明は、第３乃至５のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記励起光の光路と前記試料とを相対的に変位させて、前記励起光による前記試料の照明領域を変更する照明領域変更部を有する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
第７の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、同心円状の少なくとも２つの領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２７】
第８の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記励起光の位相が前記照明光学系の光軸周りを２πで周回する放射状の複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２８】
第９の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記励起光の電場ベクトルを中央部と周辺部とで反対方向に向ける複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
第１０の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３０】
第１１の観点に係る発明は、第５の観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が前記励起光の電場ベクトルを反対方向に向けるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
第１２の観点に係る発明は、第５乃至１１のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記ビーム整形光学系は、前記励起光を位相変調する液晶空間変調器を有し、
該液晶空間変調器は、当該液晶空間変調器の液晶面に与えられる位相パターンにより、前記試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成するように、前記励起光を位相変調する、ことを特徴とするものである。
【００３２】
第１３の観点に係る発明は、第３の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、マルチモードの励起光を射出するレーザ光源を有し、
該レーザ光源からの励起光を前記試料に集光させて、該試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とするものである。
【００３３】
第１４の観点に係る発明は、第３乃至１３のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記検出部は、
前記照明光学系によって形成される集光スポットの数に応じて、前記試料からの応答光の検出光路を複数の光路に分離する光路分離光学系と、
該光路分離光学系で分離された前記複数の検出光路から、それぞれ異なる前記集光スポットからの応答光を分離して抽出する複数のピンホールと、を有し、
該複数のピンホールでそれぞれ抽出される前記集光スポットからの応答光を、前記複数の光検出素子で独立して検出する、ことを特徴とするものである。
【００３４】
第１５の観点に係る発明は、第１４の観点に係る試料評価装置において、
前記照明光学系は、前記励起光の開口数を制御する開口数制御部を有し、
前記検出部は、前記開口数制御部による前記励起光の開口数の制御に同期して、前記複数のピンホールの位置および／または径を制御するピンホール制御部を有する、
ことを特徴とするものである。
【００３５】
第１６の観点に係る発明は、第３乃至１５のいずれかの観点に係る試料評価装置において、
前記光検出素子は、一光子型の光検出素子からなる、ことを特徴とするものである。
【００３６】
第１７の観点に係る発明は、第１６の観点に係る試料評価装置において、
前記光検出素子は、アバランシュフォトダイオードまたは光電子増倍管からなる、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、試料にマルチモードの励起光を集光して、試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、これにより各集光スポット位置の試料から発生する応答光を同時に独立して検出するので、走査機構を要することなく、簡単な構成で、試料の空間的に異なる複数の測定点における応答光を、同時にかつ連続的に検出でき、試料を高精度で評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図２】図１に示す位相変調素子の一例の構成を示す図である。
【図３】第１実施の形態による励起光の集光ビーム形状を模式的に拡大して示す図である。
【図４】図３に示す集光ビームの強度分布を解析する説明図である。
【図５】図３に示す集光ビームの光軸上および焦点面上での強度プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な位相変調素子の一例の構成を示す図である。
【図８】第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な位相変調素子の他の二つの例の構成を示す図である。
【図９】第３実施の形態の変形例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図１１】本発明の第５実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能な偏光制御素子の三つの例の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【図１３】蛍光相関分析法を説明するための図である。
【図１４】従来の蛍光相関分析装置の要部構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を蛍光相関分析装置に適用した場合を例示するが、本発明は蛍光相関分析装置に限らず、試料を評価する種々の装置に適用できるものである。
【００４０】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。図１において、レーザ光源（例えば、Ｋｒレーザ）１１から射出されるコヒーレントなレーザ照明光は、ダイクロイックプリズム１３で反射される。本実施の形態では、レーザ光源１１から光強度分布が単一モードの励起光を射出する。本明細書では、光強度分布が単一モードの励起光を、シングルモードの励起光と称する。ダイクロイックプリズム１３で反射されたシングルモードの励起光は、ビーム整形光学系を構成する位相変調素子１４により位相が空間変調されて、光強度分布が多モードの励起光に変換される。本明細書では、光強度分布が多モードの励起光を、マルチモードの励起光と称する。位相変調素子１４によりマルチモード化された励起光は、対物レンズ１５により蛍光色素を含有する観察試料溶液１６に集光して照射される。
【００４１】
また、励起光の照射により観察試料溶液１６から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ１５により捕集されて、位相変調素子１４を経てダイクロイックプリズム１３を透過する。そして、投影レンズ１７を経て光路分離光学系を構成するハーフプリズム１８により２分され、その一方の蛍光がピンホール１９を経て光検出素子２０により検出され、他方の蛍光がピンホール２１を経て光検出素子２２により検出される。なお、ピンホール１９，２１は、光軸方向の位置および／または径が、公知の機構により調整可能に構成されている。
【００４２】
したがって、図１においては、レーザ光源１１、ダイクロイックプリズム１３、位相変調素子１４および対物レンズ１５により、照明光学系が構成されている。また、対物レンズ１５、位相変調素子１４、ダイクロイックプリズム１３、投影レンズ１７、ハーフプリズム１８、ピンホール１９，２１、および光検出素子２０，２２により、検出部が構成されている。なお、光検出素子２０，２２の各々は、例えば、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管を用いて構成される。
【００４３】
光検出器２０，２２の出力は、それぞれプリアンプ２３，２４で増幅された後、アナログ・デジタル（ＡＤ）変換器２５，２６によりデジタルデータに変換されて、時系列データとしてコンピュータを含む解析部２７に同時に取り込まれる。
【００４４】
本実施の形態において、ビーム整形光学系である位相変調素子１４は、例えば、図２に示すように、入射する励起光に対して中央部１４ａと周辺部１４ｂとで（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）、つまり位相差λ／２（位相角π）を与えるように、輪帯状に構成される。この位相変調素子１４は、例えば、ガラス基板等の光学基板上にフッ化マグネシウム等の高屈折率の光学薄膜を蒸着したり、光学基板を直接エッチングしたりして形成することができる。
【００４５】
このように構成された位相変調素子１４を用いて、励起光の位相を空間変調して、つまりマルチモード化して、対物レンズ１５により集光すると、対物レンズ１５の焦点の近傍において、図３に模式的に拡大して示すように、光の干渉により励起光が当たらない微小な３次元ダークホール２８ａを有する集光ビーム２８が形成される。そして、光軸を含む強度分布として、焦点ｆの前後（ｚ１、ｚ２）に強い集光スポットが現れる強度分布が得られる。本実施の形態では、この光軸上で離間した２点（ｚ１、ｚ２）の集光スポットをプローブとして利用する。
【００４６】
このため、図１の蛍光相関分析装置においては、一方のピンホール１９が、例えば図３の集光スポット位置ｚ１と共焦点関係に配置され、他方のピンホール２１が、図３の集光スポット位置ｚ２と共焦点関係に配置されて、それぞれのピンホール１９，２１を透過した蛍光が、対応する光検出素子２０，２２により同時に検出される。
【００４７】
これにより、光検出素子２０，２２から得られる出力信号（蛍光強度）に基づいて、解析部２７において、上述した公知の方法で、観察試料溶液１６の空間的に異なる位置（ｚ１、ｚ２）の蛍光の揺らぎ、すなわち蛍光相関関数を同時に測定することができる。また、光検出素子２０，２２の一方から得られる蛍光強度をＩＡ（ｔ）、他方から得られる蛍光強度をＩＢ（ｔ）とするとき、これらＩＡ（ｔ）およびＩＢ（ｔ）に基づいて、解析部２７で下記の式（４）を演算することにより、蛍光相互相関分析法（ＦＣＣＳ法）による相互相関関数ｇ（τ）を算出することができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
さらに、共焦点蛍光コインシデンス分析法（ＣＦＣＡ法）により、光検出素子２０，２２から得られる出力信号（蛍光強度）に基づいて、解析部２７により二つの蛍光分子からの蛍光揺らぎの一致度をハイスループットで検出することができる。
【００５０】
ここで、図３に示した集光ビーム２８の強度分布について考察する。なお、位相変調素子１４は、図４に説明図を示すように、入射する励起光の半径（瞳の半径）を１に規格したときの中央部１４ａ（内輪部）の半径をαとする。すなわち、輪帯比率をα（例えば、１／２１／２）とする。この場合、中央部１４ａ（内輪部）の瞳が独立に集光されたとすると、その電場（Ｕin(v,u)）は、次式で与えられる。
【００５１】
【数５】
【００５２】
上記式（５）において、Ｃは入射光強度等で決まる比例係数であり、Ｊ0(x)はベッセル０次関数を示す。また、図４に示すように、ρは瞳面の動径方向の長さ、ｖは焦点近傍における光軸上から動径方向に無次元に換算された距離、ｕは同じく焦点からの相対的な光軸上の距離（換算座標）を表す。ここで、ｖ，ｕは、次式のように実際の距離ｒ，ｚに関係付けられている。なお、ＮＡは、対物レンズ１５の開口数を示す。
【００５３】
【数６】
【００５４】
また、対物レンズ１５とその焦点との間に空気以外の光学媒質が存在する場合は、その屈折率をｎとすると、上記式（６）は、次式のように表される。
【００５５】
【数７】
【００５６】
一方、周辺部１４ｂ（外輪部）の瞳が独立に集光された場合の電場（Ｕout(v,u)）は、次式で与えられる。
【００５７】
【数８】
【００５８】
したがって、位相変調素子１４により輪帯位相変調された励起光が集光する場合は、位相が互いに反転したＵout(v,u)とＵin(v,u)とが焦点面上で重なり合うので、輪帯位相変調された励起光の全体が集光する場合の電場Ｕ(v,u)は、次式で与えられる。
【００５９】
【数９】
【００６０】
ここで、外輪部と内輪部とをそれぞれ通過する励起光は、位相が反転している。したがって、それぞれの光量が同じで、外輪部の面積と内輪部の面積とが同じになる輪帯比率α＝１／２1/2の場合、焦点ｆにおいて電場強度が完全に相殺される。この場合の輪帯位相変調された励起光の３次元的なエネルギー強度プロファイルＩ(u,v)は、次式で表される。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
以上の解析モデルは、励起光の３次元的な偏光を考慮しないスカラーモデルであるが、開口数を小さくして集光する場合は、極めて良い近似となる。
【００６３】
上記式（１０）において、ｖ＝０とすると、下記の式（１１）で示す光軸を含む断面における強度プロファイルＩ(0,u)が得られる。また、ｕ＝０とすると、下記の式（１２）で示す焦点面上における強度プロファイルＩ(v,0)が得られる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
また、上記式（１１）および式（１２）は、ベッセル関数の性質を用いれば、解析的に積分でき、それぞれ式（１３）および式（１４）のように表される。なお、Ｊ1(x)は一次のベッセル関数を示す。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
すなわち、式（１３）および式（１４）が輪帯位相変調された励起光で得られる３次元ダークホール２８ａの外形形状である。ここで、式（１３）によると、焦点面内において、ｖ＝３．５の近傍で最大値を取るので、この値を用いて式（１３）および式（１４）を規格すると、それぞれ式（１５）および式（１６）が得られる。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
図５は、式（１５）および式（１６）で表される強度プロファイルＩ(v,0)およびＩ(0,u)を比較して示す図であり、破線はＩ(v,0) を示し、実線はＩ(0,u)を示す。なお、図５は、式（１５）および式（１６）において、ＮＡ＝１、λ＝１として、縦軸に強度を、横軸にｕおよびｖを、焦点を原点０とする同じスケールで示している。
【００７０】
図５から明らかなように、光軸上での強度プロファイルＩ(0,u)は、焦点面上での強度プロファイルＩ(v,0)と比較して、ピーク強度が５倍程度あり、しかも、焦点から第１ピーク位置までの距離ｕは、ｕ＝９．３となり、焦点面内における焦点からピーク位置までの距離（ｖ＝３．５）の３倍近く長い。これにより、ダークホールは、光軸方向に長く、しかも強度比率もアンバランスなサイズであることがわかる。なお、ピークからピークまでの実際の距離は、例えば、波長λを６００ｎｍ、開口数ＮＡを０．９ と仮定すると、図３において、焦点面内のリング状のスポット径がおおよそ７４０ｎｍであり、光軸方向の位置ｚ１−ｚ２の距離が２２００ｎｍとなる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態に係る蛍光相関分析装置では、励起光を位相変調素子１４により輪帯位相変調することによりマルチモード化して、対物レンズ１５の焦点近傍に、３次元ダークホール２８ａを有する集光ビーム２８を形成する。そして、この集光ビーム２８の焦点の前後（ｚ１、ｚ２）に現れる強度の強い集光スポットをプローブとして利用して、各々の集光スポットにより励起される蛍光を同時に計測する。したがって、走査機構を要することなく、簡単な構成で、これらの蛍光出力に基づいて、焦点の前後の集光スポット位置ｚ１、ｚ２における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることが可能となる。これにより、例えば、対物レンズ１５の焦点位置に、観察試料溶液１６中の細胞膜が移動すると、細胞の内側および外側における生体分子の挙動を１分子レベルで解析することが可能となる。
【００７２】
（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、図１に示した構成において、励起光の照明光学系に開口絞りを有する開口数制御部３１を設け、この開口数制御部３１により観察試料溶液１６に集光させる励起光の開口数を制御する。また、ピンホール１９に対応してピンホール制御部３２を設け、ピンホール２１に対応してピンホール制御部３３を設ける。そして、開口数制御部３１による励起光の開口数の制御に同期（連動）して、ピンホール制御部３２，３３により対応するピンホール１９，２１の光軸方向の位置および／または径を自動的に制御する。
【００７３】
すなわち、観察試料溶液１６に集光させる励起光の開口数を制御すると、図３に示した集光ビーム２８の光軸上での集光スポット位置（ｚ１、ｚ２）やその大きさが変化するので、それに応じてピンホール１９，２１の光軸方向位置および／または径を制御する。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一作用を成す構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態に係る蛍光相関分析装置によれば、観察試料溶液１６に集光される励起光の開口数の制御に応じて、ピンホール１９，２１の光軸方向の位置および／または径が自動的に最適に制御されるので、第１実施の形態の効果に加えて、高精度の蛍光相関分析を容易に行うことが可能となる。
【００７５】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能なビーム整形光学系を構成する位相変調素子の一例を示すものである。この位相変調素子４１は、励起光の瞳を２分割するように、光軸と直交する方向に２つの領域４１ａ，４１ｂを形成し、その隣接する領域４１ａ，４１ｂが、励起光に対して（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）、つまり位相差λ／２（位相角π）を与えるように、図２の場合と同様に、ガラス基板等の光学基板に光学薄膜を蒸着、あるいは光学基板にエッチングを施したものである。
【００７６】
このように構成された位相変調素子４１を用いて励起光を集光させると、焦点面上では、位相変調素子４１の隣接領域の境界面で電場強度の符号が反転して電場が０となる。その結果、図７に焦点面上での強度分布を合わせて模式的に示すように、焦点面上で２つの集光スポットが空間的に分離されて形成される。
【００７７】
本発明の第３実施の形態に係る蛍光相関分析装置では、図１あるいは図６に示した構成において、位相変調素子１４に代えて、ビーム整形光学系として、図７に示した位相変調素子４１を用いる。そして、焦点面上に空間的に分離して形成される２つの集光スポットをプローブとして用いて、一方のピンホール１９を焦点面上の一方の集光スポットと共焦点関係に配置し、他方のピンホール２１を焦点面上の他方の集光スポットと共焦点関係に配置して、ピンホール１９，２１を透過した蛍光を、対応する光検出素子２０，２２により同時に検出する。
【００７８】
したがって、本実施の形態によれば、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光検出素子２０，２２から得られる蛍光出力に基づいて、上記実施の形態の場合と同様にして、焦点面上で空間的に異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。
【００７９】
なお、位相変調素子４１は、図７の構成に限らず、隣接する領域が、励起光に対して（２ｍ＋１）πの位相差を与えるように、図８（ａ）に示すように、光軸と直交する方向に３つの領域４１ａ〜４１ｃを形成して、励起光の瞳を３分割したものや、図８（ｂ）に示すように、光軸を中心に４つの領域４１ａ〜４１ｄを形成して、励起光の瞳を４分割したもの、あるいは、さらに多分割したものを用いることもできる。このように、励起光の瞳を３領域以上に分割して、一つの励起光から焦点面上に３つ以上の集光スポットを空間的に分離して形成する場合は、光路分離光学系を、例えば複数のハーフミラープリズムを用いて、集光スポットの数に応じて蛍光の検出光路をシリアルにまたはパラレルに分離し、その分離された複数の検出光路から、それぞれピンホールを介して異なる集光スポットからの蛍光を分離して検出するように構成すればよい。
【００８０】
また、図７や図８に示したような位相変調素子４１を用いることなく、励起光の光源として、空間的にマルチモード化されたビームを発生する光源を用いることもできる。すなわち、レーザ共振器の境界条件を適切に選ぶことにより、ビーム断面で縦がｎ、横がｍのｎ×ｍの複数のピークを持つモードパターンの光を発振させることができる。これは、いわゆるＴＥＭモードと呼ばれるもので、図９（ａ）および（ｂ）に代表的な低次のＴＥＭ１０モードと、ＴＥＭ２０モードとの二つのパターンを示す（オーム社：新世代工学シリーズ「レーザ工学」1999年、中井貞雄著）。このように、レーザ自身が空間的にマルチモード化したビームを発振する場合は、図７や図８に示したような位相変調素子４１を用いることなく、焦点面上で空間的に分離された複数の集光スポットを形成することができるので、構成を簡略化することが可能となる。
【００８１】
（第４実施の形態）
図１０は、本発明の第４実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、ビーム整形光学系として、反射型の液晶空間変調器を用いたものである。図１０において、レーザ光源（例えば、Ｋｒレーザ）５１から射出されるコヒーレントなレーザ照明光（励起光）は、液晶空間変調器５２で反射されてマルチモード化された後、ダイクロイックミラー５３を透過して、対物レンズ５４により蛍光色素を含有する観察試料溶液５５に集光して照射される。
【００８２】
また、励起光の照射により観察試料溶液５５から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ５４により捕集されて、ダイクロイックミラー５３で反射される。そして、蛍光分離フィルタ５６により励起光成分が除去された後、光路分離光学系を構成するハーフプリズム５７により２分されて、その一方の蛍光が集光レンズ５８およびピンホール５９を経て光検出素子６０により検出され、他方の蛍光が集光レンズ６１およびピンホール６２を経て光検出素子６３により検出される。なお、ピンホール５９，６２は、光軸方向の位置および／または径が、公知の機構により調整可能に構成されている。
【００８３】
したがって、図１０においては、レーザ光源５１、液晶空間変調器５２、ダイクロイックミラー５３および対物レンズ５４により照明光学系が構成されている。また、対物レンズ５４、ダイクロイックミラー５３、蛍光分離フィルタ５６、ハーフプリズム５７、集光レンズ５８，６１、ピンホール５９，６２、および光検出素子６０，６３により検出部が構成されている。なお、光検出素子６０，６３の各々は、上記実施の形態の場合と同様に、例えば、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管を用いて構成される。
【００８４】
また、光検出器６０，６３の出力は、図示しないが、上記実施の形態の場合と同様に、それぞれプリアンプで増幅された後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換されて、コンピュータを含む解析部に同時に取り込まれる。
【００８５】
かかる構成において、液晶空間変調器５２は、例えば、光アドレス型平行配向液晶空間変調器として周知である。この光アドレス型平行配向液晶空間変調器は、光学像伝達素子を介して液晶ディスプレーと結合され、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）から所望の位相パターン像を直接入力して液晶ディスプレーに表示し、その表示されたパターン像を光アドレス型平行配向液晶空間変調器に直接投影して、読み出し光を所望の位相パターンで位相変調するようにしたビデオ信号入力可能なものが市販されている。
【００８６】
本実施の形態に係る蛍光相関分析装置においては、このようなビデオ信号入力可能な光アドレス型平行配向液晶空間変調器からなる液晶空間変調器５２を用いて、レーザ光源５１からの励起光を位相変調してマルチモード化し、観察試料溶液５５内で、例えば、第１実施の形態に示したように光軸上での２点に、あるいは第３実施の形態に示したように焦点面上の２点に集光スポットを形成する。そして、これら２点の集光スポットで発生する蛍光を、それぞれピンホール５９，６２を経て光検出素子６０，６３により分離して同時に検出して、各位置の蛍光相関情報や、蛍光の種々の空間的相関情報を算出する。
【００８７】
このように、本実施の形態においては、液晶空間変調器５２として、ビデオ信号入力可能な光アドレス型平行配向液晶空間変調器を用いているので、走査機構を要することなく、簡単な構成で、空間的に分離した所望の複数の集光スポットが得られるように、励起光を容易に位相変調することができる。なお、本実施の形態では、光軸上あるいは焦点面上に２つの集光スポットを形成するようにしたが、図８（ａ），（ｂ）に示したように、焦点面上で３つ以上の集光スポットを形成するように、励起光を液晶空間変調器５２により空間変調することもできる。この場合は、上述したと同様にして、例えば複数のハーフミラープリズムを用いて、集光スポットの数に応じて蛍光の検出光路をシリアルにまたはパラレルに分離し、その分離された複数の検出光路から、それぞれ集光レンズおよびピンホールを介して異なる集光スポットからの蛍光を分離して検出するように構成すればよい。
【００８８】
（第５実施の形態）
図１１（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の第５実施の形態に係る蛍光相関分析装置に使用可能なビーム整形光学系を構成する偏光制御素子の二つの例を示すものである。図１１（ａ）に示す偏光制御素子６５は、ガラス基板等の光学基板を放射状に８領域に区分し、かつ、中央部６５ａと周辺部６５ｂとに区分して、励起光の電場ベクトルが、放射方向において中央部６５ａと周辺部６５ｂとで反対方向を向くように、水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。また、図１１（ｂ）に示す偏光制御素子６６は、励起光の電場ベクトルが、放射状の８領域の中央部６６ａの円周方向と周辺部６６ｂの円周方向とで反対方向を向くように、同様に、水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。
【００８９】
このように、励起光の電場ベクトルを中央部６５ａ（６６ａ）と周辺部６５ｂ（６６ｂ）とで反転させる偏光制御素子６５（６６）を用いて励起光を集光させると、図３に示したと同様に、光軸上の焦点の前後に集光スポットが形成される。したがって、このような構成の偏光制御素子６５（６６）を、第１実施の形態あるいは第２実施の形態に説明した位相変調素子１４に代えて用いれば、同様にして、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光軸上の異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。
【００９０】
また、図１１（ｃ）に示す偏光制御素子６７は、ガラス基板等の光学基板を２分する領域６７ａ，６７ｂで、励起光の電場ベクトルが反対方向を向くように、光学基板に水晶などの偏光子を張り合わせたり、結晶軸の異なる物質を張り合わせたり、エッチングを施したりして構成されたものである。
【００９１】
図１１（ｃ）に示した偏光制御素子６７を用いて励起光を集光させると、図７に示したと同様に、焦点面上で２つの集光スポットが空間的に分離されて形成される。したがって、この偏光制御素子６７を、第３実施の形態に説明した位相変調素子４１に代えて用いれば、同様にして、走査機構を要することなく、簡単な構成で、光軸上の異なる位置における蛍光相関関数を同時に測定したり、蛍光の種々の空間的相関情報を算出したりすることができる。なお、図１１（ｃ）では、偏光制御素子６７に２つの領域６７ａ，６７ｂを形成したが、隣接する領域で偏光方向を反転させるように３つ以上の領域を形成して、焦点面上で空間的に分離された３つ以上の集光スポットを形成することも可能である。
【００９２】
（第６実施の形態）
図１２は、本発明の第６実施の形態に係る蛍光相関分析装置の要部構成図である。この蛍光相関分析装置は、走査型の超解像顕微鏡の機能を備えるものである。超解像顕微鏡は、例えば特開２００５−１２１４３２号公報等に開示されており、公知である。本実施の形態においては、ポンプ光光源７１として、例えば、ＮｄＹＡＧレーザを有し、その２倍高調波を発生するレーザ光源を用い、イレース光光源７２として、例えば、Ｋｒレーザを用いる。
【００９３】
ポンプ光光源７１から射出されるポンプ光は、ダイクロイックミラー７３で反射された後、ダイクロイックミラー７４を透過し、ガルバノミラー７５，７６および瞳投影レンズ７７を経て対物レンズ７８により、例えば蛍光色素を含有した観察試料溶液８０に集光照射される。そして、ガルバノミラー７５，７６により、対物レンズ７８の焦点面内で二次元走査される。
【００９４】
また、イレース光光源７２から射出されるイレース光は、ビーム整形光学系８１で位相変調された後、ダイクロイックミラー７３を透過し、これによりポンプ光と同軸に合成される。そして、ダイクロイックミラー７３を透過したイレース光は、後段のダイクロイックミラー７４を透過して、ガルバノミラー７５，７６および瞳投影レンズ７７を経て、対物レンズ７８により観察試料溶液８０に集光照射される。ここで、ビーム整形光学系８１は、例えば、図２（ａ），（ｂ）に示したような位相変調素子１４により構成することも可能であるが、本実施の形態は、第４実施の形態で説明した光アドレス型平行配向液晶空間変調器からなる液晶空間変調器を用いて構成する。
【００９５】
一方、ポンプ光の照射により観察試料溶液８０から発生する蛍光（応答光）は、対物レンズ７８により捕集され、瞳投影レンズ７７およびガルバノミラー７６，７５を経てダイクロイックミラー７４で反射されて、往路の光路と分離される。そして、蛍光分離フィルタ８２を経てハーフプリズム８３により２分され、その一方の蛍光が集光レンズ８４およびピンホール８５を経て光検出器８６により検出され、他方の蛍光が集光レンズ８７およびピンホール８８を経て光検出器８９により検出される。
【００９６】
光検出器８６，８９は、上記実施の形態の場合と同様に、一光子型のアバランシュフォトダイオードあるいは光電子増倍管が用いられる。これら光検出器８６，８９の出力は、図示しないが、上記実施の形態の場合と同様に、それぞれプリアンプで増幅された後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換されて、コンピュータを含む解析部に同時に取り込まれる。
【００９７】
本実施の形態では、蛍光相関分析装置を超解像顕微鏡として機能させる場合、すなわち、ポンプ光とイレース光とを合成して観察試料溶液８０を超解像で観察する場合、対物レンズ７８の焦点面上でイレース光の中空スポットが形成されるように、ビーム整形光学系８１によりイレース光を空間変調する。また、ピンホール８５，８８は、対物レンズ７８の焦点面、あるいは観察試料溶液８０内でイレース光の集光ビームに図３に示したような３次元ダークホールを形成する場合は、その３次元ダークホール内の光軸方向の所望の位置、と共役な位置関係に配置する。そして、ガルバノミラー７５，７６により、対物レンズ７８の焦点面内でポンプ光およびイレース光を二次元走査する。
【００９８】
これにより、光検出器８６，８９の出力に基づいて、対物レンズ７８の回折限界を上回る観察試料溶液８０の超解像蛍光像を得る。なお、ピンホール８５，８８は、観察試料溶液８０の同一位置または異なる位置に対して共役な位置に配置することが可能である。これにより、ピンホール８５，８８が観察試料溶液８０の同一位置に対して共役な場合は、光検出器８６，８９のいずれか一方の出力、あるいは双方の合成出力に基づいて超解像蛍光像を得ることができる。また、ピンホール８５，８８が観察試料溶液８０の異なる位置に対して共役な場合は、光検出器８６，８９の出力に基づいて、観察試料溶液８０の深さ方向の異なる位置での超解像蛍光像を同時に独立して得ることができる。
【００９９】
これに対し、蛍光相関分析装置により観察試料溶液８０の蛍光相関を分析する場合、すなわち、ポンプ光の照射を停止させてイレース光を励起光として観察試料溶液８０に集光照射する場合は、ガルバノミラー７５，７６の駆動を停止させて、イレース光光源７２からの励起光の位相を、ビーム整形光学系８１により第４実施の形態において説明したと同様に空間変調する。また、ピンホール８５，８８は、上記第４実施の形態で説明したように、観察試料溶液８０内で光軸上あるいは焦点面上に分離して形成される励起光の集光スポットの位置に応じて適宜調整する。そして、光検出器８６，８９の出力に基づいて、上記実施の形態と同様にして、各位置の蛍光相関情報や、蛍光の種々の空間的相関情報を算出する。なお、観察試料溶液８０に対するマルチスポット化された励起光の同時照明領域は、ガルバノミラー７５，７６を揺動したり、観察試料溶液８０の試料台（図示せず）を移動させたりして、励起光の光路と観察試料溶液８０とを相対的に変位させることにより変更することができる。したがって、本実施の形態においては、ガルバノミラー７５，７６や試料台が照明領域変更部を構成する。
【０１００】
このように、本実施の形態に係る蛍光相関分析装置は、超解像顕微鏡の機能を有するので、多機能な分析装置を実現することができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、ビーム整形光学系により励起光を空間変調して対物レンズの焦点面上に中空状の集光ビームを形成し、その中空状の励起光照射領域からの蛍光の検出光路を複数の光路に分割して、励起光照射領域の任意の複数の位置、例えば光軸対称位置の蛍光を、それぞれピンホールを介して同時に検出して、蛍光相関を分析することも可能である。また、上記実施の形態において、ピンホールの径を変えると、式（６）からｖ，ｕが変化して、焦点面および光軸上で、焦点と集光点との間隔が変化する。したがって、ピンホールの径を変えて、試料の細胞中で測定位置（励起光の集光位置）を微妙にずらして細胞の三次元的な蛍光相関を測定し、試料を評価することもできる。
【符号の説明】
【０１０２】
１１ レーザ光源
１４ 位相変調素子
１５ 対物レンズ
１６ 観察試料溶液
１８ ハーフプリズム
１９，２１ ピンホール
２０，２２ 光検出素子
３１ 開口数制御部
３２，３３ ピンホール制御部
４１ 位相変調素子
５１ レーザ光源
５２ 液晶空間変調器
５４ 対物レンズ
５５ 観察試料溶液
５７ ハーフプリズム
５９，６２ ピンホール
６０，６３ 光検出素子
６５，６６，６７ 偏光制御素子
７１ ポンプ光光源
７２ イレース光光源
７５，７６ ガルバノミラー
７８ 対物レンズ
８０ 観察試料溶液
８１ ビーム整形光学系
８３ ハーフプリズム
８５，８８ ピンホール
８６，８９ 光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料にマルチモードの励起光を集光して、該試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、該複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出して、該複数の応答光に基づいて前記試料を評価する、ことを特徴とする試料評価方法。
【請求項２】
前記応答光は、前記試料から放出される蛍光である、ことを特徴とする請求項１に記載の試料評価方法。
【請求項３】
試料にマルチモードの励起光を集光して、前記試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系と、
前記複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子を有する検出部と、
を備えることを特徴とする試料評価装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記応答光として前記試料から放出される蛍光を検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の試料評価装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、
シングルモードの励起光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源からの励起光をマルチモードにビーム整形するビーム整形光学系とを有する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の試料評価装置。
【請求項６】
前記励起光の光路と前記試料とを相対的に変位させて、前記励起光による前記試料の照明領域を変更する照明領域変更部を有する、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の試料評価装置。
【請求項７】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、同心円状の少なくとも２つの領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項８】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記励起光の位相が前記照明光学系の光軸周りを２πで周回する放射状の複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項９】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記励起光の電場ベクトルを中央部と周辺部とで反対方向に向ける複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１０】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１１】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が前記励起光の電場ベクトルを反対方向に向けるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１２】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光を位相変調する液晶空間変調器を有し、
該液晶空間変調器は、当該液晶空間変調器の液晶面に与えられる位相パターンにより、前記試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成するように、前記励起光を位相変調する、ことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、マルチモードの励起光を射出するレーザ光源を有し、
該レーザ光源からの励起光を前記試料に集光させて、該試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の試料評価装置。
【請求項１４】
前記検出部は、
前記照明光学系によって形成される集光スポットの数に応じて、前記試料からの応答光の検出光路を複数の光路に分離する光路分離光学系と、
該光路分離光学系で分離された前記複数の検出光路から、それぞれ異なる前記集光スポットからの応答光を分離して抽出する複数のピンホールと、を有し、
該複数のピンホールでそれぞれ抽出される前記集光スポットからの応答光を、前記複数の光検出素子で独立して検出する、ことを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１５】
前記照明光学系は、前記励起光の開口数を制御する開口数制御部を有し、
前記検出部は、前記開口数制御部による前記励起光の開口数の制御に同期して、前記複数のピンホールの位置および／または径を制御するピンホール制御部を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の試料評価装置。
【請求項１６】
前記光検出素子は、一光子型の光検出素子からなる、ことを特徴とする請求項３乃至１５のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１７】
前記光検出素子は、アバランシュフォトダイオードまたは光電子増倍管からなる、ことを特徴とする請求項１６に記載の試料評価装置。
【請求項１】
試料にマルチモードの励起光を集光して、該試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成し、該複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出して、該複数の応答光に基づいて前記試料を評価する、ことを特徴とする試料評価方法。
【請求項２】
前記応答光は、前記試料から放出される蛍光である、ことを特徴とする請求項１に記載の試料評価方法。
【請求項３】
試料にマルチモードの励起光を集光して、前記試料の複数の空間的位置に集光スポットを形成する照明光学系と、
前記複数の集光スポットの形成位置において前記試料から発生する応答光を同時に独立して検出する複数の光検出素子を有する検出部と、
を備えることを特徴とする試料評価装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記応答光として前記試料から放出される蛍光を検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の試料評価装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、
シングルモードの励起光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源からの励起光をマルチモードにビーム整形するビーム整形光学系とを有する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の試料評価装置。
【請求項６】
前記励起光の光路と前記試料とを相対的に変位させて、前記励起光による前記試料の照明領域を変更する照明領域変更部を有する、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の試料評価装置。
【請求項７】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、同心円状の少なくとも２つの領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項８】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記励起光の位相が前記照明光学系の光軸周りを２πで周回する放射状の複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項９】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記励起光の電場ベクトルを中央部と周辺部とで反対方向に向ける複数の領域を有し、前記照明光学系の光軸に沿った複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１０】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の位相を空間変調する位相変調素子を有し、
該位相変調素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が（２ｍ＋１）πの位相差（ただし、ｍは整数）を発生させるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１１】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光の偏光を制御する偏光制御素子を有し、
該偏光制御素子は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に複数の領域を有し、かつ隣接する領域が前記励起光の電場ベクトルを反対方向に向けるように形成されて、前記照明光学系の光軸と直交する面内の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の試料評価装置。
【請求項１２】
前記ビーム整形光学系は、前記励起光を位相変調する液晶空間変調器を有し、
該液晶空間変調器は、当該液晶空間変調器の液晶面に与えられる位相パターンにより、前記試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成するように、前記励起光を位相変調する、ことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、マルチモードの励起光を射出するレーザ光源を有し、
該レーザ光源からの励起光を前記試料に集光させて、該試料の複数の空間的位置に前記励起光の集光スポットを形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の試料評価装置。
【請求項１４】
前記検出部は、
前記照明光学系によって形成される集光スポットの数に応じて、前記試料からの応答光の検出光路を複数の光路に分離する光路分離光学系と、
該光路分離光学系で分離された前記複数の検出光路から、それぞれ異なる前記集光スポットからの応答光を分離して抽出する複数のピンホールと、を有し、
該複数のピンホールでそれぞれ抽出される前記集光スポットからの応答光を、前記複数の光検出素子で独立して検出する、ことを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１５】
前記照明光学系は、前記励起光の開口数を制御する開口数制御部を有し、
前記検出部は、前記開口数制御部による前記励起光の開口数の制御に同期して、前記複数のピンホールの位置および／または径を制御するピンホール制御部を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の試料評価装置。
【請求項１６】
前記光検出素子は、一光子型の光検出素子からなる、ことを特徴とする請求項３乃至１５のいずれか一項に記載の試料評価装置。
【請求項１７】
前記光検出素子は、アバランシュフォトダイオードまたは光電子増倍管からなる、ことを特徴とする請求項１６に記載の試料評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１７９９０６（Ｐ２０１１−１７９９０６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３０４７（Ｐ２０１０−４３０４７）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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