JP2010026065A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集光レンズ内における反射によるフレア光のスペクトル列への混入を防止して、スペクトル列を精度よく検出する。
【解決手段】光を波長毎に分離してスペクトル列を生成する波長分割手段と、該波長分割手段により分離された光Ｌ_２を所定の面内に集光する集光レンズ５と、該集光レンズ５の焦点面に配置され、波長毎に分離された光Ｌ_２のうち、所定の波長帯域の光Ｌ_２を選択する波長選択手段６とを備え、波長分割手段から集光レンズ５までの光軸Ｐ_２が、集光レンズ５の光軸Ｐ_１に対して、スペクトル列の配列方向に交差する方向に平行間隔をあけて配置されている分光装置１を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は分光装置に関するものである。

従来、試料から発せられた検出光を波長領域毎にスペクトル分解し、分解されたスペクトル光を結像レンズによって集光し、検出すべきスペクトル成分を可動スリットによって選択し、選択されたスペクトル成分を光検出器により検出する顕微鏡が知られている。
この顕微鏡においては、揺動可能なグレーティングのようなスペクトル分解手段によってスペクトル分解されたスペクトル光の光軸と、該スペクトル光を結像させる集光レンズと光検出器との間の光軸とが一致するように配置されている。

特開２００５−２３４２８１号公報

しかしながら、スペクトル分解されたスペクトル光の光軸と、該スペクトル光を結像させる集光レンズ・光検出器間の光軸とが一致する場合、集光レンズにその光軸上に入射したスペクトル光は、集光レンズ内において光軸上で内面反射を１回以上繰り返し、光軸に沿って出射される。この場合の反射光の集光位置は、集光レンズにおいて内面反射することなく集光された光の集光位置に対して光軸方向にずれた位置となるため、光検出器により検出されるスペクトル成分に結像レンズ内において反射した光がフレア光として混入するという不都合が発生する。その結果、特定のスペクトル成分の強度のみが増大してしまい、スペクトル列を精度よく検出することができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、集光レンズ内における反射によるフレア光のスペクトル列への混入を防止して、スペクトル列を精度よく検出することができる分光装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光を波長毎に分離してスペクトル列を生成する波長分割手段と、該波長分割手段により分離された光を所定の面内に集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点面に配置され、波長毎に分離された光のうち、所定の波長帯域の光を選択する波長選択手段とを備え、前記波長分割手段から前記集光レンズまでの光軸が、前記集光レンズの光軸に対して、前記スペクトル列の配列方向に交差する方向に平行間隔をあけて配置されている分光装置を提供する。

本発明によれば、波長分割手段により波長毎に分離されて生成されたスペクトル列が集光レンズに入射する際に、該集光レンズの光軸に対してずれた平行な光軸に沿って入射する。集光レンズの光軸に対して平行な光軸に沿って入射された光も、集光レンズの光軸に沿って入射された光も同じ位置に集光されるが、集光レンズ内において反射された光は集光レンズの光軸上を通ることなく異なる位置に集光される。特に、波長分割手段から集光レンズまでの光軸が、集光レンズの光軸に対して、スペクトル列の配列方向に交差する方向に平行間隔をあけて配置されているので、集光レンズ内において反射した光はスペクトル列の配列方向に交差する方向にずれた位置を通過する。したがって、集光レンズ内における反射によるフレア光のスペクトル列への混入を防止することができる。

上記発明においては、前記波長選択手段が、前記スペクトル列の配列方向に隙間寸法を変更可能な可変スリットであってもよい。
このようにすることで、可変スリットの隙間寸法を変更することによって選択するスペクトル列の波長範囲を調節することができる。

また、上記発明においては、前記波長選択手段が、スペクトル列の配列方向に直交する方向に所定の間隔をあけて固定された固定スリットを備えていてもよい。
このようにすることで、固定スリットによってスペクトル列のみを選択的に通過させ、光軸からずれた位置を通るフレア光を遮断することができる。特に、スペクトル列に対してフレア光の光路のずれ量が小さい場合に効果的に遮断することができる。
また、上記発明においては、前記波長分割手段が、グレーティングであってもよいし、高分散プリズムであってもよい。

また、上記発明においては、前記集光レンズと前記波長選択手段との間に、前記集光レンズにより集光された光を偏向するプリズムを備え、該プリズムが、前記集光レンズの光軸に直交する方向にその入射面を配置していてもよい。
このようにすることで、集光レンズによって集光された光をプリズムによって偏向して、検出方向を異ならせることができる。この場合に、集光レンズによって集光された光を入射面に対して角度をなしてプリズムに入射させることができる。その結果、プリズム内で反射を繰り返して出射される光が、プリズムによって偏向される光の光軸からずれた位置を通過させられ、検出されるスペクトル列にフレア光が混入することを防止することができる。

また、上記発明においては、前記プリズムが、前記スペクトル列の配列方向に並んで複数配列されていてもよい。
このようにすることで、複数のプリズムに入射させるスペクトル列を、プリズム毎に所定の波長範囲で分割して、複数チャネルで検出することが可能となる。

本発明によれば、集光レンズ内における反射によるフレア光のスペクトル列への混入を防止して、スペクトル列を精度よく検出することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る分光装置１について、図１〜図４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る分光装置１は、図１に示されるように、例えば、共焦点型レーザ顕微鏡の共焦点ピンホール２を通過して来た試料からの蛍光のような光Ｌ_１を略平行光にするコリメートレンズ３と、該コリメートレンズ３により略平行光とされた光Ｌ_１を波長領域毎にスペクトル分解してスペクトル光Ｌ_２を生成するグレーティング４と、該グレーティングにより生成されたスペクトル光Ｌ_２を、スペクトル列が焦点面上に一列に並ぶように集光させる集光レンズ５と、前記焦点面近傍に配置された波長選択手段６と、該波長選択手段６により選択された波長領域の光を検出する光検出器７とを備えている。

本実施形態においては、図２および図３に示されるように、集光レンズ５の光軸Ｐ_１上に前記波長選択手段６および光検出器７が配置され、集光レンズ５の光軸Ｐ_１に平行な光軸Ｐ_２上にグレーティング４が配置されている。グレーティング４から集光レンズ５までの光軸Ｐ_２と集光レンズ５の光軸Ｐ_１とは、グレーティング４により生成されるスペクトル光Ｌ_２におけるスペクトルの配列方向に対して直交する方向に平行間隔をあけて配置されている。
これにより、グレーティング４によって生成されたスペクトル光Ｌ_２は、集光レンズ５の光軸Ｐ_１上を通過しない領域Ａに入射させられるようになっている。

グレーティング４は、生成されるスペクトル列の配列方向に揺動可能に構成されている。グレーティング４を揺動させることにより、生成されるスペクトル列をその配列方向に移動させることができるようになっている。

波長選択手段６は、図２に示されるように、固定スリット６ａと可動スリット６ｂとを備えている。固定スリット６ａは、集光レンズ５によって集光されたスペクトル列全体を透過させることができるようにスペクトル列の配列方向に延びる隙間を有している。可動スリット６ｂは、固定部材６ｃと、該固定部材６ｃに対してスペクトル列の配列方向に隙間をあけて配置される可動部材６ｄとを備えている。可動部材６ｄは、隙間の間隔を変化させる方向（矢印Ｂの方向）に移動させられるようになっている。
光検出器７は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ：Phothomultiplier-Tube）である。

このように構成された本実施形態に係る分光装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る分光装置１によれば、入射されてきた光Ｌ_１がコリメートレンズ３によって略平行光に変換されてグレーティング４に入射される。グレーティング４においては入射された略平行光が回折させられることにより波長毎に分離された平行光束が一方向に一列に並ぶスペクトル光Ｌ_２が生成される。

生成されたスペクトル光Ｌ_２は、集光レンズ５の表面５ａに入射される。このとき、スペクトル光Ｌ_２は、グレーティング４の揺動角度に応じてスペクトル光Ｌ_２の波長の配列方向に領域Ａを異ならせて入射され、集光レンズ５によって集光される。そして、波長選択手段６の固定スリット６ａと可動スリット６ｂとによって画定される開口部に応じた波長範囲のスペクトル光Ｌ_２が波長選択手段６を透過して光検出器７により検出される。

検出したい波長幅を調節するときには、可動スリット６ｂの可動部材６ｄを固定部材６ｃに対して移動させてスペクトル列の配列方向の隙間を調節する。検出したい波長範囲の両端の波長を調節するときには、グレーティング４を揺動させて、波長選択手段６に入射するスペクトル列の配列方向の位置を調節する。

本実施形態に係る分光装置１によれば、図３に示されるように、グレーティング４によって生成されたスペクトル光Ｌ_２は、その大部分が集光レンズ５の２つの表面５ａ，５ｂで屈折させられつつ集光レンズ５を透過し、波長選択手段６の位置に集光される。一方、一部の光Ｌ_２′は透過することなく集光レンズ５の内面によって反射された後に集光レンズ５の外部に出射される。

この場合に、本実施形態に係る分光装置１によれば、集光レンズ５の光軸Ｐ_１に対して平行間隔をあけてずれた光軸Ｐ_２に沿って集光レンズ５に入射させられるので、図３に示されるように、内面反射せずに集光レンズ５から出射された光Ｌ_２とは異なる位置に集光させられる。
すなわち、内面反射した後に出射された光Ｌ_２′は、スペクトル列の配列方向に対して交差する方向にずれた位置に集光させられる。したがって、内面反射せずに集光レンズ５から出射された光Ｌ_２は、集光位置に配置されている波長選択手段６の開口部を通過するが、内面反射した後に出射された光Ｌ_２′は、波長選択手段６によって遮断され、光検出器７によって検出されることが防止される。

比較例として、集光レンズ５の光軸上に入射させた場合を図４に示す。この比較例によれば、内面反射せずに出射される光Ｌ_２と内面反射した後に出射される光Ｌ_２′とはともに集光レンズ５の光軸Ｐ_１上を通過するので、集光レンズ５の焦点面に配置されている波長選択手段６をともに透過してしまい、内面反射後に出射された光Ｌ_２′がフレア光となって検出したいスペクトル光Ｌ_２に混入することになる。

これに対して本実施形態に係る分光装置１によれば、検出されるスペクトル列に内面反射したフレア光が混入しないので、所望の波長帯域の光Ｌ_２を精度よく検出することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、光Ｌ_１を波長毎に分離する波長分割手段としてグレーティング４を例示して説明したが、これに代えて、高分散プリズムを採用してもよい。
また、波長選択手段６として、固定スリット６ａと可動スリット６ｂとを組み合わせたものを例示したが、内部反射された光Ｌ_２′を内部反射されずに出射された光Ｌ_２に対して十分に離れた位置に集光させることができる場合には、固定スリット６ａを設けなくてもよい。逆に、固定スリット６ａを設けることにより、極めて近い位置に集光される光Ｌ_２′についても、検出したい光Ｌ_２に混入しないように遮断することができるという利点がある。

また、図５に示されるように、集光レンズ５と波長選択手段６との間に、光Ｌ_２を偏向するプリズム８を配置することにしてもよい。単一のプリズム８を配置することで、光検出器７により検出するための光路を屈折させたレイアウトを採用することができる。また、プリズム８をスペクトル列の配列方向に複数並べて配置することで、各プリズム８により隣接する波長帯域の光を異なる方向に偏向させることができ、波長帯域毎に異なる複数チャネルの光検出器７によって検出することが可能となる。

この場合には、プリズム８のスペクトル光Ｌ_２の入射面８ａが、集光レンズ５の光軸Ｐ_１に対して直交するように配置されていることが好ましい。プリズム８に入射するスペクトル光Ｌ_２は、プリズム８内においても内面反射させられるが、本実施形態によれば、集光レンズ５から出射されたスペクトル光Ｌ_２をプリズム８の入射面８ａに対して斜めに入射させることができ、したがって、同様にして、内面反射した光Ｌ_２′がフレア光となって検出したいスペクトル光Ｌ_２に混入する不都合の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る分光装置を説明する正面図である。 図１の分光装置における集光レンズへのスペクトル光の入射位置と波長選択手段とを示す斜視図である。 図２の集光レンズと波長選択手段とを説明する側面図である。 図３の集光レンズおよび波長選択手段に対する比較例を示す側面図である。 図１の分光装置の変形例であって、プリズムを備える分光装置の側面図である。

符号の説明

Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_２′ 光
Ｐ_１，Ｐ_２ 光軸
１ 分光装置
４ グレーティング（波長分割手段）
５ 集光レンズ
６ 波長選択手段
６ａ 固定スリット（可変スリット）
６ｂ 可動スリット（可変スリット）
８ プリズム
８ａ 入射面

Claims (7)

1. 光を波長毎に分離してスペクトル列を生成する波長分割手段と、
   該波長分割手段により分離された光を所定の面内に集光する集光レンズと、
   該集光レンズの焦点面に配置され、波長毎に分離された光のうち、所定の波長帯域の光を選択する波長選択手段とを備え、
   前記波長分割手段から前記集光レンズまでの光軸が、前記集光レンズの光軸に対して、前記スペクトル列の配列方向に交差する方向に平行間隔をあけて配置されている分光装置。
2. 前記波長選択手段が、前記スペクトル列の配列方向に隙間寸法を変更可能な可変スリットである請求項１に記載の分光装置。
3. 前記波長選択手段が、スペクトル列の配列方向に直交する方向に所定の間隔をあけて固定された固定スリットを備える請求項２に記載の分光装置。
4. 前記波長分割手段が、グレーティングである請求項１に記載の分光装置。
5. 前記波長分割手段が、高分散プリズムである請求項１に記載の分光装置。
6. 前記集光レンズと前記波長選択手段との間に、前記集光レンズにより集光された光を偏向するプリズムを備え、
   該プリズムが、前記集光レンズの光軸に直交する方向にその入射面を配置している請求項１から請求項５のいずれかに記載の分光装置。
7. 前記プリズムが、前記スペクトル列の配列方向に並んで複数配列されている請求項６に記載の分光装置。

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