分光裝置和分光用光源的製作方法

2023-12-08 12:55:41

分光裝置和分光用光源的製作方法
【專利摘要】本發明提供分光裝置和分光用光源。該分光裝置包括：光學系統，使輸出光透過，該輸出光從接收到來自光源的照射光的試樣輸出；二維陣列光檢測器，拍攝透射所述光學系統的光；以及控制器，所述光學系統包括：第一光學器，設置在所述試樣和所述二維陣列光檢測器之間；第二光學器，設置在所述二維陣列光檢測器和所述第一光學器之間；以及可變帶通濾光器，設置在所述第一光學器和所述試樣之間、以及所述第二光學器和所述二維陣列光檢測器之間的至少一個上，其中，所述控制器配合所述二維陣列光檢測器的拍攝時機，改變所述可變帶通濾光器器的光透過波長頻帶。
【專利說明】分光裝置和分光用光源
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請基於2012年11月8日向日本特許廳提交的日本專利申請2012-246429號，因此將所述日本專利申請的全部內容以引用的方式併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明涉及分光裝置和分光用光源。
【背景技術】
[0004]如果向試樣(測量對象)照射來自例如雷射那樣光源的光，則產生包含激勵光、螢光或拉曼散射光等的輸出光。提出了一種使上述輸出光射入顯微鏡來進行分光和分析的分光裝置。由此，能夠實現一種光波長計，該光波長計保持波長測量穩定性並使基準光源部的結構簡單化。即，能夠以低成本得到可靠性高的光波長計。
[0005]在此，拉曼散射是通過向物質照射雷射等具有單一波長的光而產生的線形或非線形的光學現象。在拉曼散射過程中，產生與照射的單一波長光的波長相比、具有稍許偏移(長波長側或短波長側)的波長的散射光。另外，由拉曼散射得到的光的強度是照射光波長的10_14倍程度的微弱的強度。
[0006]因上述波長偏移(拉曼偏移)而得到的拉曼散射光譜是物質所固有的。由此，基於拉曼散射光能夠確定試樣是何種物質。
[0007]因此，以往通過利用分光裝置檢測從試樣發出的拉曼散射光等，來確定試樣中包含的物質的化學結構和物理狀態。另外，按照以往的分光裝置，不論試樣是固體、液體或氣體都能夠進行非破壞下的檢測。
[0008]此外，SERS (表面增強拉曼散射)是如下現象:通過向試樣(測量對象；具有金屬納米結構的試樣)照射雷射等具有單一波長的光，產生增強的拉曼散射光，所述試樣具有存在於納米尺寸的金屬結構周圍的物質。具體地說，通過向具有金屬納米結構的試樣照射激勵光，在金屬表面激勵作為自由電子粗密波的表面等離子體振子。在激勵了表面等離子體振子的區域，光電場增強。
[0009]關於SERS，以往的分光裝置對在金屬納米結構的周圍產生、且由表面等離子體振子增強的拉曼散射光進行測量。在這種領域中使用一種分光裝置，該分光裝置使用日本專利公開公報特開2002-014043號記載的衍射光柵。但是，如果使用衍射光柵，則裝置的部件個數增加。因此，導致裝置大型化且價格高。此外，在液晶帶通濾光器中具有偏振依存性，光透射效率也低。因此，提出了一種使用可變帶通濾光器的分光裝置。
[0010]作為記載了以往分光裝置的文獻，例如具有日本專利公開公報特開2007-179002號、日本專利公開公報特開2004-317676號、日本專利公開公報特開2002-014043號、日本專利公開公報特開2011-220700號、以及日本專利公開公報特開2012-127855號。

【發明內容】
[0011]本發明提供一種分光裝置，其包括:光學系統，使輸出光透過，所述輸出光從接收到來自光源的照射光的試樣輸出；二維陣列光檢測器，拍攝透過所述光學系統的光；以及控制器，所述光學系統包括:第一光學器，設置在所述試樣和所述二維陣列光檢測器之間；第二光學器，設置在所述二維陣列光檢測器和所述第一光學器之間；以及可變帶通濾光器，設置在所述第一光學器和所述試樣之間、以及所述第二光學器和所述二維陣列光檢測器之間的至少一個上，所述控制器配合所述二維陣列光檢測器的拍攝時機，改變所述可變帶通濾光器的光透過波長頻帶。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發明一種實施方式的分光裝置的結構圖。
[0013]圖2是可變帶通濾光器的入射角的說明圖。
[0014]圖3是表示圖1的二維陣列光檢測器受光面上的光譜強度的示意圖。
[0015]圖4是可變帶通濾光器的透過波長頻帶的說明圖。
[0016]圖5是說明二維陣列光檢測器和可變帶通濾光器的動作的時序圖。
[0017]圖6是說明圖1的分光裝置的動作的流程圖。
[0018]圖7是說明二維陣列光檢測器和可變帶通濾光器的動作的另一時序圖。
[0019]圖8是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0020]圖9是可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7的透過波長頻帶的說明圖。
[0021]圖10是說明二維陣列光檢測器、可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7的動作的時序圖。
[0022]圖11是說明圖8的分光裝置的動作的流程圖。
[0023]圖12是說明二維陣列光檢測器、可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7的動作的另一時序圖。
[0024]圖13是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0025]圖14是圖13的光軸偏移修正的說明圖。
[0026]圖15是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0027]圖16是圖15的光軸偏移修正的說明圖。
[0028]圖17A、17B是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0029]圖18是基於本發明的分光動作例子的說明圖。
[0030]圖19是表示校正裝置的具體例子的框圖。
[0031]圖20是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0032]圖21是圖20的濾光器的角度變化的說明圖。
[0033]圖22A、22B是表示用於實現圖21所示的濾光器的轉動動作的轉動機構的結構圖。
[0034]圖23是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0035]圖24是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。
[0036]圖25是作為本發明應用例子的窄頻帶光源的結構圖。
[0037]圖26是表示本發明其他實施方式的分光裝置一個例子的結構圖。
[0038]圖27是圖26的可變帶通濾光器的光入射角度的說明圖。
[0039]圖28是表示圖26的二維陣列光檢測器受光面上的光譜強度的示意圖。[0040]在下面的詳細說明中，出於說明的目的，為了提供對所公開的實施方式的徹底的理解，提出了許多具體的細節。然而，顯然可以在沒有這些具體細節的前提下實施一個或更多的實施方式。在其它的情況下，為了簡化製圖，示意性地示出了公知的結構和裝置。
【具體實施方式】
[0041]本發明的一種實施方式的分光裝置(本分光裝置)，其包括:光學系統，使輸出光透過，所述輸出光從接收到來自光源的照射光的試樣輸出；二維陣列光檢測器，拍攝透射了所述光學系統的光；以及控制器，所述光學系統包括:第一光學器，設置在所述試樣和所述二維陣列光檢測器之間；第二光學器，設置在所述二維陣列光檢測器和所述第一光學器之間；以及可變帶通濾光器，設置在所述第一光學器和所述試樣之間、以及所述第二光學器和所述二維陣列光檢測器之間的至少一個上，其中，所述控制器配合所述二維陣列光檢測器拍攝的時機，改變所述可變帶通濾光器的光透過波長頻帶。
[0042]在本分光裝置中，所述控制器可以通過控制所述可變帶通濾光器，掃描預先確定的多個所述光透過波長頻帶。
[0043]在本分光裝置中，所述控制器可以通過控制所述二維陣列光檢測器的拍攝時機，以預先確定的時間間隔拍攝所述輸出光，並且通過控制所述可變帶通濾光器，將所述透過波長頻帶改變為具有預先確定的間隔的波長頻帶。
[0044]本分光裝置還可以包括偏振器，所述偏振器使透射所述可變帶通濾光器的光向預先確定的偏振光方向偏振，所述控制器可以改變所述偏振器的偏振光方向。
[0045]本分光裝置還可以包括光軸調整器，所述光軸調整器修正來自所述試樣的輸出光光軸在二維平面上的位置偏移。
[0046]本發明中，所述可變帶通濾光器還可以包括多個濾光器，所述多個濾光器具有相互不同的透過波長頻帶。此外，所述分光裝置還可以包括支承構件，所述支承構件能夠切換所述多個濾光器，並且將所述多個濾光器支承成能夠相對於光軸轉動。
[0047]在本分光裝置中，所述支承構件可以是形成為能夠轉動的圓板狀的濾光輪，所述濾光輪支承所述濾光器使其在規定的轉動位置與光軸相交。
[0048]在本分光裝置中，所述支承構件可以是能夠沿與光軸相交的直線移動的滑動件。
[0049]本分光裝置還可以包括使整個所述支承構件相對於光軸轉動的轉動器。
[0050]在本分光裝置中，可以使所述光學系統能夠與顯微鏡或望遠鏡的光學系統連接或一體化。
[0051]在本分光裝置中，所述可變帶通濾光器可以根據相對於光軸的入射角度使光透過波長頻帶變化。
[0052]在本分光裝置中，所述第一光學器和所述第二光學器可以形成遠心光學系統。
[0053]本發明還提供一種實施方式的分光用光源，其包括:本分光裝置；以及光源，向所述試樣照射光。
[0054]按照上述分光裝置，可以從觀察的平面區域，在更廣的波長範圍內得到降低了光的光譜強度不均的分光輸出。
[0055]並且，本分光裝置可以通過具有用於向試樣照射光的光源，作為實質上的窄頻帶光源發揮功能。[0056]圖26是表示本發明一種實施方式的使用可變帶通濾光器的分光裝置一個例子的結構說明圖。圖26中，在試樣I和檢測器2之間配置有光學裝置3、4。上述光學裝置3、4構成用於得到平行光的遠心光學系統。
[0057]並且，在光學裝置3、4之間配置有可變帶通濾光器5，該可變帶通濾光器5用於僅使特定區域的光透過。
[0058]因此,從光源OS向試樣I照射光而產生的、來自試樣I的點A、B、C的光分別通過光軸A」、光軸B」和光軸C」，從而透射光學裝置3。可變帶通濾光器5限制上述光的光透過波長頻帶。並且，利用光學裝置4，上述光分別聚光到檢測器2的點A』、B』、C』。
[0059]按照這種結構，可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶(波長區域)根據朝向可變帶通濾光器5的光入射角度而變化。這是因為例如可變帶通濾光器是多層膜濾光器時，如果光入射角度變化，則外觀上的膜厚變化。
[0060]如圖27所示，圖26的光軸A」、光軸B」和光軸C」的光分別以α、β、Y的角度射
入可變帶通濾光器5。
[0061]如圖28所示，其結果，向檢測器2的點Α』、B』、C』聚光的透過光的光譜和強度在A — Α』、B — B』、C — C』的各點之間不同。
[0062]S卩，例如在試樣I的點A、B、C中，如圖27所示，即使光具有同樣強度的(S卩，沒有波長依存性，具有固定的光強度)光譜，朝向可變帶通濾光器5的入射角度也不同。因此，光透過光譜在檢測器2的點A』、B』、C』上不同。
[0063]因此，當想從試樣I的平面得到具有某一特定波長的光時，會造成與檢測器2的平面區域對應的、光透過光譜的不均。
[0064]因此，本發明提供一種發光裝置，該發光裝置通過使用可變帶通濾光器，具有較少的部件個數，小型、低價且具有高的光效率。此外，本發明還提供一種發光裝置，在所述平面區域內，在大幅度的波長範圍內能夠得到降低了光譜強度不均的分光輸出。
[0065]圖1是表示本發明的分光裝置的一種實施方式的結構圖。圖1中，對與圖26相同的部分採用相同的附圖標記。圖1和圖26的不同點在於可變帶通濾光器5的配置位置。即，圖1的可變帶通濾光器5設置在試樣I和光學裝置3之間。
[0066]在圖1中，光源OS例如是未圖示的白熾光源等寬頻帶光源、或像雷射那樣的單一波長光源。通過向試樣I照射來自光源OS的激勵光,產生包含突光和散射光的輸出光。
[0067]試樣I產生的輸出光通過兩個光學裝置、即光學裝置(第一光學器)3和光學裝置(第二光學器)4，射入二維陣列光檢測器2。光學裝置3和光學裝置4分別由透鏡構成。包含光學裝置3和光學裝置4的透鏡光學系統安裝在未圖示的顯微鏡上、或構成追加安裝的光學系統的一部分。透鏡光學系統將來自試樣I的輸出光成像在二維陣列光檢測器2上。另外，透鏡光學系統並不限於包含兩個光學裝置的結構。
[0068]二維陣列光檢測器 2 例如是 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor互補型金屬氧化物半導體)或像CCD (Charge Coupled Device電荷稱合器件)那樣的圖像傳感器。
[0069]在試樣I和光學裝置3之間設置有可變帶通濾光器5。上述可變帶通濾光器5具有可變的、使入射光透過的波長頻帶。可變帶通濾光器5使從光學裝置4射入的平行光束的輸出光中預先確定的波長頻帶的光透過。可變帶通濾光器例如可以是可以調整光入射角度的。
[0070]二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5與控制部(控制器)6電連接。通過來自控制部6的控制信號，改變(控制)二維陣列光檢測器2的拍攝時機。配合二維陣列光檢測器2的拍攝時機，由來自控制部6的控制信號改變(控制)可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶。
[0071]在此，試樣I設置為與光學裝置3的光軸大體成直角。來自試樣I的輸出光向圖1的上方、即與光學裝置3的光軸大體平行地前進。如圖2所示，從試樣I向光學裝置3射出的、來自試樣I的輸出光的光軸A」、B」、C」，分別以大體相同的入射角度α = β = ^射入可變帶通濾光器5。
[0072]即，來自試樣I表面任意區域的輸出光都以大體相等的入射角度，射入可變帶通濾光器5。因此，由可變帶通濾光器5產生的光透過波長頻帶在二維陣列光檢測器2受光面上的各聚光點Α』、B』、C』上是相等的。
[0073]即，在圖1的分光裝置中，當想要根據來自試樣I表面的輸出光得到具有某一特定波長的光時，如圖3所示，能夠進行與試樣I表面的輸出光位置或區域對應的光透過波長頻帶不均降低後的分光。
[0074]圖3是表示圖1的二維陣列光檢測器2受光面上的光譜強度的示意圖。在圖3中，縱軸表示光透過強度，橫軸表示波長。當從試樣I的點Α、B、C射入二維陣列光檢測器2的光具有相同的強度、且不具有波長依存性時，二維陣列光檢測器2受光面上的各聚光點Α』，B』、C』的光透過光譜相互大體相等。
[0075]可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶可變。可變帶通濾光器5使從試樣I射出的平行光束中預先確定的波長帶`寬W的光透過。具體地說，可變帶通濾光器5例如包括:濾光器部，根據朝向濾光器面的光入射角度的變化，透過光的波長特性變化；以及轉動臺，改變濾光器的角度。即，可變帶通濾光器5根據相對於光軸的入射角度，改變透過波長頻帶。
[0076]圖4是圖1的可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶的說明圖。如圖4所示，可變帶通濾光器5可以通過改變相對於輸出光的光軸的濾光器部的角度,保持規定的波長帶寬W，並調整(改變)光透過波長頻帶。
[0077]例如，在可變帶通濾光器5中，如圖4所示，作為上述光透過波長頻帶，可以對從波長LlO到L19的波長頻帶Wl、從波長L20到L29的波長頻帶W2、以及從波長L30到L39的波長頻帶W3這三種進行切換。可變帶通濾光器5可以在上述波長頻帶Wl~W3的任意一種頻帶中，使包含在從光學裝置4射入的來自試樣I的輸出光的散射光Cl透過。波長頻帶Wl~W3都具有規定的波長帶寬W。
[0078]如上所述，控制部6通過控制二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5，在規定的時機使二維陣列光檢測器2拍攝可變帶通濾光器5的規定光透過波長頻帶的輸出光。控制部6以使二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5協調動作的方式，對它們進行控制。
[0079]控制部6可以通過控制二維陣列光檢測器2，以預先確定的時間間隔(例如等時間間隔)拍攝來自試樣I的輸出光。控制部6也可以通過控制可變帶通濾光器5,以預先確定的間隔的波長頻帶(例如等波長頻帶間隔)來改變光透過波長頻帶。
[0080]圖5是說明由控制部6控制的二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5的動作的時序圖。圖5的上層表示透射VBPF (可變帶通濾光器5)的光的波長頻帶的變化。當光透過波長頻帶保持在Wl、W2或W3時，VBPF靜止。通過可變帶通濾光器5的加減速動作改變光透過波長頻帶(例如Wl — W2、或W2 — W3)。圖5的下層表示由CAM (二維陣列光檢測器2)對輸出光進行拍攝的時機。當二維陣列光檢測器2為ON的狀態時，進行在預先確定的Texp曝光時間的曝光和拍攝。利用VBPF的加減速動作改變光透過波長頻帶時，產生直到開始下一次拍攝的等待時間Tw。
[0081]在未圖示的存儲裝置中，存儲有預先確定的二維陣列光檢測器2為ON的拍攝時機或拍攝間隔。控制部6通過配合上述拍攝時機或拍攝間隔來控制可變帶通濾光器5，切換波長頻帶W1、W2、以及W3。具體地說，控制部6配合二維陣列光檢測器2的拍攝時機tl、t2或t3，對可變帶通濾光器5的波長頻帶Wl、W2、以及W3進行切換。
[0082]另外，控制部6例如也可以包括控制分光裝置的各構件動作的CPU (CentralProcessing Unit中央處理單元)。具體地說,控制部6啟動存儲在未圖示的存儲裝置內的OS等。並且，控制部6通過在上述OS上，讀取並執行存儲在存儲裝置內的程序，來控制整個分光裝置。並且，控制部6通過以預先確定的時機或拍攝間隔控制可變帶通濾光器5，來改變光透過波長頻帶，並在二維陣列光檢測器2中拍攝透過光。
[0083]圖6是說明圖1那樣結構的分光裝置的動作的流程圖。
[0084](1-1)測量開始後，在步驟SI中，控制部6從未圖示的存儲裝置讀取預先確定的二維陣列光檢測器2的曝光時間Traip,並進行設定。
[0085](1-2)在步驟S2中，控制部6從未圖示的存儲裝置讀取預先確定的全部VBPF中的光透過波長頻帶，並設定初始值(Wl )。即，控制部6使VBPF動作，並在確認VBPF的波長頻帶成為Wl之後，使VBPF的動作結束，使VBPF靜止。
[0086](1-3)在步驟S3中，控制部6控制二維陣列光檢測器2，在預先確定的曝光時間Texp,拍攝透射VBPF的光(CAM:0N)。控制部6將得到的拍攝數據存儲在未圖示的存儲裝置內。
[0087](1-4)在步驟S4中，控制部6判斷全部分光波長頻帶的測量(拍攝)是否結束。當測量結束時(YES)，控制部6結束測量，並返回等待下一次測量開始的待機狀態。當測量未結束時(NO)，控制部6前進至步驟S5。
[0088](1-5)在步驟S5中，控制部6將VBPF中的光透過波長頻帶設定為下一狀態(VBPF:Wl -W2),並開始VBPF的加減速動作。
[0089](1-6)在步驟S6中，控制部6判斷VBPF的光透過波長頻帶是否到達了在步驟S5中設定的下一波長頻帶W2。當未到達時(NO)，控制部6反覆進行步驟S6的判斷。上述反覆進行的判斷是指通過使VBPF進行加減速動作，波長頻帶在正變化為下一波長頻帶(Wl — W2)的過程中。反覆的累計時間相當於直到二維陣列光檢測器2開始下一次拍攝的等待時間Tw(CAM:0FF)。當波長頻帶到達了 W2時(YES)，控制部6前進至步驟S3，通過控制二維陣列光檢測器2拍攝波長頻帶W2的透過光。
[0090](1-7)反覆進行以上方式的步驟S4中的判斷、步驟S5的動作、步驟S6的判斷、以及步驟S3中的拍攝。由此，控制部6最終將VBPF中的光透過波長頻帶控制為W3 (最終狀態)，並且通過控制二維陣列光檢測器2拍攝波長頻帶W3的透過光。控制部6結束測量，並返回等待下一次測量開始的待機狀態。
[0091]在圖1的分光裝置中，可變帶通濾光器5設置在光學裝置3和試樣I之間。由此，來自試樣I任意區域的輸出光都以大體相等的角度，射入可變帶通濾光器5。由此，可以進行降低了與二維陣列光檢測器2受光面上位置或區域對應的光透過波長頻帶不均的分光。
[0092]由此，圖1的分光裝置能夠以較少的不均對試樣I的二維觀察平面的區域進行分光。其結果，由於測量後不需要修正圖像的分光信息，所以圖1的分光裝置可以進行高速分光。
[0093]此外，控制部6進行控制，以使二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5協調動作。由此，控制部6能對二維平面的區域進行分光拍攝。
[0094]此外，圖1的分光裝置具有包含兩個光學裝置3、4的透鏡光學系統和可變帶通濾光器5這樣較少的部件。因此，圖1的分光裝置能夠實現小型化且價格低。
[0095]此外，作為可變帶通濾光器5可以使用具有較小的偏振依存性的光入射角度調整型的濾光器。在這種情況下，即使入射光微弱，也能夠得到充分的光量。因此，由於能夠縮短曝光時間Traip，所以能夠進行高速分光。
[0096]另外，在上述實施方式中，為了便於說明，將可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶作為W1、W2以及W3三種進行了說明。可變帶通濾光器5可以在更多的光透過波長頻帶中，使來自所述試樣I的包含螢光、散射光、反射光和透過光的輸出光透過。在這種情況下，控制部6可以通過控制可變帶通濾光器5掃描光透過波長頻帶，由此，對連續的光譜頻帶進行分光。
[0097]此外，在圖1的分光裝置中，波長解析度的頻帶為具有可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶。因此，在圖1的分光裝置中，可以使用波長帶寬窄的可變帶通濾光器5，並且也可以增加使光透過的波長頻帶。由此，分光裝置具有較高的波長解析度，並且可以對連續的光譜頻帶進行分光。
[0098]此外，在上述實施方式中，為了便於說明，如圖5所示，能夠使可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶以Wl — W2 — W3呈階段性(離散)變化。但是，從Wl到W3的波長頻帶的變化可以連續性的或曲線的。利用圖7對上述動作進行說明。
[0099]圖7是說明由控制部6控制的二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5的動作的另一時序圖。圖7中，控制部6使可變帶通濾光器5的濾光器部以規定的角度連續變化。由此，控制部6使光透過波長頻帶在波長頻帶Wl到W3之間連續性變化。圖7中表示連續性且線形變化的光透過波長頻帶。但是，控制部6也可以使光透過波長頻帶非線形變化。
[0100]如圖7所示，當通過使光透過波長頻帶連續變化來掃描連續的光譜頻帶時，不需要圖5所示的可變帶通濾光器5的加減速動作。由此，可以減少等待時間Tw。S卩，能夠反覆進行利用二維陣列光檢測器2進行的拍攝。因此，整體的分光時間變短，能夠進行更高速的分光。
[0101]在這種情況下，控制部6也可以調整使光透過的可變帶通濾光器5的相鄰的波長頻帶的間隔。進而，控制部6也可以使光透過波長頻帶在波長頻帶Wl到W3之間連續變化。例如，關於進行在窄波長頻帶下得到的透過光的光強度分析的範圍，控制部6也可以通過控制可變帶通濾光器5，使相鄰的波長頻帶的間隔變窄。此外，關於不需要進行由窄頻帶得到的透過光的光強度分析的範圍，控制部6也可以使相鄰的波長頻帶的間隔變寬。
[0102]其結果，分光裝置(控制部6)可以在所希望的範圍內進行連續的波長頻帶的分光。在上述範圍內，分光裝置與將要進行分光的光譜的波長區域對應地具有適當的波長解析度。此外，由於實現了連續的分光動作，所以能夠省略(縮短)可變帶通濾光器5的加減速動作的等待時間Tw。由此，作為整體能夠進行更高速的分光。
[0103]另外，即使在將可變帶通濾光器5的配置位置從試樣I和光學裝置3之間改變到光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間時，也能夠得到大體相同的效果。例如，可以將包含光學裝置3、4的光學系統變更為遠心光學系統等。即，光學裝置3、4可以形成遠心光學系統。由此，可以使來自試樣I的輸出光大體垂直地射入二維陣列光檢測器2。因此,在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間配置有可變帶通濾光器5的分光裝置，也能夠進行與圖1的分光裝置大體相同的動作，起到與圖1的分光裝置大體相同的效果。
[0104]本實施方式的分光裝置可以具有協調動作的多個可變帶通濾光器。在這種結構中，相對於相鄰的波長頻帶的重複部分，可以以較高的光學波長解析度進行分光。
[0105]圖8是表示本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。圖8中與圖1相同的部分，採用相同的附圖標記。在圖8的分光裝置中，在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間也設置有可變帶通濾光器7。可變帶通濾光器7具有與可變帶通濾光器5相同的結構。
[0106]上述可變帶通濾光器7也與控制部6電連接。可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶也與二維陣列光檢測器2的拍攝時機配合，由控制部6的控制信號改變(控制)。此外，在可變帶通濾光器7和二維陣列光檢測器2之間設置有偏振片(偏振器)9，該偏振片9包括例如1/2波長板或1/4波長板。上述偏振片9也與控制部6電連接。由控制部6改變(控制)偏振片9的偏振光方向。
[0107]可變帶通濾光器7通過改變濾光器相對於光軸的角度，保持光能夠透過的波長帶寬W，並控制(改變)光透過波長頻帶。在此，可變帶通濾光器7具有與可變帶通濾光器5不同的光能夠透過的波長帶寬W』、或與可變帶通濾光器5大體相同的光能夠透過的波長帶寬I
[0108]此外，當可變帶通濾光器7具有與可變帶通濾光器5大體相同的波長帶寬W時，利用控制部6，將可變帶通濾光器7控制成具有與可變帶通濾光器5不同的光透過波長頻帶。
[0109]圖9是可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶的說明圖。在圖9所示的例子中，可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7具有大體相同的光能夠透過的波長帶寬W。如上所述，可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7通過改變濾光器相對於光軸的角度，保持光能夠透過的波長帶寬W並控制光透過波長頻帶。
[0110]如上所述，可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶能夠切換成波長頻帶W1、W2、W3這三種。另一方面，可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶能夠切換成從波長L10』到L19』的波長頻帶W4、從波長L20』到L29』的波長頻帶W5和從波長L30』到L39』的波長頻帶W6這三種。如圖9所示，波長頻帶Wl和W4、W2和W5、W3和W6分別具有相鄰且重複的頻帶。
[0111]圖9中，將波長頻帶Wl和W4的重複部分表示為W14，將波長頻帶W2和W5的重複部分表示為W25，並且將波長頻帶W3和W6的重複部分表示為W36。另外，以下說明中，將上述可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶和可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶重複的光透過波長頻帶記載為「重複透過頻帶」。
[0112]控制部6與存儲在未圖示的存儲裝置內的預先確定的二維陣列光檢測器2為ON的拍攝時機或拍攝間隔配合，來控制可變帶通濾光器5。由此，控制部6將可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶變更為W1、W2或W3。此外，控制部6通過控制可變帶通濾光器7，將上述光透過波長頻帶變更為W4、W5或W6。
[0113]圖10是說明由控制部6控制的二維陣列光檢測器2、可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器?的動作的時序圖。
[0114]圖10中，VBPFl (可變帶通濾光器5)表示可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶的變化(Wl — W2 — W3)。VBPF2 (可變帶通濾光器7)表示可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶的變化(W4 — W5 — W6)。EFF表示重複透過頻帶的變化(W14 — W25 — W36)。CAM (二維陣列光檢測器2)表示由二維陣列光檢測器2進行拍攝的時機。二維陣列光檢測器2為ON的狀態時，進行曝光和拍攝。
[0115]在存儲裝置內存儲有預先確定的為ON的二維陣列光檢測器2的進行拍攝的時機tl、t2、t3和/或拍攝間隔。控制部6配合上述時機或拍攝間隔，切換可變帶通濾光器5的光透過波長頻帶W1、W2、W3。此外，控制部6切換可變帶通濾光器7的光透過波長頻帶W4、W5、W6。其結果，與二維陣列光檢測器2的拍攝時機tl、t2、t3配合，重複透過頻帶成為W14、W25、W36。在此，重複透過頻帶W14、W25、W36可以具有大體相同的範圍，也可以具有不同的範圍。
[0116]圖11是說明圖8那樣結構的分光裝置的動作的流程圖。(2-1)測量開始後，在步驟SI中，控制部6從未圖示的存儲裝置讀取預先確定的二維陣列光檢測器的曝光時間Traip並進行設定。
[0117](2-2)在步驟S2中，控制部6從未圖示的存儲裝置讀取預先確定的全部可變帶通濾光器5、7中的光透過波長頻帶(光透過的分光波長頻帶)，並設定初始值(VBPF1:ffl,VBPF2:W4)。即，控制部6使可變帶通濾光器5、7動作，使重複透過頻帶為初始狀態(EFF:W14)。在確認了這些之 後，控制部6使可變帶通濾光器5、7的動作結束，使可變帶通濾光器
5、7靜止。
[0118](2-3)在步驟S3中，控制部6控制二維陣列光檢測器2，在預先確定的曝光時間Irap進行拍攝(CAM:0N)。控制部6將得到的拍攝數據存儲在未圖示的存儲裝置內。
[0119](2-4)在步驟S4中，控制部6判斷在全部的波長頻帶的測量(拍攝)是否結束。當測量結束時(YES)，控制部6進行控制前進至測量結束，返回等待下一次測量開始的待機狀態。當測量未結束時(NO)，控制部6前進至步驟S5。
[0120](2-5)在步驟S5中，控制部6將可變帶通濾光器5、7的光透過波長頻帶設定為下一狀態(VBPF1:W1 — W2，VBPF2:W4 — 5，EFF:W14 —W25)。並且，控制部6開始可變帶通濾光器5、7的加減速動作。
[0121](2-6)在步驟S6中，控制部6判斷重複透過頻帶是否到達步驟S5中設定的下一個重複透過頻帶化?？:胃25)。未到達時(NO)，控制部6反覆進行步驟S6的判斷。上述反覆的判斷是指通過使可變帶通濾光器5、7進行加減速動作，重複透過頻帶正在向下一個重複透過頻帶(EFF:W25)轉移的過程中。反覆的累計時間相當於直到二維陣列光檢測器2開始下一次拍攝為止的等待時間Tw (CAM=OFF)0當重複透過頻帶到達W25時(YES)，控制部6進行控制前進至步驟S3。控制部6通過控制二維陣列光檢測器2進行拍攝。
[0122](2-7)反覆進行上述那樣的步驟S4中的判斷、步驟S5的動作、步驟S6的判斷、以及步驟S3的拍攝。由此，最終，控制部6將可變帶通濾光器5、7的光透過波長頻帶控制為最終狀態(VBPF1:W3, VBPF2:W6)。由此，控制部6使重複透過頻帶為最終狀態(EFF:W36)。並且，控制部6通過控制二維陣列光檢測器2，在對透過光進行拍攝之後，使測量結束。並且，控制部6返回等待下一次測量開始的待機狀態。
[0123]由此，分光裝置(控制部6)使兩個可變帶通濾光器5、7協調動作。這樣，控制部6可以使從所述試樣I發出的包含螢光、散射光、反射光和透過光的輸出光遍布全部(或一部分)規定的波長頻帶，在每個重複透過頻帶透射可變帶通濾光器5、7來進行分光。
[0124]此外，在圖8的分光裝置中，控制部6可以通過使可變帶通濾光器5、7的重複透過頻帶的範圍變窄，來得到較高的波長解析度。
[0125]按照圖8的分光裝置，可以使多個可變帶通濾光器5、7協調動作。由此，可以高速地對連續的波長頻帶進行聞波長解析度的分光分析。
[0126]此外，圖8的分光裝置是具有較少部件個數的小型且低價的分光裝置。
[0127]此外，當可變帶通濾光器7使用具有較小的偏振依存性的光入射角度調諧型時，即使是微弱的光，也能夠得到充分的光量。因此，可以得到高速的分光裝置。
[0128]另外，在上述實施方式中，為了便於說明，如圖10所示，使可變帶通濾光器5、7的光透過波長頻帶以Wl — W2 — W3和W4 — W5 — W6呈臺階狀(離散)變化。但是，圖12所示，從Wl到W3以及從W4到W6的光透過波長頻帶的變更也可以是連續性的。
[0129]具體地說，控制部6以使重複透過頻帶的帶寬保持固定的方式，使可變帶通濾光器5的濾光器部以規定的角度逐漸變化。由此，控制部6使光透過的波長頻帶連續性地在Wl到W3之間變化。配合於此，控制部6以將重複透過頻帶保持為所希望的帶寬的方式，使可變帶通濾光器7的濾光器部以規定的角度逐漸變化。由此，控制部6使光透過的波長頻帶連續性地在W4到W6之間變化。
[0130]圖12是說明由控制部6控制的二維陣列光檢測器2和可變帶通濾光器5、7的動作的另一時序圖。圖12中，控制部6使可變帶通濾光器5和可變帶通濾光器7的濾光器部以規定的角度逐漸連續變化。
[0131]S卩，控制部6使可變帶通濾光器5的光透過的波長頻帶在Wl到W3之間連續變化，並且使可變帶通濾光器7的光透過的波長頻帶在W4到W6之間連續變化。由此，重複透過頻帶在W14到W36之間連續變化。另外，圖12中表示連續且線形變化的重複透過頻帶。但是，控制部6也可以使重複透過頻帶非線形變化。
[0132]如圖12所示，當通過使重複透過頻帶連續變化來掃描輸出光的光譜頻帶時，不需要像圖10所示那樣的可變帶通濾光器5、7的加減速動作。由此，可以減少等待時間Tw。即，能夠反覆進行使用二維陣列光檢測器2進行的拍攝。因此，整體的分光時間變短，能夠進行更高速的分光。
[0133]此外，控制部6可以使重複透過頻帶W14、W25、W36變更，並且使可變帶通濾光器
5、7的透過波長頻帶連續性地在Wl到W3之間、以及W4到W6之間變化。例如，關於進行在窄波長頻帶下得到透過光的光強度分析的範圍，控制部6也可以通過控制可變帶通濾光器
5、7，使重複透過頻帶的寬度變得很窄。另一方面，關於作為不需要進行由窄頻帶得到的透過光的光強度分析的範圍，控制部6也可以使重複透過頻帶的寬度變寬。
[0134]其結果，分光裝置(控制部6)可以在所希望的連續的波長頻帶內進行更高波長解析度的分光。此外，分光裝置(控制部6)作為整體能夠保持最低限度的波長解析度，並進行高速的分光分析。[0135]另外，在上述各實施方式中，表示了使用包含兩個光學裝置3、4的透鏡光學系統的例子。但是，本發明的分光裝置並不限於此，也可以使用其他光學裝置。
[0136]此外，如圖8所示，例如也可以在可變帶通濾光器7的後段設置偏振片9，該偏振片9例如包含1/2波長板或1/4波長板。由此，能夠將透射可變帶通濾光器7的輸出光轉換成例如像直線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光那樣的預先確定的偏振光，上述輸出光是來自所述的試樣I的包含螢光、散射光、反射光和透過光的光。在這種情況下，也可以基於來自控制部6的控制信號，改變(控制)偏振片9 (偏振裝置)的偏振光方向。
[0137]按照這種分光裝置，透射可變帶通濾光器7的光向預先確定的偏振光方向偏振。由此，可以對具有偏振依存性的來自試樣I的輸出光進行分光(得到輸出光的光譜)。
[0138]並且，可變帶通濾光器5、7是光入射角度調整型的濾光器時，根據以何種方式進行角度調整，有時在與光軸大體垂直的XY面上產生光軸的位置偏移(光軸偏移)。在這種情況下，也可以在分光裝置中設置光軸調整裝置。控制部6控制光軸調整裝置，適當地修正在XY方向上產生的光軸的位置偏移(光軸偏移)。
[0139]S卩，在從試樣I到二維陣列光檢測器2的光路中，也可以設置用於調整光軸的例如像光透過光學板那樣的光軸調整裝置。由此，修正在與來自試樣I的射出光光軸大體垂直的平面的XY方向上產生的光軸的位置偏移(光軸偏移)。在這種情況下，光軸調整裝置能夠控制來自試樣I的輸出光的入射角度，使得基於來自控制部的控制信號來修正在XY方向上產生的光軸位置偏移(光軸偏移)。
[0140]圖13是表示設置有光軸修正裝置的實施方式的圖。圖13中，與圖8相同的部分，採用相同的附圖標記。圖13中，由可變帶通濾光器5、7產生的光軸偏移分別通過傾斜相同角度的光軸修正板5』、7』來修正。
[0141]由設置在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間的光軸修正板5』來修正由設置在試樣I和光學裝置3之間的可變帶通濾光器5產生的光軸偏移。光軸修正板5』與可變帶通濾光器5傾斜相同的角度。由設置在試樣I和光學裝置3之間的光軸修正板V來修正由設置在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間的可變帶通濾光器7產生的光軸偏移。光軸修正板7』與可變帶通濾光器7傾斜相同的角度。在此，可變帶通濾光器5具有與光軸修正板5』大體相同的厚度和折射率。可變帶通濾光器7具有與光軸修正板V大體相同的厚度和折射率。
[0142]利用圖14，對使用光軸修正板5』、7』進行的光軸偏移修正的動作進行說明。
[0143]圖14是用於說明使用圖13所示的可變帶通濾光器5、包含光學裝置3、4的遠心光學系統和光軸修正板5』的光路的圖。如果通過包含光學裝置3、4的遠心光學系統光軸中心(點劃線)的、來自圖下方的光到達可變帶通濾光器5，則根據斯捏爾定律，在濾光器5的表面和背面產生折射並前進。透射濾光器5的光的光路與光軸中心大體平行。但是，產生光軸偏移S。在此,光軸偏移S表不為可變帶通濾光器5的折射率、厚度和相對於光軸的傾斜角度Θ I的函數。因可變帶通濾光器5偏移的光軸利用通過光學裝置3，在與光軸中心交叉且相對於光軸中心左右轉置的光路內前進。此後，通過透射光學裝置4，成為與光軸中心大體平行的光路。
[0144]S卩，在光透射過光學裝置4之後，也保持由可變帶通濾光器5產生的光軸偏移S。透射過光學裝置4的光通過與光軸中心大體平行的光路，到達光軸修正板5』。到達光軸修正板5』的光按照斯捏爾定律，在光軸修正板5』的表面和背面產生折射並前進。光軸修正板5』使透射過光軸修正板5』的光的光軸產生與由可變帶通濾光器5產生的光軸偏移S大體相同的光軸偏移，由此來修正光軸偏移。用於實現上述修正的條件是光軸修正板5』的厚度和折射率與可變帶通濾光器5的厚度和折射率大體相同、以及光軸修正板5相對於光軸的傾斜角度Θ 2與Θ I大體相同。
[0145]以上的說明在將可變帶通濾光器5置換為光軸修正板7』，並且將光軸修正板5』置換成可變帶通濾光器7時也相同。在這種情況下，通過由光軸修正板7』提供與由可變帶通濾光器7產生的光軸偏移相反方向的光軸偏移,來修正光軸偏移。用於實現上述修正的條件是光軸修正板7』的厚度和折射率與可變帶通濾光器7的厚度和折射率大體相同、以及光軸修正板V相對於光軸的傾斜角度Θ 2與可變帶通濾光器7相對於光軸的角度ΘI大體相同。
[0146]另外，如圖13所示，可變帶通濾光器5和光軸修正板7』配置在試樣I和光學裝置3之間。上述可變帶通濾光器5和光軸修正板7』的配置順序可以是沿光的前進方向前後交換(可變帶通濾光器5也可以配置在比光軸修正板V更接近光學裝置3的一側)。在這種情況下，能夠以與可變帶通濾光器5和光軸修正板7』的配置順序對應的方式，使配置在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間的可變帶通濾光器7和光軸修正板5』的配置順序沿光的行進方向前後交換(可變帶通濾光器7也可以配置在比與光軸修正板5』更遠離光學裝置4 一側)。
[0147]此外，在利用圖13和圖14說明的實施方式中，可變帶通濾光器5 (7)和光軸修正板5』(7』)具有大體相同的厚度和折射率。但是，可變帶通濾光器5 (7)和光軸修正板5』(7』)也可以具有相互不同的厚度和折射率。在這種情況下，光軸修正板5』(7』)的傾斜角度Θ 2與可變帶通濾光器5 (7)的傾斜角度Θ I不同。
[0148]此外，在上述實施方式中，為了修正由配置在試樣I和光學裝置3之間的可變帶通濾光器5產生的光軸偏移,在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間配置光軸修正板5』。但是，並不限於此，如圖15所示，為了修正由配置在試樣I和光學裝置3之間的可變帶通濾光器5產生的光軸偏移,也可以將光軸修正板5』配置在試樣I和光學裝置3之間。此外，為了修正由配置在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間的可變帶通濾光器7產生的光軸偏移，也可以將光軸修正板7』配置在光學裝置4和二維陣列光檢測器2之間。
[0149]圖16是用於說明使用圖15所不的可變帶通濾光器5 (7)和光軸修正板5』(7』)的光路的圖。由配置在接近可變帶通濾光器5 (7)正後方的光軸修正板5』(7』)來修正由可變帶通濾光器5 (7)產生的光軸偏移S。在這種結構中，配置可變帶通濾光器5 (7)和光軸修正板5』(7』)，使可變帶通濾光器5 (7)相對於光軸的傾斜角度Θ I和光軸修正板5』(7』)相對於光軸的傾斜角度Θ 2之間的關係為Θ2 = 180° -Θ1。
[0150]另外，在圖15所示的實施方式中，沿光的前進路線，在可變帶通濾光器5、7的後方依次配置有光軸修正板5』、7』。但是，並不限於此，也可以在可變帶通濾光器5、7的前方配置光軸修正板5』、7』。
[0151]通過使用以上方式的光軸修正板，可以邊對來自顯微觀察的平面區域的光的光軸偏移進行修正、邊進行分光。即，分光測量結束後，不需要進行考慮了光軸偏移的分析。因此，能夠在短時間內簡單地進行分光分析。[0152]另外，在上述實施方式中，以顯微鏡為例對光學系統進行了說明。但並不限於此，本發明也可以應用於望遠鏡等其他光學系統。
[0153]圖17A、17B是本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。與圖8的分光裝置相t匕，圖17A、17B所示的分光裝置中，能夠分光的波長頻帶大範圍化。圖17A是簡要立體圖，圖17B是圖17A的局部剖面圖。濾光輪10、20用作可變帶通濾光器(以下有時僅稱為濾光器)的支承構件。濾光輪(支承構件)10、20例如沿光軸OA配置在圖8的分光裝置的可變帶通濾光器5、7的位置上。
[0154]在濾光輪10、20上沿圓周方向每隔大體90°的間隔，分別設置有四個濾光器安裝部11~14、21~24。濾光器安裝部並不限於四個，可以根據設計需要增減。
[0155]在濾光輪10、20的大體中心位置上設置有電動機15、25，用於使濾光輪10、20聯動來進行轉動驅動。控制部6可以通過利用電動機15、25驅動濾光輪10、20而使其轉動，依次切換與光軸OA相交的濾光器安裝部11~14和21~24。
[0156]另外，在四個濾光器安裝部11~14、21~24中，濾光器安裝部11、21為未安裝濾光器的空缺部分。在剩餘的三個濾光器安裝部12~14、22~24上分別安裝有濾光器A~C、A』~C』。濾光器A~C和A』~C』分別具有大體相同的結構，並且分別具有不同的透過波長頻帶。上述空缺部分的濾光器安裝部11、21例如能夠在不需要分光時或在光軸調整過程中有效地發揮功能。
[0157]在安裝於濾光輪10、20的各濾光器安裝部12~14、22~24上的濾光器A~C和A』~C』上，分別設置有傾斜用的電動機MT。通過使上述電動機MT轉動，可以使濾光器的角度相對於貫通濾光器A~C、A』~C』大體中心部的光軸OA變化。即，濾光輪10、20能夠切換濾光器A~C和A』~C，並且被支承成能夠相對於光軸OA轉動。
[0158]具體地說，通過驅`動電動機15、25，使濾光輪10、20轉動。由此，濾光輪10、20的濾光器安裝部12、22、濾光器安裝部13、23、以及濾光器安裝部14、24分別以成對組合的方式，轉動並被固定。
[0159]即，在圖17的例子中，控制部6通過驅動電動機15、25而使濾光輪10、20轉動，最初，組合濾光器安裝部12、22 (濾光器A、A』)並配置在光軸OA上。並且，控制部6通過使電動機MT轉動，與具有可變帶通濾光器5、7的圖8的實施方式同樣，進行面分光動作。
[0160]想要分光的光譜例如是圖18所示的特性曲線SI。當將濾光器A、A』配置在光軸OA上時，對光譜曲線SI的A-A』所示的波長區域進行分光。
[0161]接著，控制部6通過驅動電動機15、25而使濾光輪10、20轉動，組合濾光器安裝部
13.23(濾光器B、B』)並配置在光軸OA上。並且，控制部6通過使電動機MT轉動，進行面分光動作。在這種情況下，對光譜曲線SI的B-B』所示的波長區域進行分光。
[0162]此外，控制部6通過驅動電動機15、25而使濾光輪10、20轉動，組合濾光器安裝部
14.24(濾光器C、C』)並配置在光軸OA上。並且，控制部6通過使電動機MT轉動，進行平面分光動作。在這種情況下，對光譜曲線SI的C-C』所示的波長區域進行分光。
[0163]此時，控制部6也可以重複測量相鄰的波長區域的邊界部分。即，也可以設定波長區域六^』』3』、(:-(:』，以便形成斜線部所示的、相鄰的波長區域六4』』-8』的重複區域(波長區域Gab)和相鄰的波長區域B-B』、C-C』的重複區域(波長區域Gb。)。由此，此後能夠得到連續的光譜曲線SI的信息。[0164]此外，為了使上述多個濾光器的特性順暢地連接，可以在測量前校正上述波長和光量的關係。
[0165]圖19是表示用於上述校正作業的校正裝置具體例的框圖。圖19中，寬頻帶光源30具有這樣的光信號輸出特性:遍布寬頻帶的波長區域具有穩定波長和電平。受光器40具有遍布寬頻帶的波長區域為平坦的光電轉換特性。另外，圖19中將圖17所示的整個光學系統表不為分光光學系統50。
[0166]利用上述寬頻帶光源30和受光器40來校正濾光器。由此，能夠統一修正因濾光器固有的例如厚度和/或折射率的偏差產生的入射角度和波長特性的誤差。
[0167]圖17所示的分光裝置可以具有切換濾光器的組合的機構，該濾光器的組合能夠像濾光輪10、20那樣，對不同的波長區域進行分光。由此，可以便利性良好且高速地進行相對於大範圍波長區域的表面分光。
[0168]此外，也可以在使用波長區域內，使單獨測量的波長頻帶重複。此外，也可以在測量前，在使用的全波長區域，校正同時使用的全部濾光器。由此，能夠對連續的波長區域進行面分光。
[0169]上述可變帶通濾光器的組合機構容易進行寬波長區域的面分光。
[0170]或者是也可以通過準備具有不同的分光波長區域的多個面分光裝置，每次測量時進行更換來進行面分光。
[0171]圖20是本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。圖20中，與圖17相同的部分，採用相同的附圖標記。在此，濾光器A、B、C、A』、B』、C』不通過電動機MT而分別直接固定(安裝)在濾光輪10、20上。圖20中，在濾光輪10、20上除了設置有圖17所示的機構之夕卜，還設置有電動機60、70 (轉動器)。電動機60、70分別使整個濾光輪10、20相對於光軸OA以任意的角度傾斜。即，電動機60 (70)使整個濾光輪10 (20)相對於光軸OA轉動。
[0172]由此，電動機60、70能夠改變濾光器相對於光軸OA的角度。由此，可以改變濾光器的透過波長頻帶。
[0173]圖20所示的分光裝置也與圖17的分光裝置同樣，能夠通過驅動電動機15、25而使濾光輪10、20轉動，來切換濾光器的組合，該濾光器的組合安裝在配置於光軸OA上的濾光器安裝部12?14、22?24上。由此，上述分光裝置也能夠對大範圍的波長範圍進行分光。
[0174]另外，在圖20的分光裝置中，例如，如圖21所示，濾光器相對於光軸OA以濾光器的視野中心η為轉動中心轉動。由此，能夠減少視野E的縮小。
[0175]圖22Α、22Β是用於實現圖21所示的濾光器的轉動動作的轉動機構的結構圖。圖22Α是側視圖，圖22Β是俯視圖。電動機15、25驅動濾光輪10、20而使其轉動。電動機15、25通過支承片16、26，安裝在支承基板17、27上。
[0176]控制部6利用電動機60、70，使支承上述電動機15、25的支承基板17、27轉動。由此，控制部6可以改變安裝在濾光輪10、20的濾光器安裝部12?14、22?24上的濾光器的角度。
[0177]電動機60、70的轉動軸與濾光器的視野中心η大體一致。由此，像利用圖20和圖21說明的那樣，可以減小視野E的縮小。
[0178]另外，在以電動機60、70的轉動軸為中心的、支承基板17、27的與濾光輪10、20相反方向位置上安裝有配重(counterweight) 80、90。配重80、90消除電動機60、70作用於轉動軸的重量的影響。
[0179]圖23也是本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。圖23中，與圖17相同的部分，採用相同的附圖標記。在圖23的分光裝置中，作為濾光器的支承構件，具有滑動件100、110代替圖17的濾光輪10、20。
[0180]在滑動件100上呈大體直線狀以規定的間隔安裝有濾光器A?C。在滑動件110上呈大體直線狀以與濾光器A?C隔大體相同的間隔安裝有濾光器A』?C』。
[0181]控制部6使上述滑動件100、110相對於光軸OA呈大體直線狀地聯動而移動。由此，控制部6可以切換使用濾光器A?C和濾光器A』?C』。S卩，滑動件100、110能夠沿與光軸OA相交的直線移動，並能夠切換多個濾光器A』?C』、A?C，並且將多個濾光器A』?C』、A?C支承成能夠相對於光軸OA轉動。
[0182]與上述方式同樣,控制部6使設置在濾光器A?C和濾光器A』?C』上的電動機MT轉動。由此，控制部6可以使濾光器A?C和濾光器A』?C』相對於貫通它們的大體中心部的光軸OA的角度變化。
[0183]為了進行大範圍的波長範圍的分光，與圖17的分光裝置同樣，控制部6切換所使用的濾光器44』，83』、(:-(:』的組合。在這種情況下，在滑動件100 (110)上也可以設置空缺部分D (D』)。
[0184]圖24也是本發明其他實施方式的分光裝置的結構圖。圖24中，與圖23相同的部分，採用相同的附圖標記。圖24的分光裝置具有濾光器A?C，該濾光器A?C呈直線狀隔開規定的間隔安裝在滑動件100上。此外，在上述濾光器A?C上未安裝電動機MT。此外，圖24的分光裝置具有濾光器A』?C』，該濾光器A』?C』呈直線狀隔開規定的間隔安裝在滑動件110上(圖24中未圖示。參照圖23)。此外，在上述濾光器A』?C』上安裝有電動機MT。
[0185]圖24中，在滑動件100的一端以與濾光器A?C安裝面大體垂直的方式，固定有支承片101。在支承片101上設置有電動機102。電動機102 (轉動器)通過使整個滑動件100相對於光軸OA轉動(轉動驅動)，來改變濾光器A?C相對於光軸OA的角度。
[0186]電動機102以滑動件100的長軸方向為轉動中心、並以使上述轉動中心和光軸中心η大體一致的方式，固定在支承片101上。由此，可以減少視野E的縮小。
[0187]按照圖24的分光裝置，與圖23的分光裝置相比，可以使電動機的總數減少。其結果，實現降低成本。
[0188]本發明重要方面在於，當可變帶通濾光器傾斜規定的傾斜角度(傾斜)時，可變帶通濾光器的透過波長頻帶變化，並且通過構成為整個光學系統，使透過波長頻帶的變化量滿足規定的式樣。因此，透射可變帶通濾光器的光的光路並不一定是平行光。
[0189]此外，在上述各實施方式中，對進行面分光的分光裝置進行了說明。分光裝置的輸出光是分光後的窄頻帶光。由此，如圖25所示，來自分光裝置的輸出光也可以用作實質上的窄頻帶光源。
[0190]圖25中，寬頻帶光源120的輸出光基於本發明的射入分光光學系統130來進行分光。由分光光學系統130進行分光後的輸出光向試樣140照射。透射試樣140的光被第一受光器150接收，並轉化為電信號。被試樣140反射的光或通過試樣140被激勵而產生的螢光等被第二受光器160接收，並轉換為電信號。
[0191]即,基於本發明的分光光學系統130作為向試樣140照射光的實質上的窄頻帶光源發揮功能。另外，第一、第二受光器150、160可以是點接收、線接收或面接收中的任意一種。
[0192]此外，本發明的分光器(分光裝置)能夠與普通的顯微鏡或望遠鏡等光學裝置連接。例如在圖8的光學系統中，如果將試樣I設置成普通的光學裝置的照相機的像面、或者是物鏡的中間像面，則圖8的整個光學系統可以作為具有分光功能的照相機發揮功能。分光器和光學裝置(顯微鏡)可以由C固定件等通用的連接器連接。同樣，也可以使分光器和顯微鏡一體化為分光顯微鏡。此外，在圖1的分光裝置中，當僅需要得到來自試樣I表面的輸出光的某一特定波長的光時，如圖3所不，不依存於試樣I表面的位置或區域，可以在光透過波長頻帶進行均勻分光。
[0193]為了使可變帶通濾光器5所具有的光透過的波長帶寬成為波長解析度，使用波長帶寬窄的可變帶通濾光器5並變化為使光透過的多個波長帶寬，圖1的分光裝置能夠以高波長解析度對連續的光譜頻帶進行分光。
[0194]關於圖14，可以通過由光軸修正板7』預先提供與由可變帶通濾光器7產生的光軸偏移相反方向的光軸偏移，來修正光軸偏移。
[0195]在圖20的結構中，可以在以電動機60、70轉動軸為中心的與支承基板17、27的濾光輪10、20相反方向的位置上安裝配重80、90，上述配重80、90用於平衡作用於電動機60、
70轉動軸的重量。
[0196]本發明的分光裝置或分光用光源可以是以下第一?第十二分光裝置或第一分光用光源。
[0197]第一分光裝置構成為，在按照從光源向試樣照射的照射光，使所述試樣發出的包含螢光、散射光、反射光和透過光的輸出光經由光學系統射入二維陣列光檢測裝置來進行分光分析的分光裝置中，包括:第一光學裝置，設置在所述試樣和所述二維陣列光檢測裝置之間；第二光學裝置，設置在所述二維陣列光檢測器和所述第一光學裝置之間；可變帶通濾光器裝置，設置在所述第一光學裝置和所述試樣之間、以及所述第二光學裝置和所述二維陣列光檢測裝置之間的至少一個上；以及控制裝置，同步控制所述二維陣列光檢測裝置的拍攝時機和所述可變帶通濾光器裝置的光透過波長頻帶的變更。
[0198]第二分光裝置在第一分光裝置的基礎上，所述控制裝置控制所述可變帶通濾光器裝置並掃描預先確定的多個所述透過波長頻帶。
[0199]第三分光裝置在第一或第二分光裝置基礎上，所述控制裝置控制所述二維陣列光檢測裝置的拍攝時機，以預先確定的時間間隔拍攝所述輸出光，並且控制所述可變帶通濾光器裝置，以預先確定的間隔的波長頻帶改變所述透過波長頻帶。
[0200]第四分光裝置在第一?第三中任意一個分光裝置基礎上，具有偏振裝置，該偏振裝置使透射過所述可變帶通濾光器的、所述試樣發出的包含螢光、散射光、反射光和透過光的輸出光向預先確定的偏振光方向偏振，所述控制裝置改變所述偏振裝置的所述偏振光方向。
[0201]第五分光裝置在第一?第四中任意一個分光裝置的基礎上，具有光軸調整裝置，該光軸調整裝置修正所述試樣發出的包含螢光、散射光、反射光和透過光的輸出光在光軸二維平面上的位置偏移。
[0202]第六分光裝置在第一?第五中任意一個分光裝置的基礎上，沿光軸至少設置有一個系統的支承構件，該支承構件能夠切換透過波長頻帶不同的多個可變帶通濾光器、且安裝成能夠相對於光軸轉動。
[0203]第七分光裝置在第六分光裝置的基礎上，所述支承構件是形成為能夠轉動的圓板狀的濾光輪，並且至少一個所述各可變帶通濾光器在規定的轉動位置安裝成與光軸相交。
[0204]第八分光裝置在第六分光裝置的基礎上，所述支承構件是能夠向與光軸相交的直線方向移動的滑動件。
[0205]第九分光裝置在第六分光裝置的基礎上，設置有使所述支承構件整體相對於光軸轉動的轉動裝置。
[0206]第十分光裝置在第一?第五中任意一個分光裝置的基礎上，所述光學系統能夠與顯微鏡或望遠鏡的光學系統連接或一體化。
[0207]第十一分光裝置在第一?第六中任意一個分光裝置的基礎上，所述可變帶通濾光器根據相對於光軸的入射角度使透過波長頻帶變化。
[0208]第十二分光裝置在第一?第十一中任意一個分光裝置的基礎上，所述第一光學裝置和所述第二光學裝置形成遠心光學系統。
[0209]第一分光用光源包括:光源，輸出照射試樣的照射光；二維陣列光檢測裝置，通過照射上述光源的輸出光，所述試樣發出的包含突光和散射光、反射光、透過光的輸出光通過光學系統射入所述二維陣列光檢測裝置；第一光學裝置，設置在所述試樣和所述光源之間；第二光學裝置，設置在上述第一光學裝置和所述光源之間；可變帶通濾光器裝置，設置在所述第一光學裝置和試樣I之間、以及所述第二光學裝置和所述光源之間的至少一個上；控制裝置，同步控制所述二維陣列光檢測裝置的拍攝時機和所述可變帶通濾光器裝置的光透過波長頻帶的變更。
[0210]按照上述第一?第十二分光裝置，在進行觀察的平面區域內，可以在更寬的波長範圍內得到降低了光的光譜強度不均的分光輸出。並且，當照射試樣時，第一?第十二分光光學系統還可以用作實質上的窄頻帶光源。
[0211]出於示例和說明的目的已經給出了所述詳細的說明。根據上面的教導，許多變形和改變都是可能的。所述的詳細說明並非沒有遺漏或者旨在限制在這裡說明的主題。儘管已經通過文字以特有的結構特徵和/或方法過程對所述主題進行了說明，但應當理解的是，權利要求書中所限定的主題不是必須限於所述的具體特徵或者具體過程。更確切地說，將所述的具體特徵和具體過程作為實施權利要求書的示例進行了說明。
【權利要求】
1.一種分光裝置，其特徵在於，包括: 光學系統，使輸出光透過，所述輸出光從接收到來自光源的照射光的試樣輸出； 二維陣列光檢測器，拍攝透過所述光學系統的光；以及 控制器， 所述光學系統包括: 第一光學器，設置在所述試樣和所述二維陣列光檢測器之間； 第二光學器，設置在所述二維陣列光檢測器和所述第一光學器之間；以及可變帶通濾光器，設置在所述第一光學器和所述試樣之間、以及所述第二光學器和所述二維陣列光檢測器之間的至少一個上， 所述控制器配合所述二維陣列光檢測器的拍攝時機，改變所述可變帶通濾光器的光透過波長頻帶。
2.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於，所述控制器通過控制所述可變帶通濾光器，掃描預先確定的多個所述透過波長頻帶。
3.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於， 所述控制器通過控制所述二維陣列光檢測器的拍攝時機，以預先確定的時間間隔拍攝所述輸出光， 並且通過控制所述可變帶通濾光器，將所述透過波長頻帶改變為具有預先確定的間隔的波長頻帶。
4.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於， 所述分光裝置還包括偏振器，所述偏振器使透過所述可變帶通濾光器的光向預先確定的偏振光方向偏振， 所述控制器改變所述偏振器的偏振光方向。
5.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於，還包括光軸調整器，所述光軸調整器修正來自所述試樣的輸出光光軸在二維平面上的位置偏移。
6.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於， 所述可變帶通濾光器包括多個濾光器，所述多個濾光器具有相互不同的透過波長頻帶， 所述分光裝置還包括支承構件，所述支承構件能夠切換所述多個濾光器，並且將所述多個濾光器支承成能夠相對於光軸轉動。
7.根據權利要求6所述的分光裝置，其特徵在於， 所述支承構件是能夠轉動的圓板狀的濾光輪， 所述濾光輪支承所述濾光器使其在規定的轉動位置與光軸相交。
8.根據權利要求6所述的分光裝置，其特徵在於，所述支承構件是能夠沿與光軸相交的直線移動的滑動件。
9.根據權利要求6所述的分光裝置，其特徵在於，還包括轉動器，所述轉動器使整個所述支承構件相對於光軸轉動。
10.根據權 利要求1所述的分光裝置，其特徵在於，所述光學系統能夠與顯微鏡或望遠鏡的光學系統連接或一體化。
11.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於，所述可變帶通濾光器根據相對於光軸的入射角度使透過波長頻帶變化。
12.根據權利要求1所述的分光裝置，其特徵在於，所述第一光學器和所述第二光學器形成遠心光學系統。
13.—種分光用光源,其特徵在於,包括: 權利要求1~12中任意一項所述的分光裝置；以及 光源，向所述試樣照 射光。
【文檔編號】G01N21/65GK103808707SQ201310549829
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】伊賀光博, 田名網健雄, 角龍信之 申請人:橫河電機株式會社