7682169 分光分析装置及び分光分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-15

(45)【発行日】2025-05-23

(54)【発明の名称】分光分析装置及び分光分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/65 20060101AFI20250516BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20250516BHJP

【ＦＩ】

G01N21/65

G01N21/27 E

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022516899

(86)(22)【出願日】2021-03-22

(86)【国際出願番号】 JP2021011564

(87)【国際公開番号】W WO2021215166

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2024-01-12

(31)【優先権主張番号】P 2020077572

(32)【優先日】2020-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】奥野 義人

(72)【発明者】

【氏名】西村 智椰

(72)【発明者】

【氏名】森村 皓之

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５２１１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特許第３３７７２０９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２１８１７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００５－５１５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２８３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８０７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７１６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００９１６９８１（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／７４

Ｇ０１Ｊ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに離隔して第１方向に並び、夫々が前記第１方向に交差する第２方向に沿った複数の線状光を含んでなる一次光を試料へ照射する照射部と、
前記一次光の前記試料への照射により発生し、複数の光を含んでなる二次光を分光する分光器と、
前記分光器で分光された光を検出する撮像素子と、
前記撮像素子での検出結果に基づいて、前記二次光に含まれる光のスペクトルを生成する処理を行う処理部と、
前記一次光による前記試料の走査を行う走査部とを備え、
前記撮像素子の受光面上では、前記試料上で前記線状光を照射された部分に対応する受光位置が前記第２方向に対応する方向に沿った複数の受光ラインが、互いに離隔して前記第１方向に対応する方向に並び、
前記分光器は、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に入射され、入射された前記複数種類の二次光を分光し、
前記処理部は、前記複数種類の二次光の前記分光器での分光に応じた前記撮像素子での複数回の検出結果に基づいて、前記所定の複数のパターンに応じた処理により、前記スペクトルを生成し、
前記走査部は、前記処理部が前記スペクトルを生成した後に、前記試料を移動させ、
前記照射部から前記試料への前記一次光の照射、前記複数種類の二次光の前記分光器での分光に応じた前記撮像素子による複数回の検出、前記処理部による前記スペクトルの生成、及び前記走査部による前記試料の移動を繰り返すこと
を特徴とする分光分析装置。

【請求項2】

前記照射部は、含まれる複数の線状光の夫々の位置の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って変更することによって、互いに異なる複数種類の一次光を順次的に生成し、
前記分光器は、前記複数種類の一次光が前記試料へ照射されることによって発生した前記複数種類の二次光を入射されること
を特徴とする請求項１に記載の分光分析装置。

【請求項3】

前記照射部は、光が透過する複数の位置の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って異ならせた複数のマスクを用いて、前記複数種類の一次光を生成すること
を特徴とする請求項２に記載の分光分析装置。

【請求項4】

前記一次光が前記試料へ照射されることによって発生した複数の光の中の一部の光を、前記分光器へ入射しないように遮蔽し、遮蔽する光及び遮蔽せずに前記分光器へ入射させる複数の光の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って変更することによって、前記複数種類の二次光を順次的に生成する二次光生成部を更に備え、
前記分光器は、前記二次光生成部が生成した前記複数種類の二次光を入射されること
を特徴とする請求項１に記載の分光分析装置。

【請求項5】

前記二次光生成部は、前記一次光が前記試料へ照射されることによって発生した複数の光の中で遮蔽せずに透過させる複数の光の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って異ならせた複数のマスクを用いて、前記複数種類の二次光を生成すること
を特徴とする請求項４に記載の分光分析装置。

【請求項6】

前記走査が行われた前記試料上の各部分と各部分から発生した二次光に含まれる光のスペクトルとを関連付けたスペクトル分布を生成し、前記スペクトル分布に基づいて、特定の状態にある物質の分布画像を生成する画像生成部と、
超解像技術により前記分布画像の解像度を向上させる超解像部と
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の分光分析装置。

【請求項7】

前記撮像素子の受光面では、
前記複数の受光ラインとは異なる位置に、前記分光された光の受光位置が、前記第１方向に対応する方向に、波長別に並ぶこと
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の分光分析装置。

【請求項8】

前記処理部は、
前記スペクトルを、前記二次光に含まれる複数の光の夫々についての個別の処理方法により、生成すること
を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の分光分析装置。

【請求項9】

前記処理方法は、行列演算を含むこと
を特徴とする請求項８に記載の分光分析装置。

【請求項10】

前記所定の複数のパターンは、４次以上のアダマール行列の要素の＋１を０へ変換し－１を１へ変換し１行目及び１列目を除去して得られるＳ行列の、複数の行又は列に含まれる要素のパターンであり、
前記行列演算は、前記Ｓ行列を利用した演算であること
を特徴とする請求項９に記載の分光分析装置。

【請求項11】

前記走査部は、複数の線状光が照射された部分の間の位置に、前記試料が移動した後の線状光が照射されるように、前記試料を前記第１方向に移動させること
を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の分光分析装置。

【請求項12】

前記二次光はラマン散乱光を含んでおり、
前記処理部はラマン散乱光のスペクトルを生成すること
を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の分光分析装置。

【請求項13】

互いに離隔して第１方向に並び、夫々が前記第１方向に交差する第２方向に沿った複数の線状光を含んでなる一次光を試料へ照射し、
前記一次光の前記試料への照射により発生し、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に分光し、
分光された光を撮像素子で検出し、
前記複数種類の二次光の分光に応じた前記撮像素子での複数回の検出結果に基づいて、前記所定の複数のパターンに応じた処理により、前記二次光に含まれる光のスペクトルを生成し、
前記スペクトルを生成した後に、前記試料を移動させ、
前記試料への前記一次光の照射、前記複数種類の二次光の分光に応じた前記撮像素子での複数回の検出、前記スペクトルの生成及び前記試料の移動を繰り返すこと
を特徴とする分光分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物質へ一次光を照射し、物質から発生する二次光を分析する分光分析装置、分光分析方法及びコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

物質へ一次光を照射し、物質から発生する二次光を測定し、二次光のスペクトルに基づいて、物質を分析することが行われている。例えば、ラマン散乱光、フォトルミネッセンス、又は蛍光等に基づいた分析が行われる。二次光のスペクトルを取得するために、分光器と撮像素子とを用いた方法が用いられることがある。撮像素子は、例えば、二次元イメージセンサであるＣＣＤ（charge-coupled device ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（complementary metal-oxide-semiconductor ）イメージセンサである。二次光は、分光器で分光され、波長別に異なる方向へ進行し、撮像素子上の異なる位置で波長別に受光される。例えば、受光位置は撮像素子上でｘ軸方向に直線状に並ぶ。撮像素子上の受光位置と波長とは相関があるので、撮像素子の検出結果から、二次光のスペクトルが得られる。

【0003】

試料上に点状に一次光を照射し、一次光で試料をｘ軸方向及び／又はｙ軸方向に走査し、試料上の各点に各点から得られた二次光のスペクトルを関連付けたスペクトル分布を得る方法がある。スペクトル分布から、特定の状態の物質の分布を分析することができる。試料上に照射する一次光が点状ではなくｙ軸方向に延伸した線状である場合、撮像素子上では、波長の異なる光の受光位置がｘ軸方向に並び、線状の一次光に照射された試料上の各点からの二次光の受光位置がｙ軸方向に並ぶ。このため、撮像素子を用いることで、線状の一次光に照射された複数の点からの二次光のスペクトルを取得することができる。線状の一次光で試料を走査することにより、点状の一次光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。特許文献１には、撮像素子を利用して分光分析を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３３７７２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

走査時間をより短くするためには、複数の線状光を同時に試料へ照射することが考えられる。例えば、一の方向に沿った線状光を一の方向とは交差する方向に複数並べた一次光を照射することが考えられる。しかしながら、撮像素子上では、一次光に含まれる複数の光に起因する二次光に含まれる複数の光の受光位置が重なり、二次光に含まれる複数の光を区別することができない。このため、複数の光からなる一次光に照射された試料からの二次光に含まれる光のスペクトルを取得することができない。

【0006】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数の光からなる一次光に起因する二次光に含まれる光のスペクトルを取得することができる分光分析装置、分光分析方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る分光分析装置は、互いに離隔して並ぶ複数の光を含んでなる一次光を試料へ照射する照射部と、前記一次光の前記試料への照射により発生し、複数の光を含んでなる二次光を分光する分光器と、前記分光器で分光された光を検出する撮像素子と、前記撮像素子での検出結果に基づいて、前記二次光に含まれる複数の光のスペクトルを生成する処理を行う処理部とを備え、前記分光器は、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に入射され、入射された前記複数種類の二次光を分光し、前記処理部は、前記複数種類の二次光の前記分光器での分光に応じた前記撮像素子での複数回の検出結果に基づいて、前記所定の複数のパターンに応じた処理により、前記スペクトルを生成することを特徴とする。

【0008】

本発明の一形態においては、分光分析装置は、複数の光が離隔して並んだ一次光を試料へ照射し、複数の光の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に分光器へ入射し、分光器で分光した光を撮像素子により検出する。分光分析装置は、複数回の検出結果に基づいて、所定のパターンに応じた処理により、二次光に含まれる複数の光のスペクトルを生成することができる。複数の光からなる一次光で試料を走査して二次光のスペクトルを得ることができるようになり、単一の照射光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。

【0009】

本発明に係る分光分析装置では、前記照射部は、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って変更することによって、互いに異なる複数種類の一次光を順次的に生成し、前記分光器は、前記複数種類の一次光が前記試料へ照射されることによって発生した前記複数種類の二次光を入射されることを特徴とする。

【0010】

本発明の一形態においては、複数の光が所定のパターンに従って並んだ複数種類の一次光を生成し、複数種類の一次光を順次的に試料へ照射する。試料では、複数種類の二次光が順次的に発生する。複数種類の二次光は、順次的に分光器へ入射する。

【0011】

本発明に係る分光分析装置では、前記照射部は、光が透過する複数の位置の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って異ならせた複数のマスクを用いて、前記複数種類の一次光を生成することを特徴とする。

【0012】

本発明の一形態においては、複数の光が所定のパターンに従って並んだ一次光を生成するために、マスクを用いる。マスクを用いることにより、容易に複数種類の一次光を生成することができる。

【0013】

本発明に係る分光分析装置は、前記一次光が前記試料へ照射されることによって発生した複数の光の中の一部の光を、前記分光器へ入射しないように遮蔽し、遮蔽する光及び遮蔽せずに前記分光器へ入射させる複数の光の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って変更することによって、前記複数種類の二次光を順次的に生成する二次光生成部を更に備え、前記分光器は、前記二次光生成部が生成した前記前記複数種類の二次光を入射されることを特徴とする。

【0014】

本発明の一形態においては、一次光の照射によって試料で発生した複数の光の中の一部の光を遮蔽し、他の光を分光器へ入射させる。分光器へ入射する光の組み合わせを所定の複数のパターンに従って変更することによって、複数種類の二次光が順次的に発生する。

【0015】

本発明に係る分光分析装置では、前記二次光生成部は、前記一次光が前記試料へ照射されることによって発生した複数の光の中で遮蔽せずに透過させる複数の光の組み合わせを前記所定の複数のパターンに従って異ならせた複数のマスクを用いて、前記複数種類の二次光を生成することを特徴とする。

【0016】

本発明の一形態においては、試料で発生した複数の光の中の一部の光を遮蔽するために、マスクを用いる。マスクを用いることにより、容易に複数種類の二次光を生成することができる。

【0017】

本発明に係る分光分析装置は、前記一次光による前記試料の走査を行う走査部と、前記走査が行われた前記試料上の各部分と各部分から発生した二次光に含まれる光のスペクトルとを関連付けたスペクトル分布を生成し、前記スペクトル分布に基づいて、特定の状態にある物質の分布画像を生成する画像生成部と、超解像技術により前記分布画像の解像度を向上させる超解像部とを更に備えることを特徴とする。

【0018】

本発明の一形態においては、分光分析装置は、スペクトル分布を生成し、スペクトル分布に基づいて、特定の状態にある物質の分布画像を生成し、超解像技術により、分布画像の解像度を向上させる。試料の走査を粗く行った場合であっても、分光分析装置は、緻密に走査を行った場合と同等の解像度を有する分布画像を生成することができる。試料の走査を粗く行うことにより、走査時間を短くすることができる。

【0019】

本発明に係る分光分析装置は、前記撮像素子の受光面では、前記試料上で前記複数の光を照射された部分に対応する複数の受光位置が、前記一次光に含まれる複数の光が並ぶ方向に対応する方向に、互いに離隔して並び、前記複数の受光位置とは異なる位置に、前記分光された光の受光位置が、前記複数の光が並ぶ方向に対応する方向に、波長別に並ぶことを特徴とする。

【0020】

本発明の一形態においては、撮像素子の受光面に、試料上で一次光に含まれる複数の光を照射された部分に対応する複数の受光位置が並び、複数の受光位置とは異なる位置に、分光された光の受光位置が波長別に並ぶ。分光された光は、波長別に受光面の異なった位置で受光及び検出され、受光位置及び受光強度に基づいてスペクトルが得られる。

【0021】

本発明に係る分光分析装置では、前記処理部は、前記スペクトルを、前記二次光に含まれる複数の光の夫々についての個別の処理方法により、生成することを特徴とする。

【0022】

本発明の一形態においては、分光分析装置は、試料上で一次光に含まれる複数の光の夫々を照射された部分から発生した二次光に含まれる複数の光の夫々のスペクトルを、個別の処理方法により、生成する。二次光に含まれる複数の光の受光位置は撮像素子の受光面で重なり、重ね合わせの組み合わせは、複数の光の組み合わせのパターン及び複数の光の夫々によって異なる。このため、個別の処理方法により、二次光に含まれる複数の光のスペクトルが計算される。

【0023】

本発明に係る分光分析装置では、前記処理方法は、行列演算を含むことを特徴とする。

【0024】

本発明の一形態においては、複数の光の夫々に起因する二次光のスペクトルを生成するための処理方法は、行列演算を含む。行列演算により、高速に計算を行い、高速でスペクトルを生成することができる。

【0025】

本発明に係る分光分析装置では、前記所定の複数のパターンは、４次以上のアダマール行列の要素の＋１を０へ変換し－１を１へ変換し１行目及び１列目を除去して得られるＳ行列の、複数の行又は列に含まれる要素のパターンであり、前記行列演算は、前記Ｓ行列を利用した演算であることを特徴とする。

【0026】

本発明の一形態においては、分光分析装置は、アダマール行列に基づいて得られるパターンを用い、アダマール行列から得られるＳ行列を用いた行列演算を行う。アダマール行列から得られるパターンは単純であり、Ｓ行列を用いた行列演算は容易な演算であるので、スペクトルを生成するための処理を容易に実行することができる。

【0027】

本発明に係る分光分析装置では、前記一次光に含まれる複数の光の夫々は、前記複数の光が並ぶ第１方向に交差する第２方向に沿った線状光であり、前記撮像素子の受光面上では、前記試料上で前記線状光を照射された部分に対応する受光位置が前記第２方向に対応する方向に並んだ複数の受光ラインが、互いに離隔して前記第１方向に対応する方向に並ぶことを特徴とする。

【0028】

本発明の一形態においては、分光分析装置は、一次光に含まれる複数の光として、線状光を利用している。線状光で試料を走査することにより、点状の光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。

【0029】

本発明に係る分光分析装置では、前記二次光はラマン散乱光を含んでおり、前記処理部はラマン散乱光のスペクトルを生成することを特徴とする。

【0030】

本発明の一形態においては、二次光はラマン散乱光を含んでいる。分光分析装置は、試料を分析するために、ラマンスペクトルの分布を生成することができる。

【0031】

本発明に係る分光分析方法は、互いに離隔して並ぶ複数の光を含んでなる一次光を試料へ照射し、前記一次光の前記試料への照射により発生し、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に分光し、分光された光を撮像素子で検出し、前記複数種類の二次光の分光に応じた前記撮像素子での複数回の検出結果に基づいて、前記所定の複数のパターンに応じた処理により、前記二次光に含まれる複数の光のスペクトルを生成することを特徴とする。

【0032】

本発明に係るコンピュータプログラムは、互いに離隔して並ぶ複数の光を含んでなる一次光を試料へ照射し、含まれる複数の光の夫々の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を順次的に分光し、分光された光を撮像素子で検出することにより得られた、複数回の検出結果に基づいて、前記所定の複数のパターンに応じた処理により、前記二次光に含まれる複数の光のスペクトルを生成する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

【0033】

本発明の一形態においては、複数の光が離隔して並んだ一次光を試料へ照射し、複数の光の位置の組み合わせが所定の複数のパターンに従って変更された複数種類の二次光を、順次的に分光器へ入射し、分光器で分光した光を撮像素子により検出する。複数回の検出結果に基づいて、所定のパターンに応じた処理により、二次光に含まれる複数の光のスペクトルを生成することが可能である。複数の光からなる一次光で試料を走査して二次光のスペクトルを得ることができるようになり、単一の照射光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。

【発明の効果】

【0034】

本発明にあっては、分光分析装置は、複数の光を含んでなる一次光を試料へ照射した場合に、試料から発生する二次光のスペクトルを取得することができる。このため、分光分析装置は、走査時間を短くし、短時間で試料の分析を行うことができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】実施形態１に係る分光分析装置の構成を示すブロック図である。

【図2】分析部の内部の機能構成例を示すブロック図である。

【図3】試料への一次光の照射と、撮像素子でのラマン散乱光の受光と、ラマンスペクトルとの関係を示す模式図である。

【図4】線状光を照射された試料とラマン散乱光を受光した撮像素子の受光面とを示す模式図である。

【図5】複数の線状光を照射された試料とラマン散乱光を受光した撮像素子の受光面とを示す模式図である。

【図6】マスクの模式的平面図である。

【図7】一次光を照射された試料を示す模式図である。

【図8】パターン光の試料への照射に応じてラマン散乱光を受光した撮像素子の受光面を示す模式図である。

【図9】分光分析装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

【図10】実施形態２に係る分光分析装置の構成を示すブロック図である。

【図11】固定マスクと、一次光を照射された試料と、パターンマスクと、ラマン散乱光を受光した撮像素子の受光面とを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る分光分析装置１の構成を示すブロック図である。分光分析装置１は、分光分析方法を実行する。分光分析装置１は、試料５へ一次光を照射し、試料５から発生する二次光に含まれるラマン散乱光を測定するラマン散乱光測定装置である。図１では光を矢印で示している。分光分析装置１は、試料５を保持する試料保持部１４と、光源１１と、マルチスポット光生成部１２と、マスク２とを備えている。試料保持部１４は、例えば、試料５が載置される試料台である。試料保持部１４は試料台以外の形態であってもよい。試料保持部１４には、試料保持部１４を移動させることによって試料５を移動させる駆動部１６が連結されている。光源１１は、単色光を発光する。例えば、光源１１は、レーザ光源である。マルチスポット光生成部１２は、ビームスプリッタ及び複数のミラーを有し、光を複数回分岐させることにより、多数のスポットが面状に分布したマルチスポット光を生成する。

【0037】

マスク２は、フォトマスクであり、所定のパターンに従って光の透過部分と遮光部分とが並んだパターンマスクを複数含んでいる。複数のパターンマスクは、透過部分と遮光部分とが並んだパターンが互いに異なる。マスク２が有するいずれかのパターンマスクへマルチスポット光が入射し、透過部分を光が透過し、遮光部分で光が遮光されることにより、離隔した複数の光が所定のパターンに従って並んだパターン光が生成される。パターン光は、一次光として、試料保持部１４に保持された試料５へ照射される。パターン光及びマスク２の詳細は後述する。分光分析装置１は、マスク２を移動させることによりマルチスポット光が入射するパターンマスクを変更するマスク変更部１７を備えている。光源１１、マルチスポット光生成部１２、マスク２及びマスク変更部１７は、照射部６１を構成する。

【0038】

分光分析装置１は、分光器１３と、撮像素子３とを備えている。試料５上で一次光が照射された部分では、二次光としてラマン散乱光が発生し、ラマン散乱光は分光器１３へ入射する。分光器１３は、入射されたラマン散乱光を分光し、分光した光を出射する。撮像素子３には、分光器１３が分光した光が入射される。撮像素子３は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子３は、受光面を有し、受光面に光が入射され、受光面内の各位置での受光強度を検出する。分光分析装置１は、一次光及びラマン散乱光等の光の導光及び集光のためにミラー、レンズ及びフィルタ等の多数の光学部品からなる光学系を備えている。光学系は、試料保持部１４の表面又は試料５の表面に一次光が結像し、分光器１３の光の入射位置に二次光が結像するように構成されていることが望ましい。図１では、この光学系を省略している。

【0039】

分光分析装置１は、更に、制御部１５及び分析部４を備えている。制御部１５は、演算を行う演算部及びデータを記憶するメモリを含んだコンピュータで構成されている。制御部１５には、光源１１、分析部４、駆動部１６及びマスク変更部１７が接続されている。制御部１５は、分光分析装置１内の各部の動作を制御する。撮像素子３は、分析部４に接続されており、光の検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。

【0040】

図２は、分析部４の内部の機能構成例を示すブロック図である。分析部４は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成されている。分析部４は、演算部４１と、メモリ４２と、ドライブ部４３と、記憶部４４と、操作部４５と、表示部４６と、インタフェース部４７とを備えている。演算部４１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はマルチコアＣＰＵを用いて構成されている。また、演算部４１は、量子コンピュータを用いて構成されていてもよい。メモリ４２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。記憶部４４は、不揮発性であり、例えばハードディスクである。

【0041】

ドライブ部４３は、光ディスク等の記録媒体４０から情報を読み取る。操作部４５は、使用者からの操作を受け付けることにより、テキスト等の情報を受け付ける。操作部４５は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス又はタッチパネルである。表示部４６は、画像を表示する。表示部４６は、例えば液晶ディスプレイ又はＥＬディスプレイ（Electroluminescent Display）である。インタフェース部４７は、撮像素子３及び制御部１５に接続されている。分析部４は、インタフェース部４７で、撮像素子３から入力されるデータを受け付ける。また、分析部４は、インタフェース部４７で、制御部１５からの制御信号を受け付ける。

【0042】

演算部４１は、記録媒体４０に記録されたコンピュータプログラム４４１をドライブ部４３に読み取らせ、読み取ったコンピュータプログラム４４１を記憶部４４に記憶させる。演算部４１は、コンピュータプログラム４４１に従って、分析部４に必要な処理を実行する。なお、分析部４は通信部を備え、コンピュータプログラム４４１は通信部を利用して分析部４の外部からダウンロードされてもよい。この場合は、分析部４はドライブ部４３を備えていなくてもよい。

【0043】

分析部４は、撮像素子３での検出結果を表すデータを記憶部４４に記憶する。演算部４１は、撮像素子３での検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを生成する等のラマン散乱光を分析するための処理を実行する。表示部４６は、処理結果を表示する。制御部１５及び分析部４は一体になっていてもよい。

【0044】

図３は、試料５への一次光の照射と、撮像素子３でのラマン散乱光の受光と、ラマンスペクトルとの関係を示す模式図である。図３には、一次光を照射された試料５の表面と、撮像素子３の受光面３０と、ラマンスペクトルとを示している。ラマンスペクトルの横軸はラマンシフトであり、縦軸は光の強度である。試料５の表面には、一次光として、点状の照射光５０１が照射されている。照射光５０１が照射されることによって、試料５ではラマン散乱光が発生し、ラマン散乱光は分光器１３へ入射する。分光器１３はラマン散乱光を分光し、分光された光は受光面３０へ入射する。受光面３０では、照射光５０１の照射位置に対応する受光位置３０１で光が受光される。ラマン散乱光は、一次光とは波長の異なる光である。分光器１３は、分光した光を波長別に異なる方向へ出射する。このため、分光された光は、撮像素子３の受光面３０上の波長別に異なる位置へ入射し、受光される。即ち、ラマン散乱光は、受光面３０上で受光位置３０１とは異なる位置で受光される。図３では、ラマン散乱光の受光位置を３０２で示す。通常、ラマン散乱光には波長の異なる複数の光が混在しているので、複数の受光位置３０２が発生する。

【0045】

撮像素子３は、受光面３０内の各位置での受光強度を検出し、検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。検出結果を表すデータは、受光面３０内の各位置に、各位置で受光された光の強度が関連付けられたデータである。分析部４は、検出結果から、受光位置３０２及び受光位置３０２での受光強度を特定し、受光位置３０２及び受光強度からラマンスペクトルを生成する。図３に示すように、受光位置３０２は、ラマンスペクトルに含まれるピークのラマンシフトに対応し、受光強度は、ラマンスペクトルに含まれるピークの強度に対応する。このようにして、分析部４は、撮像素子３での検出結果に基づいて、試料５で照射光５０１が照射された部分に関するラマンスペクトルを生成する。

【0046】

図４は、線状光を照射された試料５とラマン散乱光を受光した撮像素子３の受光面３０とを示す模式図である。ここでは、一次光は、試料５の表面で直線状に分布する線状光５１であるとする。試料５の表面に沿った互いに交差する第１方向及び第２方向を仮定する。線状光５１は試料５の表面上で第２方向に沿って分布する光であるとする。撮像素子３の受光面３０に沿った互いに交差する第３方向及び第４方向を仮定し、第３方向は第１方向に対応する方向であるとし、第４方向は第２方向に対応する方向であるとする。受光面３０では、線状光５１の照射位置に対応する受光ライン３１が生成される。受光ライン３１は、第４方向に沿っている。試料５上の光が照射された一点で発生したラマン散乱光を受光する複数の受光位置が第３方向に沿って並ぶように、分光分析装置１が構成されている。

【0047】

試料５上で線状光５１を照射された複数の部分においてラマン散乱光が発生し、撮像素子３は、受光面３０内の多数の受光位置３１２でラマン散乱光を受光する。図４中では一つの受光位置３１２のみに符号を付しているが、受光面３０内には多数の受光位置３１２が存在する。試料５上で線状光５１を照射された部分の中の一点で発生したラマン散乱光を受光する複数の受光位置３１２が、第３方向に沿って並ぶ。試料５上で線状光５１を照射された部分の中の各点について、ラマン散乱光を受光する複数の受光位置３１２が発生する。このため、第３方向に沿って並んだ複数の受光位置３１２を一群とする複数群の受光位置３１２が、第４方向に沿って並んでいる。即ち、複数の受光位置３１２が面状に分布している。受光位置３１２の第３方向の位置は、ラマンシフトに対応し、第４方向の位置は、試料５上で線状光５１を照射された部分の中でラマン散乱光が発生した位置に対応する。複数の受光位置３１２が面状に分布している領域を受光領域３１１とする。

【0048】

撮像素子３は、受光面３０内の各位置での受光強度を検出し、検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。分析部４は、検出結果に基づいて、試料５上で線状光５１を照射された複数の部分の夫々について、ラマンスペクトルを生成する。即ち、分析部４は、試料５上で線状光５１を照射された複数の部分に係る複数のラマンスペクトルを生成する。また、分析部４は、試料５上で線状光５１を照射された複数の部分にラマンスペクトルを関連付けて、線状のラマンスペクトル分布を生成することができる。

【0049】

図５は、複数の線状光を照射された試料５とラマン散乱光を受光した撮像素子３の受光面３０とを示す模式図である。ここでは、一次光は、第２方向に沿って並ぶ互いに離隔した複数の線状光であるとする。図５には、三本の線状光５１、５２及び５３が試料５に照射された例を示す。複数の線状光５１、５２及び５３の照射によって複数のラマン散乱光が発生し、複数のラマン散乱光は分光器１３へ入射し、分光器１３は複数のラマン散乱光を夫々に分光し、分光された光は受光面３０へ入射する。受光面３０では、複数の線状光５１、５２及び５３の照射位置に対応する複数の受光ライン３１、３２及び３３が生成される。図中で左側から順に受光ライン３１、３２及び３３が並ぶとする。また、試料５上で線状光を照射された部分から発生するラマン散乱光の受光位置が、図中で受光ラインの右側に配置されるとする。

【0050】

受光ライン３１と受光ライン３２との間には、試料５上で線状光５１を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する複数の受光位置３１２が面状に分布している受光領域３１１が存在する。複数の受光位置３１２及び各受光位置３１２での受光強度から、試料５上で線状光５１を照射された複数の部分に係る複数のラマンスペクトルを生成することができる。受光ライン３２と受光ライン３３との間には、複数の受光位置３２２が面状に分布している受光領域３２１が存在する。図５中では一つの受光位置３２２のみに符号を付しているが、受光領域３２１には多数の受光位置３２２が存在する。受光位置３２２では、試料５上で線状光５１を照射された部分で発生したラマン散乱光と、線状光５２を照射された部分で発生したラマン散乱光とを受光する。また、受光ライン３３の右側には、複数の受光位置３３２が面状に分布している受光領域３３１が存在する。複数の受光位置３３２では、試料５上で線状光５１、５２及び５３を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する。

【0051】

このように、撮像素子３での検出結果は、複数の線状光に起因する検出結果の重ね合わせになる。実施形態１では、一次光としてパターン光を利用することで、複数の線状光に起因する検出結果の重ね合わせから、試料５の各部分に係るラマンスペクトルを生成することを可能にする。

【0052】

実施形態１では、一次光として、アダマール行列に基づいて得られる所定のパターンに従ったパターン光を用いる。アダマール行列は、正方行列であり、要素は１又は－１の何れかであり、任意の二つの行ベクトルは全て直交するという特徴を有する。また、アダマール行列は、エルミート行列かつユニタリ行列である。１次、２次、４次及び８次のアダマール行列を、Ｈ₁ 、Ｈ₂ 、Ｈ₄ 及びＨ₈ とする。Ｈ₁ 、Ｈ₂ 、Ｈ₄ 及びＨ₈ の例は、以下の（１）式～（４）式で示される。
Ｈ₁ ＝［１］ …（１）

【0053】

【数1】

【0054】

【数2】

【0055】

【数3】

【0056】

ｎ次のアダマール行列の１行目及び１列目を除去し、要素の＋１を０へ変換し、要素の－１を１へ変換することにより、ｎ－１次のＳ行列を作成する。１次、３次及び７次のＳ行列をＳ₁ 、Ｓ₃ 、及びＳ₇ とする。Ｓ₁ 、Ｓ₃ 、及びＳ₇ との例は、以下の（４）式～（６）式で示される。
Ｓ₁ ＝［１］ …（４）

【0057】

【数4】

【0058】

【数5】

【0059】

実施形態１で用いるパターンは、Ｓ行列の行又は列に含まれる要素のパターンである。分光分析装置１は、複数種類の一次光として、Ｓ行列から得られる所定の複数のパターンに従った、複数種類のパターン光を用いる。分光分析装置１は、パターン光を生成するために、マスク２を利用する。

【0060】

図６は、マスク２の模式的平面図である。マスク２は、光を遮蔽する材料で平板状に形成されている。マスク２は、複数のパターンマスク２０１、２０２、…、２０７から構成されている。パターンマスク２０１、２０２、…、２０７の夫々は、互いに離隔して直線状に並ぶ複数の透過孔２１、２２、…、２７の何れか四つが平板に形成されることによって、構成されている。パターンマスク２０１、２０２、…、２０７は互いに分離していてもよい。

【0061】

パターンマスク２０１では、行列Ｓ₇ の１行目又は１列目に含まれる要素のパターンに従って、複数の透過孔が形成されている。行列Ｓ₇ の要素が１であることに応じて透過孔が形成され、要素が０であることに応じて、透過孔が形成されておらず、遮光部分が位置している。行列Ｓ₇ の１行目又は１列目に含まれる要素は、１０１０１０１の順に並んでいる。これに従って、パターンマスク２０１では、透過孔２１が形成され、透過孔２２は形成されておらず、透過孔２３が形成され、透過孔２４は形成されておらず、透過孔２５が形成され、透過孔２６は形成されておらず、透過孔２７が形成されている。

【0062】

パターンマスク２０２、２０３、…、２０７においても、同様に、行列Ｓ₇ の所定の行又は列に含まれる要素のパターンに従って、複数の透過孔が形成されている。例えば、パターンマスク２０２では、行列Ｓ₇ の２行目又は２列目に含まれる要素のパターンに従って、複数の透過孔が形成されている。行列Ｓ₇ の２行目又は２列目に含まれる要素は、０１１００１１の順に並んでいる。これに従って、パターンマスク２０２では、透過孔２２、２３、２６及び２７が形成され、透過孔２１、２４及び２５は形成されていない。例えば、パターンマスク２０７では、行列Ｓ₇ の７行目又は７列目に含まれる要素のパターンに従って、複数の透過孔が形成されている。行列Ｓ₇ の７行目又は７列目に含まれる要素は、１１０１００１の順に並んでいる。これに従って、パターンマスク２０７では、透過孔２１、２２、２４及び２７が形成され、透過孔２３、２５及び２６は形成されていない。

【0063】

分光分析装置１は、マルチスポット光生成部１２で生成したマルチスポット光をパターンマスク２０１へ入射する。図６では、パターンマスク２０１へ入射したマルチスポット光の範囲を破線で示している。マルチスポット光の一部は、パターンマスク２０１に形成された透過孔２１、２３、２５及び２７を透過し、一次光として試料５へ照射される。マルチポット光の他の部分は、パターンマスク２０１に遮蔽される。パターンマスク２０１を透過した一次光が試料５へ照射された状態で、撮像素子３はラマン散乱光の検出を行う。その後、マスク変更部１７は、マスク２を移動させることにより、マルチスポット光が入射するパターンマスクをパターンマスク２０２へ変更する。パターンマスク２０２を透過した一次光により、試料５へ２回目の照射が行われ、撮像素子３は２回目のラマン散乱光の検出を行う。パターンマスクの変更、試料５への一次光の照射、及びラマン散乱光の検出が繰り返され、試料５への一次光の照射及びラマン散乱光の検出が７回行われる。

【0064】

図７は、一次光を照射された試料５を示す模式図である。図７には、１回目から７回目までの夫々の照射が行われたときの試料５を示している。１回目の照射では、パターンマスク２０１に形成された透過孔２１、２３、２５及び２７を透過した光が試料５へ照射されるので、試料５には、線状光５１、５３、５５及び５７が照射される。他の光はパターンマスク２０１に遮蔽されるので、線状光５２、５４及び５６は照射されない。２回目の照射では、パターンマスク２０２に形成された透過孔２２、２３、２６及び２７を透過した光が試料５へ照射されるので、試料５には、線状光５２、５３、５６及び５７が照射される。同様にして、３回目～７回目の照射においても、複数の線状光からなる一次光が試料５へ照射される。

【0065】

このように、一次光として、複数の線状光が互いに離隔して第１方向に並んだパターン光が試料５へ照射される。複数の線状光は、一次光に含まれる複数の光に対応する。複数の線状光が照射されることによって複数のラマン散乱光が試料５から発生する。複数のラマン散乱光は、二次光に含まれる複数の光に対応する。線状光５１、５２、…、５７の一部が非照射状態になり、試料５へ照射される複数の線状光の位置の組み合わせが異なる７種類のパターン光が生成され、７種類のパターン光が順次的に試料５へ照射される。７種類のパターン光が順次的に試料５へ照射されることによって、発生する複数のラマン散乱光の位置の組み合わせが異なる７種類の二次光が順次的に得られる。複数のラマン散乱光を含む二次光は分光器１３へ入射する。このようにして、複数種類の二次光が分光器１３へ順次的に入射される。分光器１３は、入射された二次光に含まれるラマン散乱光を分光する。撮像素子３は、パターン光が試料５へ照射される都度、ラマン散乱光を検出する。

【0066】

図８は、パターン光の試料５への照射に応じてラマン散乱光を受光した撮像素子３の受光面３０を示す模式図である。図８には、１回目から７回目までの夫々の照射が行われたときの受光面３０を示している。１回目の照射では、試料５上での線状光５１、５３、５５及び５７の照射位置に対応する受光ライン３１、３３、３５及び３７が生成される。２回目の照射では、試料５上での線状光５２、５３、５６及び５７の照射位置に対応する受光ライン３２、３３、３６及び３７が生成される。同様にして、３回目～７回目の照射においても、複数の受光ラインが受光面３０に生成される。

【0067】

図８に示すように、受光ライン３１の右側には、ラマン散乱光を受光する複数の受光位置３１２が面状に分布している受光領域３１１が存在する。同様に、受光ライン３２、３３、３４、３５、３６及び３７の夫々の右側には、ラマン散乱光を受光する複数の受光位置３２２、３３２、３４２、３５２、３６２及び３７２が夫々に面状に分布している受光領域３２１、３３１、３４１、３５１、３６１及び３７１が夫々存在する。撮像素子３は、パターン光が試料５へ照射される都度、受光面３０内の各位置での受光強度を検出し、検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。即ち、撮像素子３は、ラマン散乱光の検出を７回行い、７回分の検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。分析部４は、７回分の検出結果を表すデータを記憶し、７回分の検出結果に基づいて、試料５の各部分に係るラマンスペクトルを生成する処理を行う。

【0068】

分析部４は、試料５上で複数の線状光を照射された部分について、夫々の線状光についての個別の処理方法により、ラマンスペクトルを生成する。受光ライン３１と受光ライン３２との間に存在する受光領域３１１に含まれる受光位置３１２では、試料５上で線状光５１を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する。分析部４は、受光領域３１１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、試料５上で線状光５１を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。例えば、分析部４は、データを記憶している検出結果から、１回目の照射における受光領域３１１内の検出結果を抽出し、抽出した検出結果に基づいて、試料５上で線状光５１を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0069】

受光ライン３２と受光ライン３３との間に存在する受光領域３２１に含まれる受光位置３２２では、試料５上で線状光５１及び５２を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光し得る。このため、受光領域３２１内の検出結果は、線状光５１及び５２に起因する検出結果の重ね合わせになり得る。ところが、２回目及び６回目の照射では、線状光５２が照射される一方で、線状光５１は照射されない。このため、受光位置３２２では、試料５上で線状光５２を照射された部分で発生したラマン散乱光のみを受光する。受光領域３２１内の検出結果は、線状光５２のみに起因する検出結果となる。分析部４は、２回目又は６回目の照射における受光領域３２１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、試料５上で線状光５２を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、２回目又は６回目の照射における受光領域３２１内の検出結果を抽出し、抽出した検出結果に基づいて、試料５上で線状光５２を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0070】

受光ライン３３と受光ライン３４との間に存在する受光領域３３１に含まれる受光位置３３２では、１回目の照射時に、試料５上で線状光５１及び５３を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する。受光領域３３１内の検出結果は、線状光５１及び５３に起因する検出結果となる。２回目の照射時には、受光位置３３２では、試料５上で線状光５２及び５３を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する。受光領域３３１内の検出結果は、線状光５２及び５３に起因する検出結果となる。３回目の照射時には、受光位置３３２では、試料５上で線状光５１及び５２を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光する。受光領域３３１内の検出結果は、線状光５１及び５２に起因する検出結果となる。

【0071】

受光領域３３１内の各位置での受光強度に含まれる線状光５１、５２及び５３に起因する受光強度を、Ｒｅｓｕｌｔ３１、Ｒｅｓｕｌｔ３２及びＲｅｓｕｌｔ３３とする。１回目、２回目及び３回目の照射時に得られる受光領域３３１内の各位置での受光強度の検出結果を、ｄａｔａ３１、ｄａｔａ３２及びｄａｔａ３３とする。ベクトルＡ₃ ＝（Ｒｅｓｕｌｔ３１，Ｒｅｓｕｌｔ３２，Ｒｅｓｕｌｔ３３）^T と、ベクトルＢ₃ ＝（ｄａｔａ３１，ｄａｔａ３２，ｄａｔａ３３）^T とを定義する。ベクトルＡ₃ とＢ₃ との関係は、下記の（７）式で表される
Ｂ₃ ＝Ｓ₃ Ａ₃ …（７）

【0072】

（７）式中のＳ₃ は（５）式で表されている。（７）式は、１回目の照射時の検出結果は線状光５１及び５３に起因する検出結果の重ね合わせであり、２回目の照射時の検出結果は線状光５２及び５３に起因する検出結果の重ね合わせであり、３回目の照射時の検出結果は線状光５１及び５２に起因する検出結果の重ね合わせであることを示す。（７）式を変形して以下の（８）式を得ることができる。
Ａ₃ ＝Ｓ₃ ^-1Ｂ₃ …（８）

【0073】

（８）式を用いることにより、１回目～３回目の検出結果に基づいてベクトルＡ₃ を計算することができる。ベクトルＡ₃ に含まれるＲｅｓｕｌｔ３３は、線状光５３に起因する受光強度である。分析部４は、１回目～３回目の照射における受光領域３３１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、線状光５３に起因するラマン散乱光の受光強度を計算し、試料５上で線状光５３を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、１回目～３回目の照射における受光領域３３１内の検出結果を抽出し、受光領域３３１内の各位置について、（８）式を用いることにより、線状光５３に起因する受光強度を計算する。また、分析部４は、受光領域３３１内の各位置について計算した受光強度に基づいて、試料５上で線状光５３を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。なお、分析部４は、５回目～７回目の照射における検出結果に基づいて、同様の処理を行ってもよい。

【0074】

受光ライン３４と受光ライン３５との間に存在する受光領域３４１に含まれる受光位置３４２では、４回目の照射時に、試料５上で線状光５４を照射された部分で発生したラマン散乱光のみを受光する。４回目の照射時に、受光領域３４１内の検出結果は、線状光５４のみに起因する検出結果となる。分析部４は、４回目の照射における受光領域３４１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、試料５上で線状光５４を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、４回目の照射における受光領域３４１内の検出結果を抽出し、抽出した検出結果に基づいて、試料５上で線状光５４を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0075】

受光ライン３５と受光ライン３６との間に存在する受光領域３５１に含まれる受光位置３５２では、試料５上で線状光５１、５２、５３、５４及び５５を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光し得る。受光領域３５１に関しては、１回目、４回目及び５回目の照射に注目する。１回目及び５回目の照射では、受光領域３５１内の検出結果には、線状光５１及び５３に起因する検出結果が含まれ、線状光５２に起因する検出結果は含まれない。４回目の照射では、受光領域３５１内の検出結果には、線状光５１、５２及び５３に起因する検出結果はいずれも含まれない。線状光５４に起因する検出結果は、１回目の照射では受光領域３５１内の検出結果に含まれておらず、４回目及び５回目の照射では受光領域３５１内の検出結果に含まれている。線状光５５に起因する検出結果は、１回目及び４回目の照射では受光領域３５１内の検出結果に含まれており、５回目の照射では受光領域３５１内の検出結果に含まれていない。

【0076】

受光領域３５１内の各位置での受光強度に含まれる線状光５１～５５の夫々に起因する受光強度を、Ｒｅｓｕｌｔ５１～Ｒｅｓｕｌｔ５５とする。１回目～５回目の夫々の照射時に得られる受光領域３５１内の各位置での受光強度の検出結果を、ｄａｔａ５１～ｄａｔａ５５とする。ベクトルＡ₅ ＝（Ｒｅｓｕｌｔ５１＋Ｒｅｓｕｌｔ５３，Ｒｅｓｕｌｔ５４，Ｒｅｓｕｌｔ５５）^T と、ベクトルＢ₅ ＝（ｄａｔａ５１，ｄａｔａ５４，ｄａｔａ５５）^T とを定義する。ベクトルＡ₅ とＢ₅ との関係は、下記の（９）式で表される。
Ｂ₅ ＝Ｓ₃ Ａ₅ …（９）

【0077】

（９）式は、１回目の照射時の検出結果は線状光５１及び５３に起因する検出結果と線状光５５に起因する検出結果との重ね合わせであり、４回目の照射時の検出結果は線状光５４に起因する検出結果と線状光５５に起因する検出結果との重ね合わせであり、５回目の照射時の検出結果は線状光５１及び５３に起因する検出結果と線状光５４に起因する検出結果との重ね合わせであることを示す。（９）式を変形して以下の（１０）式を得ることができる。
Ａ₅ ＝Ｓ₃ ^-1Ｂ₅ …（１０）

【0078】

（１０）式を用いることにより、１回目、４回目及び５回目の検出結果に基づいてベクトルＡ₅ を計算することができる。ベクトルＡ₅ に含まれるＲｅｓｕｌｔ５５は、線状光５５に起因する受光強度である。分析部４は、１回目、４回目及び５回目の照射における受光領域３５１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、線状光５５に起因するラマン散乱光の受光強度を計算し、試料５上で線状光５５を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、１回目、４回目及び５回目の照射における受光領域３５１内の検出結果を抽出し、受光領域３５１内の各位置について、（１０）式を用いることにより、線状光５５に起因する受光強度を計算する。また、分析部４は、受光領域３５１内の各位置について計算した受光強度に基づいて、試料５上で線状光５５を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0079】

受光ライン３６と受光ライン３７との間に存在する受光領域３６１に含まれる受光位置３６２では、試料５上で線状光５１、５２、…、５６を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光し得る。受光領域３６１に関しては、２回目、４回目及び６回目の照射に注目する。２回目及び６回目の照射では、受光領域３６１内の検出結果には、線状光５２及び５３に起因する検出結果が含まれ、線状光５１に起因する検出結果は含まれない。４回目の照射では、受光領域３６１内の検出結果には、線状光５１、５２及び５３に起因する検出結果はいずれも含まれない。線状光５４及び５５に起因する検出結果は、２回目の照射では受光領域３６１内の検出結果に含まれておらず、４回目及び６回目の照射では受光領域３６１内の検出結果に含まれている。線状光５６に起因する検出結果は、２回目及び４回目の照射では受光領域３６１内の検出結果に含まれており、６回目の照射では受光領域３６１内の検出結果に含まれていない。

【0080】

受光領域３６１内の各位置での受光強度に含まれる線状光５１～５６の夫々に起因する受光強度を、Ｒｅｓｕｌｔ６１～Ｒｅｓｕｌｔ６６とする。１回目～６回目の夫々の照射時に得られる受光領域３６１内の各位置での受光強度の検出結果を、ｄａｔａ６１～ｄａｔａ６６とする。ベクトルＡ₆ ＝（Ｒｅｓｕｌｔ６２＋Ｒｅｓｕｌｔ６３，Ｒｅｓｕｌｔ６４＋Ｒｅｓｕｌｔ６５，Ｒｅｓｕｌｔ６６）^T と、ベクトルＢ₆ ＝（ｄａｔａ６２，ｄａｔａ６４，ｄａｔａ６６）^T とを定義する。ベクトルＡ₆ とＢ₆ との関係は、下記の（１１）式で表される。
Ｂ₆ ＝Ｓ₃ Ａ₆ …（１１）

【0081】

（１１）式は、２回目の照射時の検出結果は線状光５２及び５３に起因する検出結果と線状光５６に起因する検出結果との重ね合わせであり、４回目の照射時の検出結果は線状光５４及び５５に起因する検出結果と線状光５６に起因する検出結果との重ね合わせであり、６回目の照射時の検出結果は線状光５２及び５３に起因する検出結果と線状光５４及び５５に起因する検出結果との重ね合わせであることを示す。（１１）式を変形して以下の（１２）式を得ることができる。
Ａ₆ ＝Ｓ₃ ^-1Ｂ₆ …（１２）

【0082】

（１２）式を用いることにより、２回目、４回目及び６回目の検出結果に基づいてベクトルＡ₆ を計算することができる。ベクトルＡ₆ に含まれるＲｅｓｕｌｔ６６は、線状光５６に起因する受光強度である。分析部４は、２回目、４回目及び６回目の照射における受光領域３６１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、線状光５６に起因するラマン散乱光の受光強度を計算し、試料５上で線状光５６を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、２回目、４回目及び６回目の照射における受光領域３６１内の検出結果を抽出し、受光領域３６１内の各位置について、（１２）式を用いることにより、線状光５６に起因する受光強度を計算する。また、分析部４は、受光領域３６１内の各位置について計算した受光強度に基づいて、試料５上で線状光５６を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0083】

受光ライン３７の右側に存在する受光領域３７１に含まれる受光位置３７２では、試料５上で線状光５１、５２、…、５７を照射された部分で発生したラマン散乱光を受光し得る。受光領域３７１内の各位置での受光強度に含まれる線状光５１～５７の夫々に起因する受光強度を、Ｒｅｓｕｌｔ７１～Ｒｅｓｕｌｔ７６とする。１回目～７回目の夫々の照射時に得られる受光領域３７１内の各位置での受光強度の検出結果を、ｄａｔａ７１～ｄａｔａ７７とする。ベクトルＡ₇ ＝（Ｒｅｓｕｌｔ７１，Ｒｅｓｕｌｔ７２，Ｒｅｓｕｌｔ７３，Ｒｅｓｕｌｔ７４，Ｒｅｓｕｌｔ７５，Ｒｅｓｕｌｔ７６，Ｒｅｓｕｌｔ７７）^T と、ベクトルＢ₇ ＝（ｄａｔａ７１，ｄａｔａ７２，ｄａｔａ７３，ｄａｔａ７４，ｄａｔａ７５，ｄａｔａ７６，ｄａｔａ７７）^T とを定義する。ベクトルＡ₇ とＢ₇ との関係は、下記の（１３）式で表される。
Ｂ₇ ＝Ｓ₇ Ａ₇ …（１３）

【0084】

（１３）式中のＳ₇ は（６）式で表されている。（１３）式は、１回目～７回目の夫々の照射時の検出結果は、線状光５１～５７の何れかに起因する検出結果の重ね合わせであることを示す。（１３）式を変形して以下の（１４）式を得ることができる。
Ａ₇ ＝Ｓ₇ ^-1Ｂ₇ …（１４）

【0085】

（１４）式を用いることにより、１回目～７回目の検出結果に基づいてベクトルＡ₇ を計算することができる。ベクトルＡ₇ に含まれるＲｅｓｕｌｔ７７は、線状光５７に起因する受光強度である。分析部４は、１回目～７回目の照射における受光領域３７１内の各位置での受光強度の検出結果に基づいて、線状光５７に起因するラマン散乱光の受光強度を計算し、試料５上で線状光５７を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成することができる。分析部４は、データを記憶している検出結果から、１回目～７回目の照射における受光領域３７１内の検出結果を抽出し、受光領域３７１内の各位置について、（１４）式を用いることにより、線状光５７に起因する受光強度を計算する。また、分析部４は、受光領域３７１内の各位置について計算した受光強度に基づいて、試料５上で線状光５７を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する。

【0086】

以上のようにして、分析部４は、試料５上で線状光５１～５７を照射された部分について、夫々の線状光についての個別の処理方法により、ラマンスペクトルを生成する。行列演算を利用することにより、分析部４は、高速でラマンスペクトル生成のための計算を行うことができる。なお、ラマンスペクトルを生成するための処理方法は、以上で説明した処理方法に限らない。分析部４は、その他の処理方法を用いることでラマンスペクトルを生成してもよい。例えば、分析部４は、試料５上で線状光５５を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成するために、５次のベクトル及び行列を用いた演算を行ってもよい。

【0087】

図９は、分光分析装置１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップをＳと略す。試料保持部１４に試料５が保持されている状態で、制御部１５は、光源１１に一次光の照射を開始させる（Ｓ１）。光源１１は、単色光を発光し、光をマルチスポット光生成部１２へ入射する。マルチスポット光生成部１２はマルチスポット光を生成し、マルチスポット光はマスク２へ入射する。マルチスポット光はマスク２に含まれるいずれかのパターンマスクへ入射し、マルチスポット光の一部がパターンマスクを透過することにより、パターン光が生成される。パターン光は試料５へ照射される。試料５上でパターン光が照射された部分では、ラマン散乱光が発生する。ラマン散乱光は分光器１３へ入射し、分光器１３はラマン散乱光を分光し、分光した光を撮像素子３へ入射する。

【0088】

撮像素子３は、入射したラマン散乱光を検出する（Ｓ２）。撮像素子３は、ラマン散乱光の検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。分析部４は、検出結果を表すデータを記憶部４４に記憶する（Ｓ３）。制御部１５は、次に、ラマン散乱光の検出を終了するか否かを判定する（Ｓ４）。Ｓ４では、制御部１５は、特定の複数のパターンマスクを用いたラマン散乱の検出を全て行った場合に検出を終了すると判定し、まだ行っていない検出がある場合に検出を終了しないと判定する。例えば、制御部１５は、パターンマスクを変更しながらラマン散乱光を検出する回数をカウントし、カウントした回数が所定回数になった場合に検出を終了すると判定する。制御部１５は、使用者が操作部４５を操作することにより検出終了の指示を分析部４が受け付けた場合に、検出を終了すると判定してもよい。

【0089】

ラマン散乱光の検出を終了しない場合は（Ｓ４：ＮＯ）、制御部１５はマスク変更部１７を動作させ、マスク変更部１７は、マルチスポット光が入射するパターンマスクを変更する（Ｓ５）。Ｓ５では、マスク変更部１７は、マスク２を移動させ、一次光の光軸上にあるパターンマスクを変更する。分光分析装置１は、次に、処理をＳ２へ戻し、Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返す。分光分析装置１は、Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返すことにより、パターンマスク２０１、２０２、…、２０７を用いて７種類のパターン光を試料５へ順次的に照射し、夫々のパターン光によって発生するラマン散乱光を検出する。

【0090】

ラマン散乱光の検出を終了する場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、分析部４は、データを記憶した複数回分の検出結果に基づいて、試料５上で線状光５１～５７を照射された部分に係るラマンスペクトルを生成する（Ｓ６）。演算部４１がコンピュータプログラム４４１に従って演算を実行することにより、分析部４は以降の処理を実行する。Ｓ６では、分析部４は、前述した処理方法により、試料５上で線状光５１～５７を照射された部分についてラマンスペクトルを生成する。分析部４は、生成したラマンスペクトルのデータを、試料５上で線状光５１～５７を照射された部分を示す情報と関連づけて記憶部４４に記憶する。制御部１５は、マスク変更部１７にマスク２を初期状態に戻させる処理を行ってもよく、光源１１に発光を一旦停止させてもよい。Ｓ６の処理は処理部に対応する。

【0091】

制御部１５は、次に、試料５の走査を終了するか否かを判定する（Ｓ７）。例えば、試料５の表面の中で走査を行う範囲が予め指定されており、指定された範囲を全て走査した場合に、制御部１５は、走査を終了すると判定する。制御部１５は、使用者が操作部４５を操作することにより走査の終了の指示を分析部４が受け付けた場合に、走査を終了すると判定してもよい。走査を終了しない場合は（Ｓ７：ＮＯ）、制御部１５は、駆動部１６に試料保持部１４を移動させることにより、試料５を移動させ（Ｓ８）、処理をＳ１へ戻す。例えば、駆動部１６は、線状光５１が照射された部分と線状光５２が照射された部分との間の位置に次の線状光５１が照射されるように、試料５を第１方向に移動させる。駆動部１６は、線状光５１が照射された部分から線状光５７が照射された部分までの第１方向の距離以上に、試料５を第１方向に移動させてもよい。駆動部１６は、線状光５１、５２、…、５７の第２方向の長さ以上に、試料５を第２方向に移動させてもよい。Ｓ１～Ｓ８を繰り返すことにより、分光分析装置１は、試料５を一次光で走査し、試料５の各部分で発生したラマン散乱光のラマンスペクトルを生成する。Ｓ１～Ｓ８の処理は走査部に対応する。

【0092】

走査を終了する場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、分析部４は、試料５の各部分と各部分で発生したラマン散乱光のラマンスペクトルとを関連付けたスペクトル分布を生成し、スペクトル分布に基づいて、特定の状態にある物質の分布画像を生成する（Ｓ９）。Ｓ９では、分析部４は、ラマンスペクトルに基づいて物質の状態を分析し、特定の状態にある物質の分布画像を生成する。分析部４は、ラマンスペクトルに基づいて試料５に含まれる物質を同定し、同定した物質の分布画像をも生成してもよい。分析部４は、ラマンスペクトルの分布画像を生成してもよい。また、分析部４は、分布画像のデータを記憶部４４に記憶する。分析部４は、生成した分布画像を表示部４６に表示してもよい。Ｓ９の処理は画像生成部に対応する。

【0093】

分析部４は、次に、特定の状態にある物質の分布画像の解像度を向上させる処理を行う（Ｓ１０）。Ｓ１０では、分析部４は、超解像技術を用いて、分布画像の解像度を向上させる。例えば、分析部４は、低解像度の画像の特徴と高解像度の画像の特徴との対応関係を予め記憶しておき、分布画像の特徴を計算し、計算した特徴に対応する高解像度の画像の特徴を特定し、特定した特徴から画像を生成することにより、解像度を向上させた分布画像を生成する。例えば、分析部４は、低解像度の画像の特徴を入力した場合に高解像度の画像の特徴を出力する学習済みの学習モデルを用いて、解像度を向上させた分布画像を生成する。分析部４は、解像度を向上させた分布画像のデータを記憶する。制御部１５は、解像度を向上させた分布画像を表示部４６に表示してもよい。Ｓ１０の処理は超解像部に対応する。分光分析装置１は、Ｓ１０の処理を省略してもよい。分光分析装置１は、以上で処理を終了する。

【0094】

以上詳述した如く、分光分析装置１は、複数の線状光が所定のパターンに従って並んだ複数種類のパターン光を生成し、試料５へ順次的に複数種類のパターン光を照射し、試料５から発生したラマン散乱光を分光し、撮像素子３により検出する。分光分析装置１は、複数回の検出結果に基づいて、所定のパターンに応じた処理により、ラマン散乱光のスペクトルを生成することができる。複数の光からなる一次光で試料５を走査することにより、単一の照射光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。このため、分光分析装置１は、短時間で試料５の分析を行うことができる。また、分光分析装置１は、照射光として、線状光を利用している。線状光で試料５を走査することにより、点状の光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。このため、分光分析装置１は、より短時間で試料５の分析を行うことができる。

【0095】

更に、分光分析装置１は、スペクトル分布に基づいて、特定の状態にある物質の分布画像を生成し、超解像技術により、分布画像の解像度を向上させる。例えば、試料５の走査を粗く行った場合であっても、分光分析装置１は、緻密に走査を行った場合と同等の解像度を有する分布画像を生成することができる。試料５の走査を粗く行うことにより、走査時間を短くすることができ、分光分析装置１は、より短時間で試料５の分析を行うことができる。

【0096】

＜実施形態２＞
図１０は、実施形態２に係る分光分析装置１の構成を示すブロック図である。実施形態２では、一次光は一種類とし、試料５から発生する複数のラマン散乱光の一部を遮蔽することにより、複数種類の二次光を生成する。マルチスポット光生成部１２が生成したマルチスポット光が入射する位置に、固定マスク６２が配置されている。固定マスク６２は、フォトマスクであり、複数の透過部分が形成されている。複数の透過部分を光が透過することにより、複数の光を含んでなる一次光が生成される。固定マスク６２により生成された一次光は、試料５へ照射される。固定マスク６２は固定されており、一次光に含まれる複数の光が並ぶパターンは、変更されない。光源１１、マルチスポット光生成部１２及び固定マスク６２は、照射部６１を構成する。

【0097】

複数のパターンマスクを含んだマスク２は、試料保持部１４を分光器１３との間に配置されている。マスク２が有するいずれかのパターンマスクへ試料５からの光が入射し、パターンマスクを透過した光が分光器１３へ入射する。マスク２は、試料５からの光が光学系によって結像する位置に配置されていることが望ましい。分光分析装置１は、マスク２を移動させることにより光が入射するパターンマスクを変更するマスク変更部１７を備えている。マスク２の構成は、図６に示す実施形態１と同様の構成である。実施形態２におけるマスク２及びマスク変更部１７は、二次光生成部６３を構成する。分光分析装置１のその他の部分の構成は実施形態１と同様である。

【0098】

図１１は、固定マスク６２と、一次光を照射された試料５と、パターンマスクと、ラマン散乱光を受光した撮像素子３の受光面３０とを示す模式図である。固定マスク６２は、光を遮蔽する材料で平板状に形成されている。図１１に示す例では、固定マスク６２は、互いに離隔して直線状に並ぶ七個の透過孔６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６、６２７が平板に形成されることによって、構成されている。固定マスク６２に形成された複数の透過孔の数は七以外の数であってもよい。分光分析装置１は、マルチスポット光生成部１２で生成したマルチスポット光を固定マスク６２へ入射する。マルチスポット光の一部は透過孔６２１、…、６２７を透過し、マルチポット光の他の部分は固定マスク６２に遮蔽される。これにより、互いに離隔して並んだ七個の線状光を含んだ一次光が生成される。

【0099】

一次光は試料５へ照射される。図１１に示す例では、試料５の表面に、七個の線状光５１、５２、…、５７が照射され、試料５の線状光が照射された部分からはラマン散乱光が発生する。発生した複数のラマン散乱光は、パターンマスクへ入射する。図１１に示す例では、複数のラマン散乱光がパターンマスク２０１へ入射する。パターンマスク２０１には透過孔２１、２３、２５及び２７が形成されている。線状光５１、５３、５５及び５７の照射によって発生したラマン散乱光は、透過孔２１、２３、２５及び２７を透過する。しかし、線状光５２、５４及び５６の照射によって発生したラマン散乱光は、パターンマスク２０１の遮光部分によって遮光される。パターンマスク２０１を透過した複数のラマン散乱光を含む二次光は分光器１３へ入射する。

【0100】

分光器１３は、入射された複数のラマン散乱光を分光し、分光された光は撮像素子３で受光される。図１１に示す例では、試料５上での線状光５１、５３、５５及び５７の照射位置に対応する受光ライン３１、３３、３５及び３７が生成される。しかし、線状光５２、５４及び５６の照射位置に対応する受光ラインは生成されない。受光ライン３１、３３、３５及び３７の他に、ラマン散乱光を受光する複数の受光位置３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２及び３７２が夫々に面状に分布している受光領域３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１及び３７１が夫々存在する。

【0101】

図１１に示すように、パターンマスク２０１を透過した二次光が分光器１３へ入射する状態で、撮像素子３はラマン散乱光の検出を行う。その後、マスク変更部１７は、マスク２を移動させることにより、試料５からのラマン散乱光が入射するパターンマスクをパターンマスク２０２へ変更する。パターンマスク２０２を透過した二次光が分光器１３へ入射することにより、２回目の二次光の分光器１３への入射が行われる。撮像素子３は２回目のラマン散乱光の検出を行う。パターンマスクの変更、分光器１３への二次光の入射、及びラマン散乱光の検出が繰り返される。実施形態１同様に、パターンマスク２０１、２０２、…、２０７が順に使用され、分光器１３への二次光の入射及びラマン散乱光の検出が７回行われる。

【0102】

このように、パターンマスクを変更することによって、試料５から発生した複数のラマン散乱光の内でパターンマスクを透過して分光器１３へ入射される光とパターンマスクに遮蔽される光との組み合わせを変更する。これにより、七種類の二次光が順次的に生成される。生成される二次光は、パターンマスクによって規定された所定のパターンに従って、離隔した複数の光が並んだパターン光である。パターンマスク２０１、２０２、…、２０７によって規定された複数のパターンに従って、二次光に含まれる複数の光の位置の組み合わせが順次的に変更され、複数種類の二次光が順次的に生成される。

【0103】

生成された二次光は、順次的に分光器１３へ入射し、分光され、分光された光が撮像素子３で検出される。１回目から７回目までの夫々の二次光の生成が行われたときの受光面３０は、図８に示す実施形態１と同様の状態となる。撮像素子３は、二次光が生成される都度、受光面３０内の各位置での受光強度を検出し、検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。即ち、撮像素子３は、ラマン散乱光の検出を７回行い、７回分の検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。分析部４は、実施形態１と同様に、７回分の検出結果を表すデータを記憶し、７回分の検出結果に基づいて、試料５の各部分に係るラマンスペクトルを生成する処理を行う。

【0104】

分光分析装置１は、図９に示すごときＳ１～Ｓ１０の処理を実行する。試料保持部１４に試料５が保持されている状態で、制御部１５は、光源１１に一次光の照射を開始させる（Ｓ１）。光源１１は、単色光を発光し、光をマルチスポット光生成部１２へ入射する。マルチスポット光生成部１２はマルチスポット光を生成し、マルチスポット光は固定マスク６２へ入射する。マルチスポット光の一部が固定マスク６２を透過することにより、線状光５１、５２、…、５７を含んだ一次光が生成される。一次光は試料５へ照射され、試料５上で光が照射された複数の部分では、ラマン散乱光が発生する。複数のラマン散乱光を含む光は、マスク２に含まれるいずれかのパターンマスクへ入射し、一部の光がパターンマスクを透過することにより、複数のラマン散乱光を含む二次光が生成される。二次光は分光器１３へ入射し、分光器１３は二次光に含まれる複数のラマン散乱光を分光し、分光されたラマン散乱光は撮像素子３へ入射する。

【0105】

撮像素子３は、入射したラマン散乱光を検出する（Ｓ２）。撮像素子３は、ラマン散乱光の検出結果を表すデータを分析部４へ入力する。分析部４は、検出結果を表すデータを記憶部４４に記憶する（Ｓ３）。制御部１５は、次に、ラマン散乱光の検出を終了するか否かを判定する（Ｓ４）。ラマン散乱光の検出を終了しない場合は（Ｓ４：ＮＯ）、制御部１５はマスク変更部１７を動作させ、マスク変更部１７は、複数のラマン散乱光を含む試料５からの光が入射するパターンマスクを変更する（Ｓ５）。Ｓ５では、マスク変更部１７は、マスク２を移動させ、試料５からの光が入射するパターンマスクを変更する。分光分析装置１は、次に、処理をＳ２へ戻し、Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返す。分光分析装置１は、Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返すことにより、パターンマスク２０１、２０２、…、２０７を用いて７種類の二次光を分光器１３へ入射させ、夫々の二次光に含まれるラマン散乱光を検出する。

【0106】

ラマン散乱光の検出を終了する場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、実施形態１と同様に、分析部４は、ラマンスペクトルを生成する（Ｓ６）。制御部１５は、次に、試料５の走査を終了するか否かを判定する（Ｓ７）。走査を終了しない場合は（Ｓ７：ＮＯ）、制御部１５は、駆動部１６に試料保持部１４を移動させることにより、試料５を移動させ（Ｓ８）、処理をＳ１へ戻す。Ｓ１～Ｓ８を繰り返すことにより、分光分析装置１は、試料５を一次光で走査し、試料５の各部分で発生したラマン散乱光のラマンスペクトルを生成する。

【0107】

走査を終了する場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、実施形態１と同様に、分析部４は、スペクトル分布を生成し、特定の状態にある物質の分布画像を生成する（Ｓ９）。分析部４は、次に、実施形態１と同様に、分布画像の解像度を向上させる処理を行う（Ｓ１０）。分光分析装置１は、Ｓ１０の処理を省略してもよい。分光分析装置１は、以上で処理を終了する。

【0108】

以上詳述した如く、実施形態２においては、分光分析装置１は、複数の線状光からなる一次光を試料５へ照射し、試料５で発生した複数の光の内で分光器１３へ入射する複数の光の組み合わせが異なる複数種類の二次光を生成する。分光分析装置１は、複数種類の二次光を順次的に分光器１３へ入射させ、二次光に含まれる複数のラマン散乱光を分光器１３で分光し、撮像素子３で検出し、ラマン散乱光のスペクトルを分析部４で生成する。なお、分光分析装置１は、固定マスク６２を用いる方法以外の方法で複数の線状光からなる一次光を生成する形態であってもよい。

【0109】

実施形態２においても、分光分析装置１は、複数の線状光からなる一次光で試料５を走査することにより、単一の照射光で試料を走査することに比べて、走査時間を短くすることができる。このため、分光分析装置１は、短時間で試料５の分析を行うことができる。また、分光分析装置１は、実施形態１と同様に、分布画像の解像度を向上させる処理を行うことにより、走査時間を短くすることができ、より短時間で試料５の分析を行うことができる。

【0110】

なお、実施形態１及び２では、パターンマスク２０１、２０２、…、２０７の全てを利用して処理を行う形態を示したが、分光分析装置１は、複数のパターンマスクの一部を使わずに、分光分析を行ってもよい。例えば、分光分析装置１は、パターンマスク２０１～２０６の夫々を用いてＳ２～Ｓ５の処理を実行し、パターンマスク２０７を用いた処理は行わずに、Ｓ６以降の処理を行う。この形態では、ラマンスペクトルを生成することができない部分が発生し、Ｓ９で生成した分布画像には、特定の状態にある物質の分布が得られない部分が含まれる。即ち、Ｓ行列の一部の行を省略した行列から得られるパターンに応じた分布画像が得られる。分光分析装置１は、Ｓ１０の処理でラマンスペクトルの分布画像の解像度を向上させることにより、特定の状態にある物質の分布が得られない部分についても、分布を生成する。分光分析装置１は、二つのパターンマスクの使用を省略してもよい。例えば、パターンマスク２０６及び２０７を用いた処理を省略してもよい。この場合でも、Ｓ１０の処理で解像度を向上させることにより、全てのパターンマスクを使用した場合とほぼ同様の解像度で分布画像を生成することができる。マスク２は、使用しないパターンマスクを含んでいない形態であってもよい。このように、分光分析装置１は、Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返す回数を減少させることができる。Ｓ２～Ｓ５の処理を繰り返す回数を減少させることにより、処理に必要な時間を短くすることができ、分光分析装置１は、より短時間で試料５の分析を行うことができる。

【0111】

分光分析装置１は、一次光に含まれる複数の線状光の一部を無視した処理を行う形態であってもよい。例えば、分光分析装置１は、線状光５７を無視した処理を行ってもよい。より具体的には、分光分析装置１は、受光領域３７１内の各位置での受光強度を用いずに、Ｓ６の処理を行ってもよい。線状光５７は、受光領域３７１以外の受光領域には影響しないので、線状光５７を無視した処理を行うことができる。この形態の分光分析装置１が行う処理は、Ｓ行列の一部の列を省略した行列から得られるパターンに応じた処理である。また、マスク２は、Ｓ行列の一部の列に対応する透過孔及び遮光部分を含んでいない形態であってもよい。この形態に係るマスク２を備える分光分析装置１は、Ｓ行列の一部の列を省略した行列から得られるパターンに応じた処理を実行する。これらの形態においても、分光分析装置１は、Ｓ１０の処理を行うことにより、解像度を低下させないように分布画像を生成することができる。これらの形態では、必要な処理の量が削減され、分光分析装置１は、より短時間で試料５の分析を行うことができる。

【0112】

実施形態１及び２においては、七個の線状光を組み合わせて一次光を生成する形態を示したが、分光分析装置１は、七個以外の数の線状光を組み合わせて一次光を生成する形態であってもよい。例えば、分光分析装置１は、Ｓ行列の中の一列に対応する透過孔及び遮光部分を含んでいないマスク２、又は六個の透過孔を有する固定マスク６２を備えることにより、六個の線状光を組み合わせて一次光を生成してもよい。例えば、分光分析装置１は、３次のＳ行列に応じて形成されたマスク２、又は三個の透過孔を有する固定マスク６２を備えることにより、三個の線状光を組み合わせて一次光を生成してもよい。例えば、分光分析装置１は、八個以上の数の線状光を組み合わせて一次光を生成する形態であってもよい。分光分析装置１は、８次よりも高次のアダマール行列に基づいて得られるパターンを利用する形態であってもよい。

【0113】

実施形態１及び２においては、アダマール行列に基づいて得られる所定のパターンに従ったパターン光を用いる形態を示したが、分光分析装置１は、その他のパターンに従ったパターン光を用いる形態であってもよい。実施形態１及び２においては、マスク２を用いてパターン光を生成する形態を示したが、分光分析装置１は、マスク以外の光学部品を用いてパターン光を生成する形態であってもよい。例えば、分光分析装置１は、ＤＭＤ（digital mirror device ）を用いてパターン光を生成する形態であってもよい。実施形態１及び２においては、マルチスポット光生成部１２を用いる形態を示したが、分光分析装置１は、マルチスポット光生成部１２を用いる方法以外の方法で幅広に分布する光を生成する形態であってもよい。

【0114】

実施形態１及び２においては、試料５から発生する二次光に含まれるラマン散乱光を検出する形態を示した。蛍光等の他の種類の二次光のスペクトルに比べて、ラマンスペクトルでは、波長幅が小さく鋭いピークが発生する。このため、受光面３０内での受光位置の広がりが小さく、受光強度が高いので、受光位置及び受光強度の特定がし易く、二次光の波長及びスペクトル中のピークの強度を取得することが容易である。このように、二次光に含まれるラマン散乱光を検出する形態では、スペクトルを容易に取得できるという効果が大きい。なお、分光分析装置１は、二次光に含まれるラマン散乱光以外の光を検出する形態であってもよい。例えば、分光分析装置１は、二次光に含まれるフォトルミネッセンス又は蛍光を検出する形態であってもよい。実施形態１及び２においては、一次光に含まれる複数の光は線状光であるとしたが、一次光に含まれる複数の光はスポット光であってもよい。一次光に含まれる複数の光がスポット光である形態でも、分光分析装置１は走査時間を短くすることができる。

【0115】

本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0116】

１ 分光分析装置
１１ 光源
１２ マルチスポット光生成部
１３ 分光器
１４ 試料保持部
１５ 制御部
２ マスク
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７ 透過孔
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ パターンマスク
３ 撮像素子
３０ 受光面
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７ 受光ライン
３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１ 受光領域
３０１、３０２、３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２、３７２ 受光位置
４ 分析部
４０ 記録媒体
４１ 演算部
４４ 記憶部
４４１ コンピュータプログラム
５ 試料
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７ 線状光
５０１ 照射光
６１ 照射部
６２ 固定マスク
６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６、６２７ 透過孔
６３ 二次光生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】