JP4515089B2 - 分光装置及び分光方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、例えば血液検査に使用される分光装置及び分光方法に関する。
【0002】
分光装置は、光源からの光を検査試料に照射し、検査試料を透過又は反射した光の強度を電気信号に変えることにより検査試料の吸光度を測定する装置であり、多方面に応用されている。分光装置を例えば色測定や血液検査に応用する場合、検査試料を透過した光のうち波長の異なる複数の光成分、すなわち多波長の各々について吸光度が測定される。このようなものとして、例えば特開昭59−131124号公報に開示された回転板方式の分光装置がある。この分光装置は、検出したい波長の光成分を透過するフィルタが、光路中に位置するように回転板を機械的に回すことにより、多波長の検出を可能にしている。
【0003】
しかし、回転板方式の分光装置は回転板を機械的に回すことにより、フィルタを選択しているので、多波長の検出には時間がかかる。血液検査は多サンプルかつ多項目の検査を迅速にすることが要求されるが、回転板方式の装置ではこの要求を満たすことができない。
【0004】
この要求を満足するものとして、例えば特開平11−6766号公報や特開昭59−170734号公報に開示されたハーフミラー方式の分光装置がある。これらの分光装置は、複数のハーフミラー及び複数の受光素子により多波長を検出する構造を有する。ハーフミラー方式の分光装置は、各ハーフミラーにおいて入射光を透過光と反射光とに分割し、透過光を次の順番に位置するハーフミラーの入射光とすることにより多波長を検出している。このため、機械的に波長を選択して多波長を検出する上記回転板方式の分光装置に比べて多波長を高速に検出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、ハーフミラー方式の分光装置によれば、一つのハーフミラーにより光束が二分の一に分割される。よって、後の順番に位置する受光素子では入射光が極度に弱まるのでS/N比が低下し、これにより光成分の検出感度である検出効率が悪くなる。例えば、ハーフミラーを8個設け、9種類の波長を検出する場合、第8ハーフミラーを透過した光の強度は最初に比べて、(1/2)8=1/256となり、その波長の光成分の検出効率が極めて悪くなる。これに対応するためには光源からの光量を増大させなければならないが、これにより消費電力が増大することになる。
【0006】
本発明はかかる従来の問題を解決するためになされたものであり、波長の異なる複数の光成分を高い検出効率でかつ高速に検出することが可能な分光装置及び分光方法を提供することである。
【0007】
本発明に係る分光装置は、光源から出射された光が順番に伝達されるように配置された複数の光検出器と、光源から出射された光を複数の光検出器のうちの最前段の光検出器に入射させるように配置されたレンズと、を備え、光検出器は、それぞれ、光電変換器と、光変換器を収容すると共に光電変換器の光入射側に開口を有する筒体と、開口を塞ぐように配置されていると共に透過される光成分の波長が互いに異なる干渉フィルタとを含み、光検出器それぞれの干渉フィルタは、その光入射面に入射される入射光を反射される光成分と透過される光成分とに分割し、反射された光成分を次の順番に位置する干渉フィルタに伝達させており、後段の干渉フィルタの透過波長は前段の干渉フィルタの反射波長帯域に含まれ、干渉フィルタへの入射光の入射角は光入射面に対する法線に対して0°よりも大きく10°以下であり、全段又は少なくとも後段の干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられていることを特徴とする。
【0008】
本発明に係る分光装置によれば、複数の干渉フィルタはそれぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分け、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより光源から光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させ、各干渉フィルタを透過した光成分を各光検出手段で検出することにより多波長を検出している。干渉フィルタは誘電体層(誘電体多層膜)で構成されており、誘電体層の干渉効果により所定の波長の光成分を透過させる。本発明者によれば、この誘電体層が干渉フィルタを透過する波長の光成分以外の波長の光成分について、比較的良く反射する性質を有することが分かった。よって、後の順番に位置する干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するので、検出効率を高めることができる。
【0009】
また、本発明に係る分光装置は、分光装置において、第1光電変換器と第1光電変換器の光入射側に固定された第1干渉フィルタとを有する第1光検出器と、第1干渉フィルタの反射光が入射するように配置され、第2光電変換器と第2光電変換器の光入射側に固定された第2干渉フィルタとを有する第2光検出器とを備え、第1干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられており、第1干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、第2干渉フィルタの透過波長は第1干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする。この場合、第1光検出器が検出できる程度の強度を有する光がアパーチャ−内を通過し、残りの光を全反射ミラーで効率的に反射させてやることにより、後段の検出器において検出感度の低下を抑制することができる。また、本発明に係る分光装置によれば各干渉フィルタの入射光を、透過させる光成分と反射させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光としている。本発明に係る分光装置は機械的ではなく光学的に波長を選択して多波長を検出するので、多波長の高速検出が可能となる。
【0011】
また、複数の光検出器を円形に配置すれば、円形内部への空気流入経路が狭くなるため、空気の揺らぎに起因する光検出器の出力変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の分光装置及び分光方法によれば、波長の異なる複数の光成分を高い検出効率でかつ高速に検出することができる。
【0013】
本発明の好適な実施形態に係る分光装置について図面を用いて説明する。
【0014】
図1は、本発明の第1実施形態に係る分光装置の模式図である。分光装置1は、9種類の波長の光成分を検出するものであり、例えば20Wのヨウ素球を含む光源3と、光源3から出射された光Lを集光する2枚のレンズ5,7と、レンズ5,7を透過した光Lが通るアパーチャ9と、アパーチャ9を通過しかつ検査試料(例えば血液)が収められた試料セルSを透過した光Lを平行光線にするレンズ11と、レンズ11で平行光線にされた光Lが入射する分光部13と、を備える。分光装置1を構成するこれらの要素は筐体(筒体)15に収容されている。
【0015】
レンズ5、レンズ7及びアパーチャ9は保持部17により保持され、光Lの光路に沿って順にレンズ5、レンズ7、アパーチャ9が配置されている。レンズ5、レンズ7及びアパーチャ9により光Lが試料セルSに入射するときの光Lの断面寸法を規定する。この断面は光Lの進行方向に対して90度の角度に位置する断面であり、寸法は例えば縦3mm×横3mmである。
【0016】
アパーチャ9とレンズ11との間の光路中に試料セルSの配置場所がある。この配置場所を挟むようにスリット19,21が配置されている。また、レンズ11と分光部13との間の光路中にはスリット23が配置されている。
【0017】
分光部13の構造を詳細に説明する。分光部13は、9個の干渉フィルタ31〜39と、干渉フィルタ31〜39のそれぞれと対応し、対応する干渉フィルタ31〜39を透過した光成分を検出する9個のフォトダイオード41〜49と、を備える。フォトダイオード41〜49は光検出手段の一例である。本実施形態に用いることができるフォトダイオードとして例えばSiフォトダイオードがある。
【0018】
干渉フィルタ31,33,35,37,39はそれぞれの入射面が一方向に並ぶように配置され、その状態で保持部25により保持されている。保持部25は、分光部13に入射した光Lが所定角度で干渉フィルタ31に入射するように配置されている。干渉フィルタ31,33,35,37,39のそれぞれの出射面にはフォトダイオード41,43,45,47,49が取り付けられている。これにより、各フォトダイオードは対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する。
【0019】
干渉フィルタ32,34,36,38も同様にそれぞれの入射面が一方向に並ぶように配置され、その状態で保持部27により保持されている。保持部27は、分光部13に入射した光Lが干渉フィルタ31に入射するまでの光路を遮らない位置であって、かつ保持部27に保持された干渉フィルタが保持部25に保持された干渉フィルタと対向するように配置されている。干渉フィルタ32,34,36,38のそれぞれの出射面にはフォトダイオード42,44,46,48が取り付けられている。これにより、各フォトダイオードは対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する。分光部13には、フォトダイオード41〜49のそれぞれにより検出された光成分を増幅するアンプ等の電子回路(図示せず)が設けられている。分光部13を構成するこれらの要素は筐体(筒体)29に収容されている。
【0020】
干渉フィルタ31〜39は、それぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割する。保持部25,27を上記のように配置することにより、反射させる光成分が次の順番に位置する干渉フィルタの入射光となり、これにより光源3からの光Lが干渉フィルタ31〜39の番号順に伝達される。干渉フィルタ31〜39は帯域フィルタとしての機能を有し、それぞれが透過させる波長の光成分を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
さて、干渉フィルタは基板上に蒸着等により形成された所定の光学的厚さをもつ薄膜を多数層重ねて、その内部で生じる干渉を利用して、特定の波長域の光のみを透過または反射する光学フィルタである。多層の誘電体膜(例えばSiO2、SiN、TiO2)からなるものが一般的である。本発明者によれば、干渉フィルタを構成する誘電体膜は、その干渉フィルタが透過する波長の光成分以外の波長の光成分について、比較的高いパーセンテージ(例えば80%以上)で反射することが分かった。図2〜図4は本発明者の実験により得られた干渉フィルタの波長と反射率との関係を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸が干渉フィルタの入射光の波長[nm]であり、縦軸が入射光の反射率[%]である。
【0023】
図2において、グラフの実線は干渉フィルタ31(透過波長340nm)のデータであり、点線は干渉フィルタ32(透過波長415nm)のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ33(透過波長450nm)のデータである。図3において、グラフの実線は干渉フィルタ34(透過波長510nm)のデータであり、点線は干渉フィルタ35(透過波長540nm)のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ36(透過波長568nm)のデータである。
【0024】
図4において、グラフの実線は干渉フィルタ37(透過波長600nm)のデータであり、点線は干渉フィルタ38(透過波長690nm)のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ39(透過波長800nm)のデータである。
【0025】
これらのグラフから分かるように、干渉フィルタ31〜39は、透過する波長の光成分以外の波長の光成分について反射率が比較的高いことが分かる。
【0026】
本実施形態は干渉フィルタの上記性質を利用している。すなわち、各干渉フィルタで反射された光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、後の順番の干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するようにしている。
【0027】
分光装置1の動作について図1を用いて説明する。光源3から発生した光Lはレンズ5,7及びアパーチャ9によりその断面寸法が所定値に規定された後、スリット19を通り、試料セルSに入射する。光Lは試料セルSを透過後、スリット21を通過し、レンズ11に入射する。光Lはレンズ11により平行光線にされ、スリット23を介して分光部13に入射する。
【0028】
分光部13に入射した光Lは、まず干渉フィルタ31の入射面に入射し、干渉フィルタ31により透過される光成分と反射される光成分R1に分けられる。透過される光成分は主に波長340nmの光成分であり、フォトダイオード41により検出される。
【0029】
先程説明したように干渉フィルタは、透過させる波長の光成分以外の光成分についてほぼ反射する性質を有する。よって、干渉フィルタ31によって反射される光成分R1は、後の順番に位置する干渉フィルタ32〜39を透過させる波長の光成分を高い強度で含んでいる。反射される光成分R1は干渉フィルタ32の入射面に入射し、干渉フィルタ32により透過される光成分と反射される光成分R2とに分けられる。干渉フィルタ32で透過される光成分は、主に波長415nmの光成分であり、この光成分がフォトダイオード42により検出される。反射光R2は、上記の説明と同様の理由により、後の順番に位置する干渉フィルタ33〜39を透過させる波長の光成分を高い強度で含んでいる。
【0030】
以下同様に、干渉フィルタ33〜39を透過した光成分がフォトダイオード43〜49で検出される。よって、分光装置1によれば、9種類の波長の光成分を検出することができる。フォトダイオード41〜49で検出された光成分の出力値[nA]の一例を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】
なお、「フィルタ単体での出力値」とは、分光部13に入射した光Lが各干渉フィルタ31〜39に直接入射した場合におけるフォトダイオードの出力値である。「フィルタ単体に対する割合%」とはフィルタ単体での出力値を100%とした場合における各フォトダイオード41〜49の出力値のパーセンテージである。「参考」とは干渉フィルタの代わりに透過率50%のハーフミラーを用いた場合のフィルタ単体に対する割合%である。
【0033】
本実施形態によれば、後の順番に位置する干渉フィルタ(例えば、干渉フィルタ35〜39)を透過した光成分でも出力値が比較的大きいことが分かる。これは「フィルタ単体に対する割合」と「参考」とを比較すれば一目瞭然である。本実施形態では後の順番に位置する干渉フィルタでも「フィルタ単体に対する割合」のパーセンテージは比較的大きい。これは各フォトダイオードで検出される光成分の強度が比較的高いことを示しており、これにより後の順番に位置する干渉フィルタを透過した波長の光成分でも検出効率を高くすることができる。これに対して、「参考」に示すようにハーフミラーを用いた場合のフィルタ単体に対する割合は指数関数的に減少している。このため後の順番に位置する干渉フィルタを透過した光成分の強度は相当小さくなるので、検出効率が極めて悪くなることが分かる。
【0034】
よって、本実施形態によれば、光源3からの光量を増大させることなく多波長の検出ができるので、低消費電力化を図ることができる。また、本実施形態によれば、検出効率を高めるための特別な部品も必要ないので、小型でかつ安価な分光装置にすることができる。
【0035】
また、本実施形態によれば、各干渉フィルタの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射される光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、9種類の波長の光成分を検出している。このように、本実施形態は機械的ではなく光学的に波長を選択して多波長を検出するので、高速に多波長を検出することができる。また、光源3からの光Lが順番に伝達するように、複数の干渉フィルタ31〜39を配置した構造なので簡単な構造で多波長を検出することができる。
【0036】
上記効果を有する本実施形態によれば、例えば血液検査のような多サンプルかつ多項目の検査に利用することが可能となる。
【0037】
次に、本発明の第2実施形態に係る分光装置について説明する。図5は、第2実施形態に係る分光装置2の模式図である。図5において図1に示す分光装置1の構成要素と同等の要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【0038】
分光装置2はフォトダイオード41〜49の代わりに光検出手段の一例である光電子増倍管51〜59により各干渉フィルタ31〜39を透過した光成分を検出する。蛍光を構成する光成分のように極めて強度が小さい場合、フォトダイオード41〜49では検出が困難なので光電子増倍管51〜59により光成分を検出するのである。なお、試料セルSで光源3からの光Lの進行方向が90度変化させるのは、分光部13に光源13からの光Lが直接入射しないようにするためである。これにより、各光成分の検出の信頼性を向上させている。なお、分光装置2も分光装置1と同様の効果を有する。
【0039】
分光装置1,2によれば、異なる波長の光成分を透過させる干渉フィルタを9個設けることにより9種類の波長の光成分を検出している。しかしながら、本発明の分光装置で検出される多波長の数はこれに限定されず、異なる波長の光成分を透過させる干渉フィルタの数を変えることにより、多波長の数を任意に設定することができる。
【0040】
また、分光装置1,2はレンズ11により試料セルSから出射した光を平行光にして干渉フィルタに入射させているが、干渉フィルタの特定波長での吸光が大きい場合や、光源や試料から出射する光においてその特定波長の強度が小さい場合に、そのフィルタに焦点を合わせるようにすることで効率的な分光が可能となる。例えば、本実施形態においては、340nmの干渉フィルタ31に焦点を合わせることで検出光量を向上させることが可能となり、他の干渉フィルタで検出される光強度の差を小さくすることができる。
【0041】
本発明に係る分光装置は、複数の干渉フィルタがそれぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分け、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とし、光源からの光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させることにより、多波長を検出している。本発明者によれば、干渉フィルタを構成する誘電体層は、干渉フィルタを透過する波長の光成分以外の波長の光成分について比較的良く反射する性質を有することが分かった。よって、後の順番に位置する干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するので、高い検出効率で多波長を検出することができる。
【0042】
また、本発明に係る分光装置によれば各干渉フィルタの入射光を、透過させる光成分と反射させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光としているので、多波長の高速検出が可能となる。
【0043】
また、上述の実施形態に係る分光装置は、光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタとを有し、それぞれの干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれている。
【0044】
ここで、干渉フィルタの透過波長に拘らず、その光入射面側にアパーチャーを有する全反射ミラーを設けることもできる。
【0045】
また、複数の光検出器を円形に配置すれば、円形内部への空気流入経路が狭くなるため、空気の揺らぎに起因する光検出器の出力変動を抑制することができる。
【0046】
また、赤外線カットフィルタを光検出器の手前に配置すれば、赤外線に起因するノイズの発生を抑制することができ、光検出器を構成する筒体の内面を黒色とすれば、筒体内面反射に起因するノイズを抑制することができる。
【0047】
以下、詳説する。
【0048】
図6は別の実施形態に係る分光装置の平面図である。この分光装置は、上述の分光装置と同様に、複数の光検出器D1〜D22を備えている。ここで、初段の光検出器D1に着目し、これを第1光検出器とし、次段の光検出器D2を第2光検出器とする。複数の光検出器D1〜D22の要素構成は、干渉フィルタの特性を除いて同一であるため、ここでは、代表的に光検出器D1について説明する。
【0049】
図7は、第1光検出器D1の光軸に沿って第1光検出器D1を切った第1光検出器D1の断面図である。
【0050】
光検出器D1は、第1フォトダイオード(第1光電変換器)PD1と第1フォトダイオードPD1の光入射側に固定された第1干渉フィルタDF1とを有している。第1干渉フィルタDF1の形状は円板であり、その側周面が筒体CY1の内面に当接し、当該筒体CY1の内部に嵌り込んでおり、筒体CYはホルダーを構成している。すなわち、第1筒体CY1は、第1フォトダイオードPD1を収容すると共に開口を有し、第1筒体CY1の開口は第1干渉フィルタPD1によって塞がれている。
【0051】
筒体CY1の光入射面側は内側に屈曲しており、この屈曲部CY’に第1干渉フィルタDF1の光入射面の周囲が当接し、第1干渉フィルタDF1が光軸方向に位置決めされている。第1干渉フィルタDF1の光出射面には第1フォトダイオードPD1が取り付けられている。筒体CY1は、第1干渉フィルタDF1と第1フォトダイオードPD1とを収容しており、その内面には無反射処理が施されている。すなわち、筒体CY1の内面は黒色に塗装されている。すなわち、筒体CY1の内壁の色は黒であり、これにより、不要な反射を抑制して精密な検出を行うことができる。
【0052】
なお、n段目の光検出器は第1光検出器D1を第n光検出器に読み替えたものであり、第2光検出器D2であれば、第2フォトダイオード(第2光電変換器(PD2))と第2フォトダイオード(PD2)の光入射側に固定された第2干渉フィルタ(DF2)とを有することとなる。
【0053】
ここで、図6を再び参照する。
【0054】
第2光検出器D2は、第1干渉フィルタDF1の反射光が入射するように配置されており、また、第1干渉フィルタDF1の透過波長(λT1)と反射波長帯域(ΔλR1)とは異なり、且つ、第2干渉フィルタ(DF2)の透過波長(λT2)は第1干渉フィルタDF1の反射波長帯域(ΔλR1)に含まれている。
【0055】
第3光検出器D3は、第2干渉フィルタ(DF2)の反射光が入射するように配置されており、第3フォトダイオード(PD3)と第3フォトダイオード(PD3)の光入射側に固定された第3干渉フィルタ(DF3)とを有する。第2干渉フィルタ(DF2)の透過波長(λT2)と反射波長帯域(ΔλR2)とは異なり、且つ、第3干渉フィルタ(DF3)の透過波長(λT3)は第2干渉フィルタの反射波長帯域(ΔλR2)に含まれる。
【0056】
この関係を1以上の整数である「n」を用いて表現すると、以下のようになる。すなわち、n+1番目の光検出器(Dn+1)は、n番目の干渉フィルタ(DFn)の反射光が入射するように配置されており、また、n番目の干渉フィルタ(DFn)の透過波長(λTn)と反射波長帯域(ΔλRn)とは異なり、且つ、n+1番目の干渉フィルタ(DFn+1)の透過波長(λTn+1)はn番目の干渉フィルタ(DFn)の反射波長帯域(ΔλRn)に含まれている。
【0057】
分光装置に入射した光は、光検出器D1に対して入射角θで入射し、光検出器D1で反射された光は次段の光検出器D2に対して入射角θで入射し、光検出器2で反射された光はさらに次段の光検出器D3に対して入射角θで入射する。すなわち、第1干渉フィルタDF1への光の入射角θは0°よりも大きく10°以下であり、第2干渉フィルタ(DF2)への光の入射角θは0°よりも大きく10°以下である。本例では、θ=7.5°とする。入射角θが10°を超えると、干渉フィルタに入射した波長の透過率が低下し、且つ、波長シフトが生じるからである。
【0058】
第1、第2及び第3光検出器D1、D2,D3に着目すると、第1、第2及び第3干渉フィルタDF1,(DF2),(DF3)における光入射面の法線は1点Qで交わるように、第1、第2及び第3光検出器D1、D2,D3は配置されている。このように、各光検出器を配置していくと、光検出器群は円形を構成するようになり、円形内部空間が外部に対して閉じられていくので、埃や外気の揺らぎの影響を抑制することができ、精密な検出を行うことができる。
【0059】
すなわち、この分光装置は、光の速度で時系列に光が入射するように配置された複数の光検出器Dn(nは1以上の整数)を備え、光検出器Dnは、それぞれ、フォトダイオードPDnとフォトダイオードPDnの光入射側に固定された干渉フィルタDFnとを有し、それぞれの干渉フィルタDFnの透過波長λTnと反射波長帯域ΔλRnとは異なり、且つ、後段の干渉フィルタDFn+1の透過波長λTn+1は前段の干渉フィルタDFnの反射波長帯域ΔλRnに含まれる。そして、これらの光検出器D1〜D23は円形状に配置されており、精密な検出を行うことができる。なお、円形が構成できるように、それぞれの光検出器D1〜D23の光入射面の法線が一点を通るように、光検出器D1〜D23は配置されている。なお、本例では光検出器を23個配置したが、もちろん、この数は分光したい波長数により適宜決定される。また、光検出器の数が少ない場合は光検出器の代わりに遮光材を代わりに配置する。
【0060】
本例では光検出器D1〜D23は、干渉フィルタの構成以外は同一であるとしたが、干渉フィルタの光入射面側にアパーチャ−を有する全反射ミラーを設けることとしてもよい。このようなミラータイプの光検出器に光検出器D1〜D23を全部置換してもよいが、例えば、光強度が相対的に弱くなる後段側の光検出器群D15〜D23のみを全反射ミラータイプの光検出器に置換することもできる。ここでは、光検出器の代表として、第1光検出器D1が全反射ミラータイプの光検出器であるものとして説明を行う。
【0061】
図8は、全反射ミラータイプの第1光検出器D1の光軸に沿って第1光検出器D1を切った第1光検出器D1の断面図である。
【0062】
図9は光検出器D1の内部要素群を分解して示す光検出器D1の図である。
【0063】
図6に示した光検出器D1との相違点は、干渉フィルタDF1の光入射面側に全反射ミラーM1が設けられており、全反射ミラーM1の光入射面の外周部にホルダーの屈曲部CY’が当接している点である。その他の構成は、図6に示したものと同一である。
【0064】
すなわち、この分光装置においては、第1干渉フィルタDF1の光入射面にはアパーチャ−AP1を有する全反射ミラーM1が取り付けられている。
【0065】
全反射ミラーM1は、ガラス板g1とガラス板g1上に形成された金属反射膜m1とからなる。金属反射膜m1はアルミニウムからなり、光入射用のアパーチャ−AP1を有する。金属反射膜m1は蒸着法によってガラス板g1上に形成することができるが、湿式メッキ法を用いて形成することもできる。ガラス板g1は干渉フィルタDF1の光入射面上に設けられている。
【0066】
金属反射膜m1のアパーチャ−AP1内に入射した光の特定波長成分λT1は、ガラス板gと干渉フィルタDF1を透過して、フォトダイオードPD1の光入射面、すなわち光検出領域に至る。光検出領域では、光電変換が行われ、入射光強度に応じた信号強度の電気信号がフォトダイオードPD1から出力される。
【0067】
金属反射膜m1上に入射した光の波長帯域ΔλR1は反射され、次段の光検出器D2に至る。
【0068】
すなわち、本分光装置は、光の速度で時系列に光が入射するように配置された複数の光検出器D1〜D23を備え、光検出器D1〜D23(D15〜D23)の代表として光検出器D1について説明すると、この光検出器D1は、フォトダイオードPD1と、フォトダイオードPD1の光入射側に固定された干渉フィルタDF1と、干渉フィルタDF1の光入射側に固定されアパーチャーAP1を有する全反射ミラーM1を有する。
【0069】
この場合、光検出器D1が検出できる程度の強度を有する光がアパーチャ−AP1内を通過し、残りの光を全反射ミラーM1で効率的に反射させてやることにより、後段の検出器において検出感度の低下を抑制することができる。
【0070】
このような全反射ミラータイプの光検出器D1は、図1に示した分光装置にも適用できる。
【0071】
図10は、図1に示した分光装置において、全反射ミラータイプの光検出器D1〜D5・・・を適用した例を示す図である。奇数段目の光検出器D1,D3,D・・・5が一列に整列して第1光検出器アレイを構成しており、偶数段目の光検出器D2,D4・・・が一列に整列して第2光検出器アレイを構成している。第1及び第2光検出器アレイは対向している。本例では、レンズ11による集光位置は第2光検出器D2上に設定されており、集光位置よりも後段側にいくほど光は発散している。これは発散が生じにくいように平行光とすることもできる。光発散に合せて集光位置よりも後段側で上述のアパーチャ−径を拡大することとしてもよい。なお、アパーチャ−径は同一とすることもできる。
【0072】
図11は、図10に示した第3検出器D3の拡大断面図である。第3検出器D3の構造は干渉フィルタDF3の特性を除いて第1検出器D1と同一であるが、光入射側から、金属反射膜m3及びガラス板g3からなる全反射ミラーM3、第3干渉フィルタDF3、フォトダイオードPD3を備えており、これらは筒体CY3内に収容されている。筒体CY3の先端部は内側に屈曲しており、屈曲部CY3’の内面は全反射ミラーM3の外周部に当接している。全反射ミラーM3のアパーチャ−AP3を透過した光の波長成分λT3はフォトダイオードPD3に至り、金属反射膜m3上に入射した光の波長帯域ΔλR3は反射される。
【0073】
なお、図12に示すように、分光装置が第1干渉フィルタDF1への入射光の経路上に配置された赤外線カットフィルタを更に備えることとしてもよい。
【0074】
これにより、干渉フィルタによっては、赤外域の波長を透過する特性を有していても、この成分がノイズとして検出されることを防ぐことができる。
【0075】
また、図13に示すように、分光装置が第2干渉フィルタDF2への入射光の経路上に配置された赤外線カットフィルタを更に備えることとしてもよい。
【0076】
また、上述の光電変換器PDnはフォトダイオードであったが、これは光電子増倍管であることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】本発明の第1実施形態に係る分光装置の模式図である。
【図2】第1実施形態に備えられる干渉フィルタ(透過波長340nm、415nm、450nm)の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
【図3】第1実施形態に備えられる干渉フィルタ(透過波長510nm、540nm、568nm)の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
【図4】第1実施形態に備えられる干渉フィルタ(透過波長600nm、690nm、800nm)の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
【図5】本発明の第2実施形態に係る分光装置の模式図である。
【図6】別の実施形態に係る分光装置の平面図である。
【図7】第1光検出器D1の光軸に沿って第1光検出器D1を切った第1光検出器D1の断面図である。
【図8】全反射ミラータイプの第1光検出器D1の光軸に沿って第1光検出器D1を切った第1光検出器D1の断面図である。
【図9】光検出器D1の内部要素群を分解して示す光検出器D1の図である。
【図10】図1に示した分光装置において、全反射ミラータイプの光検出器D1〜D5・・・を適用した例を示す図である。
【図11】図10に示した第3検出器D3の拡大断面図である。
【図12】図1に示した分光装置において、赤外線カットフィルタを適用した例を示す図である。
【図13】図1に示した分光装置において、赤外線カットフィルタを適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【0078】
1…分光装置、3…光源、D1〜D22…光検出器、11…レンズ、PDn…光電変換器、CY,CY1,CY2,CY3…筒体、31〜39…干渉フィルタ
Claims (9)
- 光源から出射された光が順番に伝達されるように配置された複数の光検出器と、
前記光源から出射された前記光を前記複数の光検出器のうちの最前段の前記光検出器に入射させるように配置されたレンズと、
を備え、
前記光検出器は、それぞれ、
光電変換器と、
前記光変換器を収容すると共に前記光電変換器の光入射側に開口を有する筒体と、
前記開口を塞ぐように配置されていると共に透過される光成分の波長が互いに異なる干渉フィルタとを含み、
前記光検出器それぞれの前記干渉フィルタは、その光入射面に入射される入射光を反射される光成分と透過される光成分とに分割し、反射された光成分を次の順番に位置する干渉フィルタに伝達させており、
後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれ、
前記干渉フィルタへの前記入射光の入射角は前記光入射面に対する法線に対して0°よりも大きく10°以下であり、
全段又は少なくとも前記後段の前記干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられていることを特徴とする分光装置。 - 波長の異なる複数の光成分を検出する分光装置であって、
透過させる光成分の波長がそれぞれ異なり、光源からの光が順番に伝達される複数の干渉フィルタと、
前記複数の干渉フィルタのそれぞれと対応し、対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する複数の光検出器と、
を備え、
前記複数の干渉フィルタ中の全段又は少なくとも後段の前記干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられており、
前記複数の干渉フィルタのそれぞれは、入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、前記光源からの光を前記複数の干渉フィルタに順番に伝達させる、分光装置。 - 分光装置において、
第1光電変換器と前記第1光電変換器の光入射側に固定された第1干渉フィルタとを有する第1光検出器と、
前記第1干渉フィルタの反射光が入射するように配置され、第2光電変換器と前記第2光電変換器の光入射側に固定された第2干渉フィルタとを有する第2光検出器とを備え、 前記第1干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられており、
前記第1干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、前記第2干渉フィルタの透過波長は前記第1干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする分光装置。 - 光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、
前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタとを有し、
複数の前記干渉フィルタ中の全段又は少なくとも後段の前記干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられており、
それぞれの干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、前記後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする分光装置。 - 複数の前記光検出器は、円形状に配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の分光装置。
- それぞれの前記光検出器の光入射面の前記法線が一点を通るように、前記光検出器が配置されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の分光装置。
- 前記光電変換器は、フォトダイオード又は光電子増倍管であることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の分光装置。
- 保持部を更に備え、前記保持部は前記干渉フィルタのすべてを保持することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の分光装置。
- 透過させる光成分の波長がそれぞれ異なる複数の干渉フィルタのそれぞれにおいて、各干渉フィルタの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより光源からの光を前記複数の干渉フィルタに順番に伝達させ、それぞれの干渉フィルタを透過した光成分を検出する分光方法であって、
前記複数の干渉フィルタ中の全段又は少なくとも後段の前記干渉フィルタの光入射面には、アパーチャーを有する全反射膜が光入射側に設けられている全反射ミラーが取り付けられていることを特徴とする分光方法。
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