(57)【要約】【課題】温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さく、温度補償されている分光器とそのような分光器を使用した光学機器を提供する。【解決手段】光が出射する出射部と、出射部の光出射側に配置された分散素子と、分散素子による分散光が入射する入射部と、出射部と入射部との間に配置され、分散光の入射部への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるような温度補償素子と、を備える。また、光学機器は、このような温度補償されている分光器を有している。【選択図】図１
2010156680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が出射する出射部と、
前記出射部の光出射側に配置された分散素子と、
前記分散素子による分散光が入射する入射部と、
前記出射部と前記入射部との間に配置され、前記分散光の前記入射部への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるような温度補償素子と、
を備えることを特徴とする分光器。
【請求項２】
前記出射部から出射する光が波長多重された信号光であって、
前記分散素子によって分散された前記信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が以下の式（１）を満足する請求項１に記載の分光器。
【数１】
2010156680.tif 000021
ただし、
θ１は、波長λ１の信号光が前記入射部に到達する角度、
θ２は、波長λ２の信号光が前記入射部に到達する角度、
Δθは、前記使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量である。
【請求項３】
前記分散素子はイマージョングレーティングであって、前記温度補償素子は偏向プリズムであることを特徴とする請求項２に記載の分光器。
【請求項４】
前記分散素子の媒質と前記温度補償素子の媒質とが同一であることを特徴とする請求項３に記載の分光器。
【請求項５】
前記分散素子は屈折率ｎＧ、屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなり、
前記温度補償素子は屈折率ｎｐ、屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなり、
以下の数式（６）、（７）を同時に満たすことを特徴とする請求項３に記載の分光器。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
【請求項６】
以下の数式（９）を満たすことを特徴とする請求項５に記載の分光器。
【数２】
2010156680.tif 000022
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の分光器と、
前記出射部と前記分散素子との間に配置された光学系と、
前記分散素子と前記入射部との間に配置された光偏向部材と、
を備え、
前記光偏向部材は複数の偏向素子で構成され、
前記複数の偏向素子は、互いに独立して制御可能であることを特徴とする光学機器。
【請求項８】
前記分散素子によって分散された前記信号光のうち、前記隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が以下の式（２）を満足する請求項７に記載の光学機器。
【数３】
2010156680.tif 000023
ただし、
ｙ１は、波長λ１の信号光が前記入射部に到達する位置、
ｙ２は、波長λ２の信号光が前記入射部に到達する位置、
Δｙは、前記使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償されている分光器及び光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分光技術を用いた装置が数多く提案されている。特許文献１には回折格子を用いた分光装置が、特許文献２には回折格子を用いた内視鏡がそれぞれ開示されている。また、特許文献３には、プリズムとデジタルマイクロミラーを用いて分光を行う顕微鏡が開示されている。
【０００３】
また、特許文献４には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。
【０００４】
ここで、波長選択スイッチとは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスで、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長毎に行う光スイッチである。
【０００５】
各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この波長選択スイッチにおいても回折格子が用いられている。
【０００６】
また、特許文献５においては、光分散装置であって、分散素子として回折素子を備え、回折素子は温度に対して鈍感で、出射角度が変化しないものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８７５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５９８９号公報
【特許文献３】特開２０００−１９９８５５号公報
【特許文献４】特許第３９３７４０３号明細書
【特許文献５】特表２００３−５０９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献５では、温度変化によって分散特性が変化することを課題としてあげその対策を行っている。しかし、温度変化によって分散特性が変化することの原因を回折格子の基板の熱膨張に求めているが、大気の屈折率の変化や分散素子内を光線が通る場合は、温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる。
【０００９】
特に高い屈折率をもつ材料を分散素子に使用している場合はその変化が大きい。このような理由で、従来の分光器では、温度変化に対する安定した分散特性をもつことは困難であった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さい分光器とそのような分光器を使用した光学機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分光器は、光が出射する出射部と、出射部の光出射側に配置された分散素子と、分散素子による分散光が入射する入射部と、出射部と入射部との間に配置され、分散光の入射部への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるような温度補償素子と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、出射部から出射する光が波長多重された信号光であって、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（１）を満足することが望ましい。
【００１３】
【数１】
2010156680.tif 000003
【００１４】
ただし、
θ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する角度、
θ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する角度、
Δθは、使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量である。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記分散素子はイマージョングレーティングであって、前記温度補償素子は偏向プリズムであることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記分散素子の媒質と前記温度補償素子の媒質とが同一であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記分散素子は屈折率ｎＧ、屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなり、
前記温度補償素子は屈折率ｎｐ、屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなり、
以下の数式（６）、（７）を同時に満たすことが望ましい。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、以下の数式（９）を満たすことが望ましい。
【００１９】
【数２】
2010156680.tif 000004
【００２０】
また、本発明の光学機器は、上述の分光器と、
前記出射部と前記分散素子との間に配置された光学系と、
前記分散素子と前記入射部との間に配置された光偏向部材と、
を備え、
前記光偏向部材は複数の偏向素子で構成され、
前記複数の偏向素子は、互いに独立して制御可能であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記分散素子によって分散された前記信号光のうち、前記隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が以下の式（２）を満足することが望ましい。
【００２２】
【数３】
2010156680.tif 000005
【００２３】
ただし、
ｙ１は、波長λ１の信号光が前記入射部に到達する位置、
ｙ２は、波長λ２の信号光が前記入射部に到達する位置、
Δｙは、前記使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さい分光器とそのような分光器を使用した光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態にかかる波長選択スイッチを示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態にかかる波長選択スイッチを示す図である。
【図５】本発明の分散素子を説明する図である。
【図６】本発明の分散素子を説明する他の図である。
【図７】本発明の光学機器が備えるマイクロミラーアレイを説明する他の図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す平面図である。
【図９】実施例１に係る分光器の構成を示す図である。
【図１０】実施例２に係る分光器の構成を示す図である。
【図１１】実施例の偏向プリズムにおける光の偏向を示す図である。
【図１２】実施例のグレーティングにおける光の分散を示す図である。
【図１３】実施例のマイクロミラーアレイへの入射光を示す図である。
【図１４】（ａ）はθ１、θ２を示す図、（ｂ）はｙ１、ｙ２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、初めに本発明の分光器及び光学機器に用いる分散素子について説明する。次に、この分散素子を備える光学機器について説明する。
【００２７】
図６（ｂ）は、本発明に係る分散素子２００を示している。図６（ｂ）において、分散素子２００は屈折率が１よりも大きい媒質で形成されている。より具体的には、分散素子２００はプリズムで構成されている。
【００２８】
分散素子２００は、光が入射する入射面２０１ａ、光が出射する出射面２０１ｂ及び回折光学面２０１ｃを有する。ここで、回折光学面２０１ｃは、入射面２０１ａから出射面２０１ｂに至る光路中に設けられている。分散素子２００では、プリズムの同一面が入射面２０１ａと出射面２０１ｂになっている。回折光学面２０１ｃには、反射型回折格子Ｇが形成されている。このように、分散素子２００は、いわゆるイマージョングレーティングの構成を有している。
【００２９】
上記のように、分散素子２００は、反射型回折格子Ｇに対して光線が入射する側及び回折する側が、使用波長に対し透明で一様な媒質にて埋められている。媒質は、一般的には固体または液体である。例えば、シリコンを用いることができる。
【００３０】
さらに、分散素子２００は、図６（ｃ）に示すように、別体の反射型回折格子Ｇを形成した平面部材２３０を、プリズム２２０に接合した構成としても良い。このとき、平面部材２３０とプリズム２２０とは、同一の媒質で形成することが望ましい。
【００３１】
また、変形例として、図６（ａ）に示す分散素子３００のような、透過型グリズムの構成とすることもできる。なお、参考として、図６（ｄ）は、通常の反射回折格子の構成を示している。
【００３２】
次に、図５を用いて、分散素子２００をさらに詳細に説明する。図５において、分散素子２００は屈折率が１よりも大きい媒質で形成されている。図５の分散素子２００もプリズムで構成されている。分散素子２００は、光が入射する入射面２０１ａ、光が出射する出射面２０１ｂ及び回折光学面２０１ｃを有する。ここで、回折光学面２０１ｃは、入射面２０１ａから出射面２０１ｂに至る光路中に設けられている。
【００３３】
ここで、分散素子２００に光が入射してから出射するまでについて詳細に検討する。
図５において、頂角が３４度、入射面２０１ａに対して１２度入射で、かつ出射面２０１ｂに対して１２度出射となるような媒質や格子本数を考えてみる。
【００３４】
まずは、媒質が空気、つまり単なる反射型回折格子の場合を考えてみる。上述の入射角と出射角となるような格子本数は７０７．７３本／ｍｍである。また、各波長の出射角は以下の表１のとおりである。また、分散角は０．０９３０７度となる。
【００３５】
次に、分散素子２００（プリズム）において、その媒質がＯＨＡＲＡ社のＳ−ＢＳＬ７である場合、使用波長における屈折率はおよそ１．５となる。このときの格子本数は１０７５．１本／ｍｍである。また、各波長の出射角は以下の表１のとおりであり、分散角は０．１３５４７度となる。この分散角は大気の場合と比べて１．４６倍になっている。
【００３６】
また、分散素子２００（プリズム）において、その媒質がＯＨＡＲＡ社のＳ−ＬＡＨ６０である場合、使用波長における屈折率がおよそ１．８となる。このときの格子本数は１２９３．６本／ｍｍで、各波長の出射角は以下の表１のとおりであり、分散角は０．１６０６１度となる。この分散角は大気の場合と比べて１．７３倍になっている。
【００３７】
また、分散素子（プリズム）において、その媒質がシリコンである場合、使用波長における屈折率がおよそ３．４７５となる。このときの格子本数は２５０９．９本／ｍｍで、各波長の出射角は以下の表１のとおりであり、分散角は０．２３２９８度となる。この分散角は大気の場合と比べて３．２８倍になっている。
【００３８】
【表１】
2010156680.tif 000006
【００３９】
なお上述の格子本数は以下の数式（３）、（４）で計算できる。
【００４０】
【数４】
2010156680.tif 000007
【００４１】
ここで、ｎ、θ、ｍ（＝１）、λ、ｐは、それぞれ、分散素子２００（プリズム）の媒質の屈折率、入射角１２度の光線が媒質に入ったときの屈折角、回折次数、使用波長、格子ピッチである。
【００４２】
これらのことより、従来の反射型回折格子４００（図６（ａ））よりも分散素子２００の方が、格子本数が大きい回折格子が利用できるようになる。このため、分散を大きくすること、すなわち高い波長分解能が得られる。分散素子２００の媒質の屈折率ｎを上げることにより、さらに格子本数を多くできる。このため、高分散な（波長分解能高い）分散素子が実現できる。
【００４３】
なお、分散素子２００では、内部に光線が入射する面と、内部から出射する面２０１ａが共通であり、かつ、その面における入射角と出射角がほぼ等しいことが望ましい。このようにしておけば、その共通面に施すＡＲ（反射防止）コートが１種類でよく、透過率を高くすることができる。また、ＡＲコートの設計、施工も１種類で済ますことができる。
【００４４】
なお、回折光学面Ｇにおける溝本数は１２００本／ｍｍ以上であることが望ましい。
また、分散素子２００の波長分解能Ｒは、次の数式（５）を満たしていることが望ましい。
【００４５】
【数５】
2010156680.tif 000008
【００４６】
ここで、λは使用波長、Δλは隣接する分解したい２波長の差である。どちらの場合も高い波長分解能が得られる。
【００４７】
つづいて、上述の構成の分散素子を適用した分光器及び光学機器について説明する。なお、以下の説明では、温度補償素子として偏向プリズムを使っている。
【００４８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る分光器及び光学機器について説明する。本光学機器は、顕微鏡（走査型光学顕微鏡装置）の蛍光検出系である。
【００４９】
図１は、第１実施形態にかかる走査型光学顕微鏡装置の蛍光検出系の構成を示す図である。本実施形態の光学機器は、波長が４８８ｎｍ、５６８ｎｍ、６４７ｎｍのレーザービームを同時発振するマルチラインＫｒ−Ａｒレーザー１４と、波長が３５１ｎｍのレーザービームを発振するＡｒレーザー１５を光源とする。各レーザーを出射したレーザービームはファイバーカップリングレンズ１７を経てシングルモードファイバー１８を通り走査型光学顕微鏡本体１９へ導入される。マルチラインＫｒ−Ａｒレーザー１４から発せられるレーザービームはレーザーラインフィルター１６により励起波長を選択できる。
【００５０】
走査型光学顕微鏡本体１９に導入された各レーザービームは、ビームコリメートレンズ２０で適切なビーム径を有する平行光束に変換され、ダイクロイックミラー２１によってマルチラインＫｒ−Ａｒレーザー１４からのレーザービームとＡｒレーザー１５からのレーザービームとが混合される。混合されたレーザービームは、励起用ダイクロイックミラー４で反射されてガルバノメータミラー等のＸ−Ｙ走査光学系５で偏向され、瞳リレーレンズ６、対物レンズ７を介して、標本８上をレーザースポットによって走査することになる。
【００５１】
レーザービームの照射により励起された標本８からの蛍光は、対物レンズ７からダイクロイックミラー４に至る経路を戻り、ダイクロイックミラー４を透過して結像レンズ１０で集光され、共焦点絞り１１を通過する。共焦点絞り１１を通りコリメートレンズ２２で平行光化された光束は、偏向プリズム１２を経てグレーティング２３に入射する。
グレーティング２３としては、図５、図６の分散素子２００と同様の構成の分散素子を用いる。
【００５２】
グレーティング２３に入射した光は、その各レーザー波長に特有の角度に分散されて出射され、さらに集光レンズ２４を経てミラーアレイ２５上に結像される。
なお、集光レンズ２４は、シリンドリカルレンズ等スペクトル分解方向に屈折力を有する光学系との置き換えも可能である。
【００５３】
ミラーアレイ２５としては、図７に示す、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ、適宜「ＤＭＤ」と呼ぶ）を用いることができる。
【００５４】
図７は、ミラーアレイ（ＤＭＤ）２５の斜視構成を示す。複数のマイクロミラーＭ（偏向素子）が軸Ｙに沿って、１次元に配置されている。そして、マイクロミラーＭは、軸ｘ、軸ｙのまわりにそれぞれ独立して傾斜可動に制御される。この構成によれば、グレーティング２３からの各レーザー波長の出射角度はミラーアレイ２５上の位置情報に置き換えられ、ミラーアレイ２５を形成する微小ミラー素子（Ｍ）２６の位置がそのまま各レーザー波長に対応することになる。
【００５５】
各微小ミラー素子２６はそこに入射した光束を光検出装置２７ａ〜２７ｄへ向けて反射する偏向角と光トラップ２８へ向けて反射する偏向角の計５つの選択可能な反射角度を有し、その角度選択は入力部３１を経てコントローラ２９からの電気信号で１素子単位で行うことができる。また、レーザーや蛍光色素に対応する何らかの入力を入力部３１で行うと、コントローラ２９がメモリー部３０に記憶されている各微小ミラー素子２６の角度を呼出し、いつでも最適な測定状態を再現できるようになっている。また、所定の微小ミラー素子２６の角度のみをメモリー部３０に記憶させることもできる。
【００５６】
多重化された蛍光の分散光は、レーザー波長に対応する微小ミラー素子２６が入射光を光トラップ２８へ向けて反射し、且つ蛍光波長に対応する微小ミラー素子２６がその蛍光毎に別々の光検出装置２７ａ〜２７ｄへ向けて反射させることで達成され、各光検出装置２７ａ〜２７ｄでその強度が検出される。このように、本実施形態の装置では、多重化される蛍光色素の数によらず１度の反射のみによって分散が行われるため、光量損失が極めて少なくなる。
【００５７】
図１において、ピンホール１１は光が出射する出射部、コリメートレンズ２２はピンホール１１の光出射側に配置された光学系、グレーティング２３はコリメートレンズ２２の光出射側に配置された分散素子、ＤＭＤ２５はグレーティング２３の光出射側に配置された光偏向部材、光検出装置２７ａ〜２７ｄはＤＭＤ２５からの光が入射する入射部である。
【００５８】
ここで、偏向プリズム１２は、コリメートレンズ２２からの入射光を偏向してグレーティング２３へ出射させるプリズムである。この偏向プリズム１２は、ミラーアレイ２５からの分散光の入射部（光検出装置２７ａ〜２７ｄ）への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるように、形状、配置、媒質その他の条件が設定されている。偏向プリズム１２の媒質としては、グレーティング２３と同一であることが好ましい。また、偏向プリズム１２は、出射部としての共焦点絞り（ピンホール）１１から、入射部としての光検出装置２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄへの光路中であれば、任意の位置に配することができる。
偏向プリズム１２の材質とグレーティング２３の材質は同じであることが望ましい。具体的にはシリコンが望ましい。シリコンは屈折率ｎが通常のガラス屈折率に比べて大きく、かつ、 屈折率の温度係数の絶対値｜ｄｎ／ｄＴ｜も通常のガラスのそれに比べて大きい。したがってシリコンを材質としてグレーティングを構成すると、温度変化が起きたときに分散角や射出の方向が大きく変わるという問題がある。ところが偏向プリズム１２とグレーティング２３が同じ材質だとシリコンの屈折率の変化をキャンセルできる。
つまり、温度変化が起きたときでも分散角や射出の方向を変えないようにすることができる。偏向プリズム１２はコリメートレンズ２２とグレーティング２３の間に配置される。また、偏向プリズム１２の具体的な形状は図８の７１０か図９の８１０に示したようなプリズム形状である。
さらには、偏向プリズム１２の材質とグレーティング２３の材質は異なっていてもかまわない。
温度補償素子は屈折率ｎｐ、 屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなるプリズムであるとする。また、グレーティング２３は屈折率ｎＧ、 屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなるとする。
例えばプリズムの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＳＦ４、グレーティングの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＮＦＫ５とするときには、温度０度下で波長１５４７．７ｎｍの光に対して、
ｎｐ＝1.7187
ｄｎｐ／ｄＴ＝5.275×10-6
ｎＧ＝1.4730
ｄｎＧ／ｄＴ＝-1.363×10-6
である。
ただし、ｄｎｐ／ｄＴ、ｄｎＧ／ｄＴは使用温度範囲の０℃から８０℃の平均温度係数である。
このとき、
｜ｎｐ／ｎＧ｜＝1.17
｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜＝3.87
となる。
このため、次式（６）、（７）を満足する。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
また、このとき、以下の式（８）を満足する。このため、式（９）を満足する。
【００５９】
【数６】
2010156680.tif 000009
数式（６）、（７）を同時に、もしくは数式（９）を満たしているときには、偏向プリズム１２の材質とグレーティング２３の材質は異なっていても、温度変化が起きたときの分散角や射出の方向が変わらないようにすることができる。
加えて、偏向プリズム１２の材質とグレーティング２３の材質が異なる場合には材質の選択肢が増え、数式（９）を満たす範囲の中でより適切な材料を選ぶことができる。一般的な光学ガラスの中から材料を選ぶときには入手性が高いものが多いので、材料の調達時に有利になる。同時に、材料の屈折率ｎや屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが詳しくわかっているものが多いので詳細な光学設計が可能となる。
【００６０】
ここで、使用温度範囲とは、本発明の分光器及び光学機器を使用する温度範囲であって、例えば、０°Ｃから４０°Ｃの範囲である。
【００６１】
また、出射部としてのピンホール１１と、分散素子としてのグレーティング２３と、入射部としての光検出装置２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄと、偏向プリズム１２と、を備える分光器において、出射部から出射する光は波長多重された信号光であって、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（１）を満足することが好ましい。
【００６２】
【数７】
2010156680.tif 000010
【００６３】
ただし、
θ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する角度、
θ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する角度、
Δθは、使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量である。
予め分散素子によって分散された、隣り合うλ1、λ2の波長をもつ信号光が、ＤＭＤの隣り合う所定の微小ミラーにそれぞれ当たっていたとして、数式（１）を満たすように顕微鏡の蛍光検出系を構成する。これにより、温度が変わってグレーティング２３の屈折率が変化し、分散特性が変化したとしても、λ1、λ2の波長の光は、ＤＭＤの所定の微小ミラーに入射する。この結果、各々の微小ミラーの角度を制御することにより、λ1、λ2を分離することができる。
また、グレーティング２３の媒質と偏光プリズム１２の媒質が同一のときは上記の効果に加えて、温度変化を起こしたときの屈折率変化の不確定度がひとつ減る。これにより、光学設計の確実性が上がる。また、加工の際に材料の取り違えを避けられるといった効果がある。
このように、好ましくは、温度補償素子と分散素子との屈折率と温度係数（温度変化に対する屈折率の変化量）とが略等しいことが望ましい。
【００６４】
また、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（２）を満足することが好ましい。
【００６５】
【数８】
2010156680.tif 000011
【００６６】
ただし、
ｙ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する位置、
ｙ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する位置、
Δｙは、使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量である。
【００６７】
上記式において、θ１、θ２については図１４（ａ）に示す通りである。図１４（ａ）において、２３はグレーティングである。また、図１４（ａ）では、図１におけるレンズ２４は配置されていない。一方、ｙ１、ｙ２については図１４（ｂ）に示す通りである。図１４（ｂ）において、グレーティング２３は図示を省略している。そして、図１４（ｂ）においては、入射部の前に図１と同様にレンズ２４が配置されている。グレーティング２３はレンズ２４の焦点位置に配置されているので、λ１とλ２の光は光軸に平行な光となって、入射部に到達する。
【００６８】
また、ＤＭＤ２５は複数の微小ミラーで構成されている。微小ミラーの各々は、互いに独立して制御可能となっている。
第１実施形態では、従来のプリズム（回折光学面なし）に代えて、第２実施形態の分散素子を用いている。そのため、試料からの蛍光を高い波長分解能で分散することができる。
このように顕微鏡の蛍光検出系を構成することにより、温度が変わってグレーティング２３の屈折率が変化し、分散特性が変化したとしても、それぞれのレーザー波長は、ＤＭＤの所定の微小ミラーに入射する。これにより、レーザー波長と蛍光波長を分離する能力は損なわれない。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光学機器について説明する。本光学機器は、顕微鏡の照明光学系である。
【００７０】
図２は、第２実施形態にかかる走査型光学顕微鏡装置の照明光学系の概略構成を示す図である。
図２に示す走査型光学顕微鏡装置の照明光学系は、特定の波長で照明することができる。第２実施形態の顕微鏡は、分散素子としてグレーティングを用いて構成した分光照明装置を有する顕微鏡として構成されている。
【００７１】
光源１０１から出射した光は、コレクターレンズ１０２、投影レンズ１２１を介して集光されて、矩形開口、または、ピンホール開口を構成した絞り１０３の位置で一旦結像してランプの像を作る。その後、絞り１０３を通り抜けた光は、レンズ１２２に入射し、レンズ１２２を介して無限遠に投影される。無限遠に投影された光は、偏向プリズム１１２を経てグレーティング１０４に入射し、短波長から長波長にわたって分散（波長分散）される。
【００７２】
グレーティング１０４として、図５、図６の分散素子２００と同様の構成の分散素子を用いる。分散された光は、レンズ１２３に入射し、ＤＭＤ１０５に導かれる。ＤＭＤ１０５は、第１実施形態と同様に、図７に示す複数のマイクロミラーＭを有している。
【００７３】
絞り１０３の位置にスリットを配置した場合、スリットは、ＤＭＤ１０５の上に分散された形で投影される。ＤＭＤ１０５は、微小ミラー群で構成されていて、個々の微小ミラーの角度を変えることで、所望の波長の光のみを選択的に反射してレンズ１２４に導く。
【００７４】
たとえば、短波長の光が投影されているＤＭＤ１０５の部分のみオンにして、標本に短波長の光のみ導くことができる。ＤＭＤ１０５でオンになった部分の光のみが導かれたレンズ１２４では、分散されスリット像を無限遠に投影する。
【００７５】
無限遠に投影された分散されたスリット像は、グレーティング１０６に入射する。グレーティング１０６を介して分散によって波長分散した光は、グレーティング１０６を介して再合成されて一つの光軸上に集められた後、レンズ１２５に入射する。
【００７６】
入射した光は、レンズ１２５を介して絞り１０３の像として一旦結像し、視野絞り１２８を経た後、レンズ１２６を介して投影され、ダイクロイックミラー１０７で反射される。反射され絞り１０３の像は、対物レンズ１０８の後ろ側焦点位置で結像する。そして、標本９の面ではケーラー照明になり、標本１０９を照明する。
【００７７】
さらに、この照明系を蛍光観察に用いる場合は、照明光が標本１０９を励起する光となり、標本１０９から発せられた蛍光がダイクロイックミラー１０７を透過し、励起光の漏れ光をカットする吸収フィルター１２７を経て、結像レンズ１１０を介してＣＣＤ１１１上に結像する。
【００７８】
図２において、光源１０１は光が出射する出射部、レンズ１０２（投影レンズ１２１、レンズ１２２）は光源１０１の光出射側に配置された光学系、グレーティング１０４はレンズ１０２（投影レンズ１２１、レンズ１２２）の光出射側に配置された本実施形態の分散素子、ＤＭＤ１０５はグレーティング１０４の光出射側に配置された光偏向部材、顕微鏡光学系（ダイクロイックミラー１０７、対物レンズ１０８、標本１０９）はＤＭＤ１０５からの光が入射する入射部である。
【００７９】
ここで、偏向プリズム１１２は、レンズ１２２からの入射光を偏向してグレーティング１０４側へ出射させるプリズムである。この偏向プリズム１１２は、ＤＭ１０５からの分散光の入射部（顕微鏡光学系）への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるように、形状、配置、媒質その他の条件が設定されている。偏向プリズム１１２の媒質としては、グレーティング１０４と同一であることが好ましい。また、偏向プリズム１１２は、出射部としての光源１０１から、入射部としての顕微鏡光学系への光路中であって、ＤＭ１０５からの反射光の進行を妨げない任意の位置に配置することができる。
偏向プリズム１１２の材質とグレーティング１０４の材質は同じであることが望ましい。具体的にはシリコンが望ましい。シリコンは屈折率ｎが通常のガラス屈折率に比べて大きく、かつ、 屈折率の温度係数の絶対値｜ｄｎ／ｄＴ｜も通常のガラスのそれに比べて大きい。したがってシリコンを材質としてグレーティングを構成すると、温度変化が起きたときに分散角や射出の方向が大きく変わるという問題がある。ところが偏向プリズム１１２とグレーティング１０４が同じ材質だとシリコンの屈折率の変化をキャンセルできる。
つまり、温度変化が起きたときでも分散角や射出の方向を変えないようにすることができる。偏向プリズム１１２はレンズ１２２とグレーティング１０４の間に配置される。また、偏向プリズム１１２の具体的な形状は図８の７１０か図９の８１０に示したようなプリズム形状である。
さらには、偏向プリズム１１２の材質とグレーティング１０４の材質は異なっていてもかまわない。
温度補償素子は屈折率ｎｐ、屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなるプリズムであるとし、グレーティング１０４は屈折率ｎＧ、 屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなるとする。例えばプリズムの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＳＦ４、グレーティングの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＮＦＫ５とするときには、温度０度下で波長１５４７．７ｎｍの光に対して、
ｎｐ＝1.7187
ｄｎｐ／ｄＴ＝5.275×10-6
ｎＧ＝1.4730
ｄｎＧ／ｄＴ＝-1.363×10-6
である。
ただし、ｄｎｐ／ｄＴ、ｄｎＧ／ｄＴは使用温度範囲の０℃から８０℃の平均温度係数である。
このとき、
｜ｎｐ／ｎＧ｜＝1.17
｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜＝3.87
となる。
このため、次式（６）、（７）を満足する。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
を満たす。
また、このとき、以下の式（８）を満足する。このため、式（９）を満足する。
【００８０】
【数９】
2010156680.tif 000012
数式（６）、（７）を同時に、もしくは数式（９）を満たしているときには、偏向プリズム１１２の材質とグレーティング１０４の材質は異なっていても、温度変化が起きたときの分散角や射出の方向が変わらないようにすることができる。加えて、偏向プリズム１１２の材質とグレーティング１０４の材質が異なる場合には材質の選択肢が増え、数式（９）を満たす範囲の中でより適切な材料を選ぶことができる。一般的な光学ガラスの中から材料を選ぶときには入手性が高いものが多いので、材料の調達時に有利になる。同時に材料の屈折率ｎや屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが詳しくわかっているものが多いので詳細な光学設計が可能となる。
【００８１】
ここで、使用温度範囲とは、本発明の分光器及び光学機器を使用する温度範囲であって、例えば、０°Ｃから４０°Ｃの範囲である。
【００８２】
また、出射部としての光源１０１と、分散素子としてのグレーティング１０４と、入射部としての顕微鏡光学系と、偏向プリズム１１２と、を備える分光器において、出射部から出射する光は波長多重された信号光であって、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（１）を満足することが好ましい。
【００８３】
【数１０】
2010156680.tif 000013
【００８４】
ただし、
θ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する角度、
θ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する角度、
Δθは、使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量である。
照明光として利用したい波長λ１があたるマイクロミラーはオンとし、波長λ１に隣り合う、照明光として利用しない波長λ２があたるマイクロミラーをオフとすることにより照明光の波長を選択している。温度が変わってグレーティング１０４の屈折率が変化し、分散特性が変化したとしても、数式（１）を満たすように顕微鏡の照明光学系を構成する。これにより、λ１、λ２の波長は温度が変化する前と同じマイクロミラーにそれぞれあたる。すなわちマイクロミラーの制御に変更は必要ないという効果が得られる。
また、グレーティング１０４の媒質と偏光プリズム１１２の媒質が同一のときは上記の効果に加えて、温度変化を起こしたときの屈折率変化の不確定度がひとつ減ることにより、光学設計の確実性が上がる。また、加工の際に材料の取り違えを避けられるといった効果がある。
【００８５】
また、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（２）を満足することが好ましい。
【００８６】
【数１１】
2010156680.tif 000014
【００８７】
ただし、
ｙ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する位置、
ｙ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する位置、
Δｙは、使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量である。
このように顕微鏡の照明光学系を構成することにより、温度が変わってグレーティング１０４の屈折率が変化し分散特性が変化したとしても、光源１０１からのそれぞれの波長の光はＤＭＤ１０５の所定のマイクロミラーに当たることになり、所定の波長の光のみを選択的に反射してレンズ１２４に導くことができる。
【００８８】
ＤＭＤ１０５は複数の微小ミラーで構成されている。微小ミラーの各々は、互いに独立して制御可能となっている。
第２実施形態では、従来の回折格子（プリズムなし）に代えて、本実施形態の分散素子を用いている。そのため、光源１０１からの照明光を高い波長分解能で分散することができる。
【００８９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光学機器について図３、図８を参照して説明する。本光学機器は、波長選択スイッチである。
図３は、第３実施形態にかかる波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。
【００９０】
第３実施形態は、いわゆる透過型の波長選択スイッチ５００である。この波長選択スイッチ５００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、偏向プリズム５１２と、グレーティング５０３と、レンズ５０４と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるマイクロミラーアレイ５０５とを備えている。
【００９１】
ファイバアレイ５０１内の各光ファイバとマイクロレンズアレイ５０２内の各マイクロレンズは対になっている。この対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ５０１は光入出力ポートとして機能する。その光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、グレーティング５０３に向けて出射される。光ファイバから射出した光は、マイクロレンズアレイ５０２で平行光束に変換され、偏向プリズム５１２を経て、グレーティング５０３に入射する。
【００９２】
グレーティング５０３としては、図５、図６に示した分散素子を用いる。グレーティング５０３は、入射した波長多重光を帯状に分散する。
【００９３】
レンズ５０４はグレーティング５０３によって分散された光を、光偏向部材であるマイクロミラーアレイ５０５上の波長ごとの所定位置に導く。
【００９４】
ここで、グレーティング５０３は、例えば、頂角３４度のシリコンプリズムに反射型グレーティングＧが形成されている、いわゆるイマージョングレーティングである。回折面はシリコンで満たされおり、１ｍｍあたり２５００本の溝が形成されている。
【００９５】
ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ５０５は、グレーティング５０３で帯状に分散された光の波長に対応する複数のマイクロミラーＭのアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）を有する。
【００９６】
マイクロミラーＭは、図７を用いて説明したように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【００９７】
ミラーアレイの複数のマイクロミラーＭにより、入射方向とは異なる、同じ方向（Ａ）に反射された光は、レンズ５０４によりグレーティング５０３上に統合され、回折後は再び多波長成分の同一光束となる。これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向ともＡとも異なる方向に反射された光は、レンズ５０４によりグレーティング５０３上にリレーされ、回折されるが、Ａの方向に反射された光とは統合されない。
【００９８】
これらの光はファイバアレイ５０１の入力ポート以外のいずれかのファイバ（以下、「第２の光ファイバ」という。）に入射する。また、前記Ａの方向に反射した光と、Ａ以外の方向に反射した光は異なるファイバに入射する。
【００９９】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにマイクロミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に第２の光ファイバに入射させることができる。
【０１００】
なお、この実施例ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【０１０１】
第３実施形態において、ファイバアレイ５０１（第１の光ファイバ）は光が出射する出射部、マイクロレンズアレイ５０２はファイバアレイ５０１の光出射側に配置された光学系、グレーティング５０３はマイクロレンズアレイ５０２の光出射側に配置された分散素子、マイクロミラーアレイ５０５はグレーティング５０３の光出射側に配置された光偏向部材、ファイバアレイ５０１（第２の光ファイバ）はマイクロミラーアレイ５０５からの光が入射する入射部である。
【０１０２】
ここで、偏向プリズム５１２は、マイクロレンズアレイ５０２からの入射光を偏向してグレーティング５０３へ出射させるプリズムである。この偏向プリズム５１２は、マイクロミラーアレイ５０５からの分散光の入射部（第２の光ファイバ）への入射角度が使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるように、形状、配置、媒質その他の条件が設定されている。偏向プリズム５１２の媒質としては、グレーティング５０３と同一であることが好ましい。また、偏向プリズム５１２は、ファイバアレイ５０１のうちの出射部としてのファイバから、入射部としてのファイバへの光路中であれば、任意の位置に配することができる。
偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は同じであることが望ましい。具体的にはシリコンが望ましい。シリコンは屈折率ｎが通常のガラス屈折率に比べて大きく、かつ、 屈折率の温度係数の絶対値｜ｄｎ／ｄＴ｜も通常のガラスのそれに比べて大きい。したがってシリコンを材質としてグレーティングを構成すると、温度変化が起きたときに分散角や射出の方向が大きく変わるという問題がある。ところが偏向プリズム５１２とグレーティング５０３が同じ材質だとシリコンの屈折率の変化をキャンセルできる。
つまり、温度変化が起きたときでも分散角や射出の方向を変えないようにすることができる。偏向プリズム５１２はマイクロレンズアレイ５０２とグレーティング５０３の間に配置される。また、偏向プリズム５１２の具体的な形状は図８の７１０か図９の８１０に示したようなプリズム形状である。
さらには、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は異なっていてもかまわない。
温度補償素子は屈折率ｎｐ、屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなるプリズムであるとし、グレーティング５０３は屈折率ｎＧ、屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなるとする。例えばプリズムの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＳＦ４、グレーティングの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＮＦＫ５とするときには、温度０度下で波長１５４７．７ｎｍの光に対して、
ｎｐ＝1.7187
ｄｎｐ／ｄＴ＝5.275×10-6
ｎＧ＝1.4730
ｄｎＧ／ｄＴ＝-1.363×10-6
である。
ただし、ｄｎｐ／ｄＴ、ｄｎＧ／ｄＴは使用温度範囲の０℃から８０℃の平均温度係数である。
このとき、
｜ｎｐ／ｎＧ｜＝1.17
｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜＝3.87
となる。
このため、次式（６）、（７）を満足する。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
また、このとき、以下の式（８）を満足する。このため、式（９）を満足する。
【０１０３】
【数１２】
2010156680.tif 000015
数式（６）、（７）を同時に、もしくは数式（９）を満たしているときには、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は異なっていても、温度変化が起きたときの分散角や射出の方向が変わらないようにすることができる。
加えて、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質が異なる場合には材質の選択肢が増え、数式（９）を満たす範囲の中でより適切な材料を選ぶことができる。一般的な光学ガラスの中から材料を選ぶときには入手性が高いものが多いので、材料の調達時に有利になる。と同時に材料の屈折率ｎや屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが詳しくわかっているものが多いので詳細な光学設計が可能となる。
【０１０４】
ここで、使用温度範囲とは、本発明の分光器及び光学機器を使用する温度範囲であって、例えば、０°Ｃから８０°Ｃの範囲である。
【０１０５】
また、出射部としてのファイバアレイ５０１（第１の光ファイバ）と、分散素子としてのグレーティング５０３と、入射部としてのファイバアレイ５０１（第２の光ファイバ）と、偏向プリズム５１２と、を備える分光器において、出射部から出射する光は波長多重された信号光であって、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（１）を満足することが好ましい。
【０１０６】
【数１３】
2010156680.tif 000016
【０１０７】
ただし、
θ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する角度、
θ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する角度、
Δθは、使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量である。
【０１０８】
さらに、分散素子によって分散された信号光のうち、隣り合う波長λ１、λ２をそれぞれ備える２つの信号光が次式（２）を満足することが好ましい。
【０１０９】
【数１４】
2010156680.tif 000017
【０１１０】
ただし、
ｙ１は、波長λ１の信号光が入射部に到達する位置、
ｙ２は、波長λ２の信号光が入射部に到達する位置、
Δｙは、使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量である。
【０１１１】
つづいて、第３実施形態にかかる波長選択スイッチの適用例を説明する。図８は、第３実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す平面図である。
この波長選択スイッチは、いわゆる透過型の波長選択スイッチであって、複数の光ファイバからなるファイバアレイ７０１と、レンズ７０２と、フォーカシングレンズ７０３と、第１バルクレンズ７０４と、偏向プリズム７１０と、反射部材７０５と、グレーティング７２０と、第２バルクレンズ７０６と、ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ７３０とを備えている。
【０１１２】
図８に示す波長選択スイッチにおいて、ファイバアレイ７０１は光が出射する出射部、レンズ７０２、フォーカシングレンズ７０３、及び、第１バルクレンズ７０４はファイバアレイ７０１の光出射側に配置された光学系、グレーティング７２０はレンズ７０２の光出射側に配置された分散素子、マイクロミラーアレイ７３０はグレーティング７２０の光出射側に配置された光偏向部材、ファイバアレイ７０１はマイクロミラーアレイ７３０からの光が入射する入射部である。
【０１１３】
図８に示す、ファイバアレイ７０１、偏向プリズム７１０、グレーティング７２０、第２バルクレンズ７０６、及び、マイクロミラーアレイ７３０は、図３における、ファイバアレイ５０１、偏向プリズム５１２、グレーティング５０３、レンズ５０４、及び、マイクロミラーアレイ５０５に、それぞれ対応するため、その詳細な説明は省略する。
【０１１４】
第３実施形態では、従来の回折格子（プリズムなし）に代えて、本実施形態の分散素子を用いている。そのため、ファイバアレイ５０１からの光を高い波長分解能で分散することができる。
数式（１）または数式（２）を満たすように波長選択スイッチが構成されることにより、温度が変わってグレーティング５０３または７２０の屈折率が変化し分散特性が変化したとしても、グレーティング５０３または７２０で分光されたそれぞれの波長の光は、温度が変わる前と同じマイクロミラーにあたる。したがって温度変化が起きたとしても、ミラーの中心に当たる波長がＩＴＵグリッドから外れてしまう、ＩＴＵグリッドエラーが起きたり、それに伴って信号光の透過帯域（バンド幅）が狭くなったりすることはなく、良好な波長選択スイッチの性能を保ち続ける。
また、グレーティング５０３または７２０の媒質と偏光プリズム５１２または７１０の媒質が同一のときは上記の効果に加えて、温度変化を起こしたときの屈折率変化の不確定度がひとつ減ることにより、光学設計の確実性が上がる。また、加工の際に材料の取り違えを避けられるといった効果がある。
【０１１５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る光学機器について図４を参照しつつ説明する。本光学機器は、波長選択スイッチである。上記第３実施形態と同一の部材には同一の符号を付す。図４は、第４実施形態にかかる波長選択スイッチの構成を示す斜視図である。
【０１１６】
第４実施形態は、いわゆる反射型の波長選択スイッチ６００である。この波長選択スイッチ６００は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ５０１と、マイクロレンズアレイ５０２と、偏向プリズム５１２と、グレーティング５０３と、反射光学部材６０１と、ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ５０５とを備えている。
【０１１７】
ファイバアレイ５０１内の各光ファイバとマイクロレンズアレイ５０２内の各マイクロレンズは、１対１に対応する対になっている。この対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ５０１は光入出力ポートとして機能する。その光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、グレーティング５０３に向けて出射される。光ファイバから射出した光は、マイクロレンズアレイ５０２で平行光束に変換され、偏向プリズム５１２を経て、グレーティング５０３に入射する。
【０１１８】
グレーティング５０３としては、図５、図６に示した分散素子を用いる。グレーティング５０３は、入射した波長多重光を帯状に分散する。
【０１１９】
反射光学部材６０１はグレーティング５０３によって分散された光を、光偏向部材であるマイクロミラーアレイ５０５上の波長ごとの所定位置に導く。反射光学部材６０１は、例えば、凹面鏡を用いることができる。
【０１２０】
ここで、グレーティング５０３は、例えば、頂角３４度のシリコンプリズムに反射型グレーティングＧが形成されている、いわゆるイマージョングレーティングである。回折面はシリコンで満たされおり、１ｍｍあたり２５００本の溝が形成されている。
【０１２１】
ＭＥＭＳモジュールであるマイクロミラーアレイ５０５は、グレーティング５０３とで帯状に分散された光の波長に対応するマイクロミラーＭのアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）を有する。
【０１２２】
マイクロミラーＭは、図７を用いて説明したように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【０１２３】
ミラーアレイの複数のマイクロミラーＭにより、入射方向とは異なる、同じ方向（Ａ）に反射された光は、反射光学部材６０１によりグレーティング５０３上に統合され、回折後は再び多波長成分の同一光束となる。これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向ともＡとも異なる方向に反射された光は、反射光学部材６０１によりグレーティング５０３上にリレーされ、回折されるが、Ａの方向に反射された光とは統合されない。
【０１２４】
これらの光はファイバアレイ５０１の入力ポート以外のいずれかのファイバ（以下、「第２の光ファイバ」という。）に入射する。また、前記Ａの方向に反射した光と、Ａ以外の方向に反射した光は異なるファイバに入射する。
【０１２５】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光に関して、波長ごとにマイクロミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に第２の光ファイバに入射させることができる。
【０１２６】
なお、この実施例ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【０１２７】
第４実施形態において、ファイバアレイ５０１（第１の光ファイバ）は光が出射する出射部、マイクロレンズアレイ５０２はファイバアレイ５０１光出射側に配置された光学系、グレーティング５０３はマイクロレンズアレイ５０２の光出射側に配置された分散素子、マイクロミラーアレイ５０５はグレーティング５０３の光出射側に配置された光偏向部材、ファイバアレイ５０１（第２の光ファイバ）はマイクロミラーアレイ５０５からの光が入射する入射部である。
【０１２８】
第４実施形態では、従来の回折格子（プリズムなし）に代えて、本実施形態の分散素子を用いている。そのため、ファイバアレイ５０１からの光を高い波長分解能で分散することができる。また、透過型の波長選択スイッチに比較して、光学系を小型化できる。
【０１２９】
偏向プリズム５１２については、第３実施形態の偏向プリズムと同一であるため、その説明は省略する。
その他の構成、作用、効果は第３実施形態と同様である。
すなわち、数式（１）または数式（２）を満たすように波長選択スイッチが構成されることにより、温度が変わってグレーティング５０３の屈折率が変化し分散特性が変化したとしても、グレーティング５０３で分光されたそれぞれの波長の光は、温度が変わる前と同じマイクロミラーにあたる。したがって温度変化が起きたとしても、ミラーの中心に当たる波長がＩＴＵグリッドから外れてしまう、ＩＴＵグリッドエラーが起きたり、それに伴って信号光の透過帯域（バンド幅）が狭くなったりすることはなく、良好な波長選択スイッチの性能を保ち続ける。
また、グレーティング５０３の媒質と偏光プリズム５１２の媒質が同一のときは上記の効果に加えて、温度変化を起こしたときの屈折率変化の不確定度がひとつ減ることにより、光学設計の確実性が上がる。また、加工の際に材料の取り違えを避けられるといった効果がある。
偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は同じであることが望ましい。具体的にはシリコンが望ましい。シリコンは屈折率ｎが通常のガラス屈折率に比べて大きく、かつ、 屈折率の温度係数の絶対値｜ｄｎ／ｄＴ｜も通常のガラスのそれに比べて大きい。したがってシリコンを材質としてグレーティングを構成すると、温度変化が起きたときに分散角や射出の方向が大きく変わるという問題がある。ところが偏向プリズム５１２とグレーティング５０３が同じ材質だとシリコンの屈折率の変化をキャンセルできる。
つまり、温度変化が起きたときでも分散角や射出の方向を変えないようにすることができる。偏向プリズム５１２はマイクロレンズアレイ５０２とグレーティング５０３の間に配置される。また、偏向プリズム５１２の具体的な形状は図８の７１０か図９の８１０に示したようなプリズム形状である。
さらには、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は異なっていてもかまわない。
温度補償素子は屈折率ｎｐ、屈折率の温度係数ｄｎｐ／ｄＴの媒質からなるプリズムであるとし、グレーティング５０３は屈折率ｎＧ、屈折率の温度係数ｄｎＧ／ｄＴの媒質からなるとする。例えばプリズムの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＳＦ４、グレーティングの媒質をＳｃｈｏｔｔ製のＮＦＫ５とするときには、温度0度下で波長１５４７．７ｎｍの光に対して、
ｎｐ＝1.7187
ｄｎｐ／ｄＴ＝5.275×10-6
ｎＧ＝1.4730
ｄｎＧ／ｄＴ＝-1.363×10-6
である。
ただし、ｄｎｐ／ｄＴ、ｄｎＧ／ｄＴは使用温度範囲の０℃から８０℃の平均温度係数である。
このとき、
｜ｎｐ／ｎＧ｜＝1.17
｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜＝3.87
となる。
このため、次式（６）、（７）を満足する。
1≦｜ｎｐ／ｎＧ｜≦1.2      （６）
1≦｜（ｄｎｐ／ｄＴ）／（ｄｎＧ／ｄＴ）｜≦4      （７）
また、このとき、以下の式（８）を満足する。このため、式（９）を満足する。
【０１３０】
【数１５】
2010156680.tif 000018
数式（６）、（７）を同時に、もしくは数式（９）を満たしているときには、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質は異なっていても、温度変化が起きたときの分散角や射出の方向が変わらないようにすることができる。
加えて、偏向プリズム５１２の材質とグレーティング５０３の材質が異なる場合には材質の選択肢が増え、数式（９）を満たす範囲の中でより適切な材料を選ぶことができる。一般的な光学ガラスの中から材料を選ぶときには入手性が高いものが多いので、材料の調達時に有利になる。同時に、材料の屈折率ｎや屈折率の温度係数ｄｎ／ｄＴが詳しくわかっているものが多いので詳細な光学設計が可能となる。
【実施例】
【０１３１】
次に、本発明に係る分光器の実施例について、図９から図１４を参照して説明する。図９は、実施例１に係る分光器の構成を示す図である。図１０は、実施例２に係る分光器の構成を示す図である。図１１は、実施例の偏向プリズム８１０における光の偏向を示す図である。図１２は、実施例のグレーティング８２０における光の分散を示す図である。図１３は、実施例のマイクロミラーアレイ８３０への入射光を示す図である。図１４（ａ）はθ１、θ２を示す図である。図１４（ｂ）はグレーティング８２０とマイクロミラーアレイ８３０の間に集光光学系を備えた上で、ｙ１、ｙ２を示す図である。なお、図９から図１３においては、出射部、入射部、出射部と分光素子との間の光学系の図示は省略している。
【０１３２】
実施例１、２に係る分光器においては、図示しない出射部からの出射光が偏向プリズム８１０によって偏向され、この偏向光は、グレーティング８２０に入射して波長ごとに分散されてマイクロミラーアレイ８３０の所定位置へ入射する。グレーティング８２０は図５、図６に示すものを、マイクロミラーアレイ８３０は図７に示すものを、それぞれ用いる。また、偏向プリズム８１０は、上述の実施形態の偏向プリズムを用いる。
【０１３３】
実施例１では、偏向プリズム（プリズム）８１０及びグレーティング８２０（イマージョングレーティング）の材質としてシリコン相当の屈折率を有するものを設定した。
【０１３４】
実施例２では、偏向プリズム（プリズム）８１０の材質としてＳＦ４（Ｓｃｈｏｔｔ）相当の屈折率を有するものと、グレーティング８２０（イマージョングレーティング）の材質としてＮＦＫ５（Ｓｃｈｏｔｔ）相当の屈折率を有するものとを設定した。
【０１３５】
ここで、計算条件について説明する。
偏向プリズム（プリズム）８１０への入射角Ａ１は、偏向プリズム８１０の第１面８１１への入射角である。偏向プリズム８１０からの射出角Ａ３は、第２面８１２からの射出角である。偏向プリズム８１０の頂角Ａ２は、第１面８１１と第２面８１２の延長線が互いに交わる点の内角である（図１１）。
【０１３６】
グレーティング（イマージョングレーティング）８２０への入射角Ａ４は、グレーティング８２０の第１面８２１への入射角である。回折面のピッチＰ１は、回折面８２２における格子のピッチである（図１２）。
【０１３７】
最終面への入射角Ａ５は、マイクロミラーアレイ８３０のミラー面８３１への入射角である（図１３）。
【０１３８】
以上の各条件について、分散光の波長として第１波長及び第２波長を設定した。さらに、使用温度範囲内の温度変化に対応する温度として、０°Ｃと８０°Ｃを用いた。
【０１３９】
上述の条件に基づいて行った計算結果としての実施例１を次の表２に示す。
【０１４０】
【表２】
2010156680.tif 000019
【０１４１】
また、実施例２を次の表３に示す。
【０１４２】
【表３】
2010156680.tif 000020
【０１４３】
ここで、θ１、θ２は、波長λ１、λ２の信号光がそれぞれ入射部に到達する角度であって、表２、表３では、第１波長の光と第２波長の光がそれぞれ最終面へ入射する角度Ａ５に相当する。
【０１４４】
Δθは、使用温度範囲内の温度変化による角度θ１の変化量であって、表２、表３では、第１の波長の光について、０°Ｃにおける入射角Ａ５と８０°Ｃにおける入射角Ａ５の差を取っている。
【０１４５】
実施例１、２によれば、｜Δθ／（θ１−θ２）｜は０．１より小さくなっており、使用温度範囲内で温度変化があっても、分散特性の変化を小さく抑えることができていることが分かる。
【０１４６】
なお、図９から図１３では図示を省略しているが、マイクロミラーアレイ８３０で反射された光の進行方向に、光検出器を配置しても良い。さらに、マイクロミラーアレイ８３０と光検出器の間に集光用の光学系を配置してもよい。また、図８において、マイクロミラーアレイ７３０に代えて光検出器を配置してもよい。このようにすることで、分光器として機能させることができる。この場合、第２バルクレンズ７０６が集光用の光学系に該当することになる。
【０１４７】
光検出器としては、マイクロミラーアレイ８３０を用いる場合、例えば２次元アレイセンサを用いれば良い。このようにすると、マイクロミラーアレイ８３０で反射方向を変化させても、反射光を受光することができる。また、マイクロミラーアレイ８３０の代わりに通常のミラー（反射方向が変えられない）を用いる場合、光検出器として１次元アレイセンサを用いれば良い。
【０１４８】
図９のグレーティング８２０より後を図１４（ｂ）としたものは、実施例３における分光器である。図１４（ｂ）の入射部に相当するのが光検出器である。図１４（ｂ）が備える集光光学系の焦点距離を60mmとし、適当に原点を取ったときのｙ座標の計算結果は、表２の最も下の行に示してある。
【０１４９】
図１０のグレーティング８２０より後を図１４（ｂ）としたものは、実施例４における分光器である。図１４（ｂ）の入射部に相当するのが光検出器である。図１４（ｂ）が備える集光光学系の焦点距離を60mmとし、適当に原点を取ったときのｙ座標の計算結果は、表３の最も下の行に示してある。
【０１５０】
ここで、ｙ１、ｙ２は、波長λ１、λ２の信号光がそれぞれ入射部に到達する位置であって、表２、表３では、第１波長の光と第２波長の光がそれぞれ最終面へ入射する位置に相当する。
【０１５１】
Δｙは、使用温度範囲内の温度変化による位置ｙ１の変化量であって、表２、表３では、第１の波長の光について、０°Ｃにおける位置ｙ１と８０°Ｃにおける位置ｙ１の差を取っている。
【０１５２】
実施例３、４によれば、｜Δｙ／（ｙ１−ｙ２）｜は０．１より小さくなっており、使用温度範囲内で温度変化があっても、分散特性の変化を小さく抑えることができていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
以上のように、本発明にかかる分散素子は、高い波長分解能で分散する場合に有用である。
【符号の説明】
【０１５４】
１１    ピンホール（出射部）
１２    偏向プリズム
２２    コリメートレンズ
２３    グレーティング（分散素子）
２５    ＤＭＤ（光偏向部材）
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ  光検出装置（入射部）
１０１  光源（出射部）
１０２  レンズ
１０４  グレーティング（分散素子）
１０５  ＤＭＤ（光偏向部材）
１１２  偏向プリズム
２００  分散素子
２０１ａ  入射面
２０１ｂ  射出面
２０１ｃ  回折光学面
２２０  プリズム
２３０  平面部材
３００  分散素子
４００  分散素子
５００  波長選択スイッチ
５０１  ファイバアレイ（出射部、入射部）
５０２  マイクロレンズアレイ
５０３  グレーティング（分散素子）
５０４  レンズ
５０５  マイクロミラーアレイ（ＭＥＭＳモジュール、光偏向部材）
５１２  偏向プリズム
６００  波長選択スイッチ
６０１  反射光学部材
７０１  ファイバアレイ（出射部、入射部）
７１０  偏向プリズム
７２０  グレーティング（分散素子）
７３０  マイクロミラーアレイ（光偏向部材）
Ｍ  マイクロミラー
Ｇ  回折格子
【図１】
2010156680.tif 000024
【図２】
2010156680.tif 000025
【図３】
2010156680.tif 000026
【図４】
2010156680.tif 000027
【図５】
2010156680.tif 000028
【図６】
2010156680.tif 000029
【図７】
2010156680.tif 000030
【図８】
2010156680.tif 000031
【図９】
2010156680.tif 000032
【図１０】
2010156680.tif 000033
【図１１】
2010156680.tif 000034
【図１２】
2010156680.tif 000035
【図１３】
2010156680.tif 000036
【図１４】
2010156680.tif 000037