(57)【要約】【課題】Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することが可能な技術を提供する。【解決手段】受光ユニットは、変換部と、受光部とを有する。変換部は、入射光の波長を変換する波長変換部材を有する。受光部は、Ｓｉ系の材料からなる受光素子を有し、当該受光素子により変換部で波長が変換された光を受光する。【選択図】図４
2014002016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の波長を変換する波長変換部材を有する変換部と、
Ｓｉ系の材料からなる受光素子を有し、当該受光素子により前記変換部で波長が変換された光を受光する受光部と、
を有することを特徴とする受光ユニット。
【請求項２】
前記受光部は、前記変換部から波長が変換された前記入射光が出射する側に配置されることを特徴とする請求項１記載の受光ユニット。
【請求項３】
前記変換部から波長が変換された前記入射光が出射する側に配置され、前記変換部で波長が変換された光を反射する反射部を有し、
前記受光部は、前記変換部に前記入射光が入射する側に配置され、前記入射光を透過し、前記変換部で波長が変換された光、及び前記変換部で波長が変換され、且つ前記反射部で反射された光を受光することを特徴とする請求項１記載の受光ユニット。
【請求項４】
前記変換部は、
前記受光素子に対応する位置に設けられた開口部を有し、
前記開口部に前記波長変換部材が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の受光ユニット。
【請求項５】
前記波長変換部材は、前記入射光を励起光として前記入射光と異なる波長の蛍光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の受光ユニット。
【請求項６】
前記入射光の波長は、前記受光素子の受光感度外の波長であり、
前記変換部は、前記入射光の波長を前記受光素子の受光感度内の波長に変換することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の受光ユニット。
【請求項７】
前記受光素子の受光感度外の波長は、前記受光素子の受光感度内の波長よりも長波長であることを特徴とする請求項６記載の受光ユニット。
【請求項８】
光を出射する導光部と、
前記導光部からの前記光を平行光として出射する投射光学系と、
前記投射光学系からの前記平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射するフィルタ部と、
前記透過光を前記入射光とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の受光ユニットと、
を有することを特徴とする分光光学系。
【請求項９】
請求項８記載の分光光学系と、
前記入射光の強度に対する前記変換部で波長が変換された光の強度の割合を示す変換効率に基づいて、前記受光部で受光された光の強度を補正する信号処理部と、
を有することを特徴とする分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光ユニット、受光ユニットを含む分光光学系、及び分光光学系を含む分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線カメラや光通信など、光を用いる様々な分野において、特定の波長帯域の光を測定するため、或いは、複数の波長を含む光の波長分布を測定するために分光測定装置が用いられている。
【０００３】
たとえば、光通信は、特定の波長帯域（たとえば、１．２μｍ〜１．６μｍ）の光で行われる。そのため、光パワー測定装置は、その波長帯域で感度がある半導体ＩｎＧａＡｓ系の受光素子をセンサとして用いる。
【０００４】
しかし、ＩｎＧａＡｓ系の受光素子を有するセンサは、一般的なＳｉセンサに比較して材料が高価であり、素子に画素欠陥も生じやすい。使用する際は、温度調整等、取扱いが必要である。また、光通信等において複数波長の光を分離して受光する場合には、ＩｎＧａＡｓ系の受光素子がアレイのように複数必要になる。よって、そのセンサは、より高価、且つ取扱いが面倒になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６３３１４号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、光を受光するセンサとしては、シリコン系（以下、「Ｓｉ系」と記載する場合がある）の受光素子を有するセンサがある。Ｓｉ系の受光素子を有するセンサは安価、取扱いが容易、且つ画素欠陥が生じ難い。
【０００７】
一方、Ｓｉ系の受光素子を有するセンサは、光通信等で使用する波長帯域に受光感度を持たないという問題がある。具体的には、Ｓｉ系の受光素子を有するセンサは、可視光の波長帯域（たとえば、０．３８μｍ〜０．７８μｍ）や最大で１μｍ程度まで受光感度を有する。従って、Ｓｉ系の受光素子を有するセンサは、光通信で主に用いられる波長帯域の光や暗視用赤外線カメラで用いる赤外帯域の光等、１μｍ以上の光を受光することができない。
【０００８】
本発明においては、上記課題を解決するために、Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の受光ユニットは、変換部と、受光部とを有する。変換部は、入射光の波長を変換する波長変換部材を有する。受光部は、Ｓｉ系の材料からなる受光素子を有し、当該受光素子により変換部で波長が変換された光を受光する。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の受光ユニットは、請求項１記載の受光ユニットであって、受光部は、変換部から波長が変換された入射光が出射する側に配置される。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の受光ユニットは、請求項１記載の受光ユニットであって、反射部を有する。反射部は、変換部から波長が変換された入射光が出射する側に配置され、変換部で波長が変換された光を反射する。受光部は、変換部に入射光が入射する側に配置され、入射光を透過し、変換部で波長が変換された光、及び変換部で波長が変換され、且つ反射部で反射された光を受光する。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の受光ユニットは、請求項１〜３のいずれか一つに記載の受光ユニットであって、変換部は開口部を有する。開口部は、受光素子に対応する位置に設けられている。また、開口部には、波長変換部材が充填されている。
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の受光ユニットは、請求項１〜４のいずれか一つに記載の受光ユニットであって、波長変換部材は、入射光を励起光として入射光と異なる波長の蛍光を発する蛍光体である。
また、上記課題を解決するために、請求項６記載の受光ユニットは、請求項１〜５のいずれか一つに記載の受光ユニットであって、入射光の波長は、受光素子の受光感度外の波長である。変換部は、入射光の波長を受光素子の受光感度内の波長に変換する。
また、上記課題を解決するために、請求項７記載の受光ユニットは、請求項６記載の受光ユニットであって、受光素子の受光感度外の波長は、受光素子の受光感度内の波長よりも長波長である。
また、上記課題を解決するために、請求項８記載の分光光学系は、導光部と、投射光学系と、フィルタ部と、受光ユニットとを有する。導光部は、光を出射する。投射光学系は、導光部からの光を平行光として出射する。フィルタ部は、投射光学系からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。受光ユニットは、請求項１〜７のいずれか一つに記載の受光ユニットであって、透過光を入射光とする。
また、上記課題を解決するために、請求項９記載の分光測定装置は、請求項８記載の分光光学系と、信号処理部とを有する。信号処理部は、入射光の強度に対する変換部で波長が変換された光の強度の割合を示す変換効率に基づいて、受光部で受光された光の強度を補正する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明における受光ユニットにおいて、波長変換部材は、入射光をＳｉ系の材料からなる受光素子で受光できる波長の光に変換する。すなわち、本発明における受光ユニットは、Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することができる。
【００１１】
また、本発明における分光測定装置は、受光部で受光された所望の波長帯域の光に基づいて、入射光の実際の強度の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る分光測定装置を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る分光光学系を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図４】第１実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図５】第１実施形態に係る処理・制御系を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る分光測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る分光光学系を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図９】第２実施形態に係る分光測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】変形例１に係る分光光学系を示す図である。
【図１１】変形例２に係る分光光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１から図６を参照して、第１実施形態に係る分光測定装置１について説明を行う。
【００１４】
図１は、分光測定装置１を示すブロック図である。分光測定装置１は、分光光学系１０及び処理・制御系２０を有する。分光測定装置１は、未知の波長Ｘの光を受ける。分光測定装置１の外部には、光源ＬＳが配置されている。光源ＬＳは未知の波長Ｘの光Ｌを発生させる。本実施形態において、光Ｌは単一の波長であるとする。また、本実施形態において、光Ｌの波長Ｘそのものは未知であるが、属する波長帯域は光通信等に使用される長波長である。長波長とは、たとえば、約１．５μｍの赤外帯域（不可視帯域）の波長である。
【００１５】
［分光光学系］
図２〜図４を参照して、本実施形態に係る分光光学系１０の構成について説明する。
【００１６】
図２は、分光光学系１０を示す概略図である。分光光学系１０は、導光部１１と、投射光学系１２と、フィルタ部１３と、変換部１４と、受光部１５とを有する。
【００１７】
導光部１１は、光源ＬＳからの光Ｌを出射する。導光部１１は、たとえば、フェルールＦ内に単一のコアＣを有するシングルコアファイバである。
【００１８】
投射光学系１２は、導光部１１からの光Ｌをコリメートし、平行光として出射する。投射光学系１２は、たとえば、凸状のコリメートレンズである。なお、投射光学系１２は、複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。
【００１９】
ここで、本実施形態における導光部１１と投射光学系１２との位置関係について説明する。図２に示すように、導光部１１は、投射光学系１２の焦点距離ｆだけ離れた位置に配置される。更に、コアＣの光出射面Ａは、投射光学系１２の焦点位置Ｐに配置される。従って、コアＣから出射される光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた後、フィルタ部１３に垂直に入射する。
【００２０】
フィルタ部１３は、投射光学系１２からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。フィルタ部１３は、１枚のフィルタで連続的に透過する波長を変えることができるフィルタである。つまり、「所定方向」とは、透過光の波長が変化する方向である（図２の紙面縦方向）。フィルタ部１３としては、たとえば、ＬＶＦ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を用いることができる。フィルタ部１３に光が入射する場合、光の入射位置によって透過光の波長が異なる。
【００２１】
なお、各入射位置における透過光の波長は既知である。従って、未知の波長Ｘの光Ｌが入射する場合、フィルタ部１３は、波長Ｘを透過する位置Ｅからのみ光Ｌを透過する。すなわち、フィルタ部１３は、波長Ｘの光Ｌを透過光として出射する。位置Ｅにおける透過光の波長が波長λであるとすると、この透過光は、変換部１４に入射する入射光Ｌｉｎ（波長λ）であるといえる。
【００２２】
次に、変換部１４及び受光部１５の構成について説明する。図３は、フィルタ部１３、変換部１４及び受光部１５を拡大した図である。図３は、フィルタ部１３、変換部１４及び受光部１５の一部のみを示す。本実施形態において、受光部１５は、変換部１４から波長が変換された入射光Ｌｉｎ（光Ｌｏｕｔ（波長λ´））が出射する側に配置されている。
【００２３】
変換部１４は、入射光Ｌｉｎの波長λを変換する波長変換部材ＷＣを有する。波長変換部材ＷＣは、たとえば、蛍光体ＦＬが用いられる。蛍光体ＦＬは、入射光Ｌｉｎを励起光として蛍光（光Ｌｏｕｔ）を発する。励起光の波長と蛍光の波長は異なる。つまり、蛍光体ＦＬは、ある波長（たとえば、波長λ）の入射光を異なる波長（たとえば、波長λ´）の光に変換する。蛍光体ＦＬの粒径は、たとえば、２μｍ〜１０μｍである。
【００２４】
変換部１４は、たとえば、厚みが０．５ｍｍ〜１ｍｍの金属プレートからなる。変換部１４には、複数の開口部Ｍｋ（ｋ＝１〜ｎ）が設けられている。図３では、開口部Ｍｋ−２〜開口部Ｍｋ＋３の６つの開口部のみを示している。開口部Ｍｋは、たとえば、５〜２０μｍの幅（幅ｐｍ）の開口が形成されている。変換部１４は、幅ｐｍの開口部Ｍｋが等間隔に配置されている。
【００２５】
開口部Ｍｋそれぞれには、波長変換部材ＷＣ（たとえば、複数の蛍光体ＦＬ）が充填されている。従って、入射光Ｌｉｎが変換部１４に入射すると、開口部Ｍｋ内の波長変換部材ＷＣにより、入射光Ｌｉｎの波長λが吸収されて蛍光発光することにより波長λ´に変換される。波長が変換された入射光Ｌｉｎ（光Ｌｏｕｔ）は、開口部Ｍｋの開口からフィルタ部１３側及び受光部１５側にほぼ同程度のパワーで出射される。また、変換されなかった入射光Ｌｉｎも出射される（図４参照。図４では、この光をＬｏｕｔ（λ）として示している）。なお、変換部１４は金属プレートからなるため、開口部Ｍｋの側面は金属面となっている。よって、開口部Ｍｋの側面に当たる光Ｌｏｕｔは反射され、開口部Ｍｋの開口から出射する。或いは、開口部Ｍｋの側面は、光Ｌｏｕtを吸収する吸収材で形成されていてもよい。この場合、開口部Ｍｋの側面からの光Ｌｏｕtの漏れを低減することができる。
【００２６】
また、上述の通り、フィルタ部１３は、光の入射位置によって透過する波長が異なる。つまり、フィルタ部１３において、ある波長の光を透過する位置は決まっている。従って、フィルタ部１３に対する開口部Ｍｋの位置を決めることにより、各開口部に入射する光の波長が決まる。たとえば、図３に示すように、フィルタ部１３の位置Ｅに対応する位置に開口部Ｍｋを配置することにより、開口部Ｍｋには、波長λの光Ｌに対応する光（入射光Ｌｉｎ）が入射する。
【００２７】
受光部１５は、Ｓｉ系の材料からなる受光素子を有し、当該受光素子により変換部１４で波長が変換された光Ｌｏｕｔを受光する。受光部１５は、たとえば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサやＮＭＯＳ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ−ｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。
【００２８】
本実施形態において、受光部１５は、複数の受光素子Ｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）が設けられている（図３では、受光素子Ｒｋ−２〜受光素子Ｒｋ＋３の６つの受光素子のみを示している）。受光素子Ｒｋは、たとえば、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。受光素子Ｒｋは、所定方向に沿って、たとえば、１０〜２５μｍのピッチ（ピッチｐｒ）で均一に配置されている。受光素子ＲｋのピッチＰｒは、開口部Ｍｋの幅ｐｍよりも広い。
【００２９】
Ｓｉ系の材料からなる受光素子は、可視域の光のみを受光することができる（可視域の光に対する受光感度がある）。つまり、Ｓｉ系の材料からなる受光素子は、不可視領域の波長の光である光Ｌ（入射光Ｌｉｎ）自体は受光することができない。
【００３０】
また、上述の通り、フィルタ部１３に対する開口部Ｍｋの位置を決めることにより、各開口部に入射する光の波長が決まる。従って、開口部Ｍｋに対する受光素子Ｒｋの位置を決めることにより、各受光素子に入射する光の波長が決まる。たとえば、図３に示すように、開口部Ｍｋの位置に対応する位置に受光素子Ｒｋを配置することにより、受光素子Ｒｋは、入射光Ｌｉｎに対応する光（変換部１４で波長が変換された光Ｌｏｕｔ）のみを受光する。
【００３１】
なお、複数の受光素子Ｒｋは、フィルタ部１３の形状に対応する配置が可能である。たとえば、フィルタ部１３がライン状の場合、受光部１５としては、受光素子Ｒｋがフィルタ部１３の形状に沿って一列に配置されたラインセンサを用いることができる。また、フィルタ部１３が２次元状の場合、受光部１５としては、受光素子Ｒｋが平面上に配置された２次元センサを用いることができる。
【００３２】
変換部１４及び受光部１５は、本実施形態における「受光ユニット」の一例である。
【００３３】
ここで、図４を参照して、フィルタ部１３に入射した光Ｌの進み方（受光部１５による光Ｌに対応する光の受光）について述べる。図４は、フィルタ部１３、変換部１４における一の開口部Ｍｋ、及び開口部Ｍｋに対応する位置に設けられた一の受光素子Ｒｋのみを示す。
【００３４】
フィルタ部１３を透過した透過光（入射光Ｌｉｎ）は、光源ＬＳからの光Ｌ（波長λの光）に対応する長波長の光である。一方、上述の通り、Ｓｉ系の受光素子Ｒｋは、長波長の光を受光することができない。つまり、入射光Ｌｉｎの波長は、受光素子Ｒｋの受光感度外の波長である。
【００３５】
入射光Ｌｉｎは、変換部１４に入射する。具体的には、入射光Ｌｉｎは、フィルタ部１３の波長λの光を透過する位置Ｅに対応する位置に設けられた開口部Ｍｋに入射する。開口部Ｍｋ内の蛍光体ＦＬは、入射光Ｌｉｎを励起光として蛍光（光Ｌｏｕｔ）を発する。蛍光（光Ｌｏｕｔ）は、波長λとは異なる可視帯域の波長λ´の光である。
【００３６】
蛍光体ＦＬにより発生した蛍光（光Ｌｏｕｔ）は、開口部Ｍｋの受光素子Ｒｋ側及びフィルタ部１３側に出射される。また、Ｓｉ系の受光素子Ｒｋは、可視帯域の波長λ´の光を受光することができる（つまり、可視帯域の光の波長λ´はＳｉ系の受光素子Ｒｋの受光感度内の波長である）。従って、受光素子Ｒｋ側に出射された蛍光（蛍光体ＦＬにより発生した蛍光の一部）は、開口部Ｍｋに対応する受光素子Ｒｋで受光することができる。
【００３７】
すなわち、変換部１４（波長変換部材ＷＣ）は、入射光Ｌｉｎの波長λを受光素子Ｒｋの受光感度内の波長λ´に変換する。更にいえば、受光素子Ｒｋの受光感度外の波長λは、受光素子Ｒｋの受光感度内の波長λ´よりも長波長である。つまり、本実施形態における波長変換部材ＷＣは、入射する光の波長を長波長から短波長に変換する機能を有している。このような波長変換部材ＷＣとしては、たとえば、エルビウム・イッテルビウム添加ジルコニアがある（Ｉｋｏ  ｅｔ  ａｌ．  「Ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ＺｒＯ２：Ｙｂ３＋，Ｅｒ３＋  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ」，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｈｉｎｄａｗｉ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２００７，  Ａｒｔｉｃｌｅ  ＩＤ  １６３９１，  ８  ｐａｇｅｓ．参照）。
【００３８】
なお、上述のように、波長変換部材ＷＣで変換されなかった入射光Ｌｉｎが受光素子Ｒｋ側に出射されるが、Ｓｉ系の受光素子Ｒｋは、入射光Ｌｉｎの波長に感度がない。従って、入射光Ｌｉｎが受光素子Ｒｋによって検知されることはない。
【００３９】
［処理・制御系］
図５は、本実施形態に係る処理・制御系２０を示す概略図である。図５において、分光光学系１０の構成は受光部１５のみを示す。処理・制御系２０は、読み出し部２１と、信号処理部２２とを有する。
【００４０】
読み出し部２１は、受光部１５で受光された光に基づく信号を読み出す。たとえば、読み出し部２１は、受光部１５がコアＣからの光Ｌに対応する光（光Ｌｏｕｔ）を受光したタイミングで読み出しを行う。なお、受光部１５で受光された光に基づく信号は、受光された光の波長、及び当該波長に対応する受光素子の出力信号の大きさ（強度）の関係を示すデータ（スペクトラムデータ）である。
【００４１】
信号処理部２２は、入射光Ｌｉｎの強度に対する変換部１４で波長が変換された光（光Ｌｏｕｔ）の強度の割合を示す変換効率に基づいて、受光部１５で受光された光の強度を補正する。
【００４２】
上述の通り、波長変換部材ＷＣで波長が変換された光（光Ｌｏｕｔ）は、フィルタ部１３側（受光素子Ｒｋの反対側）にも出射される。また、波長変換部材ＷＣの配置等により、光のロスが生じる。よって、実際に受光素子Ｒｋで受光する光の強度は、入射光Ｌｉｎの強度に比べて数％まで減少する。そこで、信号処理部２２は、変換効率に基づいて受光部１５で受光された光の強度を補正する。変換部１４における変換効率は、波長依存性がある。つまり、入射光Ｌｉｎの波長によって、強度が減少する割合が異なる。また、上述の通り、フィルタ部１３、変換部１４及び受光部１５の位置を調整することにより、受光素子Ｒｋに入射する光の波長を予め設定ことができる。よって、受光素子Ｒｋの位置（受光素子Ｒｋで受光する光の波長）と変換効率に基づく補正値（波長依存性を考慮した補正値）とをテーブルデータとして予め準備することができる。信号処理部２２は、光Ｌｏｕｔが受光素子Ｒｋで受光された場合、受光素子Ｒｋの位置に対応する変換効率に基づく補正値をテーブルデータから特定し、その値に基づいて、受光された光Ｌｏｕｔの強度を補正することで、入射光Ｌｉｎ（光源ＬＳからの光Ｌ）の実際の強度を算出することができる。
【００４３】
信号処理部２２による算出結果は、外部の表示デバイス等に表示される。なお、分光測定装置１が信号処理部２２による算出結果を表示する表示部を有する構成も可能である。
【００４４】
［動作］
次に図６を参照して、本実施形態に係る分光測定装置１の動作について説明を行う。
【００４５】
光源ＬＳから波長λの光Ｌが分光測定装置１の分光光学系１０に入射する。分光光学系１０に入射した光Ｌは、コアＣから出射される（Ｓ１０）。
【００４６】
フィルタ部１３は、Ｓ１０で出射され、投射光学系１２でコリメートされた光Ｌ（平行光）を透過光として出射する（Ｓ１１）。
【００４７】
Ｓ１１で出射された透過光は、入射光Ｌｉｎとして変換部１４に入射される。変換部１４は、波長変換部材ＷＣによりＳ１１で出射された透過光（入射光Ｌｉｎ）の波長λを変換する（Ｓ１２）。Ｓ１２で波長が変換された光Ｌｏｕtは、変換部１４の開口部Ｍｋよりフィルタ部１３側及び受光部１５側に出射される。
【００４８】
受光部１５（開口部Ｍｋに対応する位置に設けられた受光素子Ｒｋ）は、Ｓ１２で波長が変換された光Ｌｏｕtの一部（受光部１５側に出射された光Ｌｏｕｔ）を受光する（Ｓ１３）。
【００４９】
読み出し部２１は、Ｓ１３で受光された光Ｌｏｕtに基づく信号を読み出す（Ｓ１４）。
【００５０】
信号処理部２２は、Ｓ１４で読み出された信号を変換効率に基づいて補正し、入射光Ｌｉｎ（光源ＬＳからの光Ｌ）の実際の強度を算出する（Ｓ１５）。
【００５１】
＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態に係る受光ユニット、分光光学系１０及び分光測定装置１の作用及び効果について説明する。
【００５２】
受光ユニットは、変換部１４と、受光部１５とを有する。変換部１４は、入射光Ｌｉｎの波長を変換する波長変換部材ＷＣ（たとえば、入射光Ｌｉｎを励起光として入射光Ｌｉｎと異なる波長の蛍光を発する蛍光体ＦＬ）を有する。受光部１５は、Ｓｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋを有する。受光部１５は、受光素子Ｒｋにより変換部１４で波長が変換された光（光Ｌｏｕt）を受光する。
【００５３】
より具体的には、受光部１５は、変換部１４から波長が変換された入射光Ｌｉｎが出射する側に配置される。また、変換部１４は、受光素子Ｒｋに対応する位置に設けられた開口部Ｍｋを有する。開口部Ｍｋには、波長変換部材ＷＣが充填されている。
【００５４】
更に、実施形態に係る受光ユニットにおいて、入射光Ｌｉｎの波長は、受光素子Ｒｋの受光感度外の波長であり、変換部１４は、入射光Ｌｉｎの波長を受光素子Ｒｋの受光感度内の波長に変換する。
【００５５】
このように、波長変換部材ＷＣ（複数の蛍光体ＦＬ）は、入射光ＬｉｎをＳｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋで受光できる波長の光（光Ｌｏｕt）に変換する。すなわち、本実施形態に係る受光ユニットは、Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、受光素子Ｒｋの受光感度外の波長は、受光素子Ｒｋの受光感度内の波長よりも長波長である。
【００５７】
このように、変換部１４（波長変換部材ＷＣ）は、光通信等で使用する長波長の光（不可視帯域の光）を短波長の光（可視帯域の光）に変換することができる（所謂、アップコンバージョン）。すなわち、本実施形態に係る受光ユニットは、可視帯域の光の波長にのみ受光感度を有するＳｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することができる。
【００５８】
また、上記の受光ユニットを分光光学系１０に用いることも可能である。この場合、分光光学系１０は、導光部１１と、投射光学系１２と、フィルタ部１３と、上記の受光ユニットとを有する。導光部１１は、光を出射する。投射光学系１２は、導光部１１からの光を平行光として出射する。フィルタ部１３は、投射光学系１２からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光（入射光Ｌｉｎ）として出射する。
【００５９】
更に、この分光光学系１０を分光測定装置１に用いることも可能である。この場合、分光測定装置１は、上記分光光学系１０と、信号処理部２２とを有する。信号処理部２２は、入射光Ｌｉｎの強度に対する変換部１４で波長が変換された光（Ｌｏｕｔ）の強度の割合を示す変換効率に基づいて、受光部１５で受光された光の強度を補正する。
【００６０】
このように、波長変換部材ＷＣ（複数の蛍光体ＦＬ）は、入射光ＬｉｎをＳｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋで受光できる波長の光（光Ｌｏｕt）に変換する。すなわち、本実施形態に係る受光ユニットは、Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することができる。そして、本実施形態の分光測定装置１によれば、受光部１５で受光された所望の波長帯域の光に基づいて、入射光Ｌｉｎの実際の強度の測定が可能となる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、図７から図９を参照して、第２実施形態に係る分光測定装置１について説明を行う。本実施形態における分光測定装置１は、変換部１４から入射光Ｌｉｎが出射する側に反射部１６を設ける構成について述べる。第１実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
【００６２】
［分光光学系］
図７及び図８を参照して、本実施形態に係る分光光学系１０の構成について説明する。
【００６３】
図７は、分光光学系１０を示す概略図である。分光光学系１０は、導光部１１と、投射光学系１２と、フィルタ部１３と、変換部１４と、受光部１５と、反射部１６とを有する。
【００６４】
反射部１６は、変換部１４から波長が変換された入射光Ｌｉｎ（光Ｌｏｕｔ）が出射する側に配置され、変換部１４で波長が変換された光（光Ｌｏｕt）を反射する。波長変換部材ＷＣで波長が変換された光（光Ｌｏｕt）は、受光部１５側と反射部１６側に出射される。反射部１６は、反射部１６側に出射された光Ｌｏｕtを反射し、変換部１４の開口部Ｍｋを介して受光部１５側に出射する。
【００６５】
本実施形態における受光部１５は、変換部１４に入射光Ｌｉｎが入射する側に配置されている。ここで、Ｓｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋは、可視帯域の波長の光にのみ受光感度を有する。従って、Ｓｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋは、光通信等に用いられるような不可視帯域の波長を透過する。つまり、フィルタ部１３を透過した透過光（入射光Ｌｉｎ）は、受光部１５（受光素子Ｒｋ）を透過し、変換部１４に入射する。
【００６６】
変換部１４、受光部１５及び反射部１６は、本実施形態における「受光ユニット」の一例である。
【００６７】
ここで、図８を参照して、フィルタ部１３に入射した光Ｌの進み方（受光部１５による光Ｌに対応する光の受光）について述べる。図８は、フィルタ部１３及び反射部１６の一部、変換部１４における一の開口部Ｍｋ、開口部Ｍｋに対応する位置に設けられた一の受光素子Ｒｋのみを示す。
【００６８】
フィルタ部１３を透過した透過光（入射光Ｌｉｎ）は、光源ＬＳからの光Ｌ（波長λの光）に対応する長波長の光である。一方、上述の通り、Ｓｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋは、可視帯域の波長の光にのみ受光感度を有する。つまり、入射光Ｌｉｎは、受光素子Ｒｋを透過し、変換部１４に入射する。具体的には、入射光Ｌｉｎは、フィルタ部１３の波長λの光を透過する位置Ｅに対応する位置に設けられた受光素子Ｒｋを透過し、開口部Ｍｋに入射する。開口部Ｍｋ内の蛍光体ＦＬは、入射光Ｌｉｎを励起光として蛍光（光Ｌｏｕｔ）を発する。
【００６９】
蛍光体ＦＬにより発生した蛍光（光Ｌｏｕｔ）は、受光素子Ｒｋ側及び反射部１６側に出射される。ここで、反射部１６側に出射された蛍光は、反射部１６により反射される。反射された蛍光は、開口部Ｍｋを介して受光素子Ｒｋ側に出射される。従って、受光素子Ｒｋは、受光素子Ｒｋ側に出射された蛍光だけでなく、反射部１６で反射された蛍光も受光することができる。
【００７０】
［動作］
次に図９を参照して、本実施形態に係る分光測定装置１の動作について説明を行う。
【００７１】
光源ＬＳから波長λの光Ｌが分光測定装置１の分光光学系１０に入射する。分光光学系１０に入射した光Ｌは、コアＣから出射される（Ｓ２０）。
【００７２】
フィルタ部１３は、Ｓ２０で出射され、投射光学系１２でコリメートされた光Ｌ（平行光）を透過光として出射する（Ｓ２１）。
【００７３】
Ｓ２１で出射された透過光は、受光素子Ｒｋ（受光部１５）を透過し（Ｓ２２）、入射光Ｌｉｎとして変換部１４に入射される。変換部１４は、波長変換部材ＷＣによりＳ２１で出射された透過光（入射光Ｌｉｎ）の波長λを変換する（Ｓ２３）。Ｓ２３で波長が変換された光Ｌｏｕtは、変換部１４の開口部Ｍｋより受光部１５側及び反射部１６側に出射される。
【００７４】
反射部１６側に出射された光Ｌｏｕｔ（Ｓ２２で波長が変換された光Ｌｏｕtの一部。たとえば、光パワーの半分）は、反射部１６で反射され、開口部Ｍｋを介して受光部１５（開口部Ｍｋに対応する位置に設けられた受光素子Ｒｋ）側に出射される（Ｓ２４）。
【００７５】
受光部１５（開口部Ｍｋに対応する位置に設けられた受光素子Ｒｋ）は、受光部１５側に出射された光Ｌｏｕｔ及び反射部１６で反射された光Ｌｏｕｔ（Ｓ１２で波長が変換された光Ｌｏｕt）を受光する（Ｓ２５）。すなわち、受光部１５は、波長が変換された全方向の光を受光することができる。
【００７６】
読み出し部２１は、Ｓ２５で受光された光Ｌｏｕtに基づく信号を読み出す（Ｓ２６）。
【００７７】
信号処理部２２は、Ｓ２６で読み出された信号を変換効率に基づいて補正し、入射光Ｌｉｎ（光源ＬＳからの光Ｌ）の実際の強度を算出する（Ｓ２７）。
【００７８】
＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態に係る受光ユニットの作用及び効果について説明する。
【００７９】
受光ユニットは、反射部１６を有する。反射部１６は、変換部１４から波長が変換された入射光Ｌｉｎが出射する側に配置され、変換部１４で波長が変換された光（光Ｌｏｕt）を反射する。受光部１５は、変換部１４に入射光Ｌｉｎが入射する側に配置され、入射光Ｌｉｎを透過し、変換部１４で波長が変換された光Ｌｏｕｔ、及び変換部１４で波長が変換され、且つ反射部１６で反射された光Ｌｏｕｔを受光する。
【００８０】
このように、波長変換部材ＷＣは、入射光ＬｉｎをＳｉ系の材料からなる受光素子Ｒｋで受光できる波長の光（光Ｌｏｕt）に変換する。すなわち、本実施形態に係る受光ユニットは、Ｓｉ系の受光素子を用いて所望の波長帯域の光を受光することができる。更に、受光素子Ｒｋは、受光素子Ｒｋ側に出射された光Ｌｏｕｔだけでなく、反射部１６で反射された光Ｌｏｕtも受光できる。よって、所望の波長帯域の光をより確実に受光することができる。
【００８１】
＜変形例１＞
上記実施形態では、分光測定装置１が単一の波長の光の強度を算出する例について述べたが、これに限られない。分光測定装置１は、複数の波長を含む光Ｌの強度分布を求めることも可能である。以下、光源ＬＳからの光は、複数の波長λｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含む光Ｌであるとして述べる。図１０は、フィルタ部１３、変換部１４及び受光部１５を拡大した図である。また、図１０は、フィルタ部１３、変換部１４及び受光部１５の一部のみを示す。
【００８２】
フィルタ部１３は、光Ｌが入射する場合、光Ｌの入射位置によって透過する波長λｋが異なっている。すなわち、フィルタ部１３は、複数の波長λｋを含む光Ｌを波長毎に分離（分光）し、各波長の光を透過光として出射する。この透過光は、変換部１４に入射する複数の入射光Ｌｉｎ（波長λｋ−２〜波長λｋ＋３）である。
【００８３】
変換部１４は、複数の入射光Ｌｉｎのそれぞれの波長を受光素子Ｒｋで受光できる波長（可視帯域の波長）に変換する。複数の受光素子Ｒｋは、各受光素子に対応する変換部１４の位置（開口部Ｍｋの位置）から出射される光Ｌｏｕｔ（波長λ´）をそれぞれ受光する。なお、ある開口部からの光Ｌｏｕtが対応する受光素子以外の受光素子に入射しないよう（たとえば、開口部Ｍｋからの光Ｌｏｕtが受光素子Ｒｋ以外の受光素子Ｒｋ＋１、受光素子Ｒｋ−１に入射しないよう）、変換部１４と受光部１５とを近接して配置することが望ましい。
【００８４】
上述の通り、開口部Ｍｋに対する受光素子Ｒｋの位置を決めることにより、各受光素子に入射する光の波長が決まる。つまり、各受光素子が受光する光の波長は、予め特定することができる。従って、信号処理部２２は、各受光素子から出力される信号（スペクトラムデータ）に基づいて、光Ｌの強度分布（光Ｌに含まれる複数の波長の光の強度分布）を算出する。
【００８５】
ところで、波長変換部材ＷＣとして用いられる蛍光体ＦＬは、励起波長が予め決まっている。よって、入射光Ｌｉｎに複数の波長の光が含まれる場合、ある波長（たとえば、波長λｙ）の光では蛍光体ＦＬを励起できない（蛍光を発することができない）こともありうる。このとき、励起波長が異なる蛍光体ＦＬ´（波長λｙを励起光として蛍光を発する蛍光体）を蛍光体ＦＬと混合して開口部Ｍｋに充填する。これにより、波長λｙを含む光であっても波長の変換を行うことが可能となる。つまり、波長変換部材ＷＣとして励起波長の異なる複数の蛍光体を用いることにより、より広い範囲の波長を含む光の強度分布を測定することが可能となる。
【００８６】
＜変形例２＞
第１実施形態で述べたように、波長が変換された光Ｌｏｕｔの一部は、フィルタ部１３側に出射される。第１実施形態の構成では、この光Ｌｏｕｔを受光部１５で受光することが困難である。
【００８７】
そこで、本変形例では、図１１に示すように、フィルタ部１３と変換部１４の間にバンドパスフィルタＢＦを設ける。バンドパスフィルタＢＦは、入射光Ｌｉｎを透過するが、波長が変換された光Ｌｏｕｔを反射するフィルタである。従って、フィルタ部１３側に出射された光Ｌｏｕｔ（図１１では記載を省略）は、バンドパスフィルタＢＦで反射され、変換部１４を介して受光部１５に受光される。つまり、本変形例の構成によれば、第２実施形態と同様、所望の波長帯域の光をより確実に受光することができる。なお、バンドパスフィルタＢＦで反射された光Ｌｏｕtを効率よく受光部１５に導くためには、バンドパスフィルタＢＦと変換部１４とが近接していることが望ましい（図１１参照）。
【符号の説明】
【００８８】
１  分光測定装置
１０  分光光学系
１１  導光部
１２  投射光学系
１３  フィルタ部
１４  変換部
１５  受光部
２０  処理・制御系
２１  読み出し部
２２  信号処理部
Ｃ  コア
Ｍｋ  開口部
Ｒｋ  受光素子
ＷＣ  波長変換部材
【図１】
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【図２】
2014002016.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014002016.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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