(57)【要約】【課題】試料からの測定光のスペクトル分布を、同時に二次元で計測することができる分光装置を提供すること。【解決手段】格子状に配列された入射ピンホール配列１１と、その複数のピンホールから入射された光を波長分散する回折格子１３を含む光学系と、その光学系から出射される光を受光する平面受光素子１５を備え、かつ前記光学系は入射ピンホール配列１１の配列方向である二方向の少なくともいずれかと、回折格子１３の波長分散方向および出射光受光用平面受光素子１５の画素配列方向とが、平行または直行とならないように角度をもつように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配列された複数の入射口と、その複数の入射口から入射された光を波長分散する分散素子とを含む光学系と、前記光学系から出射される光を受光する光検出手段とを備え、前記光検出手段は受光面が二次元平面となり、かつ前記光学系は入射口の配列方向である二方向の少なくともいずれかと、分散素子の波長分散方向とが平行または直行とならないように角度をもつように配置されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記入射口は、ピンホール、スリット、光ファイバーの出力端、テーパーガラスの出力端のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光装置に関するものであり、より具体的には、光検出手段として、ＣＣＤ等の２次元マルチチャネル光検出素子（アレイ素子という）を用いた分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、アレイ素子を利用したいわゆるポリクロメーターは、回折格子を回転させる代わりに波長に応じて回折する光を空間的に配列したアレイ素子で検出する分光装置である。
【０００３】
図１は、従来から一般的に用いられているポリクロメーターの一例を示す要部構成図である。図において、スリット１から入射した光はコリメーティングミラー２で平行光束に変えられ、分散素子（ここでは回折格子）３に入る。回折格子３を出た光はフォーカッシングミラー４により集束されアレイ素子５上に照射される。この場合、回折格子を一定の角度で固定しておくと、入射光の波長に応じて回折角が変わり、アレイ素子５に当たる光スポットの位置が変化（移動）する。従って、光スポットの位置により、入射光の波長などを知ることができる。基本は前記のように入射光をスリットから導入し、スリットの幅方向に回折素子により波長分離した光を検出素子で受光する。これに対して、入射スリット上、スリット長手方向に測定対象の１次元像が投影されるように光学系を配置し、測定対象の波長分布の１次元空間分布を同時に測定できるよう改良された分光器も存在する。この方法に基づき、測定対象の波長分布の２次元空間分布を測定することは、前記の１次元空間分布測定を別空間軸方向に走査することで実現されている（例えば、非特許文献１参照）。走査は既存の装置では機械的に行われており、製品化されているものでおよそ１秒を要している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】エバ・ジャパン株式会社、ハイパースペクトルカメラHSC1701カタログ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した装置では、機構上、走査に有限の時間を要するため、測定対象の波長分布の２次元空間分布を同時には測定できず、高速で変動する現象の観察では、最初に走査する部分と最後に走査する部分で測定時刻のずれが生じ、不正確な測定結果を与える。
【０００６】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、測定対象からの測定光の波長分布の２次元空間分布を同時に測定することのできる分光装置を提供し、高速変動現象の測定を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明に係る分光装置では、格子状に配列された複数の入射口と、その複数の入射口から入射された光を波長分散する分散素子を含む光学系と、前記光学系から出射される光を受光する光検出手段とを備え、前記光検出手段は受光面が二次元平面となり、かつ前記光学系は入射口の配列方向である二方向の少なくともいずれかと、分散素子の波長分散方向とが平行または直行とならないように角度をもつように配置し、構成した（請求項１）。前記入射口は、ピンホール、スリット、光ファイバーの出力端、テーパーガラスの出力端のいずれかとすることができる（請求項２）。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る分光装置では、測定対象からの測定光の波長分布の二次元空間分布を同時に測定することができ、高速度時系列測定にも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術を説明する図である。
【図２】本発明に係る分光装置の一実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に係る分光装置の、二次元光検出素子１５上の波長分離光記録画素配置の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図２は、本発明に係る分光装置の好適な一実施の形態を示している。同図に示すように、格子状に配列された入射ピンホール配列１１面上に測定対象の二次元像が結像するように測定光を導入する。各ピンホールから入射した光はコリメーティングミラー１２により平行光束に変えられ、分散素子（ここでは回折格子）１３に入る。その波長分散させた光はフォーカッシングミラー１４により集束され、二次元光検出素子１５の所定位置に結像させるようにしている。ここで、入射ピンホール配列１１の配列方向が回折格子の波長分散方向と一致していれば、二次元光検出素子１５上の像は、回折格子の波長分散方向に隣接する他点の波長分散像とすぐに重なり、有効な測定ができない。
【００１２】
そこで、本発明では、入射ピンホール配列１１の配列方向である二方向の少なくともいずれかと、回折格子の波長分散方向とが平行または直行とならないように角度をもつように配置することにより、二次元光検出素子１５上の像をたとえば図３のように結像させ、ある測定点からの光を波長分離した光が、隣接する他点からの光を波長分離した光と二次元光検出素子１５上で重ならないように受光できるようにし、測定対象からの測定光の波長分布の二次元空間分布を同時に記録することを可能とする。図３中の(1、1)、(2、1)、…、(m、n)は、対応する入射ピンホール配列１１のピンホールの行番号m、列番号nである。
【００１３】
入射ピンホール配列１１の格子配列の二方向いずれかの軸と回折格子の波長分散方向との傾き角は、入射ピンホール数と二次元光検出素子１５の画素数、および各測定点の波長分解能に影響し、測定の要求に応じてさまざまに設定可能である。
【００１４】
本発明に係る分光装置の二次元光検出素子１５に、時系列連続測定が可能な装置（代表的にはＣＣＤ等の２次元マルチチャネル光検出素子）を適用することにより、時系列測定も可能となる。本発明に係る分光装置の二次元光検出素子１５上には測定光の波長分布の二次元空間分布が１フレームで記録可能なので、そのときの時間分解能は、二次元光検出素子１５の最高フレームレートのみに依存する。
【００１５】
前記光学系全体を入射口光軸にそって回転配置することにより、測定点の配列全体の向きは任意に設定できる。また、測定点の二次元配列形態は、入射ピンホール配列１１の格子形状により設定され、二次元光検出素子１５上で測定光が重ならない範囲で任意に設定ができ、格子形状の柔軟性は高い。
【００１６】
本発明によっても、各測定点に対して二次元光検出素子１５上に波長分離方向に割り当てられる画素は有限であるため、測定光の波長分布が広い場合は、隣接測定点の光同士が混合して検出されるケースも考えられるが、二次元光検出素子１５の検出可能波長範囲が、それぞれの測定点に割り当てられた検出素子画素で記録可能な波長範囲内に収まるように分散素子の特性を設定することや、あらかじめ光学的バンドパスフィルターにより入射光の波長範囲を制限しておくことで対応可能である。
【００１７】
本装置においては、各測定点の間に不感帯（例えば、図２における入射ピンホール配列１１のピンホール間の光の不通過領域）が生じるが、これは光ファイバー束やテーパーガラス束等を入射二次元ピンホール配列１１の代わり、もしくは入射二次元ピンホール配列１１の前に適切に配置することにより対応可能である。なお、分散素子としては、前述の回折格子以外にプリズムも利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
たとえば、赤外線や紫外線領域において、波長域を分けて色合成変換することにより、目には見えない光の波長分布を画像化できる。また、目には識別できない色調の違いや変化を測定することにより、機械や電子回路、生物組織、食品、構造物、流体、火炎等の非接触・非破壊検査を可能にする。さらに、それらの高速変動現象についても観察可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１      スリット
２      コリメーティングミラー
３      分散素子（ここでは回折格子）
４      フォーカッシングミラー
５      2次元マルチチャネル光検出素子
１１    ピンホール配列
１２    コリメーティングミラー
１３    分散素子（ここでは回折格子）
１４    フォーカッシングミラー
１５    2次元マルチチャネル光検出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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