(57)【要約】      （修正有）【課題】ラインセンサ上の各センサのうち、斜めに入射された光を受光したセンサにおいて波長分解能の悪化を抑えること。【解決手段】フィルタが形成される面内の第１の方向に沿って透過波長が異なる透過波長可変フィルタであって、所定位置から第１の方向の両端へ向かってそれぞれ透過波長が短く変化する透過波長可変フィルタ、および該透過波長可変フィルタと、複数のセンサが配列されたセンサアレイであって、該透過波長可変フィルタを透過した光を受光するセンサアレイと、を備える分光測光装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタが形成される面内の第１の方向に沿って透過波長が異なる透過波長可変フィルタであって、所定位置から前記第１の方向の両端へ向かってそれぞれ透過波長が短く変化することを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の透過波長可変フィルタにおいて、
前記透過波長可変フィルタはバンドパスフィルタであることを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の透過波長可変フィルタにおいて、
前記所定位置から前記第１の方向の一端へ向かって前記透過波長が第２波長から該第２波長より短い第１波長へ短く変化するとともに、前記所定位置から前記第１の方向の他端へ向かって前記透過波長が前記第２波長より長い第３波長から前記第２波長へ短く変化することを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の透過波長可変フィルタにおいて、
前記第１の方向の一方の端から他方の端に向かって透過波長が短く変化する透過波長可変フィルタが２つに切断され、該切断後の２つの透過波長可変フィルタ双方の長波長側の断面が互いに接合されていることを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載の透過波長可変フィルタにおいて、
前記接合面は遮光処理されていることを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の透過波長可変フィルタにおいて、
ＳｉＯ２およびＮｂ２Ｏ５の多層積層構造を有することを特徴とする透過波長可変フィルタ。
【請求項７】
請求項１に記載の透過波長可変フィルタと、
複数のセンサが配列されたセンサアレイであって、前記透過波長可変フィルタを透過した光を受光するセンサアレイと、
を備えることを特徴とする分光測光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分光測光装置において、
拡散部材をさらに備え、
前記拡散部材によって拡散された光を前記透過波長可変フィルタへ導くことを特徴とする分光測光装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の分光測光装置において、
前記透過波長可変フィルタは、前記第１の方向の一方の端から他方の端に向かって透過波長が短く変化する透過波長可変フィルタが２つに切断され、該切断後の２つの透過波長可変フィルタ双方の長波長側の断面が互いに接合されており、
前記透過波長可変フィルタの前記接合の位置が前記センサアレイ上で隣接するセンサ間に対応するように前記透過波長可変フィルタおよび前記センサアレイが配設されていることを特徴とする分光測光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過波長可変フィルタ、該フィルタを用いた分光測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサが配列されているセンサアレイ（以後ラインセンサと呼ぶ）へ透過波長可変フィルタを通した光を導き、該ラインセンサ上の各センサに異なる波長成分の光を受光させる分光測光装置が知られている（特許文献１参照）。一般に、上記分光測光装置への光は、レンズなどの光学系を介して入射される。このため、上記レンズの光軸の近傍位置では透過波長可変フィルタへの入射光が略垂直であるのに対し、上記レンズの光軸から離れた位置では上記透過波長可変フィルタへの入射光が斜めになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
透過波長可変フィルタは、光が斜めに入射された場合に略垂直に入射された場合に比べて透過波長が短波長側にシフトするという性質を有する。これにより、ラインセンサ上の各センサのうち、斜めに入射された光を受光したセンサにおいて波長分解能が悪くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明による透過波長可変フィルタは、フィルタが形成される面内の第１の方向に沿って透過波長が異なる透過波長可変フィルタであって、所定位置から第１の方向の両端へ向かってそれぞれ透過波長が短く変化することを特徴とする。
本発明による分光測光装置は、請求項１に記載の透過波長可変フィルタと、複数のセンサが配列されたセンサアレイであって、透過波長可変フィルタを透過した光を受光するセンサアレイと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、波長分解能の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態による分光測光装置の要部を例示する図である。
【図２】透過波長可変フィルタを例示する図である。
【図３】透過波長可変フィルタの略中央における透過波長特性を例示する図である。
【図４】透過波長可変フィルタの加工を例示する図である。
【図５】ラインセンサの詳細を説明する図である。
【図６】本実施形態による分光特性を例示する図である。
【図７】従来技術による分光特性を例示する図である。
【図８】図７の透過波長可変フィルタを有する分光測光装置の断面図である。
【図９】Ａセンサで受光される波長成分を例示する図である。
【図１０】Ｌセンサで受光される波長成分を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による分光測光装置の要部を例示する図である。図１において、ラインセンサ４に重ねて透過波長可変フィルタ(LVF:Linear Variable Filter)２が配設される。透過波長可変フィルタ２の詳細については後述する。
【０００９】
ラインセンサ４には、有効受光範囲が１mm×２mmの１２個の受光センサ４１が２mmピッチで並べて配設されている。各受光センサ４１は、たとえば、所定波長範囲（たとえば、３００nm〜８００nmを含む）で所定の受光感度を有する。ラインセンサ４は、たとえば２０mm×３０mmのサイズに構成され、ほぼ同サイズの透過波長可変フィルタ２が受光センサ４１を覆うように間隔０．５mmで配設される。
【００１０】
透過波長可変フィルタ２には、分光測光装置が分光する試料光が拡散部材５を介して入射される。図１において、拡散部材５の上方から試料光が入射される。拡散部材５の直径は、たとえば３０mmφであり、拡散部材５とラインセンサ４の間隔は４０mmである。
【００１１】
透過波長可変フィルタ２の詳細について説明する。透過波長可変フィルタ２Ｂ（図２）を加工したものである。加工前の透過波長可変フィルタ２Ｂは、スパッタリング法によりＢＫ７基板にＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２の多層膜を成膜したものである。図２は、成膜された基板を２０mm×３０mmのサイズに切り出した透過波長可変フィルタ２Ｂを例示する図である。図２において、左右方向の左端から右端へ向けて透過中心波長が徐々に長く変化している。
【００１２】
具体的には、左端の透過中心波長が３５０nmであり、略中央に向けて透過中心波長が線形に変化する。図３は、透過波長可変フィルタ２Ｂの略中央における透過波長特性を例示する図である。図３において、横軸は波長(nm)を表し、縦軸は透過率を表す。図３によれば、透過中心波長は５５０nmである。透過波長可変フィルタ２Ｂはさらに、略中央から右端へ向けて透過中心波長が線形に変化し、右端の透過中心波長が７１０nmである。
【００１３】
図２の透過波長可変フィルタ２Ｂを略中央で切断し、透過中心波長が３５０nm〜５５０nmの透過波長可変フィルタ２１と、透過中心波長が５５０nm〜７１０nmの透過波長可変フィルタ２２とに分割する。そして、透過波長可変フィルタ２１の５５０nm端と、透過波長可変フィルタ２２の７１０nm端とを図４に例示するように接合する。接合面は、たとえば遮光部材を挟んで双方のフィルタ間で光が漏れないようにする。
【００１４】
図５は、ラインセンサ４の詳細を説明する図である。上述したように、有効受光範囲が１mm×２mmの１２個の受光センサが２mmピッチで配設される。たとえば、センサ列の左からＡ，Ｂ，Ｃ，…で表すと、右端のセンサはＬである。各センサには、図４に例示した波長可変フィルタ２を通して光が入射されるので、Ａセンサでは波長４１０nm近傍の光が受光される。
【００１５】
また、Ｂセンサでは波長４３５nm近傍の光が受光される。以降同様に、Ｃセンサでは波長４６０nm近傍の光が受光される。Ｄセンサでは波長４８５nm近傍の光が受光される。Ｅセンサでは波長５１０nm近傍の光が受光される。Ｆセンサでは波長５３５nm近傍の光が受光される。
【００１６】
略中央より右側に位置するＧセンサでは、波長６９０nm近傍の光が受光される。以降同様に、Ｈセンサでは波長６６５nm近傍の光が受光される。Ｉセンサでは波長６４０nm近傍の光が受光される。Ｊセンサでは波長６１５nm近傍の光が受光される。Ｋセンサでは波長５９０nm近傍の光が受光される。Ｌセンサでは波長５６５nm近傍の光が受光される。このように、ラインセンサ４の中央から離れるにつれて、短い波長成分の光が受光される。
【００１７】
なお、透過波長可変フィルタ２の接合面の位置は、ラインセンサ４のセンサ列のうち隣接センサ間（図５の例ではＦセンサおよびＧセンサの間）に対応させる。これにより、接合部分による波長分解能の低下を防止できる。
【００１８】
＜本実施形態の分光特性例＞
図６は、本実施形態による分光特性を例示する図であり、横軸は波長(nm)を表し、縦軸は透過率を表す。曲線Ａ〜曲線Ｌは、それぞれＡセンサ〜Ｌセンサの出力を示す。図６によれば、各センサに異なる波長成分の光が受光されている。Δλ/λ（Δλは半値幅）を算出すると、たとえば、４００nm付近で０．０３９５、５５０nm付近で０．０３７５、７００nm付近で０．０３２７である。
【００１９】
＜従来の分光特性例＞
図７は、従来技術による分光特性を例示する図であり、図１の透過波長可変フィルタ２に代えて、加工前の透過波長可変フィルタ２Ｂをラインセンサ４上に配設した場合に得られる分光特性である。図６の場合に比べて、曲線Ｇ〜曲線Ｌ、すなわち、Ｇセンサ〜Ｌセンサの出力が異なる。図７からΔλ/λ（Δλは半値幅）を算出すると、たとえば、４００nm付近で０．０３９５、５５０nm付近で０．０３４０、７００nm付近で０．０４３２である。長い波長成分ほどΔλ/λが悪いのは、本来受光すべきでない短波長成分が入り込むからである。
【００２０】
この理由は、薄膜の透過波長可変フィルタは、光が斜めに入射されると、略垂直に入射された場合に比べて透過波長が短波長側にシフトするためである。この場合、斜入射での短波長側へのシフトの影響は、透過波長の長波長側において顕著となる。
【００２１】
短波長側へのシフトが透過波長の長波長側ほど大きくなる理由について、図８を参照して説明する。図８は、図７の透過波長可変フィルタ２Ｂを有する分光測光装置の断面図である。図８において、左側が短波長側、右側が長波長側に相当する。
【００２２】
ラインセンサ４は、拡散部材５を通り、次いで透過波長可変フィルタ２Ｂを透過した光を受光するので、ラインセンサ４に入射する光の角度は図８に示すようになる。Ａセンサ〜Ｌセンサのいずれも、拡散部材５の周辺から透過波長可変フィルタ２Ｂを斜めに透過した光を受光する。このうち、両端のＡセンサおよびＬセンサには、反対側から入射した光が大きな角度で入射する。
【００２３】
最も短波長側のＡセンサには、λ１短〜λ１長までの波長成分の光が透過波長可変フィルタ２Ｂを透過して受光される。Ａセンサは透過波長可変フィルタ２Ｂの短波長側に配置されているので、λ１短の波長成分の光は拡散部材５の左端からフィルタ２Ｂを通り、Ａセンサの左端へ入射する光となる。一方、λ１長の波長成分の光は拡散部材５の右端からフィルタ２Ｂを通り、Ａセンサの右端へ入射する光となる。図８には上記のλ１短とλ１長の光路がそれぞれ示されており、いずれの光も垂直からずれた角度で入射しているが、その垂直入射の場合との入射角度の差は、λ１長の方がλ１短に比べて著しく大きい。これにより、斜め入射された波長成分λ１長の短波長側へのシフト量Δ２は、斜入射された波長成分λ１短のシフト量Δ１より大きくなる。
【００２４】
図９は、Ａセンサで受光される波長成分を例示する図であり、横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。図９において実線で示す曲線９１、曲線９２は、それぞれ斜め入射された波長成分λ１短と、斜め入射された波長成分λ１長によるものである。破線で示す曲線９１’、曲線９２’は、垂直入射された場合に受光される波長成分を例示したものである。図９によれば、垂直入射されていれば破線で示す曲線９１’および曲線９２’のように受光される波長成分の光が、斜入射されることによって短波長側へシフトされ、実線で示す曲線９１および曲線９２のように受光されていることを示す。短波長側（Ａセンサ側）においては、最も大きな入射角となる波長成分λ１長の光は、短波長側へシフトした結果、波長成分λ１短へ近づくことになるので、Ａセンサで受光する光の分布は、垂直入射の場合に比べてさほど変わらない。
【００２５】
最も長波長側のＬセンサには、λ２短〜λ２長までの波長成分の光が透過波長可変フィルタ２Ｂを透過して受光される。Ｌセンサは透過波長可変フィルタ２Ｂの長波長側に配置されているので、λ２短の波長成分の光は拡散部材５の左端からフィルタ２Ｂを通り、Ｌセンサの左端へ入射する光となる。一方、λ２長の波長成分の光は拡散部材５の右端からフィルタ２Ｂを通り、Ｌセンサの右端へ入射する光となる。いずれの光も垂直からずれた角度で入射しているが、その垂直入射の場合との入射角度の差は、λ２短の方がλ２長に比べて著しく大きい。これにより、斜め入射された波長成分λ２短の短波長側へのシフト量Δ１は、斜入射された波長成分λ２長のシフト量Δ２より大きくなる。
【００２６】
図１０は、Ｌセンサで受光される波長成分を例示する図であり、横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。図１０において実線で示す曲線１０１、曲線１０２は、それぞれ斜め入射された波長成分λ２短と、斜め入射された波長成分λ２長によるものである。破線で示す曲線１０１’、曲線１０２’は、垂直入射された場合に受光される波長成分を例示したものである。図１０によれば、垂直入射されていれば破線で示す曲線１０１’および曲線１０２’のように受光される波長成分の光が、斜入射されることによって短波長側へシフトされ、実線で示す曲線１０１および曲線１０２のように受光されていることを示す。長波長側（Ｌセンサ側）においては、最も大きな入射角となる波長成分λ２短の光は、大きく短波長側へシフトする結果、波長成分λ２長から離れることになるので、Ｌセンサで受光する光の分布は、垂直入射の場合に比べて短波長側へ広がった分布となる。
【００２７】
以上説明したように、透過波長の長波長側（センサＬ）ほど、斜入射による分布の広がりの影響を受けやすい。この結果、ラインセンサ４上の受光センサ４１のうち、ラインセンサ４の周辺部（略中央より右側）に位置する受光センサ（すなわち、透過波長可変フィルタ２Ｂへ斜めに入射された光を受光するセンサ）において、本来受光すべき波長成分に加えて、短波長成分の光を受光してしまう。
【００２８】
そこで、本実施形態では、ラインセンサ４の周辺部（略中央より右側）に位置する受光センサには、ラインセンサ４の略中央部に位置する受光センサ（すなわち、透過波長可変フィルタへ略垂直に入射された光を受光するセンサ）より短波長の光を受光させる。ラインセンサ４の中央部から離れるほど受光波長が短くなるように構成することで、本来受光すべき波長成分以外の短波長成分の光の回り込みを抑えられる。
【００２９】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）透過波長可変フィルタ２は、フィルタが形成される面内の第１の方向（本実施形態では長手方向）に沿って透過波長が異なる透過波長可変フィルタであって、所定位置（中央）から長手方向の両端へ向かってそれぞれ透過波長が短く変化するようにした。これにより、透過波長可変フィルタ２の両端部でそれぞれ斜め入射される光束が増える場合でも、上述したように短波長成分の光の回り込みを抑える結果、波長分解能を向上させることができる。
【００３０】
（２）透過波長可変フィルタ２は、長手方向の一方の端から他方の端に向かって透過波長が短く変化する透過波長可変フィルタ２Ｂが２つに切断され、該切断後の２つの透過波長可変フィルタ２１，２２双方の長波長側の断面が互いに接合されている。このような構成とすることで、透過波長可変フィルタ２を容易に作ることができる。また、市販の透過波長可変フィルタ２Ｂを使用することでコスト低減にも有効である。
【００３１】
（３）接合面は遮光処理したので、接合部分を通した波長成分の光の回り込みを抑える結果、波長分解能が向上する。
【００３２】
（４）上記（１）の透過波長可変フィルタ２と、複数のセンサ４１が配列されたセンサアレイであって、透過波長可変フィルタ２を透過した光を受光するセンサアレイ４と、を分光測光装置に備えたので、波長分解能が向上する。
【００３３】
（５）上記（４）の分光測光装置は拡散部材５をさらに備え、拡散部材５によって拡散された光を透過波長可変フィルタ２へ導くようにしたので、透過波長可変フィルタ２の両端部で斜め入射される光束を抑えることができる。
【００３４】
（６）透過波長可変フィルタ２の接合の位置がセンサアレイ４上で隣接するセンサ間に対応するように、透過波長可変フィルタ２およびセンサアレイ４を配設したので、接合部分による波長分解能の低下を防止できる。
【００３５】
上述した説明では、透過波長可変フィルタ２Ｂを略中央で切断、接合して透過波長可変フィルタ２を作成する例を説明したが、切断位置は必ずしも長手方向の略中央でなくてもよい。
【００３６】
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。たとえば、薄膜材料としてＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２の多層膜を例示したが、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の多層膜でもよい。また、ＨｆＯ２とＳｉＯ２の多層膜にしてもよい。
【００３７】
上述した説明では、波長範囲が約４００nm〜約７００nmの可視光用を例示したが、約３００nm〜約４００nmのＵＶ用、約７００nm〜約１５００nmのＩＲ用としても構わない。
【符号の説明】
【００３８】
２、２Ｂ…透過波長可変フィルタ
４…ラインセンサ
５…拡散部材
２１、２２…切断された透過波長可変フィルタ
４１…受光センサ
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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