(57)【要約】【課題】透過波長可変フィルタを用いて、高い波長分解能を有する分光測光装置を提供する。【解決手段】入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、光が入射する面内の第１の方向に沿って透過波長が変化する第１の透過波長可変フィルタと、光が入射する面内の第２の方向に沿って透過波長が変化する第２の透過波長可変フィルタを有し、前記第１及び第２の透過波長可変フィルタを所定の間隔を隔てて、かつ、前記第１の方向と前記第２の方向が略平行となるように設置する。分光測光装置であって、前記光学部品と、前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイを備える。【選択図】  図１
2011253078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、
光が入射する面内の第１の方向に沿って透過波長が変化する第１の透過波長可変フィルタと、
光が入射する面内の第２の方向に沿って透過波長が変化する第２の透過波長可変フィルタを有し、
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタを所定の間隔を隔てて、かつ、前記第１の方向と前記第２の方向が略平行となるように設置した光学部品。
【請求項２】
更に、前記第１及び第２の透過波長可変フィルタの間に設けられ、これらの間を前記所定の間隔に保持するスペーサを有する請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタが、バンドパスフィルタである請求項１または２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタが、基板と、該基板上に形成された多層積層膜を有する光干渉フィルタである請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項５】
前記多層積層膜が、ＳｉＯ２及びＮｂ２Ｏ５の多層積層膜である請求項４に記載の光学部品。
【請求項６】
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタは、前記第１及び第２の方向に沿って、それぞれ、透過波長が連続的に変化する透過波長可変フィルタである請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項７】
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタが、同一の透過波長可変フィルタである請求項１〜６いずれか一項に記載の光学部品。
【請求項８】
前記第１の透過波長可変フィルタの光が入射する面と、前記第２の透過波長可変フィルタの基板は対向しており、
前記第１及び第２の透過波長可変フィルタの間における、前記光が透過する空間には、前記第２の透過波長可変フィルタの基板よりも低い屈折率を有する物質が存在する請求項４に記載の光学部品。
【請求項９】
前記低い屈折率を有する物質が、空気である請求項８に記載の光学部品。
【請求項１０】
前記スペーサが、前記所定の間隔を変更可能である可変スペーサである請求項２に記載の光学部品。
【請求項１１】
入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、
基板と、
前記基板の光が入射する面に、該面内の第１の方向に沿って光の透過波長が変化する第１の多層積層膜と、
前記基板の光出射面に、該出射面内の第２の方向に沿って光の透過波長が変化する第２の多層積層膜を有し、
前記第１の方向と、前記第２の方向が略平行である光学部品。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の前記光学部品と、
前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイを備える分光測光装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の前記光学部品と、
前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイと、
前記光学部品と前記センサアレイとを接合する接着層を備える分光測光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品及び分光測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリズムや回折格子を用いて、センサアレイ上の各センサに異なる波長の光を受光させ、各センサからの出力を測定する分光測光装置が知られている。また、プリズムや回折格子の代わりに、透過波長可変フィルタを用いた分光測光装置も提案されている。透過波長可変フィルタは、プリズムや回折格子と比較して省スペースに設置できるため、分光測光装置を小型化できるという利点がある。また、プリズムや回折格子に光を導く際にはスリットが必要なため光量が減少するが、透過波長可変フィルタにはスリットは不要なので光量は減少しない。
【０００３】
透過波長可変フィルタを用いた分光測光装置では、透過波長可変フィルタとセンサアレイ間の光の伝達が重要である。透過波長可変フィルタの光が入射する面に対して、斜めに入射する光をセンサが受光することで、分光測光装置の波長分解能が悪くなるからである。そのため、透過波長可変フィルタとセンサアレイの間に、ファイバーオプティックスプレートを配置したり（特許文献１参照）、また穴の開いた金属板を用いたりして（特許文献２参照）、センサへ入射する斜め成分の光を除去する、つまりセンサへの入射光をコリメートする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７３２６号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述のセンサへの入射光をコリメートする方法では、光学的効率が不十分であり、またコストも高い等の問題が生じていた。そこで、本発明の目的は、透過波長可変フィルタを用いて、高い波長分解能を有する分光測光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、光が入射する面内の第１の方向に沿って透過波長が変化する第１の透過波長可変フィルタと、光が入射する面内の第２の方向に沿って透過波長が変化する第２の透過波長可変フィルタを有し、前記第１及び第２の透過波長可変フィルタを所定の間隔を隔てて、かつ、前記第１の方向と前記第２の方向が略平行となるように設置した光学部品が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の光学部品と、前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイを備える分光測光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の態様の光学部品によれば、透過波長可変フィルタの光が入射する面に対して斜めに入射する光を除去して、入射光をコリメートできる。これにより、本発明の態様の分光測光装置は、高い波長分解能を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の光学部品の斜視図である。
【図２】（ａ）は、透過波長可変フィルタ及びラインセンサの部分的な断面図であり、（ｂ）は第１の実施形態の光学部品及びラインセンサの部分的な断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の光学部品の部分的な断面図である。
【図４】第２の実施形態の光学部品の斜視図である。
【図５】第２の実施形態の光学部品の部分的な断面図である。
【図６】第３の実施形態の分光測光装置の斜視図である。
【図７】第４の実施形態の分光測光装置の斜視図である。
【図８】実施例に用いた透過波長変換フィルタの中央部分の透過光スペクトルを示す図である。
【図９】実施例において、直径３０ｍｍの白色光源を使用した場合の分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光した透過光スペクトルＡ〜Ｌを示す図である。
【図１０】実施例において、直径６０ｍｍの白色光源を使用した場合の分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光した透過光スペクトルＡ〜Ｌを示す図である。
【図１１】比較例に用いた分光測光装置の斜視図である。
【図１２】比較例において、直径３０ｍｍの白色光源を使用した場合の分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光した透過光スペクトルＡ〜Ｌを示す図である。
【図１３】比較例において、直径６０ｍｍの白色光源を使用した場合の分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光した透過光スペクトルＡ〜Ｌを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態として、入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品について説明する。図１に示すように、本実施形態の光学部品１は、第１の透過波長可変フィルタ１１と、第２の透過波長可変フィルタ１２と、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２を所定の間隔ｄ１を隔てて配置するために用いられるスペーサ１３とから主に構成される。第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は平面形状が矩形の板状部材であり、その４隅に１個ずつ、合計４個のスペーサ１３が配置されている。尚、図１において、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の長手方向を「Ｘ方向」、Ｘ方向と直交する透過波長可変フィルタ１１及び１２の短手方向を「Ｙ方向」、Ｘ及びＹ方向と直交する高さ方向を「Ｚ方向」と定義する。また、図１に示す光学部品の配置において、Ｚ方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品１に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。
【００１１】
「透過波長可変フィルタ」（ＬＶＦ：Ｌｉｎｅｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：以下、ＬＶＦと称することがある）とは、光が入射するとき、その入射する位置によって透過する波長が異なるフィルタを意味する。本実施形態では、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２に、同じＬＶＦを用いた。第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、Ｘ方向と平行な波長変化方向１４に沿って、透過波長が連続的に短波長（λｍｉｎ）から長波長（λｍａｘ）へ変化する。そして、この２枚のＬＶＦを互いの波長変化方向１４が略平行で、かつ、透過光の短波長から長波長への変化の向きが同一となるように所定の間隔ｄ１を隔てて配置した。つまり、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、略同一の波長の光を透過する領域がＺ方向に間を隔てて並んで配置される。
【００１２】
図２（ａ）を用いて、単一の透過波長可変フィルタを用いた場合の問題点について説明する。図２（ａ）では、第１の透過波長可変フィルタ１１の下側に、Ｘ方向に沿って複数の受光センサ２１が配列されたラインセンサ２が配置されており、第２の透過波長可変フィルタは使用していない。尚、図２においても、図１と同様に、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の波長変化方向はＸ方向と平行であり、図２の向かって左から右へ、透過波長は短波長から長波長へ連続的に変化するものとする。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、左端の受光センサ２１ａは、第１の透過波長可変フィルタ１１における波長λnが透過する位置の下側に位置する。第１の透過波長可変フィルタ１１に垂直に入射する垂直入射光ａは、波長λnの成分のみが第１の透過波長可変フィルタ１１を透過し、受光センサ２１ａに入射する。受光センサ２１ａには、第１の透過波長可変フィルタ１１に対して斜めに入射する光も入射する。斜め入射光ｂ１は、第１の透過波長可変フィルタ１１の波長λｍ１の光を透過する位置を透過するので、波長λnより長い波長λｍ１の光も受光センサ２１ａに入射する。この結果、受光センサ２１の受光する光のスペクトル幅が広がりブロードな波形になる。同様に、全ての受光センサ２１において、斜め入射光が入射するので、第１の透過波長可変フィルタ１１のみを用いた分光測光装置の波長分解能は低下する。
【００１４】
一方、図２（ｂ）に示すように、第１の透過波長可変フィルタ１１の上方に、もう１枚のＬＶＦ、第２の透過波長可変フィルタ１２を重ねると、次のような原理で斜め入射光ｂ１の光センサ２１への入射を阻止できる。図２（ｂ）に示すように、斜め入射光ｂ１は、第２の光学フィルタ１２における波長λl１の光を透過する位置を透過するので、波長λl１以外の波長成分が取り除かれる。次に、斜め入射光ｂ１は、第１の光学フィルタ１１の波長λｍ１の光を透過する位置に入射されるが、入射された斜め入射光ｂ１は波長λl１の光からなり、波長λｍ１の光は含まれていないため、第１の透過波長可変フィルタ１１により完全に遮断される。
【００１５】
このように、本実施形態の光学部品１は２枚の透過波長可変フィルタを重ねて用いることにより、斜め入射光を遮断し、フィルタに垂直な光成分のみのほぼ平行な入射光のみを透過させることができる。つまり、光学部品１は、入射光をコリメートしていることになる。
【００１６】
本実施形態の第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、基板と、それら基板の光が入射する面に形成された多層積層膜を有するバンドパスフィルタである。基板上に成膜された多層膜の膜厚は、波長変化方向１４に沿って、図１における左側（λｍｉｎ側）から右側（λｍａｘ側）に向かって厚くなる。すなわち、図示されていないが、光学ガラス基板上に形成された多層積層膜は、光が入射する面に垂直で且つ波長変化方向１４に平行な断面が楔状の断面を有する。第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、このように光学薄膜の膜厚が連続的に変化することで、光の干渉により透過波長が連続的に変化するタイプのフィルタ（光干渉フィルタ）である。
【００１７】
基板としては、ＢＫ７、合成石英ガラス等、従来から光学ガラス基板として知られている市販品を用いることができる。多層積層膜としては、ＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５の多層積層膜、Ｔａ２Ｏ５とＳｉＯ２の多層積層膜、ＨｆＯ２とＳｉＯ２の多層積層膜、ＺｎＳとクリオライト（Ｎａ３ＡｌＦ６）の多層積層膜、ＧｅとＺｎＳの多層積層膜等を用いることができる。成膜方法としては、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＬＤ法（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等、知られた方法を用いることができる。
【００１８】
本実施形態の第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は多層積層膜を有する構造であるが、他に公知の構造のＬＶＦも使用可能である。例えば、エタロン型、メタル誘電体フィルタ等である。本実施形態では、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２に、２枚の同一の透過波長可変フィルタを用いているが、異なる構造のＬＶＦを1枚ずつ用いてもよい。また、本実施形態の波長変化方向１４は、Ｘ方向と平行な直線方向であるが、円周、螺旋、曲線に沿う方向であっても良い。
【００１９】
第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、所定の間隔ｄ１を隔てて配置される。間隔ｄ１を狭めると装置の省スペース化が図れるが、斜め入射光を遮断する効果が低下する。第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２を密着させてしまうと、単一の透過波長可変フィルタを用いた場合と等価になるので、間隔ｄ１を隔てて２枚を配置する。反対に、間隔ｄ１を広く取ると斜め入射光を遮断する効果は向上する一方で、センサアレイに入射する光量が少なくなる。したがって、間隔ｄ１は、本実施形態の光学部品１が要求される特性によって、また、光学部品１と組み合わせて用いるセンサアレイ等のセンサ幅、特性等に基づいて、任意に設定され得る。
【００２０】
第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、同一の波長を透過する領域がＺ方向に並んで配置される。また、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２は、それらの光が入射する面が略平行であることが好ましい。これにより、光学部品１に垂直入射した光の特定波長成分が、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２を共に透過することができる。尚、これらの平行及び位置合わせは、厳密なものではなく、光学部品１が要求される特性によって、また、光学部品１と組み合わせて用いるセンサアレイ等のセンサ幅、特性等を考慮し、ある程度の誤差範囲が許容される。
【００２１】
本実施形態では、第１及び第２の透過波長可変フィルタを所定の間隔ｄ１を隔てて設置するために、スペーサ１３を用いた。スペーサ１３としては、第１及び第２の透過波長可変フィルタの間隔を維持できるものであれば、どのような構造及び形状のものでもよい。本実施形態では４個のスペーサを用いたが、Ｙ方向に延在する棒状のスペーサでもよい。スペーサ１３の材料としては、金属、セラミック、プラスチック等を用いることができる。また、例えば、圧電素子やネジ構造を有するスペーサ等、Ｚ方向の長さが可変である可変スペーサを用いることもできる。この場合、光学部品１に要求される性能に応じて間隔ｄ１の大きさを任意に調整することができる。また、スペーサ１３の代わりに、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間に光透過性の接着剤等の充填物を充填又は設置し、それによって、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２を所定の間隔を隔てて配置してもよい。この場合、充填物は、後述するように第２の透過波長可変フィルタ１２の基板よりも低い屈折率を有することが好ましい。あるいは、スペーサに代えて、第１及び第２の透過波長可変フィルタを間隔ｄ１を隔てて保持するホルダを用いてもよい。
【００２２】
光学部品１において、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間の入射光が透過する空間には、第２の透過波長可変フィルタ１２の基板よりも低い屈折率を有する物質が存在することが好ましい。本実施形態では、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間には、空気（基板よりも低い屈折率を有する）が存在している。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、上述の空間の屈折率と、本実施形態の光学部品の光学特性との関係について説明する。図３（ａ）に示すように、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間の入射光が透過する空間１６の屈折率ｎｂが、第２の透過波長可変フィルタ１２の基板１５の屈折率ｎａより小さい場合（ｎａ＞ｎｂ）、斜め入射光ｂ２は基板１５と空間１６との界面に入射する入射角より、界面から出射する出射角の方が大きくなる。このとき、斜め入射光ｂ２は第２の透過波長可変フィルタ１２の波長λl２の光を透過する位置を通り、第１の透過波長可変フィルタ１１の波長λｍ２の光を透過する位置に入射する。波長λl２と波長λｍ２との差をΔλ２とする。同様に、図３（ｂ）に示すように、基板１５の屈折率ｎａが、空間１６の屈折率ｎｂと等しい場合（ｎａ＝ｎｂ）、斜め入射光ｂ３は直進して、すなわち、界面での入射角と出射角を等しくして、第１の透過波長可変フィルタ１１に入射する。このとき、斜め入射光ｂ３は第２の透過波長可変フィルタ１２の波長λl３の光を透過する位置を通り、第１の透過波長可変フィルタ１１の波長λｍ３の光を透過する位置に入射する。λl３とλｍ３との差をΔλ３とする。Δλ２とΔλ３とを比較すると、入射光ｂ２の方が入射光ｂ３よりも出射角（屈折角）が大きいので、Δλ２も大きくなる。この差が大きいほど、より垂直に近い斜め入射光成分まで除去できるので、図（ａ）に示すｎａ＞ｎｂの場合の方が、図（ｂ）に示すｎａ＝ｎｂの場合より、透過光のコリメート性に優れる。このことから、Δｎ＝ｎａ−ｎｂが大きい程、狭い間隔ｄ１でもコリメート性を向上できることがわかる。
【００２４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の光学部品の第２の実施形態について説明する。図４に示すように、光学部品３は、厚さｄ２の矩形の板状のガラス基板１３の両面に、第１の多層積層膜３１、第２の多層積層膜３２がそれぞれ設けられている。図４において、光学ガラス基板３３の長手方向を「Ｘ方向」、Ｘ方向と直交するガラス基板３３の短手方向を「Ｙ方向」、Ｘ及びＹ方向と直交するガラス基板３３の厚み方向を「Ｚ方向」と定義する。また、図４に示す光学部品の配置においてＺ方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品３に対して光は上側から入射して下側へ透過する、つまり第２の多層積層膜３２側から入射して第１の多層積層膜３１側へ透過するものとする。
【００２５】
ガラス基板３３上に成膜された第１及び第２の多層積層膜３１及び３２は、同一の構成の多層積層膜である。それらの膜厚は、Ｘ方向に平行な波長変化方向３４に沿って、図４における左側（λｍｉｎ側）から右側（λｍａｘ側）に向かって厚くなる。すなわち、図示されていないが、ガラス基板３３の両面に形成された多層積層膜は、光が入射する面に垂直で且つ波長変化方向３４に平行な断面が楔状の断面を有する。第１及び第２の多層積層膜３１及び３２は、このように膜厚が連続的に変化することで、光の干渉により透過波長が連続的に変化するタイプの膜（光干渉膜）である。
【００２６】
多層積層膜３１及び３２は、それらの波長変化方向３４が略平行で、かつ、基板３３を挟んでＺ方向の同一直線上の膜厚が略同一になるように成膜されている。つまり、ガラス基板３３の両面には、Ｚ方向の同一直線上に、略同一の波長の光を透過する多層積層膜が形成されている。
【００２７】
本実施形態の光学部品３は、上述の光学部品１と同様に斜め入射光をカットし、透過光をコリメートする効果を奏する。本実施形態の第１の多層積層膜３１及び第２の多層積層膜３２は、第１の実施形態の第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２と同様の働きをする。図５に示すように、斜め入射光ｂ４は、まず、第２の多層積層膜３２における波長λl４の光を透過する位置を透過するので、波長λl４以外の波長成分が取り除かれる。次に、第１の多層積層膜３１の波長λｍ４の光を透過する位置に入射されるが、斜め入射光ｂ４には波長λｍ４の光は含まれていないため、斜め入射光ｂ４は第１の多層積層膜３１により完全に除去される。
【００２８】
光学部品３は、ガラス基板３３と第１の多層積層膜３１からなるバンドパスフィルタと、同じく共通のガラス基板３３と第２の多層積層膜３２からなるバンドパスフィルタが、組み合わされたものとみることができる。また、光学部品３は、第１の実施形態における、スペーサ１３の代わりに、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間に、第２の透過波長可変フィルタの基板１５と同材料の充填物を充填した形態とみることもできる。本実施形態の光学部品３は、構造が単純で製造が容易であり、しかも機械的強度が高い。また、基板の一方の面に多層積層膜を有する通常のＬＶＦでは、多層積層膜を有さない他方の面に反射防止膜を設ける必要があるが、本実施形態の光学部品３は、基板の両面に多層積層膜が設けられているので、反射防止膜を設ける必要がない。そのため、光学部品３は透過率が高く、また低コストである。更に、基板の両面に多層積層膜が形成されているので、光学部品３はアライメントの必要もない。
【００２９】
本実施形態において、ガラス基板、多層積層膜の材料、多層膜の成膜方法、波長変化方向の向き等は、第１の実施形態の光学部品１を製造する場合と同様にすることができる。
【００３０】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態として、第１の実施形態の光学部品１を用いた分光測光装置について説明する。図６に示すように、本実施形態の分光測光装置４は、第１の実施形態の光学部品１と、複数の受光センサ２１を有するラインセンサ２とから主に構成される。ここで、図６において、図１と同様に、第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の長手方向を「Ｘ方向」、Ｘ方向と直交する透過波長可変フィルタ１１及び１２の短手方向を「Ｙ方向」、Ｘ及びＹ方向と直交する方向を「Ｚ方向」と定義する。また、図６に示す分光測光装置の配置において、Ｚ方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品１に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。ラインセンサ２は、光学部品１の下側に設置され、各受光センサ２１が光学部品１を透過した光を受光する。
【００３１】
複数の受光センサ２１は、Ｘ方向に沿って、つまり第１及び第２の透過波長可変フィルタ１１及び１２の波長変化方向１４に沿って、ラインセンサ２上に配列される。各受光センサ２１には、光学部品１により、斜め入射光成分が除去され、コリメートされた光が入射する。したがって、各受光センサ２１で受光する光の波長分布は狭く（ピーク幅は狭く）、本発明の分光測光装置４は波長分解能が高い。
【００３２】
また、本実施形態の分光測光装置４では、各受光センサ２１で受光する光のスペクトル強度がほぼ一定になり、波長による受光強度分布が均一となる。これにより、各受光センサ２１の感度校正が不要、若しくは容易になる。更に、光学部品１を透過した光は略平行光であり斜め入射光成分が除去されているので、光学部品１とラインセンサ２の距離を任意にとることができる。
【００３３】
尚、本実施形態では、複数の受光センサがライン状に配置されたラインセンサを用いたが、光学部品と組み合わせるセンサは、ラインセンサに限らず、複数の受光センサを有するセンサアレイを使用できる。複数の受光センサの配置は、光学部品の波長変化方向の向きに応じて適宜設計することが可能である。
【００３４】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態として、第２の実施形態の光学部品３を用いた分光測光装置について説明する。図７に示すように、本実施形態の分光測光装置５は、第２の実施形態の光学部品３と複数の受光センサ２１を有するラインセンサ２とから主に構成される。図７に示す分光測光装置の配置において、Ｚ方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品５に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。ラインセンサ２は、光学部品３の下側に設置され、各受光センサ２１が光学部品３を透過した光を受光する。上述のように光学部品３は、第１の実施形態の光学部品１と同様の効果を奏するので、本実施形態の分光測光装置５も、第３の実施形態の分光測光装置４と同様の効果を奏し、波長分解能が高い。
【００３５】
尚、本実施形態において、光学部品３と受光センサ２１の間に接着剤を充填して、接着剤によりこれらを密着させてもよい。つまり、光学部品３と受光センサ２１を接着剤を含む接着層を介して接合してもよい。接着層を介して接合することで、光学部品３と受光センサ２１の間の空間に異物が侵入することを防止できる。接着層に含まれる接着剤は、例えば、エポキシ樹脂系室温硬化型接着剤であるセメダイン（登録商標）１５６５（セメダイン社製）、紫外線硬化型接着剤であるＮＯＡ６１（ノーランド社製）、ＵＴ２０（アーデル社製）及びＯＰ１０４５（電気化学工業製）等が挙げられる。また、光学部品３と受光センサ２１を接着剤により密着させる場合、接着層の厚み、すなわち、光学部品３と受光センサ２１との間の距離は、１〜５０μｍとすることができる。
【００３６】
以下、実施例を用いて本発明の説明をする。
【実施例】
【００３７】
上述した実施形態の光学部品及び分光測光装置について、光学特性のシミュレーションを以下のように行った。
＜透過波長可変フィルタについて＞
透過波長可変フィルタとして、ＢＫ７からなる光学ガラス基板上にＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２からなる多層積層膜が形成されたバンドパスフィルタを以下の方法により作製する。
【００３８】
光学ガラス基板上の多層積層膜の形成は、以下のように行う。まず、スパッタリング装置のチャンバ内に設置された、回転可能な円板状の基板ホルダに、光学ガラス基板を設置する。スパッタリング用のターゲットとしてＮｂ金属とＳｉ半導体をチャンバ内に設置し、更に、ターゲットと光学ガラス基板の間には、光学ガラス基板上に形成される膜の膜厚が、基板ホルダの半径方向に順次変化するような膜厚補正板を設置する。
【００３９】
そして、チャンバ内にＡｒガスとＯ２ガスを導入し、基板ホルダを回転しながら、光学ガラス基板上にＮｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜を成膜して、これらの多層積層膜を形成する。膜厚補正板を調整して多層積層膜中の各膜厚を制御することにより、基板ホルダの半径方向に沿って、透過する光の波長が線形に変化する多層積層膜を形成できる。基板ホルダの基準半径位置（本実施例では、基板ホルダの中心から８５ｍｍの位置）において、多層積層膜が形成された光学ガラス基板は、中心波長５８０ｎｍの光を透過し、基準半径位置を中心に−１１ｍｍ（基準半径位置から基板ホルダの円周へ向かう方向へ１１ｍｍ）の位置では中心波長が３８０ｎｍ、＋１１ｍｍ（基準半径位置から基板ホルダの中心へ向かう方向へ１１ｍｍ）の位置では中心波長が７８０ｎｍの光を透過する。
【００４０】
次に、多層積層膜が形成された基板を１５ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切り出し、透過波長可変フィルタが得られる。このとき、透過波長可変フィルタは、長辺（３０ｍｍの辺）と平行な方向に波長が変化し、長辺の略中央部の位置（長辺の両端から１５ｍｍの位置）における透過光の中心波長が、５８０ｎｍになるようにする。つまり、長辺と平行な方向を透過波長可変フィルタの波長変化方向とする。本実施例の透過波長可変フィルタの略中央部における透過波長特性を図８に示す。透過波長可変フィルタの略中央部の位置を「０」とし、略中央部より透過波長が短くなる方向に１１ｍｍ離れた位置を「−１１ｍｍ」、略中央部より透過波長が長くなる方向に１ｍｍ離れた位置を「＋１ｍｍ」、１１ｍｍ離れた位置を「＋１１ｍｍ」とする。それぞれの位置における透過光の中心波長は、−１１ｍｍにおいて３８０ｎｍ、＋１ｍｍにおいて５９８ｎｍ及び＋１１ｍｍにおいて７８０ｎｍである。
【００４１】
＜光学部品について＞
上で説明した透過波長可変フィルタ２枚を用いて、図１に示す光学部品１を製造する。まず、一方の透過波長可変フィルタ（以下、「第１の透過波長可変フィルタ１１」とする）の多層積層膜形成面と、他方の透過波長可変フィルタ（以下、「第２の透過波長可変フィルタ１２」とする）の基板面を対向させる。このとき、それぞれのフィルタの波長変化方向１４を平行に、つまり、長辺を平行に配置した。また、各フィルタにおける光の透過波長の変化の方向、つまり短波長から長波長への変化の方向も一致させる。これにより、２枚の透過波長可変フィルタにおける略同一の波長の光を透過する領域が対向する。次に、２枚のフィルタ１１及び１２の間であって、これらの矩形のフィルタ１１及び１２の４隅に、合成石英ガラス製の高さ５ｍｍのスペーサ１３を１個ずつ合計４個配置し、スペーサを介して２枚のフィルタを接続して光学部品１を完成させる。
【００４２】
本実施例では、スペーサ１３により、２枚の透過波長可変フィルタ１１及び１２の間の距離は５ｍｍに保持され、２枚のフィルタの間の光が透過する空間には、光学ガラス基板（ｎ＝１．５２）より低い屈折率を有する空気（ｎ＝１）が存在する。
【００４３】
＜分光測光装置について＞
上で説明した光学部品をラインセンサの上に配置して、図６に示す分光測光装置４を作製する。ラインセンサ２は、透過波長可変フィルタ１１及び１２とほぼ同サイズの矩形であり、その長辺の中心から−１１ｍｍ〜＋１１ｍｍの間に、１ｍｍ×２ｍｍの受光センサが２ｍｍピッチで１２個並んでいるものを用いる。
【００４４】
光学部品１の第１の透過波長可変フィルタ１１の基板面と、ラインセンサ２の受光センサ２１が配列されている面を対向させ、それぞれの中心を位置合わせし、それらの間を０．５ｍｍ離して配置して分光測光装置を作製する。図６において、光学部品１における光の透過波長は、波長変化方向１４に沿って左から右へ、短波長から長波長へ線形に変化しており、ラインセンサの１２個の受光センサを左からＡ、Ｂ、Ｃ、…Ｌとする。受光センサＡ、Ｇ及びＬは、それぞれ、透過波長可変フィルタ１１における約−１１ｍｍ、約＋１ｍｍ及び約＋１１ｍｍの位置の下に位置する。
【００４５】
＜光学部品及び分光測光装置の光学特性シミュレーション結果＞
上で説明した分光測光装置４のラインセンサ２から４０ｍｍ上方（図６における上側）に、直径３０ｍｍの白色光源を設置し、そこから白色光を照射して、その光を分光測光装置４で測定する場合のシミュレーションを行った。分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光する透過光スペクトルＡ〜Ｌについて、シミュレーション結果を図９に示す。また、白色光源の大きさを直径６０ｃｍにして、同様のシミュレーションを行った。直径６０ｍｍの白色光源の場合のシミュレーション結果を図１０に示す。更に、受光センサＡ、Ｇ及びＬにおける、透過光ペクトルの中心波長λ０と、透過光スペクトルの半値幅Δλを中心波長λ０で除した値、Δλ／λ０を表１に示す。λ０及びΔλ／λ０の両値は、白色光源の直径が変わっても、共に表１に示す値であり変化しなかった。Δλ／λ０は、分光測光装置の分光特性評価の指標となる値であり、その値が小さいほど分光特性が高いことを示す。
【００４６】
【表１】
2011253078.tif 000003
【００４７】
図９及び図１０に示すように、透過光スペクトルが、ＡからＬの順に短波長から長波長へ分離していることから、本実施例の光学部品は、それを透過する白色光を波長ごとに分光することがわかる。
【００４８】
そして、表１からわかるように、光源の直径によらず、透過光スペクトルＡ、Ｇ及びＬの中心波長は設計値と一致し、Δλ／λ０の値は小さく、受光センサの位置によらず、ほぼ一定であった。この場合の設計値とは、透過波長可変フィルタの各位置において、フィルタに対して垂直に入射して透過する光の波長である。また、図９及び図１０からわかるように、白色光源の直径６０ｍｍの方が、全体にやや透過率が低下するが、それ以外は光源の直径によらず、共に各スペクトルＡ〜Ｌのピークはシャープであった。また、ピークの高さ（透過率）は、受光センサの位置および受光波長によらず、略同一であった。
【００４９】
以上の結果から、本実施例の光学部品は入射光の斜め成分を除去し、入射光をコリメートしてラインセンサ側へ透過させることがわかる。斜め入射光を除去することにより、透過光スペクトルＡ〜Ｌの中心波長は設計値と一致し、Δλ／λ０の値が小さくなると考えられる。光源の直径が大きくなると、入射光の斜め入射成分は増加するが、本実施例の光学部品は斜め入射光成分を除去し、入射光をコリメートするので、透過光量はやや低下するが、光源が３０ｍｍのときと同等の分光特性を有することができる。したがって本実施例の分光測光装置は、高い波長分解能を有する。更に、各スペクトルＡ〜Ｌの光量（透過率）が、ほぼ同じ値を示すことから、本実施例の分光測光装置では、各受光センサ間の感度調整等が容易である。
［比較例］
【００５０】
透過波長可変フィルタ１枚のみの分光特性について調べるために、図１１に示すような、透過波長可変フィルタ１枚と、ラインセンサを組み合わせた分光測光装置６の光学特性についてシミュレーションを行った。透過波長可変フィルタ及びラインセンサは、実施例と同様のものを使用できる。分光測光装置６は、実施例の分光測光装置から、第２の透過波長可変フィルタ１２を除いた構成に相当する。図１１において、透過波長可変フィルタ１１における光の透過波長は、波長変化方向１４に沿って左から右へ、短波長から長波長へ線形に変化している。受光センサＡ、Ｇ及びＬは、それぞれ、透過波長可変フィルタ１１における約−１１ｍｍ、約＋１ｍｍ及び約＋１１ｍｍの位置の下に位置する。
【００５１】
＜透過波長可変フィルタ及び分光測光装置の光学特性シミュレーション結果＞
上で説明した分光測光装置６のラインセンサ２から４０ｍｍ上方（図１１における上側）に、直径３０ｍｍの白色光源を設置し、そこから白色光を照射して、その光を分光測光装置で測定する場合のシミュレーションを行った。分光測光装置の各受光センサＡ〜Ｌが受光する透過光スペクトルＡ〜Ｌについて、シミュレーション結果を図１２に示す。また、白色光源の大きさを直径６０ｃｍにして、同様のシミュレーションを行った。直径６０ｍｍの白色光源を使用した場合のシミュレーション結果を図１３に示す。更に、受光センサＡ、Ｇ及びＬにおける、透過光ペクトルの中心波長λ０と、透過光ペクトルの半値幅Δλを中心波長λ０で除した値、Δλ／λ０を直径３０ｍｍの白色光源を使用した場合について表２に、直径６０ｍｍの白色光源を使用した場合について表３にそれぞれ示す。
【００５２】
【表２】
2011253078.tif 000004
【００５３】
【表３】
2011253078.tif 000005
【００５４】
図１２及び図１３に示すように、透過光スペクトルが、ＡからＬの順に短波長から長波長へ分離していることから、本比較例の透過波長可変フィルタは、それを透過する白色光を波長ごとに分光することがわかる。
【００５５】
しかし、表２及び表３からわかるように、透過光スペクトルＡ〜Ｌの中心波長λ０は設計値よりずれ、Δλ／λ０の値は大きく、受光センサの位置によっても、ばらついた。また、図１２及び図１３からわかるように、透過光スペクトルＡ〜Ｌのそれぞれのピークは実施例と比較してブロードであり、その高さ（透過率）も受光センサの位置および受光波長によって、ばらついていた。また、白色光源の直径３０ｍｍの場合と、直径６０ｍｍの場合とを比較すると、直径６０ｍｍの光源を用いた方が、中心波長λ０の設計値からのずれ幅及びΔλ／λ０の値は大きくなった。
【００５６】
以上の結果から、本比較例の分光測光装置では、入射光の斜め成分が除去されず、そのままラインセンサへ入射することがわかる。これにより、透過光スペクトルＡ〜Ｌの中心波長は設計値からずれ、Δλ／λ０の値が大きくなったと考えられる。光源の直径が大きくなると、入射光の斜め入射成分は増加するので、直径６０ｍｍの光源を用いた方が、直径３０ｃｍの光源を用いたときより、中心波長λ０の設計値からのずれ幅及びΔλ／λ０の値が大きくなったと考えられる。
【００５７】
尚、実施例では、光学部品とラインセンサからなる分光測光装置について説明したが、分光測光装置は、更に拡散板を有していてもよい。拡散板を光学部品の光が入射する面側に設けて、入射光を均一化した状態にすることができる。
【００５８】
また、実施例では、波長範囲が約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの可視光用の光学部品及び分光測光装置について説明したが、これらに用いる透過波長可変フィルタ及びラインセンサ等を適宜選択、製造することにより、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍのＵＶ用、約７００ｎｍ〜約１５００ｎｍのＩＲ用の光学部品及び分光測光装置としても構わない。
【００５９】
更に、以上説明した実施例では、透過波長可変フィルタを２枚用いた光学部品について説明したが、透過波長可変フィルタを３枚以上用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１          光学部品
１１        第１の透過波長可変フィルタ
１２        第２の透過波長可変フィルタ
１３        スペーサ
１４        波長変化方向
１５        基板
１６        空間
２          ラインセンサ
２１        受光センサ
３          光学部品
３１、３２  多層積層膜
３３        ガラス基板
３４        波長変化方向
４、５、６  分光測光装置
【図１】
2011253078.tif 000006
【図２】
2011253078.tif 000007
【図３】
2011253078.tif 000008
【図４】
2011253078.tif 000009
【図５】
2011253078.tif 000010
【図６】
2011253078.tif 000011
【図７】
2011253078.tif 000012
【図８】
2011253078.tif 000013
【図９】
2011253078.tif 000014
【図１０】
2011253078.tif 000015
【図１１】
2011253078.tif 000016
【図１２】
2011253078.tif 000017
【図１３】
2011253078.tif 000018