(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、
前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部とを備え、
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、
前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて斜め入射による迷光を前記第１および第２光学フィルタ素子間から逃がすように配置され、
前記第１および第２光学フィルタ素子は、それぞれ、前記第１方向に沿って入射位置に応じて透過波長の異なるリニアバリアブルフィルタ素子であり、
前記第１光学フィルタ素子は、バンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子であり、
前記第２光学フィルタ素子は、ショートパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子およびロングパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子のうちの少なくとも一方であること
を特徴とする分光ユニット。
【請求項２】
前記第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される前記第２光学フィルタ素子および前記受光部の受光面それぞれに対し傾いて配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の分光ユニット。
【請求項３】
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の前記第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、
前記第１および第２光学フィルタ素子間の距離（空気換算長）をＬ１とし、前記フィルタおよび前記受光部間の距離（空気換算長）をＬ２とし、前記フィルタにおける、前記第１方向および前記被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向に沿った幅をＸ１とし、前記受光部における前記第３方向に沿った幅をＸ２とし、前記第２光学フィルタ素子に入射する前記被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、前記第１および第２光学フィルタ素子間における前記被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度は、下記（１）および（２）の各条件式を満たすこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の分光ユニット。
【数１】
0005835529.tif 000011
【数２】
0005835529.tif 000012
【請求項４】
測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、
前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部とを備え、
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、
前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置され、
前記第１および第２光学フィルタ素子は、前記第１方向に沿って入射位置に応じて透過波長の異なるリニアバリアブルフィルタ素子であり、
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の前記第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、
前記第１および第２光学フィルタ素子間の距離（空気換算長）をＬ１とし、前記フィルタおよび前記受光部間の距離（空気換算長）をＬ２とし、前記フィルタにおける、前記第１方向および前記被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向に沿った幅をＸ１とし、前記受光部における前記第３方向に沿った幅をＸ２とし、前記第２光学フィルタ素子に入射する前記被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、前記第１および第２光学フィルタ素子間における前記被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度は、下記（１）および（２）の各条件式を満たすこと
を特徴とする分光ユニット。
【数１】
0005835529.tif 000013
【数２】
0005835529.tif 000014
【請求項５】
前記被測定光を射出する開口部を持つ開口部材と、
前記開口部材の前記開口部から射出された前記被測定光を前記フィルタへ導光する光学系とをさらに備え、
前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部は、前記光学系の光軸外であって、前記フィルタの入射光の主光線が前記フィルタの略法線方向から入射するように、それぞれ配置されること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分光ユニット。
【請求項６】
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、
前記第１および第２光学フィルタ素子それぞれは、前記所定の角度で傾斜した互いに対向する一対の第１および第２面を持つ透光性の板状部材における前記第１および第２面にそれぞれ形成されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の分光ユニット。
【請求項７】
測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、
前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部と、
前記被測定光を射出する開口部を持つ開口部材と、
前記開口部材の前記開口部から射出された前記被測定光を前記フィルタへ導光する光学系とをに備え、
前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、
前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置され、
前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部は、前記光学系の光軸外であって、前記フィルタの入射光の主光線が前記フィルタの略法線方向から入射するように、それぞれ配置されること
を特徴とする分光ユニット。
【請求項８】
測定対象である被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットと、
前記分光ユニットから出力された各信号に基づいて前記被測定光のスペクトルを求める演算部とを備え、
前記分光ユニットは、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の分光ユニットであること
を特徴とする分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットおよびこの分光ユニットを用いた分光装置に関し、特に、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを用いた分光ユニットおよび分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光装置は、測定対象である被測定光のスペクトルを測定する装置であり、大略、被測定光を波長（波数）ごとに分光するための分光部と、前記分光部によって分光された各波長の各光を受光し、各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部と、前記受光部から出力された各信号に基づいて前記各波長の各光の各強度（波長に対する強度分布、スペクトル）をそれぞれ求める演算部とを備えている。このような分光装置の１つに、例えば、被測定光を分光するために、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを前記分光部に用いた分光装置がある。【０００３】
そして、前記受光部は、各波長ごとに割り当てられた複数の受光素子を備えるが、前記フィルタと前記受光部とは、所定の間隔を空けて配置され、そして、前記受光部は、入射光を全て光電変換できずにその一部を反射するため、前記フィルタと前記受光部との間で多重反射が生じ得る。この結果、前記受光部における各受光素子は、通常、前記割り当てられた本来受光すべき波長の光だけでなく、他の受光素子が本来受光すべき波長の光も受光してしまう。この対策として、従来では、前記フィルタおよび前記受光部のうちの一方を他方に対し傾斜させてこれらが配置される。【０００４】
例えば、特許文献１に開示された分光写真機は、光ビームを放射できる光源、この光源が放射する光ビームの一部を透過して、透過光ビームを生じる入口スリット、入口スリットを透過した光ビームを回折することができ、そして回折光ビームをつくり、スペクトルを像面（Ｘ’、Ｙ’）に生じさせる格子、格子によって回折された光ビームを検出する検出器、および、干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段を備え、前記の検出器は、格子により回折された光ビームを透過する窓を備え、回折光ビームの一部がこの窓で、もしくは窓と検出面（Ｘ”、Ｙ”）に含まれる検出器の感知面との間で反射を発生している、傾けられた検出器窓を有する分光写真機において、前記の干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段は、傾けられた検出器窓である検出器の窓から成る。すなわち、前記検出器窓は、前記検出器の検知面に対し傾斜してその前に配置され、これによって前記検出器窓と前記検出器の検知面との間で生じる多重反射を除去している。【０００５】
ところで、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタは、例えば設計や製造の都合上、１つの光学フィルタ素子で実現できず、通常、複数の光学フィルタ素子を組み合わせて構成される。このため、前記フィルタ内で多重反射が生じてしまう。すなわち、前記複数の光学フィルタ素子間で多重反射が生じてしまう。この結果、このような前記フィルタを用いた分光装置では、前記フィルタおよび前記受光部のうちの一方が他方に対し傾けて配置されたとしても、前記フィルタ内の多重反射によって、前記受光部における各受光素子は、本来受光すべき波長の光だけでなく、他の受光素子が本来受光すべき波長の光も受光してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４９６９７号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、前記フィルタ内で生じる多重反射を低減することによって、受光部の各受光素子それぞれにおいて、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる分光ユニットおよびこれを用いた分光装置を提供することである。
【０００８】
本発明にかかる分光ユニットおよび分光装置は、被測定光の入射側から出射側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを持ち、前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されている。このため、本発明にかかる分光ユニットおよび分光装置は、前記フィルタ内で生じる多重反射を低減することによって、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
【０００９】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における分光装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における分光装置の構成を示す一部拡大図である。
【図３】第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタの透過波長特性を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタを構成する各フィルタの透過波長特性を説明するための図である。
【図５】中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。
【図６】斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。
【図７】中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。
【図８】斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。
【図９】ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。
【図１０】ＢＰＦ素子−ＬＶＦとＬＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。
【図１１】ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。
【図１２】ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。
【図１３】許容多重反射回数と第１光学フィルタ素子における傾け角との関係を説明するための図である。
【図１４】シリコンセンサにおける多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。
【図１５】一実施例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。
【図１６】比較例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。
【図１７】第２実施形態の分光装置における分光ユニットの構成を示す図である。
【図１８】実施形態の分光装置におけるフィルタの他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における分光装置の構成を示す図である。図１Ａは、分光ユニットの側面図を示し、図１Ｂは、分光ユニットの上面図を示し、図１Ｃは、分光装置の電気的な構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態における分光装置の構成を示す一部拡大図である。図２Ａおよび図２Ｃは、上面図であり、図２Ｂおよび図２Ｄは、側面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、フィルタ３内の反射の様子を示し、図２Ｃおよび図２Ｄは、フィルタ３と受光部４との間における反射の様子を示す。図３は、第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタの透過波長特性を説明するための図である。図３Ａは、各入射位置ＸＰｃにおける各透過波長特性を示し、図３Ｂは、入射位置ＸＰｃと中心波長λｃとの関係を示す。図３Ａの横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、それら各縦軸は、％単位で表す透過率であり、図３Ｂの横軸は、リニアバリアブルフィルタの入射位置ＸＰｃであり、その縦軸は、当該入射位置ＸＰｃに対応する透過波長帯域の中心波長λｃである。図４は、第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタを構成する各フィルタの透過波長特性を説明するための図である。図４Ａは、バンドパスフィルタ、ショートパスフィルタおよびロングパスフィルタの各波長透過特性を示し、図４Ｂは、これらを合成した透過波長特性を示す。図４の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。
【００１３】
第１実施形態における分光装置は、測定対象である被測定光のスペクトルを測定する装置であり、被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力するための分光ユニットと、前記分光ユニットから出力された各信号に基づいて前記各波長の各光の各強度（波長に対する強度分布、スペクトル）をそれぞれ求める分光演算部とを備えている。被測定光は、１または複数の波長λｋを含む。
【００１４】
このような第１実施形態における分光装置Ｄは、本実施形態では、例えば、図１に示すように、分光ユニットＳＵと、制御演算部５とを備え、図１に示す例では、記憶部６と、入力部７と、出力部８と、インターフェース部（以下、「ＩＦ部」と略記する）９とをさらに備えている。
【００１５】
分光ユニットＳＵは、測定対象の被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する装置であり、本実施形態では、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、フィルタ３と、受光部４とを備え、図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、開口部材１と、光学系２とをさらに備えている。これら開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、被測定光が伝播する順に、分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに各光軸が互いに一致するように、この順で配置されている。
【００１６】
開口部材１は、分光ユニットＳＵに入射される被測定光を分光ユニットＳＵ内へ射出する開口部を持つ部材である。開口部材１は、例えば、被測定光を遮光可能な材料から形成された板状体であり、前記板状体には、所定形状（例えば円形状等）の貫通孔が前記開口部として形成されている。なお、前記開口部には、透光性を持つ材料から形成された窓部材が配設されてもよい。また例えば、開口部材１は、被測定光を導光する例えばシングルコアファイバやマルチコアファイバ等の光ファイバであり、この場合、光ファイバの一方端面が前記開口部となる。開口部材１の前記開口部から分光装置Ｄの分光ユニットＳＵ内に射出された被測定光は、発散しつつ伝播し、光学系２へ入射される。
【００１７】
光学系２は、開口部材１の前記開口部から射出されて光学系２に入射された被測定光をフィルタ３へ導光するためのものである。光学系２は、例えば、本実施形態では、第１ないし第３シリンドリカルレンズ２１、２２、２３を備える。第１ないし第３シリンドリカルレンズ２１、２２、２３は、入射側から射出側へ順（被測定光が伝播する順）にこの順で配置される。第１および第２シリンドリカルレンズ２１、２２は、互いに曲面が対向するように配置され、図１Ａに示すように後述の直交方向のみで被測定光を集光するものである。第３シリンドリカルレンズ２３は、射出側に曲面が向くように配置され、図１Ｂに示すように後述の波長分散方向のみで被測定光を平行化（コリメール）するものである。光学系２に入射された被測定光は、光学系２によって前記直交方向では集光されるとともに前記波長分散方向では平行化されて射出され、フィルタ３に入射される。
【００１８】
フィルタ３は、光学系２から射出されてフィルタ３に入射された被測定光を波長（波数）ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なる光学素子である。この第１方向が前記波長分散方向である。被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向は、光学系２の光軸ＡＸ方向であり、これら第１方向（波長分散方向）および第２方向（光学系２の光軸ＡＸ方向）それぞれに直交する第３方向が前記直交方向である。フィルタ３に入射された被測定光は、フィルタ３で分光（波長分離）され、フィルタ３から互いに波長λｋの異なる複数の光が射出され、これら複数の光それぞれは、受光部４に入射される。
【００１９】
より具体的には、フィルタ３は、例えば、本実施形態では、リニアバリアブルフィルタ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ、スライディングフィルタとも呼称される、以下、「ＬＶＦ」と適宜略記する）を備えて構成される。ＬＶＦは、図３Ｂに示すように、光学的なバンドパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における中心波長λｃが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する光学素子であり、入射位置ＸＰｃと透過波長特性の中心波長λｃとが略比例している。図３Ｂにおいて、例えば、入射位置ＸＰｃに入射された光は、所定の半値全幅ＦＷＨＭで中心波長λｃの波長帯の光となって入射位置ＸＰｃから射出される。したがって、ＬＶＦのフィルタ３における全体的な透過波長特性は、図３Ａに示すように、入射位置ＸＰｃに正比例で中心波長λｃの異なるバンドパスフィルタの各透過波長特性を一方向（第１方向）に連ねたものとなる。
【００２０】
このようなＬＶＦは、上述したように、例えば設計や製造の都合上、１つの光学フィルタ素子で実現できず、通常、複数の光学フィルタ素子を組み合わせて構成される。例えば、バンドパスフィルタの透過波長特性を入射位置ＸＰｃごとにその中心波長λｃを異ならせて一方向に連ねたバンドパスフィルタ型のＬＶＦは、例えば、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ−ＬＶＦ）素子と、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ−ＬＶＦ）素子およびロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ−ＬＶＦ）素子のうちの少なくとも一方とを組み合わせて成る。これは、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ−ＬＶＦ）素子は、本来の透過波長帯域だけでなく、他の波長帯にも透過波長帯域を持つため、この不要な透過波長帯域を他の型のＬＶＦ素子（ＳＰＦ−ＬＶＦ素子、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子）でカットするためである。例えば、図４Ａに示す例では、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ−ＬＶＦ）素子は、図４Ａに実線で示すように、本来の中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけでなく、波長約４５０ｎｍを中心波長として含む波長帯域や波長約６５０ｎｍを中心波長として含む波長帯域等を透過波長帯域として持つため、これらをカットするために、図４Ａに破線で示す透過波長特性を持つショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ−ＬＶＦ）素子や、図４Ａに一点鎖線で示す透過波長特性を持つロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ−ＬＶＦ）素子等と組合せられる。フィルタ３のバンドパスフィルタ型のＬＶＦは、これらの組み合わせによって、図４Ｂに示すように、入射位置ＸＰｃに応じた中心波長λｃの透過波長帯域Ｂｃを、入射位置ＸＰｃだけに持つ透過波長特性を実現している。
【００２１】
なお、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ素子は、光学的なショートパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における遮断波長λｃｏが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する単体の光学素子である。ショートパスフィルタ（ＳＰＦ）は、遮断波長λｃｏより短波長側の光を透過する。すなわち、ショートパスフィルタは、波長で規定されており、仮に周波数で規定すれば、遮断周波数ｆｃｏより高周波側の光を透過するハイパスフィルタである。ロングパスフィルタ型のＬＶＦ素子は、光学的なロングパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における遮断波長λｃｏが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する単体の光学素子である。ロングパスフィルタ（ＬＰＦ）は、遮断波長λｃｏより長波長側の光を透過する。すなわち、ロングパスフィルタは、波長で規定されており、仮に周波数で規定すれば、遮断周波数ｆｃｏより低周波側の光を透過するローパスフィルタである。
【００２２】
また、本明細書では、フィルタ特性を持つ単体の光学素子は、「フィルタ素子」と呼称され、複数のフィルタ素子を組み合わせることによって１つのフィルタ特性を実現する光学素子は、「フィルタ」と呼称される。
【００２３】
このような被測定光の入射側から射出側へ順に配置され複数の光学フィルタ素子を組み合わせて成るフィルタ３において、本実施形態では、これら複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向（波長分散方向）および被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向（光軸ＡＸ方向）それぞれに直交する第３方向（直交方向）を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されている。このように第１光学フィルタ素子は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転して傾斜配置されてもよいが、一般的にＬＶＦおよびラインセンサは、波長分散方向に長くその直交方向に短い直方体形状であり、前記第３方向を回転軸とした場合では、前記第１方向を回転軸とした場合に較べて相対的に大きな傾き角が必要となり、その構成が相対的に大型化、複雑化する。そのため、本実施形態では、第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転して傾斜配置されている。
【００２４】
より具体的には、図１および図２に示すように、本実施形態では、フィルタ３は、被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を備えて成り、前記第１光学フィルタ素子３１は、バンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ−ＬＶＦ）素子であり、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子３１に隣接して配置される第２光学フィルタ素子３２に対し傾いて配置される。この第２光学フィルタ素子３２は、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ−ＬＶＦ）素子またはロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ−ＬＶＦ）素子である。
【００２５】
前記所定の角度について、後述に詳述するが、この所定の角度は、大略、まず、第１ステップでは許容可能な多重反射回数を算出し、次に、第２ステップでは必要な傾け角を算出することで決定される。前記第１ステップでは、波長分散方向の最大入射角を用いることで多重反射回数と迷光量との関係が求められる。前記第２ステップでは、前記第１ステップで求めた許容多重反射回数以内で迷光を逃がすように、迷光を最も逃がし難い直交方向の最大入射角を用いることで必要な傾き角度が求められる。このような所定の角度において、好ましくは、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間の距離をＬ１とし、フィルタ３および受光部４間の距離をＬ２とし、フィルタ３における第３方向に沿った幅をＸ１とし、受光部４における第３方向に沿った幅をＸ２とし、第２光学フィルタ素子３２に入射する被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間における被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度θは、下記（１）および（２）の各条件式を満たす。
【００２６】
【数１】
0005835529.tif 000002
【００２７】
【数２】
0005835529.tif 000003
【００２８】
なお、前記距離Ｌ１は、いわゆる光学的距離であり、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間に、空気ではない媒質が存在（配置）している場合には、物理的な実寸長Ｌｒ１ではなく、屈折率ｎ１を考慮して空気換算した寸法（空気換算長）である。同様に、前記距離Ｌ２は、いわゆる光学的距離であり、フィルタ３および受光部４間に、空気ではない媒質が存在（配置）している場合には、物理的な実寸長Ｌｒ２ではなく、屈折率ｎ２を考慮して空気換算した寸法（空気換算長）である。空気換算は、実寸長Ｌｒを媒質の屈折率ｎで除算することで実行される（Ｌ１＝Ｌ１ｒ／ｎ１、Ｌ２＝Ｌ２ｒ／ｎ２）。
【００２９】
受光部４は、フィルタ３から射出された被測定光が入射され、フィルタ３によって分光された各波長の各光を受光するための装置である。より具体的には、例えば、受光部４は、前記第１方向（波長分散方向）に沿って並設された複数の光電変換素子を備え、フィルタ３によって分光（波長分離）された前記互いに波長λｋの異なる複数の光（各波長の各光）を、前記複数の光電変換素子のそれぞれで受光する装置である。光電変換素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、受光した光強度（光パワー）に応じた大きさの電流を出力する。なお、受光部４は、電流を電圧に変換する電流電圧変換素子（例えば抵抗素子等）を備える場合には、受光した光強度に応じた大きさの電圧を出力する。受光部４は、例えば、本実施形態では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の複数の光電変換素子を一直線上に一列に並べて配置したラインセンサ（ホトダイオードアレイ、ＰＤアレイ）を備える。受光部４は、これら各光電変換素子（画素）が予め割り当てられた所定の各波長をそれぞれ受光するように、フィルタ３の配置位置に対応して配置されている。すなわち、光電変換素子と前記中心波長λｃとは、一対一の対応関係にある。受光部４に入射された各波長の各光は、受光部４の各光電変換素子で光電変換され、各光の受光強度にそれぞれ応じた大きさの各信号（電流信号または電圧信号、受光データ）が受光部４から出力され、これら各信号（受光データ）は、制御演算部５に入力される。
【００３０】
そして、本実施形態では、受光部４は、その受光面（各光電変換素子の各受光面からなる面）がフィルタ３の第２光学フィルタ素子３２の射出面と平行になるように配設される。このため、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、第２光学フィルタ素子３２と同様に、受光部４の受光面に対し傾いて配置されることになる。なお、第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、受光部４の受光面に対し傾いて配置されてよい。
【００３１】
制御演算部５は、受光部４に接続され、被測定光のスペクトルを求めるべく、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、受光部４によって得られた各信号（受光データ）に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度（スペクトル）をそれぞれ求めるものである。制御演算部５は、例えば、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御演算部５には、プログラムを実行することによって、図１Ｃに示すように、機能的に、制御部５１と、分光演算部５２とが構成される。制御部５１は、被測定光のスペクトルを求めるために、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する。分光演算部５２は、受光部４によって得られた各信号（受光データ）に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度（スペクトル）をそれぞれ求めるものである。
【００３２】
記憶部６は、制御演算部５に接続され、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、受光部４によって得られた各信号に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度をそれぞれ求める分光プログラム等の各種プログラム、および、これらプログラムの実行に必要なデータや、これらプログラムの実行中に生成されたデータや、受光部４によって得られた各信号（受光データ）等の各種データを記憶するものである。記憶部６は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性記憶素子、制御演算部５におけるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）のいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成される。なお、記憶部６は、受光部４から出力される受光データ等を記憶するために、例えばハードディスク等の比較的大容量の記憶装置を備えてもよい。
【００３３】
入力部７は、制御演算部５に接続され、例えば、被測定光の測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定光（試料）における識別子の入力等のスペクトルを測定する上で必要な各種データを分光装置Ｄに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部８は、入力部７から入力されたコマンドやデータ、および、分光装置Ｄによって測定された被測定光のスペクトルを出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３４】
なお、入力部７および出力部８からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部７は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部８は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として分光装置Ｄに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い分光装置Ｄが提供される。
【００３５】
ＩＦ部９は、制御演算部５に接続され、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ−２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。
【００３６】
このような分光装置Ｄでは、測定対象の被測定光は、開口部材１の開口部から分光装置Ｄ内に入射され、光学系２に入射される。この光学系２に入射された被測定光は、光学系２によって直交方向（第３方向）で集光されつつ波長分散方向（第１方向）でコリメート（平行化）されて平行光となり、フィルタ３に入射される。そして、光学系２からフィルタ３に入射された被測定光は、その入射位置Ｘｎに応じて分光され、互いに異なる波長を持つ複数の光となって、受光部４に入射される。受光部４に入射された各光は、その複数の光電変換素子のそれぞれで受光され、光電変換される。これによって受光部４に入射された各光は、その光強度に応じた各電気信号となって受光部４から出力される。受光部４から出力された各信号（受光データ）は、制御演算部５に入力され、記憶部６に記憶される。制御演算部５は、記憶部６に記憶された各信号データ（受光データ）を、例えば公知の常套手段によって信号処理し、被測定光のスペクトルを求める。そして、制御演算部５は、この求めた被測定光のスペクトルを必要に応じて記憶部６に記憶したり、また、この求めた被測定光のスペクトルを必要に応じて出力部８やＩＦ部９に出力したりする。
【００３７】
次に、このような分光ユニットＳＵおよびこれを用いた分光装置Ｄにおける前記所定の角度について以下に詳述する。
【００３８】
＜フィルタ内多重反射；ＢＰＦ−ＬＶＦ素子／ＬＰＦ−ＬＶＦ素子間の多重反射＞
まず、フィルタ３がＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子とを備える場合、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子との間における多重反射について説明する。
【００３９】
図５は、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。図５の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。図６は、斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。図６Ａは、多重反射の様子を説明するための図であり、図６Ｂないし図６Ｇは、図６Ａに示すＬＶＦ上の各入射位置ＸＰ１〜ＸＰ６における透過波長特性を示す図である。
【００４０】
ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子とから成るＬＶＦにおいて、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１では、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子は、図５に示すように、この中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけなく、中心波長約４５０ｎｍの透過波長帯域を持ち、ＬＶＦでは、この中心波長約４５０ｎｍの透過波長帯域（不要な透過光）は、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子によってカットされている。
【００４１】
ＬＶＦに被測定光が入射すると、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１では、まず、被測定光のうちの波長５３５ｎｍの光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子およびＬＰＦ−ＬＶＦ素子を順に透過し、中心波長５３５ｎｍの光を受光するように割り当てられている受光部４の光電変換素子に受光される。
【００４２】
一方、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子を透過するが、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子を透過できずに反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。ここで、被測定光の入射角が０である場合には、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１に入射し、図６Ｂに示す透過波長特性によって反射する。ＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１で反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１に帰るので、そのままＢＰＦ−ＬＶＦ素子を透過し、多重反射しない。ところが、図６Ａに示すように、斜め入射の場合には、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１の短波長側となるＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ２に入射し、図６Ｃに示す透過波長特性によって反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。ＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ２で反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、短波長側にシフトした入射位置ＸＰ３に入射する。この入射位置ＸＰ３では、ＬＶＦであるため、透過波長帯域は、図６Ｄに示すように、入射位置ＸＰ３に対応する中心波長約５１８ｎｍの透過波長帯域であり、波長約４５０ｎｍの反射光は、再び反射され、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。入射位置ＸＰ３で反射された波長約４５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ３の短波長側となるＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ４に入射し、図６Ｅに示す透過波長特性によって再び反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。このように斜め入射した波長約４５０ｎｍの光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子との間を多重反射し、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子との間を短波長側へ伝播する。短波長側へ伝播すると、ＬＶＦであるため、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子の遮断波長もシフトし、ＬＰＦ−ＬＶＦ素子は、やがて入射位置ＸＰ６で図６Ｇに示すように波長約４５０ｎｍの光を透過する。この結果、この多重反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、入射位置ＸＰ６に対応する受光部４の光電変換素子によって受光されることになる。したがって、入射位置ＸＰ６に対応する受光部４の光電変換素子は、受光するように割り当てられた本体受光すべき波長の光ではない波長の光も受光することになり、この光電変換素子の出力に誤差が含まれることになる。
【００４３】
＜フィルタ内多重反射；ＢＰＦ−ＬＶＦ素子／ＳＰＦ−ＬＶＦ素子間の多重反射＞
次に、フィルタ３がＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とを備える場合、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子との間における多重反射について説明する。
【００４４】
図７は、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。図５の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。図８は、斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。図８Ａは、多重反射の様子を説明するための図であり、図８Ｂないし図８Ｇは、図８Ａに示すＬＶＦ上の各入射位置ＸＰ１１〜ＸＰ１６における透過波長特性を示す図である。
【００４５】
ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とから成るＬＶＦにおいて、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１１では、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子は、図７に示すように、この中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけなく、中心波長約６５０ｎｍの透過波長帯域を持ち、ＬＶＦでは、この中心波長約６５０ｎｍの透過波長帯域（不要な透過光）は、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子によってカットされている。
【００４６】
ＬＶＦに被測定光が入射すると、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１１では、まず、被測定光のうちの波長５３５ｎｍの光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子およびＳＰＦ−ＬＶＦ素子を順に透過し、中心波長５３５ｎｍの光を受光するように割り当てられている受光部４の光電変換素子に受光される。
【００４７】
一方、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子を透過するが、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子を透過できずに反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。ここで、被測定光の入射角が０である場合には、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１に入射し、図８Ｂに示す透過波長特性によって反射する。ＬＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１で反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１に帰るので、そのままＢＰＦ−ＬＶＦ素子を透過し、上述と同様に、多重反射しない。ところが、図８Ａに示すように、斜め入射の場合には、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１１の長波長側となるＳＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１２に入射し、図８Ｃに示す透過波長特性によって反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。ＳＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１２で反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、長波長側にシフトした入射位置ＸＰ１３に入射する。この入射位置ＸＰ１３では、ＬＶＦであるため、透過波長帯域は、図８Ｄに示すように、入射位置ＸＰ１３に対応する中心波長約５５０ｎｍの透過波長帯域であり、波長約６５０ｎｍの反射光は、再び反射され、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。入射位置ＸＰ１３で反射された波長約６５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１３の長波長側となるＳＰＦ−ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１４に入射し、図８Ｅに示す透過波長特性によって再び反射され、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子へ向かう。このように斜め入射した波長約６５０ｎｍの光は、上述と同様に、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子との間を多重反射し、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子との間を長波長側へ伝播する。長波長側へ伝播すると、ＬＶＦであるため、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子の遮断波長もシフトし、ＳＰＦ−ＬＶＦ素子は、やがて入射位置ＸＰ１６で図８Ｇに示すように波長約６５０ｎｍの光を透過する。この結果、この多重反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、入射位置ＸＰ１６に対応する受光部４の光電変換素子によって受光されることになる。したがって、入射位置ＸＰ１６に対応する受光部４の光電変換素子は、受光するように割り当てられた本体受光すべき波長の光ではない波長の光も受光することになり、この光電変換素子の出力に誤差が含まれることになる。
【００４８】
＜フィルタ内多重反射対策と前記所定の角度＞
このような多重反射を低減するために、例えば、焦点距離の長いコリメータレンズを用いることによってフィルタ３に入射される被測定光のコリメート性を高め、多重反射の原因となる斜入射光を低減する方法が考えられる。しかしながら、フィルタ寸法を一定とした場合、焦点距離を長くするほど光学系における波長分散方向の開口角が小さくなるため、分光ユニットＳＵや分光装置Ｄへの入射光量が低下し、その結果、測定のＳＮが低下してしまう。また焦点距離を長くすると、分光ユニットＳＵや分光装置Ｄが大型化してしまう。入射開口のサイズが大きい場合、または、複数の入射開口を持つ場合に、この影響は、さらに顕著になる。
【００４９】
このため、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、上述したように、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転し、第２光学フィルタ素子３２に対し傾いて配置されている。そして、本実施形態では、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転し、受光部４の受光面に対しても傾いて配置されている。この前記所定の角度は、次のように設定されることが好ましい。以下では、前記回転軸が前記第１方向である場合を例に挙げて説明するが、前記回転軸が第３方向である場合も、同様の考え方で計算可能である。
【００５０】
まず、多重反射によって本来受光すべき波長の光ではない波長の光（迷光）も受光する上述のプロセスから、まず、多重反射回数と迷光光量との関係が数値実験（シミュレーション）された。なお、多重反射回数は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子からＬＰＦ−ＬＶＦ素子（またはＳＰＦ−ＬＶＦ素子）で反射して再びＢＰＦ−ＬＶＦ素子に戻る１往復で１回とする。したがって、多重反射回数０は、フィルタ３内で反射することなくフィルタ３をそのまま透過することを意味する。
【００５１】
図９は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。図１０は、ＢＰＦ素子−ＬＶＦとＬＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図１１は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。図１２は、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図９および図１１の横軸は、ｎｍ単位で表す迷光の波長であり、それらの縦軸は、％単位で表す光量である。図１０および図１２の横軸は、多重反射回数であり、それらの縦軸は、％単位で表す光量である。図１３は、許容多重反射回数と第１光学フィルタ素子における傾け角との関係を説明するための図である。図１３Ａは、許容多重反射回数１回の場合を示し、図１３Ｂは、許容多重反射回数２回の場合を示す。
【００５２】
上述した図５に示す透過波長特性を持つＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＬＰＦ−ＬＶＦ素子との間の距離（空気換算長）Ｌ１を１．５ｍｍとし、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子におけるリニアリティを２０ｎｍ／ｍｍとし、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子における波長分散方向の最大入射角を１５度とする場合、多重反射回数別に、迷光波長と迷光光量との関係が上述の多重反射のプロセスに基づいて数値計算された。その結果が図９および図１０に示されている。図１０を見ると分かるように、０〜２回の多重反射では、迷光光量は、僅かであり、３回以上の多重反射では、迷光光量が比較的多く、３回以上の多重反射を低減することが好ましい。図９および図１０は、入射角１５度の数値計算結果であるが、入射角が０に近づくほど、上述の多重反射のプロセスから多重反射回数は、増加する。
【００５３】
上述した図７に示す透過波長特性を持つＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子とＳＰＦ−ＬＶＦ素子との間の距離（空気換算長）Ｌ１を１．５ｍｍとし、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子におけるリニアリティを２０ｎｍ／ｍｍとし、ＢＰＦ−ＬＶＦ素子における波長分散方向の最大入射角を１５度とする場合、多重反射回数別に、迷光波長と迷光光量との関係が上述の多重反射のプロセスに基づいて数値計算された。その結果が図１１および図１２に示されている。図１２を見ると分かるように、０〜３回の多重反射では、迷光光量は、僅かであり、４回以上の多重反射では、迷光光量が比較的多く、４回以上の多重反射を低減することが好ましい。図１１および図１２は、入射角１５度の数値計算結果であるが、入射角が０に近づくほど、上述の多重反射のプロセスから多重反射回数は、増加する。
【００５４】
したがって、この例の場合、被測定光がフィルタ３に入射する入射角が１５度である場合、多重反射回数が３回の往復回数未満となる角度で第１光学フィルタ素子（ＢＰＦ−ＬＶＦ素子）が傾いて配置されれば、迷光を低減できる。
【００５５】
一方、ＬＶＦを構成する各ＬＶＦ素子の透過波長特性にも依存するが、多重反射回数は、入射角、言い換えれば、第１光学フィルタ素子３１における前記所定の角度（傾け角）θに依存する。したがって、逆に、第１光学フィルタ素子３１における前記所定の角度θは、許容される多重反射回数に依存することになる。
【００５６】
例えば、図１３Ａに示すように、１回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ１は、式（１ａ）となり、図１３Ｂに示すように、２回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ２は、式（１ｂ）となる。
【００５７】
【数３】
0005835529.tif 000004
【００５８】
【数４】
0005835529.tif 000005
【００５９】
また例えば、３回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ３は、式（１ｃ）となり、４回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ４は、式（１ｄ）となり、そして、５回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ５は、式（１ｅ）となる。一般に、Ｎ回の多重反射で迷光を排除したい場合には、上述した式（１）となる。
【００６０】
【数５】
0005835529.tif 000006
【００６１】
【数６】
0005835529.tif 000007
【００６２】
【数７】
0005835529.tif 000008
【００６３】
これら各式（１）、（１ａ）〜（１ｅ）から分かるように、許容される多重反射回数が多いほど、前記所定の角度（傾け角）θは、小さくなる。しかしながら、上述した図９ないし図１２から分かるように、許容される多重反射回数が多いほど、迷光光量は、多くなる。したがって、分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄの仕様（例えば測定精度等）によって許容される迷光光量に応じて、許容可能な多重反射回数が決定され、この許容可能な多重反射回数に応じて、前記式（１）に基づいて、前記所定の角度θが設計されることになる。
【００６４】
一例を挙げると、図５に示す透過波長特性を持つＢＰＦ−ＬＶＦ素子およびＬＰＦ−ＬＶＦ素子から成るＬＶＦが用いられ、距離Ｌ１＝１．５ｍｍ、距離Ｌ２＝４．３ｍｍ、幅Ｘ１＝３．０ｍｍ、幅Ｘ２＝２．０ｍｍ、直交方向の最大入射角φ＝１５度の場合、除去したい多重反射回数（回）、必要な傾け角（前記所定の角度）θ（度）および達成可能な迷光光量（％）が表１に示されている。また他の一例を挙げると、図７に示す透過波長特性を持つＢＰＦ−ＬＶＦ素子およびＳＰＦ−ＬＶＦ素子から成るＬＶＦが用いられ、距離Ｌ１＝１．５ｍｍ、距離Ｌ２＝４．３ｍｍ、幅Ｘ１＝３．０ｍｍ、幅Ｘ２＝２．０ｍｍ、直交方向の最大入射角φ＝１５度の場合、除去したい多重反射回数（回）、必要な傾け角（前記所定の角度）θ（度）および達成可能な迷光光量（％）が表２に示されている。
【００６５】
【表１】
0005835529.tif 000009
【００６６】
【表２】
0005835529.tif 000010
【００６７】
＜フィルタ３と受光部４との間における多重反射、その対策および前記所定の角度＞
図１４は、シリコンセンサにおける多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図１４の横軸は、多重反射回数であり、その縦軸は、％単位で表す迷光光量である。
【００６８】
一方、フィルタ３と受光部４との間では、受光部４の受光面での反射率は、入射位置に依らずに略一律であるため、反射回数が増加すると、反射光の強度は、低下する。一例を挙げれば、受光部４がシリコンセンサである場合、その受光面での反射率は、約３３％であるため、多重反射回数と迷光光量との関係は、図１４に示す関係であり、多重反射回数の増加に従って迷光光量は、低下して行く。したがって、フィルタ３と受光部４との間では、１回以上の多重反射を除去することが好ましく、このため、前記所定の角度θは、上述の式２の条件式を満たす。なお、この場合、多重反射回数は、フィルタ３から受光部４で反射して再びフィルタ３に戻る１往復で１回とする。
【００６９】
したがって、以上説明したように、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度θだけ回転することで、これに隣接する前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。図１に示す例では、第１光学フィルタ素子３１は、前記第１方向を回転軸として傾斜配置されている。このため、第１光学フィルタ素子３１から受光部４までの処で反射する被測定光は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、これら第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間から逃げることができ、これら第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間における被測定光の多重反射が低減される。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。この結果、分光ユニットＳＵは、分光精度を向上でき、分光装置Ｄは、測定精度を向上できる。
【００７０】
本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、第１光学フィルタ素子３１は、第２光学フィルタ素子３２だけでなく受光部４の受光面に対しても傾いて配置される。このため、これらフィルタ３と受光部４との間で反射する被測定光は、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、これらフィルタ３と受光部４との間から逃げることができ、上述の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間の多重反射だけでなく、フィルタ３と受光部４との間における多重反射も低減される。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光をより低減できる。この結果、分光ユニットＳＵは、分光精度をより向上でき、分光装置Ｄは、測定精度をより向上できる。
【００７１】
本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、フィルタ３を構成する複数の光学フィルタ素子のうち、支配的に多重反射を生じさせるＢＰＦ−ＬＶＦ素子の第１光学フィルタ素子３１を傾けて配置するので、効果的に前記多重反射を低減できる。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
【００７２】
本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、上述の各条件式（１）および（２）に基づいて、除去したい多重反射に応じた角度θで第１光学フィルタ素子３１を傾けて配置できるので、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を設計に応じて低減できる。
【００７３】
次に、実施例および比較例の各測定結果について説明する。
【００７４】
（実施例および比較例）
図１５は、一実施例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。図１６は、比較例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。図１５および図１６の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、これらの各縦軸は、％単位で表す相対感度である。
【００７５】
一実施例および比較例にかかる分光装置は、フィルタ３として約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲において中心波長λｃが入射位置ＸＰｃに線形に変化するＬＶＦと、受光部４として１７ｃｈのラインセンサとを用いた。そして、比較例の分光装置は、前記所定の角度θが０度であり（θ＝０度）、第１光学フィルタ素子３１が他の光学フィルタ素子や受光部４の受光面に対し傾斜配置されていない。これに対し、一実施例の分光装置は、前記所定の角度が１５度であり（θ＝１５度）、第１光学フィルタ素子３１が他の光学フィルタ素子や受光部４の受光面に対し傾斜配置されている。
【００７６】
この比較例の分光装置では、図１６を見ると分かるように、その相対分光感度に、図中、矢印で示すように、本来のピーク波長とは異なる波長帯域にピークが生じている。これに対し、一実施例の分光装置では、図１５を見ると分かるように、その相対分光感度から、上述の図１６に矢印で示すピークは、消失しており、この一実施例の分光装置は、比較例の分光装置に較べ、そのバンドパスフィルタ特性が改善している。
【００７７】
次に、別の実施形態について説明する。
【００７８】
（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態の分光装置における分光ユニットの構成を示す図である。図１７Ａは、分光ユニットの側面図を示し、図１７Ｂは、分光ユニットの上面図を示す。
【００７９】
第１実施形態の分光装置Ｄにおける分光ユニットＳＵでは、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置されたが、第２実施形態の分光装置Ｄ’における分光ユニットＳＵ’では、図１７に示すように、開口部材１の前記開口部、フィルタ３および受光部４は、光学系２の光軸ＬＸ外であって、フィルタ３の入射光の主光線ＰＢがフィルタ３の略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。すなわち、図１Ｂと図１７Ｂとを対比すると分かるように、直交方向から見た平面視（上面図）では、第１および第２実施形態共に、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置される。そして、図１Ａと図１７Ａとを対比すると分かるように、波長分散方向から見た側面視（側面図）では、第１実施形態の場合、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置される一方、第２実施形態の場合、開口部材１は、光学系２の光軸ＬＸの一方側（図１７Ａでは下側）に配置され、フィルタ３および受光部４は、光学系２の光軸ＬＸの他方側（図１７Ａでは上側）に配置され、そして、開口部材１、フィルタ３および受光部４は、フィルタ３の入射光の主光線ＰＢがフィルタ３の略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。第２実施形態における分光ユニットＳＵ’および分光装置Ｄ’における開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、その配置関係が上述のように第１実施形態の配置関係と異なるだけで、それぞれ、第１実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄにおける開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４と同様であるので、その説明を省略する。
【００８０】
第１光学フィルタ素子３１は、前記所定の角度θで傾斜配置されることで、入射位置ＸＰｃと透過波長帯域Ｂｃとの関係を示すフィルタ特性が短波長側に若干シフトし、この結果、受光部４から出力される各信号に若干影響を与えるが、このような第２実施形態における分光ユニットＳＵ’および分光装置Ｄ’は、開口部材１の前記開口部、フィルタ３および受光部４を上記のように配置することで、前記シフトが受光部４から出力される各信号に与える前記影響を低減できる。したがって、第２実施形態の分光ユニットＳＵ’は、分光精度をより向上でき、第２実施形態の分光装置Ｄ’は、測定精度をより向上できる。
【００８１】
図１８は、実施形態の分光装置におけるフィルタの他の構成を示す図である。なお、上述の第１および第２実施形態における分光ユニットＳＵ、ＳＵ’および分光装置Ｄ、Ｄ’は、個別部品の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を備えて構成されたフィルタ３を用いたが、このフィルタ３に代え、図１８に示すように、前記所定の角度θで傾斜した互いに対向する一対の第１および第２表面を持つ透光性の板状部材３３における前記第１および第２面に、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２と同様のフィルタ特性を持つ第１および第２光学フィルタ層（膜）３１’、３２’それぞれを形成したフィルタ３’を用いてもよい。したがって、この板状部材３３は、第１光学フィルタ層３１’を形成した一方面が第２光学フィルタ層３２’を形成した他方面に対し前記所定の角度θだけ傾くように、形成されている。そして、第１および第２光学フィルタ層（膜）３１’、３２’は、それぞれ、例えば蒸着法によって形成される。この構成によれば、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を個別で構成する場合に較べて、より高精度に、より簡易に、第１光学フィルタ層３１’を傾けて配置できる。
【００８２】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００８３】
一態様にかかる分光ユニットは、測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部とを備え、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。
【００８４】
このような分光ユニットでは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、これに隣接する前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。このため、これら第１および第２光学フィルタ素子間で反射する被測定光は、フィルタおよび受光部間から逃げることができ、これら第１および第２光学フィルタ素子間における被測定光の多重反射が低減される。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。なお、前記傾斜配置の際に、小型化の観点から、前記第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸とすることが好ましい。
【００８５】
他の一態様では、上述の分光ユニットにおいて、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される前記第２光学フィルタ素子および前記受光部の受光面それぞれに対し傾いて配置される。好ましくは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３または第２方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されることによって、前記第１光学フィルタ素子は、前記受光部の受光面に対しても傾いて配置される。
【００８６】
このような分光ユニットは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第２光学フィルタ素子だけでなく前記受光部の受光面に対しても傾いて配置されるので、前記第１および第２光学フィルタ素子間の多重反射だけでなく、前記フィルタと前記受光部間の多重反射も低減される。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光をより低減できる。
【００８７】
他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記第１光学フィルタ素子は、バンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子である。
【００８８】
このような分光ユニットは、前記フィルタを構成する光学フィルタ素子のうち、支配的に多重反射を生じさせるバンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子を傾けて配置するので、効果的に前記多重反射を低減できる。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
【００８９】
他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、前記第１および第２光学フィルタ素子間の距離（空気換算長）をＬ１とし、前記フィルタおよび前記受光部間の距離（空気換算長）をＬ２とし、前記フィルタにおける前記第３方向に沿った幅をＸ１とし、前記受光部における前記第３方向に沿った幅をＸ２とし、前記第２光学フィルタ素子に入射する前記被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、前記第１および第２光学フィルタ素子間における前記被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度は、上述の各条件式（１）および（２）を満たす。
【００９０】
このような分光ユニットは、除去したい多重反射に応じた角度で第１光学フィルタ素子を傾けて配置できるので、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を設計に応じて低減できる。
【００９１】
他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記被測定光を射出する開口部を持つ開口部材と、前記開口部材の前記開口部から射出された前記被測定光を前記フィルタへ導光する光学系とをさらに備え、前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部は、前記光学系の光軸外であって、前記フィルタの入射光の主光線が前記フィルタの略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。
【００９２】
第１光学フィルタ素子は、傾いて配置されることで、入射位置と透過波長帯域との関係を示すフィルタ特性が短波長側に若干シフトし、この結果、前記受光部から出力される各信号に若干影響を与えるが、このような分光ユニットは、前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部を上記のように配置することで、前記シフトが前記受光部から出力される各信号に与える影響を低減できる。
【００９３】
他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、前記第１および第２光学フィルタ素子それぞれは、前記所定の角度で傾斜した互いに対向する一対の第１および第２面を持つ透光性の板状部材における前記第１および第２面にそれぞれ形成されている。
【００９４】
このような分光ユニットは、第１および第２光学フィルタ素子を個別で構成する場合に較べて、より高精度に、より簡易に、第１光学フィルタ素子を傾けて配置できる。
【００９５】
他の一態様にかかる分光装置は、測定対象である被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットと、前記受光部から出力された各信号に基づいて前記被測定光のスペクトルを求める演算部とを備え、前記分光ユニットは、これら上述のいずれかの分光ユニットである。
【００９６】
このような分光装置は、前記分光ユニットの受光部において、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。したがって、このような分光装置は、測定精度も向上できる。
【００９７】
この出願は、２０１３年１２月１３日に出願された日本国特許出願特願２０１３−２５７７９８を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【００９８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明によれば、被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットおよびこの分光ユニットを用いた分光装置を提供できる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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