(57)【要約】【課題】  複数の透過波長帯の異なる干渉フィルタを配置した多波長同時測定用分光装置において、従来はその反射ミラーは平行平板であったので、試料からの発光の光束が発散しやすく長い光路にわたって干渉フィルタの設置段数を多くすることは難しかった。以上の問題を解決した多段の分光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  平行平板の干渉フィルタの反射ミラーの代わりに球面鏡等の収束作用のある反射ミラーを用いて、試料からの発光が光路を進む過程で発散を抑える光学系とする。すなわち干渉フィルタの段数毎に発散と収束が周期的に繰返し、長い光路にわたって全光束が減衰することなく最後の段まで進む高精度の多波長同時測定用分光装置とする。    【選択図】          図３
2008139175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体薄膜を積層し透過波長帯が異なる複数ｎ個の干渉フィルタ群からなり、各干渉フィルタはそれらの透過波を光検出素子により検出出力すると共に、試料からの入射光による第１の干渉フィルタの反射波より予め定めた順番の干渉フィルタに従って入射とその反射が順次繰返されｎ番目の第ｎの干渉フィルタまで隣接干渉フィルタ間の集束光結像光学系に基づいて行われる位置に配置された多波長同時測定用分光装置であって、
前記干渉フィルタ群は、集光光学系を通過させて試料からの被測定光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯が第１の光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状誘電体薄膜の第１の反射ミラーと、からなる第１の干渉フィルタと、
前記集光光学系からの光束を第１の干渉フィルタの反射ミラーで反射させた集束光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯が第２の光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状の誘電体薄膜の第２の反射ミラーと、からなる第２の干渉フィルタと、
第ｎ−２の干渉フィルタからの光束を第ｎ−１の干渉フィルタの反射ミラーで反射させた集束光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯第ｎの光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状の誘電体薄膜の第ｎの反射ミラーとなる第ｎの干渉フィルタと、からなることを特徴とする多波長同時測定用分光装置。
【請求項２】
前記ｎ個の干渉フィルタ群の前記隣接フィルタ間の光学系は、干渉フィルタを２列に等間隔配列ピッチＰを保って並行配列させ、その第１の列には奇数番目の干渉フィルタが、第２の列には偶数番目の干渉フィルタが、それぞれその反射ミラー側を内側に対向させると共に、前記配列ピッチＰの位相を１／２ずらして配列対向させ、
第１の反射ミラーに入射する入射角をθとしたとき、各反射ミラーにおいて入射角と反射角間角度が２θとなり、第ｎの反射ミラーまで入射・反射が繰返される干渉フィルタ群の２列並行配置であることを特徴とする請求項１記載の多波長同時測定用分光装置。
【請求項３】
前記ｎ個の干渉フィルタ群の前記隣接フィルタ間の光学系は、干渉フィルタを第１の円周面列及びその外側の第２の円周面列に沿って、それぞれ等円周角の配列角度ピッチＱを保って配列させ、その第１の円周面列には奇数番目の干渉フィルタが、第２の円周面列には偶数番目の干渉フィルタが、それぞれ曲面形状の反射ミラー側を第１、第２の円周面列の間隙側に対向させると共に、前記配列角度ピッチＱの位相を１／２ずらして配列対向させ、
第１の反射ミラーに入射する入射角をθとしたときそれ以後の後段の各反射ミラーにおいて、入射角と反射角間角度が２θとなり、第ｎの反射ミラーまで入射・反射が繰返される干渉フィルタ群の円周対向面配置であることを特徴とする請求項１記載の多波長同時測定用分光装置。
【請求項４】
請求項３記載の多波長同時測定用分光装置を複数ｍ台具備し、
それぞれの前記第１の干渉フィルタは、被測定光をＢＳミラーに入射した、そのＢＳミラーからの反射波を被測定光として入射する位置に配設され、
前記ｍ台の多波長同時測定用分光装置のｍ×ｎ固の干渉フィルタは総て異なる波長帯から構成される多波長同時測定用分光装置であって、
前記第１の多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ、被測定光を反射させて入射波とする第１のＢＳミラーと、
前記第２の多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ、第１のＢＳミラーの透過波を反射させて入射波とする第２のＢＳミラーと、
前記第ｍの多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ第ｍ−１のＢＳミラーの透過波を反射させて入射波とする第ｍのＢＳミラーと、を備えることを特徴とする多波長同時測定用分光装置。
【請求項５】
誘電体薄膜を積層し透過波長帯が異なる複数の干渉フィルタ群からなり、各干渉フィルタはそれらの透過波を光検出素子により検出出力すると共に、試料からの入射光による最初の干渉フィルタの反射波により予め定めた順番の干渉フィルタに従って入射とその反射が順次最後の干渉フィルタまで繰返され、それら干渉フィルタ群は、複数順番毎に結像発散光を集束結像させる光学系に基づいて行われる位置に配置される集光ミラーの曲面状干渉フィルタと、その曲面状干渉フィルタ間に配置された平面ミラーの平面状干渉フィルタとからなる多波長同時測定用分光装置であって、
前記干渉フィルタ群は、集光光学系を通過させて試料からの被測定光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由して結像する位置に配設され、経由した各平面ミラー及び結像した位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第１の曲面状干渉フィルタと、
前記第１の曲面状干渉フィルタの結像を反射させた集束光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由してその光路が結像する位置に配設され、経由した各平面ミラー及び結像する位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第２の曲面状干渉フィルタと、
第（ｎ−１）番目の曲面状干渉フィルタの結像を反射させた集束光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由してその光路が結像する位置に配設され、経由した各平面ミラー及び結像する位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第ｎの曲面状干渉フィルタと、からなることを特徴とする多波長同時測定用分光装置。  
【請求項６】
前記曲面状干渉フィルタの間に一つの平面状干渉フィルタが配置される場合は、第１列は平面状干渉フィルタ、第２列は曲面状干渉フィルタとしてそれぞれ２列等間隔を保って複数ｎ個ずつ並列配列させ、第１列は平面ミラーによる平行反射、第２列は曲面ミラーにより集束反射させるように並列配置の内側へ対向させると共に、前記配置間隔の配列ピッチの位置を１／２ずらして配列対向させることを特徴とする請求項５記載の多波長同時測定用分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過波長帯域が異なる複数の干渉フィルタを配設させ、最初の干渉フィルタで試料光源から発射された光を受光し、そこで反射された光が次段として配置された次の干渉フィルタに入射するよう、順次残りの干渉フィルタを多段に配置し、それぞれの干渉フィルタを透過した光が受光する位置に光検出素子をそれぞれ設けた構成の多波長同時測定用分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から分光法として、グレーティングを用いて行う方法、プリズムを用いて行う方法、光学薄膜干渉フィルタを用いて行う方法がある。
【０００３】
グレーティング方式では分光器に光を取り込む際にスリットを通過させる事で光が「ケラレ」、取り込み量に制限が起きるので、光量を多く取り込むことが難しい。
【０００４】
プリズム方式では、プリズム内で生じたフレアーが迷光となり、材料の分散値にも限界があることから、単色化の性能を上げることが難しい。
【０００５】
干渉フィルタは、平行平板の硝子基板等に薄膜を積層させる事で光を透過する波長領域と反射する波長領域とに分ける。透過帯の透過率は高く、阻止波長帯域である反射帯の反射率も高いフィルタが製造できていた。従って、その分光性能は迷光比率が小さく、明るく単色性に優れた干渉フィルタとなっていた。
【０００６】
干渉フィルタを用いた分光測定器は、微弱光の測定、瞬時に変化していく発光体の測定に優れ、精度が高い。その干渉フィルタは透過帯、反射帯を使い分けて用いるのが基本的な使い方である。よって、フィルタは同時にミラーとして働かせ、それらフィルタを複数枚配列させて、多波長同時計測できる試料分析に従来から用いられてきた。（特許文献１、及び特許文献２参照）
【０００７】
以上のように、各波長帯を同時に計測する場合、なるべく多くの波長帯を計測するには、前記平行平板による反射により複数の干渉フィルタを進む光路中での試料から発光された光の減衰をできるだけ押える必要がある。
【０００８】
その試料からの光が、干渉フィルタによるミラーにより反射を繰返し、その光が進んでいく過程で光が無くなってしまう光路距離の位置で、それ以上の分析ができなくなるのは明らかである。
【０００９】
以上のような光の減衰、減光を防ぐために、ミラーの反射率の高い干渉フィルタはすでに作られていた。しかしながら、光路を進む際の平行平板反射ミラー毎に以下に示すような幾何光学的な光の発散による光量の減衰が生じていた。
【００１０】
すなわち、集光作用がない干渉フィルタの反射ミラー平行平板の場合は、平行光路に対して角度成分を持った光が、その光路を進む毎に拡がって行き、反射後段にいくほど受光できる範囲から離れてしまい、光検出力器への光量が減少していく。
【００１１】
図６においては、試料から発光する光を集光光学系で平行光にする場合である。第ｎ干渉フィルタに入射される光量は試料からの光量に比べて大きく減少している。
【００１２】
また、図７においては、試料から発光する光を集光光学系で収束している場合である。すなわち、その集光光学系の焦点距離を図６の場合より短くして、第１反射ミラーへ入射させ、光束を収束させながら光を伝搬させても、第１０反射ミラーに達する光量は減衰し図６の場合と、ほぼ変わらない結果となった。
【００１３】
（１）このため干渉フィルタの設置段数を多くして試料光の分析のため波長分割数をあまり増やすことはできない分光装置となった。
【００１４】
（２）また、後段に行く程、光が拡がるので、光量を低下させないためには、後段に行くほど反射ミラーと検出器の径を大きくする必要があった。これは、光学素子が大きくなりコンパクト化に不利となる分光装置となっていた。
【００１５】
（３）また、平行光に含まれる角度を持った成分は、試料発光点の大きさに依存した量（光軸から離れた発光は斜めな成分が多く、光軸から離れる位置ほど斜めの角度が大となる）であるから、その角度成分が距離を進める毎に捨てられ、試料の発光点を取り込む領域が極端に少ない暗い光学系となり、受光時間を長く取る必要がある分光装置となっていた。
【００１６】
（４）また、干渉フィルタの反射ミラーは入射角度が変わると、分光特性が変化する。収斂光束中の光や、前述のように試料の取込み領域を大きくした光は、その光束の中にいろいろな角度を有した光が混在している。光の入射角度毎に変化した特性の全角度分の合成値が、その反射ミラーの特性となる。このような角度の混在した入射光を考慮していない平行平板ミラーの性能は落ちることになる。これを避けるため従来の分光装置では入射角を小さくして使っていたが、分光装置の設計に大きな制限となっていた。
【００１７】
具体的には、干渉フィルタの反射ミラーに対する光の入射角度が大きいと反射ミラーの特性が短波長側にシフトするので、シフト量の小さい角度１０度以内で一般的に設計されていた。しかし角度１０度以内であっても収斂光束中におけるミラーの使い方によっては分光性能の低下をきたしていた。
【００１８】
【特許文献１】国際公開番号  Ｗ０２００４／０７６９９７号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】国際公開番号  Ｗ０２００３／０１６８４２号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、前述の問題点を解消するために、（ａ）干渉フィルタの反射ミラー面の形状を変えること、（ｂ）光伝送路に周期的な集光光学系の設計を施した事で、試料から発光される光路の発散を防ぎ、形状を変えた反射ミラーを有する干渉フィルタの設置個数（同時に分析できる異なる波長帯の分光数）を増やせるような構成とする。すなわち、反射ミラー自身も収斂光束を考慮した膜設計を行った事で、ミラーの分光特性の収斂光束による性能劣化を抑える構成とする。
【００２０】
具体的には、透過波長帯の異なる複数ｎ個の干渉フィルタを次のように配列する。先ず、調査せんとする試料からの情報を含んだ光を集光光学系を介して、本発明の同時多波長分光測定器の最初の配列にある第１の干渉フィルタへ送る。次に、次段に配列された第２の干渉フィルタは、第１の干渉フィルタの第１の反射ミラーによる反射波が入射するように配置する。
【００２１】
次に、順次同様に、第ｎの干渉フィルタは、第ｎ−１の干渉フィルタの第ｎ−１の反射ミラーによる反射波が入射するように配置する。
【００２２】
ここで、第１の反射ミラーか第ｎの反射ミラーまで続く光路上の光束は、それぞれの反射ミラー毎に、そのミラーの集束光学系により集束が繰返され、周期的に収斂光束されて光伝送されることとなる。以上のように反射ミラー毎の周期的集束光学系によって長い光路を光束が拡がることを押さえられながら伝搬させることになる。
【００２３】
この間第１〜第ｎの反射ミラーを透過した波長帯の光は、それぞれのミラーを透過して直後にある第１〜第ｎの光検出受光器で計測される。なお、透過した残りの波長帯は反射されて、次段の反射ミラーへ進む。
【００２４】
以上総合して各段の反射ミラーで反射する光路は同じ様に集束を繰返し、次々と後段に伝送される。反射ミラーを通る毎に異なった波長帯の光が分離され、多波長同時計測が達成され、その繰返りの反射ミラーの数、つまり干渉フィルタの数が従来より増加しても、少ない減衰で最後の干渉フィルタまで到達することとなる。
【００２５】
最後に余計な光が戻ることの無いように光トラップで吸収させる。
【００２６】
以上のような、多波長同時測定用分光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記課題を解決するため、本発明の多波長同時測定用分光装置は、誘電体薄膜を積層し透過波長帯が異なる複数ｎ個の干渉フィルタ群からなり、各干渉フィルタはそれらの透過波を光検出素子により検出出力すると共に、試料からの入射光による第１の干渉フィルタの反射波より予め定めた順番の干渉フィルタに従って入射とその反射が順次繰返されｎ番目の第ｎの干渉フィルタまで隣接フィルタ間の光学系に基づいて行われる位置に配置された多波長同時測定用分光装置であって、
前記干渉フィルタ群は、集光光学系を通過させて試料からの被測定光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯が第１の光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状誘電体薄膜の第１の反射ミラーと、からなる第１の干渉フィルタと、
前記集光光学系からの光束を第１の干渉フィルタの反射ミラーで反射させた集束光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯が第２の光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状の誘電体薄膜の第２の反射ミラーと、からなる第２の干渉フィルタと、
第ｎ−２の干渉フィルタからの光束を第ｎ−１の干渉フィルタの反射ミラーで反射させた集束光を結像する位置に配設され、その位置での透過波長帯第ｎの光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯の反射波光束を集光させるミラー曲面形状の誘電体薄膜の第ｎの反射ミラーとなる第ｎの干渉フィルタと、からなることを特徴とする。
【００２８】
また、前記ｎ個の干渉フィルタ群の前記隣接フィルタ間の光学系は、干渉フィルタを２列に等間隔配列ピッチＰを保って並行配列させ、その第１の列には奇数番目の干渉フィルタが、第２の列には偶数番目の干渉フィルタが、それぞれその反射ミラー側を内側に対向させると共に、前記配列ピッチＰの位相を１／２ずらして配列対向させ、
第１の反射ミラーに入射する入射角をθとしたとき、各反射ミラーにおいて入射角と反射角間角度が２θとなり、第ｎの反射ミラーまで入射・反射が繰返される干渉フィルタ群の２列並行配置であることを特徴とする。
【００２９】
また、前記ｎ個の干渉フィルタ群の前記隣接フィルタ間の光学系は、干渉フィルタを第１の円周面列及びその外側の第２の円周面列に沿って、それぞれ等円周角の配列角度ピッチＱを保って配列させ、その第１の円周面列には奇数番目の干渉フィルタが、第２の円周面列には偶数番目の干渉フィルタが、それぞれ曲面形状の反射ミラー側を第１、第２の円周面列の間隙側に対向させると共に、前記配列角度ピッチＱの位相を１／２ずらして配列対向させ、
第１の反射ミラーに入射する入射角をθとしたときそれ以後の後段の各反射ミラーにおいて、入射角と反射角間角度が２θとなり、第ｎの反射ミラーまで入射・反射が繰返される干渉フィルタ群の円周対向面配置であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項３記載の多波長同時測定用分光装置を複数ｍ台具備し、
それぞれの前記第１の干渉フィルタは、被測定光をＢＳミラーに入射した、そのＢＳミラーからの反射波を被測定光として入射する位置に配設され、
前記ｍ台の多波長同時測定用分光装置のｍ×ｎ固の干渉フィルタは総て異なる波長帯から構成される多波長同時測定用分光装置であって、
前記第１の多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ、被測定光を反射させて入射波とする第１のＢＳミラーと、
前記第２の多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ、第１のＢＳミラーの透過波を反射させて入射波とする第２のＢＳミラーと、
前記第ｍの多波長同時測定用分光装置の第１の干渉フィルタへ第ｍ−１のＢＳミラーの透過波を反射させて入射波とする第ｍのＢＳミラーと、を備えることを特徴とする。
【００３１】
また、誘電体薄膜を積層し透過波長帯が異なる複数の干渉フィルタ群からなり、各干渉フィルタはそれらの透過波を光検出素子により検出出力すると共に、試料からの入射光による最初の干渉フィルタの反射波により予め定めた順番の干渉フィルタに従って入射とその反射が順次最後の干渉フィルタまで繰返され、それら干渉フィルタ群は、複数順番毎に結像発散光を集束結像させる光学系に基づいて行われる位置に配置される集光ミラーの曲面状干渉フィルタと、その集光干渉フィルタ間には平面状ミラーの平面状干渉フィルタとからなる多波長同時測定用分光装置であって、
前記干渉フィルタ群は、集光光学系を通過させて試料からの被測定光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由して結像する位置に配設され、経由した各平面状ミラー及び結像した位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第１の曲面状干渉フィルタと、
前記第１の曲面状干渉フィルタの結像を反射させた集束光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由してその光路が結像する位置に配設され、経由した各平面状ミラー及び結像する位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第２の曲面状干渉フィルタと、
第（ｎ−１）番目の曲面状干渉フィルタの結像を反射させた集束光を反射させる１以上の平面状干渉フィルタを経由してその光路が結像する位置に配設され、経由した各平面状ミラー及び結像する位置での各透過波長帯が光検出素子により受光され検出出力させる誘電体薄膜と、透過しない残りの反射波長帯を反射させる１以上の平面状干渉フィルタ及び第ｎの曲面状干渉フィルタと、からなることを特徴とする。
【００３２】
また、前記曲面状干渉フィルタの間に一つの平面状干渉フィルタが配置される場合は、第１列は平面状干渉フィルタ、第２列は曲面状干渉フィルタとしてそれぞれ２列等間隔を保って複数ｎ個ずつ並列配列させ、第１列は平面ミラーによる平行反射、第２列は曲面ミラーにより集束反射させるように並列配置の内側へ対向させると共に、前記配置間隔の配列ピッチの位置を１／２ずらして配列対向させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、以下に述べる効果を呈する。
【００３４】
複数の干渉フィルタの反射ミラーは、従来では平行平板であったので、干渉フィルタの設置段数を多くすることができなかったが、干渉フィルタの反射ミラーに球面鏡または非球面鏡を用いて光が光を進む過程での発散を抑える光学系とすることによって、曲面状干渉フィルタの段数毎に発散と収束が周期的に繰返し、平行光に対して斜めに進む光を戻し、全光束は減衰することなく最後のｎ段まで進むことができる効果がある。
【００３５】
すなわち、反射ミラーの球面鏡等への反射波が収束光となるように焦点距離を選定すれば以下に示す効果がある。
【００３６】
（１）波長分割数を従来より増やせる同時多波長測定用分光装置となる。試料からの光の伝送中の幾何光学的な効率は計算上１００％近くを見込めるので、後段の干渉フィルタのミラーまで「ケラレ」による光の損失が無く伝送できる（後段まで明るい）からである。
【００３７】
（２）各干渉フィルタの反射ミラー及びそれらの検出器の受光面積、すなわち直径等を従来に比べ小さく設計することができる。分光装置としてコンパクト化が可能となる効果がある。光束の外形の大きさを球面鏡の焦点距離などの選定で任意に制限できるからである。
【００３８】
（３）光量を大きく取れる明るい分光装置となるので、測定速度を上げることが可能となると共に、精度も高められる効果がある。発光点（試料）の大きな面積領域からの光を、第１の干渉フィルタへ入射させる際の集光光学系と、その後段にある周期的な発散と収束光学系により効果を向上させ、試料の発光を多く取込めるからである。  
【００３９】
（４）光学素子、光検出受光器の配置、配列の自由度が高く、波長分離精度も高くなる効果がある。
【００４０】
また、分光装置のコンパクト化にも効果がある。各段の干渉フィルタの反射ミラーは収斂光束を考慮した構成なので、前述したように、従来の平行平板ミラーに比較してミラーへの入射角度に制限が少なく、ミラー特性の影響が少ないからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の多波長同時測定用分光装置の最良の実施の形態について、以下図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１、図２は本発明の多波長同時測定用分光装置の第１の実施例を示す。図１において１は、調べたい試料、その発光点を示し、本実施例では、ｙ０はその大きさ、或いは円形状面積の直径を示す。２は、試料１からの光束を集光する集光光学系を示す。その焦点距離ｆをｆ０とする。Ｓ０、Ｓ１はそれぞれ試料から集光光学系前主点までの距離、集光光学系後主点から第１ミラー（第１干渉フィルタの反射ミラー）２１までの距離を示す。
【００４３】
また、ｙ０１は、集光光学系の後主点の円形状面積の直径、ｙ１、ｙ２はそれぞれ第１反射ミラー１１、第２反射ミラー１２の大きさ或いは円形状面積の直径を示す。
【００４４】
１０は、干渉フィルタ（反射ミラー）１１、１２・・・・ｎを２列の直線上に配置された状態を示す。１０−１の第１の列は奇数番目（１、３、・・・・ｎ＋１）の干渉フィルタ、１０−２の第２の列は偶数番目（２、４、・・・・ｎ）の干渉フィルタである。
【００４５】
１１ａ、１２ａ・・・・ｎａは、それぞれ第１、第２・・・・第ｎの受光器（光検出器）である。
【００４６】
ここで、各干渉フィルタ間の距離Ｓ２、光路の反射ミラーへの入射角度θ、反射ミラーの焦点距離ｆ１（或いはミラー面の曲面率γ）は任意に設計できる。すなわち、それらの反射ミラーの収斂光束の結像位置を変える事で次段の反射ミラーの形状と配置が変わる。
【００４７】
図１、図２では先ず試料１からの発光は、集光光学系２を介して第１の干渉フィルタの第１の反射ミラー１１上に結像するように入射させる。その第１の反射ミラー１１における反射光は入射側と反対側に同じ角度量θで反射する。入射光と反射光のなす角度は２θとなる。
【００４８】
第１の反射ミラー１１（第１列１０−１）から第２の反射ミラー１２（第２列１０−２）までの距離と反射ミラー形状は以下のように決める。
【００４９】
先ず、第１の受光器１１ａの直径は少なくとも第１の干渉フィルタの反射ミラー１１の直径ｙ１の結像と同一とし、試料１の直径ｙ０との間の結像率β１は以下のような関係がある。
β１＝Ｓ１／Ｓ０＝ｙ１／ｙ０・・・・・（１）
１／Ｓ０＋１／Ｓ１＝１／ｆ０・・・・・（２）
【００５０】
よって、受光器１１ａの大きさ、試料の大きさ、干渉フィルタの大きさとなる直径をどのくらいにするかを設計の際に決めれば試料１、集光光学系２、受光器１１ａ間の距離Ｓ０、Ｓ１、集光光学系２の焦点距離ｆ０が式（１）、（２）で決まる。
【００５１】
次に、第１の反射ミラー１１の焦点距離をｆ１、第１の反射ミラー１１から第２の反射ミラー１２までの距離をＳ２とし、第２の反射ミラー１２への結像或いは大きさをｙ２とし像倍率β２は以下のような関係がある。
１／Ｓ１＋１／Ｓ２＝１／ｆ１・・・・・（３）
β２＝ｙ２／ｙ０１＝Ｓ２／Ｓ１・・・・（４）
【００５２】
ここで、ｙ０１、Ｓ１は既知量であり、ｙ２は設計側で選定する量であるので、第１、第２の反射ミラー１１、１２間の距離Ｓ２は以下の式で決まる。
Ｓ２＝ｙ２×Ｓ１／ｙ０１・・・・・・・（５）  
【００５３】
よって、第１の干渉フィルタ１１の反射ミラーの焦点距離ｆ１も式（３）で決まる。
【００５４】
第２の干渉フィルタ１２以後に使用する複数ｎ個の干渉フィルタ１３、１４、・・・・・ｎの反射ミラーの大きさｙ３、ｙ４、・・・・ｙｎは全て同じ（それに使用する受光器１３ａ，１４ａ、・・・・・ｎａも全て反射ミラーと同じ）とし、等間隔に配置するとすれば、第２の反射ミラー１２以降からのミラー曲率γ、焦点距離ｆは、直前段の反射ミラーに結像した像を物点とみなして、その物点が像倍率＝１で直後段の反射ミラーに結像するように設定する。
【００５５】
以上の実施例は図１、図２に示されているが、光束外周を一定の大きさ以下に抑えて、集光と発散を各ミラー毎に繰返して減衰無く光伝搬させることを特徴とした光学系を用いた分光装置である。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施例の多波長同時測定用分光装置について図３に基づき説明する。
【００５７】
第２の実施例の円周対向面配置干渉フィルタ群２０は、ｎ個の干渉フィルタを同一中心の二つの円周面の内側と外側に沿って、それらの反射ミラーを対向して配置する。なお、図中の同一符号は図１、図２と同じ機能である。
【００５８】
詳しくは、内周列２０−１に奇数番目の干渉フィルタを配列し、外周列２０−２に偶数番目の干渉フィルタを配列し、それぞれ等しい円周角度の角度ピッチＱを保ち、等間隔で配置させる。さらに、内周列２０−１の円周角度のピッチ位相と外周列２０−２の円周角度のピッチ位相との差を１／２ずらして配列対向させる。
【００５９】
以上の図３に示す円周対向面配置により、第１干渉フィルタの反射ミラー１１に入射する入射角をθとしたとき、それ以後の後段の各反射ミラーにおいて、入射角と反射角間の角度が２θとなり、第ｎの反射ミラーｎまで入射・反射が繰返される。
【００６０】
この間、図１、図２と同様に各干渉フィルタ（反射ミラー）間の光学系により集束と発散がその光学系の各段で繰返され減衰なく光伝搬させる分光装置となる。
【００６１】
次に、本発明の第３の実施例の多波長同時測定用分光装置について図４に基づき説明する。
【００６２】
第３の実施例は、図３に用いられた第２の実施例の円周対向面配置干渉フィルタ群２０をｍ＝３個用いた例を示してある。
【００６３】
図４において、３０はそれぞれのＢＳミラー（ビーム・スプリッタミラー）を示し、試料１の発光点からの光路を集光光学系２により平行光路として、第１のＢＳミラー３０Ａに入射させ、そこで反射した平行光は、第１の円周対向面配置干渉フィルタ群２０Ａの第１干渉フィルタの反射ミラー２１へ集光光学系２−１により集束させ結像させる。以下、第１の円周対向面配置干渉フィルタ群２０Ａの中で対向した第１の円周面と第２の円周面に配設された干渉フィルタの反射ミラー群による集束・結像を繰返させてｎ個の受光器から、それぞれ異なった波長帯の分析検出データを出力させる。
【００６４】
同時に、第１のＢＳミラー３０Ａから透過した試料１の全帯域発光を第２のＢＳミラー３０Ｂへ入射し、その平行光路は反射して、集光光学系２−２により集束させ、第２の円周対向面配置干渉フィルタ群２０Ｂの中の第１干渉フィルタの反射ミラー２１は結像させる。この第２の円周対向面配置干渉フィルタ群２０Ｂの中でも同様にｎ個の受光器からそれぞれ異なった波長帯（第１の円周対向面配置干渉フィルタ群２０Ａにおいて検出される波長帯とも異なった波長帯）の分析検出データを出力させる。
【００６５】
さらに、同時に第２のＢＳミラー３０Ｂから透過した試料１の全帯域発光を第３のＢＳミラー３０Ｃへ入射させ、前述したと同様の検出データを受光器から出力させる。
【００６６】
図４の実施例ではｍ＝３個の円周対向面配置ｎ個の干渉フィルタ配置の円周対向面配置干渉フィルタ群２０から構成され、そこに配置される干渉フィルタの反射ミラーはｍ×ｎすなわち３ｎ個からなり、それぞれ反射波長帯を異なるように設定すれば、従来より高精度の波長特性で試料１の発光を同時に分析できる。
【００６７】
尚、図３の円周対向面配置干渉フィルタ群２０の構成においては、第１の円周面列（内周面列）２０−１、第２の円周面列（外周面列）２０−２にはそれぞれ同様の干渉フィルタの反射ミラーが構成されている。しかし干渉フィルタの反射ミラーは第１の円周面列（内周面列）２０−１または第２の円周面列２０−２のいずれかに構成され、干渉フィルタの反射ミラーのない円周側には干渉フィルタの代わりに反射ミラーのみを設置して集束発散を干渉フィルタの反射ミラー毎に繰返すように光学集束発散系を構成しても良い。尚、勿論受光器は干渉フィルタのある円周面列にあればよい。
【００６８】
図５には、曲面状干渉フィルタ１１、１２・・・と平面状干渉フィルタ１１ｘ、１２ｘ・・・を２列並列配置した場合の第４の実施例を示す。
【００６９】
図５（ａ）は、図１に示した基本形であって、その基本形と等価の光学系を図５（ｂ）に示した。すなわち、図５（ｂ）は、基本形に一つ毎に平面状干渉フィルタ（平面ミラー）を挿入した系を示す。以上のようにすることにより系をさらに小型にすることができる。
【００７０】
図５（ｂ）は、右側第１列はすべて平面状干渉フィルタ（平面ミラー）１１ｘ、１２ｘ・・・、左側第２列は曲面状干渉フィルタ（曲面ミラー）１１、１２・・・・を配列している。
【００７１】
集光光学系２と第１の曲面ミラー１１との間に平面状干渉フィルタ（平面ミラー）１１ｘを１枚、第１の曲面ミラー１１と第２の曲面ミラー１２との間に平面状干渉フィルタ（平面ミラー）１２ｘを一枚挿入し、これを繰返して配置した例である。
【００７２】
これにより、ミラー間距離を基本形の半分にすることができる。
【００７３】
尚、図５（ａ）、（ｂ）を比較して、（集光光学系２から第１の平面ミラー１１ｘまでの距離）＋（第１の平面ミラー１１ｘから第１の曲面ミラー１１までの距離）が図５（ａ）に示す基本形のＳ１と同じであれば基本形と同じ性能となる。
【００７４】
また、（第１の曲面ミラー１１から第２の平面ミラー１２ｘまでの距離）＋（第２の平面ミラー１２ｘから第２の曲面ミラー１２間までの距離）が基本形の距離Ｓ２と同じであれば、基本形と同じ性能となる。
【００７５】
すなわち、並行配置の２列対向ミラー間の距離を（Ｓ２／２）とし、集光光学系から結像位置までの距離を｛Ｓ１−（Ｓ２／２）｝とすれば（図５（ｂ）はその状態を示す）、図５（ａ）の基本形と同じ集束結像の光学系となる。
【００７６】
この第４の実施例は、曲面状干渉フィルタ１１，１２・・・の順番の間に一枚ずつ平面状干渉フィルタ１１ｘ、１２ｘ・・・を挿入した光学系であるが、この一つの集束結像の光学系を生成するに際して、曲面状干渉フィルタと次の曲面状干渉フィルタとの間に、隙間の許す限り平面状干渉フィルタを何枚挿入しても良い。
【００７７】
その場合、基本形とＳ１、Ｓ２が同じ距離であれば、等価の光学系を設定することができる。
【００７８】
尚、各ミラー後段に置く光検出器の代わりに、光を取り出すためのツールとして、光ファイバーによる光伝送を介して光検出を行うことができる。光ファイバーを用いれば離れたところにセンサーを配置し計測を行うことができる。
【００７９】
このように、平面ミラーと曲面ミラーの組合せと、光ファイバーを用いれば、更に小型の分光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】多波長同時測定用分光装置の第１の実施例。（２列並行配置の光路図）
【図２】多波長同時測定用分光装置の第１の実施例。（２列並行配置の光束の伝搬例）
【図３】多波長同時測定用分光装置の第２の実施例。（円周対向面配置の光束の伝搬例）
【図４】複数円周対向面配置干渉フィルタ群をＢＳミラーで接続した多波長同時測定用分光装置の第３の実施例。
【図５】多波長同時測定用分光装置の第４の実施例。（２列並行配置の光束の伝搬例）
【図６】従来の複数平板反射ミラーによる試料からの平行光伝搬例。
【図７】従来の複数平板反射ミラーによる試料からの収束光伝搬例。
【符号の説明】
【００８１】
１    試料、発光点
２、２−１、２−２、２−３    集光光学系
３    光トラップ
１０    ２列並行配置干渉フィルタ群
１０−１  奇数番目の干渉フィルタ列、第１の列
１０−２  偶数番目の干渉フィルタ列、第２の列
１１、１２、・・・ｎ  第１から第ｎの干渉フィルタ、曲面状干渉フィルタ（反射ミラー、曲面ミラー）
１１ｘ、１２ｘ・・ｎ  第１から第ｎの平面状干渉フィルタ（平面ミラー）
１１ａ、１２ａ、・・・ｎａ  第１、第２、第ｎの受光器（光検出器）
１１ｘａ、１２ｘａ・・・ｎｘａ  第１、第２、第ｎの受光器（光検出器）
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ    円周対向面配置干渉フィルタ群
２０−１  奇数番目の干渉フィルタの内周列、第１の円周面列（内周列）
２０−２  偶数番目の干渉フィルタの外周列、第２の円周面列（外周列）
２１、２２、・・・ｎ  第１、第２、・・・第ｎの干渉フィルタ（反射ミラー）
２１ａ、２２ａ、・・・ｎａ  第１、第２・・・第ｎの受光器（光検出器）
３０    ＢＳミラー
３０Ａ  第１のＢＳミラー
３０Ｂ  第２のＢＳミラー
３０Ｃ  第３のＢＳミラー
Ｓ０    試料−集光光学系間距離
Ｓ１    集光光学系−第１ミラー間距離
ｆ０    集光光学系焦点距離
ｆ１    第１のミラーの焦点距離
ｙ０    試料の大きさ
ｙ０１  集光光学系の後主点直径
ｙ１    第１のミラーの大きさ
ｙ２    第２のミラーの大きさ
【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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