(57)【要約】【課題】多種類の光学フィルタの組合せ使用により発生するスペクトル特性の光強度段差を無くした分光装置及び分光装置用光学フィルタを提供する。【解決手段】入射スリット１を通した光束を凹面回折格子２で短波長から長波長の光に分散し、この分散光の光強度を検出するホトダイオードアレイ型の検出器３の直前に、斜め方向の接合面を有する複数の異なった性質の光学フィルタを接合してなる光学フィルタ４を配置する。接着剤に隣り合う光学フィルタ４１、４２の屈折率の中間値に近い屈折率を有するものを選ぶことにより、光学フィルタの透過率の連続性が保たれ、これによりスペクトル特性の不連続変化の発生が抑えられる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散素子を用いて複合光を連続した波長の光に分散させ、各波長における光強度を検出する分光装置の検出器直前に配置する複数の異なった性質の光学フィルタであって、検出器を構成する検出素子の配列方向に対して斜め方向に形成された接合面を有する隣り合う光学フィルタを、該光学フィルタの各屈折率の中間値近傍の屈折率を有する接着剤で接合してなることを特徴とする分光装置用光学フィルタ。
【請求項２】
分散素子を用いて複合光を連続した波長の光に分散させ、各波長における光強度を検出する分光装置において、検出器直前に配置する複数の異なった性質の光学フィルタの接合面を、検出器を構成する検出素子の配列方向に対して斜め方向に形成するとともに、隣り合う光学フィルタの各屈折率の中間値近傍の屈折率を有する接着剤で接合してなる光学フィルタを備えてい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、分散素子を介して複合光を連続した波長の光に分散させ、波長毎の光強度を測定して得られるスペクトル特性から、試料の定量・定性分析を行う分光装置及び分光装置に用いられる分光装置用光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
分散素子は回折格子やプリズムのように出射光の出力方向が波長によって異なる光学素子である。この分散素子と結像光学系を組み合わせて入射光から波長分布を表すスペクトルを生成するとともに、スペクトル画面に検出器を配置して、入射光の各波長における光強度を検出する方式の分光装置は、これまでに各種のものが考案されている。
【０００３】
最も単純な分光装置である凹面回折格子ポリクロメータを使用した場合の構成を図４に示す。入射スリット１から入射した光束は凹面回折格子２によって分散され、検出器３上のスペクトル像面に結像される。図５は、前記凹面回折格子２における入射光と出射光の方向を示したもので、入射光Ｂ１と凹面回折格子２の法線Ｌとのなす角をα、波長λの出射光Ｂ２と法線Ｌとのなす角をβとし、凹面回折格子２の溝本数をＮとすると、
ｓｉｎα−ｓｉｎβ＝Ｎｍλ・・・（１）
なる（１）式の関係が成立し、図５の配置においてはβ＝β１のときλ＝λ１、β＝β２のときλ＝λ２が対応している。ここにｍは整数値をとる回折次数であり、図５の配置においては負の値となる。
【０００４】
上記のような分光装置においては、特性向上のために検出器３に各種の光学フィルタを組み合わせることが行なわれる。例えば、分散素子表面や筐体内面での散乱などに起因する迷光を除去するための光学フィルタや、検出器感度の波長依存性を補正するための光学フィルタ、あるいは回折格子型分光装置で特徴的な次数分離フィルタなどが用いられる。
前記（１）式でλ＝λ０でｍ＝ｍ０が成立する場合、Ｘを整数とすると、λ＝λ０／Ｘ、ｍ＝Ｘｍ０が当然成立し、同じ検出器に、短波長の光が入射する。前記次数分離フィルタは、この短波長の光が入射することを防ぐ目的で用いられるものである。
【０００５】
上記のような各種フィルタは、図４に示すように、一般に検出器３の直前に必要に応じて配置され、目的の機能を発揮している。複数の検出素子が配列されたアレイ型検出器の場合は、環境耐性向上のために窓板を設ける必要があるが、窓板の代わりに光学フィルタを用いることもよく行なわれている。この際、複数の光学フィルタ４ａ、４ｂを用いる場合は、図４に示すように垂直端面同士を接合する方法が採られている。
【特許文献１】特開平６−３０７９３３号公報
【特許文献２】特開平５−３４６３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の分光装置は上記のように構成されているが、アレイ型検出器に光学フィルタを接合して適用する場合、表面反射率や内部透過率はそれぞれの光学フィルタの物性によって異なるため、表面反射率と内部透過率を総合した透過率は光学フィルタの種類によって異なる。このため、光学フィルタを接合した箇所に該当する波長帯では、図６（ａ）に示すように検出器の出力、すなわち測定された光強度に急激な変化が生じる。この現象は、分光装置においては経時変化や入射する光束の強度分布の変化が発生することから、測定データの不正確さを増す要因になるという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて考案されたもので、アレイ検出器の前面に設置した光学フィルタの接合部に対応した波長帯での光強度の急激な変化を無くした分光装置および分光装置用光学フィルタ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】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明の分光装置用フィルタは、分散素子を用いて複合光を連続した波長の光に分散させ、各波長における光強度を検出する分光装置の検出器直前に配置する複数の異なった性質の光学フィルタの接合面を、検出素子の配列方向に対し斜めに形成し、該光学フィルタの各屈折率の中間値近傍の屈折率を有する接着剤で接合した。
また、本発明の分光装置は、分散素子を用いて複合光を連続した波長の光に分散させ、各波長の光強度を検出する検出器直前に配置する複数の異なった性質の光学フィルタの接合面を、検出器を構成する検出素子の配列方向に対し斜め方向に形成するとともに、隣り合う光学フィルタの屈折率の中間値近傍の屈折率を有する接着剤で結合してなる光学フィルタを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の分光装置を用いて取得したスペクトルデータには、スペクトル特性を不正確にする明確な段差が生じないため、このデータから算出して特性の比較に利用される微分値差や、複数回取得したデータから算出される相対強度比などの量子化誤差が少なくなり、より正確な定量・定性分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本発明による分光装置の概略構成図である。本分光装置は、複合光である入射光を回折させる入射スリット１と、この入射スリット１を通って波長に応じて回折した回折光を３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長の光りに分散させる可視光用の凹面回折格子（ポリクロメータ）２と、この分散した可視光の強度を検出する１２８素子からなる自己走査型のホトダイオードアレイを用いた検出器３と、該検出器３の短波長帯側にＬＰＦフィルタとして使用する硼珪酸ガラス４１と長波長帯側に４００ｎｍ以下をカットするシャープカットフィルタ４２を接合してなる光学フィルタ４と、前記検出器３の出力信号を信号処理してスペクトル画像を作成表示する信号処理部５から構成されている。
【００１０】
前記光学フィルタ４は、図２（ａ）に示すようなそれぞれ斜め方向の接合面が形成された硼珪酸ガラス４１とシャープカットフィルタ４２を接着剤４３で接着して作られており、その接合面は波長５００ｎｍから６００ｎｍの光を検出する検出素子上にくるように配置されている。前記硼珪酸ガラス４１として例えばタイプＢＫ７のような５５０ｎｍ波長で屈折率が１．５２、透過率が９２％であるもの、また、前記シャープカットフィルタ４２としてタイプＹ−４４などのような５５０ｎｍ波長で屈折率が１．６２、透過率が８９％であるものが使用され、これらを接合する接着剤４３として屈折率が１．５６、すなわち硼珪酸ガラス４１とシャープカットフィルタ４２の屈折率の中間の屈折率を有するものが用いられている。
【００１１】
前記光学フィルタ４の特性を簡明に説明するため、硼珪酸ガラス４１の透過率をＫ１、シャープカットフィルタ４２の透過率をＫ２、接合部分の傾きの勾配をｋ、勾配の存在する波長帯を１００ｎｍ（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）と仮定すると、勾配の始点５００ｎｍ（Ｐ点）から水平方向にｘの位置での平均透過率ＫＸは、下記の式で表される。
ＫＸ＝Ｋ１＋（Ｋ２−Ｋ１）ｘ／１００・・・（２）
この（２）式で表される特性を、横軸に波長帯、縦軸に光透過率を採った座標上で表すと図２（ｂ）のようになり、接合の始点Ｐ点から終点Ｑ点までの１００ｎｍの波長帯において、透過率ＫＸは透過率の連続性を保っている。
【００１２】
前記信号処理部５は、検出器３を構成する自己走査型のホトダイオードアレイから一定周期毎に順次出力されるアナログ電気信号をＡＤ変換するＡＤコンバータ５１と、この出力を演算処理して波長別の光強度を計算し、スペクトル特性画像用の映像信号に変換するＣＰＵ５３と、その画像を表示する表示部５６と、分析開始・終了等の操作指令を行なう操作部５７と、前記ＣＰＵ５３と外部間の入出力処理を行なう入力インタフェース５２と出力インタフェース５５から構成されている。
【００１３】
上記分光装置による分析動作は次のような手順で行なわれる。図１において複合光が入射スリット１に入射すると、この複合光は回折して広がり、凹面回折格子２に照射される。この光の入射角度に対する回折角度は、前記（１）式に示したように波長によって異なるため、その回折光は短波長から長波長に広がって光学フィルタ４を介して検出器３に入射する。この入射光は、図２（ｂ）に示したような波長に対する透過率が連続性を有する光学フィルタ４を通過するので、急激な変化を生じずに波長別の光強度に比例した電気信号に変換される。
【００１４】
検出器３の各ホトダイオードの電気出力信号は、自己走査により波長順に順次ＡＤコンバータ５１に送出されてＡＤ変換された後、入力インタフェース５２を介してＣＰＵ５３に取り込まれ、メモリ５４に格納されている光強度演算式により各波長毎の光強度が算出され、その計測データは表示部５６に送出され、図６（ｂ）に示すようなスペクトル特性画像が得られる。このスペクトル特性画像には、光学フィルタ４の透過率の連続性が保たれることにより、図６（ａ）に見られるような従来のような光強度の段差が生じない。これにより、接合されたそれぞれのフィルタを透過して検出器３に入射する光量の比が連続して変化するため、検出器間の信号強度変化がゆるやかになり、データの不正確さを減少させることができる。
【００１５】
本発明は、実施例に限定されるものではなく、例えば前記光学フィルタ４は、２種類のフィルタで構成しているが、図３に示すような光学フィルタ６（光学フィルタ６１〜６４を組み合わせたもの）を使用することもできる。また分光装置として、入射光を波長列に分散させるのに凹面回折格子を使用しているが、これに限らず、例えば凹面鏡と回折格子を組み合わせたファスティ・エバートマウント方式やコリメータと焦点鏡及び平面回折格子を組み合わせたツェルニー・ターナーマウント方式などによる分光手段を用いたり、ホトダイオードアレイとして、並列読出し型のものを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例による分光装置の概略構成図である。
【図２】実施例による光学フィルタの構成図（ａ）と透過率特性図（ｂ）である。
【図３】他の実施例による光学フィルタの構成図である。
【図４】従来の分光装置の概略構成図である。
【図５】凹面回折格子面での入射光と出射光の方向を示す図である。
【図６】従来の分光装置のスペクトル特性画像（ａ）と実施例による分光装置のスペクトル特性画像（ｂ）である。
【符号の説明】
【００１７】
１  入射スリット
２  凹面回折格子
３  検出器
４  光学フィルタ
４ａ  光学フィルタ
４ｂ  光学フィルタ
４１  硼珪酸ガラス
４２  シャープカットフィルタ
４３  接着剤
５  信号処理部
５１  ＡＤコンバータ
５２  入力インタフェース
５３  ＣＰＵ
５４  メモリ
５５  出力インタフェース
５６  表示部
５７  操作部
６  光学フィルタ
Ｂ１  入射光
Ｂ２  出射光
Ｌ  法線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005156343.tif 000006
【図５】
2005156343.tif 000007
【図６】
2005156343.tif 000008