(57)【要約】【課題】チャンネルの数が多い場合においても、信号光に対する損失を小さく保つことのできる分光装置を得る。【解決手段】光学フィルタ１４を透過した光の波長帯域はＡＢＣとなって図中右側に進行する。一方、光学フィルタ１４で反射された波長帯域ＤＥＦの光は図中の左下側に進行する。以降では、この透過光（帯域ＡＢＣ）と反射光（帯域ＤＥＦ）の光に対して、単一のチャンネルに対応する波長帯域のみを透過させる第２の光学フィルタが用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を、その光路上に設けた複数の光学フィルタにより分光し、それぞれ異なる波長帯域をもつ出力光を４つ以上のチャンネルに出力する分光装置であって、
入射した光を、２つ以上の前記チャンネルにわたる波長帯域をもつ透過光と、当該透過光の波長帯域と異なる２つ以上の前記チャンネルにわたる波長帯域をもつ反射光と、に分光する第１の光学フィルタと、
前記信号光から見て前記光路における前記第１の光学フィルタの下流側に、入射した光を、単一の前記チャンネルに対応する波長帯域をもつ透過光又は反射光に分光する第２の光学フィルタと、
を具備することを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記信号光の光軸が前記第１の光学フィルタに対して直入射から所定の入射角だけ外れた角度となるように設定されて前記信号光が前記第１の光学フィルタに入射し、
光軸が直入射から所定の入射角だけ外れた角度となるように光が入射する設定とされた前記第２の光学フィルタが、前記第１の光学フィルタからの透過光、反射光のそれぞれに対して用いられたことを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が、０°よりも大きく１５°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が０°よりも大きく４５°以下であり、前記信号光の発散角が０．５°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分光装置。
【請求項５】
前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び複数の前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が、それぞれ４５°となるように設定され、
平面視において、前記信号光が入力する方向と垂直な二方向、及び前記信号光が入射する方向と同一の方向に、それぞれ複数の前記各チャンネルの出力光が出力されることを特徴とする請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記第１の光学フィルタ及び／又は前記第２の光学フィルタは、
入射側の表面と、当該入射側の表面と平行でないように形成された出射側の表面と、を具備し、
入射した光を、
当該入射した光が前記入射側の表面で反射された第１の反射光、前記入射側の表面を透過した光が前記出射側の表面で反射された第２の反射光、及び前記入射側の表面を透過した光が更に前記出射側の表面を透過した透過光、の３つに分岐する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長帯の光を出力する分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色光、あるいは広い波長帯域の光を入力させ、これを分光して所望の波長帯の光を出力する分光装置は、各種の分析装置に使用されている。例えば、核融合におけるプラズマの診断（トムソン散乱計測）、血液や尿の検査における吸光度計測等においては、こうした分光装置は極めて有効である。
【０００３】
分光装置においては、例えば回折格子を用いることによって所望の波長の単色光を得ることができる。しかしながら、出力として望まれる所望の複数の波長帯が予め定まっている場合には、光学フィルタ（干渉フィルタ）を複数組み合わせた構成の分光装置を用いることによって、特に良好な分光特性（分光された光のスペクトルの急峻性や強度）が得られる。図１３は、この場合に用いられる光学フィルタの特性を模式的に示す図である。ここで、（ａ）のスペクトルをもつ入射光が、この光学フィルタに入射するものとする。この場合の透過光のスペクトルは（ｂ）のように帯域（波長帯域）Ｉの狭い帯域となる。干渉フィルタにおいては、フィルタ内部での光の吸収を小さくすることができ、この波長帯域以外の波長の光（帯域ＩＩの光）の大部分は反射される。このため、反射光のスペクトルは（ｃ）のように帯域ＩＩのみとなる。入射光の光軸を直入射（光軸を反射面と垂直とする場合）から外れた角度とすれば、入射光と異なる方向に反射光を取り出すことができ、透過光は入射光の光軸上で取り出すことができる。これにより、帯域Ｉの光を透過光として、帯域ＩＩの光を反射光として別個に出力させることができる。こうした光学フィルタは例えば誘電体多層膜を用いて形成することができ、その膜構成を調整することによって帯域Ｉ、ＩＩを適宜設定することができる。
【０００４】
こうした特性の光学フィルタを複数組み合わせ、多チャンネルの出力をする分光装置（ポリクロメータ）の構成は、例えば非特許文献１、特許文献１に記載されている。この分光装置９０の構成を図１４に模式的に示す。ここでは、出力光として、Ａ〜Ｆのそれぞれの狭い帯域の６種類の光（チャンネルＡ〜Ｆの６チャンネルの出力）を得るものとする。このため、初めに入射する信号光の波長は帯域Ａ〜Ｆを組み合わせた広い帯域にわたっているものとし、これを分光することによってチャンネルＡ〜Ｆの出力光が得られる。ここでは、このために６種類の光学フィルタ９１ａ〜９１ｆが使用されており、信号光１００は初めに光学フィルタ９１ａに入射する。光学フィルタ９１ａからの反射光は光学フィルタ９１ｂに、光学フィルタ９１ｂからの反射光は光学フィルタ９１ｃに、光学フィルタ９１ｃからの反射光は光学フィルタ９１ｄに、光学フィルタ９１ｄからの反射光は光学フィルタ９１ｅに入射する設定とされる。こうした構成は、図示されるように、光を直入射から所定の入射角（ここでは１０°）だけ外れた角度でそれぞれの光学フィルタに入射させることによって実現が可能である。
【０００５】
ここで、光学フィルタ９１ａは帯域Ａのみ、光学フィルタ９１ｂは帯域Ｂのみ、光学フィルタ９１ｃは帯域Ｃのみ、光学フィルタ９１ｄは帯域Ｄのみ、光学フィルタ９１ｅは帯域Ｅのみ、光学フィルタ９１ｆは帯域Ｆのみ、をそれぞれ透過させる（それぞれの帯域を図１３における帯域Ｉとする）ように設定すれば、各々の光学フィルタを透過後の光を、それぞれのチャンネルの出力光として得ることができる。すなわち、光学フィルタ９１ａ〜９１ｆの透過光をそれぞれ検出する検出器９２ａ〜９２ｆは、それぞれ帯域Ａ〜Ｆの光を検出する。
【０００６】
すなわち、光学フィルタを複数組み合わせた図１４の構成の分光装置によって、多チャンネルの出力光を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２００４／０７６９９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「Ａ  Ｃｏｍｐａｃｔ、  Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ、  Ｓｅｖｅｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｏｒ  Ｆｏｒ  Ｔｈｏｍｓｏｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｔ．Ｎ．Ｃａｒｌｓｔｒｏｍ、  Ｊ．Ｃ．ＤｅＢｏｏ、  Ｒ．Ｅｖａｎｋｏ、  Ｃ．Ｍ．Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ、  Ｃ．Ｌ．Ｈｓｉｅｈ、  Ｒ．Ｔ．Ｓｎｉｄｅｒ、  ａｎｄ  Ｐ．Ｔｒｏｓｔ、Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ｖｏｌ．６１（１０）、ｐ２８５８（１９９０年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、実際に得られる光学フィルタの特性は図１３に示した理想的なものとは異なる。例えば、図１３（ｂ）における帯域Ｉの波長の光の透過率は、実際には１００％ではない。また、図１３（ｃ）における帯域ＩＩの波長の光の反射率も、実際には１００％ではない、あるいは、図１３（ｂ）における帯域ＩＩの波長の光の透過率も厳密には零ではない。このため、複数の光学フィルタによる透過や反射を繰り返した場合には、光学フィルタによる信号光の損失が大きくなり、出力光の強度は大きく低下する。このため、図１４の構成の場合には、チャンネルＡの出力光（検出器９２ａが受ける光）の強度は比較的高くなるものの、下流側に向かうに従って、損失が大きくなる。最も下流側で取り出されるチャンネルＦの出力光は、５回の反射、１回の透過を得ることになるために、その損失は最も大きい。こうした傾向は、チャンネルの数が増えるほど顕著になることは明らかである。
【００１０】
このように、チャンネルの数が多い場合においても、信号光に対する損失を小さく保つことのできる分光装置を得ることは困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の分光装置は、信号光を、その光路上に設けた複数の光学フィルタにより分光し、それぞれ異なる波長帯域をもつ出力光を４つ以上のチャンネルに出力する分光装置であって、入射した光を、２つ以上の前記チャンネルにわたる波長帯域をもつ透過光と、当該透過光の波長帯域と異なる２つ以上の前記チャンネルにわたる波長帯域をもつ反射光と、に分光する第１の光学フィルタと、前記信号光から見て前記光路における前記第１の光学フィルタの下流側に、入射した光を、単一の前記チャンネルに対応する波長帯域をもつ透過光又は反射光に分光する第２の光学フィルタと、を具備することを特徴とする。
本発明の分光装置において、前記信号光の光軸が前記第１の光学フィルタに対して直入射から所定の入射角だけ外れた角度となるように設定されて前記信号光が前記第１の光学フィルタに入射し、光軸が直入射から所定の入射角だけ外れた角度となるように光が入射する設定とされた前記第２の光学フィルタが、前記第１の光学フィルタからの透過光、反射光のそれぞれに対して用いられたことを特徴とする。
本発明の分光装置は、前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が、０°よりも大きく１５°以下であることを特徴とする。
本発明の分光装置は、前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が０°よりも大きく４５°以下であり、前記信号光の発散角が０．５°以下であることを特徴とする。
本発明の分光装置は、前記第１の光学フィルタに入射する光の前記入射角、及び複数の前記第２の光学フィルタに入射する光の前記入射角が、それぞれ４５°となるように設定され、平面視において、前記信号光が入力する方向と垂直な二方向、及び前記信号光が入射する方向と同一の方向に、それぞれ複数の前記各チャンネルの出力光が出力されることを特徴とする。
本発明の分光装置において、前記第１の光学フィルタ及び／又は前記第２の光学フィルタは、入射側の表面と、当該入射側の表面と平行でないように形成された出射側の表面と、を具備し、入射した光を、当該入射した光が前記入射側の表面で反射された第１の反射光、前記入射側の表面を透過した光が前記出射側の表面で反射された第２の反射光、及び前記入射側の表面を透過した光が更に前記出射側の表面を透過した透過光、の３つに分岐する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されているので、チャンネルの数が多い場合においても、信号光に対する損失を小さく保つことのできる分光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る分光装置の第１の例の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る分光装置の第１の例において用いられる第１の光学フィルタの透過スペクトル（ａ）、反射スペクトル（ｂ）の一例である。
【図３】本発明の実施の形態に係る分光装置において用いられる６つの第２の光学フィルタの透過スペクトルの例である。
【図４】本発明の実施の形態に係る分光装置の第２の例の構成を示す図である。
【図５】最大で必要となる透過・反射の総回数のチャンネル数依存性を、本発明の実施の形態に係る分光装置と、従来の分光装置とで比較した結果である。
【図６】本発明の実施の形態に係る分光装置の第３の例の構成を示す図である。
【図７】入射角の設定値を４５°とした場合における広い透過帯域をもつ光学フィルタにおける透過スペクトルを、２種類の発散角（０°、４°）で算出した結果である。
【図８】入射角の設定値を４５°とした場合における狭い透過帯域をもつ光学フィルタのランダム偏光に対する透過スペクトルを、ｐ偏光、ｓ偏光、ランダム偏光の３種類について算出した結果である。
【図９】入射角の設定値を４５°とした場合における狭い透過帯域をもつ光学フィルタのランダム偏光に対する透過スペクトルを、発散角０°、２°、４°の３種類について算出した結果である。
【図１０】入射角の設定値を１０°とした場合における狭い透過帯域をもつ光学フィルタのランダム偏光に対する透過スペクトルを、発散角０°、４°の２種類について算出した結果である。
【図１１】入射光を３分岐する３分岐光学フィルタの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る分光装置の第４の例（入射光を３分岐する光学フィルタを用いた例）の構成を示す図である。
【図１３】光学フィルタにおける入射光のスペクトルと、透過スペクトル、反射スペクトルとの関係を模式的に表した図である。
【図１４】従来の分光装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る分光装置について説明する。この分光装置は、複数の光学フィルタを用いて信号光を分光することによって、４つ以上のチャンネルの出力を行う。ここで用いられる光学フィルタとしては、図１３における帯域Ｉ、ＩＩをそれぞれ複数のチャンネルにわたる帯域とした第１の光学フィルタと、図１３における帯域Ｉ又はＩＩを単一のチャンネルに対応する帯域とした第２の光学フィルタと、が用いられる。第２の光学フィルタは、光路における信号光から見て第１の光学フィルタの下流側に設けられる。すなわち、第１の光学フィルタの反射光、透過光が第２の光学フィルタに入射して分光される設定とされる。
【００１６】
図１は、この分光装置１０（第１の例）の構成を示す図である。この分光装置１０においては、光源１１（例えば光ファイバ）から広い波長帯域をもつ信号光１００が発せられる。この分光装置１０の出力は６チャンネル（チャンネルＡ〜Ｆ）であり、各々の波長帯域はＡ〜Ｆ（帯域の中心波長はＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ＜Ｆとする）とされた狭い波長帯域とし、各波長帯域には重複がないものとする。信号光１００は、帯域Ａ〜Ｆの全てを含む広い波長帯域をもつものとする。
【００１７】
この信号光１００は、まず収斂レンズ１２に入射し、絞り１３を通過することによって図１に示される発散角θが小さくなるように調整される。その後、この光の光軸が直入射から所定の入射角だけ外れた角度となるように、光学フィルタ（第１の光学フィルタ）１４に入射する。ここではこの入射角は１０°とする。
【００１８】
光学フィルタ１４は、図１３と同様の透過・反射特性をもつが、この際に、帯域ＡＢＣを透過させ、帯域ＤＥＦを反射させるものとする。すなわち、図１３における帯域Ｉが帯域Ａ、Ｂ、Ｃを組み合わせた帯域、図１３における帯域ＩＩが帯域Ｄ、Ｅ、Ｆを組み合わせた帯域となるように設定される。反射光は入射光の光軸に対して入射角と等しい反射角をもって反対側に反射される。ただし、ここでいう入射角は、入射光の光軸と光学フィルタ１４の表面の法線のなす角度の設定値である。実際には入射光は平行光ではなく、ある発散角θをもって光学フィルタ１４に入射するため、厳密には光学フィルタ１４に入射する光線の入射角・反射角には分布がある。この点については後述するが、少なくとも発散角θが小さい場合には図１のように光路を単純化して考えることができる。
【００１９】
このため、光学フィルタ１４を透過した光の波長帯域はＡＢＣとなって図中右側に進行する。一方、光学フィルタ１４で反射された波長帯域ＤＥＦの光は図中の左下側に進行する。以降では、この透過光（帯域ＡＢＣ）と反射光（帯域ＤＥＦ）の光に対して、それぞれ図１４と同様の構成が用いられる。ここでは、単一のチャンネルに対応する波長帯域のみを透過させる第２の光学フィルタが用いられる。
【００２０】
すなわち、光学フィルタ１４の透過光（波長帯域ＡＢＣ）は、まず帯域Ｃのみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｃに入射する。光学フィルタ１５ｃからの反射光は、帯域Ｂのみを透過させる光学フィルタ１５ｂ（第２の光学フィルタ）に入射する。光学フィルタ１５ｂからの反射光は、帯域Ａのみを透過させる光学フィルタ１５ａ（第２の光学フィルタ）に入射する。
【００２１】
同様に、光学フィルタ１４からの反射光（波長帯域ＤＥＦ）は、まず帯域Ｄのみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｄに入射する。光学フィルタ１５ｄからの反射光は、帯域Ｅのみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｅに入射する。光学フィルタ１５ｅからの反射光は、帯域Ｆのみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｆに入射する。
【００２２】
なお、光線が各光学フィルタ１５ａ〜１５ｆに入射する入射角は、光学フィルタ１４における場合と同様とする。また、光学フィルタを含む図１の構成要素の全てを、突起や溝等を用いた位置決め機構を用いて共通のマウントに対して固定することができる。これによって、相互の位置関係の精度が保たれ、かつこれらの構成要素の保守、交換等を容易に行うことができる。
【００２３】
図２（ａ）は、光学フィルタ１４の透過スペクトルの一例（ａ）であり、図２（ｂ）は反射スペクトルの一例（ｂ）である。これに対して、図３（ａ）は光学フィルタ１５ａの透過スペクトル（帯域Ａに対応）の一例、図３（ｂ）は光学フィルタ１５ｂの透過スペクトル（帯域Ｂに対応）の一例、図３（ｃ）は光学フィルタ１５ｃの透過スペクトル（帯域Ｃに対応）の一例、図３（ｄ）は光学フィルタ１５ｄの透過スペクトル（帯域Ｄに対応）の一例、図３（ｅ）は光学フィルタ１５ｅの透過スペクトル（帯域Ｅに対応）の一例、図３（ｆ）は光学フィルタ１５ｆの透過スペクトル（帯域Ｆに対応）の一例を、それぞれ示す。干渉フィルタにおいては、使用する多層膜の構成等を調整することによって、このような設定が可能である。
【００２４】
光学フィルタ１５ａ〜１５ｆのそれぞれの透過光は、集光レンズ１６ａ〜１６ｆをそれぞれ通過することによって、それぞれ検出器１７ａ〜１７ｆの検出面で集光され、検出される。検出器１７ａ〜１７ｆは、それぞれ帯域Ａ〜Ｆの光を検出する。すなわち、この分光装置１０は、入力された帯域ＡＢＣＤＥＦの光を、波長帯域Ａ〜Ｆの出力光として６チャンネルの出力を行う。なお、光線が各光学フィルタ１５ａ〜１５ｆに入射する入射角を光学フィルタ１４における場合と同様としているため、各チャンネルの出力を、それぞれ異なる場所（検出器１７ａ〜１７ｆの場所）で得ることができる。
【００２５】
なお、図１において、光学フィルタ１５ｂからの反射光のスペクトルが既に帯域Ａをもつ出力光として所望のスペクトルをもつものであれば、光学フィルタ１５ａは不要である。この点については、光学フィルタ１５ｆ、あるいは従来の構成である図１４における光学フィルタ９１ｆについても同様である。
【００２６】
この構成において用いられる第２の光学フィルタ１５ａ〜１５ｆと、従来の構成である図１４の構成において用いられる光学フィルタ９１ａ〜９１ｆとは、それぞれ同一の機能をもつ。ここで、図１４の構成において最も下流側にあり最も多くの透過・反射を経るチャンネルＦの光は、光学フィルタ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅによる５回の反射と、光学フィルタ９１ｆによる１回の透過を経る。すなわち、最下流で取り出されるチャンネルＦの光に対する透過・反射の総回数は、チャンネル総数と同じ６回となる。チャンネルＦは、図１４の構成においては最も損失の大きなチャンネルとなる。
【００２７】
一方、図１の構成において、最も透過・反射の総回数が多いのはチャンネルＡ、Ｆである。チャンネルＦの光は、光学フィルタ（第１の光学フィルタ）１４、光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｄ、１５ｅによる３回の反射と、光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｆによる１回の透過を経る。すなわち、チャンネルＦの光に対する透過・反射の総回数は４回となる。同様に、チャンネルＡの光は、光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ｃ、１５ｄによる２回の反射と、光学フィルタ（第１の光学フィルタ）１４、光学フィルタ（第２の光学フィルタ）１５ａによる２回の透過を経るため、チャンネルＡの光に対する透過・反射の総回数も４回となる。このため、図１の構成においては、同じ６チャンネルの出力を得る際に、従来の構成である図１４の構成と比べて、最下流側で出力されるチャンネルの出力光における透過・反射の総回数を減らすことができ、損失を低減することができる。
【００２８】
図１の構成においては、複数のチャンネルにわたる透過帯域、及びこれと異なる複数のチャンネルにわたる反射帯域をもつ第１の光学フィルタ１４を用い、この光学フィルタ１４で分岐された２つの光線（透過光、反射光）を、その下流に設けられそれぞれ単一のチャンネルに対応する透過帯域をもつ第２の光学フィルタ１５ａ〜１５ｆを用いて分光している。これによって、最下流側で出力されるチャンネルの出力光における透過・反射の総回数を減らしている。
【００２９】
図１の分光装置１０は６チャンネルの出力をもつが、上記の効果は、出力のチャンネル数が多い場合に、より顕著となる。図１の場合には、複数のチャンネルにわたる透過帯域、反射帯域をもつ第１の光学フィルタ（光学フィルタ１４）は一つだけ用いられていたのに対し、第１の光学フィルタを多数用いることもできる。図４は、１８チャンネル（Ａ〜Ｒ）の出力をもつ分光装置２０（第２の例）の構成の一例である。なお、ここでは、単純化のために収斂レンズ、絞り、各集光レンズの記載は省略している。また、各光学フィルタに対する光の入射角の設定値は図１の場合と同様に１０°であるものとする。
【００３０】
この構成においては、複数のチャンネルにわたる透過帯域、及びこれと異なる複数のチャンネルにわたる反射帯域をもつ光学フィルタ（第１の光学フィルタ）２１ａ〜２１ｈが用いられている。前記と同様に入射光の波長帯域をＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭＮＯＰＱＲと表示すると、これが初めに入射する光学フィルタ２１ａはＩＪＫＬＭＮＯＰＱＲを透過させ、ＡＢＣＤＥＦＧＨを反射する。また、光学フィルタ２１ｂはＡＢＣＤＥＦＧＨのうちＥＦＧＨを透過させＡＢＣＤを反射する。光学フィルタ２１ｃはＥＦＧＨのうちＥＦを透過させＧＨを反射する。光学フィルタ２１ｄはＡＢＣＤのうちＡＢを透過させＣＤを反射する。光学フィルタ２１ｅはＩＪＫＬＭＮＯＰＱＲのうちＯＰＱＲを透過させＩＪＫＬＭＮを反射する。光学フィルタ２１ｆはＩＪＫＬＭＮのうちＫＬＭＮを透過させＩＪを反射する。光学フィルタ２１ｇはＫＬＭＮのうちＫＬを透過させＭＮを反射する。光学フィルタ２１ｈはＯＰＱＲのうちＱＲを透過させＯＰを反射する。
【００３１】
また、図１４に記載の光学フィルタと同様に単一のチャンネルに対応する帯域のみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）２２ａ〜２２ｉも用いられている。光学フィルタ２２ａは、ＡＢのうちＡのみを透過させＢを反射する。光学フィルタ２２ｂは、ＣＤのうちＤのみを透過させＣを反射する。光学フィルタ２２ｃは、ＥＦのうちＥのみを透過させＦを反射する。光学フィルタ２２ｄは、ＧＨのうちＧのみを透過させＨを反射する。光学フィルタ２２ｅは、ＩＪのうちＩのみを透過させＪを反射する。光学フィルタ２２ｆは、ＫＬのうちＫのみを透過させＬを反射する。光学フィルタ２２ｇは、ＭＮのうちＭのみを透過させＮを反射する。光学フィルタ２２ｈは、ＯＰのうちＯのみを透過させＰを反射する。光学フィルタ２２ｉは、ＱＲのうちＱのみを透過させＲを反射する。
【００３２】
この構成により、検出器２３ａ〜２３ｒの場所においては、それぞれ帯域Ａ〜Ｒの１８チャンネルの出力光が得られる。この構成においては、チャンネルＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎに対する透過・反射の総回数が５回であり、他のチャンネルに対しては４回となっている。一方、同様に１８チャンネルの出力を図１４の構成で得るためには、最下流のチャンネルに対する透過・反射の総回数は、チャンネル数と同じ１８回となる。すなわち、図１の構成と比べて、チャンネルの数が多い図４の構成においては、その効果がより大きい。
【００３３】
図５は、図１４の構成のように単一のチャンネルに対応する透過帯域をもつ光学フィルタ（第２の光学フィルタに対応）のみを用いた場合と、図１、４の構成のように第１の光学フィルタと第２の光学フィルタを組み合わせた場合において、必要となる透過・反射の総回数と、チャンネル数の関係を示す。このように、チャンネル数が多くなるほど、第１の光学フィルタと第２の光学フィルタを組み合わせた場合の効果が大きくなる。第１の光学フィルタと第２の光学フィルタを組み合わせた場合における透過・反射の総回数は、チャンネル数をｎとするとｌｏｇ２（ｎ）程度となる。このため、上記の構成を用いることにより、透過・反射の総回数を少なくすることができ、信号光に対する損失を小さくして出力光を得ることができる。この効果はチャンネル数が多いほど顕著である。
【００３４】
なお、図１、４の構成においては、各光学フィルタに対する光線の入射角を１０°に設定していたが、この角度を小さくすることによって、その光路に沿った複数の箇所の近辺において、各チャンネルの出力を得ることができる。ただし、入射角が零（直入射）に近くなる場合には、入射光の光軸と反射光の光軸が重複して光路の確保や出力光の取り出しが困難となる。このため、入射角は零でない範囲で適宜設定される。
【００３５】
この入射角の設定値を４５°とした１６チャンネル（Ａ〜Ｐ）の分光装置３０（第３の例）の構成を図６に示す。この構成においては、複数のチャンネルにわたる透過帯域と反射帯域をもつ光学フィルタ（第１の光学フィルタ）３１ａ〜３１ｇと、単一のチャンネルに対応する帯域のみを透過させる光学フィルタ（第２の光学フィルタ）３２ａ〜３２ｈが使用されている。各光学フィルタの機能の説明は省略する。各チャンネルの出力先に検出器３３ａ〜３３ｐが配置される。
【００３６】
この構成においては、分光装置３０内の各光路は格子を形成するように直交し、検出器３３ａ〜３３ｐは矩形形状の辺上に配置することができる。この際、平面視において、信号光１００が入力する方向と垂直な二方向（図中の上下方向）、及び信号光１００が入射する方向と同一の方向（図中の右方向）に、それぞれ複数のチャンネルの出力光が出力される。このため、分光装置３０全体を小型化した上で、各チャンネルの出力を取り出すことが特に容易となる。
【００３７】
なお、上記の例においては、第２の光学フィルタからの透過光及び反射光はそれぞれ異なる単一のチャンネルに対応する波長帯域をもつものとしたが、透過光、反射光のうちの一方のみが単一のチャンネルに対応する波長帯域をもつ構成としても、同様に分光装置を構成することができることは明らかである。
【００３８】
次に、図１、４、６の構成における入射光の発散角（あるいは広がり角：図１におけるθ）の設定について説明する。各光学フィルタの透過・反射スペクトルには、光の入射角度依存性が存在する。これに対して、発散角が零でない場合、すなわち厳密な平行光でない場合には、各光学フィルタに対する光の入射角度にも分布が生じる。このため、分光装置における高い波長分解能を得るためには、発散角を０°に近づけることが好ましいことは明らかである。しかしながら、発光点から信号光１００が発せられる際の発散角は、様々な要因で定まる。この発散角を定める要因の指数として、例えばこの際の発散角と発光点の大きさの積を考えることができ、この値が光学系内で保存される。ここで、例えば結像光学系のＦ値を小さくして信号光１００の強度を高めることができるが、この場合には発散角は大きくなるため、これを平行光に近づけるためには、大型のレンズが必要となる。また、例えば複数の素線からなるバンドルファイバを用いて発光点を大きくして強度を高めることもできるが、この場合においても、発散角を小さくするためには、焦点距離の長い大型のレンズが必要になる。このため、信号光１００の強度を高くしてかつ発散角を小さくするためには、大型のレンズを用いた大型の光学系が必要になる。このために、発散角が０°でない場合においても充分な特性が得られることが好ましい。この発散角が分光特性に及ぼす影響は、入射角の設定値によって異なる。
【００３９】
図７は、入射角の設定値が４５°の場合（図６の構成）における、平行光（θ＝０°）とθ＝４°の光に対する光学フィルタ１４の透過スペクトルを示す。ここで、透過帯域としては、５００ｎｍ〜６４０ｎｍ程度の広い波長域を設定している。ここでは入射光の偏向方向による有意な差はないため、この結果においては偏光方向は任意である。このグラフにおいては、θ＝０°とθ＝４°のデータがほぼ重複している。このため、このような広い透過帯域をもつ光学フィルタに対しては、発散角θを４°とした場合でも、実質的にはθが０°である場合と同等の特性が得られる。
【００４０】
一方、透過帯域を狭くした場合には、まず、入射光の偏光の影響が大きくなる。図８は、入射角の設定値を４５°、透過のピーク波長を１０５０ｎｍとした挟帯域の光学フィルタをｐ偏光（電場ベクトルが入射面内で振動する偏光）に対して最適化した場合における透過スペクトルの一例である。この場合、ｓ偏光（電場ベクトルが入射面と垂直な方向に振動する）の光の透過率は零となり、これらが混合したランダム偏光の場合には、その透過率はｐ偏光の半分となる。
【００４１】
一方、入射角の設定値を４５°とし、発散角θ＝０°（平行光）、２°、４°とした場合における透過スペクトルの一例を図９に示す。ここでは、図８とは逆に、偏光依存性が最も小さくなるように最適化されており、偏光依存性は無視できる。この結果より、発散角が大きくなるに従って透過率が減少し、かつスペクトルの広がりが大きくなる。このため、入射角の設定値を４５°とした場合には、出力光の強度を高くし、かつ高い波長分解能を得るためには、発散角を零に近くする、すなわち平行光に近づけることが必要である。具体的には発散角は、０．５°以下が好ましく、より好ましくは０．２°以下とすることがより好ましい。なお、図８の結果より、予め信号光１００の偏向方向が定まっている場合には、これに応じて各光学フィルタを最適化することが可能である。
【００４２】
一方、図１０は、入射角の設定値を１０°とした場合における図９と同様の特性を、θ＝０°、４°の場合において示す。この場合には、両者はほぼ重なっており、発散角θが４°でも平行光と同等の特性が得られている。このため、入射角の設定値が小さな場合には、入射角の設定値が大きな場合と比べて、より発散角の大きな状態で使用しても、出力光の強度を高く、かつ波長分解能を高くすることができる。このため、発散角を０°に近づけることが困難な場合において高い波長分解能を得るためには、入射角の設定値を１５°以下とすることが好ましく、１０°以下とすることがより好ましい。
【００４３】
次に、上記の分光装置の変形例について説明する。上記の分光装置１０、２０において用いられた光学フィルタは、いずれも入射光を透過光と反射光の２つに分岐していた。しかしながら、一つの光学フィルタを用いて、透過光と２つの反射光に入射光を分岐（３分岐）することも可能である。図１１は、この３分岐光学フィルタ（光学フィルタ）４０の断面及びこれを用いた場合の入射光、透過光、反射光の経路を示す図である。
【００４４】
この３分岐光学フィルタ４０における光の上流側（左側）の表面と下流側（右側）の表面は平行とされておらず、その断面は図示されるような台形形状とされる。このため、入射光２００は、上流側面（入射側の表面）４１で反射され第１の反射光２０１が生成される。また、上流側面４１で反射されなかった光線は３分岐光学フィルタ４０の内部を通過し、下流側面（出射側の表面）４２に達し、ここで再び反射され第２の反射光２０２が生成される。ここでも反射されなかった光は透過光２０３となる。この設定においては、上流側面４１の法線の光軸に対する角度、及び下流側面４２の法線の光軸に対する角度をφとした場合、上流側面４１、下流側面４２のどちらに対しても入射角はφとなり、第１の反射光２０１と入射光２００の光軸との間の角度、第２の反射光２０２と入射光２００の光軸との間の角度は共に２φとなる。第１の反射光２０１と第２の反射光２０２とはそれぞれ入射光２００の光軸に対して同じ角度で逆向きに反射される。
【００４５】
透過光２０３、第１の反射光２０１、第２の反射光２０２のスペクトルは、３分岐光学フィルタ４０の構造によって定まるが、図１３と同様にその透過帯域、２つの反射帯域をそれぞれで設定することが可能である。
【００４６】
この構成をもつ３分岐光学フィルタを用いた９チャンネル（Ａ〜Ｉ）の分光装置５０（第４の例）の構成を図１２に示す。光源１１から発せられた信号光１００は、上記の３分岐光学フィルタと同様の構成をもつ光学フィルタ（第１の光学フィルタ）５１に入射し、図１１に示されるように、第１、第２の反射光と、透過光とに３分岐される。その後、この第１、第２の反射光と透過光とは、上記の３分岐光学フィルタと同様の構成をもつ光学フィルタ（第２の光学フィルタ）５２ａ〜５２ｃにそれぞれ入射し、検出器５３ａ〜５３ｉの位置でそれぞれ出力光となって検出される。ここでは、図１、４の構成と同様に、各光学フィルタにおける入射角は１０°に設定されている。ただし、各光学フィルタにおいて反射光は同じ角度で上下方向に反射されるため、検出器５３ａ〜５３ｉを上下対称に近い形態で配置することができる。
【００４７】
この分光装置においては、一つの光学フィルタにおいて光線を３分岐するために、少ない数の光学フィルタを用いて多くのチャンネルの出力光を得ることができる。図１２の構成においては、９チャンネルの出力を第１、第２の光学フィルタ合わせて４つの光学フィルタで実現している。ただし、全ての光学フィルタを３分岐光学フィルタとする必要はなく、従来の２分岐光学フィルタと３分岐光学フィルタとを適宜混合して使用することも可能である。この場合、２分岐光学フィルタ、３分岐光学フィルタで得られる透過スペクトル、反射スペクトルを考慮することによって、最適な組み合わせを設定することができる。このように、３分岐光学フィルタを第１の光学フィルタ及び／又は第２の光学フィルタとして、３分岐光学フィルタを用いることにより、使用する光学フィルタの総数（分光装置を構成する部品点数）を減らすことができる。
【００４８】
なお、上記の例では、全ての光学フィルタ（第１、第２の光学フィルタ）における入射角の設定値を同一としていたが、光学フィルタ毎にこれが異なる設定とすることもできる。
【００４９】
また、第１の光学フィルタ、第２の光学フィルタの組み合わせ以外の構成、例えば図１における個々の光学フィルタの形態、収斂レンズ１２、絞り１３、集光レンズ１６ａ〜１６ｆは、その機能を実現できる限りにおいて、様々な構成が可能である。例えば、上記の例では、各光学フィルタの表面（反射面）は平面形状であるとしたが、これを凹面形状とすることができる。この場合には、これによっても発散角を微調整することが可能である。ただし、各光学フィルタの表面を平面形状とした方が、アライメントがより容易である。あるいは、２つの光学フィルタ間にレンズを挿入することもできる。
【００５０】
検出器１７ａ〜１７ｆとしては、所定の波長帯域の光を検出できるものであればよく、シリコンフォトダイオードや光電子増倍管等を用いることができる。
【００５１】
また、集光レンズ１６ａ〜１６ｆの代わりに、放物面鏡等の集光鏡を用いることもできる。
【００５２】
上記の通り、本発明の分光装置は、光学フィルタによる透過・反射の総回数を少なくすることができるため、透過・反射による信号光の損失を小さくし、出力光の強度を高くすることができる。このような構成は、図１３のような透過スペクトル、反射スペクトルをもつ光学フィルタを用いた分光装置においては、光の波長によらず有効である。すなわち、可視光に限定されず、紫外光や赤外光等においても、同様の特性をもつ光学フィルタが用いられる場合において有効である。この際、上記の通り、出力のチャンネル数が多いほどその効果は大きい。
【００５３】
このため、この分光装置は、核融合におけるプラズマの診断（トムソン散乱計測）を初め、血液や尿の検査における吸光度計測等、様々な分野での計測に使用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０、２０、３０、５０、９０  分光装置
１１  光源
１２  収斂レンズ
１３  絞り
１４、２１ａ〜２１ｈ、３１ａ〜３１ｇ、５１  第１の光学フィルタ（光学フィルタ）
１５ａ〜１５ｆ、２２ａ〜２２ｉ、３２ａ〜３２ｈ、５２ａ〜５２ｃ  第２の光学フィルタ（光学フィルタ）
１６ａ〜１６ｆ  集光レンズ
１７ａ〜１７ｆ、２３ａ〜２３ｒ、３３ａ〜３３ｐ、５３ａ〜５３ｉ、９２ａ〜９２ｆ  検出器
４０  ３分岐光学フィルタ（光学フィルタ）
４１  上流側面（入射側の表面）
４２  下流側面（出射側の表面）
９１ａ〜９１ｆ  光学フィルタ
１００  信号光
２００  入射光
２０１  第１の反射光
２０２  第２の反射光
２０３  透過光
【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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