(57)【要約】【課題】分光イメージング装置において利用可能な回折格子を提供する。【解決手段】回折格子１３は、所定のスリット幅ｗを有する複数のスリット１３０が所定のスリット間隔ｄごとに基板上に形成されている。回折格子１３は、スリット１３０の長手方向と直交する方向に延伸してスリット１３０を長手方向に分断する梁部１３１を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のスリット幅を有する複数のスリットが所定のスリット間隔ごとに基板上に形成されており、
前記スリットの長手方向と交差する方向に延伸して前記スリットを前記長手方向に分断する梁部を備える回折格子。
【請求項２】
請求項１に記載の回折格子において、
前記梁部は、前記スリットを前記長手方向に等間隔で分断する回折格子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回折格子において、
前記梁部は、分断された前記スリットの長さと前記スリット幅との比が２０倍から２００倍の間となるように前記スリットを分断する回折格子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回折格子において、
前記梁部は、分断された前記スリットの長さと前記スリット間隔との比が２０倍から２００倍の間となるように前記スリットを分断する回折格子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回折格子において、
前記梁部を複数備える回折格子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回折格子において、
前記梁部は、一つまたは複数の行または列ごとに前記スリットを跨いで延伸する回折格子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回折格子において、
前記基板は、シリコン基板である回折格子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回折格子と、
前記回折格子により散乱された被測定物からの光を平行光束に変換する第１の光変換部と、
前記平行光束の一部を位相シフトさせる位相シフト部と、
前記位相シフト部により位相シフトされた光を含む平行光束を集光する第２の光変換部と、
前記第２の光変換部により集光された光を撮像する撮像部と、を備える分光イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子と、回折格子を用いた分光イメージング装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物からの光を回折格子等の光学素子を用いて散乱させ、その散乱光を位相シフタ―により分光してカメラで撮影することにより、被測定物の分光特性を測定する分光イメージング装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の分光イメージング装置において光学素子として用いられる回折格子は、一定のスリット幅を有する微細なスリットを所定間隔ごとに規則正しく並べたものである。たとえば、スリット幅１０μｍ程度、長さ数ｍｍ程度のスリットを、約１０μｍのスリット間隔（ピッチ間隔：約２０μｍ）で多数並べることにより、回折格子が構成される。こうした回折格子の製造には微細加工が必要であるため、通常は半導体プロセスを利用してシリコン基板上にスリットを形成することにより、回折格子が製造される。
【０００５】
上記の回折格子は、一般にホルダーにより保持されて光路内に固定されるが、その際にホルダーの圧力が回折格子に加えられることで、回折格子が変形したり破壊されたりしてしまうおそれがある。また、製造時の基板洗浄工程において、毛細管現象により洗浄液がスリットに吸い込まれることでスリットが変形し、スリットの上下または左右にある基板同士が密着してしまうおそれもある。そのため、従来の回折格子の構造では、特許文献１のような分光イメージング装置に用いるのが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による回折格子は、所定のスリット幅を有する複数のスリットが所定のスリット間隔ごとに基板上に形成されており、前記スリットの長手方向と交差する方向に延伸して前記スリットを前記長手方向に分断する梁部を備える。
本発明による分光イメージング装置は、上記の回折格子と、前記回折格子により散乱された被測定物からの光を平行光束に変換する第１の光変換部と、前記平行光束の一部を位相シフトさせる位相シフト部と、前記位相シフト部により位相シフトされた光を含む平行光束を集光する第２の光変換部と、前記第２の光変換部により集光された光を撮像する撮像部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分光イメージング装置において利用可能な回折格子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る回折格子を備えた分光イメージング装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回折格子の構造を示す図である。
【図３】従来の回折格子の構造を示す図である。
【図４】本発明の第１変形例に係る回折格子の構造を示す図である。
【図５】本発明の第２変形例に係る回折格子の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る回折格子を備えた分光イメージング装置の構成を示す図である。図１に示す分光イメージング装置１は、被測定物１１の分光特性を取得するものであり、第１レンズ１２、回折格子１３、第２レンズ１４、位相シフト部１５、第３レンズ１６およびカメラ１７を備える。
【００１０】
第１レンズ１２は、被測定物１１からの光を回折格子１３上に集光する。第１レンズ１２により集光された被測定物１１からの光は、回折格子１３により散乱された後、第２レンズ１４に入射される。第２レンズ１４は、第１レンズ１２を通って回折格子１３により散乱された被測定物１１からの光を平行光束に変換し、位相シフト部１５に入射する。
【００１１】
位相シフト部１５は、第２レンズ１４から入射された平行光束の一部を位相シフトさせるものであり、たとえば全反射ミラーの可動部と固定部を組み合わせて構成される。位相シフト部１５により位相シフトされた光を含む平行光束は、第３レンズ１６に入射される。第３レンズ１６は、位相シフト部１５から入射された平行光束を所定の結像面に集光する。カメラ１７は、第３レンズ１６により結像面に集光された光を撮像することにより、被測定物１１の分光特性を取得する。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に係る回折格子１３の構造を示す図である。図２（ａ）は、回折格子１３の全体構造を示す図であり、図２（ｂ）は、回折格子１３の構造の一部を拡大して示す図である。
【００１３】
図２に示すように、回折格子１３には、所定のスリット幅を有する複数のスリット１３０が所定のスリット間隔ごとに基板上に形成されている。各スリット１３０には、梁部１３１が設けられている。梁部１３１は、スリット１３０の長手方向と交差（直交）する方向、すなわち図の上下方向に延伸しており、スリット１３０を長手方向、すなわち図の左右方向に分断している。また、回折格子１３の左右には、不図示のホルダーを用いて分光イメージング装置１の光路内に回折格子１３を固定する際にホルダーによって把持される把持部位１３２が設けられている。
【００１４】
回折格子１３の各スリット１３０は、半導体プロセスを利用して基板上に形成される。回折格子１３の基板には、たとえばシリコン基板などが用いられる。なお、図２では、スリット１３０と梁部１３１の構造や位置関係を分かりやすくするため、これらの大きさを実際よりも誇張して示している。
【００１５】
ここで、本実施形態の回折格子１３と、従来の回折格子との違いについて説明する。図３は、本発明を適用しない場合の従来の回折格子１３Ａの構造を示す図である。図３に示すように、従来の回折格子１３Ａには、図２の梁部１３１が設けられていない。したがって、把持部位１３２にホルダーを取り付けて回折格子１３Ａを分光イメージング装置１に固定すると、その際にホルダーの圧力が回折格子１３Ａに加えられることで、回折格子１３Ａが変形したり破壊されたりしてしまい、スリット１３０の形状を正しく維持できないおそれがある。また、製造時の基板洗浄工程において、毛細管現象により洗浄液がスリット１３０に吸い込まれることでスリット１３０が変形し、スリット１３０の上下にある基板同士が密着してしまうおそれもある。
【００１６】
一方、図２に示した本実施形態の回折格子１３では、上記のようにスリット１３０を長手方向に分断するように梁部１３１を設けることにより、スリット１３０が形成された部分の基板の強度を向上させている。これにより、上記のようなスリット１３０の変形や破壊を防ぎ、分光イメージング装置１において回折格子１３を利用可能としている。
【００１７】
なお、図２のような構造とする代わりに、ガラス等の透明基板上に光非透過性のパターンが所定のスリット幅ごとに形成された透過型の回折格子を用いることで、スリットの変形や破壊を防ぐことも考えられる。しかし、このような回折格子を用いた場合には、光がスリットを通過する際に生じる分散の影響を無視することができない。一方、図２に示した本実施形態の回折格子１３では、スリット１３０が基板の貫通穴として形成されているため、光がスリット１３０を通過する際に分散が生じることはない。したがって、本実施形態の回折格子１３によれば、分散の影響を考慮する必要がないという利点もある。
【００１８】
なお、梁部１３１は、たとえばスリット１３０を長手方向に等間隔で分断することができる。すなわち、図２のように梁部１３１を２カ所に設けた場合に、分断後の各スリット１３０の長さをｈ１、ｈ２、ｈ３とすると、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３となるように梁部１３１の位置を定める。このようにすれば、分断後の各スリット１３０に加わる応力を適切に分散し、一箇所に応力が集中するのを防ぐことができる。ただし、梁部１３１によるスリット１３０の分断間隔は等間隔に限らず、任意の分断間隔とすることができる。
【００１９】
また、図２のように各スリット１３０の幅をｗとすると、分断後の各スリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３とスリット幅ｗとの比は所定の範囲内であることが好ましい。たとえば、基板の厚さが１００μｍの場合に、ｗ＝１０μｍ、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝１ｍｍとすると、ｗに対するｈ１、ｈ２、ｈ３の比は、いずれも１００倍となる。このように、分断後の各スリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３がスリット幅ｗの１００倍程度となるように梁部１３１を設けることで、回折格子１３の機能を損なうことなく、スリット１３０が形成された部分の基板の強度を適切に向上させることができる。なお、上記の比が取りうる値の範囲は、基板の厚さや材質等によって異なるが、たとえば基板の厚さが１００μｍの場合に、２０倍から２００倍の間とすることが好ましい。
【００２０】
さらに、図２のように各スリット１３０の間隔をｄとすると、分断後の各スリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３とスリット間隔ｄとの比についても所定の範囲内であることが好ましい。たとえば、基板の厚さが１００μｍの場合に、ｄ＝１０μｍ、ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝１ｍｍとすると、ｄに対するｈ１、ｈ２、ｈ３の比は、いずれも１００倍となる。このように、分断後の各スリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３がスリット間隔ｄの１００倍程度となるように梁部１３１を設けることで、回折格子１３の機能を損なうことなく、スリット１３０が形成された部分の基板の強度を適切に向上させることができる。なお、上記の比が取りうる値の範囲は、基板の厚さや材質等によって異なるが、たとえば基板の厚さが１００μｍの場合に、２０倍から２００倍の間とすることが好ましい。
【００２１】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００２２】
（１）回折格子１３は、所定のスリット幅ｗを有する複数のスリット１３０が所定のスリット間隔ｄごとに基板上に形成されており、スリット１３０の長手方向と交差する方向に延伸してスリット１３０を長手方向に分断する梁部１３１を備える。このようにしたので、分光イメージング装置１において利用可能な回折格子を提供することができる。
【００２３】
（２）梁部１３１は、たとえばスリット１３０を長手方向に等間隔で分断することができる。このようにすれば、分断後の各スリット１３０に加わる応力を適切に分散し、一箇所に応力が集中するのを防ぐことができる。
【００２４】
（３）梁部１３１は、分断されたスリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３とスリット幅ｗとの比が２０倍から２００倍の間となるようにスリット１３０を分断したり、分断されたスリット１３０の長さｈ１、ｈ２、ｈ３とスリット間隔ｄとの比が２０倍から２００倍の間となるようにスリット１３０を分断したりすることができる。このようにすれば、回折格子１３の機能を損なうことなく、スリット１３０が形成された部分の基板の強度を適切に向上させることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態で説明した本発明による回折格子１３は、図２で示した以外の構造としてもよい。以下では、本発明の変形例に係る回折格子１３の構造について説明する。
【００２６】
（第１変形例）
図４は、本発明の第１変形例に係る回折格子１３の構造を示す図である。図４に示した第１変形例では、スリット１３０の各行に対して、梁部１３１が一行おきに途切れて形成されている。換言すると、図４において梁部１３１は、一行ごとにスリット１３０を跨いで延伸している。このような構造としても、上記実施形態で述べたのと同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】
（第２変形例）
図５は、本発明の第２変形例に係る回折格子１３の構造を示す図である。図５では、図４に示した第１変形例の構造と比べて、梁部１３１を含めたスリット１３０の各行の長さが揃っている点と、梁部１３１が左右に一つずつ追加されており、この追加された梁部１３１によってスリット１３０が偶数行ごとに４つに分断されている点とが異なっている。このような構造の第２変形例においても、第１変形例と同様に、梁部１３１は、一行ごとにスリット１３０を跨いで延伸しており、前述の実施形態で述べたのと同様の作用効果を奏することができる。
【００２８】
なお、図４や図５では、スリット１３０の各行に対して梁部１３１が一行おきに途切れて形成されている例を示したが、複数行ごと、たとえば二行ごとに途切れて形成されていてもよい。また、図４や図５ではスリット１３０の長手方向が回折格子１３の横方向に対応している例を示したが、スリット１３０の長手方向が回折格子１３の縦方向に対応していてもよい。この場合、スリット１３０の各列に対して梁部１３１を一列または複数列おきに途切れて形成することで、回折格子１３を図４や図５と同等の構成とすることができる。すなわち、回折格子１３の変形例として、梁部１３１は、一つまたは複数の行または列ごとにスリット１３０を跨いで延伸する構成とすることができる。
【００２９】
また、上記の実施形態や変形例では、梁部１３１がスリット１３０の長手方向と直交する方向に延伸している例を説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、梁部１３１がスリット１３０の長手方向に対して斜めに交差する方向に延伸していてもよい。すなわち、スリット１３０の長手方向と交差する限り、梁部１３１の延伸方向は任意の方向とすることができる。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施形態や変形例に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・分光イメージング装置
１１・・・被測定物
１２・・・第１レンズ
１３・・・回折格子
１４・・・第２レンズ
１５・・・位相シフト部
１６・・・第３レンズ
１７・・・カメラ
１３０・・・スリット
１３１・・・梁部
１３２・・・把持部位
【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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