(57)【要約】  本開示のダイクロイックミラーアレイは、右手系ＸＹＺ直交座標系において、ｍ個（ｍ≧２）のダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍがＸ軸の正方向に沿って互いに平行に配列する第１のグループと、ｎ個（ｎ≧２）のダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎがＸ軸の負方向に沿って互いに平行に配列する第２のグループと、を備える。ＤＡ１〜ＤＡｍの入射面及びＤＢ１〜ＤＢｎの入射面は、ＸＺ平面に垂直である。また、ＤＡ１〜ＤＡｍの入射面の法線をＸＺ平面に投影した直線のＸＺ平面における傾きが負であり、ＤＢ１〜ＤＢｎの入射面の法線をＸＺ平面に投影した直線のＸＺ平面における傾きが正である。
2020075293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右手系ＸＹＺ直交座標系において、
ｍ個（ｍ≧２）のダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍが、Ｘ軸の正方向に沿って互いに平行に順番に配列する第１のグループと、
ｎ個（ｎ≧２）のダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎが、Ｘ軸の負方向に沿って互いに平行に順番に配列する第２のグループと、を備え、
前記ＤＡ２〜ＤＡｍのＸ座標が正であり、
前記ＤＢ２〜ＤＢｎのＸ座標が負であり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの入射面及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの入射面がＸＺ平面に垂直であり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが負であり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが正であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１及び前記ＤＢ１は、Ｚ軸の正方向に沿って配置され、
前記ＤＡ１のＺ座標が、前記ＤＢ１のＺ座標よりも小であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項３】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝−Ｘと平行であり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝Ｘと平行であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線とＺ軸とのなす角をθ０とすると、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍは、入射角θ０における透過スペクトルが互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎは、入射角θ０における透過スペクトルが互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項５】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線とＺ軸とのなす角をθ０とし、
前記ＤＡ１〜ＤＡ（ｍ−１）及び前記ＤＢ１〜ＤＢ（ｎ−１）をサブグループとすると、前記サブグループの前記ダイクロイックミラーは、入射角θ０における透過スペクトルがそれぞれ互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項６】
請求項５に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡ（ｍ−１）及び前記ＤＢ１〜ＤＢ（ｎ−１）の入射角θ０における透過スペクトルのカットオン波長又はカットオフ波長をそれぞれλ（ＤＡ１）〜λ（ＤＡ（ｍ−１））及びλ（ＤＢ１）〜λ（ＤＢ（ｎ−１））とし、
λ（ＤＡ２）〜λ（ＤＡ（ｍ−１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＡ）とし、
λ（ＤＢ１）〜λ（ＤＢ（ｎ−１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＢ）とすると、
λ（ＤＡ）＜λ（ＤＡ１）＜λ（ＤＢ）、又は、λ（ＤＡ）＞λ（ＤＡ１）＞λ（ＤＢ）
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項７】
請求項６に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記カットオン波長又はカットオフ波長が、透過率が略５０％であり、波長に対する透過率の変化が最も急峻な波長であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項８】
請求項７に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＡ２）＜λ（ＤＡ３）＜・・・＜λ（ＤＡ（ｍ−１））、又は、λ（ＤＡ２）＞λ（ＤＡ３）＞・・・＞λ（ＤＡ（ｍ−１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項９】
請求項７に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＢ１）＜λ（ＤＢ２）＜・・・＜λ（ＤＢ（ｎ−１））、又は、λ（ＤＢ１）＞λ（ＤＢ２）＞・・・＞λ（ＤＢ（ｎ−１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１０】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、
前記入射面の法線とＺ軸のなす角度をθ０、
基材の屈折率の平均をｎ０、
前記ＸＺ平面に平行な断面における、前記基材の幅の平均をα、前記基材の厚さの平均をβとし、
ＤＡｊ（２≦ｊ≦（ｍ−１））及びＤＡ（ｊ＋１）の、並びにＤＢｋ（２≦ｋ≦（ｎ−１））及びＤＢ（ｋ＋１）の
Ｘ軸方向の配列間隔の平均をｘ、
Ｚ軸方向の配列間隔の平均をｚとすると、
前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように、θ０、ｎ０、α、β、ｘ、ｚが所定の関係を満足することを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
ｃｏｓθ０＊α≦ｘ≦２＊ｃｏｓθ０＊α＋ｓｉｎθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
θ２＝ｓｉｎ−１（１／ｎ０＊ｓｉｎθ０）とすると、
０≦ｚ≦２＊ｓｉｎ（θ０−θ２）／ｃｏｓθ２＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１３】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、
前記入射面の法線とＺ軸のなす角度をθ０、
基材の屈折率の平均をｎ０、
前記ＸＺ平面に平行な断面における、前記基材の幅の平均をα、前記基材の厚さの平均をβとし、
前記ＤＡ１及び前記ＤＡ２の、並びに前記ＤＢ１及び前記ＤＢ２の
Ｘ軸方向の配列間隔の平均をｘ、
Ｚ軸方向の配列間隔の平均をｙとすると、
前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように、θ０、ｎ０、α、β、ｘ、ｙが所定の関係を満足することを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
ｃｏｓθ０＊α≦ｘ≦２＊ｃｏｓθ０＊α＋ｓｉｎθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
０≦ｙ≦２＊ｃｏｓθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１６】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第１のフィルタをさらに備え、
前記第１のフィルタの入射面はＸＹ平面と平行であり、
前記第１のフィルタ及び前記ＤＡ１は、Ｚ軸の正方向に沿って配置され、
前記第１のフィルタのＺ座標が、前記ＤＡ１のＺ座標よりも小であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１７】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第２のフィルタをさらに備え、
前記第２のフィルタの入射面はＹＺ平面と平行であり、
前記第２のフィルタは、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ又は前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、いずれかの隣り合う２つのダイクロイックミラーの間に配置されることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１８】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第３のフィルタをさらに備え、
前記第３のフィルタの入射面はＸＹ平面と平行であり、
前記第３のフィルタのＺ座標が、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標よりも大であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１９】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイと、
複数のセンサ素子を有するセンサアレイと、を備え、
前記センサアレイのセンサ面がＸＹ平面と平行に配置され、
前記センサ面のＺ座標が、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標よりも大であることを特徴とする光検出装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光検出装置において、
Ｚ軸の正方向に向かって進行する入射光が、前記ＤＡ１に入射され、
前記入射光は、前記ダイクロイックミラーアレイによって、Ｚ軸の正方向に向かって進行する、少なくとも（ｍ＋ｎ−１）個の分割光に分割され、
前記分割光の少なくとも一部が、前記センサ面に入射することを特徴とする光検出装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光検出装置において、
Ｙ軸方向に配列し、Ｚ軸の正方向に向かって進行する、ｐ個（２≦ｐ）の入射光が、前記ＤＡ１に入射され、
前記ｐ個の入射光は、それぞれが、前記ダイクロイックミラーアレイによって、Ｚ軸の正方向に向って進行する、少なくとも（ｍ＋ｎ−１）個の分割光に分割され、
前記分割光の少なくとも一部が、前記センサ面に入射することを特徴とする光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダイクロイックミラーアレイ及び光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイクロイックミラーアレイは、異なる分光特性（入射光に対する透過光及び反射光の波長依存性）を有する複数のダイクロイックミラーを互いに平行に、同一方向に沿って、略等間隔に配列したものである。ダイクロイックミラーアレイは、例えばキャピラリアレイＤＮＡシーケンサや、生化学自動分析装置など、サンプルから発せられる光を検出して分析を行う光検出装置に搭載される。【０００３】
ダイクロイックミラーアレイに入射した光束は、各ダイクロイックミラーの配列順に反射と透過を繰り返すことにより、異なる波長帯を有する複数の光束（分割光）に分割される。ダイクロイックミラーアレイによる分割光は、例えばＣＣＤセンサなどにより検出（多色検出）される。あるいは、各ダイクロイックミラーに入射した異なる波長帯を有する複数の光束は、各ダイクロイックミラーで反射と透過を繰り返すことにより、異なる波長帯を重ね合わせた単数の光束に統合される。【０００４】
ダイクロイックミラーアレイを用いた光検出装置として、特許文献１には、「入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置であって、互いに異なる波長帯域特性を有する複数の分光素子が配列された分光部と、前記分光素子の各々に対向して設けられた複数の波長選択素子を有する波長選択部と、前記複数の波長選択素子からの透過光を光電変換する光電面と、前記複数の波長選択素子の各々に対応して設けられた複数の電子増倍経路と、前記電子増倍経路の各々に対応して設けられた複数のアノードとを有する光電子増倍管を備えた光検出部と、前記波長選択部を筐体内で保持する保持部と、を備え、前記保持部は、前記波長選択素子が一方向に配列された本体部と、前記本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部と、を含み、前記分光素子は、前記波長選択素子の配列方向に沿って前記一対の壁部の間に配列されていることを特徴とする分光装置」が開示されている（請求項１参照）。【０００５】
一般に、複数の発光点の間隔を固定して考えると、集光レンズの焦点距離が短いほど高感度検出が可能になる。一方で、最大光路長が短いほど独立検出（低クロストーク検出）が可能になる。これは、最大光路長が長くなると、分割光の上記センサに投影されるスポットの最大サイズが拡大し、隣り合う発光点由来の上記スポットが互いに交じり合ってクロストークを発生するためである。すなわち、ダイクロイックミラーアレイを含む光検出装置を小型化することで、複数の入射光の高感度且つ独立な多色検出が可能となる。【０００６】
特許文献２には、小型化且つ高感度、低クロストークを実現する光検出装置として、「Ｍ≧２として，Ｍ個の発光点が配列した発光点アレイからの発光をそれぞれ個別に集光して光束とするＭ個の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，前記Ｍ個の光束が再集光されずに並列に入射される少なくとも１個のセンサと，を有し，前記Ｍ個の発光点の有効径の平均をｄ，前記Ｍ個の集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記Ｍ個の集光レンズの間隔の平均をｐ，前記Ｍ個の集光レンズと前記センサの最大光路長の平均をｇ，とするときｄ，ｆ，ｐ，ｇが前記Ｍ個の発光を低クロストーク又は高感度に検出できるように予め定められた所定の関係を満足する，発光検出装置」が開示されている（請求項１参照）。【０００７】
一方、ダイクロイックミラーアレイを小型化するのに伴い、各ダイクロイックミラーの厚さの影響が無視できなくなり、ダイクロイックミラーアレイによって複数の分割光に分割できる入射光束の上限幅である開口幅が減少してしまう。【０００８】
特許文献３には、ダイクロイックミラーを小型化して最大光路長を縮小すると同時に、開口幅を拡大するために、「Ｎ≧２として，番号１，２，・・・，Ｎの複数のダイクロイックミラーを，第１の方向に，番号順に配列したダイクロイックミラーアレイであって，前記複数のダイクロイックミラーの正面の法線ベクトルが，前記第１の方向の正の成分と，前記第１の方向と垂直な第２の方向の負の成分の和から構成され，前記複数の法線ベクトルが互いに略平行であり，０≦θ０≦９０°として，前記複数の法線ベクトルと前記第２の方向と反対方向のなす角度の平均をθ０，前記ダイクロイックミラーの基材の屈折率の平均をｎ０，前記ダイクロイックミラーの基材の幅の平均をα，前記ダイクロイックミラーの基材の厚さの平均をβ，前記ダイクロイックミラーの間隔の平均をｘ，２≦ｎ≦Ｎとして，番号ｎのダイクロイックミラーの前記第２の方向の端を，番号ｎ−１のダイクロイックミラーの前記第２の方向の端に対して，前記第２の方向と反対方向にずらす距離の平均をｙｚ，とするとき，θ０，ｎ０，α，β，ｘ，ｙｚが，前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように，予め定められた所定の関係を満足する，ダイクロイックミラーアレイ」が開示されている（請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−２４２１１７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１４５２３０号
【特許文献３】国際公開第２０１７／１４５２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、分析対象となる色数ＣＮ１の光をそれぞれ検出して精度良く計測するためには、光検出装置が検出可能な色数ＣＮ２が、ＣＮ２≧ＣＮ１でなければならない。また、色数ＣＮ１の光を検出する際に、ＣＮ２−ＣＮ１が大きくなるほど、光検出装置の検出精度は高くなる。従って、分析精度を維持、向上させるためには、光検出装置が検出可能な色数ＣＮ２を増大させる必要がある。【００１１】
上述の通り、ダイクロイックミラーアレイを用いた光検出装置において、最大光路長を小さくし、光検出装置を小型化することによって、入射光の独立且つ高精度な多色検出が可能となる。しかしながら、ダイクロイックミラーの数を増やして入射光の分割数を増やすと、最大光路長が大きくなるため、入射光の独立且つ高精度な多色検出が困難となる。【００１２】
特許文献２は、４種類のダイクロイックミラーから構成されるダイクロイックミラーアレイを用いて、４個の入射光の４色検出を実現している。これに対し、例えば、ダイクロイックミラーを８種類にすること以外は同等の条件下で、４個の入射光の８色検出を行うと、センサに投影される分割光のスポットの最大サイズが４色検出の場合と比較して２倍近くに大きくなる。さらに、異なる入射光由来のスポットが互いに交じり合ってクロストークが発生する。また、一つの入射光の異なる分割光由来のスポットも互いに交じり合い、各入射光の高精度な８色検出ができなくなる。【００１３】
また、ダイクロイックミラーアレイを構成するダイクロイックミラーの数を増やして入射光の分割数を増やすと、集光レンズとセンサの間の最小の光学的距離（最小光路長）と最大光路長の差が拡大する。これにより、最小光路長で形成されるスポットのサイズと、最大光路長で形成されるスポットのサイズの差が拡大するため、トータル強度が等しいスポットの強度密度の差が拡大し、光検出装置の全体としての感度とダイナミックレンジの低下が発生する。【００１４】
そこで、本開示では、入射光の高感度、高精度、及び独立な多色検出が可能なダイクロイックミラーアレイ及びそれを用いた光検出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】
【００１５】
本開示のダイクロイックミラーアレイは、右手系ＸＹＺ直交座標系において、ｍ個（ｍ≧２）のダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍが、Ｘ軸の正方向に沿って互いに平行に順番に配列する第１のグループと、ｎ個（ｎ≧２）のダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎが、Ｘ軸の負方向に沿って互いに平行に順番に配列する第２のグループと、を備え、前記ＤＡ２〜ＤＡｍのＸ座標が正であり、前記ＤＢ２〜ＤＢｎのＸ座標が負であり、前記ＤＡ１〜ＤＡｍの入射面及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの入射面がＸＺ平面に垂直であり、前記ＤＡ１〜ＤＡｍの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが負であり、前記ＤＢ１〜ＤＢｎの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが正であることを特徴とする。【００１６】
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、入射光の高感度、高精度、及び独立な多色検出が可能なダイクロイックミラーアレイ及びそれを用いた分析装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図。
【図２】個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す図。
【図３】分割数３〜１３のダイクロイックミラーアレイについて、光路長の比較を行った結果を示す図。
【図４】比較例１に係る７分割ダイクロイックミラーアレイの構成と光路長を示す断面図。
【図５】実施例１に係る７分割ダイクロイックミラーアレイの構成と光路長を示す断面図。
【図６】実施例２に係る多色検出装置の構成を示す模式図。
【図７】実施例３に係る多色検出装置の構成を示す模式図。
【図８】実施例４に係るキャピラリアレイＤＮＡシーケンサの構成を示す模式図。
【図９】実施例５に係る９分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図。
【図１０】発光点サイズ、集光レンズ焦点距離、発光点距離、センサ距離及びスポットサイズの関係を光線追跡シミュレーションで求めるためのモデル図。
【図１１】図１０のモデルの計算結果を示すグラフ。
【図１２】９色検出装置の各センサ距離における、スポットの中心をゼロとする空間座標と相対信号強度との関係を示すグラフである。
【図１３】スポットの空間座標と規格化信号強度との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例５に係るバンドパスフィルタＢＰの透過スペクトル。
【図１５】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ１の透過スペクトル。
【図１６】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ２の透過スペクトル。
【図１７】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ３の透過スペクトル。
【図１８】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ４の透過スペクトル。
【図１９】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ５の透過スペクトル。
【図２０】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ６の透過スペクトル。
【図２１】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ７の透過スペクトル。
【図２２】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ８の透過スペクトル。
【図２３】実施例５に係るダイクロイックミラーＭ９の透過スペクトル。
【図２４】実施例５に係る９分割ダイクロイックミラーアレイからの分割光Ｃ１〜Ｃ９の透過スペクトル。
【図２５】実施例６に係る１０分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図。
【図２６】実施例７に係る１２分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図。
【図２７】第２の実施形態に係る１３分割ダイクロイックミラーアレイを備える多色分析装置の構成を示す模式図。
【図２８】比較例３に係る９分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す模式図。
【図２９】実施例８に係る９分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す模式図。
【図３０】第４の実施形態に係る６分割ダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下において、右手系ＸＹＺ直交座標系を用いて、本開示の実施形態を説明する。
【００２０】
１．第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、ｍ個（ｍは２以上の整数）のダイクロイックミラーＤＡ１、ＤＡ２、・・・、ＤＡｍから構成されるＡグループ（第１のグループ）と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のダイクロイックミラーＤＢ１、ＤＢ２、・・・、ＤＢｎから構成されるＢグループ（第２のグループ）とを備える。
【００２１】
一般にダイクロイックミラーは、入射面（すなわち反射面）と、出射面とを有するが、これらは互いに平行（これらの法線も互いに平行）であるため、本明細書では、ダイクロイックミラーが配置される傾き（方向）を表現する際に、入射面及び出射面を区別せずに記述する。すなわち、本明細書で記述されている入射面を出射面で置き換えることも可能である。
【００２２】
ダイクロイックミラーＤＡ１は、Ｚ軸上に配置され、ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍは、入射面がＸＺ平面に垂直であり、Ｘ軸正方向に沿って互いに平行に配列する。ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍの入射面の法線をＸＺ平面に投影した直線は、ＸＺ平面における傾きが負である。ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍの入射面の法線と、Ｚ軸とのなす角をθ０とする。図１に示す例においては、θ０は４５°であり、ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍのうち任意のダイクロイックミラーの入射面の法線は、直線Ｚ＝−Ｘと平行である。換言すれば、ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍの入射面は、直線Ｚ＝Ｘと平行である。
【００２３】
ダイクロイックミラーＤＢ１は、Ｚ軸上に配置され、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎは、入射面がＸＺ平面に垂直であり、Ｘ軸負方向に沿って互いに平行に配列する。ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎの入射面の法線をＸＺ平面に投影した直線は、ＸＺ平面における傾きが正である。ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎの入射面の法線と、Ｚ軸とのなす角をθ１とする。図１に示す例においては、θ１は４５°であり、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎのうち任意のダイクロイックミラーの入射面の法線は、直線Ｚ＝Ｘと平行である。換言すれば、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎの入射面は、直線Ｚ＝−Ｘと平行である。
【００２４】
以上のように、ＡグループのダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍの入射面の法線及びＢグループのダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎの入射面の法線は、いずれもＸＺ平面と平行であるが、互いに向きが異なっている。図１に示す例においては、ＡグループのダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍ及びＢグループのダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎは、入射面の法線が互いに直交する向きに配置される。なお、θ０及びθ１はそれぞれ４５°に限定されるものではなく、入射光を分割可能な範囲で任意に設定することができる。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイにおいて、Ｂグループは、ＡグループよりもＺ軸正方向側に配置される。このように、ダイクロイックミラーアレイは、全体として２層構造を有する。また、ダイクロイックミラーＤＡ２及びＤＢ２は、Ｘ軸方向の位置が異なっており、ダイクロイックミラーＤＡ２〜ＤＡｍはＸ座標が正であり、ダイクロイックミラーＤＢ２〜ＤＢｎはＸ座標が負である。これにより、１つの入射光Ｃ０から、ダイクロイックミラーＤＡ２〜ＤＡｍ、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎにより分割光Ｃ（ＤＡ２）〜Ｃ（ＤＡｍ）、Ｃ（ＤＢ１）〜Ｃ（ＤＡｎ）を得ることができる。
【００２６】
各ダイクロイックミラーは、屈折率ｎ０の透明基材の少なくとも一方の表面に光学的な膜が形成されたものである。透明基材として、例えば石英ガラスが用いられる。なお、本開示では、ダイクロイックミラーアレイを構成するダイクロイックミラーの一部が、波長依存性の低い全反射ミラー又はハーフミラーであってもよい。従って、本開示においては、ダイクロイックミラー、全反射ミラー及びハーフミラーを区別なくダイクロイックミラーという場合がある。
【００２７】
入射光Ｃ０は、Ｚ軸負方向から正方向に向かって、入射角θ０でダイクロイックミラーＤＡ１に入射する。入射光Ｃ０は、ダイクロイックミラーＤＡ１により、Ｘ軸正方向に進む反射光Ｃ（ＤＡ１）と、Ｚ軸正方向に進む透過光に分割される。ダイクロイックミラーＤＡ１からの反射光は、ダイクロイックミラーＤＡ２に入射し、Ｘ軸正方向に進む透過光と、Ｚ軸正方向に進む反射光Ｃ（ＤＡ２）に分割される。以下同様にして、ダイクロイックミラーＤＡ１の反射光Ｃ（ＤＡ１）は、ダイクロイックミラーＤＡ２〜ＤＡｍによって、Ｚ軸正方向に進む（ｍ−１）個の分割光（反射光Ｃ（ＤＡ２）〜Ｃ（ＤＡｍ））を生成する。
【００２８】
ダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍのうち、任意のダイクロイックミラーをＤＡｊ（２≦ｊ≦（ｍ−１））とする。ダイクロイックミラーＤＡｊの透過光は、ＤＡ（ｊ＋１）に入射し、Ｘ軸正方向に進む透過光と、Ｚ軸正方向に進む反射光Ｃ（ＤＡ（ｊ＋１））に分割される。
【００２９】
一方、ダイクロイックミラーＤＡ１の透過光はダイクロイックミラーＤＢ１に入射し、Ｘ軸負方向に進む反射光と、Ｚ軸正方向に進む透過光Ｃ（ＤＢ１）に分割される。ダイクロイックミラーＤＢ１からの反射光は、ダイクロイックミラーＤＢ２に入射し、Ｘ軸負方向に進む透過光と、Ｚ軸正方向に進む反射光Ｃ（ＤＢ２）に分割される。以下同様にして、ダイクロイックミラーＤＡ１の透過光は、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎによって、Ｚ軸正方向に進むｎ個の分割光Ｃ（ＤＢ１）〜Ｃ（ＤＢｎ）を生成する。
【００３０】
ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎのうち任意のダイクロイックミラーをＤＢｋ（２≦ｋ≦（ｎ−１））とする。ダイクロイックミラーＤＢｋの透過光は、ＤＢ（ｋ＋１）に入射し、Ｘ軸負方向に進む透過光と、Ｚ軸正方向に進む反射光Ｃ（ＤＢ（ｋ＋１））に分割される。
【００３１】
以上のことから、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイによって得られる分割光の総数は、（ｍ＋ｎ−１）個となる。各分割光は、入射光Ｃ０に含まれる異なる波長成分を有しているため、分割光をそれぞれ検出することによって、入射光Ｃ０の多色検出、又は分光分析が可能となる。
【００３２】
分割光Ｃ（ＤＡｊ）及びＣ（ＤＢｋ）を分割光Ｃ（Ｘ）とする。各分割光Ｃ（Ｘ）の中心波長をλ（Ｃ（Ｘ））で表すとき、下記式（１）〜（８）のいずれかを満たすことにより、ダイクロイックミラーアレイの構成が簡単になる。
λ(C(DA2))<…<λ(C(DAm))<λ(C(DB1))<…<λ(C(DBn))  …(1)
λ(C(DAm))<…<λ(C(DA2))<λ(C(DB1))<…<λ(C(DBn))  …(2)
λ(C(DA2))<…<λ(C(DAm))<λ(C(DBn))<…<λ(C(DB1))  …(3)
λ(C(DAm))<…<λ(C(DA2))<λ(C(DBn))<…<λ(C(DB1))  …(4)
λ(C(DB1))<…<λ(C(DBn))<λ(C(DA2))<…<λ(C(DAm))  …(5)
λ(C(DBn))<…<λ(C(DB1))<λ(C(DA2))<…<λ(C(DAm))  …(6)
λ(C(DB2))<…<λ(C(DBn))<λ(C(DAm))<…<λ(C(DA2))  …(7)
λ(C(DBn))<…<λ(C(DB2))<λ(C(DAm))<…<λ(C(DA2))  …(8)
【００３３】
すなわち、Ａグループによって短波長帯の分割光を生成し、Ｂグループによって長波長帯の分割光を生成するか、あるいは、Ｂグループによって短波長帯の分割光を生成し、Ａグループによって長波長帯の分割光を生成することが好ましい。特に、ダイクロイックミラーＤＡ１が、短波長帯と長波長帯をそれぞれＡグループとＢグループに振り分けることは容易である。
【００３４】
図２は、個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す図である。図２において点線の正方形で示すように、各ダイクロイックミラーをユニットで切り分ける。ユニットの紙面上端、右端、下端、左端はそれぞれ、１個のダイクロイックミラーが存在する位置の最上端、最右端、最下端、最左端としている。各分割光について、ＤＡ１のユニットに入射する位置から、各ダイクロイックミラーから分割光が出射する位置までの光路長を求める。ユニットに含まれない領域の光路長は、多くの場合、従来のダイクロイックミラーアレイと本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイで共通であるため、ここでは無視する。
【００３５】
ここで、光路長の評価を簡略化するため、ユニットあたりの光路長を１とする。１つのユニットを見ると、各ダイクロイックミラーの透過光と反射光は、同じ光路長となっている。
【００３６】
図２（ａ）は、従来のダイクロイックミラーアレイにおける個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す。従来のダイクロイックミラーアレイは、図２（ａ）に示すように、ｍ個のダイクロイックミラーＤ１〜Ｄｍが互いに平行に、一直線上に配列した構成であり、分割光Ｃ１〜Ｃｍが得られる。図２（ａ）に示すように、分割光Ｃ１はユニット１個分で光路長１であり、分割光Ｃ２はユニット２個分で光路長２であり、以下同様に、分割光Ｃｍはユニットｍ個分で光路長ｍである。すなわち、従来のダイクロイックミラーアレイにおける最大光路長は、ｍである。
【００３７】
図２（ｂ）は、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイにおける個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）の場合と異なり、ダイクロイックミラーアレイが２層構造になっているが故に生じる、ダイクロイックミラーが存在しないが、分割光が進行する部分（ＤＡ２〜ＤＡｍの上部）にもユニットを表記している。これは、分割光を検出するセンサをダイクロイックミラーの配列方向と平行に配置するためである。図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの最大光路長は、（ｍ−１）又は（ｎ−１）のいずれか大きい方である。これに対して、図２（ａ）に示すように、従来のダイクロイックミラーアレイの場合、（ｍ＋ｎ−１）個の分割光を得るためには、最大光路長はｍ＋ｎ−１である。
【００３８】
従って、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、従来のダイクロイックミラーアレイと比較して、最大光路長を（ｍ−１）／（ｍ＋ｎ−１）倍、又は、（ｎ−１）／（ｍ＋ｎ−１）倍のいずれか大きい方にすることができる。従って、ｍ≒ｎであるとき、最大光路長をおよそ半分まで縮小することができる。例えばｍ＝ｎ＝１０のとき、最大光路長は０．５３倍に縮小できる。
【００３９】
一方、最小光路長は、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイでは２、従来のダイクロイックミラーアレイでは１となる。従って、最大光路長と最小光路長の差（光路長差）は、最大光路長にほぼ応じて変化する。このように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの構成にすることによって、最大光路長と最小光路長の差をおよそ半分まで縮小することができる。
【００４０】
図３は、分割数３〜１３のダイクロイックミラーアレイについて、光路長の比較を行った結果を示す図である。図３は、各ダイクロイックミラーアレイについて、最大光路長と、最大光路長と最小光路長の光路長差を、従来例と本実施形態のそれぞれについて記している。
【００４１】
図３より明らかなように、分割数５以上のすべてのダイクロイックミラーアレイについて、従来例と比較して本実施形態の最大光路長が縮小されている。さらに、分割数３以上のすべてダイクロイックミラーアレイについて、従来例と比較して本実施形態の光路長差が縮小されている。
【００４２】
また、分割数が大きくなるに従って最大光路長の差が拡大し、本実施形態の効果が顕著になっている。例えば、分割数９のダイクロイックミラーアレイでは、最大光路長は従来例の９から６に縮小し、光路長差は従来例の８から４に縮小している。このように、最大光路長及び光路長差の縮小幅はいずれも、分割数７の場合と比較して拡大しており、分割数が大きくなるに従って本実施形態の効果が一層大きくなることが分かる。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、互いに向きの異なるＡグループのダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍと、ＢグループのダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎとを備え、ダイクロイックミラーＤＡ１及びＤＢ１がＺ軸方向に沿って配置される構成を有する。これにより、ダイクロイックミラーの数を増やして入射光の分割数を増やしても、入射光の最大の光学的距離（最大光路長）の増大を抑えることができ、入射光の高感度、高精度、及び独立な多色検出が可能である。また、ダイクロイックミラーの数及び入射光の分割数を増減させずに、入射光の最大の光学的距離を縮小することができ、入射光の高感度な多色検出を維持しながら、より一層高い水準の高精度及び独立した多色検出が可能となる。
【００４４】
［比較例１］
次に、第１の実施形態の比較例及び実施例を説明する。
図４は、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイを示す図である。図４（ａ）は、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイは、異なる分光特性を有するダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ７を備え、入射光Ｃ０を７分割する。ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ７は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°の傾きを有し、互いに平行に、Ｘ軸正方向に沿って略等間隔に配列される。なお、各ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ７の厚さの影響は無視する。
【００４６】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ７の図４（ａ）の紙面に平行な幅をαとすると、各ダイクロイックミラーの配列間隔は、α／√２である。つまり、ｋを１≦ｋ≦６の整数として、ダイクロイックミラーＭｋの右端と、ダイクロイックミラーＭ（ｋ＋１）の左端は、Ｘ軸方向の位置が同一である。
【００４７】
入射光Ｃ０は、Ｚ軸正方向に進行してダイクロイックミラーＭ１に入射し、Ｘ軸正方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向に進行する透過光、すなわち分割光Ｃ１に分割される。上記反射光はダイクロイックミラーＭ２に入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ２に分割される。以下同様に、３≦ｋ≦６として、ダイクロイックミラーＭ（ｋ−１）を透過したＸ軸正方向に進行する透過光は、ダイクロイックミラーＭｋに入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃｋに分割される。ダイクロイックミラーＭ６を透過してＸ軸正方向に進行する透過光は、ダイクロイックミラーＭ７に入射し、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ７を生成する。なお、ダイクロイックミラーＭ７を全反射ミラーとすることにより、ダイクロイックミラーＭ７の透過光をなくしてもよい。
【００４８】
以上より、Ｚ軸正方向に進行する７個の分割光Ｃ１〜Ｃ７が得られる。分割光Ｃ１〜Ｃ７は、入射光Ｃ０に含まれていた異なる波長成分を有しているため、分割光Ｃ１〜Ｃ７をそれぞれ検出することによって、入射光Ｃ０の多色検出が可能となる。
【００４９】
図４（ｂ）は、個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す図である。点線の正方形で示すユニットについては図２と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
図４（ｂ）から明らかなように、分割光Ｃ１はユニット１個分で光路長１、分割光Ｃ２はユニット２個分で光路長２であり、以下同様に、分割光Ｃ７はユニット７個分で光路長７である。従って、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイにおいて、最大光路長は７、最小光路長は１、最大光路長と最小光路長の差は６である。
【００５１】
［実施例１］
図５は、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイを示す図である。図５（ａ）は、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイは、異なる分光特性を有する８個のダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８を備え、入射光Ｃ０を７分割して７個の分割光Ｃ１〜Ｃ７を得ることができる。ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４をＡグループとし、ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８をＢグループとする。
【００５３】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°の傾きを有し、互いに平行に、Ｘ軸正方向に沿って略等間隔に配列される。ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４の入射面の法線は、ＸＺ平面と平行であり、ＸＺ平面において−４５°の傾きを有する。
【００５４】
ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°の傾きを有し、互いに平行に、Ｘ軸負方向に沿って略等間隔に配列される。ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８の入射面の法線は、ＸＺ平面と平行であり、ＸＺ平面において４５°の傾きを有する。
すなわち、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４と、ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８とを、それぞれを対向させて、それぞれの法線が直交するように配置する。
【００５５】
ダイクロイックミラーＭ１及びダイクロイックミラーＭ５は、Ｘ軸方向における位置が同一であり、ダイクロイックミラーＭ５は、ダイクロイックミラーＭ１よりもＺ軸正方向側に配置される。従って、ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４よりもＺ軸正方向側に配置される。このように、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイは、全体として２層構造を有する。
【００５６】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８のＸＺ平面に平行な幅をαとすると、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４及びダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８の配列間隔は、それぞれα／√２である。また、ダイクロイックミラーＭ１の中心とダイクロイックミラーＭ５の中心との距離もα／√２である。
【００５７】
入射光Ｃ０は、Ｚ軸正方向に進行してダイクロイックミラーＭ１に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向に進行する透過光に分割される。ダイクロイックミラーＭ１の反射光は、ダイクロイックミラーＭ２に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ１に分割される。ダイクロイックミラーＭ２の透過光は、ダイクロイックミラーＭ３に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ２に分割される。ダイクロイックミラーＭ３の透過光は、ダイクロイックミラーＭ４に入射角４５°で入射し、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ３を生成する。ここでは、ダイクロイックミラーＭ４の透過光を無視する。
【００５８】
一方、ダイクロイックミラーＭ１の透過光は、ダイクロイックミラーＭ５に入射角４５°で入射し、Ｘ軸負方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向に進行する透過光、すなわち分割光Ｃ４に分割される。ダイクロイックミラーＭ５の反射光は、ダイクロイックミラーＭ６に入射角４５°で入射し、Ｘ軸負方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ５に分割される。ダイクロイックミラーＭ６の透過光は、ダイクロイックミラーＭ７に入射角４５°で入射し、Ｘ軸負方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ６に分割される。ダイクロイックミラーＭ７の透過光は、ダイクロイックミラーＭ８に入射角４５°で入射し、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ７を生成する。ここでは、ダイクロイックミラーＭ８の透過光を無視する。
なお、ダイクロイックミラーＭ４及びＭ８を全反射ミラーとしてもよい。
【００５９】
以上のようにして、Ｚ軸正方向に進行する７個の分割光Ｃ１〜Ｃ７が得られる。分割光Ｃ１〜Ｃ７は入射光Ｃ０に含まれていた異なる波長成分を有しているため、分割光Ｃ１〜Ｃ７をそれぞれ検出することによって、入射光Ｃ０の多色検出が可能となる。
【００６０】
図５（ｂ）は、個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す図である。点線の正方形で示すユニットについては上記と同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
図５（ｂ）に示すように、分割光Ｃ１はユニット３個分で光路長３、分割光Ｃ２はユニット４個分で光路長４、分割光Ｃ３はユニット５個分で光路長５、分割光Ｃ４はユニット２個分で光路長２、分割光Ｃ５はユニット３個分で光路長３、分割光Ｃ６はユニット４個分で光路長４、分割光Ｃ７はユニット５個分で光路長５である。従って、最大光路長は５、最小光路長は２、最大光路長と最小光路長の差は３である。
【００６２】
比較例１及び実施例１の光路長の評価結果の比較から、同じ７分割による７色検出を行うダイクロイックミラーアレイでありながら、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイの最大光路長は、比較例１の最大光路長７から５に縮小し、最大光路長と最小光路長の差は、比較例１の６から３に縮小することができる。このように、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイは、高精度、高感度、且つ低クロストークな７色検出が可能となる。
【００６３】
図４及び図５では、ダイクロイックミラーアレイの断面図を示しているため、入射光Ｃ０が１個のみ示されている。しかし、複数の入射光Ｃ０が断面図の紙面に垂直方向（Ｙ軸方向）に配列し、複数の入射光Ｃ０のそれぞれがダイクロイックミラーアレイによって並列に７分割され、分割光Ｃ１〜Ｃ７を生成しても良い。
【００６４】
［実施例２］
図６は、実施例２に係る多色検出装置の構成を示す模式図である。実施例２に係る多色検出装置は、実施例１に係るダイクロイックミラーアレイを用いて、１個の発光点Ｐからの発光の７色検出を行う装置である。
【００６５】
入射光Ｃ０は、発光点Ｐからの発光を集光レンズＬで集光して得られる光束である。図５においては、各光線を線で示したが、図６においては幅を有する束（光束）で各光線を示している。図６（ａ）は、本実施例に係る多色検出装置のＸＺ平面による断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ矢視図である。
【００６６】
図６（ａ）に示すように、実施例２に係る多色検出装置は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８、集光レンズＬ、センサアレイ及び発光点Ｐを備える。
【００６７】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８は、実施例１と同様の構成を有するため、説明を省略する。
【００６８】
センサアレイは、Ｘ軸方向に沿って、ＸＹ平面と平行に配列した７個のセンサ素子を有し、各センサ素子は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８のＺ軸正方向側に配置される。７個の分割光Ｃ１〜Ｃ７は、Ｚ軸正方向に進行し、それぞれセンサ素子のセンサ面Ｓに入射し、センサアレイによって検出される。ただし、図６においては、複数のセンサ素子のセンサ面Ｓの境界は示していない。センサアレイは、単一のラインセンサ又はエリアセンサである。分割光Ｃ１〜Ｃ７はそれぞれ、入射光Ｃ０の異なる波長帯の成分、すなわち異なる色の成分であるため、それらを同時且つ独立に計測することによって、入射光Ｃ０の７色検出が可能である。
【００６９】
実施例２においては、発光点Ｐが１個であるため、各ダイクロイックミラーのＹ軸方向の幅は、図６（ｂ）に示すように、入射光Ｃ０及び分割光Ｃ１〜Ｃ７の光束の最大幅よりも大きければ良い。
【００７０】
以上のように、実施例２に係る多色検出装置は、実施例１と同様に、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイを用いる場合と比較して、最大光路長と、光路長差とを縮小することができるため、発光点Ｐからの発光を高精度且つ高感度に多色検出できる。
【００７１】
［実施例３］
図７は、実施例３に係る多色検出装置ＤＳの構成を示す模式図である。実施例３に係る多色検出装置ＤＳは、実施例１と同様のダイクロイックミラーアレイを用いて、ｐ個（２≦ｐ）の発光点Ｐからの発光をそれぞれ７色検出する多色検出装置である。実施例３においては、４個の発光点Ｐ１〜Ｐ４からの発光をそれぞれ７色検出する。図７（ａ）は、本実施例に係る多色検出装置ＤＳのＸＺ平面による断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ矢視図である。
【００７２】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、実施例３に係る多色検出装置ＤＳは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８、集光レンズＬ１〜Ｌ４、エリアセンサ及び発光点Ｐ１〜Ｐ４を備える。
【００７３】
発光点Ｐ１〜Ｐ４からの発光は、それぞれ集光レンズＬ１〜Ｌ４により集光され、入射光Ｃ０−１〜Ｃ０−４となる。なお、発光点Ｐの数は４つに限定されず、任意の数とすることができる。
【００７４】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８は、入射光Ｃ０−１〜Ｃ０−４が共通に入射可能なように、実施例１のダイクロイックミラーと比較して、Ｙ軸方向における幅が大きくなっている。ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８は、入射光Ｃ０−１〜Ｃ０−４をそれぞれ７分割し、２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４を得る。
【００７５】
エリアセンサは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８のＺ軸正方向側において、ＸＹ平面と平行に配置される。２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４は、１つのエリアセンサのセンサ面Ｓに共通に入射し、エリアセンサによって検出される。
【００７６】
なお、本開示において、「共通」という表現は、複数（Ｍ個）の発光点、光束又は分割光に対し１個の光学素子を用いる（Ｍ：１の対応）という意味で用いる場合がある。また、「個別」という表現は、１つの発光点、光束又は分割光に対し１個の光学素子を用いる（１：１の対応）という意味で用いる場合がある。
【００７７】
２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４を個別に検出する場合は、Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に７個の計２８個配列したセンサ素子を有するセンサアレイを用いる。各センサ素子は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８のＺ軸正方向側において、ＸＹ平面と平行に配置される。２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４は、それぞれセンサ素子のセンサ面Ｓに入射し、センサアレイによって検出される。
【００７８】
以上のように、実施例３に係る多色検出装置ＤＳは、実施例１と同様に、比較例１に係るダイクロイックミラーアレイを用いる場合と比較して、複数の入射光Ｃ０−１〜Ｃ０−４について、最大光路長と、光路長差とを縮小することができるため、複数の発光点Ｐからの発光を高精度、高感度、且つ低クロストークに多色検出できる。
【００７９】
［実施例４］
図８（ａ）は、実施例４に係るキャピラリアレイＤＮＡシーケンサの構成を示す模式図である。実施例４に係るキャピラリアレイＤＮＡシーケンサは、実施例３に係る多色検出装置ＤＳを用いており、ＤＮＡ断片による蛍光を検出する分析装置である。
【００８０】
キャピラリアレイＤＮＡシーケンサは、レーザ光源１、バルブ４、陰極側緩衝液７、陰極８、陽極側緩衝液９、陽極１０、ポンプブロック１１、シリンジ１２、電源１３、キャピラリアレイＣＡ及び多色検出装置ＤＳを備える。
【００８１】
レーザ光源１は、キャピラリアレイＣＡのレーザビーム照射位置３に対しレーザビーム２を照射する。レーザビーム照射位置３は、試料注入端５より一定距離だけＤＮＡ断片が電気泳動された位置である。
【００８２】
キャピラリアレイＣＡは複数のキャピラリを備え、レーザビーム照射位置３の近傍において複数のキャピラリがＸＹ平面上に配列する。キャピラリアレイＣＡの試料注入端５は、陰極側緩衝液７に浸され、試料溶出端６は、ポリマブロック１１を介して陽極側緩衝液９に浸される。
【００８３】
ポンプブロック１１は、内部にポリマ溶液が充填される。シリンジ１２及びバルブ４は、ポンプブロック１１に接続される。バルブ４を閉じた状態でシリンジ１２によりポンプブロック１１内部のポリマ溶液に加圧することで、キャピラリアレイＣＡの内部に、試料溶出端６から試料注入端５に向かってポリマ溶液を充填することができる。
【００８４】
陰極８は、陰極側緩衝液７に浸され、陽極１０は、陽極側緩衝液９に浸される。電源１３は、陰極８と陽極１０の間に高電圧を印加する。
【００８５】
キャピラリアレイＣＡの内部にポリマ溶液を充填した後、バルブ４を開け、各キャピラリに試料注入端５から異なる試料を注入し、陰極８と陽極１０の間に高電圧を印加することで、キャピラリ電気泳動を行うことができる。試料に含まれる、４色の蛍光体で標識されたＤＮＡ断片は、試料注入端５から試料溶出端６に向かって電気泳動する。
【００８６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す多色検出装置ＤＳの拡大図である。図８（ｂ）に示すように、キャピラリアレイＣＡは、４つのキャピラリＣＡ１〜ＣＡ４を備える。なお、キャピラリの数は４つに限定されず、任意の数とすることができる。
【００８７】
キャピラリＣＡ１〜ＣＡ４は、ＸＹ平面上において、Ｙ軸方向に沿って配列し、レーザビーム照射位置３において、その被覆が除去される。ＤＮＡ断片は、４色の蛍光体で標識され、各キャピラリＣＡ１〜ＣＡ４の内部を電気泳動し、レーザビーム照射位置３を通過する際に励起され、蛍光を発する。従って、レーザビーム照射位置３におけるキャピラリＣＡ１〜ＣＡ４の内部がそれぞれ発光点Ｐ１〜Ｐ４となる。
【００８８】
多色検出装置ＤＳは、実施例３に係る多色検出装置ＤＳと同様の構成を有するため、説明を省略する。多色検出装置ＤＳは、キャピラリアレイＣＡよりもＺ軸正方向側に配置される。
【００８９】
図８（ｂ）に示すように、レーザ光源１より発振されたレーザビーム２は、ＸＹ平面に沿ってＹ軸正方向に向かって進行し、キャピラリＣＡ４、ＣＡ３、ＣＡ２及びＣＡ１のレーザビーム照射位置３、すなわち発光点Ｐ４、Ｐ３、Ｐ２及びＰ１を一括照射する。
【００９０】
４色の蛍光体で標識されたＤＮＡ断片は、レーザビーム照射位置３を通過する際にレーザビーム２により励起される。その結果生じる、発光点Ｐ１〜Ｐ４からの発光を、多色検出装置ＤＳを用いて７色検出を行う。レーザビーム２の波長は５０５ｎｍ、４色の蛍光（発光極大波長）は、波長５４０ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ及び６３０ｎｍとする。
【００９１】
以上のように、分析対象が４色の蛍光であるのに対して、多色検出装置ＤＳは７色検出することができるため、高精度に４色蛍光を検出することが可能である。このように、本実施例のキャピラリアレイＤＮＡシーケンサは、高精度、高感度、且つ低クロストークで分析が可能である。
【００９２】
［実施例５］
図９は、実施例５に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。特に説明がない構成については、実施例１と同様である。実施例５に係るダイクロイックミラーアレイは、１０個のダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０を備え、入射光Ｃ０を９分割して９色検出を行うことができる。図示は省略しているが、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ５をＡグループとし、ダイクロイックミラーＭ６〜Ｍ１０をＢグループとする。
【００９３】
なお、ＡグループのＸ軸正方向の端部に位置するダイクロイックミラーＭ５と、ＢグループのＸ軸負方向の端部に位置するダイクロイックミラーＭ１０は、同一の分光特性を有するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラーＭ５及びＭ１０は、例えば、全反射ミラーであってもよい。
【００９４】
図９に示すように、実施例５に係るダイクロイックミラーアレイは、ダイクロイックミラーＭ１のＺ軸負方向側にバンドパスフィルタＢＰ（第１のフィルタ）を備える点で、実施例１〜４と異なっている。その他の構成については、実施例１のダイクロイックミラーアレイと同様であるため、説明を省略する。
【００９５】
バンドパスフィルタＢＰの形状は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０と同様である。バンドパスフィルタＢＰは、ＸＹ平面に平行に、ダイクロイックミラーＭ１のＺ軸負方向側に配置される。すなわち、バンドパスフィルタＢＰの入射面及び出射面の法線は、Ｚ軸と平行である。バンドパスフィルタＢＰを有することにより、入射光Ｃ０に含まれる複数の波長帯のうち、所定の波長帯の光を透過してダイクロイックミラーＭ１に入射させ、これにより所望の波長帯の光のみを多色検出することができる。
【００９６】
入射光Ｃ０は、Ｚ軸正方向に進行してバンドパスフィルタＢＰに入射角０°で入射し、これによりＺ軸正方向に進行する透過光が生成される。バンドパスフィルタＢＰの透過光は、ダイクロイックミラーＭ１に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向に進行する透過光とに分割される。ダイクロイックミラーＭ１の反射光は、ダイクロイックミラーＭ２に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ１に分割される。以下同様にして、ダイクロイックミラーＭ２〜Ｍ５により、分割光Ｃ１〜Ｃ４が得られる。なお、ダイクロイックミラーＭ５の透過光は無視する。
【００９７】
一方、ダイクロイックミラーＭ１の透過光は、ダイクロイックミラーＭ６に入射角４５°で入射し、Ｘ軸負方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向に進行する透過光、すなわち分割光Ｃ５に分割される。ダイクロイックミラーＭ６の反射光は、ダイクロイックミラーＭ７に入射角４５°で入射し、Ｘ軸負方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ６に分割される。以下同様にして、ダイクロイックミラーＭ６〜Ｍ１０により、分割光Ｃ５〜Ｃ９が得られる。なお、ダイクロイックミラーＭ１０の透過光は無視する。
【００９８】
以上のように、実施例５に係るダイクロイックミラーアレイにより、Ｚ軸正方向に進行する９個の分割光Ｃ１〜Ｃ９が得られる。分割光Ｃ１〜Ｃ９は、入射光Ｃ０の異なる波長成分を有しているため、分割光Ｃ１〜Ｃ９をそれぞれ検出することによって、入射光Ｃ０の９色検出が可能である。
【００９９】
［比較例２］
ダイクロイックミラーの数を９個としてダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９とし、ダイクロイックミラーＭ１のＺ方向負方向側にバンドパスフィルタＢＰをＸＹ平面に平行に配置したこと以外は比較例１と同様にして、比較例２に係るダイクロイックミラーアレイとした。
【０１００】
＜最大光路長及び光路長差の評価＞
次に、図１０〜１３を参照して、実施例５又は比較例２に係るダイクロイックミラーアレイを用いた９色検出装置について、最大光路長及び光路長差を実際的な計算によって求めた結果について説明する。
【０１０１】
以下において、実施例５のダイクロイックミラーアレイを用いた装置を「本実施例の９色検出装置」といい、比較例２のダイクロイックミラーアレイを用いた装置を「比較例の９色検出装置」という。
【０１０２】
図示は省略しているが、本実施例及び比較例の９色検出装置は、集光レンズＬと、実施例５又は比較例２のダイクロイックミラーアレイと、エリアセンサとを備える。本実施例及び比較例の９色検出装置は、単数又は複数の発光点Ｐからの発光を集光レンズＬで集光した光束を入射光Ｃ０とし、ダイクロイックミラーアレイによって９個の分割光Ｃ１〜Ｃ９を生成し、分割光Ｃ１〜Ｃ９をエリアセンサのセンサ面Ｓに垂直に入射させて検出する。
【０１０３】
図３に示すように、９分割の場合、比較例の９色検出装置の最大光路長は９、光路長差は８であり、各分割光Ｃ１〜Ｃ９の光路長は１〜９である。これに対して、本実施例の９色検出装置の最大光路長は６、光路長差は４であり、各分割光Ｃ１〜Ｃ９の光路長は２〜６である。ここで、例として、光路長１を２．５ｍｍで換算すると、比較例の９色検出装置の光路長は２．５〜２２．５ｍｍ、本実施例の９色検出装置の光路長は５．０〜１５．０ｍｍとなる。
【０１０４】
それぞれの９色検出装置について、分割光Ｃ１〜Ｃ９がセンサ面Ｓに形成するスポットのサイズを光線追跡シミュレーションによって求めた。さらに、単一の発光点由来の分割光Ｃ１〜Ｃ９の検出時の相互のクロストークによる分光分析精度に与える影響、及び、複数の発光点由来の分割光Ｃｋ（１≦ｋ≦９）の検出時の相互のクロストークによる独立計測に与える影響を評価した。結果を図１０及び１１に示す。
【０１０５】
図１０は、発光点Ｐのサイズ、集光レンズＬの焦点距離ｆ、発光点距離ｇ、センサ距離ｈ及びスポットサイズＷの関係を光線追跡シミュレーションで求めるためのモデル図である。発光点距離ｇは、発光点Ｐ及び集光レンズＬの距離である。センサ距離ｈは、集光レンズＬとセンサ面Ｓの間の光学的距離（光路長）である。スポットサイズＷは、発光点Ｐからの発光を集光レンズＬが集光して得られる光束がセンサ面Ｓ上に投影されるスポットの大きさである。
【０１０６】
左側に発光点Ｐ、その右側に集光レンズＬ、さらにその右側にセンサのセンサ面Ｓを配置する。図１０（ａ）は、発光がない状態、図１０（ｂ）は、発光がある状態の一例を示している。図１０（ｂ）は、発光点Ｐからの発光のうち、集光レンズＬで集光される光線のみを描いている。例として、発光点Ｐは、径がｄ＝０．０５ｍｍの円形とする。集光レンズＬは、有効径がＤ＝１ｍｍ、焦点距離がｆ＝１．４ｍｍとする。また、集光レンズＬは、左側（発光点側）が平面、右側（センサ側）が非球面であり、収差が比較的少ないものを選択した。
【０１０７】
発光点距離ｇを１．４０ｍｍ≦ｇ≦１．７０ｍｍの範囲において０．０１ｍｍ刻みで変化させ、各発光点距離ｇについてセンサ距離ｈを２．５ｍｍ≦ｈ≦３０ｍｍの範囲において２．５ｍｍ刻みで変化させ、各センサ距離ｈにおけるスポットサイズＷを計算した。スポットサイズＷは、スポットの強度分布の内、強度が最大強度の１％以上となる領域の全幅として計算した。
【０１０８】
図１１は、図１０のモデルの計算結果を示すグラフである。図１１において、発光点距離ｇをパラメータとして、横軸をセンサ距離ｈ、縦軸をスポットサイズＷとしている。ただし、横軸は、２．５ｍｍ≦ｈ≦２２．５ｍｍの範囲のみを示している。実線は発光点距離ｇの小数点第二位が偶数の場合、点線は発光点距離ｇの小数点第二位が奇数の場合を示す。
【０１０９】
発光点Ｐは有限サイズ（ｄ＝０．０５ｍｍ＞０ｍｍ）であるため、如何なる条件においても、発光点Ｐからの発光が集光レンズＬによって集光された光線（光束）が完全な平行光線（光束）になることはなく、センサ距離ｈが十分に大きいとき、スポットサイズＷはセンサ距離ｈとともに大きくなる。発光点距離ｇ＝１．４０ｍｍは、発光点Ｐが集光レンズＬの焦点に位置する条件であり、最も平行な光線（光束）に近い条件であるため、無限遠で、すなわちセンサ距離ｈが十分に大きいときに、スポットサイズＷが最小になる。ここで、「最小」という表現は、同じセンサ距離ｈにおいて、発光点距離ｇを変化させたときにスポットサイズＷが最小になるという意味である。同じセンサ距離ｈにおいてスポットサイズＷが最小になる状態は、発光点Ｐからの発光が集光レンズＬによって集光された光束が、そのセンサ距離ｈにおいて、ジャストフォーカスされる状態に相当する。
【０１１０】
図１１に示されるように、発光点距離がｇ＝１．４０ｍｍの場合と比較して、発光点距離ｇが大きくなるに従い、スポットサイズＷが最小となるセンサ距離ｈが小さくなる。例えば、ｇ＝１．５０ｍｍのとき、ｈ＝２０．０ｍｍにおいて、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．７０ｍｍとなる。ｇ＝１．５４ｍｍのとき、ｈ＝１５．０ｍｍにおいて、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．５２ｍｍとなる。ｇ＝１．６２ｍｍのとき、ｈ＝１０．０ｍｍにおいて、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．３４ｍｍとなる。そして、ｇ＝１．７０ｍｍのとき、ｈ＝７．５ｍｍにおいて、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．２６ｍｍとなる。
【０１１１】
ダイクロイックミラーアレイによって生成される各分割光の光路長ｈがｈ（ｍｉｎ）≦ｈ≦ｈ（ｍａｘ）であるとき、ｈ（ｍｉｎ）≦ｈ≦ｈ（ｍａｘ）におけるスポットサイズＷの最大値が最小となるような発光点距離ｇを選ぶとき、異なるスポット間の重なりが最も小さくなるため、高精度な多色検出、又は異なる発光点の独立計測を行う上で最も有利な条件となる。そして、図１１から分かるように、ｈ（ｍｉｎ）≦ｈ≦ｈ（ｍａｘ）におけるスポットサイズＷの最大値が最小となるのは、ｈ＝ｈ（ｍａｘ）において発光点Ｐがジャストフォーカスされるときである。
【０１１２】
図１１から得られるもうひとつの知見は、各発光点距離ｇを固定した曲線は、ジャストフォーカスを与えるセンサ距離ｈを境に、左側（センサ距離ｈが上記より小さくなる方向）のスポットサイズＷの変化は緩やかであるのに対して、右側（センサ距離ｈが上記より大きくなる方向）のスポットサイズＷの変化は急激である点である。一方、センサ距離ｈを固定し、ジャストフォーカスを与える発光点距離ｇを境に、発光点距離ｇを上記より小さくする方向のスポットサイズＷの変化は緩やかであるのに対して、発光点距離ｇが上記より大きくする方向のスポットサイズＷの変化は急激である。従って、多色検出装置を設計する際には、各要素の設置誤差を考慮して、センサ距離ｈ及び発光点距離ｇは、それぞれ最適条件の値よりも小さい側に合わせることが好ましい場合がある。
【０１１３】
上述の通り、比較例２の９分割のダイクロイックミラーアレイの最適条件は、光路長ｈは２．５ｍｍ≦ｈ≦２２．５ｍｍであるので、ｈ＝２２．５ｍｍにおいて発光点Ｐがジャストフォーカスされるとき、すなわちｇ＝１．４９ｍｍにおいてスポットサイズＷの最大値が最小となるときである。実際、図１１に示されているように、ｇ＝１．４９ｍｍのとき、ｈ＝２２．５ｍｍにおいて、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．７９ｍｍとなっている。また、２．５ｍｍ≦ｈ≦２２．５ｍｍにおいて、ｈ＝２．５ｍｍのとき、スポットサイズＷは最小値Ｗ＝０．５１ｍｍとなる。これに対して、例えば、ｇ＝１．５０ｍｍとすると、ｈ＝２．５ｍｍではスポットサイズＷがｇ＝１．４９ｍｍのときよりも小さくなるが、ｈ＝２２．５ｍｍではスポットサイズＷがｇ＝１．４９ｍｍのときよりも大きく、Ｗ＝０．８４ｍｍとなっている。あるいは、ｇ＝１．４８ｍｍとすると、２．５ｍｍ≦ｈ≦２２．５ｍｍの全領域でスポットサイズＷがｇ＝１．４９ｍｍのときよりも大きくなっている。以上から、ｇ＝１．４９ｍｍのとき、すなわちｈ＝２２．５ｍｍで発光点がジャストフォーカスされるときに最適条件となり、２．５ｍｍ≦ｈ≦２２．５ｍｍにおいて、スポットサイズＷは０．５１ｍｍ≦Ｗ≦０．７９ｍｍとなる。
【０１１４】
同様に、実施例５に係る９分割のダイクロイックミラーアレイの最適条件は、光路長ｈは５．０ｍｍ≦ｈ≦１５．０ｍｍであるので、ｈ＝１５．０ｍｍにおいて発光点Ｐがジャストフォーカスされるとき、すなわちｇ＝１．５４ｍｍにおいてスポットサイズＷの最大値が最小となるときである。実際、図１１に示されているように、ｇ＝１．５４ｍｍのとき、ｈ＝１５．０ｍｍで、スポットサイズは最小値Ｗ＝０．５２ｍｍとなっている。また、５．０ｍｍ≦ｈ≦１５．０ｍｍにおいて、ｈ＝７．５ｍｍのとき、スポットサイズＷは最小値Ｗ＝０．４７ｍｍとなる。これに対して、例えば、ｇ＝１．５５ｍｍとすると、５．０ｍｍ≦ｈ≦１２．５ｍｍではスポットサイズＷがｇ＝１．５４ｍｍのときよりも小さくなるが、ｈ＝１５．０ｍｍではスポットサイズＷがｇ＝１．５４ｍｍのときよりも大きく、Ｗ＝０．５５ｍｍとなっている。あるいは、ｇ＝１．５３ｍｍとすると、５．０ｍｍ≦ｈ≦１５．０ｍｍの全領域でスポットサイズＷがｇ＝１．５４ｍｍのときよりも大きくなっている。以上から、ｇ＝１．５４ｍｍのとき、すなわちｈ＝１５．０ｍｍで発光点Ｐがジャストフォーカスされるときに最適条件となり、５．０ｍｍ≦ｈ≦１５．０ｍｍにおいて、スポットサイズＷは０．４７ｍｍ≦Ｗ≦０．５２ｍｍとなる。
【０１１５】
図１２は、光路長ｈをパラメータとして、光路長ｈの位置にセンサを配置した際に得られるスポットの中心を通る直線上の信号強度分布を示す図である。横軸はスポットの中心をゼロとする、上記直線上の空間座標を表し、縦軸は相対信号強度を示す。
【０１１６】
各信号強度分布の中心軸（横軸ゼロを通り、縦軸と平行な直線）についての回転対称体の体積は、各スポットの総合強度に相当し、互いに等しくなっている。各信号強度分布の中心軸の信号強度の１％以上の信号強度を有する領域の幅をスポットサイズＷとして図１１に示している。
【０１１７】
図１２（ａ）は、比較例２の９分割のダイクロイックミラーアレイの最適条件、すなわちｇ＝１．４９ｍｍのときの、光路長ｈがｈ＝２．５、５．０、７．５、１０．０、１２．５、１５．０、１７．５、２０．０及び２２．５ｍｍにおけるスポットの信号強度分布を示している。発光点Ｐはｈ＝２２．５ｍｍにおいてジャストフォーカスされているため、ｈ＝２２．５ｍｍの信号強度分布が最も矩形形状に近くなっている。
【０１１８】
これに対して、図１２（ｂ）は、実施例５に係る９分割のダイクロイックミラーアレイの最適条件、すなわちｇ＝１．５４ｍｍのときの、光路長ｈがｈ＝５．０、７．５、１０．０、１２．５及び１５．０ｍｍにおけるスポットの相対信号強度分布を示している。発光点Ｐはｈ＝１５．０ｍｍにおいてジャストフォーカスされているため、ｈ＝１５．０ｍｍの信号強度分布が最も矩形形状に近くなっている。
【０１１９】
図１２のように、ダイクロイックミラーアレイの最大光路長が長いほど、また光路長差が大きいほど、ダイクロイックミラーアレイを用いて得られるスポットの信号強度分布の変動が激しいため、各光路長におけるスポットの同時計測が困難になることが、図１１よりも一層顕著に示されている。
【０１２０】
例えば、図１２（ａ）では、ｈ＝１０．０ｍｍのとき中心軸の信号強度が１２．４となるのに対して、ｈ＝２２．５ｍｍのとき中心軸の信号強度が２．０となる。従って、信号強度比が１２．４／２．０＝６．２もある複数の異なるスポットを同時計測する必要がある。信号強度比が大きいと、大きな信号強度がセンサの飽和レベルを超える一方で、小さな信号強度がセンサの飽和レベルに達しない状態が生じ、信号計測の実効的なダイナミックレンジが低減するという問題が生じる。
【０１２１】
これに対して、図１２（ｂ）では、ｈ＝１０．０ｍｍのとき中心軸の信号強度が１６．６となるのに対して、ｈ＝１５．０ｍｍのとき中心軸の信号強度が４．９となる。従って、信号強度比が１６．６／４．９＝３．４となり、図１２（ａ）の場合と比較して半分程度に抑えられ、上記のような問題を回避することが可能である。
【０１２２】
図１３は、図１２（ａ）におけるｇ＝１．４９ｍｍ、ｈ＝２２．５ｍｍの信号強度分布と、図１２（ｂ）におけるｇ＝１．５４ｍｍ、ｈ＝１５．０ｍｍの信号強度分布とを、それぞれ最大強度について規格化し、比較したものである。図１３（ａ）は縦軸のスケールが０．００〜１．００であるのに対して、図１３（ｂ）は縦軸のスケールが０．００〜０．１０であり、図１３（ａ）の縦軸を拡大表示したものである。
【０１２３】
上述の通り、及び図１３に示す通り、スポットサイズＷは、最大強度の１％以上、つまり規格化信号強度が０．０１以上となる領域の幅であり、ｇ＝１．４９ｍｍ、ｈ＝２２．５ｍｍのときＷ＝０．７９ｍｍ、ｇ＝１．５４ｍｍ、ｈ＝１５．０ｍｍのときＷ＝０．５２ｍｍである。スポットサイズＷが大きくなると、ダイクロイックミラーアレイで生成される異なるスポットがセンサ上で混じり合うため、異なる発光点の間のクロストークを生じたり、多色検出における分光精度が低下したりするという問題が生じる。例えば、図１３に示される信号強度分布のスポットＡの計測を、スポットＡの中心位置、つまり横軸ゼロの位置で行うことにする。そして、隣接する発光点由来のスポットＢの中心が０．５２ｍｍ／２＝０．２６ｍｍに位置し、このスポットＢの計測をスポットＢの中心位置で行うと仮定する。このとき、ｇ＝１．５４ｍｍ、ｈ＝１５．０ｍｍの場合、スポットＢの計測信号に、スポットＡの最大強度の１％の強度の信号が混在する。スポットＡの最大強度とスポットＢの最大強度が等しいとすると、これは１％のクロストークに相当する。これに対して、ｇ＝１．４９ｍｍ、ｈ＝２２．５ｍｍの場合、スポットＢの計測信号に、スポットＡの最大強度の１００％の強度の信号、つまりスポットＡの最大強度と等しい強度の信号が混在する。これは１００％のクロストークに相当する。以上より、スポットサイズＷが大きくなると、異なる発光点の間のクロストークが急激に増大する場合があることが分かる。従って、本実施形態のダイクロイックミラーアレイによって最大光路長を小さくし、それによってスポットサイズＷを小さくすることは、クロストークを低減すること、あるいは多色検出における分光精度を向上する上で大きな効果がある。
【０１２４】
次に、実施例５に係るダイクロイックミラーアレイの構成要素の具体的な設計を示す。ここで、実施例４と同様のキャピラリアレイＤＮＡシーケンサを用いて、４本のキャピラリを５０５ｎｍのレーザビームで一括照射し、各キャピラリの内部から発光される蛍光を実施例５に係るダイクロイックミラーアレイを用いて９色検出する場合を想定する。
【０１２５】
基本設計として、実施例５に係るダイクロイックミラーアレイからの分割光Ｃ１〜Ｃ９がそれぞれ次の波長帯の光成分を主として有すること、つまり入射光Ｃ０に対してそれぞれ次の波長帯の光を透過することを目標とする。
Ｃ１：波長帯５２０〜５４０ｎｍ
Ｃ２：波長帯５４０〜５６０ｎｍ
Ｃ３：波長帯５６０〜５８０ｎｍ
Ｃ４：波長帯５８０〜６００ｎｍ
Ｃ５：波長帯６００〜６２０ｎｍ
Ｃ６：波長帯６２０〜６４０ｎｍ
Ｃ７：波長帯６４０〜６６０ｎｍ
Ｃ８：波長帯６６０〜６８０ｎｍ
Ｃ９：波長帯６８０〜７００ｎｍ
【０１２６】
すなわち、波長帯５２０〜７００ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの９個の波長帯の光に等分割する。このような９分割が得られることは、分解能２０ｎｍの波長分散スペクトルを得ることと等価である。以下、どのようにして上記の基本設計を実現するかを説明する。
【０１２７】
まず、バンドパスフィルタＢＰは、波長帯５２０〜７００ｎｍの光を透過し、他の波長の光を透過しないようにする。特に、レーザビームの波長５０５ｎｍの光の透過率を極力小さくする。次に、ダイクロイックミラーＭ１は、波長帯５２０〜６００ｎｍの光を反射し、波長帯６００〜７００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ２〜Ｍ５は、波長帯５２０〜６００ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの４個の波長帯の光に等分割するようにする。すなわち、ダイクロイックミラーＭ２は、波長帯５２０〜５４０ｎｍの光を反射し、波長帯５４０〜６００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ３は、波長帯５４０〜５６０ｎｍの光を反射し、波長帯５６０〜６００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ４は、波長帯５６０〜５８０ｎｍの光を反射し、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ５は、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を反射するようにする。
【０１２８】
一方、ダイクロイックミラーＭ６〜Ｍ１０は、波長帯６００〜７００ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの５個の波長帯の光に等分割する。つまり、ダイクロイックミラーＭ６は、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を透過し、波長帯６２０〜７００ｎｍの光を反射するようにする。ダイクロイックミラーＭ７は、波長帯６２０〜６４０ｎｍの光を反射し、波長帯６４０〜７００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ８は、波長帯６４０〜６６０ｎｍの光を反射し、波長帯６６０〜７００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ９は、波長帯６６０〜６８０ｎｍの光を反射し、波長帯６８０〜７００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１０は、波長帯６８０〜７００ｎｍの光を反射するようにする。
【０１２９】
図１４〜２３は、以上の基本設計に基づいてバンドパスフィルタＢＰ、及びダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９を設計し、それぞれの透過スペクトルを測定した結果を示す。ダイクロイックミラーＭ１０は、ダイクロイックミラーＭ５と同様の分光特性を有するため、透過スペクトルの図示を省略する。
【０１３０】
ダイクロイックミラーＭ５を除く各ダイクロイックミラーの透過スペクトルにおいて、主となる透過帯の左肩（波長に対して透過率が上昇する領域）に位置するカットオン波長λＣ、又は、主となる透過帯の右肩（波長に対して透過率が下降する領域）に位置するカットオフ波長λＣを表記する。カットオン波長λＣ又はカットオフ波長λＣが複数存在する場合は、いずれかひとつを選択する。ここでは、透過率が５０％となり、波長に対して透過率がより急峻に変化しているカットオン波長λＣ又はカットオフ波長λＣを選択する。
【０１３１】
図１４は、バンドパスフィルタＢＰの入射角０°の透過スペクトルである。バンドパスフィルタＢＰは、波長帯５２０〜７００ｎｍの光を透過している。バンドパスフィルタＢＰのカットオン波長はλＣ（ＢＰ）＝５２０ｎｍであり、これによってレーザビーム波長５０５ｎｍの光を強く遮断することができている。
【０１３２】
図１５は、ダイクロイックミラーＭ１の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ１は、波長帯５２０〜６００ｎｍの光を反射し、波長帯６００〜７００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ１のカットオン波長はλＣ（Ｍ１）＝６０１ｎｍである。
【０１３３】
図１６は、ダイクロイックミラーＭ２の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ２は、波長帯５２０〜５４０ｎｍの光を反射し、波長帯５４０〜６００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ２のカットオン波長はλＣ（Ｍ２）＝５４０ｎｍである。波長５２０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１３４】
図１７は、ダイクロイックミラーＭ３の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ３は、波長帯５４０〜５６０ｎｍの光を反射し、波長帯５６０〜６００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ３のカットオン波長はλＣ（Ｍ３）＝５６０ｎｍである。波長５４０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１３５】
図１８は、ダイクロイックミラーＭ４の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ４は、波長帯５６０〜５８０ｎｍの光を反射し、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ４のカットオン波長はλＣ（Ｍ４）＝５８０ｎｍである。波長５６０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１３６】
図１９は、ダイクロイックミラーＭ５の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ５は、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を反射し、同時に、波長帯６８０〜７００ｎｍの光を反射している。
【０１３７】
図２０は、ダイクロイックミラーＭ６の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ６は、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を透過し、波長帯６２０〜７００ｎｍの光を反射している。ダイクロイックミラーＭ６のカットオフ波長はλＣ（Ｍ６）＝６２０ｎｍである。波長７００ｎｍ以上に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１３８】
図２１は、ダイクロイックミラーＭ７の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ７は、波長帯６２０〜６４０ｎｍの光を反射し、波長帯６４０〜７００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ７のカットオン波長はλＣ（Ｍ７）＝６４１ｎｍである。波長６２０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１３９】
図２２は、ダイクロイックミラーＭ８の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ８は、波長帯６４０〜６６０ｎｍの光を反射し、波長帯６６０〜７００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ８のカットオン波長はλＣ（Ｍ８）＝６６１ｎｍである。波長６４０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１４０】
図２３は、ダイクロイックミラーＭ９の入射角４５°の透過スペクトルである。ダイクロイックミラーＭ９は、波長帯６６０〜６８０ｎｍの光を反射し、波長帯６８０〜７００ｎｍの光を透過している。ダイクロイックミラーＭ９のカットオン波長はλＣ（Ｍ９）＝６８１ｎｍである。波長６６０ｎｍ以下に、上記の主たる透過帯とは別の透過帯が存在するが、上記性能が満たされている限り問題はない。
【０１４１】
以上の結果は、上記基本設計に忠実に従うダイクロイックミラーアレイを実際に製造可能であることを示している。
【０１４２】
実施例５に係るダイクロイックミラーアレイの構成から、入射光Ｃ０に対する分割光Ｃ１〜Ｃ９の透過スペクトルは、上記のバンドパスフィルタＢＰ及びダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の透過スペクトルを用いて以下のように計算される。ここで、任意のバンドパスフィルタ、ダイクロイックミラー、及び分割光Ｘの透過スペクトルを［Ｘ］で表し、Ｘの反射スペクトルを（１−［Ｘ］）で表す。
[C1]＝[BP]×(1-[M1])×(1-[M2])  …(9)
[C2]＝[BP]×(1-[M1])×[M2]×(1-[M3])  …(10)
[C3]＝[BP]×(1-[M1])×[M2]×[M3]×(1-[M4])  …(11)
[C4]＝[BP]×(1-[M1])×[M2]×[M3]×[M4]×(1-[M5])  …(12)
[C5]＝[BP]×[M1]×[M6]  …(13)
[C6]＝[BP]×[M1]×(1-[M6])×(1-[M7])  …(14)
[C7]＝[BP]×[M1]×(1-[M6])×[M7]×(1-[M8])  …(15)
[C8]＝[BP]×[M1]×(1-[M6])×[M7]×[M8]×(1-[M9])  …(16)
[C9]＝[BP]×[M1]×(1-[M6])×[M7]×[M8]×[M9]×(1-[M5])  …(17)
【０１４３】
図２４は、図１４〜２３の結果と上記の式を用いて計算した分割光Ｃ１〜Ｃ９の透過スペクトルを示す。この結果は、上記基本設計に忠実に従うダイクロイックミラーアレイを実際に製造可能であることを示している。驚くべきことに、分割光Ｃ１〜Ｃ９の透過波長帯の最大透過率がいずれも９０％を超えている。これは、入射光Ｃ０の各波長の光量を１００％とした場合の比率を示している。例えば、入射光Ｃ０に含まれる６１０ｎｍの光の光量を１００％とするとき、分割光Ｃ５に含まれる６１０ｎｍの光の光量は９６％に及ぶ。このような高効率な分光性能は、例えば回折格子を用いた従来法でも得られない。
【０１４４】
実施例５に係るダイクロイックミラーアレイにおいては、下記式（１８）が満たされることが好ましく、これによりダイクロイックミラーアレイの構成が簡単になる。
λC(M2)<λC(M3)<λC(M4)<λC(M1)<λC(M6)<λC(M7)<λC(M8)<λC(M9)  …(18)
【０１４５】
図１に従って一般化すると、下記式（１９）〜（２６）のいずれかを満たすことが好ましい。
λC(DA2)<…<λC(DA(m-1))<λC(DA1)<λC(DB1)<…<λC(DB(n-1))  …(19)
λC(DA(m-1))<…<λC(DA2)<λC(DA1)<λC(DB1)<…<λC(DB(n-1))  …(20)
λC(DA2)<…<λC(DA(m-1))<λC(DA1)<λC(DB(n-1))<…<λC(DB1)  …(21)
λC(DA(m-1))<…<λC(DA2)<λC(DA1)<λC(DB(n-1))<…<λC(DB1)  …(22)
λC(DB1)<…<λC(DB(n-1))<λC(DA1)<λC(DA2)<…<λC(DA(m-1))  …(23)
λC(DB(n-1))<…<λC(DB1)<λC(DA1)<λC(DA2)<…<λC(DA(m-1))  …(24)
λC(DB1)<…<λC(DB(n-1))<λC(DA1)<λC(DA(m-1))<…<λC(DA2)  …(25)
λC(DB(n-1))<…<λC(DB1)<λC(DA1)<λC(DA(m-1))<…<λC(DA2)  …(26)
【０１４６】
このように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、ＤＡ１〜ＤＡ（ｍ−１）及びＤＢ１〜ＤＢ（ｎ−１）を合わせてサブグループとすると、該サブグループの各ダイクロイックミラーは、所定の入射角における透過スペクトルが互いに異なっていることが好ましい。
【０１４７】
［実施例６］
一般に、励起光であるレーザビームの強度は、得られる蛍光の強度と比較して何桁も大きいため、高感度に蛍光計測を行うためには、レーザビームの波長の光を遮断し、それよりも長い波長の蛍光を透過させるロングパスフィルタ又はバンドパスフィルタ等を用いる。しかしながら、例えば２種類のレーザビームを用いる場合、２種類のレーザビームを遮断するが、それぞれで励起される複数種類の蛍光を透過させるロングパスフィルタ又はバンドパスフィルタ等を作製することは困難である。
【０１４８】
そこで、特定の波長の光のみを遮断するノッチフィルタを用いる方法を採用することが考えられる。短波長側のレーザビームの波長の光をロングパスフィルタ又はバンドパスフィルタで遮断し、長波長側のレーザビームの波長の光をノッチフィルタで遮断するのである。この方法は、従来のダイクロイックミラーアレイ、あるいは、その他の従来の分光分析法、例えば、回折格子を用いて波長分散させる方法などに用いることができる。しかしながら、ノッチフィルタは非常に高価であるため、その利用は現実的でない。
【０１４９】
そこで、本実施例においては、２種類のレーザビームを励起光源として用い、それぞれの波長の光を遮断しながら、それぞれで励起される蛍光体の発光蛍光をダイクロイックミラーアレイによって１０色検出する構成例を説明する。レーザビームの波長は５０５ｎｍ及び６３５ｎｍとする。
【０１５０】
図２５は、実施例６に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。本実施例のダイクロイックミラーアレイは、実施例４と同様のキャピラリアレイＤＮＡシーケンサに搭載されるが、２種類の波長のレーザビームを励起光源とする点で、実施例４と異なる。
【０１５１】
図２５に示すように、本実施例に係るダイクロイックミラーアレイは、１１個のダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１１、バンドパスフィルタＢＰ（第１のフィルタ）及びロングパスフィルタＬＰ（第２のフィルタ）を備え、入射光Ｃ０を１０分割して１０個の分割光Ｃ１〜Ｃ１０を得る。図示は省略しているが、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ６をＡグループとし、ダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ１１をＢグループとする。
【０１５２】
バンドパスフィルタＢＰは、ダイクロイックミラーＭ１のＺ軸負方向側において、ＸＹ平面に平行に配置される。
ロングパスフィルタＬＰは、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ２の間において、ＹＺ平面と平行に配置される。
【０１５３】
本実施例のダイクロイックミラーアレイの基本設計として、分割光Ｃ１〜Ｃ１０がそれぞれ次の波長帯の光成分を主として有すること、すなわち入射光Ｃ０に対してそれぞれ以下の波長帯の光を透過することを目標とする。分割光Ｃ１〜Ｃ５で計測される蛍光は、主として５０５ｎｍのレーザビームで励起された蛍光体の発光であり、分割光Ｃ６〜Ｃ１０で計測される蛍光は、主として６３５ｎｍのレーザビームで励起された蛍光体の発光である。
Ｃ１：波長帯５２０〜５４０ｎｍ
Ｃ２：波長帯５４０〜５６０ｎｍ
Ｃ３：波長帯５６０〜５８０ｎｍ
Ｃ４：波長帯５８０〜６００ｎｍ
Ｃ５：波長帯６００〜６２０ｎｍ
Ｃ６：波長帯６５０〜６７０ｎｍ
Ｃ７：波長帯６７０〜６９０ｎｍ
Ｃ８：波長帯６９０〜７１０ｎｍ
Ｃ９：波長帯７１０〜７３０ｎｍ
Ｃ１０：波長帯７３０〜７５０ｎｍ
【０１５４】
以下、どのようにして上記の基本設計を実現するかを説明する。
まず、バンドパスフィルタＢＰは、波長帯５２０〜７５０ｎｍの光を透過し、他の波長の光を透過しないようにする。特に、レーザビームの波長５０５ｎｍの光の透過率を極力小さくして、事実上遮断する。次に、ダイクロイックミラーＭ１は、波長帯５２０〜６２０ｎｍの光を透過し、波長帯６２０〜７５０ｎｍの光を反射するようにする。ダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ１１は、波長帯５２０〜６２０ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの５個の波長帯の光に等分割するようにする。すなわち、ダイクロイックミラーＭ７は、波長帯５２０〜５４０ｎｍの光を反射し、波長帯５４０〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ８は、波長帯５４０〜５６０ｎｍの光を反射し、波長帯５６０〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ９は、波長帯５６０〜５８０ｎｍの光を反射し、波長帯５８０〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１０は、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を反射し、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１１は、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を反射するようにする。
【０１５５】
一方、ダイクロイックミラーＭ２〜Ｍ６は、波長帯６５０〜７５０ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの５個の波長帯の光に等分割する。まず、ロングパスフィルタＬＰは、波長帯６５０〜７５０ｎｍの光を透過し、他の波長の光を透過しないようにする。特に、レーザビームの波長６３５ｎｍの光の透過率を極力小さくして、事実上遮断する。ダイクロイックミラーＭ２は、波長帯６５０〜６７０ｎｍの光を反射し、波長帯６７０〜７５０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ３は、波長帯６７０〜６９０ｎｍの光を反射し、波長帯６９０〜７５０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ４は、波長帯６９０〜７１０ｎｍの光を反射し、波長帯７１０〜７５０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ５は、波長帯７１０〜７３０ｎｍの光を反射し、波長帯７３０〜７５０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ６は、波長帯７３０〜７５０ｎｍの光を反射するようにする。
【０１５６】
以上のように、複数波長のレーザビームを用いることによって、より多くの種類の蛍光体を励起することでアプリケーションを拡張したり、各種蛍光体の励起効率を上げて高感度に蛍光検出したりすることができる。
【０１５７】
［実施例７］
次に、光をレンズで集光して反応セルに照射し、その透過光を分光分析する装置に、本開示のダイクロイックミラーアレイを応用する例を説明する。そのような装置の例として、生化学自動分析装置がある。生化学自動分析装置は、例えば血液や尿などの体液成分を検体とし、糖やコレステロール、タンパク、酵素などの各種成分の測定を行う。反応セル中で、検体に含まれる各種成分と試薬が反応することによって、光の吸収スペクトル及び吸光度が変化するため、それらを計測することによって各種成分を定量することができる。
【０１５８】
従来の生化学分析装置は、反応セルを透過したハロゲンランプ光を回折格子で波長分散させた後、１２種類の波長、すなわち波長３４０ｎｍ、４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ及び８００ｎｍの光の強度をそれぞれフォトダイオードで検出する方式が採用される。
【０１５９】
図２６は、実施例７に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。本実施例のダイクロイックミラーアレイは、例えば上記のような生化学自動分析装置に適用することができる。
【０１６０】
図２６に示すように、本実施例のダイクロイックミラーアレイは、１３個のダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１３と、１２個のバンドパスフィルタＢＰ１〜ＢＰ１２（第３のフィルタ）とを備え、入射光Ｃ０を１２分割して１２個の分割光Ｃ１〜Ｃ１２を得る。ダイクロイックミラーアレイからの分割光は、それぞれバンドパスフィルタＢＰ１〜ＢＰ１２を通過して分割光Ｃ１〜Ｃ１２として、センサのセンサ面Ｓに入射する。図示は省略しているが、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ７をＡグループとし、ダイクロイックミラーＭ８〜Ｍ１３をＢグループとする。
【０１６１】
本実施例のダイクロイックミラーアレイの基本設計として、入射光Ｃ０に対して、分割光Ｃ１〜Ｃ１２がそれぞれ波長３４０ｎｍ、４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ及び８００ｎｍを中心波長とする光成分を有することを目標とする。
【０１６２】
以下、どのようにして上記の基本設計を実現するかを説明する。
まず、ダイクロイックミラーＭ１は、波長帯３００〜５６０ｎｍの光を反射し、波長帯５６０〜９００ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ２は、波長帯３００〜３８０ｎｍの光を反射し、波長帯３８０〜５６０ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ１は３３５〜３４５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ３は、波長帯３８０〜４３０ｎｍの光を反射し、波長帯４３０〜５６０ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ２は４００〜４１０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ４は、波長帯４３０〜４７０ｎｍの光を反射し、波長帯４７０〜５６０ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ３は４４５〜４５５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ５は、波長帯４７０〜４９０ｎｍの光を反射し、波長帯４９０〜５６０ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ４は４７５〜４８５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ６は、波長帯４９０〜５３０ｎｍの光を反射し、波長帯５３０〜５６０ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ５は５００〜５１０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ７は、波長帯５３０〜５６０ｎｍの光を反射するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ６は５４１〜５５１ｎｍの光を透過するようにする。
【０１６３】
一方、ダイクロイックミラーＭ８は、波長帯５６０〜５９０ｎｍの光を透過し、波長帯５９０〜９００ｎｍの光を反射するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ７は５６５〜５７５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ９は、波長帯５９０〜６３０ｎｍの光を反射し、波長帯６３０〜９００ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ８は５９５〜６０５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１０は、波長帯６３０〜６８０ｎｍの光を反射し、波長帯６８０〜９００ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ９は６５５〜６６５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１１は、波長帯６８０〜７３０ｎｍの光を反射し、波長帯７３０〜９００ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ１０は６９５〜７０５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１２は、波長帯７３０〜７８０ｎｍの光を反射し、波長帯７８０〜９００ｎｍの光を透過するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ１１は７４５〜７５５ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１３は、波長帯７８０〜９００ｎｍの光を反射するようにする。また、バンドパスフィルタＢＰ１２は７９５〜８０５ｎｍの光を透過するようにする。
【０１６４】
以上のように、従来の分光分析法を本開示の方法で置き換えることによって、生化学自動分析装置を小型化できる上、光の利用効率を向上させて感度を向上することが可能である。
【０１６５】
２．第２の実施形態
次に、図２７を参照して、第２の実施形態に係るダイクロイックミラーアレイについて説明する。本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、ダイクロイックミラーのグループを３つ以上有する点で、第１の実施形態と異なる。
【０１６６】
図２７は、第２の実施形態に係る１３分割ダイクロイックミラーアレイを備える多色検出装置の構成を示す模式図である。図２７（ａ）は、ＸＺ平面による多色検出装置の断面図である。図２７（ｂ）は、図２７（ａ）のＡ矢視図である。
【０１６７】
図２７に示す例においては、ダイクロイックミラーアレイは、ＡグループのダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４、ＢグループのダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８、Ｃグループ（第３のグループ）のダイクロイックミラーＭ９〜Ｍ１２、及びＤグループのダイクロイックミラーＭ１３〜Ｍ１６を備え、入射光Ｃ０を１３分割して１３個の分割光Ｃ１〜Ｃ１３を得る。
【０１６８】
Ａグループ〜Ｄグループは、Ｚ軸正方向に沿ってこの順に配置され、ダイクロイックミラーＭ１、Ｍ５、Ｍ９及びＭ１３は、いずれもＺ軸上に配置される。ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４は、Ｘ軸正方向に沿って配列する。ダイクロイックミラーＭ５〜Ｍ８は、Ｘ軸負方向に沿って配列する。ダイクロイックミラーＭ９〜Ｍ１２は、Ｙ軸正方向に沿って配列する。ダイクロイックミラーＭ１３〜Ｍ１６は、Ｙ軸負方向に沿って配列する。
【０１６９】
このように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、４つのグループのダイクロイックミラーを有し、４層構造を有する。以上のような構成を有することにより、入射光Ｃ０を１３分割して１３個の分割光Ｃ１〜Ｃ１３を得ることができる。
【０１７０】
図２７に示すように、多色検出装置は、集光レンズＬ、エリアセンサ及び発光点Ｐを備える。分割光Ｃ１〜Ｃ１３は、Ｚ軸正方向に進行し、エリアセンサのセンサ面Ｓに垂直に入射し、同時に検出される。
【０１７１】
分割光Ｃ１〜Ｃ１３はそれぞれ、入射光Ｃ０の異なる波長帯の成分、すなわち異なる色の成分であるため、それらを同時且つ独立に計測することによって、入射光Ｃ０の１３色検出が可能である。図２７に示す多色検出装置の場合、上記と同様にユニットを用いて最大光路長及び光路長差を評価すると、最大光路長は７であり、光路長差は３である。従って、図２７に示すダイクロイックミラーアレイの構造を採用することによって、第１の実施形態及び図３と比較して、最大光路長及び光路長差が一層縮小されることが分かる。
【０１７２】
なお、ダイクロイックミラーのグループ数は４つに限定されず、任意の数とすることができる。この場合、各グループの端部に位置するダイクロイックミラーをＺ軸上の異なる位置に配置し、それぞれのグループに属するダイクロイックミラーをＸＹ平面上の異なる位置に配置する。
【０１７３】
本実施形態において、ダイクロイックミラーのグループ数を一般化すると、分割光の数は、｛ダイクロイックミラーの総数−（グループ数−１）｝となる。これに対し、従来のダイクロイックミラーアレイにおいては、分割光の数はダイクロイックミラーの総数と等しくなる。
【０１７４】
３．第３の実施形態
第１及び第２の実施形態においては、各ダイクロイックミラーの厚さが、各ダイクロイックミラーの幅、配列間隔などと比べて無視できるほど小さいと仮定し、各ダイクロイックミラーをフラット配置している。しかし、実際には、ダイクロイックミラーアレイの小型化に伴って、厚さの影響が無視できなくなる場合がある。そこで、本実施形態においては、特許文献３に倣い、各ダイクロイックミラーを段差配置する構成を採用する。
【０１７５】
［比較例３］
第３の実施形態の比較例を説明する。図２８は、比較例３に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す模式図である。
【０１７６】
比較例３に係るダイクロイックミラーアレイは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９及びバンドパスフィルタＢＰを備える。
【０１７７】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９は、９種類のダイクロイックミラーがＸ軸方向に配列しているが、Ｚ軸方向における位置がこの順にＺ軸負方向にずれている。図２８に示されるように、各ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の入射光と透過光は、各ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の内部の屈折によって、つまり各ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の厚さに応じて、互いに平行であるが、中心軸がずれる。従って、図２８に示されるような段差配置とすることによって、より幅広の入射光Ｃ０を９分割できる、すなわち開口幅を拡大することができる。
【０１７８】
なお、比較例３においては、入射光及び分割光を現実的な幅を持つ光束で描いている。光束は、１１本の略等間隔で配列する無限小幅の光線で表現している。図２８に描かれている各光線は、反射の法則及び屈折の法則に従って光線追跡された計算結果である。
【０１７９】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９のＸ軸方向の配列間隔の平均をｘとし、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ２のＺ軸方向のずれをｙとし、ダイクロイックミラーＭｋ（２≦ｋ≦８）とダイクロイックミラーＭ（ｋ＋１）のＺ軸方向のずれの平均をｚとする。
【０１８０】
また、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の幅をα、厚さをβとする。ここで、幅αは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の、ＸＺ平面に平行、且つ法線ベクトルに垂直な幅と定義する。厚さβは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の法線ベクトルに平行な幅と定義する。
【０１８１】
ダイクロイックミラーＭ１の入射面における光束の入射角はθ０であり、上記入射面における屈折角をθ１とする。また、ダイクロイックミラーＭ２〜Ｍ９の入射面における光束の入射角は（９０°−θ０）であり、それぞれの入射面における光束の屈折角をθ２とする。
【０１８２】
バンドパスフィルタＢＰは、ダイクロイックミラーＭ１のＺ軸負方向側において、ＸＹ平面に平行に配置される。
【０１８３】
エリアセンサは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９のＺ軸正方向側において、ＸＹ平面と平行に配置される。分割光Ｃ１〜Ｃ９は、エリアセンサのセンサ面Ｓに垂直に入射する。
【０１８４】
比較例３においては、入射光Ｃ０は、Ｚ軸正方向に向かってバンドパスフィルタＢＰに入射角０°で入射し、Ｚ軸正方向に進行する透過光となる。バンドパスフィルタＢＰの透過光は、ダイクロイックミラーＭ１に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する反射光と、Ｚ軸正方向の透過光、すなわち分割光Ｃ１に分割される。ダイクロイックミラーＭ１の反射光は、ダイクロイックミラーＭ２に入射角４５°で入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ２に分割される。以降、ダイクロイックミラーＭｋ（２≦ｋ≦８）の透過光は、ダイクロイックミラーＭ（ｋ＋１）に入射し、Ｘ軸正方向に進行する透過光と、Ｚ軸正方向に進行する反射光、すなわち分割光Ｃ（ｋ＋１）に分割される。
【０１８５】
ここで、比較例３における、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の幅α＝３．４ｍｍ、厚さβ＝１．０ｍｍ、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９への入射光と上記法線のなす角θ０＝４５°とし、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の基材を石英ガラスとし、屈折率ｎ０＝１．４６とする。
【０１８６】
このとき、特許文献３により、最大光路長が最も短く、且つ開口幅が最も広くなるベストモードの条件が導出される。図２８は、上記ベストモードの条件を満たすような配置となっており、下記式（２７）〜（２９）を満足する。また、開口幅Ｖは、下記式（３０）で与えられる。
ｘ＝ｘ０＝ｃｏｓθ０＊α＋ｓｉｎθ０＊β＝３．１ｍｍ  ・・・（２７）
ｙ＝ｙ０＝ｃｏｓθ０＊β＝０．７１ｍｍ  ・・・（２８）
ｚ＝ｚ０＝ｓｉｎ（９０−θ０−θ２）／ｃｏｓθ２＊β＝０．３２ｍｍ  ・・・（２９）
Ｖ＝Ｖ０＝ａＶ＊α＋ｂＶ＊β＝２．０ｍｍ  ・・・（３０）
ここで、ａＶ及びｂＶは、それぞれ以下の式（３１）及び（３２）を満たす。
ａＶ＝ｃｏｓθ０  ・・・（３１）
ｂＶ＝−ｃｏｓθ０＊ｔａｎθ１  ・・・（３２）
また、θ１及びθ２は以下の式（３３）及び（３４）で与えられる。
θ１＝ｓｉｎ−１（１／ｎ０＊ｓｉｎθ０）  ・・・（３３）
θ２＝ｓｉｎ−１（１／ｎ０＊ｓｉｎ（９０°−θ０））  ・・・（３４）
【０１８７】
このとき、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ９の段差は２．９ｍｍにも及んでいる。すなわち、各ダイクロイックミラーのＺ軸方向のずれがないフラット配置とする場合と比較して２．９ｍｍだけ最大光路長が長くなる。
【０１８８】
［実施例８］
第３の実施形態の実施例を説明する。図２９は、実施例８に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す模式図である。
【０１８９】
実施例８に係るダイクロイックミラーアレイは、実施例５のダイクロイックミラーアレイと同様の構成を有するが、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ５のＺ軸方向における位置がこの順にＺ軸負方向にずれており、ダイクロイックミラーＭ６〜Ｍ１０のＺ軸方向における位置がこの順にＺ軸負方向にずれている点で、実施例５と異なっている。
【０１９０】
比較例３と同様に、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ５のＸ軸方向の配列間隔、ダイクロイックミラーＭ６〜Ｍ１０のＸ軸方向の配列間隔の平均をｘとし、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ２のＺ軸方向のずれ、並びにダイクロイックミラーＭ６及びＭ７のＺ軸方向のずれの平均をｙとし、ダイクロイックミラーＭｊ（２≦ｊ≦４）及びダイクロイックミラーＭ（ｊ＋１）のＺ軸方向のずれ、並びにダイクロイックミラーＭｋ（７≦ｋ≦９）及びダイクロイックミラーＭ（ｋ＋１）のＺ軸方向のずれの平均をｚとする。
【０１９１】
また、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０の幅をα、厚さをβとする。ここで、幅αは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０の、ＸＺ平面に平行、且つ法線ベクトルに垂直な幅と定義する。厚さβは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ９の法線ベクトルに平行な幅と定義する。
【０１９２】
ダイクロイックミラーＭ１及びダイクロイックミラーＭ６の入射面における光束の入射角はθ０であり、上記入射面における屈折角をθ１とする。また、ダイクロイックミラーＭ２〜Ｍ５、ダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ１０の入射面における光束の入射角は（９０°−θ０）であり、それぞれの入射面における光束の屈折角をθ２とする。
【０１９３】
実施例８においても、特許文献３に倣い、最適な段差配置をすることによって、最大光路長が最も短く、且つ開口幅が最も広くなるベストモードの条件を満たすことができる。比較例３と同様に、α＝３．４ｍｍ、β＝１．０ｍｍ、θ０＝４５°、ｎ０＝１．４６とすると、式（２７）〜（３０）により、ｘ０、ｙ０、ｚ０、及びＶ０は、それぞれ比較例３と同じ値となる。
【０１９４】
ここで、実施例８において、ダイクロイックミラーＭｊ（２≦ｊ≦４）及びＭ（ｊ＋１）のＸ軸方向の配列間隔、並びにダイクロイックミラーＭｋ（７≦ｋ≦９）及びダイクロイックミラーＭ（ｋ＋１）のＸ軸方向の配列間隔は、それぞれｘ０＝３．１ｍｍである。ダイクロイックミラーＭ１及びＭ２のＺ軸方向のずれ、並びにダイクロイックミラーＭ６及びＭ７のＺ軸方向のずれは、それぞれｙ０＝０．７１ｍｍである。また、ダイクロイックミラーＭｊ及びＭ（ｊ＋１）のＺ軸方向のずれ、並びにダイクロイックミラーＭｋ及びＭ（ｋ＋１）のＺ軸方向のずれは、それぞれｚ０＝０．３２ｍｍである。そして、ダイクロイックミラーアレイの入射光Ｃ０の開口幅は、Ｖ０＝２．０ｍｍである。
【０１９５】
このとき、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ５のＺ軸方向のずれは１．７ｍｍであり、ダイクロイックミラーＭ６及びＭ１０のＺ軸方向のずれも１．７ｍｍである。すなわち、各ダイクロイックミラーのＺ軸方向のずれがないフラット配置とする場合と比較して、１．７ｍｍだけ最大光路長が長くなる。この延長された距離は、比較例３のダイクロイックミラーアレイよりも小さい。従って、実施例８のダイクロイックミラーアレイのような段差配置とすることで、一層大きな効果が得られる。
【０１９６】
式（２７）〜（３０）は、ベストモードにおける配列間隔ｘ０、段差ｙ０、段差ｚ０、及び開口幅Ｖ０を与えるが、実際には、配列間隔ｘ、段差ｙ、段差ｚ、開口幅Ｖは、特許文献３に示されている通り、上記のベストモードにおける値から、ある程度ずれていても効果がある。具体的には、下記式（３５）〜（３７）を満たせばよい。
ｃｏｓθ０＊α≦ｘ≦ｃｏｓθ０＊α＋２＊ｓｉｎθ０＊β  ・・・（３５）
０≦ｙ≦２＊ｃｏｓθ０＊β  ・・・（３６）
０≦ｚ≦２＊ｓｉｎ（９０−θ０−θ２）／ｃｏｓθ２＊β  ・・・（３７）
【０１９７】
以上のように、実施例８のダイクロイックミラーアレイは、各ダイクロイックミラーを段差配置としているため、開口幅を拡大することができ、また、光路長を縮小することができる。
【０１９８】
４．第４の実施形態
図３０は、第４の実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの構成を示す断面図である。以上の実施形態に示すダイクロイックミラーアレイは、ダイクロイックミラーがすべて入射光Ｃ０に対して４５°の角度をなしているが、もちろんこれに限定されない。
【０１９９】
本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、ＡグループのダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４と、ＢグループのダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ９と、Ａグループ及びＢグループ間に配置されたダイクロイックミラーＭ５及びＭ６とを備え、入射光Ｃ０を６分割して６個の分割光Ｃ１〜Ｃ６を得る。
【０２００】
ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°の傾きを有し、互いに平行に、Ｘ軸正方向に沿って略等間隔に配列される。ダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ９は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°の傾きを有し、互いに平行に、Ｘ軸負方向に沿って配列する。ＡグループのダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ４及びＢグループのダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ９の入射面の法線は、それぞれＸＺ平面に平行であり、互いに直交する向きに配置される。ダイクロイックミラーＭ２（上記ＤＡ２に相当）及びダイクロイックミラーＭ８（上記ＤＢ２に相当）は、Ｘ軸方向における位置が異なっている。ただし、本実施形態においては、Ａグループ及びＢグループは、Ｚ軸方向における位置が同じである。
【０２０１】
ダイクロイックミラーＭ５は、ダイクロイックミラーＭ１のＺ軸正方向側に配置されるが、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°ではない傾きを有している。
【０２０２】
ダイクロイックミラーＭ６は、Ａグループ及びＢグループとＺ軸方向における位置が同じであり、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ７の間に配置される。ダイクロイックミラーＭ６は、ＸＹ平面及びＹＺ平面に対して４５°ではない傾きを有している。
【０２０３】
このような構成を有することにより、ダイクロイックミラーＭ１の透過光は、ダイクロイックミラーＭ５に入射し、ダイクロイックミラーＭ５の反射光は、ダイクロイックミラーＭ６に入射し、ダイクロイックミラーＭ６の反射光は、ダイクロイックミラーＭ７に入射する。
【０２０４】
図３０に示すように、本実施形態のダイクロイックミラーアレイは、６個の分割光Ｃ１〜Ｃ６のうち、Ａグループ由来の分割光Ｃ１〜Ｃ３と、Ｂグループ由来の分割光Ｃ４〜Ｃ６とを空間的に離すことができる。これにより、それぞれのグループの分割光を異なるセンサで検出することが可能になる。これは、すべての分割光がひとつのセンサに収まり切らないような場合に効果を発揮する。
【０２０５】
なお、本開示は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０２０６】
例えば、上記実施形態において、ダイクロイックミラーアレイをキャピラリアレイＤＮＡシーケンサや生化学自動分析装置に適用する例を示したが、これに限定されず、任意の光検出装置を用いることができる。
【符号の説明】
【０２０７】
ＤＡ１〜ＤＡｍ…Ａグループのダイクロイックミラー、ＤＢ１〜ＤＢｎ…Ｂグループのダイクロイックミラー、Ｍ１〜Ｍ１６…ダイクロイックミラー、Ｃ０…入射光、Ｃ１〜Ｃ１３…分割光、Ｐ…発光点、Ｌ…集光レンズ、Ｓ…センサ面、ＤＳ…多色検出装置、１…レーザ光源、２…レーザビーム、３…レーザビーム照射位置、４…バルブ、５…試料注入端、６…試料溶出端、７…陰極側緩衝液、８…陰極、９…陽極側緩衝液、１０…陽極、１１…ポンプブロック、１２…シリンジ、１３…電源、ＣＡ…キャピラリ、ＢＰ…バンドパスフィルタ、ｇ…発光点距離、ｈ…センサ距離、Ｗ…スポットサイズ、ＬＰ…ロングパスフィルタ
【図１】
2020075293.tif 000003
【図２】
2020075293.tif 000004
【図３】
2020075293.tif 000005
【図４】
2020075293.tif 000006
【図５】
2020075293.tif 000007
【図６】
2020075293.tif 000008
【図７】
2020075293.tif 000009
【図８】
2020075293.tif 000010
【図９】
2020075293.tif 000011
【図１０】
2020075293.tif 000012
【図１１】
2020075293.tif 000013
【図１２】
2020075293.tif 000014
【図１３】
2020075293.tif 000015
【図１４】
2020075293.tif 000016
【図１５】
2020075293.tif 000017
【図１６】
2020075293.tif 000018
【図１７】
2020075293.tif 000019
【図１８】
2020075293.tif 000020
【図１９】
2020075293.tif 000021
【図２０】
2020075293.tif 000022
【図２１】
2020075293.tif 000023
【図２２】
2020075293.tif 000024
【図２３】
2020075293.tif 000025
【図２４】
2020075293.tif 000026
【図２５】
2020075293.tif 000027
【図２６】
2020075293.tif 000028
【図２７】
2020075293.tif 000029
【図２８】
2020075293.tif 000030
【図２９】
2020075293.tif 000031
【図３０】
2020075293.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月23日(2019.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右手系ＸＹＺ直交座標系において、
ｍ個（ｍ≧２）のダイクロイックミラーＤＡ１〜ＤＡｍが、Ｘ軸の正方向に沿って互いに平行に順番に配列する第１のグループと、
ｎ個（ｎ≧２）のダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎが、Ｘ軸の負方向に沿って互いに平行に順番に配列する第２のグループと、を備え、
ｍ＋ｎ≧６であり、
前記ＤＡ２〜ＤＡｍのＸ座標が正であり、
前記ＤＢ２〜ＤＢｎのＸ座標が負であり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの入射面及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの入射面がＸＺ平面に垂直であり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが負であり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが正であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１及び前記ＤＢ１は、Ｚ軸の正方向に沿って配置され、
前記ＤＡ１のＺ座標が、前記ＤＢ１のＺ座標よりも小であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項３】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝−Ｘと平行であり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝Ｘと平行であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線とＺ軸とのなす角をθ０とすると、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍは、入射角θ０における透過スペクトルが互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎは、入射角θ０における透過スペクトルが互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項５】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線とＺ軸とのなす角をθ０とし、
前記ＤＡ１〜ＤＡ（ｍ−１）及び前記ＤＢ１〜ＤＢ（ｎ−１）をサブグループとすると、前記サブグループの前記ダイクロイックミラーは、入射角θ０における透過スペクトルがそれぞれ互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項６】
請求項５に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡ（ｍ−１）及び前記ＤＢ１〜ＤＢ（ｎ−１）の入射角θ０における透過スペクトルのカットオン波長又はカットオフ波長をそれぞれλ（ＤＡ１）〜λ（ＤＡ（ｍ−１））及びλ（ＤＢ１）〜λ（ＤＢ（ｎ−１））とし、
λ（ＤＡ２）〜λ（ＤＡ（ｍ−１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＡ）とし、
λ（ＤＢ１）〜λ（ＤＢ（ｎ−１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＢ）とすると、
λ（ＤＡ）＜λ（ＤＡ１）＜λ（ＤＢ）、又は、λ（ＤＡ）＞λ（ＤＡ１）＞λ（ＤＢ）
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項７】
請求項６に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記カットオン波長又はカットオフ波長が、透過率が略５０％であり、波長に対する透過率の変化が最も急峻な波長であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項８】
請求項７に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＡ２）＜λ（ＤＡ３）＜・・・＜λ（ＤＡ（ｍ−１））、又は、λ（ＤＡ２）＞λ（ＤＡ３）＞・・・＞λ（ＤＡ（ｍ−１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項９】
請求項７に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＢ１）＜λ（ＤＢ２）＜・・・＜λ（ＤＢ（ｎ−１））、又は、λ（ＤＢ１）＞λ（ＤＢ２）＞・・・＞λ（ＤＢ（ｎ−１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１０】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、
前記入射面の法線とＺ軸のなす角度をθ０、
基材の屈折率の平均をｎ０、
前記ＸＺ平面に平行な断面における、前記基材の幅の平均をα、前記基材の厚さの平均をβとし、
ＤＡｊ（２≦ｊ≦（ｍ−１））及びＤＡ（ｊ＋１）の、並びにＤＢｋ（２≦ｋ≦（ｎ−１））及びＤＢ（ｋ＋１）の
Ｘ軸方向の配列間隔の平均をｘ、
Ｚ軸方向の配列間隔の平均をｚとすると、
前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように、θ０、ｎ０、α、β、ｘ、ｚが所定の関係を満足することを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
ｃｏｓθ０＊α≦ｘ≦２＊ｃｏｓθ０＊α＋ｓｉｎθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
θ２＝ｓｉｎ−１（１／ｎ０＊ｓｉｎθ０）とすると、
０≦ｚ≦２＊ｓｉｎ（θ０−θ２）／ｃｏｓθ２＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１３】
請求項２に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、
前記入射面の法線とＺ軸のなす角度をθ０、
基材の屈折率の平均をｎ０、
前記ＸＺ平面に平行な断面における、前記基材の幅の平均をα、前記基材の厚さの平均をβとし、
前記ＤＡ１及び前記ＤＡ２の、並びに前記ＤＢ１及び前記ＤＢ２の
Ｘ軸方向の配列間隔の平均をｘ、
Ｚ軸方向の配列間隔の平均をｙとすると、
前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように、θ０、ｎ０、α、β、ｘ、ｙが所定の関係を満足することを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
ｃｏｓθ０＊α≦ｘ≦２＊ｃｏｓθ０＊α＋ｓｉｎθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
０≦ｙ≦２＊ｃｏｓθ０＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１６】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第１のフィルタをさらに備え、
前記第１のフィルタの入射面はＸＹ平面と平行であり、
前記第１のフィルタ及び前記ＤＡ１は、Ｚ軸の正方向に沿って配置され、
前記第１のフィルタのＺ座標が、前記ＤＡ１のＺ座標よりも小であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１７】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第２のフィルタをさらに備え、
前記第２のフィルタの入射面はＹＺ平面と平行であり、
前記第２のフィルタは、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ又は前記ＤＢ１〜ＤＢｎの、いずれかの隣り合う２つのダイクロイックミラーの間に配置されることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１８】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
所定の波長帯の光を透過する第３のフィルタをさらに備え、
前記第３のフィルタの入射面はＸＹ平面と平行であり、
前記第３のフィルタのＺ座標が、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標よりも大であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１９】
請求項３に記載のダイクロイックミラーアレイと、
複数のセンサ素子を有するセンサアレイと、を備え、
前記センサアレイのセンサ面がＸＹ平面と平行に配置され、
前記センサ面のＺ座標が、前記ＤＡ１〜ＤＡｍ及び前記ＤＢ１〜ＤＢｎのＺ座標よりも大であることを特徴とする光検出装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光検出装置において、
Ｚ軸の正方向に向かって進行する入射光が、前記ＤＡ１に入射され、
前記入射光は、前記ダイクロイックミラーアレイによって、Ｚ軸の正方向に向かって進行する、少なくとも（ｍ＋ｎ−１）個の分割光に分割され、
前記分割光の少なくとも一部が、前記センサ面に入射することを特徴とする光検出装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光検出装置において、
Ｙ軸方向に配列し、Ｚ軸の正方向に向かって進行する、ｐ個（２≦ｐ）の入射光が、前記ＤＡ１に入射され、
前記ｐ個の入射光は、それぞれが、前記ダイクロイックミラーアレイによって、Ｚ軸の正方向に向って進行する、少なくとも（ｍ＋ｎ−１）個の分割光に分割され、
前記分割光の少なくとも一部が、前記センサ面に入射することを特徴とする光検出装置。
【手続補正書】
【提出日】令和3年4月5日(2021.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイにおいて、Ｂグループは、ＡグループよりもＺ軸正方向側に配置される。このように、ダイクロイックミラーアレイは、全体として２層構造を有する。また、ダイクロイックミラーＤＡ２及びＤＢ２は、Ｘ軸方向の位置が異なっており、ダイクロイックミラーＤＡ２〜ＤＡｍはＸ座標が正であり、ダイクロイックミラーＤＢ２〜ＤＢｎはＸ座標が負である。これにより、１つの入射光Ｃ０から、ダイクロイックミラーＤＡ２〜ＤＡｍ、ダイクロイックミラーＤＢ１〜ＤＢｎにより分割光Ｃ（ＤＡ２）〜Ｃ（ＤＡｍ）、Ｃ（ＤＢ１）〜Ｃ（ＤＢｎ）を得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図２（ｂ）は、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイにおける個々のダイクロイックミラーの反射又は透過に要する光路長を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）の場合と異なり、ダイクロイックミラーアレイが２層構造になっているが故に生じる、ダイクロイックミラーが存在しないが、分割光が進行する部分（ＤＡ２〜ＤＡｍの上部）にもユニットを表記している。これは、分割光を検出するセンサをダイクロイックミラーの配列方向と平行に配置するためである。図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイの最大光路長は、（ｍ＋１）又は（ｎ＋１）のいずれか大きい方である。これに対して、図２（ａ）に示すように、従来のダイクロイックミラーアレイの場合、（ｍ＋ｎ−１）個の分割光を得るためには、最大光路長はｍ＋ｎ−１である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
従って、本実施形態に係るダイクロイックミラーアレイは、従来のダイクロイックミラーアレイと比較して、最大光路長を（ｍ＋１）／（ｍ＋ｎ−１）倍、又は、（ｎ＋１）／（ｍ＋ｎ−１）倍のいずれか大きい方にすることができる。従って、ｍ≒ｎであるとき、最大光路長をおよそ半分まで縮小することができる。例えばｍ＝ｎ＝１０のとき、最大光路長は０．５３倍に縮小できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４を個別に検出する場合は、Ｙ軸方向に４個、Ｘ軸方向に７個の計２８個配列したセンサ素子を有するセンサアレイを用いる。各センサ素子は、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ８のＺ軸正方向側において、ＸＹ平面と平行に配置される。２８個の分割光Ｃ１−１〜Ｃ７−４は、それぞれセンサ素子のセンサ面Ｓに入射し、センサアレイによって検出される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
キャピラリアレイＣＡは複数のキャピラリを備え、レーザビーム照射位置３の近傍において複数のキャピラリがＸＹ平面上に配列する。キャピラリアレイＣＡの試料注入端５は、陰極側緩衝液７に浸され、試料溶出端６は、ポンプブロック１１を介して陽極側緩衝液９に浸される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
これに対して、図１２（ｂ）は、実施例５に係る９分割のダイクロイックミラーアレイの最適条件、すなわちｇ＝１．５４ｍｍのときの、光路長ｈがｈ＝５．０、７．５、１０．０、１２．５及び１５．０ｍｍにおけるスポットの信号強度分布を示している。発光点Ｐはｈ＝１５．０ｍｍにおいてジャストフォーカスされているため、ｈ＝１５．０ｍｍの信号強度分布が最も矩形形状に近くなっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５４】
以下、どのようにして上記の基本設計を実現するかを説明する。
まず、バンドパスフィルタＢＰは、波長帯５２０〜７５０ｎｍの光を透過し、他の波長の光を透過しないようにする。特に、レーザビームの波長５０５ｎｍの光の透過率を極力小さくして、事実上遮断する。次に、ダイクロイックミラーＭ１は、波長帯５２０〜６２０ｎｍの光を透過し、波長帯６２０〜７５０ｎｍの光を反射するようにする。ダイクロイックミラーＭ７〜Ｍ１１は、波長帯５２０〜６２０ｎｍの光を、幅２０ｎｍ、間隔２０ｎｍの５個の波長帯の光に等分割するようにする。すなわち、ダイクロイックミラーＭ７は、波長帯５２０〜５４０ｎｍの光を透過し、波長帯５４０〜６２０ｎｍの光を反射するようにする。ダイクロイックミラーＭ８は、波長帯５４０〜５６０ｎｍの光を反射し、波長帯５６０〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ９は、波長帯５６０〜５８０ｎｍの光を反射し、波長帯５８０〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１０は、波長帯５８０〜６００ｎｍの光を反射し、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を透過するようにする。ダイクロイックミラーＭ１１は、波長帯６００〜６２０ｎｍの光を反射するようにする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９１】
また、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０の幅をα、厚さをβとする。ここで、幅αは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０の、ＸＺ平面に平行、且つ法線ベクトルに垂直な幅と定義する。厚さβは、ダイクロイックミラーＭ１〜Ｍ１０の法線ベクトルに平行な幅と定義する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９５】
このとき、ダイクロイックミラーＭ１及びＭ５のＺ軸方向のずれは１．７ｍｍであり、ダイクロイックミラーＭ６及びＭ１０のＺ軸方向のずれも１．７ｍｍである。すなわち、各ダイクロイックミラーのＺ軸方向のずれがないフラット配置とする場合と比較して、１．７ｍｍだけ最大光路長が長くなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2020075293.tif 000033
【国際調査報告】
2020075293.tif 000034
2020075293.tif 000035
2020075293.tif 000036
2020075293.tif 000037