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WO2015087594A1 - 分光ユニットおよびこれを用いた分光装置 - Google Patents

分光ユニットおよびこれを用いた分光装置 Download PDF

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WO2015087594A1
WO2015087594A1 PCT/JP2014/074488 JP2014074488W WO2015087594A1 WO 2015087594 A1 WO2015087594 A1 WO 2015087594A1 JP 2014074488 W JP2014074488 W JP 2014074488W WO 2015087594 A1 WO2015087594 A1 WO 2015087594A1
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WO
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light
wavelength
filter
optical filter
lvf
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Application number
PCT/JP2014/074488
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English (en)
French (fr)
Inventor
良隆 寺岡
克敏 ▲鶴▼谷
亘 山口
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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Publication date
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Priority to US15/104,206 priority patent/US9841323B2/en
Priority to JP2015516131A priority patent/JP5835529B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a spectroscopic unit that divides the measured light to be measured for each wavelength (wave number) and outputs each signal according to the received light intensity of each light of each wavelength, and a spectroscopic device using the spectroscopic unit,
  • the present invention relates to a spectroscopic unit and a spectroscopic device that use filters having different transmission wavelengths according to incident positions along a predetermined direction.
  • the spectroscopic device is a device that measures the spectrum of the light to be measured, which is a measurement target.
  • the spectroscopic unit for spectroscopically splitting the light to be measured for each wavelength (wave number), and each wavelength split by the spectroscope A light receiving unit for receiving each light and outputting each signal according to the light receiving intensity of each light, and each intensity of each light of each wavelength (intensity with respect to wavelength) based on each signal output from the light receiving unit And a calculation unit for obtaining distribution and spectrum).
  • spectroscopic devices for example, there is a spectroscopic device in which a filter having a different transmission wavelength according to an incident position along a predetermined direction is used for the spectroscopic unit in order to split the light to be measured.
  • the light receiving unit includes a plurality of light receiving elements assigned to each wavelength, and the filter and the light receiving unit are arranged at a predetermined interval, and the light receiving unit transmits incident light. Since all the photoelectric conversion cannot be performed and a part of the light is reflected, multiple reflection may occur between the filter and the light receiving unit. As a result, each light receiving element in the light receiving unit normally receives not only the light having the wavelength that should be originally received but also light having the wavelength that should be received by other light receiving elements. As a countermeasure, conventionally, one of the filter and the light receiving portion is inclined with respect to the other, and these are arranged.
  • a spectrograph disclosed in Patent Document 1 includes a light source that can emit a light beam, an entrance slit that transmits a part of the light beam emitted by the light source to generate a transmitted light beam, and light that has passed through the entrance slit.
  • a grating that can diffract the beam and creates a diffracted light beam and produces a spectrum in the image plane (X ′, Y ′), a detector that detects the light beam diffracted by the grating, and avoids an interference spectrum Comprising at least one means for tilting, said detector comprising a window through which the light beam diffracted by the grating is transmitted, a part of the diffracted light beam being detected at or with this window
  • a spectrophotograph having a tilted detector window that is reflecting between the sensing surfaces of the detectors included in the plane (X ′′, Y ′′), avoiding the interference spectrum
  • At least one tilting unit to allow consists detector window is detector window which is inclined. That is, the detector window is inclined and disposed in front of the detection surface of the detector, thereby removing multiple reflections generated between the detector window and the detection surface of the detector. .
  • filters having different transmission wavelengths according to incident positions along a predetermined direction cannot be realized by one optical filter element, for example, for convenience of design and manufacturing, and are usually configured by combining a plurality of optical filter elements. Is done. For this reason, multiple reflection occurs in the filter. That is, multiple reflection occurs between the plurality of optical filter elements.
  • the light receiving element receives not only light having a wavelength that should be received by light but also light having a wavelength that should be received by another light receiving element.
  • the present invention uses a spectroscopic unit capable of reducing the reception of light having a wavelength that is not originally received by each light receiving element of the light receiving unit by reducing multiple reflections generated in the filter, and the same. It is to provide a spectroscopic device.
  • a spectroscopic unit and a spectroscopic device include a plurality of optical filter elements arranged in order from an incident side to an output side of light to be measured, and filters having different transmission wavelengths according to incident positions along the first direction.
  • the first optical filter element of the plurality of optical filter elements has a predetermined angle with a third direction orthogonal to the first direction and the second direction from the incident side to the emission side as rotation axes.
  • the first optical filter element is inclined with respect to the second optical filter element disposed adjacent to the first optical filter element. Yes.
  • the spectroscopic unit and the spectroscopic device according to the present invention can reduce the reception of light having a wavelength that is not the wavelength of light that should be received by reducing the multiple reflection that occurs in the filter.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between stray light wavelength and stray light quantity for each number of multiple reflections in an LVF composed of a BPF-LVF element and an LPF-LVF element.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light in an LVF composed of a BPF element-LVF and an LPF-LVF element.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the stray light wavelength and the stray light amount for each number of multiple reflections in an LVF composed of a BPF-LVF element and an SPF-LVF element.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light in an LVF composed of a BPF-LVF element and an SPF-LVF element. It is a figure for demonstrating the relationship between the frequency
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the spectroscopic device according to the first embodiment.
  • 1A shows a side view of the spectroscopic unit
  • FIG. 1B shows a top view of the spectroscopic unit
  • FIG. 1C is a block diagram showing an electrical configuration of the spectroscopic device.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view showing the configuration of the spectroscopic device in the first embodiment.
  • 2A and 2C are top views
  • FIGS. 2B and 2D are side views.
  • 2A and 2B show the state of reflection in the filter 3
  • FIGS. 2C and 2D show the state of reflection between the filter 3 and the light receiving unit 4.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the spectroscopic device according to the first embodiment.
  • 1A shows a side view of the spectroscopic unit
  • FIG. 1B shows a top view of the spectroscopic unit
  • FIG. 1C is a block diagram showing an electrical configuration of the spectroscopic
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the transmission wavelength characteristics of the linear variable filter in the spectroscopic device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A shows each transmission wavelength characteristic at each incident position XPc
  • FIG. 3B shows the relationship between the incident position XPc and the center wavelength ⁇ c.
  • the horizontal axis of FIG. 3A is the wavelength expressed in nm
  • the vertical axes thereof are the transmittance expressed in%
  • the horizontal axis of FIG. 3B is the incident position XPc of the linear variable filter
  • FIG. 3A shows each transmission wavelength characteristic at each incident position XPc
  • FIG. 3B shows the relationship between the incident position XPc and the center wavelength ⁇ c.
  • the horizontal axis of FIG. 3A is the wavelength expressed in nm
  • the vertical axes thereof are the transmittance expressed in%
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the transmission wavelength characteristics of each filter constituting the linear variable filter in the spectroscopic device of the first embodiment.
  • FIG. 4A shows the wavelength transmission characteristics of the band-pass filter, the short-pass filter, and the long-pass filter
  • FIG. 4B shows the transmission wavelength characteristics obtained by combining these.
  • the horizontal axis in FIG. 4 is the wavelength expressed in nm
  • the vertical axis is the transmittance expressed in%.
  • the spectroscopic device is a device that measures the spectrum of the light to be measured, which is a measurement target.
  • Each spectroscopic device separates the light to be measured for each wavelength (wave number), and each light according to the received light intensity of each wavelength.
  • the light to be measured includes one or a plurality of wavelengths ⁇ k.
  • the spectroscopic device D includes a spectroscopic unit SU and a control calculation unit 5 as shown in FIG. 1, for example.
  • a control calculation unit 5 as shown in FIG. 1, for example.
  • the spectroscopic unit SU is a device that divides the light under measurement to be measured for each wavelength and outputs each signal corresponding to the received light intensity of each light of each wavelength.
  • FIG. 1A and FIG. 1B As shown in FIG. 1, the filter 3 and the light receiving unit 4 are provided, and in the example shown in FIGS. 1A and 1B, the aperture member 1 and the optical system 2 are further provided.
  • the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 are arranged in this order so that the optical axes coincide with the optical axis AX of the spectroscopic unit SU in the order in which the light to be measured propagates. .
  • the opening member 1 is a member having an opening for emitting measurement light incident on the spectroscopic unit SU into the spectroscopic unit SU.
  • the opening member 1 is, for example, a plate-like body made of a material that can block light to be measured, and a through-hole having a predetermined shape (for example, a circular shape) is formed in the plate-like body as the opening. ing.
  • a window member made of a light-transmitting material may be disposed in the opening.
  • the opening member 1 is an optical fiber such as a single core fiber or a multi-core fiber that guides light to be measured. In this case, one end face of the optical fiber is the opening.
  • the light to be measured emitted from the opening of the aperture member 1 into the spectroscopic unit SU of the spectroscopic device D propagates while diverging and enters the optical system 2.
  • the optical system 2 is for guiding the light to be measured emitted from the opening of the aperture member 1 and incident on the optical system 2 to the filter 3.
  • the optical system 2 includes, for example, first to third cylindrical lenses 21, 22, and 23 in this embodiment.
  • the first to third cylindrical lenses 21, 22, and 23 are arranged in this order from the incident side to the emission side (in the order in which the light to be measured propagates).
  • the first and second cylindrical lenses 21 and 22 are arranged so that the curved surfaces thereof face each other, and collect the light to be measured only in the orthogonal direction described later as shown in FIG. 1A.
  • the third cylindrical lens 23 is arranged so that the curved surface faces the exit side, and collimates the measured light only in the wavelength dispersion direction described later as shown in FIG. 1B.
  • the light to be measured that has entered the optical system 2 is collected in the orthogonal direction by the optical system 2, is collimated in the wavelength dispersion direction, is emitted, and is incident on the filter 3.
  • the filter 3 transmits light according to an incident position along a first direction which is a predetermined direction for dispersing the measured light emitted from the optical system 2 and incident on the filter 3 for each wavelength (wave number).
  • Optical elements having different wavelengths.
  • This first direction is the chromatic dispersion direction.
  • the second direction from the incident side to the emission side of the light to be measured is the optical axis AX direction of the optical system 2, and these first direction (wavelength dispersion direction) and second direction (optical axis AX direction of the optical system 2).
  • the third direction orthogonal to each is the orthogonal direction.
  • the light to be measured incident on the filter 3 is split (wavelength-separated) by the filter 3, and a plurality of lights having different wavelengths ⁇ k are emitted from the filter 3, and each of the plurality of lights is incident on the light receiving unit 4. .
  • the filter 3 includes, for example, a linear variable filter (also referred to as a linear variable filter or a sliding filter, hereinafter abbreviated as “LVF” as appropriate) in the present embodiment.
  • the LVF is an optical element in which the center wavelength ⁇ c in the transmission wavelength characteristic (transmission wavelength band Bc) of the optical bandpass filter changes continuously and linearly according to the incident position XPc.
  • the position XPc is substantially proportional to the center wavelength ⁇ c of the transmission wavelength characteristic.
  • light incident on the incident position XPc is emitted from the incident position XPc as light having a predetermined full width at half maximum FWHM and a wavelength band of the center wavelength ⁇ c.
  • the overall transmission wavelength characteristic of the LVF filter 3 is such that the transmission wavelength characteristics of the bandpass filters having different center wavelengths ⁇ c in one direction (first direction) are directly proportional to the incident position XPc. It will be a series.
  • a bandpass filter type LVF in which the transmission wavelength characteristics of a bandpass filter are connected in one direction with different center wavelengths ⁇ c for each incident position XPc is, for example, a single bandpass filter type LVF (BPF ⁇ An LVF) element is combined with at least one of a short-pass filter type LVF (SPF-LVF) element and a long-pass filter type LVF (LPF-LVF) element.
  • SPF-LVF short-pass filter type LVF
  • LVF-LVF long-pass filter type LVF
  • a single bandpass filter type LVF (BPF-LVF) element has a transmission wavelength band not only in the original transmission wavelength band but also in other wavelength bands. This is because cutting is performed with a type of LVF element (SPF-LVF element, LPF-LVF element).
  • SPF-LVF element LPF-LVF element
  • a single band-pass filter type LVF (BPF-LVF) element has a wavelength of about not only the transmission wavelength band of the original center wavelength of 535 nm, as shown by the solid line in FIG. 4A.
  • the transmission wavelength band includes a wavelength band including 450 nm as a central wavelength and a wavelength band including a wavelength of about 650 nm as a central wavelength, in order to cut them, a short-pass filter type having a transmission wavelength characteristic indicated by a broken line in FIG. 4A Or a long-pass filter type LVF (LPF-LVF) element having a transmission wavelength characteristic indicated by a one-dot chain line in FIG. 4A.
  • LVF-LVF long-pass filter type LVF
  • the short-pass filter type LVF element is a single optical element in which the cutoff wavelength ⁇ co in the transmission wavelength characteristic (transmission wavelength band Bc) of the optical short-pass filter changes continuously and linearly according to the incident position XPc. is there.
  • the short pass filter (SPF) transmits light having a shorter wavelength than the cutoff wavelength ⁇ co. That is, the short-pass filter is a high-pass filter that is defined by a wavelength and transmits light on a higher frequency side than the cutoff frequency fco if it is defined by a frequency.
  • the long-pass filter type LVF element is a single optical element in which the cutoff wavelength ⁇ co in the transmission wavelength characteristic (transmission wavelength band Bc) of the optical long-pass filter changes continuously and linearly according to the incident position XPc.
  • the long pass filter (LPF) transmits light having a wavelength longer than the cutoff wavelength ⁇ co. That is, the long-pass filter is a low-pass filter that is defined by the wavelength and that transmits light on the lower frequency side than the cutoff frequency fco if it is defined by the frequency.
  • filter element a single optical element having a filter characteristic
  • filter an optical element that realizes one filter characteristic by combining a plurality of filter elements
  • one first optical filter element of the plurality of optical filter elements is used. Is a predetermined angle with the third direction (orthogonal direction) perpendicular to the first direction (wavelength dispersion direction) and the second direction (optical axis AX direction) from the incident side to the exit side of the light to be measured as a rotation axis.
  • the first optical filter element is inclined with respect to the second optical filter element disposed adjacent to the first optical filter element. Yes.
  • the first optical filter element may be inclined and rotated by a predetermined angle with the third direction as a rotation axis.
  • the LVF and the line sensor are long in the wavelength dispersion direction and in the orthogonal direction.
  • the third direction is the rotation axis
  • a relatively large tilt angle is required compared to the case where the first direction is the rotation axis, and the configuration is relatively large.
  • the first optical filter element is inclined and arranged by rotating a predetermined angle with the first direction as the rotation axis.
  • the filter 3 includes two first and second optical filter elements arranged in order from the incident side to the emission side of the light to be measured.
  • the first optical filter element 31 is a band-pass filter type LVF (BPF-LVF) element, and the first optical filter element 31 rotates by a predetermined angle with the first direction as a rotation axis.
  • the second optical filter element 32 arranged adjacent to the first optical filter element 31 is inclined with respect to the first optical filter element 31.
  • the second optical filter element 32 is a short pass filter type LVF (SPF-LVF) element or a long pass filter type LVF (LPF-LVF) element.
  • the predetermined angle will be described in detail later.
  • the predetermined angle is roughly calculated by first calculating the allowable number of multiple reflections in the first step, and then calculating the necessary tilt angle in the second step. To be determined.
  • the first step the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light is obtained by using the maximum incident angle in the wavelength dispersion direction.
  • the necessary inclination angle is obtained by using the maximum incident angle in the orthogonal direction in which the stray light is most difficult to escape so as to escape the stray light within the allowable number of multiple reflections obtained in the first step.
  • the distance between the first and second optical filter elements 31 and 32 is L1
  • the distance between the filter 3 and the light receiving unit 4 is L2
  • X1 is the width along the third direction in the light receiving unit 4
  • X2 is the maximum incident angle in the orthogonal direction of the light to be measured incident on the second optical filter element 32
  • the predetermined angle ⁇ is the following (1) and (2) Satisfies the conditional expression.
  • the distance L1 is a so-called optical distance.
  • the physical actual length Lr1 When a medium other than air is present (arranged) between the first and second optical filter elements 31 and 32, the physical actual length Lr1. Instead, it is a dimension (air conversion length) converted into air in consideration of the refractive index n1.
  • the light receiving unit 4 is a device for receiving each light of each wavelength that is incident on the light to be measured emitted from the filter 3 and spectrally separated by the filter 3. More specifically, for example, the light receiving unit 4 includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in parallel along the first direction (wavelength dispersion direction), and the wavelengths separated from each other by the filter 3 (wavelength separation). It is an apparatus that receives a plurality of lights having different ⁇ k (each light of each wavelength) by each of the plurality of photoelectric conversion elements.
  • the photoelectric conversion element is an element that converts light energy into electric energy, and outputs a current having a magnitude corresponding to received light intensity (light power).
  • the light-receiving part 4 outputs the voltage of the magnitude
  • the light receiving unit 4 is, for example, a line sensor (photodiode array, PD) in which a plurality of photoelectric conversion elements of a CCD (Charge Coupled Device) type or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type are arranged in a straight line. Array).
  • the light receiving unit 4 is arranged corresponding to the arrangement position of the filter 3 so that each of the photoelectric conversion elements (pixels) receives a predetermined wavelength assigned in advance.
  • the photoelectric conversion element and the center wavelength ⁇ c have a one-to-one correspondence.
  • Each light of each wavelength incident on the light receiving unit 4 is photoelectrically converted by each photoelectric conversion element of the light receiving unit 4, and each signal (current signal or voltage signal, received light data) having a magnitude corresponding to the received light intensity of each light. ) Is output from the light receiving unit 4, and each of these signals (light reception data) is input to the control calculation unit 5.
  • the light receiving unit 4 is disposed such that the light receiving surface (the surface formed by each light receiving surface of each photoelectric conversion element) is parallel to the emission surface of the second optical filter element 32 of the filter 3.
  • the first optical filter element 31 of the filter 3 is disposed to be inclined with respect to the light receiving surface of the light receiving unit 4, similarly to the second optical filter element 32.
  • the first optical filter element 31 rotates by a predetermined angle with the third direction as a rotation axis, or rotates by a predetermined angle with the first direction as a rotation axis. It may be arranged to be inclined with respect to the light receiving surface.
  • the control calculation unit 5 is connected to the light receiving unit 4 and controls each unit of the spectroscopic device D according to the function of each unit to obtain the spectrum of the light to be measured. Based on (data), each intensity
  • the control calculation unit 5 includes, for example, a CPU (microprocessor) and its peripheral circuits. As shown in FIG. 1C, the control calculation unit 5 is functionally configured with a control unit 51 and a spectral calculation unit 52 by executing a program.
  • the control unit 51 controls each part of the spectroscopic device D according to the function of each part in order to obtain the spectrum of the light to be measured.
  • the spectroscopic calculation unit 52 obtains each intensity (spectrum) of each light of each wavelength included in the measured light based on each signal (light reception data) obtained by the light receiving unit 4.
  • the storage unit 6 is connected to the control calculation unit 5 and controls the measured light based on a control program for controlling each unit of the spectroscopic device D according to the function of each unit and each signal obtained by the light receiving unit 4.
  • Various programs such as a spectroscopic program for obtaining each intensity of each light included in each wavelength, data necessary for executing these programs, data generated during the execution of these programs, and the light receiving unit 4
  • Various data such as each signal (light reception data) is stored.
  • the storage unit 6 is, for example, a non-volatile storage element such as a ROM (Read Only Memory) or an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), or a so-called working memory as a CPU (Central Processing Unit) RAM in the control arithmetic unit 5. It includes a volatile memory element such as Access Memory) and its peripheral circuits.
  • the storage unit 6 may include a relatively large-capacity storage device such as a hard disk, for example, in order to store the received light data output from
  • the input unit 7 is connected to the control calculation unit 5 and measures, for example, various commands such as a command for instructing measurement start of the light to be measured and a spectrum such as an input of an identifier in the light to be measured (sample).
  • various commands such as a command for instructing measurement start of the light to be measured and a spectrum such as an input of an identifier in the light to be measured (sample).
  • the output unit 8 is a device that outputs commands and data input from the input unit 7 and the spectrum of the light to be measured measured by the spectroscopic device D.
  • the output unit 8 is a display device such as a CRT display, LCD, or organic EL display. Or a printing device such as a printer.
  • a touch panel may be configured from the input unit 7 and the output unit 8.
  • the input unit 7 is a position input device that detects and inputs an operation position such as a resistive film method or a capacitance method
  • the output unit 8 is a display device.
  • a position input device is provided on the display surface of the display device, one or more input content candidates that can be input to the display device are displayed, and the user touches the display position where the input content to be input is displayed. Then, the position is detected by the position input device, and the display content displayed at the detected position is input to the spectroscopic device D as the user operation input content.
  • the spectral device D that is easy for the user to handle is provided.
  • the IF unit 9 is a circuit that is connected to the control calculation unit 5 and inputs / outputs data to / from an external device.
  • an RS-232C interface circuit that is a serial communication method, Bluetooth (registered trademark) standard
  • the interface circuit used is an interface circuit that performs infrared communication such as IrDA (Infrared Data Association) standard, and an interface circuit that uses USB (Universal Serial Bus) standard.
  • the measured light to be measured enters the spectroscopic device D through the opening of the aperture member 1 and enters the optical system 2.
  • the light to be measured incident on the optical system 2 is collimated (parallelized) in the wavelength dispersion direction (first direction) while being collected in the orthogonal direction (third direction) by the optical system 2 to become parallel light, and the filter. 3 is incident.
  • the light to be measured incident on the filter 3 from the optical system 2 is dispersed according to the incident position Xn, and becomes a plurality of lights having mutually different wavelengths and is incident on the light receiving unit 4.
  • Each light incident on the light receiving unit 4 is received and photoelectrically converted by each of the plurality of photoelectric conversion elements.
  • each light incident on the light receiving unit 4 is output from the light receiving unit 4 as each electric signal corresponding to the light intensity.
  • Each signal (light reception data) output from the light receiving unit 4 is input to the control calculation unit 5 and stored in the storage unit 6.
  • the control calculation unit 5 performs signal processing on each signal data (light reception data) stored in the storage unit 6 by, for example, known conventional means, and obtains a spectrum of the light to be measured. Then, the control calculation unit 5 stores the obtained spectrum of the measured light in the storage unit 6 as necessary, or outputs the obtained spectrum of the measured light as required by the output unit 8 or the IF unit. Or output to 9.
  • FIG. 5 is a diagram showing the transmission wavelength characteristics of the LVF at the incident position corresponding to the transmission wavelength band of the center wavelength 535 nm.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the wavelength expressed in nm, and the vertical axis is the transmittance expressed in%.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the multiple reflection of obliquely incident light and the reception of light having a wavelength that is not originally received by the light receiving element.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the state of multiple reflection
  • FIGS. 6B to 6G are diagrams showing transmission wavelength characteristics at the incident positions XP1 to XP6 on the LVF shown in FIG. 6A.
  • the BPF-LVF element transmits the transmission wavelength of the central wavelength 535 nm as shown in FIG. In addition to the band, it has a transmission wavelength band with a center wavelength of about 450 nm. In LVF, this transmission wavelength band (unnecessary transmitted light) with a center wavelength of about 450 nm is cut by an LPF-LVF element.
  • the light to be measured enters the LVF, at the incident position XP1 corresponding to the transmission wavelength band of the center wavelength 535 nm, the light of the wavelength 535 nm of the light to be measured is sequentially transmitted through the BPF-LVF element and the LPF-LVF element in order. Then, the light is received by the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 assigned so as to receive light having a center wavelength of 535 nm.
  • light having a wavelength of about 450 nm in the light to be measured is transmitted through the BPF-LVF element, but is not transmitted through the LPF-LVF element, but is reflected and travels to the BPF-LVF element.
  • the incident angle of the light to be measured is 0, light having a wavelength of about 450 nm out of the light to be measured is incident on the incident position XP1 of the LPF-LVF element, and is determined by the transmission wavelength characteristic shown in FIG. 6B. reflect.
  • the reflected light having a wavelength of about 450 nm reflected at the incident position XP1 of the LPF-LVF element returns to the incident position XP1 of the BPF-LVF element, and thus passes through the BPF-LVF element as it is and is not subjected to multiple reflection.
  • FIG. 6A in the case of oblique incidence, light having a wavelength of about 450 nm out of the light to be measured is incident on the incident position XP2 of the LPF-LVF element on the short wavelength side of the incident position XP1.
  • the light is reflected by the transmission wavelength characteristic shown in FIG. 6C and travels to the BPF-LVF element.
  • the reflected light having a wavelength of about 450 nm reflected at the incident position XP2 of the LPF-LVF element enters the incident position XP3 shifted to the short wavelength side. Since this is the LVF at the incident position XP3, the transmission wavelength band is a transmission wavelength band with a center wavelength of about 518 nm corresponding to the incident position XP3, as shown in FIG. 6D, and the reflected light with a wavelength of about 450 nm is reflected again. To the LPF-LVF element.
  • the light having a wavelength of about 450 nm reflected at the incident position XP3 is incident on the incident position XP4 of the LPF-LVF element on the short wavelength side of the incident position XP3, is reflected again by the transmission wavelength characteristic shown in FIG. 6E, and is BPF-LVF. Head to the element.
  • the obliquely incident light having a wavelength of about 450 nm is multiple-reflected between the BPF-LVF element and the LPF-LVF element, and propagates between the BPF-LVF element and the LPF-LVF element to the short wavelength side.
  • the cutoff wavelength of the LPF-LVF element is also shifted, and the LPF-LVF element eventually transmits light having a wavelength of about 450 nm at the incident position XP6 as shown in FIG. 6G.
  • the multiple reflected reflected light having a wavelength of about 450 nm is received by the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 corresponding to the incident position XP6. Therefore, the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 corresponding to the incident position XP6 also receives light having a wavelength that is not the light of the wavelength that should be received by the main body assigned to receive light. An error will be included.
  • FIG. 7 is a diagram showing the transmission wavelength characteristics of the LVF at the incident position corresponding to the transmission wavelength band of the center wavelength 535 nm.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the wavelength expressed in nm, and the vertical axis is the transmittance expressed in%.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the multiple reflection of obliquely incident light and the reception of light having a wavelength that is not originally received by the light receiving element.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the state of multiple reflection
  • FIGS. 8B to 8G are diagrams showing transmission wavelength characteristics at the incident positions XP11 to XP16 on the LVF shown in FIG. 8A.
  • the BPF-LVF element transmits the transmission wavelength of the central wavelength 535 nm as shown in FIG. In addition to the band, it has a transmission wavelength band with a center wavelength of about 650 nm. In LVF, this transmission wavelength band (unnecessary transmitted light) with a center wavelength of about 650 nm is cut by an SPF-LVF element.
  • the light to be measured enters the LVF, at the incident position XP11 corresponding to the transmission wavelength band having the center wavelength of 535 nm, the light having the wavelength of 535 nm among the light to be measured is sequentially transmitted through the BPF-LVF element and the SPF-LVF element. Then, the light is received by the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 assigned so as to receive light having a center wavelength of 535 nm.
  • light having a wavelength of about 650 nm among the light to be measured is transmitted through the BPF-LVF element, but is not transmitted through the SPF-LVF element, but is reflected and travels to the BPF-LVF element.
  • the incident angle of the light to be measured is 0, the light having a wavelength of about 650 nm out of the light to be measured is incident on the incident position XP11 of the SPF-LVF element, and the transmission wavelength characteristic shown in FIG. reflect.
  • the reflected light having a wavelength of about 650 nm reflected at the incident position XP11 of the LPF-LVF element returns to the incident position XP11 of the BPF-LVF element, it is transmitted through the BPF-LVF element as it is and is not subjected to multiple reflection as described above.
  • FIG. 8A in the case of oblique incidence, light having a wavelength of about 650 nm out of the light to be measured is incident on the incident position XP12 of the SPF-LVF element on the long wavelength side of the incident position XP11. The light is reflected by the transmission wavelength characteristic shown in FIG. 8C and travels to the BPF-LVF element.
  • the reflected light having a wavelength of about 650 nm reflected at the incident position XP12 of the SPF-LVF element enters the incident position XP13 shifted to the long wavelength side. Since this is the LVF at the incident position XP13, the transmission wavelength band is a transmission wavelength band with a center wavelength of about 550 nm corresponding to the incident position XP13, as shown in FIG. 8D, and the reflected light with the wavelength of about 650 nm is reflected again. To the SPF-LVF element.
  • the light having a wavelength of about 650 nm reflected at the incident position XP13 is incident on the incident position XP14 of the SPF-LVF element on the long wavelength side of the incident position XP13, is reflected again by the transmission wavelength characteristic shown in FIG. 8E, and is BPF-LVF. Head to the element.
  • the obliquely incident light having a wavelength of about 650 nm is multiple-reflected between the BPF-LVF element and the SPF-LVF element, and has a long wavelength between the BPF-LVF element and the SPF-LVF element. Propagate to the side.
  • the cutoff wavelength of the SPF-LVF element is also shifted, and the SPF-LVF element eventually transmits light having a wavelength of about 650 nm at the incident position XP16 as shown in FIG. 8G.
  • the multiple reflected reflected light having a wavelength of about 650 nm is received by the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 corresponding to the incident position XP16. Therefore, the photoelectric conversion element of the light receiving unit 4 corresponding to the incident position XP16 also receives light having a wavelength that is not the wavelength of the main body that should be received so as to receive light. An error will be included.
  • ⁇ Countermeasure against multiple reflection in filter and the predetermined angle> In order to reduce such multiple reflection, for example, by using a collimator lens having a long focal length, the collimation of the light to be measured incident on the filter 3 is improved, and oblique incident light that causes multiple reflection is reduced.
  • a method is conceivable.
  • the filter dimensions are constant, the longer the focal length, the smaller the aperture angle in the wavelength dispersion direction in the optical system, so the amount of incident light on the spectroscopic unit SU or spectroscopic device D decreases, and as a result, the measurement SN will fall.
  • the focal length is increased, the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D are increased in size. This effect becomes even more pronounced when the size of the entrance aperture is large or when there are multiple entrance apertures.
  • the first optical filter element 31 of the filter 3 rotates by a predetermined angle with the third direction or the first direction as a rotation axis.
  • the second optical filter element 32 is disposed to be inclined.
  • the first optical filter element 31 of the filter 3 rotates by a predetermined angle with the third direction or the first direction as a rotation axis, and also tilts with respect to the light receiving surface of the light receiving unit 4.
  • the predetermined angle is preferably set as follows.
  • a case where the rotation axis is in the first direction will be described as an example.
  • the calculation can be performed in the same way.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the stray light wavelength and the amount of stray light according to the number of multiple reflections in an LVF composed of a BPF-LVF element and an LPF-LVF element.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light in an LVF composed of a BPF element-LVF and an LPF-LVF element.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the stray light wavelength and the amount of stray light for each number of multiple reflections in an LVF composed of a BPF-LVF element and an SPF-LVF element.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light in an LVF composed of a BPF-LVF element and an SPF-LVF element.
  • the horizontal axis in FIGS. 9 and 11 is the wavelength of stray light expressed in nm units, and the vertical axis thereof is the amount of light expressed in% units.
  • 10 and 12 the horizontal axis represents the number of multiple reflections, and the vertical axis thereof represents the amount of light expressed in%.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship between the number of allowable multiple reflections and the tilt angle of the first optical filter element.
  • FIG. 13A shows a case where the number of allowable multiple reflections is one
  • FIG. 13B shows a case where the number of allowable multiple reflections is two.
  • the distance (air conversion length) L1 between the BPF-LVF element and the LPF-LVF element is 1.5 mm.
  • the linearity in the BPF-LVF element is 20 nm / mm and the maximum incident angle in the chromatic dispersion direction in the BPF-LVF element is 15 degrees, the relationship between the stray light wavelength and the stray light quantity is different depending on the number of multiple reflections. Numerical calculation based on the process of reflection. The results are shown in FIGS. 9 and 10. As can be seen from FIG.
  • FIG. 9 and FIG. 10 show the numerical calculation results of the incident angle of 15 degrees. As the incident angle approaches 0, the number of multiple reflections increases from the multiple reflection process described above.
  • the distance (air conversion length) L1 between the BPF-LVF element and the SPF-LVF element is 1.5 mm.
  • the linearity in the BPF-LVF element is 20 nm / mm and the maximum incident angle in the chromatic dispersion direction in the BPF-LVF element is 15 degrees, the relationship between the stray light wavelength and the stray light quantity is different depending on the number of multiple reflections. Numerical calculation based on the process of reflection. The results are shown in FIGS. 11 and 12. As can be seen from FIG.
  • FIG. 11 and FIG. 12 show the numerical calculation results for an incident angle of 15 degrees. As the incident angle approaches 0, the number of multiple reflections increases from the multiple reflection process described above.
  • the first optical filter element (BPF-LVF element) is an angle at which the number of multiple reflections is less than three reciprocations. If the is inclined, stray light can be reduced.
  • the number of multiple reflections depends on the incident angle, in other words, the predetermined angle (tilt angle) ⁇ in the first optical filter element 31, although it depends on the transmission wavelength characteristics of each LVF element constituting the LVF. Therefore, conversely, the predetermined angle ⁇ in the first optical filter element 31 depends on the allowable number of multiple reflections.
  • the predetermined angle ⁇ 1 is expressed by equation (1a), and as shown in FIG.
  • the predetermined angle ⁇ 2 is expressed by equation (1b).
  • the predetermined angle ⁇ 3 becomes the equation (1c)
  • the predetermined angle ⁇ 4 becomes Expression (1d)
  • the predetermined angle ⁇ 5 becomes Expression (1e).
  • the above-described equation (1) is obtained.
  • the predetermined angle (tilt angle) ⁇ decreases as the allowable number of multiple reflections increases.
  • the greater the number of allowed multiple reflections the greater the amount of stray light.
  • the allowable number of multiple reflections is determined according to the stray light quantity allowed by the specs of the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D (for example, measurement accuracy, etc.). Based on (1), the predetermined angle ⁇ is designed.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light in the silicon sensor.
  • the horizontal axis in FIG. 14 is the number of multiple reflections, and the vertical axis is the amount of stray light expressed in%.
  • the reflectance at the light receiving surface of the light receiving unit 4 is substantially uniform between the filter 3 and the light receiving unit 4 regardless of the incident position, the intensity of the reflected light decreases as the number of reflections increases.
  • the light receiving unit 4 is a silicon sensor
  • the reflectance at the light receiving surface is about 33%, so the relationship between the number of multiple reflections and the amount of stray light is the relationship shown in FIG.
  • the predetermined angle ⁇ satisfies the conditional expression of the above-described Expression 2.
  • the number of multiple reflections is one in one reciprocation that is reflected from the filter 3 by the light receiving unit 4 and returns to the filter 3 again.
  • the first optical filter element 31 rotates by a predetermined angle ⁇ with the third direction or the first direction as a rotation axis.
  • the second optical filter element adjacent to the second optical filter element is disposed to be inclined.
  • the first optical filter element 31 is inclined with respect to the first direction as the rotation axis. Therefore, the light to be measured that is reflected from the first optical filter element 31 to the light receiving unit 4 escapes between the first and second optical filter elements 31 and 32 as shown in FIGS. 2A and 2B. The multiple reflection of the light under measurement between the first and second optical filter elements 31 and 32 is reduced.
  • the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D in the present embodiment can reduce the reception of light having a wavelength that is not the wavelength of light that should be received.
  • the spectroscopic unit SU can improve the spectroscopic accuracy
  • the spectroscopic device D can improve the measurement accuracy.
  • the first optical filter element 31 is disposed not only with respect to the second optical filter element 32 but also with respect to the light receiving surface of the light receiving unit 4. Therefore, the light to be measured reflected between the filter 3 and the light receiving unit 4 can escape from between the filter 3 and the light receiving unit 4 as shown in FIGS. 2C and 2D. Not only the multiple reflection between the first and second optical filter elements 31 and 32 but also the multiple reflection between the filter 3 and the light receiving unit 4 is reduced. Therefore, the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D in the present embodiment can further reduce the reception of light having a wavelength that is not the wavelength of light that should originally be received. As a result, the spectroscopic unit SU can further improve the spectral accuracy, and the spectroscopic device D can further improve the measurement accuracy.
  • the first optical filter element 31 of the BPF-LVF element that predominantly generates multiple reflections among the plurality of optical filter elements constituting the filter 3 is disposed to be inclined. Therefore, the multiple reflection can be effectively reduced. Therefore, the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D in the present embodiment can reduce the reception of light having a wavelength that is not the wavelength of light that should be received.
  • the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D can be arranged with the first optical filter element 31 tilted at an angle ⁇ corresponding to the multiple reflection to be removed based on the conditional expressions (1) and (2) described above. Therefore, it is possible to reduce the reception of light having a wavelength that is not originally received by the light according to the design.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an actual measurement result measured by the spectroscopic device of one embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing actual measurement results measured by the spectroscopic device of the comparative example.
  • the horizontal axis of FIG. 15 and FIG. 16 is the wavelength expressed in nm units, and each of these vertical axes is the relative sensitivity expressed in% units.
  • the relative spectral sensitivity has a peak in a wavelength band different from the original peak wavelength, as indicated by an arrow in the figure.
  • the peak indicated by the arrow in FIG. 16 disappears from the relative spectral sensitivity.
  • the bandpass filter characteristics are improved.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a spectroscopic unit in the spectroscopic device of the second embodiment.
  • FIG. 17A shows a side view of the spectroscopic unit
  • FIG. 17B shows a top view of the spectroscopic unit.
  • the optical axis of the aperture member 1, the optical axis of the optical system 2, the optical axis of the filter 3, and the optical axis of the light receiving unit 4 are the light of the spectroscopic unit SU.
  • the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 are arranged in this order so as to coincide with the axis AX.
  • FIG. 1 in the spectroscopic unit SU ′ in the spectroscopic device D ′ of the second embodiment, FIG.
  • the opening of the opening member 1, the filter 3, and the light receiving unit 4 are outside the optical axis LX of the optical system 2, and the principal ray PB of the incident light of the filter 3 is substantially normal to the filter 3. It arrange
  • the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 are arranged in this order so that the optical axes of the filter 3 and the light receiving unit 4 are aligned with the optical axis AX of the spectroscopic unit SU. It is arranged with. As can be seen by comparing FIG. 1A and FIG.
  • the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 are arranged in this order so that the optical axes of the filter 3 and the light receiving unit 4 are aligned with the optical axis AX of the spectroscopic unit SU.
  • the aperture member 1 is disposed on one side (the lower side in FIG. 17A) of the optical axis LX of the optical system 2, and the filter 3 and the light receiving unit 4 are arranged on the optical system 2.
  • the aperture member 1, the filter 3, and the light receiving unit 4 are such that the principal ray PB of the incident light of the filter 3 is incident from a substantially normal direction of the filter 3. So that each is arranged.
  • the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 in the spectroscopic unit SU ′ and the spectroscopic device D ′ in the second embodiment are only different in the arrangement relationship from the arrangement relationship in the first embodiment as described above. These are the same as the aperture member 1, the optical system 2, the filter 3, and the light receiving unit 4 in the spectroscopic unit SU and the spectroscopic device D in the first embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted.
  • the filter characteristic indicating the relationship between the incident position XPc and the transmission wavelength band Bc is slightly shifted to the short wavelength side.
  • the light receiving unit 4 is slightly affected by the spectral unit SU ′ and the spectroscopic device D ′ in the second embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating another configuration of the filter in the spectroscopic device of the embodiment.
  • the spectroscopic units SU and SU ′ and the spectroscopic devices D and D ′ in the first and second embodiments described above include the filter 3 configured by including the first and second optical filter elements 31 and 32 as individual components.
  • the first light-transmitting plate member 33 having a pair of first and second surfaces facing each other inclined at the predetermined angle ⁇ is used.
  • the plate-like member 33 is formed such that one surface on which the first optical filter layer 31 ′ is formed is inclined by the predetermined angle ⁇ with respect to the other surface on which the second optical filter layer 32 ′ is formed.
  • the first and second optical filter layers (films) 31 'and 32' are each formed by, for example, a vapor deposition method. According to this configuration, the first optical filter layer 31 ′ can be inclined and arranged with higher accuracy and more easily than when the first and second optical filter elements 31 and 32 are individually configured.
  • the spectroscopic unit includes a filter having a different transmission wavelength according to an incident position along a first direction which is a predetermined one direction for spectroscopically measuring light to be measured for each wavelength, and the filter.
  • a light receiving unit for receiving each light of each wavelength separated and outputting each signal corresponding to the light receiving intensity of each light, and the filter sequentially from the incident side to the emission side of the measured light
  • a plurality of optical filter elements arranged, wherein one first optical filter element of the plurality of optical filter elements is respectively in the first direction and in the second direction from the incident side to the emission side of the measured light.
  • the first optical filter element is disposed adjacent to the first optical filter element by rotating by a predetermined angle with a third direction orthogonal to the rotation axis as a rotation axis, or by rotating by a predetermined angle with the first direction as a rotation axis. It is tilted with respect to the second optical filter element that.
  • the first optical filter element is inclined with respect to the second optical filter element adjacent to the first optical filter element by rotating a predetermined angle about the third direction or the first direction as a rotation axis. Arranged. For this reason, the light to be measured reflected between the first and second optical filter elements can escape from between the filter and the light receiving section, and multiple reflections of the light to be measured between the first and second optical filter elements are caused. Reduced. Accordingly, such a spectroscopic unit can reduce the reception of light having a wavelength that is not originally received.
  • the first optical filter element has the first direction as the rotation axis from the viewpoint of miniaturization.
  • the first optical filter element rotates by a predetermined angle with the third direction as a rotation axis, or a predetermined angle with the first direction as a rotation axis.
  • the second optical filter element disposed adjacent to the first optical filter element and the light receiving surface of the light receiving portion are disposed to be inclined.
  • the first optical filter element is disposed to be inclined with respect to the second optical filter element by rotating by a predetermined angle with the third or second direction as a rotation axis.
  • the filter element is also inclined with respect to the light receiving surface of the light receiving unit.
  • the first and second optical filter elements are arranged so that the first optical filter element is inclined not only with respect to the second optical filter element but also with respect to the light receiving surface of the light receiving unit. In addition to the multiple reflection between them, the multiple reflection between the filter and the light receiving unit is also reduced. Therefore, such a spectroscopic unit can further reduce the reception of light having a wavelength that is not the wavelength of light that should be received.
  • the first optical filter element is a band-pass filter type linear variable filter element.
  • a band-pass filter type linear variable filter element that predominantly generates multiple reflections is inclined, so that the multiple reflections are effectively reduced. it can. Accordingly, such a spectroscopic unit can reduce the reception of light having a wavelength that is not originally received.
  • the filter in another aspect, in the above-described spectroscopic unit, includes two first and second optical filter elements arranged in order from the incident side to the emission side of the light to be measured.
  • the distance between the first and second optical filter elements (air conversion length) is L1
  • the distance between the filter and the light receiving unit (air conversion length) is L2
  • the width of the filter along the third direction is X1.
  • the width along the third direction in the light receiving unit is X2
  • the maximum incident angle in the orthogonal direction of the light to be measured incident on the second optical filter element is ⁇
  • the predetermined angle is ⁇
  • Such a spectroscopic unit can be arranged with the first optical filter element tilted at an angle corresponding to the multiple reflection to be removed, it is possible to reduce the reception of light of a wavelength that is not the wavelength of light that should be received.
  • an opening member having an opening for emitting the light to be measured, and the light to be measured emitted from the opening of the opening member are guided to the filter.
  • the filter characteristic indicating the relationship between the incident position and the transmission wavelength band is slightly shifted to the short wavelength side.
  • each signal output from the light receiving unit is shifted to each signal.
  • the influence of the shift on each signal output from the light receiving unit is reduced by arranging the opening, the filter, and the light receiving unit as described above. it can.
  • the filter in another aspect, in the above-described spectroscopic unit, includes two first and second optical filter elements arranged in order from the incident side to the emission side of the light to be measured.
  • Each of the first and second optical filter elements is formed on the first and second surfaces of the translucent plate-shaped member having a pair of first and second surfaces facing each other inclined at the predetermined angle, respectively.
  • Such a spectroscopic unit can be arranged with the first optical filter element tilted with higher accuracy and more easily than in the case where the first and second optical filter elements are individually configured.
  • a spectroscopic device includes a spectroscopic unit that splits light to be measured, which is a measurement target, for each wavelength and outputs each signal according to the light reception intensity of each light of each wavelength, and is output from the light receiving unit. And a calculation unit for obtaining a spectrum of the light to be measured based on each signal, and the spectroscopic unit is any one of the above-described spectroscopic units.
  • Such a spectroscopic device can reduce the reception of light of a wavelength that is not the wavelength of light that should be received by the light receiving unit of the spectroscopic unit. Therefore, such a spectroscopic device can also improve measurement accuracy.
  • a spectroscopic unit that divides the light to be measured for each wavelength (wave number) and outputs each signal corresponding to the received light intensity of each light of each wavelength, and a spectroscopic device using this spectroscopic unit.

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Abstract

　本発明の分光ユニットおよび分光装置は、被測定光の入射側から出射側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを持ち、前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されている。

Description

分光ユニットおよびこれを用いた分光装置
　本発明は、測定対象である被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットおよびこの分光ユニットを用いた分光装置に関し、特に、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを用いた分光ユニットおよび分光装置に関する。
　分光装置は、測定対象である被測定光のスペクトルを測定する装置であり、大略、被測定光を波長（波数）ごとに分光するための分光部と、前記分光部によって分光された各波長の各光を受光し、各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部と、前記受光部から出力された各信号に基づいて前記各波長の各光の各強度（波長に対する強度分布、スペクトル）をそれぞれ求める演算部とを備えている。このような分光装置の１つに、例えば、被測定光を分光するために、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを前記分光部に用いた分光装置がある。
　そして、前記受光部は、各波長ごとに割り当てられた複数の受光素子を備えるが、前記フィルタと前記受光部とは、所定の間隔を空けて配置され、そして、前記受光部は、入射光を全て光電変換できずにその一部を反射するため、前記フィルタと前記受光部との間で多重反射が生じ得る。この結果、前記受光部における各受光素子は、通常、前記割り当てられた本来受光すべき波長の光だけでなく、他の受光素子が本来受光すべき波長の光も受光してしまう。この対策として、従来では、前記フィルタおよび前記受光部のうちの一方を他方に対し傾斜させてこれらが配置される。
　例えば、特許文献１に開示された分光写真機は、光ビームを放射できる光源、この光源が放射する光ビームの一部を透過して、透過光ビームを生じる入口スリット、入口スリットを透過した光ビームを回折することができ、そして回折光ビームをつくり、スペクトルを像面（Ｘ’、Ｙ’）に生じさせる格子、格子によって回折された光ビームを検出する検出器、および、干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段を備え、前記の検出器は、格子により回折された光ビームを透過する窓を備え、回折光ビームの一部がこの窓で、もしくは窓と検出面（Ｘ”、Ｙ”）に含まれる検出器の感知面との間で反射を発生している、傾けられた検出器窓を有する分光写真機において、前記の干渉スペクトルを回避することができるようにする少なくとも１つの傾ける手段は、傾けられた検出器窓である検出器の窓から成る。すなわち、前記検出器窓は、前記検出器の検知面に対し傾斜してその前に配置され、これによって前記検出器窓と前記検出器の検知面との間で生じる多重反射を除去している。
　ところで、所定の一方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタは、例えば設計や製造の都合上、１つの光学フィルタ素子で実現できず、通常、複数の光学フィルタ素子を組み合わせて構成される。このため、前記フィルタ内で多重反射が生じてしまう。すなわち、前記複数の光学フィルタ素子間で多重反射が生じてしまう。この結果、このような前記フィルタを用いた分光装置では、前記フィルタおよび前記受光部のうちの一方が他方に対し傾けて配置されたとしても、前記フィルタ内の多重反射によって、前記受光部における各受光素子は、本来受光すべき波長の光だけでなく、他の受光素子が本来受光すべき波長の光も受光してしまう。
特開２００８－２４９６９７号公報
　本発明は、前記フィルタ内で生じる多重反射を低減することによって、受光部の各受光素子それぞれにおいて、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる分光ユニットおよびこれを用いた分光装置を提供することである。
　本発明にかかる分光ユニットおよび分光装置は、被測定光の入射側から出射側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタを持ち、前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されている。このため、本発明にかかる分光ユニットおよび分光装置は、前記フィルタ内で生じる多重反射を低減することによって、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
第１実施形態における分光装置の構成を示す図である。 第１実施形態における分光装置の構成を示す一部拡大図である。 第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタの透過波長特性を説明するための図である。 第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタを構成する各フィルタの透過波長特性を説明するための図である。 中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。 斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。 中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。 斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。 ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。 ＢＰＦ素子－ＬＶＦとＬＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。 ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。 ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。 許容多重反射回数と第１光学フィルタ素子における傾け角との関係を説明するための図である。 シリコンセンサにおける多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。 一実施例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。 比較例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。 第２実施形態の分光装置における分光ユニットの構成を示す図である。 実施形態の分光装置におけるフィルタの他の構成を示す図である。
　以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態における分光装置の構成を示す図である。図１Ａは、分光ユニットの側面図を示し、図１Ｂは、分光ユニットの上面図を示し、図１Ｃは、分光装置の電気的な構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態における分光装置の構成を示す一部拡大図である。図２Ａおよび図２Ｃは、上面図であり、図２Ｂおよび図２Ｄは、側面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、フィルタ３内の反射の様子を示し、図２Ｃおよび図２Ｄは、フィルタ３と受光部４との間における反射の様子を示す。図３は、第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタの透過波長特性を説明するための図である。図３Ａは、各入射位置ＸＰｃにおける各透過波長特性を示し、図３Ｂは、入射位置ＸＰｃと中心波長λｃとの関係を示す。図３Ａの横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、それら各縦軸は、％単位で表す透過率であり、図３Ｂの横軸は、リニアバリアブルフィルタの入射位置ＸＰｃであり、その縦軸は、当該入射位置ＸＰｃに対応する透過波長帯域の中心波長λｃである。図４は、第１実施形態の分光装置におけるリニアバリアブルフィルタを構成する各フィルタの透過波長特性を説明するための図である。図４Ａは、バンドパスフィルタ、ショートパスフィルタおよびロングパスフィルタの各波長透過特性を示し、図４Ｂは、これらを合成した透過波長特性を示す。図４の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。
　第１実施形態における分光装置は、測定対象である被測定光のスペクトルを測定する装置であり、被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力するための分光ユニットと、前記分光ユニットから出力された各信号に基づいて前記各波長の各光の各強度（波長に対する強度分布、スペクトル）をそれぞれ求める分光演算部とを備えている。被測定光は、１または複数の波長λｋを含む。
　このような第１実施形態における分光装置Ｄは、本実施形態では、例えば、図１に示すように、分光ユニットＳＵと、制御演算部５とを備え、図１に示す例では、記憶部６と、入力部７と、出力部８と、インターフェース部（以下、「ＩＦ部」と略記する）９とをさらに備えている。
　分光ユニットＳＵは、測定対象の被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する装置であり、本実施形態では、例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、フィルタ３と、受光部４とを備え、図１Ａおよび図１Ｂに示す例では、開口部材１と、光学系２とをさらに備えている。これら開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、被測定光が伝播する順に、分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに各光軸が互いに一致するように、この順で配置されている。
　開口部材１は、分光ユニットＳＵに入射される被測定光を分光ユニットＳＵ内へ射出する開口部を持つ部材である。開口部材１は、例えば、被測定光を遮光可能な材料から形成された板状体であり、前記板状体には、所定形状（例えば円形状等）の貫通孔が前記開口部として形成されている。なお、前記開口部には、透光性を持つ材料から形成された窓部材が配設されてもよい。また例えば、開口部材１は、被測定光を導光する例えばシングルコアファイバやマルチコアファイバ等の光ファイバであり、この場合、光ファイバの一方端面が前記開口部となる。開口部材１の前記開口部から分光装置Ｄの分光ユニットＳＵ内に射出された被測定光は、発散しつつ伝播し、光学系２へ入射される。
　光学系２は、開口部材１の前記開口部から射出されて光学系２に入射された被測定光をフィルタ３へ導光するためのものである。光学系２は、例えば、本実施形態では、第１ないし第３シリンドリカルレンズ２１、２２、２３を備える。第１ないし第３シリンドリカルレンズ２１、２２、２３は、入射側から射出側へ順（被測定光が伝播する順）にこの順で配置される。第１および第２シリンドリカルレンズ２１、２２は、互いに曲面が対向するように配置され、図１Ａに示すように後述の直交方向のみで被測定光を集光するものである。第３シリンドリカルレンズ２３は、射出側に曲面が向くように配置され、図１Ｂに示すように後述の波長分散方向のみで被測定光を平行化（コリメール）するものである。光学系２に入射された被測定光は、光学系２によって前記直交方向では集光されるとともに前記波長分散方向では平行化されて射出され、フィルタ３に入射される。
　フィルタ３は、光学系２から射出されてフィルタ３に入射された被測定光を波長（波数）ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なる光学素子である。この第１方向が前記波長分散方向である。被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向は、光学系２の光軸ＡＸ方向であり、これら第１方向（波長分散方向）および第２方向（光学系２の光軸ＡＸ方向）それぞれに直交する第３方向が前記直交方向である。フィルタ３に入射された被測定光は、フィルタ３で分光（波長分離）され、フィルタ３から互いに波長λｋの異なる複数の光が射出され、これら複数の光それぞれは、受光部４に入射される。
　より具体的には、フィルタ３は、例えば、本実施形態では、リニアバリアブルフィルタ（Ｌｉｎｅａｒ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｉｌｔｅｒ、スライディングフィルタとも呼称される、以下、「ＬＶＦ」と適宜略記する）を備えて構成される。ＬＶＦは、図３Ｂに示すように、光学的なバンドパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における中心波長λｃが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する光学素子であり、入射位置ＸＰｃと透過波長特性の中心波長λｃとが略比例している。図３Ｂにおいて、例えば、入射位置ＸＰｃに入射された光は、所定の半値全幅ＦＷＨＭで中心波長λｃの波長帯の光となって入射位置ＸＰｃから射出される。したがって、ＬＶＦのフィルタ３における全体的な透過波長特性は、図３Ａに示すように、入射位置ＸＰｃに正比例で中心波長λｃの異なるバンドパスフィルタの各透過波長特性を一方向（第１方向）に連ねたものとなる。
　このようなＬＶＦは、上述したように、例えば設計や製造の都合上、１つの光学フィルタ素子で実現できず、通常、複数の光学フィルタ素子を組み合わせて構成される。例えば、バンドパスフィルタの透過波長特性を入射位置ＸＰｃごとにその中心波長λｃを異ならせて一方向に連ねたバンドパスフィルタ型のＬＶＦは、例えば、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ－ＬＶＦ）素子と、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ－ＬＶＦ）素子およびロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ－ＬＶＦ）素子のうちの少なくとも一方とを組み合わせて成る。これは、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ－ＬＶＦ）素子は、本来の透過波長帯域だけでなく、他の波長帯にも透過波長帯域を持つため、この不要な透過波長帯域を他の型のＬＶＦ素子（ＳＰＦ－ＬＶＦ素子、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子）でカットするためである。例えば、図４Ａに示す例では、単体でのバンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ－ＬＶＦ）素子は、図４Ａに実線で示すように、本来の中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけでなく、波長約４５０ｎｍを中心波長として含む波長帯域や波長約６５０ｎｍを中心波長として含む波長帯域等を透過波長帯域として持つため、これらをカットするために、図４Ａに破線で示す透過波長特性を持つショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ－ＬＶＦ）素子や、図４Ａに一点鎖線で示す透過波長特性を持つロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ－ＬＶＦ）素子等と組合せられる。フィルタ３のバンドパスフィルタ型のＬＶＦは、これらの組み合わせによって、図４Ｂに示すように、入射位置ＸＰｃに応じた中心波長λｃの透過波長帯域Ｂｃを、入射位置ＸＰｃだけに持つ透過波長特性を実現している。
　なお、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ素子は、光学的なショートパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における遮断波長λｃｏが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する単体の光学素子である。ショートパスフィルタ（ＳＰＦ）は、遮断波長λｃｏより短波長側の光を透過する。すなわち、ショートパスフィルタは、波長で規定されており、仮に周波数で規定すれば、遮断周波数ｆｃｏより高周波側の光を透過するハイパスフィルタである。ロングパスフィルタ型のＬＶＦ素子は、光学的なロングパスフィルタの透過波長特性（透過波長帯域Ｂｃ）における遮断波長λｃｏが入射位置ＸＰｃに応じて連続的に線形で変化する単体の光学素子である。ロングパスフィルタ（ＬＰＦ）は、遮断波長λｃｏより長波長側の光を透過する。すなわち、ロングパスフィルタは、波長で規定されており、仮に周波数で規定すれば、遮断周波数ｆｃｏより低周波側の光を透過するローパスフィルタである。
　また、本明細書では、フィルタ特性を持つ単体の光学素子は、「フィルタ素子」と呼称され、複数のフィルタ素子を組み合わせることによって１つのフィルタ特性を実現する光学素子は、「フィルタ」と呼称される。
　このような被測定光の入射側から射出側へ順に配置され複数の光学フィルタ素子を組み合わせて成るフィルタ３において、本実施形態では、これら複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向（波長分散方向）および被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向（光軸ＡＸ方向）それぞれに直交する第３方向（直交方向）を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されている。このように第１光学フィルタ素子は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転して傾斜配置されてもよいが、一般的にＬＶＦおよびラインセンサは、波長分散方向に長くその直交方向に短い直方体形状であり、前記第３方向を回転軸とした場合では、前記第１方向を回転軸とした場合に較べて相対的に大きな傾き角が必要となり、その構成が相対的に大型化、複雑化する。そのため、本実施形態では、第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転して傾斜配置されている。
　より具体的には、図１および図２に示すように、本実施形態では、フィルタ３は、被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を備えて成り、前記第１光学フィルタ素子３１は、バンドパスフィルタ型のＬＶＦ（ＢＰＦ－ＬＶＦ）素子であり、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子３１に隣接して配置される第２光学フィルタ素子３２に対し傾いて配置される。この第２光学フィルタ素子３２は、ショートパスフィルタ型のＬＶＦ（ＳＰＦ－ＬＶＦ）素子またはロングパスフィルタ型のＬＶＦ（ＬＰＦ－ＬＶＦ）素子である。
　前記所定の角度について、後述に詳述するが、この所定の角度は、大略、まず、第１ステップでは許容可能な多重反射回数を算出し、次に、第２ステップでは必要な傾け角を算出することで決定される。前記第１ステップでは、波長分散方向の最大入射角を用いることで多重反射回数と迷光量との関係が求められる。前記第２ステップでは、前記第１ステップで求めた許容多重反射回数以内で迷光を逃がすように、迷光を最も逃がし難い直交方向の最大入射角を用いることで必要な傾き角度が求められる。このような所定の角度において、好ましくは、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間の距離をＬ１とし、フィルタ３および受光部４間の距離をＬ２とし、フィルタ３における第３方向に沿った幅をＸ１とし、受光部４における第３方向に沿った幅をＸ２とし、第２光学フィルタ素子３２に入射する被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間における被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度θは、下記（１）および（２）の各条件式を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、前記距離Ｌ１は、いわゆる光学的距離であり、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間に、空気ではない媒質が存在（配置）している場合には、物理的な実寸長Ｌｒ１ではなく、屈折率ｎ１を考慮して空気換算した寸法（空気換算長）である。同様に、前記距離Ｌ２は、いわゆる光学的距離であり、フィルタ３および受光部４間に、空気ではない媒質が存在（配置）している場合には、物理的な実寸長Ｌｒ２ではなく、屈折率ｎ２を考慮して空気換算した寸法（空気換算長）である。空気換算は、実寸長Ｌｒを媒質の屈折率ｎで除算することで実行される（Ｌ１＝Ｌ１ｒ／ｎ１、Ｌ２＝Ｌ２ｒ／ｎ２）。
　受光部４は、フィルタ３から射出された被測定光が入射され、フィルタ３によって分光された各波長の各光を受光するための装置である。より具体的には、例えば、受光部４は、前記第１方向（波長分散方向）に沿って並設された複数の光電変換素子を備え、フィルタ３によって分光（波長分離）された前記互いに波長λｋの異なる複数の光（各波長の各光）を、前記複数の光電変換素子のそれぞれで受光する装置である。光電変換素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、受光した光強度（光パワー）に応じた大きさの電流を出力する。なお、受光部４は、電流を電圧に変換する電流電圧変換素子（例えば抵抗素子等）を備える場合には、受光した光強度に応じた大きさの電圧を出力する。受光部４は、例えば、本実施形態では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の複数の光電変換素子を一直線上に一列に並べて配置したラインセンサ（ホトダイオードアレイ、ＰＤアレイ）を備える。受光部４は、これら各光電変換素子（画素）が予め割り当てられた所定の各波長をそれぞれ受光するように、フィルタ３の配置位置に対応して配置されている。すなわち、光電変換素子と前記中心波長λｃとは、一対一の対応関係にある。受光部４に入射された各波長の各光は、受光部４の各光電変換素子で光電変換され、各光の受光強度にそれぞれ応じた大きさの各信号（電流信号または電圧信号、受光データ）が受光部４から出力され、これら各信号（受光データ）は、制御演算部５に入力される。
　そして、本実施形態では、受光部４は、その受光面（各光電変換素子の各受光面からなる面）がフィルタ３の第２光学フィルタ素子３２の射出面と平行になるように配設される。このため、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、第２光学フィルタ素子３２と同様に、受光部４の受光面に対し傾いて配置されることになる。なお、第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、受光部４の受光面に対し傾いて配置されてよい。
　制御演算部５は、受光部４に接続され、被測定光のスペクトルを求めるべく、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、受光部４によって得られた各信号（受光データ）に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度（スペクトル）をそれぞれ求めるものである。制御演算部５は、例えば、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御演算部５には、プログラムを実行することによって、図１Ｃに示すように、機能的に、制御部５１と、分光演算部５２とが構成される。制御部５１は、被測定光のスペクトルを求めるために、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する。分光演算部５２は、受光部４によって得られた各信号（受光データ）に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度（スペクトル）をそれぞれ求めるものである。
　記憶部６は、制御演算部５に接続され、分光装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、受光部４によって得られた各信号に基づいて、被測定光に含まれる各波長の各光の各強度をそれぞれ求める分光プログラム等の各種プログラム、および、これらプログラムの実行に必要なデータや、これらプログラムの実行中に生成されたデータや、受光部４によって得られた各信号（受光データ）等の各種データを記憶するものである。記憶部６は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性記憶素子、制御演算部５におけるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）のいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成される。なお、記憶部６は、受光部４から出力される受光データ等を記憶するために、例えばハードディスク等の比較的大容量の記憶装置を備えてもよい。
　入力部７は、制御演算部５に接続され、例えば、被測定光の測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定光（試料）における識別子の入力等のスペクトルを測定する上で必要な各種データを分光装置Ｄに入力する機器であり、例えば、キーボードやマウス等である。出力部８は、入力部７から入力されたコマンドやデータ、および、分光装置Ｄによって測定された被測定光のスペクトルを出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
　なお、入力部７および出力部８からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部７は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部８は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として分光装置Ｄに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い分光装置Ｄが提供される。
　ＩＦ部９は、制御演算部５に接続され、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｄａｔａ　Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。
　このような分光装置Ｄでは、測定対象の被測定光は、開口部材１の開口部から分光装置Ｄ内に入射され、光学系２に入射される。この光学系２に入射された被測定光は、光学系２によって直交方向（第３方向）で集光されつつ波長分散方向（第１方向）でコリメート（平行化）されて平行光となり、フィルタ３に入射される。そして、光学系２からフィルタ３に入射された被測定光は、その入射位置Ｘｎに応じて分光され、互いに異なる波長を持つ複数の光となって、受光部４に入射される。受光部４に入射された各光は、その複数の光電変換素子のそれぞれで受光され、光電変換される。これによって受光部４に入射された各光は、その光強度に応じた各電気信号となって受光部４から出力される。受光部４から出力された各信号（受光データ）は、制御演算部５に入力され、記憶部６に記憶される。制御演算部５は、記憶部６に記憶された各信号データ（受光データ）を、例えば公知の常套手段によって信号処理し、被測定光のスペクトルを求める。そして、制御演算部５は、この求めた被測定光のスペクトルを必要に応じて記憶部６に記憶したり、また、この求めた被測定光のスペクトルを必要に応じて出力部８やＩＦ部９に出力したりする。
　次に、このような分光ユニットＳＵおよびこれを用いた分光装置Ｄにおける前記所定の角度について以下に詳述する。
　＜フィルタ内多重反射；ＢＰＦ－ＬＶＦ素子／ＬＰＦ－ＬＶＦ素子間の多重反射＞
　まず、フィルタ３がＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子とを備える場合、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子との間における多重反射について説明する。
　図５は、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。図５の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。図６は、斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。図６Ａは、多重反射の様子を説明するための図であり、図６Ｂないし図６Ｇは、図６Ａに示すＬＶＦ上の各入射位置ＸＰ１～ＸＰ６における透過波長特性を示す図である。
　ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子とから成るＬＶＦにおいて、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１では、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子は、図５に示すように、この中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけなく、中心波長約４５０ｎｍの透過波長帯域を持ち、ＬＶＦでは、この中心波長約４５０ｎｍの透過波長帯域（不要な透過光）は、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子によってカットされている。
　ＬＶＦに被測定光が入射すると、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１では、まず、被測定光のうちの波長５３５ｎｍの光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子およびＬＰＦ－ＬＶＦ素子を順に透過し、中心波長５３５ｎｍの光を受光するように割り当てられている受光部４の光電変換素子に受光される。
　一方、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子を透過するが、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子を透過できずに反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。ここで、被測定光の入射角が０である場合には、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１に入射し、図６Ｂに示す透過波長特性によって反射する。ＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１で反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１に帰るので、そのままＢＰＦ－ＬＶＦ素子を透過し、多重反射しない。ところが、図６Ａに示すように、斜め入射の場合には、被測定光のうちの波長約４５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１の短波長側となるＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ２に入射し、図６Ｃに示す透過波長特性によって反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。ＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ２で反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、短波長側にシフトした入射位置ＸＰ３に入射する。この入射位置ＸＰ３では、ＬＶＦであるため、透過波長帯域は、図６Ｄに示すように、入射位置ＸＰ３に対応する中心波長約５１８ｎｍの透過波長帯域であり、波長約４５０ｎｍの反射光は、再び反射され、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。入射位置ＸＰ３で反射された波長約４５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ３の短波長側となるＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ４に入射し、図６Ｅに示す透過波長特性によって再び反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。このように斜め入射した波長約４５０ｎｍの光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子との間を多重反射し、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子との間を短波長側へ伝播する。短波長側へ伝播すると、ＬＶＦであるため、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子の遮断波長もシフトし、ＬＰＦ－ＬＶＦ素子は、やがて入射位置ＸＰ６で図６Ｇに示すように波長約４５０ｎｍの光を透過する。この結果、この多重反射した波長約４５０ｎｍの反射光は、入射位置ＸＰ６に対応する受光部４の光電変換素子によって受光されることになる。したがって、入射位置ＸＰ６に対応する受光部４の光電変換素子は、受光するように割り当てられた本体受光すべき波長の光ではない波長の光も受光することになり、この光電変換素子の出力に誤差が含まれることになる。
　＜フィルタ内多重反射；ＢＰＦ－ＬＶＦ素子／ＳＰＦ－ＬＶＦ素子間の多重反射＞
　次に、フィルタ３がＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とを備える場合、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子との間における多重反射について説明する。
　図７は、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置におけるＬＶＦの透過波長特性を示す図である。図５の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、その縦軸は、％単位で表す透過率である。図８は、斜め入射光の多重反射と、受光素子が本来受光すべき波長ではない波長の光の受光との関係を説明するための図である。図８Ａは、多重反射の様子を説明するための図であり、図８Ｂないし図８Ｇは、図８Ａに示すＬＶＦ上の各入射位置ＸＰ１１～ＸＰ１６における透過波長特性を示す図である。
　ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とから成るＬＶＦにおいて、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１１では、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子は、図７に示すように、この中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域だけなく、中心波長約６５０ｎｍの透過波長帯域を持ち、ＬＶＦでは、この中心波長約６５０ｎｍの透過波長帯域（不要な透過光）は、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子によってカットされている。
　ＬＶＦに被測定光が入射すると、中心波長５３５ｎｍの透過波長帯域に対応する入射位置ＸＰ１１では、まず、被測定光のうちの波長５３５ｎｍの光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子およびＳＰＦ－ＬＶＦ素子を順に透過し、中心波長５３５ｎｍの光を受光するように割り当てられている受光部４の光電変換素子に受光される。
　一方、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子を透過するが、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子を透過できずに反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。ここで、被測定光の入射角が０である場合には、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１に入射し、図８Ｂに示す透過波長特性によって反射する。ＬＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１で反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１１に帰るので、そのままＢＰＦ－ＬＶＦ素子を透過し、上述と同様に、多重反射しない。ところが、図８Ａに示すように、斜め入射の場合には、被測定光のうちの波長約６５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１１の長波長側となるＳＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１２に入射し、図８Ｃに示す透過波長特性によって反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。ＳＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１２で反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、長波長側にシフトした入射位置ＸＰ１３に入射する。この入射位置ＸＰ１３では、ＬＶＦであるため、透過波長帯域は、図８Ｄに示すように、入射位置ＸＰ１３に対応する中心波長約５５０ｎｍの透過波長帯域であり、波長約６５０ｎｍの反射光は、再び反射され、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。入射位置ＸＰ１３で反射された波長約６５０ｎｍの光は、入射位置ＸＰ１３の長波長側となるＳＰＦ－ＬＶＦ素子の入射位置ＸＰ１４に入射し、図８Ｅに示す透過波長特性によって再び反射され、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子へ向かう。このように斜め入射した波長約６５０ｎｍの光は、上述と同様に、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子との間を多重反射し、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子との間を長波長側へ伝播する。長波長側へ伝播すると、ＬＶＦであるため、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子の遮断波長もシフトし、ＳＰＦ－ＬＶＦ素子は、やがて入射位置ＸＰ１６で図８Ｇに示すように波長約６５０ｎｍの光を透過する。この結果、この多重反射した波長約６５０ｎｍの反射光は、入射位置ＸＰ１６に対応する受光部４の光電変換素子によって受光されることになる。したがって、入射位置ＸＰ１６に対応する受光部４の光電変換素子は、受光するように割り当てられた本体受光すべき波長の光ではない波長の光も受光することになり、この光電変換素子の出力に誤差が含まれることになる。
　＜フィルタ内多重反射対策と前記所定の角度＞
　このような多重反射を低減するために、例えば、焦点距離の長いコリメータレンズを用いることによってフィルタ３に入射される被測定光のコリメート性を高め、多重反射の原因となる斜入射光を低減する方法が考えられる。しかしながら、フィルタ寸法を一定とした場合、焦点距離を長くするほど光学系における波長分散方向の開口角が小さくなるため、分光ユニットＳＵや分光装置Ｄへの入射光量が低下し、その結果、測定のＳＮが低下してしまう。また焦点距離を長くすると、分光ユニットＳＵや分光装置Ｄが大型化してしまう。入射開口のサイズが大きい場合、または、複数の入射開口を持つ場合に、この影響は、さらに顕著になる。
　このため、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、上述したように、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転し、第２光学フィルタ素子３２に対し傾いて配置されている。そして、本実施形態では、フィルタ３の第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転し、受光部４の受光面に対しても傾いて配置されている。この前記所定の角度は、次のように設定されることが好ましい。以下では、前記回転軸が前記第１方向である場合を例に挙げて説明するが、前記回転軸が第３方向である場合も、同様の考え方で計算可能である。
　まず、多重反射によって本来受光すべき波長の光ではない波長の光（迷光）も受光する上述のプロセスから、まず、多重反射回数と迷光光量との関係が数値実験（シミュレーション）された。なお、多重反射回数は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子からＬＰＦ－ＬＶＦ素子（またはＳＰＦ－ＬＶＦ素子）で反射して再びＢＰＦ－ＬＶＦ素子に戻る１往復で１回とする。したがって、多重反射回数０は、フィルタ３内で反射することなくフィルタ３をそのまま透過することを意味する。
　図９は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。図１０は、ＢＰＦ素子－ＬＶＦとＬＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図１１は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数別の迷光波長と迷光光量との関係を示す図である。図１２は、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図９および図１１の横軸は、ｎｍ単位で表す迷光の波長であり、それらの縦軸は、％単位で表す光量である。図１０および図１２の横軸は、多重反射回数であり、それらの縦軸は、％単位で表す光量である。図１３は、許容多重反射回数と第１光学フィルタ素子における傾け角との関係を説明するための図である。図１３Ａは、許容多重反射回数１回の場合を示し、図１３Ｂは、許容多重反射回数２回の場合を示す。
　上述した図５に示す透過波長特性を持つＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＬＰＦ－ＬＶＦ素子との間の距離（空気換算長）Ｌ１を１．５ｍｍとし、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子におけるリニアリティを２０ｎｍ／ｍｍとし、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子における波長分散方向の最大入射角を１５度とする場合、多重反射回数別に、迷光波長と迷光光量との関係が上述の多重反射のプロセスに基づいて数値計算された。その結果が図９および図１０に示されている。図１０を見ると分かるように、０～２回の多重反射では、迷光光量は、僅かであり、３回以上の多重反射では、迷光光量が比較的多く、３回以上の多重反射を低減することが好ましい。図９および図１０は、入射角１５度の数値計算結果であるが、入射角が０に近づくほど、上述の多重反射のプロセスから多重反射回数は、増加する。
　上述した図７に示す透過波長特性を持つＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子とからなるＬＶＦにおいて、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子とＳＰＦ－ＬＶＦ素子との間の距離（空気換算長）Ｌ１を１．５ｍｍとし、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子におけるリニアリティを２０ｎｍ／ｍｍとし、ＢＰＦ－ＬＶＦ素子における波長分散方向の最大入射角を１５度とする場合、多重反射回数別に、迷光波長と迷光光量との関係が上述の多重反射のプロセスに基づいて数値計算された。その結果が図１１および図１２に示されている。図１２を見ると分かるように、０～３回の多重反射では、迷光光量は、僅かであり、４回以上の多重反射では、迷光光量が比較的多く、４回以上の多重反射を低減することが好ましい。図１１および図１２は、入射角１５度の数値計算結果であるが、入射角が０に近づくほど、上述の多重反射のプロセスから多重反射回数は、増加する。
　したがって、この例の場合、被測定光がフィルタ３に入射する入射角が１５度である場合、多重反射回数が３回の往復回数未満となる角度で第１光学フィルタ素子（ＢＰＦ－ＬＶＦ素子）が傾いて配置されれば、迷光を低減できる。
　一方、ＬＶＦを構成する各ＬＶＦ素子の透過波長特性にも依存するが、多重反射回数は、入射角、言い換えれば、第１光学フィルタ素子３１における前記所定の角度（傾け角）θに依存する。したがって、逆に、第１光学フィルタ素子３１における前記所定の角度θは、許容される多重反射回数に依存することになる。
　例えば、図１３Ａに示すように、１回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ１は、式（１ａ）となり、図１３Ｂに示すように、２回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ２は、式（１ｂ）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また例えば、３回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ３は、式（１ｃ）となり、４回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ４は、式（１ｄ）となり、そして、５回の多重反射で迷光を排除したい場合には、前記所定の角度θ５は、式（１ｅ）となる。一般に、Ｎ回の多重反射で迷光を排除したい場合には、上述した式（１）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　これら各式（１）、（１ａ）～（１ｅ）から分かるように、許容される多重反射回数が多いほど、前記所定の角度（傾け角）θは、小さくなる。しかしながら、上述した図９ないし図１２から分かるように、許容される多重反射回数が多いほど、迷光光量は、多くなる。したがって、分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄの仕様（例えば測定精度等）によって許容される迷光光量に応じて、許容可能な多重反射回数が決定され、この許容可能な多重反射回数に応じて、前記式（１）に基づいて、前記所定の角度θが設計されることになる。
　一例を挙げると、図５に示す透過波長特性を持つＢＰＦ－ＬＶＦ素子およびＬＰＦ－ＬＶＦ素子から成るＬＶＦが用いられ、距離Ｌ１＝１．５ｍｍ、距離Ｌ２＝４．３ｍｍ、幅Ｘ１＝３．０ｍｍ、幅Ｘ２＝２．０ｍｍ、直交方向の最大入射角φ＝１５度の場合、除去したい多重反射回数（回）、必要な傾け角（前記所定の角度）θ（度）および達成可能な迷光光量（％）が表１に示されている。また他の一例を挙げると、図７に示す透過波長特性を持つＢＰＦ－ＬＶＦ素子およびＳＰＦ－ＬＶＦ素子から成るＬＶＦが用いられ、距離Ｌ１＝１．５ｍｍ、距離Ｌ２＝４．３ｍｍ、幅Ｘ１＝３．０ｍｍ、幅Ｘ２＝２．０ｍｍ、直交方向の最大入射角φ＝１５度の場合、除去したい多重反射回数（回）、必要な傾け角（前記所定の角度）θ（度）および達成可能な迷光光量（％）が表２に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　＜フィルタ３と受光部４との間における多重反射、その対策および前記所定の角度＞
　図１４は、シリコンセンサにおける多重反射回数と迷光光量との関係を示す図である。図１４の横軸は、多重反射回数であり、その縦軸は、％単位で表す迷光光量である。
　一方、フィルタ３と受光部４との間では、受光部４の受光面での反射率は、入射位置に依らずに略一律であるため、反射回数が増加すると、反射光の強度は、低下する。一例を挙げれば、受光部４がシリコンセンサである場合、その受光面での反射率は、約３３％であるため、多重反射回数と迷光光量との関係は、図１４に示す関係であり、多重反射回数の増加に従って迷光光量は、低下して行く。したがって、フィルタ３と受光部４との間では、１回以上の多重反射を除去することが好ましく、このため、前記所定の角度θは、上述の式２の条件式を満たす。なお、この場合、多重反射回数は、フィルタ３から受光部４で反射して再びフィルタ３に戻る１往復で１回とする。
　したがって、以上説明したように、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、第１光学フィルタ素子３１は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度θだけ回転することで、これに隣接する前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。図１に示す例では、第１光学フィルタ素子３１は、前記第１方向を回転軸として傾斜配置されている。このため、第１光学フィルタ素子３１から受光部４までの処で反射する被測定光は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、これら第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間から逃げることができ、これら第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間における被測定光の多重反射が低減される。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。この結果、分光ユニットＳＵは、分光精度を向上でき、分光装置Ｄは、測定精度を向上できる。
　本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄでは、第１光学フィルタ素子３１は、第２光学フィルタ素子３２だけでなく受光部４の受光面に対しても傾いて配置される。このため、これらフィルタ３と受光部４との間で反射する被測定光は、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、これらフィルタ３と受光部４との間から逃げることができ、上述の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２間の多重反射だけでなく、フィルタ３と受光部４との間における多重反射も低減される。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光をより低減できる。この結果、分光ユニットＳＵは、分光精度をより向上でき、分光装置Ｄは、測定精度をより向上できる。
　本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、フィルタ３を構成する複数の光学フィルタ素子のうち、支配的に多重反射を生じさせるＢＰＦ－ＬＶＦ素子の第１光学フィルタ素子３１を傾けて配置するので、効果的に前記多重反射を低減できる。したがって、本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
　本実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄは、上述の各条件式（１）および（２）に基づいて、除去したい多重反射に応じた角度θで第１光学フィルタ素子３１を傾けて配置できるので、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を設計に応じて低減できる。
　次に、実施例および比較例の各測定結果について説明する。
　（実施例および比較例）
　図１５は、一実施例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。図１６は、比較例の分光装置によって測定された実測結果を示す図である。図１５および図１６の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、これらの各縦軸は、％単位で表す相対感度である。
　一実施例および比較例にかかる分光装置は、フィルタ３として約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において中心波長λｃが入射位置ＸＰｃに線形に変化するＬＶＦと、受光部４として１７ｃｈのラインセンサとを用いた。そして、比較例の分光装置は、前記所定の角度θが０度であり（θ＝０度）、第１光学フィルタ素子３１が他の光学フィルタ素子や受光部４の受光面に対し傾斜配置されていない。これに対し、一実施例の分光装置は、前記所定の角度が１５度であり（θ＝１５度）、第１光学フィルタ素子３１が他の光学フィルタ素子や受光部４の受光面に対し傾斜配置されている。
　この比較例の分光装置では、図１６を見ると分かるように、その相対分光感度に、図中、矢印で示すように、本来のピーク波長とは異なる波長帯域にピークが生じている。これに対し、一実施例の分光装置では、図１５を見ると分かるように、その相対分光感度から、上述の図１６に矢印で示すピークは、消失しており、この一実施例の分光装置は、比較例の分光装置に較べ、そのバンドパスフィルタ特性が改善している。
　次に、別の実施形態について説明する。
　（第２実施形態）
　図１７は、第２実施形態の分光装置における分光ユニットの構成を示す図である。図１７Ａは、分光ユニットの側面図を示し、図１７Ｂは、分光ユニットの上面図を示す。
　第１実施形態の分光装置Ｄにおける分光ユニットＳＵでは、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置されたが、第２実施形態の分光装置Ｄ’における分光ユニットＳＵ’では、図１７に示すように、開口部材１の前記開口部、フィルタ３および受光部４は、光学系２の光軸ＬＸ外であって、フィルタ３の入射光の主光線ＰＢがフィルタ３の略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。すなわち、図１Ｂと図１７Ｂとを対比すると分かるように、直交方向から見た平面視（上面図）では、第１および第２実施形態共に、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置される。そして、図１Ａと図１７Ａとを対比すると分かるように、波長分散方向から見た側面視（側面図）では、第１実施形態の場合、開口部材１の光軸、光学系２の光軸、フィルタ３の光軸および受光部４の光軸の各光軸が分光ユニットＳＵの光軸ＡＸに互いに一致するように、開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、この順で配置される一方、第２実施形態の場合、開口部材１は、光学系２の光軸ＬＸの一方側（図１７Ａでは下側）に配置され、フィルタ３および受光部４は、光学系２の光軸ＬＸの他方側（図１７Ａでは上側）に配置され、そして、開口部材１、フィルタ３および受光部４は、フィルタ３の入射光の主光線ＰＢがフィルタ３の略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。第２実施形態における分光ユニットＳＵ’および分光装置Ｄ’における開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４は、その配置関係が上述のように第１実施形態の配置関係と異なるだけで、それぞれ、第１実施形態における分光ユニットＳＵおよび分光装置Ｄにおける開口部材１、光学系２、フィルタ３および受光部４と同様であるので、その説明を省略する。
　第１光学フィルタ素子３１は、前記所定の角度θで傾斜配置されることで、入射位置ＸＰｃと透過波長帯域Ｂｃとの関係を示すフィルタ特性が短波長側に若干シフトし、この結果、受光部４から出力される各信号に若干影響を与えるが、このような第２実施形態における分光ユニットＳＵ’および分光装置Ｄ’は、開口部材１の前記開口部、フィルタ３および受光部４を上記のように配置することで、前記シフトが受光部４から出力される各信号に与える前記影響を低減できる。したがって、第２実施形態の分光ユニットＳＵ’は、分光精度をより向上でき、第２実施形態の分光装置Ｄ’は、測定精度をより向上できる。
　図１８は、実施形態の分光装置におけるフィルタの他の構成を示す図である。なお、上述の第１および第２実施形態における分光ユニットＳＵ、ＳＵ’および分光装置Ｄ、Ｄ’は、個別部品の第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を備えて構成されたフィルタ３を用いたが、このフィルタ３に代え、図１８に示すように、前記所定の角度θで傾斜した互いに対向する一対の第１および第２表面を持つ透光性の板状部材３３における前記第１および第２面に、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２と同様のフィルタ特性を持つ第１および第２光学フィルタ層（膜）３１’、３２’それぞれを形成したフィルタ３’を用いてもよい。したがって、この板状部材３３は、第１光学フィルタ層３１’を形成した一方面が第２光学フィルタ層３２’を形成した他方面に対し前記所定の角度θだけ傾くように、形成されている。そして、第１および第２光学フィルタ層（膜）３１’、３２’は、それぞれ、例えば蒸着法によって形成される。この構成によれば、第１および第２光学フィルタ素子３１、３２を個別で構成する場合に較べて、より高精度に、より簡易に、第１光学フィルタ層３１’を傾けて配置できる。
　本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
　一態様にかかる分光ユニットは、測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部とを備え、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。
　このような分光ユニットでは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３方向または前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、これに隣接する前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置される。このため、これら第１および第２光学フィルタ素子間で反射する被測定光は、フィルタおよび受光部間から逃げることができ、これら第１および第２光学フィルタ素子間における被測定光の多重反射が低減される。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。なお、前記傾斜配置の際に、小型化の観点から、前記第１光学フィルタ素子は、前記第１方向を回転軸とすることが好ましい。
　他の一態様では、上述の分光ユニットにおいて、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される前記第２光学フィルタ素子および前記受光部の受光面それぞれに対し傾いて配置される。好ましくは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第３または第２方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで前記第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されることによって、前記第１光学フィルタ素子は、前記受光部の受光面に対しても傾いて配置される。
　このような分光ユニットは、前記第１光学フィルタ素子は、前記第２光学フィルタ素子だけでなく前記受光部の受光面に対しても傾いて配置されるので、前記第１および第２光学フィルタ素子間の多重反射だけでなく、前記フィルタと前記受光部間の多重反射も低減される。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光をより低減できる。
　他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記第１光学フィルタ素子は、バンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子である。
　このような分光ユニットは、前記フィルタを構成する光学フィルタ素子のうち、支配的に多重反射を生じさせるバンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子を傾けて配置するので、効果的に前記多重反射を低減できる。したがって、このような分光ユニットは、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。
　他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、前記第１および第２光学フィルタ素子間の距離（空気換算長）をＬ１とし、前記フィルタおよび前記受光部間の距離（空気換算長）をＬ２とし、前記フィルタにおける前記第３方向に沿った幅をＸ１とし、前記受光部における前記第３方向に沿った幅をＸ２とし、前記第２光学フィルタ素子に入射する前記被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、前記第１および第２光学フィルタ素子間における前記被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度は、上述の各条件式（１）および（２）を満たす。
　このような分光ユニットは、除去したい多重反射に応じた角度で第１光学フィルタ素子を傾けて配置できるので、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を設計に応じて低減できる。
　他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記被測定光を射出する開口部を持つ開口部材と、前記開口部材の前記開口部から射出された前記被測定光を前記フィルタへ導光する光学系とをさらに備え、前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部は、前記光学系の光軸外であって、前記フィルタの入射光の主光線が前記フィルタの略法線方向から入射するように、それぞれ配置される。
　第１光学フィルタ素子は、傾いて配置されることで、入射位置と透過波長帯域との関係を示すフィルタ特性が短波長側に若干シフトし、この結果、前記受光部から出力される各信号に若干影響を与えるが、このような分光ユニットは、前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部を上記のように配置することで、前記シフトが前記受光部から出力される各信号に与える影響を低減できる。
　他の一態様では、これら上述の分光ユニットにおいて、前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、前記第１および第２光学フィルタ素子それぞれは、前記所定の角度で傾斜した互いに対向する一対の第１および第２面を持つ透光性の板状部材における前記第１および第２面にそれぞれ形成されている。
　このような分光ユニットは、第１および第２光学フィルタ素子を個別で構成する場合に較べて、より高精度に、より簡易に、第１光学フィルタ素子を傾けて配置できる。
　他の一態様にかかる分光装置は、測定対象である被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットと、前記受光部から出力された各信号に基づいて前記被測定光のスペクトルを求める演算部とを備え、前記分光ユニットは、これら上述のいずれかの分光ユニットである。
　このような分光装置は、前記分光ユニットの受光部において、本来受光すべき波長の光ではない波長の光の受光を低減できる。したがって、このような分光装置は、測定精度も向上できる。
　この出願は、２０１３年１２月１３日に出願された日本国特許出願特願２０１３－２５７７９８を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　本発明によれば、被測定光を波長（波数）ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットおよびこの分光ユニットを用いた分光装置を提供できる。

Claims (7)

  1. 　測定対象の被測定光を波長ごとに分光するための、所定の一方向である第１方向に沿った入射位置に応じて透過波長の異なるフィルタと、
    　前記フィルタによって分光された各波長の各光を受光し、前記各光の受光強度に応じた各信号を出力するための受光部とを備え、
    　前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された複数の光学フィルタ素子を備え、
    　前記複数の光学フィルタ素子のうちの１つの第１光学フィルタ素子は、前記第１方向および前記被測定光の入射側から射出側へ向かう第２方向それぞれに直交する第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される第２光学フィルタ素子に対し傾いて配置されていること
    　を特徴とする分光ユニット。
  2. 　前記第１光学フィルタ素子は、前記第３方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、または、前記第１方向を回転軸として所定の角度だけ回転することで、当該第１光学フィルタ素子に隣接して配置される前記第２光学フィルタ素子および前記受光部の受光面それぞれに対し傾いて配置されていること
    　を特徴とする請求項１に記載の分光ユニット。
  3. 　前記第１光学フィルタ素子は、バンドパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタ素子であること
    　を特徴とする請求項１または請求項２に記載の分光ユニット。
  4. 　前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、
    　前記第１および第２光学フィルタ素子間の距離（空気換算長）をＬ１とし、前記フィルタおよび前記受光部間の距離（空気換算長）をＬ２とし、前記フィルタにおける前記第３方向に沿った幅をＸ１とし、前記受光部における前記第３方向に沿った幅をＸ２とし、前記第２光学フィルタ素子に入射する前記被測定光の直交方向の最大入射角をφとし、前記所定の角度をθとし、前記第１および第２光学フィルタ素子間における前記被測定光のＮ回往復回数以上の多重反射を除去する場合に、前記所定の角度は、下記（１）および（２）の各条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の分光ユニット。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  5. 　前記被測定光を射出する開口部を持つ開口部材と、
    　前記開口部材の前記開口部から射出された前記被測定光を前記フィルタへ導光する光学系とをさらに備え、
    　前記開口部、前記フィルタおよび前記受光部は、前記光学系の光軸外であって、前記フィルタの入射光の主光線が前記フィルタの略法線方向から入射するように、それぞれ配置されること
    　を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分光ユニット。
  6. 　前記フィルタは、前記被測定光の入射側から射出側へ順に配置された２個の第１および第２光学フィルタ素子を備えて成り、
    　前記第１および第２光学フィルタ素子それぞれは、前記所定の角度で傾斜した互いに対向する一対の第１および第２面を持つ透光性の板状部材における前記第１および第２面にそれぞれ形成されていること
    　を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の分光ユニット。
  7. 　測定対象である被測定光を波長ごとに分光して各波長の各光の受光強度に応じた各信号を出力する分光ユニットと、
    　前記分光ユニットから出力された各信号に基づいて前記被測定光のスペクトルを求める演算部とを備え、
    　前記分光ユニットは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の分光ユニットであること
    　を特徴とする分光装置。
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