CN108604017A - 二向色镜阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种排列多个二向色镜而成的二向色镜阵列，通过在各二向色镜的宽度、厚度、材质、倾斜度、间隔、阶差之间满足预定的关系，能够在将二向色镜阵列小型化并缩小光路长度的同时，实现开口宽度的扩大。

Description

二向色镜阵列
技术领域
本发明涉及对单个或多个光束通过分割成具有分别不同的波长的光束而进行分光的装置，或者将具有多个不同的波长的光束聚合成单个光束的装置。
背景技术
二向色镜阵列(以后，简称为二向色镜阵列)是将具有不同的分光特性(透射光及反射光相对于入射光的波长依赖性)的多个二向色镜(以后，简称为二向色镜)在同一方向上相互平行地排列成等间隔的装置。射入二向色镜阵列的光束在各二向色镜按照排列顺序反复进行反射和透射，由此被分割成具有不同的波段的多个光束，通过对它们进行检测而进行分光检测。或者，射入各二向色镜的具有不同的波段的多个光束在各二向色镜反复进行反射和透射，由此整合成聚合了不同的波段的单个光束。
专利文献1中公开了一种使用了二向色镜阵列的分光装置。具有不同的分光特性的多个二向色镜在同一方向上相互平行地排列成等间隔，沿排列方向射入的入射光在各二向色镜反复进行反射和透射，从而被分割成沿与排列方向垂直的方向射出的具有不同的波段的多个射出光。这些射出光垂直射入多个传感器沿上述方向排列而成的传感器阵列的各个传感器而被检测。构成二向色镜阵列的各二向色镜是形成于玻璃等透明材料的内部的电介质多层膜。或者，构成二向色镜阵列的各二向色镜为板状，且配置于大气中。
专利文献2中公开了一种使用了与专利文献1不同的种类的二向色镜阵列的分光装置。具有不同的分光特性的多个二向色镜在同一方向上相互平行且等间隔地排列于大气中。另外，全反射镜阵列在上述方向上相互平行地排列成等间隔。各全反射镜配置为，供各二向色镜的反射光射入，且其反射光射入相邻的二向色镜。沿着上述方向射入的入射光垂直地被折弯后，在各二向色镜及各全反射镜反复进行反射和透射，从而被分割成沿与上述方向垂直的方向且向与全反射镜阵列相反的一侧射出的具有不同的波段的多个射出光。这些射出光垂直地射入多个传感器沿上述方向排列而成的传感器阵列的各个传感器而被检测。专利文献1中入射光向各二向色镜的入射角度以45°为基准，与之相对，专利文献2中能够将入射角度设为低于45°，由此，具有能够提高各二向色镜的分光特性的优点。
专利文献3中公开了一种使用了二向色镜阵列的波分复用装置。具有不同的分光特性的多个二向色镜在同一方向上相互平行地排列成等间隔，入射到各二向色镜的不同的波长的多个激光束在各二向色镜反复进行反射和透射，从而被整合成沿上述方向射出的具有不同的多个波长的单个激光束。在此，各二向色镜在与上述方向垂直的方向上设置阶差地配置，但对其说明、及其量没有进行公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-242117号公报
专利文献2：日本专利4109174号
专利文献3：US2002/0154317A1
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1～3中，入射光为平行光或大致平行光。但是，作为现实问题，入射光大多不能被视为平行光。在该情况下，入射光作为光束处理，需要考虑光束的直径(与光束的光轴垂直的截面的宽度)如何变化。这是因为，二向色镜阵列由其构造决定表示能够接受的光束的直径的上限的开口宽度。例如，若光束的直径随着光路长度而增大，则有时直径超过开口宽度，光束的一部分由于二向色镜阵列的构造而变淡，也就是光束的一部分损失而不能被检测。因此，二向色镜阵列优选为具有尽可能短的光路长度且尽可能大的开口宽度的构造。在此，二向色镜阵列的光路长度定义为通过二向色镜阵列生成的多个分割光内的具有最长的光路长度的分割光的光路长度。或者，二向色镜阵列的光路长度定义为通过二向色镜阵列整合的多个入射光内的具有最长的光路长度的入射光的光路长度。而且，为了缩短二向色镜阵列的光路长度，需要将二向色镜阵列小型化，即缩小各二向色镜的大小和间隔。另一方面，将二向色镜阵列小型化能够缩小装置大小，而且，由此也可降低制造成本。例如，能够缩小各二向色镜的大小，因此，能够降低各二向色镜的单价。
但是，本发明人了解到如下课题：当进行二向色镜阵列的小型化时，其开口宽度急剧地减小。也就是，可知，二向色镜阵列的光路长度的缩短和开口宽度的增大处于协调的关系，难以兼顾两者。在以专利文献1～3为代表的现有的二向色镜阵列中，该课题未被认识到，也也未被考虑。另外，目前为止，也没有探讨过对于严格意义上不是平行光的任意的光束，什么样的二向色镜阵列的构造能够不会使光束的一部分损失地进行检测。
用于解决课题的方案
首先，对当进行二向色镜阵列的小型化时，其开口宽度急剧减小的原因进行了考察。其结果，明确了以下两个原因。一个是不能忽视各二向色镜的厚度相对于各二向色镜的入射面内的宽度的比率，具体而言，不能忽视光束在各二向色镜的内部的折射量、即光束在透射各二向色镜前后的光轴的偏差(与二向色镜阵列的排列方向垂直的方向的偏差)相对于各二向色镜的与排列方向垂直的方向的宽度(各二向色镜的入射光面内的宽度)的比率。另一个是不能忽视各二向色镜的厚度相对于各二向色镜的排列方向的间隔的比率，具体而言，不能忽视上述的光束的在第n-1个二向色镜变淡的部分的宽度相对于在第n个二向色镜反射的光束的宽度的比率。这两个均对应于不能将各二向色镜的厚度视为零。
因此，本发明中，为了避免或降低上述的各二向色镜的厚度相对于各二向色镜的宽度及间隔的比率增大的影响，将二向色镜阵列的构造最佳化。具体的一个方案中，在各二向色镜的配置中，在与二向色镜阵列的排列方向垂直的方向上设置阶差，将该阶差的量根据各二向色镜的宽度及厚度而最佳化。另外，在其它方案中，在各二向色镜的配置中，将各二向色镜的间隔根据各二向色镜的宽度及厚度而最佳化。也就是，通过使二向色镜阵列中的阶差及间隔与各二向色镜的宽度及厚度满足预定的关系，从而能够避免或降低上述的影响，将二向色镜阵列小型化，并且兼顾光路长度的缩短和开口宽度的增大。
发明效果
根据本发明，能够将二向色镜阵列小型化，并且能够兼顾光路长度的缩短和开口宽度的增大。因此，能够将装置大小小型化且低成本化，而且可进行各种种类的光束的分光检测及各种种类的光束的整合。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明来揭示。
附图说明
图1是表示缩小光路长度且扩大开口宽度的最佳模式的二向色镜阵列的结构的图。
图2是表示二向色镜阵列的光路长度成为Lmax以下且开口直径成为Wmin以上的二向色镜的厚度β与二向色镜阵列的间隔x的关系的图。
图3是表示在将平行地射入二向色镜阵列的光束在垂直方向上分割的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。
图4是表示在将垂直地射入二向色镜阵列的光束在该方向上分割的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。
图5是表示在将垂直地射入二向色镜阵列的光束在该方向上分割的进行了小型化的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。
图6是表在将示垂直地射入二向色镜阵列的光束在该方向上分割的进行了小型化且阶差配置的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。
图7是表示二向色镜阵列的间隔x与开口宽度W及光路长度变化ΔL的关系的图。
图8是表示二向色镜阵列的阶差y及z与开口宽度W的关系的图。
图9是表示在将垂直地射入二向色镜阵列的光束在该方向上分割，且将二向色镜相对于该方向倾斜超过45°的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。
图10是表示二向色镜的倾斜度θ0与二向色镜阵列的开口宽度W的关系的图。
图11是定义将来自发光点的光汇聚而成的光束的光路长度与最大直径的关系的图。
图12是光束的光路长度与最大直径的关系的例子，是表示可对应的二向色镜阵列的图。
图13是光束的光路长度与最大直径的关系的例子，是表示可对应的二向色镜阵列的图。
图14是光束的光路长度与最大直径的关系的例子，是表示可对应的二向色镜阵列的图。
图15是表示光束的分割数与可对应的二向色镜阵列的关系的图。
图16是光束的光路长度与最大直径的关系的例子，是表示可对应的二向色镜阵列的图。
图17是发光检测装置的示意图，该发光检测装置将来自发光点阵列的光单独地利用聚光镜阵列汇聚，将这些光束利用二向色镜阵列并列地分割成不同的波段，且使并列地射入传感器而检测。
图18是将来自相邻的两个发光点的光分别单独地利用聚光镜汇聚而形成分离的光束的结构的示意图。
图19是将来自相邻的两个发光点的光分别单独地利用聚光镜汇聚而形成混合的光束的结构的示意图。
图20是表示满足高灵敏度、低串扰的条件的聚光镜和传感器的光路长度g与聚光镜的焦距f的关系的图。
具体实施方式
图1是对于各二向色镜的厚度相对于各二向色镜的宽度及间隔的比率较大的情况，将兼顾二向色镜阵列的光路长度的缩短和开口宽度的扩大的最佳配置归纳而示出的示意图。专利文献1～2中，对于二向色镜阵列，从与各二向色镜的排列方向平行的方向导入入射光，但是，在此，为了将装置更小型化，对从垂直方向导入入射光的例子进行说明。
如图1所示，首先，定义沿着第一方向的排列轴、沿着与第一方向垂直的方向的第二方向的射出轴。将二向色镜M(1)、M(2)、…、M(N)N个分光特性不同的二向色镜按照编号顺序沿着排列轴以间隔x排列于大气中。图1是基于在排列轴、射出轴扩张的平面的二向色镜阵列的剖视图。各二向色镜的各法向量(图1中未明示)由排列轴方向的正成分和射出轴方向的负成分的和构成(即，各法向量在图1中朝向左上方)，与射出轴的相反方向构成角度θ0(0°≤θ0≤90°)。也就是，各法向量相互平行。各二向色镜是在折射率n0的透明基板的至少一方的正面形成光学的膜而成。图1表示N＝4、θ0＝45°的情况。二向色镜M(1)及M(N)也可以设为全反射镜。本实施例中，包含全反射镜在内，均表现为二向色镜。如图1所示，将各二向色镜的宽度设为α，将厚度设为β。另外，将与图1的纸面垂直的方向的各二向色镜的深度设为γ。在此，宽度α定义为各二向色镜的与在排列轴和射出轴扩张的平面平行且与法向量垂直的宽度。厚度β定义为各二向色镜的与法向量平行的宽度。另外，深度γ定义为各二向色镜的与在排列轴和射出轴扩张的平面垂直且与法向量垂直的宽度。
另外，如图1所示，将二向色镜M(2)的下端(M(2)的射出轴方向的端)相对于二向色镜M(1)的下端(M(1)的射出轴正方向的端)向上侧(射出轴负方向)偏离y而配置。另外，将二向色镜M(3)的下端相对于M(2)的下端(M(2)的射出轴正方向的端)向上侧(射出轴负方向)偏离z而配置。同样地，设定3≤n≤N，将二向色镜M(n)的下端相对于二向色镜M(n-1)的下端向上侧偏离z而配置。因此，虽然上述记载为将各二向色镜沿着排列轴排列，但严格而言，排列方向从排列轴稍微倾斜。但是，y及z比x小的情况较多，上述的倾斜度足够小，因此，本实施例中，如上述地表现为将各二向色镜沿着排列轴排列。
另一方面，如图1所示，理想上平行的光束70沿着射出轴射入二向色镜M(1)，被分割成沿着排列轴反射的光束和沿着射出轴透射的光束F(1)。上句所述的反射的光束沿着排列轴射入二向色镜M(2)，被分割成沿着射出轴反射的光束F(2)和沿着排列轴透射的光束。上句所述的透射的光束沿着排列轴射入二向色镜M(3)，被分割成沿着射出轴反射的光束F(3)和沿着排列轴透射的光束。同样地，设定3≤n≤N，透射二向色镜M(n-1)的光束沿着排列轴射入二向色镜M(n)，被分割成沿着射出轴反射的光束F(n)和沿着排列轴透射的光束。图1中，将二向色镜M(n)设为全反射镜M(n)，从而不存在透射M(n)的光束。
将光束70中的右端(排列轴负方向的端)设为光束右端66，并用虚线表示，将左端(排列轴正方向的端)设为光束左端67，并用单点划线表示，从各个光束F(1)、F(2)、F(3)、…、及光束F(N)的右端到左端进行追踪描绘。图1中，光束70及F(1)、F(2)、…、F(N)的宽度设定为相等且最大。将上述的宽度称为二向色镜阵列的开口宽度，并设为W。另外，二向色镜阵列的光路长度定义为在由二向色镜阵列的上端、右端、下端、左端包围的区域内最长的光路的光路长度。图1中，将光束70的光轴上的具有与二向色镜阵列的上端即二向色镜M(N)的上端(射出轴负方向的端)相同的射出轴坐标的点、与光束F(N)的光轴上的具有与二向色镜阵列的下端即二向色镜M(1)的下端(射出轴正方向的端)相同的射出轴坐标的点之间的从光束70到光束F(N)的光路的光路长度称为二向色镜阵列的光路长度，并设为L。
图1成为相对于所赋予的α、β、n0、θ0，将W最大化，且将L最小化的最佳模式的配置。成为最佳模式的条件为下面的两个。第一是，光束右端66通过或掠过以△表示的二向色镜M(1)、M(2)、…、及M(N-1)的左端(排列轴方向的端)的角69。第二是，光束左端67通过或掠过以○表示的二向色镜M(1)的下端(射出轴方向的端)的角68，且通过或掠过二向色镜M(2)、…、及M(N-1)的左端(排列轴方向的端)的角69。根据基于这些条件的图1的几何学的关系，导出以下的关系式。
首先，光束70在二向色镜M(1)的入射面的入射角为θ0，上述入射面的折射角θ1为式(1)。
[式1]
θ1＝sin-1(1/n0＊sinθ0)
另外，二向色镜M(2)～M(N)的入射面的光束的入射角为90°-θ0，各个入射面的光束的折射角θ2为式(2)。
[式2]
θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))
各二向色镜M(1)～M(N)的间隔x及宽度α在最佳模式下成为式(3)。
[式3]
x＝x0＝cosθ0＊α+sinθ0＊β
另外，光束的开口宽度W在最佳模式下成为式(4)。
[式4]
W＝W0＝aW＊α+bW＊β
在此，设定式(5)和(6)。
[式5]
aW≈cosθ0
[式6]
bW≈-cosθ0＊tanθ1。
另外，光路长度L在最佳模式下为式(7)。
[式7]
L＝L0＝aL＊α+bL＊β
在此，设定式(8)和(9)。
[式8]
aL≈(N-1)＊cosθ0+sinθ0
[式9]
bL≈(N-2)/cosθ0＊(2＊sin(90°-θ0-θ2)+1-sin(θ0+θ2))+(N-2)＊sinθ0+2＊cosθ0。
另一方面，各二向色镜M(1)～M(N)的阶差y、及z在最佳模式下如以下。
[式10]
y＝y0＝cosθ0＊β
[式11]
z＝z0＝sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β
如所示，x0、W0、L0、y0、以及z0均与α及β取得关联。以上的α、β、n0、θ0、x、以及z基本上在每个二向色镜相等，但无需一定相等。在这种情况下，α、β、n0、θ0、x、以及z设为多个二向色镜的平均值。
通过将以上反向求解，能够导出用于得到作为目标的开口宽度的最小值Wmin的α、β、以及x。根据W0≥Wmin及式(4)，成为式(12)(等号时为最佳模式)，根据式(3)，成为式(13)。等号时为最佳模式。
[式12]
α≥-bW/aW＊β+1/aW＊Wmin
[式13]
x≥(sinθ0-bW/aw＊cosθ0)＊β+1/aW＊cosθ0＊Wmin
同样，能够导出用于得到作为目标的光路长度的最大值Lmax的α、β、及x。根据L0≤Lmax及式(7)，成为式14(等号时为最佳模式)，根据式(3)，成为式(15)。等号时为最佳模式。
[式14]
α≤-bL/aL＊β+1/aL＊Lmax
[式15]
x≤(sinθ0-bL/aL＊cosθ0)＊β+1/aL＊cosθ0＊Lmax
图2中，作为例子，对于N＝4、n0＝1.46、θ0＝45°的情况，用横轴β、纵轴x表示满足式(13)及(15)的范围。作为参数，设顶Wmin＝0.5mm、1mm、2mm、3mm、以及4mm、Lmax＝5mm、10mm、20mm、30mm、以及40mm，↑表示比直线靠上侧的范围，↓表示比直线靠下侧的范围。例如可知，为了设定Wmin＝0.5mm，且Lmax＝20mm，只要在图2中选择比↑Wmin＝0.5的直线靠上侧、且比↓Lmax＝20的直线靠下侧的范围的β及x即可。
以上，如图1所示，是使光束70沿着射出轴射入二向色镜阵列的情况，但如专利文献1～2所示，在使光束70沿着排列轴射入二向色镜阵列的情况下，只要在以上进行下面的修正即可。设定2≤n≤N，将二向色镜M(n)的下端(M(n)的射出轴正方向的端)相对于二向色镜M(n-1)的下端(M(n-1)的射出轴正方向的端)向上侧(射出轴负方向)偏离z而配置。即，删除上述的y，并置换成z即可。
以下，说明本发明的实施例。
[实施例1]
图3是表示在将平行地射入二向色镜阵列的光束在垂直方向上分割的二向色镜阵列的例子中计算可分割的最大宽度的平行光束的结果的图。图3是基于在排列轴及射出轴扩张的平面的二向色镜阵列的剖面示意图，沿着排列轴方向的光束射入二向色镜阵列，通过二向色镜阵列被分割成不同的波段的多个沿着射出轴方向的光束，且并列地射入二维传感器30。
二向色镜17、18、19、以及20是在宽度均为α＝5mm、厚度为β＝1mm、与图3的纸面垂直的方向的深度为γ＝5mm的石英基板(折射率n0＝1.46)的右下(射出轴正方向)的正面(α×β的面)形成多层膜或单层膜而成。在此，不显示二向色镜20的透射光。另外，在二向色镜17、18、19的左上(排列轴正方向)的正面形成有用于降低反射损失的抗反射膜。将各二向色镜在空中配置为，与各法向量的射出轴负方向构成的角度为θ0＝45°，排列轴方向的间隔为x＝5mm。各二向色镜的上端(射出轴负的方向的端)及下端(射出轴正的方向的端)分别在同一平面上，即具有相同的射出轴的坐标。
图3表示在上述的二向色镜阵列中以使各光束的宽度63相等，且成为最大的方式计算各光束的结果。射入二向色镜阵列的光束的光轴的射出轴坐标调节为使宽度63成为最大。各光束由11个相互平行且等间隔的无限小的宽度的光束单元65构成，对每一个的光路通过根据反射的定律及折射的定律的光线追踪进行计算。也就是，各光束的宽度63表示二向色镜阵列的开口宽度W。另外，二向色镜阵列的光路长度L计算为各光束的光轴的光学单元65(各光束的中央的光学单元65)的光路中的从与二向色镜17的右端(排列轴负方向的端)相同的排列轴坐标的点到与二向色镜20的下端(射出轴正方向的端)相同的射出轴坐标的点的光路64的光路长度。以上的结果，开口宽度63计算为W＝2.1mm，光路长度64计算为L＝19mm。
图4是在图3中将射入二向色镜阵列的光束的行进方向从排列轴方向变更为射出轴方向的图。二向色镜阵列等其它条件与图3相同。这样做的理由是，与图3的情况相比，能够使产生光束的光源(未图示)与二向色镜阵列的距离接近，适于装置的小型化。以上的结果，开口宽度63计算为W＝1.7mm，光路长度64计算为L＝18mm，与图3相比时，L几乎没有变化，但W稍微减少。
与图4相比，图5是表示将二向色镜阵列进一步小型化，且实现了光路长度的缩短的例子的图。二向色镜17、18、19、以及20是在宽度均为α＝2.5mm(图4的一半)、厚度为β＝1mm、与图3的纸面垂直的方向的深度为γ＝5mm的石英基板(折射率n0＝1.46)的右下的正面形成多层膜或单层膜而成。各二向色镜配置为，排列轴方向的间隔成为x＝2.5mm(图4的一半)。其它条件与图4相同。以上的结果，开口宽度63计算为W＝0.03mm，光路长度64计算为L＝9mm，与图4相比时，L如期待地那样减半，另一方面，W大幅减少了将近两位数。
也就是，图5示出了，当将光路长度减少时，开口宽度进一步减少，不能兼顾光路长度的缩小和开口宽度的扩大。如从图5可知，其原因在于，每当光束透射各二向色镜，由于各二向色镜内部的光束的折射，光束的光轴向射出轴负方向移动，该移动距离与各二向色镜的射出轴方向的宽度相比，比较显著。例如，图5中，当射入二向色镜阵列的光束向排列轴负方向稍微偏离时，其光束单元的光路偏离至比二向色镜20的右端的角靠射出轴负方向，因此，不能产生在二向色镜20反射的光束。同样，当射入二向色镜阵列的光束向排列轴正方向稍微偏离时，其光束要素的光路偏离至比二向色镜17的下端的角靠排列轴正方向，因此，不能产生透射二向色镜17的光束。应当注意，就上述的移动距离而言，不管在图4中是否产生了相同的量，因为在图4中与各二向色镜的射出轴方向的宽度相比较小，所以在图4中W的减少不会成为问题。也就是，随着β相对于α或x的比率变大，W的减少成为问题。
因此，如图6所示，实施各二向色镜的射出轴方向的错位配置。具体而言，将二向色镜18的下端(射出轴正方向的端)比二向色镜17的下端(射出轴正方向的端)向上侧(向射出轴负方向)偏离y＝0.7mm。接着，将二向色镜19的下端比二向色镜18的下端向上侧偏离z＝0.3mm。其它条件设为与图5相同。以上的结果，表明了开口宽度63能够从图5的W＝0.03mm大幅扩大至如图6所示的W＝1.3mm。另一方面，光路长度64为L＝11mm，比图14稍微增大。因此，图6是能够兼顾光路长度的缩小和开口宽度的扩大的条件。
接着，详细地研究图6所示的二向色镜阵列的结构。图6的条件为n0＝1.46，θ0＝45°，α＝2.5mm，β＝1mm，因此，根据式(1)为θ1＝29°，根据式(2)为θ2＝29°。最佳模式下，根据式(3)为x0＝2.5mm，根据式(10)为y0＝0.7mm，根据式(11)为z0＝0.3mm。即，图6是最佳模式的二向色镜阵列的结构。实际上，根据式(5)，成为aW＝0.7，根据式(6)，成为bW＝-0.4，根据式(4)，计算为W0＝1.4mm，与通过光线追踪求得的上述的W＝1.3mm大致一致。另外，根据式(8)成为aL＝2.8，根据式(9)成为bL＝4.2，根据式(7)计算为L0＝11mm，与通过光线追踪求得的上述的L＝11mm一致。
在此，对各二向色镜的间隔x进行深入研究。如上述，最佳模式下，采用式(3)的x0最佳，但是下面详细地研究从最佳模式偏离怎样的程度也可得到效果。
图7所示的实线是通过光线追踪计算间隔x与在图6的二向色镜17及18得到的开口宽度W的关系的结果。一般而言，存在随着二向色镜的总数增加而合计的开口宽度比上述结果变小的可能性，在此，将两个的情况作为指标进行评价。图6是θ0＝45°、α＝2.5mm、β＝1mm时的由式(3)计算的x＝x0＝2.5mm的条件，此时，如图7所示，开口宽度为W＝1.3mm，成为最大。x＜x0时，W与|x-x0|成比例地减少，在x＝1.6mm时，W＝0mm。与之相对，x＞x0时，恒等为W＝1.3mm。
另一方面，图7所示的虚线表示间隔x与图6中的光路长度L的变化量ΔL的关系。在此，x＝x0＝2.5mm时，设为ΔL＝0mm，且显示为与W＝1.3mm相同的高度。另外，使W的纵轴(左侧)和ΔL的纵轴(右侧)的标度一致，并使ΔL的纵轴上下反转。一般而言，存在随着二向色镜的总数增加而ΔL比上述结果变大的可能性，在此，将两个的情况作为指标进行评价。当然，ΔL与x成比例地增大。
根据图7，1.6mm≤x≤2.5mm时的W相对于x的增加率和2.5mm≤x时的ΔL相对于x的增加率的倾斜度均大致为1，相等。也就是，可知性能均与|x-x0|成比例地降低。与之相对，以往未考虑β，也就是可以视为β＝0mm，因此，假设采取相等的配置的情况下的间隔x根据式(3)成为x＝1.8mm，此时，根据图7成为W＝0.4mm。根据以上可知，为了得到与以往同等以上的性能，只要设为1.8mm≤x≤3.2mm即可。一般而言，图1中，设定2≤n≤N，将二向色镜M(n)与M(n-1)的排列间隔x设为式(16)，从而能够扩大开口宽度W，且缩小光路长度L。
[式16]
cosθ0＊α≤x≤cosθ0＊α+2＊sinθ0＊β
接着，对各二向色镜M(1)～M(N)的阶差y、及z进行深入研究。如上述，最佳模式下采用式(10)及(11)的y0及z0最佳，但下面详细地研究从最佳模式偏离怎样的程度也可得到效果。图8(a)是计算阶差y与在图6的二向色镜17及18得到的开口宽度W的关系的结果。一般而言，存在随着二向色镜的总数增加而总的开口宽度比上述结果变小的可能性，但在此，将两个的情况作为指标进行评价。图6是θ0＝45°、β＝1mm时的由式(10)计算的y＝y0＝0.7mm的条件，此时，如图8(a)所示，开口宽度为W＝1.3mm，成为最大。另外，W与|y-y0|成比例地减少，在y＝0mm及1.4mm时，W＝0.6mm，在y＝-0.7mm及2.1mm时，W＝0mm。在此，负的y表示与图6反方向的阶差，也就是二向色镜18相对于二向色镜17向射出轴方向偏离的情况。因此，可知通过设为0mm≤y≤1.4mm，可得到阶差的效果。
同样，图8(b)是计算阶差z与在图6的二向色镜18及19得到的开口宽度W的关系的结果。图6是θ0＝45°、β＝1mm时的由式(11)计算的z＝z0＝0.3mm的条件，此时，如图8(b)所示，开口宽度为W＝1.3mm，成为最大。另外，W与|z-z0|成比例地减少，在z＝0mm及0.6mm时，W＝1mm，在z＝-1.1mm及1.7mm时，W＝0mm。在此，负的z表示与图6反方向的阶差，也就是二向色镜19相对于二向色镜18向射出轴正方向偏离的情况。因此，可知通过设为0mm≤z≤0.6mm，可得到阶差的效果。若将以上进行归纳，则成为如下。图1中，将二向色镜M(2)的射出轴方向的端相对于二向色镜M(1)的射出轴方向的端向射出轴的相反方向偏离y，且设定为式(17)，从而能够扩大开口宽度W，且缩小光路长度L。
[式17]
0≤y≤2＊cosθ0＊β
另外，设定3≤n≤N，且将二向色镜M(n)的射出轴方向的端相对于二向色镜M(n-1)的射出轴方向的端向射出轴的相反方向偏离z，且设定为式(18)，从而能够扩大开口宽度W，且缩小光路长度L。
[式18]
0≤z≤2＊sin(90-θ0-θ2)/cosθ2＊β
以上，如图1、图4、以及图6所示地对向二向色镜阵列入射的光束的行进方向与二向色镜阵列的排列方向(排列轴方向)垂直的情况进行了研究。与之相对，如图3所示地，在向二向色镜阵列入射的光束的行进方向与二向色镜阵列的排列方向(排列轴方向)平行的情况下，设定2≤n≤N，将二向色镜M(n)的射出轴方向的端相对于二向色镜M(n-1)的射出轴方向的端向射出轴的相反方向偏离z，且设定为式(18)那样，从而能够扩大开口宽度W，且缩小光路长度L。
[实施例2]
实施例1中，通过调整多个二向色镜的间隔x、阶差y、z来实现开口宽度W的扩大和光路长度L的缩小。本实施例中，提出以下方案：在不必进行阶差配置的情况下(y＝z＝0)，即，即使将多个二向色镜配置于同一平面上，更具体而言，即使将各二向色镜的射出轴方向的端在同一平面上排列，也能够实现开口宽度W的扩大和光路长度L的缩小。
实施例1的图5是θ0＝45°时的结果，将设为θ0＝50°时的结果表示于图9。其它的条件在图5和图9中相等，在任意情况下均将二向色镜17～20的下端设为同一平面配置。尽管如此，可知，开口宽度63相对于在图5中只不过为W＝0.03mm，在图9中能够大幅扩大成W＝0.9mm。光路长度64在两者中未变化，为L＝9mm。
以下考察得到这种效果的原因。如图5所示，在θ0＝45°的情况下，光束在相邻的二向色镜间的空间中沿着排列轴正方向(左方向)行进，另一方面，在各二向色镜的内部沿着排列轴正及射出轴负的方向(左上方向)行进，因此，光束每通过各二向色镜时都会逐渐向射出轴负方向(上方向)移动，该情况限制了开口宽度63。与之相对，如图9所示，通过设为θ0＝50°≥45°，光束在相邻的二向色镜间的空间中沿着排列轴正及射出轴正的方向(左下方向)行进，另一方面，在各二向色镜的内部沿着排列轴正及射出轴负的方向(左上方向)行进，因此，两者抵消，抑制了光束每通过二向色镜时的射出轴方向(上下方向)的移动，该情况导致开口宽度63的扩大。
因此，θ0可以为45°以上，进一步地，应当存在使开口宽度63最大的最佳值。图10是在图5及图9的条件下计算使θ0变化时的W的结果。可知，W从θ0＝45°起开始上升，在θ0＝52°时，W成为最大值0.92mm，在θ0＝57°时，W大致衰减至零。也就是，可知，通过设为45°≤θ0≤57°，能够扩大W。
接着，将以上进行归纳。与图1的讨论同样，根据图9的几何学的关系导出以下。二向色镜M(1)的入射面的光束的折射角θ1如式(1)那样，二向色镜M(2)～M(N)的入射面的光束的入射角为90-θ0，各个入射面的光束的折射角θ2如式(2)那样。在相邻的二向色镜间的空间沿着排列轴正及射出轴正的方向(左下方向)行进的光束的射出轴正方向(下方向)的移动距离S↓通过式(19)求出。
[式19]
S↓＝tan(2＊θ0-90°)＊tanθ0/(tanθ0-tan(2＊θ0-90°))＊(x-β/cos(90°-θ0)
另一方面，在各二向色镜的内部沿着排列轴正及射出轴负的方向(左上方向)行进的光束的射出轴负方向(上方向)的移动距离S↑通过式(20)求出。
[式20]
S↑＝1/cosθ2＊β＊sin(90°-θ0-θ2)
在此，β表示各二向色镜的厚度，x表示各二向色镜的间隔。如图9所示，为了使S↓和S↑抵消，最好设为S↓＝S↑。因此，将该最佳模式下的θ0设为θ0(BM)。
将式(19)、(20)应用于图9的条件即β＝1mm，x＝2.5mm，求出θ0(BM)＝50°。即，图9的结构为最佳模式的结构。但是，根据图10，W成为最大时，θ0＝52°，比上述的θ0(BM)大2°。这表示，使θ0比θ0(BM)略大，即使S↓比S↑略大，使光束逐渐向左下行进，这样能够稍微增大W。
根据以上，相对于作为以往的基准的θ0＝45°的情况，用于显著地扩大W的条件为式(21)。
[式21]
45°≤θ0≤2＊θ0(BM)-45°
另外，当考虑上述的2°的偏离时，更准确的条件成为式(22)。
[式22]
45°≤θ0≤2＊θ0(BM)-43°
[实施例3]
二向色镜阵列作为对象的光束很少为完全的平行光束，大多情况下为非平行光束。即，随着光束的行进(光路长度)，光束直径不恒定，进行缩小及扩大。因此，以上的实施例中，以能够对应各种光束的方式提出了兼顾光路长度的缩小和开口宽度的扩大的二向色镜阵列的结构。本实施例中，具体地定义作为对象的光束，研究二向色镜阵列可否对应。
图11定义具体的光束的例子。如图11(a)所示，将来自具有直径d的发光点1的光利用焦距f、有效直径D的聚光镜2汇聚，在距聚光镜2光学距离为g的位置成像，得到发光点像7。此时，发光点1与聚光镜2的光学距离为f+f2/(g-f)，像倍率表示为式(23)，因此发光点像7的直径d’为式(24)。
[式23]
m＝(g-f)/f
[式24]
d’＝m＊d＝(g-f)/f＊d
在此，如图11(a)所示，以聚光镜2的中心为原点，沿着聚光镜的光轴定义s轴，沿着与s轴垂直的方向定义t轴。但是，在来自发光点1的光被聚光镜2汇聚而成的光束的光轴暂时改变方向的情况下，s轴及t轴也相应地改变方向。检测光束的传感器的位置设为s轴上的任意位置，没有特别限定。来自发光点1的左端的光通过聚光镜2根据实线的光束汇聚，一边缩小直径一边行进，在发光点像7的右端成像，之后一边扩大直径一边行进。来自发光点1的右端的光通过聚光镜2根据虚线的光束汇聚，一边缩小直径一边行进，在发光点像7的左端成像，之后一边扩大直径一边行进。也就是，来自发光点1的光被聚光镜2汇聚而成的光束在聚光镜2与发光点像7的中间将虚线88及实线90作为包络线，在发光点像7以后将虚线89及实线91作为包络线。这些包络线由d、f、D、以及g唯一地决定，任意的s坐标的光束直径在0≤s≤g(聚光镜2与发光点像7的中间)时为式(25)，在g≤s(发光点像7之后)时能够描述为式(26)。
[式25]
[式26]
另一方面，如图11(b)所示，在s轴方向的任意的区间长度Δs的区间中选定上述的光束直径的最大值成为最小的区间，将此时的最大值定义为 (以后，称为最大径)。通过使用式(25)及(26)，可对任意的d、f、D、及g求出Δs与的关系。
上述的图11的用式(25)、(26)以及由它们导出的表示的光束只是例子，即使是除此之外的光束，通过求出Δs与的关系，经过同样的讨论，也能够选定与这种光束对应的二向色镜阵列。例如，可以考虑如下情况，在图11中，在聚光镜2的后段(与发光点1相反的侧)配置销孔或切口，聚光镜2汇聚而成的光束的一部分射入配置在比销孔或切口靠后段(与聚光镜2相反的侧)的传感器而被检测。在这种情况下，需要使用射入传感器的部分的光束的Δs与的关系进行条件设定、二向色镜阵列选定。
接着，求出能够对应以上那样定义的光束的二向色镜阵列的条件，也就是，通过二向色镜阵列以不产生入射的光束的变淡、不产生一部分损失的方式分割成波段不同的多个光束而射出的条件。作为二向色镜阵列的条件，在赋予N、θ0、n0、α、以及β时，建议了根据式(4)求出开口宽度W的最大值W0，及根据式(7)求出光路长度L的最小值L0的最佳模式。因此，上述的条件为 及L0≤Δs。即，只要满足式(27)、(28)即可。
[式27]
[式28]
Δs≥aL＊α+bL＊β
当将式(27)、(28)变形时，成为式(29)、式(30)，进一步地使用式3进行变形，则为式(31)、式(32)。
[式29]
[式30]
α≤-bL/aL＊β+1/aL＊Δs
[式31]
[式32]
x≤(sinθ0-bL/aL＊cosθ0)＊β+cosθ0/aL＊Δs
赋予N、θ0、n0、以及β时，通过设定为满足式(29)及(30)的α，或设定为满足式(31)及(32)的x，从而二向色镜阵列能够将成为对象的 的光束以不会损失一部分的方式良好地分割。
图12表示设为d＝0.05mm、f＝1.5mm、D＝1mm、以及g＝20mm时的计算结果。此时，根据式(23)，m＝12，根据式(24)，d’＝0.62mm。图12(a)中，虚线88、89、实线90、91分别表示图11(a)中的虚线88、89、实线90、91的s与t的关系，折线92表示根据式(25)、(26)求得的相对于s的光束直径从在聚光镜2的位置起随着s增大而减少，在发光点图像7的位置成为最小，然后转变为随着s增大而增大，例如成为
图12(b)是对上述的结果求出相对于Δs的的结果。例如， 是上述区间设定于s＝20mm(发光点像7的位置)的结果，是上述区间设定于4mm≤s≤24mm的结果， 是上述区间设定于0≤s≤50mm的结果。
相对于以上的结果，对于将二向色镜阵列设为N＝4、θ0＝45°、n0＝1.46、以及β＝1mm的情况，图12(c)的折线↑93的上侧的区域表示满足式(31)的Δs与x的关系。另外，图12(c)的直线↓94的下侧的区域表示满足式(32)的Δs与x的关系。根据该结果可知，对于Δs≥9mm的任意的Δs，存在兼顾式(31)和式(32)的x，存在能够将该光束良好地分割的二向色镜阵列。
例如，当设为Δs＝10mm时，根据图12(b)成为且根据图12(c)，1.9mm≤x≤2.2mm的任意的x的二向色镜阵列可对应。另外，例如设为x＝2mm，作为最佳模式，能够根据式(3)设为α＝1.8mm，根据式(4)～(6)设为W＝0.9mm，根据式(7)～(9)设为L＝9.4mm，根据式(10)设为y＝0.7mm，根据式(11)设为z＝0.3mm。根据以上可知，L≤Δs、成立，因此，能够将上述的二向色镜阵列设置于上述的Δs的区间，并使良好地发挥作用。
图13是将图12中的d＝0.05mm变更为d＝0.25mm时的结果。除此之外的条件与图12相等。此时，根据式(23)，m＝12，根据式(24)，d’＝3.1mm。与图12(a)相比，图13(a)中，相对于s快速增加。从在聚光镜2的位置起随着s增大而增大，在发光点像7的位置成为之后，依然随着s增大而进一步增大，例如成为 图13(b)的也同样比图12(b)的情况变大。例如， 是上述区间设定于s＝0mm(发光点像7的位置)的结果， 是上述区间设定于0mm≤s≤20mm的结果， 是上述区间设定于0≤s≤50mm的结果。
以上的结果，图13(c)的折线↑93的上侧的区域和折线↓94的下侧的区域重叠的区域(兼顾式(31)和(32)的区域)比图12(c)的情况窄。但是，可知，对于Δs≥17mm的任意的Δs，存在兼顾式(31)和式(32)的x，存在能够将该光束良好地分割的二向色镜阵列。例如，当设为Δs＝20mm时，应根据图13(b)，且根据图13(c)，4.2mm≤x≤4.7mm的任意的x的二向色镜阵列可对应。
图14是将图13中的d＝0.25mm变更为d＝0.5mm时的结果。除此之外的条件与图13相等。此时，根据式(23)，m＝12，根据式(24)，d’＝6.2mm。图14(a)的图14(b)的均比图13(a)、图13(b)中的大。其结果，不存在图14(c)的折线↑93的上侧的区域和折线↓94的下侧的区域重叠的区域(兼顾式(31)和(32)的区域)。也就是，可知，在N＝4、θ0＝45°、n0＝1.46、以及β＝1mm的条件下，不存在能够将该光束良好地分割的二向色镜阵列。
图15(a)是将图12(c)中的N＝4变更为N＝8时的结果。通过将二向色镜阵列所包含的二向色镜从4个增加至8个，目的在于将光束从4色的4条分割光束增加至8色的8条分割光束。其它的条件与图12(c)相等。如根据式(7)～(9)可知，N的增大使L增大，使满足式(32)的x的范围变窄。实际上，图15(a)的折线↑93的上侧的区域和折线↓94的下侧的区域重叠的区域(兼顾式(31)和(32)的区域)比图12(c)中的该区域变窄。在此，折线↓94通过式(8)、(9)根据N而变化，与之相对，折线↑93不会根据N而变化。
图15(b)是将图15(a)中的N＝8变更为N＝10时的结果，上述的重叠的区域进一步变窄。另外，图15(c)是将图15(a)中的N＝8变更为N＝12时的结果，与图14(c)的情况一样，不存在上述的重叠的区域。
图16是作为对图15(c)的结果的对策的例子，将图15(c)中的g＝20mm变更为g＝50mm时的结果。除此之外的条件与图15(c)相等。此时，根据式(23)，m＝32，根据式(24)，d’＝1.6mm。如图16(a)所示，从在聚光镜2的位置起随着s的增大而增大，在发光点像7的位置成为另外，如图13(b)所示，自 起随着Δs的增大而增大，且成为
以上的结果与图15(c)的情况不同，存在图16(c)的折线↑93的上侧的区域和折线↓94的下侧的区域重叠的区域(兼顾式(31)和(32)的区域)。例如，设为Δs＝50mm时，根据图16(b)，成为且根据图16(c)，2.7mm≤x≤3.6mm的任意的x的二向色镜阵列可对应。
[实施例4]
以上的实施例中，以利用单个二向色镜阵列将单个光束分割成具有不同的波段的多个光束的情况为中心进行了说明，但本发明不限定于此。本实施例中，表示利用单个二向色镜阵列将多个光束并列地分别分割成具有不同的波段的多个光束的例子。
图17表示利用聚光镜阵列及二向色镜阵列对来自多个发光点1的各光进行多色检测的装置。图17(a)是从与包含多个聚光镜2的各光轴的平面垂直的方向观察的多色检测装置的示意图，图17(b)是包含一个聚光镜2的光轴，且与聚光镜阵列的排列方向垂直的多色检测装置的剖面示意图，图17(c)是表示由二维传感器30检测到的图像29的说明图。在此表示进行4色检测的例子。
首先，如图17(a)所示，作为例子，将来自排列4个发光点1的发光点阵列的各光利用排列4个聚光镜2的聚光镜阵列8的各聚光镜2并列地分别汇聚而形成光束9。接着，使各光束9并列地透射单个长通滤波器10，且并列地射入单个二向色镜阵列。长通滤波器10是用于遮断用于使发光点1发光的照射光的滤波器，在不需要的情况下能够省略。二向色镜阵列与例如图4所示的二向色镜阵列相似。但是，为了使构成二向色镜阵列的各二向色镜相对于多个光束并列地发挥作用，将各二向色镜的发光点阵列的排列方向的宽度设置的足够长。当然，也可以利用本发明中提出的其它任意的二向色镜阵列进行置换。
如图17(b)所示，使二向色镜17、18、19、以及20沿与聚光镜2的光轴及排列方向这双方垂直的方向排列。在此，二向色镜20也可以设为全反射镜。首先，将射入二向色镜阵列的各光束9在二向色镜17分别并列地分割成透射的光束21和反射的光束，且将上句提到的反射的各光束在二向色镜18并列地分割成透射的光束和反射的光束22，将上句提到的透射的光束在二向色镜19并列地分割成透射的光束和反射的光束23，将上句提到的透射的光束在二向色镜20并列地分割成透射的光束(未图示)和反射的光束24。最后，使源自各发光点1的光束21、22、23、以及24分别沿着与聚光镜2的光轴相同的方向行进，使它们并列地射入二维传感器30，形成源自各发光点1的发光点像25、26、27、以及28。在此，各发光点像未必是发光点成像而得到的像，存在焦点未对准的情况。如图17(a)所示，4个光束9分别并列地射入单个长通滤波器10的不同的位置及单个二向色镜17的不同的位置。二向色镜18、19、20、以及二维传感器中的光束的并列处理也同样。如图17(c)所示，在二维传感器30的图像29上得到来自4个发光点1的光分别被进行了4次分割而得到的合计16个发光点像25～28。这16个发光点像能够独立地检测，因此，可进行来自4个发光点1的光的同时4色检测。
通过控制长通滤波器10及二向色镜17～20的透射特性及反射特性，例如，能够使光束21主要具有A荧光成分，光束22主要具有B荧光成分，光束23主要具有C荧光成分，光束24主要具有D荧光成分，通过检测发光点像25、26、27、以及28的强度，从而能够检测A、B、C、以及D荧光。光束25、26、27、以及28的波段可以任意设计，但它们越按照波长顺序排列，越容易设计二向色镜。也就是，可以设为A荧光的中心波长＞B荧光的中心波长＞C荧光的中心波长＞D荧光的中心波长，或者设为A荧光的中心波长＜B荧光的中心波长＜C荧光的中心波长＜D荧光的中心波长。
另外，图17中未图示，但在光束21、22、23、以及24的位置分别配置具有不同的分光特性的带通滤波器或彩色玻璃滤波器，可以有效地补充或提高二向色镜17～20的分光特性。另外，图17中未图示，但具备用于使发光点1发光的激发光等照射光是有效的。这种照射光不使用聚光镜2，而且当从与聚光镜2的光轴垂直的方向照射时，降低照射光经由聚光镜2射入传感器的比率，因此，有利于灵敏度。另外，做成如下所谓的落射光检测的结构也是有效的：代替长通滤波器10，而配置其它二向色镜，使照射光在该二向色镜反射，然后通过聚光镜2聚焦并照射发光点1，来自发光点1的光通过相同的聚光镜2汇聚后透射上述二向色镜，由与图17相同的多色检测装置进行检测。
接着，在图17的多色检测装置中研究高灵敏度且低串扰地检测来自多个发光点1的光的条件。图18是将来自相邻的两个发光点1的光分别利用单独的聚光镜2汇聚且在传感器位置分别得到作为发光点1的像的发光点像7的光学系的包含光轴的剖视图。本实施例中，发光点像的表达未必是指来自发光点的光成像而得到的图像，通常是指来自发光点的光汇聚而得到的光束的在预定位置的截面。将发光点1的直径设为d，将聚光镜2的焦距设为f，将聚光镜2的有效直径设为D，将发光点1的间隔及聚光镜2的间隔设为p，将传感器的检测区域的直径设为D，将聚光镜2与传感器的光学距离设为g，将传感器位置的发光点像7的直径设为d’。调节发光点1与聚光镜2的距离，使来自发光点1的光通过聚光镜2在传感器位置成像，此时，发光点像7的直径成为最小的d’。此时，像倍率m如式(23)那样，发光点像7的直径d’如式(24)那样。但是，有时发光点像7未必在传感器位置成像，该情况不限于上述。
在图18的光学系的下侧表示从光轴方向观察的发光点1，在上侧表示从光轴方向观察的发光点像7。本说明书的各图中，将发光点1及发光点像7分别描绘为圆形，实际上不限于圆形，有时为其它的形状。一般而言，发光点1的直径d及发光点像7的直径d’分别设为发光点1及发光点像7的排列方向的宽度。另外，如后述，在相同的发光检测装置中，有时聚光镜2与传感器的光学距离存在多个。在该情况下，只要将聚光镜2与传感器的光学距离的最大值设为光路长度g，使下述的式(33)～(49)成立即可。
首先，研究用于得到高灵敏度的条件。来自发光点1的光在聚光镜2的聚光效率能够由聚光镜2的F值、F＝f/D表达(聚光效率与1/F2成比例)。为了使F≤2.8，只要设为f≤2.8＊D即可。另一方面，为了构成聚光镜阵列，需要设为式(33)。因此，式(34)为F≤2.8的条件。同样，为了使F≤2.0、1.4、1.0、以及0.7，条件分别为下式(35)、(36)、(37)、以及(38)。
[式33]
p≥D
[式34]
f≤2.8＊p
[式35]
f≤2.0＊p
[式36]
f≤1.4＊p
[式37]
f≤1.0＊p
[式38]
f≤0.7＊p
以上的式(34)～(38)在发光点1与聚光镜2的距离能够近似为f时正确，但更严格而言，能够如下表达。在来自发光点1的光通过聚光镜2在光学的距离g成像时，发光点1与聚光镜2的距离为f2/(g-f)+f，因此，聚光镜2的有效的F值能够表达为F’＝(f2/(g-f)+f)/D。因此，为了使F’≤2.8、2.0、1.4、1.0、以及0.7，严格的条件分别为下式(39)、(40)、(41)、(42)以及(43)。
[式39]
f≤(1/(2.8＊p)+1/g)-1
[式40]
f≤(1/(2.0＊p)+1/g)-1
[式41]
f≤(1/(1.4＊p)+1/g)-1
[式42]
f≤(1/(1.0＊p)+1/g)-1
[式43]
f≤(1/(0.7＊p)+1/g)-1
接着，探讨用于得到低串扰的条件。在如图18所示地相邻的发光点1的发光点像7相互不重叠的情况下，不存在串扰，但在如图19所示地，当它们相互重叠时，产生串扰。以下，在图19中将串扰表现为相邻的发光点像7的重叠面积相对于发光点像7的面积的比率X。为了将串扰设为X以下，设定式(44)，且条件为式(45)。
[式44]
X＝1/π＊(cos-1(V2/2-1)-sin(cos-1(V2/2-1))
[式45]
V≤2＊p/d’
当使用式(24)对式(45)进行变形时，能够表达为式(46)。
[式46]
f≥1/((2＊p)/(V＊d)+1)＊g
为了不受来自两侧相邻的发光点1的光的影响地执行成为检测对象的来自发光点1的光的检测，图19中，需要两个发光点像7的距离至少比发光点像的半径(或直径的一半)大。若将其用式(44)、式(45)表示，则成为X＝0.39(39％)，V＝1，式(46)能够表达为式(47)。
[式47]
f≥1/(2＊p/d+1)＊g
为了更有效且独立地检测来自多个发光点1的光，优选将来自两侧相邻的串扰的合计的比例设为50％以下，为此，若用式(44)、式(45)表达，则成为X＝0.25(25％)，V＝1.27，式(46)的条件是式(48)。
[式48]
f≥1/((2＊p)/(1.27＊d)+1)＊g
进一步优选的是，也可以将串扰设为0％，为此，若用式(44)、式(45)表达，则成为X＝0(0％)，V＝2，式(46)的条件是式(49)。
[式49]
f≥1/(p/d+1)＊g
如上所述，通过相对于所赋予的p及d选定满足式(34)～(43)的任一项的g及f，可得到期望的聚光效率及灵敏度。另一方面，通过相对于所赋予的p及d选定满足式(47)～(49)的任一项的g及f，可得到期望的串扰。也就是，通过选定满足式(34)～(43)的任一项和式(47)～(49)的任一项这双方的g及f，能够兼顾处于协调的关系的灵敏度和串扰在期望的水平。
本说明书中，聚光镜2基本上是直径为有效直径D的圆形，但不必如此。一般而言，聚光镜2的有效直径D表示发光点1的排列方向、及聚光镜1的排列方向的宽度，与它们的排列方向正交的方向的宽度不受其限。聚光镜2也可以是圆形，也可以是椭圆形，也可以是正方形，也可以是长方形，也可以是其它的形状。发光点像7的直径d’与D无关系，因此，与串扰相关的以上的式(44)～(49)的条件不管与聚光镜2的排列方向正交的方向的宽度如何，依然成立。另一方面，假设当使与聚光镜2的排列方向正交的方向的宽度比有效直径D大时，可以使F值比F＝f/D小，也就是进一步提高聚光效率。在该情况下，与灵敏度相关的以上的式(34)～(43)的条件能够带来更高的相对检测光量及灵敏度。
图20是在作为典型例设为p＝1mm、d＝0.05mm的情况下，用横轴g、纵轴f图示满足式(34)～(43)及式(47)～(49)的条件的图。对曲线及直线标注的编号表示对应的编号的式的边界线，↓表示比边界线靠下侧的区域，↑表示比边界线靠上侧的区域。例如，为了满足作为F≤2.8的条件即式(34)，只要是比图20的直线↓(34)靠下侧的区域的g及f即可。另一方面，为了设定串扰为25％以下的条件即式(48)，只要是比图20的直线↑(48)靠上侧的区域的g及f即可。也就是，为了设定F≤2.8且串扰设为25％以下，只要是比图20的直线↓(34)靠下侧且比直线↑(48)靠上侧的区域的g及f即可。就使用了图20所示的g及f的发光检测装置而言，如根据g和f的大小可知，不仅具有高灵敏度且低串扰的性能，而且还具有能够使装置大小非常小型化的优点。
图17所示的多色检测装置中，各发光点1的直径d、各发光点1及各聚光镜2的间隔p、各聚光镜2的焦距f、有效直径D、各聚光镜2与传感器30的光学距离g满足以上的关系式，从而实现预定的高灵敏度和低串扰，并且实现了检测装置的小型化和低成本化。在此，将在将使用了图17所示的二向色镜阵列的发光点阵列的多色检测装置小型化、低成本化的基础上的特征汇总成下面的(1)～(10)。这些特征无需一定满足全部，即使满足任意一个也是有效果的。
(1)将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成具有不同的波长成分的N个光束，并使分别沿同一方向行进。
(2)将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成具有不同的波长成分的N个光束，并使分别沿各聚光镜的光轴方向行进。
(3)使将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成不同的波长成分的方向为与发光点阵列及聚光镜阵列的排列方向垂直的方向。
(4)使将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成不同的波长成分的方向为与各聚光镜的光轴垂直的方向。
(5)将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成不同的波长成分的N个二向色镜沿与发光点阵列及聚光镜阵列的排列方向垂直的方向排列。
(6)将对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成不同的波长成分的N个二向色镜沿与各聚光镜的光轴垂直的方向排列。
(7)使对发光点阵列的M个发光点利用聚光镜阵列汇聚来自各发光点的光而成的M个光束分别分割成N个不同的波长成分的M×N个光束不再汇聚地直接射入传感器。
(8)使对发光点阵列的M个发光点汇聚来自各发光点的光的聚光镜阵列的各聚光镜的光轴与传感器面垂直。
(9)利用N个不同的种类的二向色镜构成，将各二向色镜分别由单一的部件构成，将对来自发光点阵列的M个发光点的光单独地进行汇聚而成的M个光束并列地射入各二向色镜。
(10)使将对来自发光点阵列的M个发光点的光单独地汇聚而成的M个光束分别分割成N个不同的波长成分的M×N个光束并列地射入单一的传感器。
另一方面，需要利用二向色镜阵列没有损失地良好分割具有以上的特征的各光束。这是与实施例3相同的讨论，需要在式(27)中成为 式(28)中成为Δs≤g。在此，MAX(D，d’)是表示D及d’中较大的一方的函数。根据以上，以下成为条件。
[式50]
D≤aW＊α+bW＊β
[式51]
d’≤aW＊α+bW＊β
[式52]
g≥aL＊α+bL＊β
当将它们与式(31)、(32)同样地变形时，成为式(53)、(54)、(55)。
[式53]
(sinθ0-bW/aW＊cosθ0)＊β+cosθ0/aW＊D≤x
[式54]
(sinθ0-bW/aW＊cosθ0)＊β+cosθ0/aW＊d’≤x
[式55]
x≤(sinθ0-bL/aL＊cosθ0)＊β+cosθ0/aL＊g
此外，本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的例，不限定于必须具备所说明的所有的结构。另外，可以将某实施例的结构的一部分置换成其它实施例的结构，另外，也可对某实施例的结构添加其它实施例的结构。另外，可对各实施例的结构的一部分进行其它的结构的追加、删除、置换。
符号说明
1—发光点，2—聚光镜，6—光束，7—发光点图像，8—聚光镜阵列，9—光束，10—长通滤波器，17～20—二向色镜，302—次元传感器，63—开口宽度，64—光路长度，70—光束。

Claims (20)

1.一种二向色镜阵列，设N≥2，该二向色镜阵列将编号1、2、…、N的多个二向色镜沿第一方向按照编号顺序排列，
上述二向色镜阵列的特征在于，
多个上述二向色镜的正面的法向量由上述第一方向的正的成分和与上述第一方向垂直的第二方向的负的成分的和构成，
多个上述法向量相互大致平行，
设0≤θ0≤90°，且将多个上述法向量和与上述第二方向相反的方向构成的角度的平均设为θ0，
将上述二向色镜的基材的折射率的平均设为n0，
将上述二向色镜的基材的宽度的平均设为α，
将上述二向色镜的基材的厚度的平均设为β，
将上述二向色镜的间隔的平均设为x，
设2≤n≤N，将使编号n的二向色镜的上述第二方向的端相对于编号n-1的二向色镜的上述第二方向的端向与上述第二方向相反的方向偏离的距离的平均设为yz，此时，
θ0、n0、α、β、x、yz满足预先设定的预定的关系，以便能够将上述二向色镜阵列的开口宽度扩大或将光路长度缩小。
2.根据权利要求1所述的二向色镜阵列，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
则满足0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
3.根据权利要求1所述的二向色镜阵列，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
在n＝2时，满足0≤yz≤2＊cosθ0＊β，
在3≤n≤N时，满足0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二向色镜阵列，其特征在于，
满足cosθ0＊α≤x≤cosθ0＊α+2＊sinθ0＊β。
5.根据权利要求1所述的二向色镜阵列，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
S↓＝tan(2＊θ0-90°)＊tanθ0/(tanθ0-tan(2＊θ0-90°))＊(x-β/cos(90°-θ0)，
S↑＝1/cosθ2＊β＊sin(90°-θ0-θ2)，
在将满足S↑＝S↓的θ0设为θ0(BM)时，
满足45°≤θ0≤2＊θ0(BM)-43°。
6.一种光检测装置，包含二向色镜阵列及传感器，
该光检测装置的特征在于，
光束的射入上述传感器而被检测的部分即有效光束的光路长度Δs的光路区间的最大径作为Δs的函数被赋予
设N≥2，将编号1、2、…、N的多个二向色镜在第一方向上按照编号顺序排列而构成上述二向色镜阵列，
多个上述二向色镜的正面的法向量由上述第一方向的正的成分和与上述第一方向垂直的第二方向的负的成分的和构成，
多个上述法向量相互大致平行，
设0≤θ0≤90°，将多个上述法向量和与上述第二方向相反的方向构成的角度的平均设为θ0，
将上述二向色镜的基材的折射率的平均设为n0，
将上述二向色镜的基材的宽度的平均设为α，
将上述二向色镜的基材的厚度的平均设为β，
将上述二向色镜的间隔的平均设为x，
设2≤n≤N，将使编号n的二向色镜的上述第二方向的端相对于编号n-1的二向色镜的上述第二方向的端向与上述第二方向相反的方向偏离的距离的平均设为yz，此时，
Δs、N、θ0、n0、α、β、x、yz满足预先设定的预定的关系，以便能够使用上述二向色镜阵列利用上述传感器检测至少一个上述光束。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，
设θ1＝sin-1(1/n0＊sinθ0)，
θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
aW＝cosθ0，
bW＝-cosθ0＊tanθ1，
aL＝(N-1)＊cosθ0+sinθ0，
bL＝(N-2)/cosθ0＊(2＊sin(90°-θ0-θ2)+1-sin(θ0+θ2))+(N-2)＊sinθ0+2＊cosθ0，
则满足
8.根据权利要求6～7中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
则满足
0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
9.根据权利要求6～7中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
在n＝2时，满足0≤yz≤2＊cosθ0＊β，
在3≤n≤N时，满足0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
满足cosθ0＊α≤x≤cosθ0＊α+2＊sinθ0＊β。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
上述光束沿着上述第二方向射入上述二向色镜阵列，
通过上述二向色镜阵列将上述光束在上述第一方向上分割成不同的N个光束而得到的分割光束沿着上述第二方向射出，
N个上述分割光束并列地射入上述传感器而一并被检测。
12.根据权利要求11所述的光检测装置，其特征在于，
上述光束具有沿与上述第一方向及上述第二方向双方垂直的第三方向排列的M个光束，
M个上述光束沿着上述第二方向并列地射入上述二向色镜阵列，
通过上述二向色镜阵列将M个上述光束在上述第一方向上分别分割成不同的N个光束而得到的分割光束沿着上述第二方向射出，
M×N个上述分割光束并列地射入上述传感器而一并被检测。
13.一种光检测装置，包含：
聚光镜阵列，设M≥1，将来自排列有M个发光点的发光点阵列的光点的光分别单独地汇聚为形成M个光束的M个聚光镜排列而成该聚光镜阵列；
二向色镜阵列，设N≥2，N个二向色镜排列而成该二向色镜阵列；以及
传感器，
上述光检测装置的特征在于，
上述二向色镜阵列通过将编号1、2、…、N的多个二向色镜在第一方向上按照编号顺序排列而构成，
N个上述二向色镜的正面的法向量由上述第一方向的正的成分和与上述第一方向垂直的第二方向的负的成分的和构成，
N个上述法向量相互大致平行，
上述发光点阵列及上述聚光镜阵列的排列方向分别是与上述第一方向和上述第二方向双方垂直的第三方向，
将M个上述发光点的有效直径的平均设为d，
将M个上述聚光镜的焦距的平均设为f，
将M个上述聚光镜的有效直径的平均设为D，
在M≥2的情况下，将M个上述聚光镜的间隔的平均设为p，
将M个上述聚光镜与上述传感器的最大光路长的平均设为g，
设0≤θ0≤90°，将N个上述法向量和与上述第二方向相反的方向构成的角度的平均设为θ0，
将N个上述二向色镜的基材的折射率的平均设为n0，
将N个上述二向色镜的基材的宽度的平均设为α，
将N个上述二向色镜的基材的厚度的平均设为β，
将N个上述二向色镜的间隔的平均设为x，
设2≤n≤N，将使编号n的二向色镜的上述第二方向的端相对于编号n-1的二向色镜的上述第二方向的端向与上述第二方向相反的方向偏离的距离的平均设为yz，此时，
d、f、D、p、g、θ0、N、n0、α、β、x、yz满足预先制定的预定的关系，以便能够使用上述二向色镜阵列利用上述传感器能够检测M个光。
14.根据权利要求13所述的光检测装置，其特征在于，
M个上述光束沿着上述第二方向并列地射入上述二向色镜阵列，
通过上述二向色镜阵列将M个上述光束在上述第一方向上分别分割成不同的N个光束而得到分割光束沿着上述第二方向射出，
M×N个上述分割光束并列地射入上述传感器而一并被检测。
15.根据权利要求13～14中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设θ1＝sin-1(1/n0＊sinθ0)，
θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
aW＝cosθ0，
bW＝-cosθ0＊tanθ1，
aL＝(N-1)＊cosθ0+sinθ0，
bL＝(N-2)/cosθ0＊(2＊sin(90°-θ0-θ2)+1-sin(θ0+θ2))+(N-2)＊sinθ0+2＊cosθ0，
d’＝(g-f)/f＊d，
则满足
(sinθ0-bW/aW＊cosθ0)＊β+cosθ0/aW＊D≤x，以及，
(sinθ0-bW/aW＊cosθ0)＊β+cosθ0/aW＊d’≤x≤(sinθ0-bL/aL＊cosθ0)＊β+cosθ0/aL＊g。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
则满足0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设θ2＝sin-1(1/n0＊sin(90°-θ0))，
在n＝2时，满足0≤yz≤2＊cosθ0＊β，
在3≤n≤N时，满足0≤yz≤2＊sin(90°-θ0-θ2)/cosθ2＊β。
18.根据权利要求13～17中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
满足cosθ0＊α≤x≤cosθ0＊α+2＊sinθ0＊β。
19.根据权利要求13～18中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
M≥2，
且满足
f≥1/((2＊p)/(1.27＊d)+1)＊g。
20.根据权利要求13～18中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
M≥2，
且满足
f≥1/(p/d+1)＊g。
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