DE112018007972T5

DE112018007972T5 - Anordnung dichroitischer spiegel und lichtdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018007972T5
Application number: DE112018007972.4T
Authority: DE
Inventors: Takashi Anazawa; Ryoji Inaba; Shuhei Yamamoto; Taro Nakazawa
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2021-05-27
Also published as: GB202104633D0; JPWO2020075293A1; GB2592141B; GB2592141A; US11644680B2; CN112805543A; WO2020075293A1; JP2023126772A; US20210389600A1; SG11202103576PA; CN112805543B

Abstract

Eine Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine erste Gruppe, bei der m (m ≥ 2) dichroitische Spiegel DA1 bis DAm parallel zueinander entlang der positiven X-Achsenrichtung in einem rechtshändigen kartesischen XYZ-Koordinatensystem angeordnet sind, und eine zweite Gruppe, bei der n (n ≥ 2) dichroitische Spiegel DB1 bis DBn parallel zueinander entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet sind, auf. Die Einfallsflächen von DA1 bis DAm und die Einfallsflächen von DB1 bis DBn sind senkrecht zur XZ-Ebene. Die Steigung der Geraden, die Normalen der Einfallsflächen von DA1 bis DAm auf die XZ-Ebene projizieren, sind negativ, und die Steigung der Geraden, die Normalen der Einfallsflächen von DB1 bis DBn auf die XZ-Ebene projizieren, sind positiv.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anordnung dichroitischer Spiegel und einen Photodetektor.
Technischer Hintergrund
Bei einer Anordnung dichroitischer Spiegel sind mehrere dichroitische Spiegel mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften (Wellenlängenabhängigkeit des durchgelassenen Lichts und des reflektierten Lichts in Bezug auf das einfallende Licht) in im Wesentlichen gleichen Abständen parallel zueinander entlang derselben Richtung angeordnet. Die Anordnung dichroitischer Spiegel ist an einem Photodetektor in der Art eines Kapillarfeld-DNA-Sequenzers oder eines automatischen biochemischen Analysators, der von einer Probe emittiertes Licht detektiert und analysiert, angebracht.
Der auf die Anordnung dichroitischer Spiegel einfallende Lichtstrahl wird durch wiederholte Reflexion und Transmission in der Anordnungsreihenfolge der jeweiligen dichroitischen Spiegel in mehrere Lichtstrahlen (Teillichter) mit unterschiedlichen Wellenlängenbändern zerlegt. Das durch diese Anordnung dichroitischer Spiegel erzeugte unterteilte Licht wird beispielsweise durch einen CCD-Sensor (in mehreren Farben) detektiert. Alternativ werden mehrere auf die jeweiligen dichroitischen Spiegel fallende Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängenbändern durch wiederholte Reflexion und Transmission an den jeweiligen dichroitischen Spiegeln zu einem einzigen Lichtstrahl integriert, bei dem unterschiedliche Wellenlängenbänder überlagert sind.
Als Photodetektor, bei dem eine Anordnung dichroitischer Spiegel verwendet wird, offenbart PTL 1 „eine spektroskopische Vorrichtung zur Detektion von Licht jeweiliger Wellenlängenbänder durch Zerlegen einfallenden Lichts in Lichter mit voneinander verschiedenen Wellenlängenbändern, welche Folgendes aufweist: eine spektroskopische Einheit, bei der mehrere spektroskopische Elemente mit voneinander verschiedenen Wellenlängenbandeigenschaften angeordnet sind, eine Wellenlängenselektionseinheit mit mehreren Wellenlängenselektionselementen, die den jeweiligen spektroskopischen Elementen gegenüberstehen, eine Lichtdetektionseinheit mit einer Photoelektronenvervielfachungsröhre, die eine photoelektrische Oberfläche zur photoelektrischen Wandlung von den mehreren Wellenlängenselektionselementen durchgelassenen Lichts, mehrere Elektronenvervielfachungswege, die entsprechend den jeweiligen der mehreren Wellenlängenselektionselemente bereitgestellt sind, und mehrere Anoden, die entsprechend den jeweiligen Elektronenvervielfachungswegen bereitgestellt sind, aufweist, und eine Halteeinheit, welche die Wellenlängenselektionseinheit in einem Gehäuse hält, wobei die Halteeinheit einen Hauptkörper, bei dem die Wellenlängenselektionselemente in einer Richtung angeordnet sind, und ein Paar von Wandabschnitten, die vom Hauptkörper entgegengesetzt zueinander vorstehen, aufweist, und wobei die spektroskopischen Elemente zwischen den beiden Wandabschnitten entlang der Anordnungsrichtung der Wellenlängenselektionselemente angeordnet sind“ (siehe Anspruch 1).
Im Allgemeinen ist bei festem Abstand zwischen den mehreren Lichtemissionspunkten die Empfindlichkeit der Detektion umso höher, je kürzer die Brennweite der Sammellinse ist. Andererseits ist eine umso unabhängigere Detektion (Detektion mit einem geringen Übersprechen) möglich, je kürzer die maximale optische Weglänge ist. Dies liegt daran, dass, wenn die maximale optische Weglänge zunimmt, die maximale Größe der auf den Sensor projizierten Teillichtflecke zunimmt und die von den benachbarten Lichtemissionspunkten abgeleiteten Flecke miteinander gemischt werden, so dass Übersprechen erzeugt wird. Das heißt, dass durch Verkleinern des die Anordnung dichroitischer Spiegel aufweisenden Photodetektors mehrere einfallende Lichter mit hoher Empfindlichkeit und mehreren unabhängigen Farben detektiert werden können.
In PTL 2 wird als Photodetektor, bei dem eine Miniaturisierung, eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Übersprechen verwirklicht sind, Folgendes offenbart: „Eine Lichtemissions-Detektionsvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Sammellinsenanordnung, in der M Sammellinsen angeordnet sind, um von einer Emissionspunktanordnung, in der M Emissionspunkte angeordnet sind, emittierte Lichter individuell zu sammeln, um M Lichtstrahlen zu bilden, wobei M ≥ 2 ist, wenigstens einen Sensor, auf dem die M Lichtstrahlen nicht erneut gesammelt werden, sondern parallel einfallen, wobei, wenn der durchschnittliche effektive Durchmesser der M Emissionspunkte d ist, die durchschnittliche Brennweite der M Sammellinsen f ist, der durchschnittliche Abstand der M Sammellinsen p ist und die durchschnittliche maximale optische Weglänge zwischen den M Sammellinsen und dem Sensor g ist, d, f, p und g eine bestimmte Beziehung erfüllen, die so vorgegeben ist, dass die M Lichtemissionsbestandteile mit geringem Übersprechen oder hoher Empfindlichkeit detektiert werden können“ (siehe Anspruch 1).
Wenn die Anordnung dichroitischer Spiegel miniaturisiert wird, kann der Einfluss der Dicke der jeweiligen dichroitischen Spiegel jedoch nicht ignoriert werden und verringert sich die Öffnungsbreite, wobei es sich um die Obergrenze der Breite des einfallenden Lichtstrahls handelt, der durch die Anordnung dichroitischer Spiegel in mehrere Teillichter zerlegt werden kann.
In PTL 3 ist zur Verringerung der Größe des dichroitischen Spiegels, zur Verringerung der maximalen optischen Weglänge und gleichzeitig zur Erhöhung der Öffnungsbreite Folgendes offenbart: „Eine Anordnung dichroitischer Spiegel, bei der eine Anzahl 1, 2, ..., N dichroitischer Spiegel in numerischer Reihenfolge in einer ersten Richtung mit N ≥ 2 angeordnet ist, der Normalenvektor auf die Vorderfläche der mehreren dichroitischen Spiegel durch die Summe der positiven Komponenten in erster Richtung und der negativen Komponenten in der zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung gebildet ist, die mehreren Normalenvektoren im Wesentlichen parallel zueinander sind und, wenn 0 ≤ θ₀ ≤ 90° ist, wenn der Durchschnitt der von den mehreren Normalenvektoren und der zur zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung gebildeten Winkel als θ₀ bezeichnet wird, der Durchschnitt der Brechungsindizes der Substrate der dichroitischen Spiegel als no bezeichnet wird, der Durchschnitt der Breiten der Substrate der dichroitischen Spiegel als α bezeichnet wird, der Durchschnitt der Dicken der Substrate der dichroitischen Spiegel als β bezeichnet wird und der Durchschnitt der Abstände zwischen den dichroitischen Spiegeln als x bezeichnet wird und, wenn 2 ≤ n ≤ N ist, wenn der Durchschnitt der Abstände, um die ein Ende des n-ten dichroitischen Spiegels in zweiter Richtung in der zur zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung in Bezug auf ein Ende des (n - 1)-ten dichroitischen Spiegels in zweiter Richtung verschoben ist, als yz bezeichnet wird, θ₀, no, α, β, x und yz eine vorgegebene Beziehung erfüllen, um die Öffnungsbreite der Anordnung dichroitischer Spiegel zu erhöhen oder ihre optische Weglänge zu verringern“ (siehe Anspruch 1).
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2012-242117 A
PTL 2: WO 2017/145230
PTL 3: WO 2017/145231

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Allgemeinen detektiert der Photodetektor zur Detektion und genauen Messung jeweiligen Lichts mit CN1 zu analysierenden Farben notwendigerweise CN2 (CN2 ≥ CN1) Farben. Ferner ist die Detektionsgenauigkeit des Photodetektors bei der Detektion von Licht mit CN1 Farben umso höher, je größer die Differenz zwischen CN2 und CN1 ist. Daher muss zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Analysegenauigkeit die Anzahl CN2 der durch den Photodetektor detektierbaren Farben erhöht werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden beim die Anordnung dichroitischer Spiegel verwendenden Photodetektor die maximale optische Weglänge verringert und der Photodetektor miniaturisiert, wodurch eine unabhängige und sehr genaue Detektion mehrerer Farben einfallenden Lichts möglich ist. Allerdings wird durch die Erhöhung der Anzahl der dichroitischen Spiegel und der Anzahl der Zerlegungen des einfallenden Lichts die maximale optische Weglänge vergrößert, weshalb sich das einfallende Licht nur schwer unabhängig und mit hoher Genauigkeit detektieren lässt.
PTL 2 verwirklicht eine Vierfarbdetektion von vier einfallenden Lichtern unter Verwendung einer aus vier Typen dichroitischer Spiegel zusammengesetzten Anordnung dichroitischer Spiegel. Andererseits ist beispielsweise, falls acht Farben von vier einfallenden Lichtern abgesehen davon, dass acht Typen dichroitischer Spiegel verwendet werden, unter den gleichen Bedingungen detektiert werden, die maximale Größe der Flecke des auf den Sensor projizierten unterteilten Lichts nahezu zwei Mal so groß wie bei der Vierfarbdetektion. Ferner werden von verschiedenen einfallenden Lichtern abgeleitete Flecke miteinander gemischt, so dass Übersprechen erzeugt wird. Zusätzlich werden von verschiedenen Teillichtern eines einfallenden Lichts abgeleitete Flecke auch miteinander gemischt, so dass die Detektion von acht Farben jedes einfallenden Lichts mit hoher Genauigkeit unmöglich ist.
Wenn die Anzahl der die Anordnung dichroitischer Spiegel bildenden dichroitischen Spiegel vergrößert wird, so dass die Anzahl der Unterteilungen des einfallenden Lichts erhöht wird, wird die Differenz zwischen dem minimalen optischen Abstand (der minimalen optischen Weglänge) und der maximalen optischen Weglänge zwischen der Sammellinse und dem Sensor vergrößert. Daher wird die Differenz zwischen der Größe des bei der minimalen optischen Weglänge gebildeten Flecks und der Größe des bei der maximalen optischen Weglänge gebildeten Flecks vergrößert, so dass die Differenz der Intensitätsdichten der Flecke mit der gleichen Gesamtintensität zunimmt und die Gesamtempfindlichkeit und der Dynamikbereich des Photodetektors selbst abnehmen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Anordnung dichroitischer Spiegel, die eine hohe Empfindlichkeit, eine hohe Genauigkeit und eine unabhängige Mehrfarbdetektion einfallenden Lichts ermöglicht, und einen die Anordnung dichroitischer Spiegel verwendenden Photodetektor bereitzustellen.
Lösung des Problems
Eine Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Offenbarung weist eine erste Gruppe aus m (m ≥ 2) dichroitischen Spiegeln DA1 bis DAm, die der Reihe nach parallel zueinander entlang der positiven X-Achsenrichtung in einem rechtshändigen kartesischen XYZ-Koordinatensystem angeordnet sind, und eine zweite Gruppe aus n (n ≥ 2) dichroitischen Spiegeln DB1 bis DBn, die der Reihe nach parallel zueinander entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet sind, auf. Die X-Koordinaten von DA2 bis DAm sind positiv. Die X-Koordinaten von DB2 bis DBn sind negativ. Die Einfallsflächen von DA1 bis DAm und die Einfallsflächen von DB1 bis DBn sind zur XZ-Ebene senkrecht. Die Steigungen der durch Projizieren der Normalen der Einfallsflächen von DA1 bis DAm auf die XZ-Ebene erhaltenen Geraden sind negativ. Die Steigungen der durch Projizieren der Normalen der Einfallsflächen von DB1 bis DBn auf die XZ-Ebene erhaltenen Geraden sind positiv.
Andere Merkmale der Offenbarung werden anhand der Beschreibung der anliegenden Zeichnungen dieser Patentschrift klar werden. Zusätzlich werden Ausführungsformen der Offenbarung durch Elemente, Kombinationen verschiedener Elemente, die folgende detaillierte Beschreibung und die anliegenden Ansprüche erreicht und verwirklicht.
Es ist zu verstehen, dass sich die Beschreibung dieser Patentschrift nur auf ein typisches Beispiel bezieht und den Schutzumfang der Ansprüche oder die Anwendungen der Offenbarung nicht beschränkt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Anordnung dichroitischer Spiegel, die eine sehr empfindliche, sehr genaue und unabhängige Mehrfarbdetektion einfallenden Lichts ermöglicht, und ein die Anordnung dichroitischer Spiegel verwendender Analysator bereitgestellt werden.
Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen, die über die vorstehende Beschreibung hinausgehen, werden anhand der Erklärung der folgenden Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Diagramm der für die Reflexion oder Transmission individueller dichroitischer Spiegel erforderlichen optischen Weglänge,
3 ein Diagramm von Ergebnissen des Vergleichs optischer Weglängen von Anordnungen dichroitischer Spiegel mit 3 bis 13 Unterteilungen,
4 eine Schnittansicht einer Konfiguration und der optischen Weglänge einer 7 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1,
5 eine Schnittansicht einer Konfiguration und der optischen Weglänge der 7 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1,
6 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Mehrfarbdetektors gemäß Beispiel 2,
7 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Mehrfarbdetektors gemäß Beispiel 3,
8 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Kapillarfeld-DNA-Sequenzers gemäß Beispiel 4,
9 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5,
10 ein Diagramm eines Modells zum Erhalten einer Beziehung zwischen der Lichtemissionspunktgröße, der Brennweite einer Sammellinse, dem Lichtemissionspunktabstand, dem Sensorabstand und der Fleckgröße durch Strahlverfolgungssimulation, 11 einen Graphen von Berechnungsergebnissen des Modells aus 10,
12 einen Graphen einer Beziehung zwischen räumlichen Koordinaten mit dem Zentrum eines Flecks als Nullpunkt und der relativen Signalintensität der jeweiligen Sensorabstände eines 9-Farben-Detektors,
13 einen Graphen einer Beziehung zwischen den räumlichen Koordinaten eines Flecks und der normierten Signalintensität,
14 ein Transmissionsspektrum eines Bandpassfilters BP gemäß Beispiel 5,
15 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M1 gemäß Beispiel 5,
16 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M2 gemäß Beispiel 5,
17 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M3 gemäß Beispiel 5,
18 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M4 gemäß Beispiel 5,
19 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M5 gemäß Beispiel 5,
20 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M6 gemäß Beispiel 5,
21 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M7 gemäß Beispiel 5,
22 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M8 gemäß Beispiel 5,
23 ein Transmissionsspektrum eines dichroitischen Spiegels M9 gemäß Beispiel 5,
24 ein Transmissionsspektrum von einer 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 unterteilten Lichts C1 bis C9,
25 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer 10 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 6,
26 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer 12 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 7,
27 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines eine 13 Unterteilungen aufweisende Anordnung dichroitischer Spiegel aufweisenden Mehrfarbanalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform,
28 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration einer 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 3,
29 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration einer 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 8 und
30 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer 6 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines rechtshändigen kartesischen XYZ-Koordinatensystems beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt ist, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform eine Gruppe A (erste Gruppe), die aus m dichroitischen Spiegeln DA1, DA2, ..., DAm besteht (m ist eine natürliche Zahl 2 oder größer), und eine Gruppe B (zweite Gruppe), die aus n dichroitischen Spiegeln DB1, DB2, ..., DBn besteht (n ist eine natürliche Zahl 2 oder größer), auf.
Im Allgemeinen weist ein dichroitischer Spiegel eine Einfallsfläche (d. h. eine reflektierende Fläche) und eine Emissionsfläche auf, die zueinander parallel sind (ihre Normalen sind auch parallel zueinander). Daher werden in dieser Patentschrift die Einfallsfläche und die Emissionsfläche ohne Unterscheidung beschrieben, wenn die Neigung (Richtung), in der der dichroitische Spiegel angeordnet ist, angegeben wird. Das heißt, dass die in dieser Patentschrift beschriebene Einfallsfläche auch durch die Emissionsfläche ersetzt werden kann.
Der dichroitische Spiegel DA1 ist auf der Z-Achse angeordnet. Die dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm sind so angeordnet, dass ihre Einfallsflächen zur XZ-Ebene senkrecht und zueinander entlang der positiven X-Achsenrichtung parallel sind. Die von den Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm auf die XZ-Ebene projizierten Geraden weisen auf der XZ-Ebene eine negative Neigung auf. Der Winkel zwischen den Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm und der Z-Achse ist auf θ₀ gesetzt. Beim in 1 dargestellten Beispiel ist θ₀ 45° und ist die Normale der Einfallsfläche jeglicher der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm zur geraden Z = -X parallel. Mit anderen Worten sind die Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm zur geraden Z = X parallel.
Der dichroitische Spiegel DB1 ist auf der Z-Achse angeordnet. Die dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn sind so angeordnet, dass ihre Einfallsflächen zur XZ-Ebene senkrecht und zueinander entlang der negativen X-Achsenrichtung parallel sind. Die von den Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn auf die XZ-Ebene projizierten Geraden weisen auf der XZ-Ebene eine positive Neigung auf. Der Winkel zwischen den Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn und der Z-Achse ist auf θ₁ gesetzt. Beim in 1 dargestellten Beispiel ist θ₁ 45° und ist die Normale der Einfallsfläche jeglicher der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn zur geraden Z = X parallel. Mit anderen Worten sind die Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn zur geraden Z = -X parallel.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm der Gruppe A und die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn der Gruppe B alle parallel zur XZ-Ebene, wobei ihre Richtungen jedoch voneinander verschieden sind. Beim in 1 dargestellten Beispiel sind die dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm der Gruppe A und die dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn der Gruppe B so angeordnet, dass die Normalen der Einfallsflächen orthogonal zueinander sind. Es sei bemerkt, dass θ₀ und θ₁ nicht auf 45° beschränkt sind und innerhalb eines Bereichs, in dem das einfallende Licht getrennt werden kann, beliebig festgelegt werden können.
Wie in 1 dargestellt ist, ist bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform die Gruppe B auf der Seite positiver Z-Achsenrichtung in Bezug auf die Gruppe A angeordnet. Demgemäß weist die Anordnung dichroitischer Spiegel insgesamt eine Zweischichtstruktur auf. Ferner weisen die dichroitischen Spiegel DA2 und DB2 unterschiedliche Positionen in X-Achsenrichtung auf, weisen die dichroitischen Spiegel DA2 bis DAm positive X-Koordinaten auf und weisen die dichroitischen Spiegel DB2 bis DBn negative X-Koordinaten auf. Daher können die Teillichter C(DA2) bis C(DAm) und C(DB1) bis C(DAn) durch die dichroitischen Spiegel DA2 bis DAm und die dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn anhand eines einfallenden Lichts C0 erhalten werden.
Auf wenigstens einer Fläche eines transparenten Substrats mit einem Brechungsindex no jedes dichroitischen Spiegels ist ein optischer Film ausgebildet. Als transparentes Substrat wird beispielsweise Quarzglas verwendet. In der vorliegenden Offenbarung können einige der die Anordnung dichroitischer Spiegel bildenden dichroitischen Spiegel totalreflektierend oder halbreflektierend mit einer geringen Wellenlängenabhängigkeit sein. Daher können in der vorliegenden Offenbarung ein dichroitischer Spiegel, ein totalreflektierender Spiegel und ein Halbspiegel ohne Unterscheidung als dichroitischer Spiegel bezeichnet werden.
Das einfallende Licht C0 fällt unter einem Einfallswinkel θ₀ aus der negativen Z-Achsenrichtung zur positiven Z-Achsenrichtung auf den dichroitischen Spiegel DA1. Das einfallende Licht C0 wird durch den dichroitischen Spiegel DA1 in reflektiertes Licht C(DA1), das sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitet, und durchgelassenes Licht, das sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitet, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel DA1 reflektierte Licht fällt auf den dichroitischen Spiegel DA2 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht C(DA2) zerlegt. In gleicher Weise erzeugt das vom dichroitischen Spiegel DA1 reflektierte Licht C(DA1) (m - 1) durch die dichroitischen Spiegel DA2 bis DAm unterteilte Lichter (die reflektierten Lichter C(DA2) bis C(DAm)), die sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreiten.
Ein beliebiger der dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm wird als dichroitischer Spiegel DAj (2 ≤ j ≤ (m - 1)) festgelegt. Das vom dichroitischen Spiegel DAj durchgelassene Licht fällt auf DA(j + 1) und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht C(DA(j + 1)) zerlegt.
Andererseits fällt das vom dichroitischen Spiegel DA1 durchgelassene Licht auf den dichroitischen Spiegel DB1 und wird in das sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitende reflektierte Licht und das sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitende durchgelassene Licht C(DB1) zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel DB1 reflektierte Licht fällt auf den dichroitischen Spiegel DB2 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht C(DB2) zerlegt. Ähnlich erzeugt das vom dichroitischen Spiegel DA1 durchgelassene Licht durch die dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn unterteilte Lichter C(DB1) bis C(DBn), die sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreiten.
Ein beliebiger der dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn wird als dichroitischer Spiegel DBk (2 ≤ k ≤ (n - 1)) festgelegt. Das vom dichroitischen Spiegel DBk durchgelassene Licht fällt auf DB(k + 1) und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht C(DB(k + 1)) zerlegt.
Anhand des vorstehend Erwähnten ist ersichtlich, dass die Gesamtzahl der durch die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform erhaltenen Teillichter (m + n - 1) beträgt. Weil jedes Teillicht andere im einfallenden Licht C0 enthaltene Wellenlängenkomponenten aufweist, kann eine Mehrfarbdetektion oder spektroskopische Analyse des einfallenden Lichts C0 durch Detektieren der jeweiligen Teillichter ausgeführt werden.
Die Teillichter C(DAj) und C(DBk) werden als Teillicht C(X) festgelegt. Wenn die Mittenwellenlänge jedes Teillichts C(X) durch A(C(X)) repräsentiert wird, wird die Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel durch Erfüllen jeglicher der folgenden Ausdrücke (1) bis (8) vereinfacht. $λ (C (DA2)) < \dots < λ (C (DAm)) < λ (C (DB1)) < \dots < λ (C (DBn))$
$λ (C (DAm)) < \dots < λ (C (DA2)) < λ (C (DB1)) < \dots < λ (C (DBn))$
$λ (C (DA2)) < \dots < λ (C (DAm)) < λ (C (DBn)) < \dots < λ (C (DB1))$
$λ (C (DAm)) < \dots < λ (C (DA2)) < λ (C (DBn)) < \dots < λ (C (DB1))$
$λ (C (DB1)) < \dots < λ (C (DBn)) < λ (C (DA2)) < \dots < λ (C (DAm))$
$λ (C (DBn)) < \dots < λ (C (DB1)) < λ (C (DA2)) < \dots < λ (C (DAm))$
$λ (C (DB2)) < \dots < λ (C (DBn)) < λ (C (DAm)) < \dots < λ (C (DA2))$
$λ (C (DBn)) < \dots < λ (C (DB2)) < λ (C (DAm)) < \dots < λ (C (DA2))$
Das heißt, dass es bevorzugt ist, dass die Gruppe A ein Teillicht eines kurzen Wellenlängenbands erzeugt und die Gruppe B ein Teillicht eines langen Wellenlängenbands erzeugt oder dass die Gruppe B ein Teillicht eines kurzen Wellenlängenbands erzeugt und die Gruppe A ein Teillicht eines langen Wellenlängenbands erzeugt. Insbesondere kann der dichroitische Spiegel DA1 das kurze Wellenlängenband und das lange Wellenlängenband einfach in die Gruppen A und B zerlegen.
2 ist ein Diagramm, das die für die Reflexion oder Transmission jedes dichroitischen Spiegels benötigte optische Weglänge zeigt. Jeder dichroitische Spiegel ist durch eine durch das gepunktete Quadrat in 2 dargestellte Einheit getrennt. Das obere Ende, das rechte Ende, das untere Ende und das linke Ende der Papieroberfläche der Einheit sind das oberste Ende, das am weitesten rechts gelegene Ende, das unterste Ende und das am weitesten links gelegene Ende der Position, an der sich ein jeweiliger dichroitischer Spiegel befindet. Für jedes Teillicht wird die optische Weglänge von der Position, an der das einfallende Licht auf die DA1-Einheit fällt, zur Position, an der das Teillicht von jedem dichroitischen Spiegel emittiert wird, erhalten. Weil die optische Weglänge des nicht in der Einheit enthaltenen Gebiets der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel und der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform in vielen Fällen gemeinsam ist, wird sie hier ignoriert.
Hier wird die optische Weglänge pro Einheit zur Vereinfachung der Beurteilung der optischen Weglänge auf 1 gesetzt. Wenn eine Einheit betrachtet wird, haben das durchgelassene Licht und das reflektierte Licht jedes dichroitischen Spiegels die gleiche optische Weglänge.
2(a) zeigt die optische Weglänge, die für die Reflexion oder Transmission individueller dichroitischer Spiegel in einer herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel benötigt wird. Wie in 2(a) dargestellt ist, weist die herkömmliche Anordnung dichroitischer Spiegel eine Konfiguration auf, bei der m dichroitische Spiegel D1 bis Dm auf einer Geraden parallel zueinander angeordnet sind und die Teillichter C1 bis Cm erhalten werden können. Wie in 2(a) dargestellt ist, weist das Teillicht C1 für eine Einheit eine optische Weglänge 1 auf, weist das Teillicht C2 für zwei Einheiten eine optische Weglänge 2 auf und weist ähnlich das Teillicht Cm für m Einheiten eine optische Weglänge m auf. Das heißt, dass die maximale optische Weglänge bei der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel m ist.
2(b) zeigt die für die Reflexion oder Transmission individueller dichroitischer Spiegel bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform erforderliche optische Weglänge. 2(b) unterscheidet sich vom Fall aus 2(a), und die Einheit ist auch in einem Abschnitt (dem oberen Abschnitt von DA2 bis DAm) angegeben, in dem sich das von der Zweischichtstruktur der Anordnung dichroitischer Spiegel erzeugte Teillicht ausbreitet, wenngleich es keinen dichroitischen Spiegel gibt. Dies liegt daran, dass der Sensor zur Detektion des Teillichts parallel zur Anordnungsrichtung des dichroitischen Spiegels angeordnet ist. Wie in 2(b) dargestellt ist, beträgt die maximale optische Weglänge der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform (m - 1) oder (n - 1), je nachdem, was größer ist. Andererseits beträgt, wie in 2(a) dargestellt ist, im Fall der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel die maximale optische Weglänge zum Erhalten von (m + n - 1) Teillichtern m + n -1.
Daher kann die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform eine maximale optische Weglänge des (m - 1)/(m + n - 1)-Fachen oder (n - 1)/(m + n - 1)-Fachen jener der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel aufweisen, je nachdem, was größer ist. Wenn m ≈ n ist, kann die maximale optische Weglänge daher auf etwa die Hälfte verringert werden. Wenn beispielsweise m = n = 10 ist, kann die maximale optische Weglänge um das 0,53Fache verringert werden.
Andererseits beträgt die minimale optische Weglänge bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform 2 und bei der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel 1. Daher ändert sich die Differenz (Differenz der optischen Weglänge) zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge in Bezug auf die maximale optische Weglänge erheblich. Wie vorstehend beschrieben, kann die Differenz zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge durch Verwenden der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform auf etwa die Hälfte verringert werden.
3 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Vergleichs der optischen Weglängen von Anordnungen dichroitischer Spiegel mit 3 bis 13 Unterteilungen zeigt. 3 zeigt die maximale optische Weglänge und die Differenz zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge für jede Anordnung dichroitischer Spiegel sowohl für das herkömmliche Beispiel als auch diese Ausführungsform.
Anhand 3 wird klar, dass die maximale optische Weglänge gemäß dieser Ausführungsform für alle Anordnungen dichroitischer Spiegel mit 5 oder mehr Unterteilungen gegenüber dem herkömmlichen Beispiel verringert ist. Ferner ist die Differenz optischer Weglängen gemäß dieser Ausführungsform gegenüber dem herkömmlichen Beispiel für alle Anordnungen dichroitischer Spiegel mit drei oder mehr Unterteilungen verringert.
Ferner nimmt, wenn die Anzahl der Unterteilungen zunimmt, die Differenz der maximalen optischen Weglängen zu, wobei die Wirkung dieser Ausführungsform erheblich ist. Beispielsweise wird bei einer Anordnung dichroitischer Spiegel mit 9 Unterteilungen die maximale optische Weglänge von 9 beim herkömmlichen Beispiel auf 6 verringert und wird die Differenz der optischen Weglängen von 8 beim herkömmlichen Beispiel auf 4 verringert. Wie vorstehend beschrieben, sind die Verringerungsbreiten sowohl der maximalen optischen Weglänge als auch der Differenz der optischen Weglängen größer als jene im Fall von 7 Unterteilungen, und es ist ersichtlich, dass die Wirkung dieser Ausführungsform ferner mit der Anzahl der Unterteilungen zunimmt.
Wie vorstehend beschrieben, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform die dichroitischen Spiegel DA1 bis DAm der Gruppe A und die dichroitischen Spiegel DB1 bis DBn der Gruppe B mit unterschiedlichen Orientierungen auf und sind die dichroitischen Spiegel DA1 und DB1 entlang der Z-Achsenrichtung angeordnet. Daher kann selbst dann, wenn die Anzahl der dichroitischen Spiegel zunimmt und die Anzahl der Unterteilungen des einfallenden Lichts zunimmt, die Erhöhung des maximalen optischen Abstands (der maximalen optischen Weglänge) des einfallenden Lichts unterdrückt werden und können die mehreren Farben des einfallenden Lichts mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit unabhängig detektiert werden. Zusätzlich kann der maximale optische Abstand des einfallenden Lichts verringert werden, ohne die Anzahl der dichroitischen Spiegel und die Anzahl der Unterteilungen des einfallenden Lichts zu vergrößern oder zu verringern, und es kann auch eine Detektion mit höherer Genauigkeit und davon unabhängig für mehrere Farben vorgenommen werden, während weiter eine sehr empfindliche Mehrfarbdetektion des einfallenden Lichts vorgenommen werden kann.
[Vergleichsbeispiel 1]
Als nächstes werden ein Vergleichsbeispiel und Beispiele der ersten Ausführungsform beschrieben.
4 ist ein Diagramm einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1. 4(a) ist eine Schnittansicht der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1.
Wie in 4(a) dargestellt ist, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1 dichroitische Spiegel M1 bis M7 mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften auf und zerlegt das einfallende Licht C0 in sieben Lichter. Die dichroitischen Spiegel M1 bis M7 weisen eine Neigung von 45° in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf und sind parallel zueinander und in in etwa gleichen Intervallen entlang der positiven X-Achsenrichtung angeordnet. Der Einfluss der Dicke der jeweiligen dichroitischen Spiegel M1 bis M7 wird ignoriert.
Unter der Annahme, dass die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M7 parallel zur Papieroberfläche aus 4(a) α ist, ist der Abstand zwischen den dichroitischen Spiegeln $α / \sqrt{2} .$
Das heißt, dass das rechte Ende des dichroitischen Spiegels Mk und das linke Ende des dichroitischen Spiegels M(k + 1) in X-Achsenrichtung die gleiche Position aufweisen, wobei k eine natürliche Zahl 1 ≤ k ≤ 6 ist.
Das einfallende Licht C0 breitet sich in positiver Z-Achsenrichtung aus, fällt auf den dichroitischen Spiegel M1 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht, d. h. Teillicht C1, zerlegt. Das reflektierte Licht fällt auf den dichroitischen Spiegel M2 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C2, zerlegt. Ähnlich fällt unter der Annahme 3 ≤ k ≤ 6 das sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitende vom dichroitischen Spiegel M(k - 1) durchgelassene Licht auf den dichroitischen Spiegel Mk und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht Ck, zerlegt. Das sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitende vom dichroitischen Spiegel M6 durchgelassene Licht fällt auf den dichroitischen Spiegel M7 und erzeugt sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C7. Durch die Verwendung eines totalreflektierenden Spiegels als dichroitischer Spiegel M7 kann das vom dichroitischen Spiegel M7 durchgelassene Licht beseitigt werden.
Anhand des vorstehend Erwähnten ergibt sich, dass sieben sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitende Teillichter C1 bis C7 erhalten werden können. Weil die Teillichter C1 bis C7 unterschiedliche im einfallenden Licht C0 enthaltene Wellenlängenkomponenten aufweisen, können die mehreren Farben des einfallenden Lichts C0 durch Detektieren der jeweiligen Teillichter C1 bis C7 detektiert werden.
4(b) ist ein Diagramm, das die für die Reflexion oder Transmission jedes dichroitischen Spiegels benötigte optische Weglänge zeigt. Die durch das gepunktete Quadrat dargestellte Einheit gleicht jener in 2, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Wie anhand 4(b) klar ist, hat das Teillicht C1 für eine Einheit eine optische Weglänge 1, hat das Teillicht C2 für zwei Einheiten eine optische Weglänge 2 und hat ähnlich das Teillicht C7 für sieben Einheiten eine optische Weglänge 7. Daher beträgt die maximale optische Weglänge bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 7, beträgt die minimale optische Weglänge 1 und beträgt die Differenz zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge 6.
[Beispiel 1]
5 ist ein Diagramm einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1. 5(a) ist eine Schnittansicht der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1.
Wie in 5(a) dargestellt ist, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1 acht dichroitische Spiegel M1 bis M8 mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften auf kann das einfallende Licht C0 in sieben Teillichter C1 bis C7 zerlegen. Die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 werden in die Gruppe A eingeordnet, und die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 werden in die Gruppe B eingeordnet.
Die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 weisen eine Neigung von 45° in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf und sind parallel zueinander und in in etwa gleichen Intervallen entlang der positiven X-Achsenrichtung angeordnet. Die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M1 bis M4 sind zur XZ-Ebene parallel und weisen eine Neigung von -45° in der XZ-Ebene auf.
Die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 weisen eine Neigung von 45° in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf und sind parallel zueinander und in in etwa gleichen Intervallen entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet. Die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M5 bis M8 sind zur XZ-Ebene parallel und weisen eine Neigung von 45° in der XZ-Ebene auf.
Das heißt, dass die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 und die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 einander gegenüberstehen und ihre Normalen orthogonal zueinander sind.
Der dichroitische Spiegel M1 und der dichroitische Spiegel M5 weisen die gleiche Position in X-Achsenrichtung auf, und der dichroitische Spiegel M5 befindet sich auf der Seite positiver Z-Achsenrichtung in Bezug auf den dichroitischen Spiegel M1. Daher sind die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 auf der Seite positiver Z-Achsenrichtung in Bezug auf die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 angeordnet. Wie vorstehend beschrieben, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1 insgesamt eine Zweischichtstruktur auf.
Unter der Annahme, dass die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M8 parallel zur XZ-Ebene α ist, beträgt der Anordnungsabstand der dichroitischen Spiegel M1 bis M4 bzw. der dichroitischen Spiegel M5 bis M8 $α / \sqrt{2} .$
Der Abstand zwischen der Mitte des dichroitischen Spiegels M1 und der Mitte des dichroitischen Spiegels M5 beträgt auch $α / \sqrt{2} .$
Das einfallende Licht C0 breitet sich in positiver Z-Achsenrichtung aus und fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M1 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M1 reflektierte Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M2 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C1, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M2 durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M3 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C2, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M3 durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M4 und erzeugt sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C3. Hier wird das vom dichroitischen Spiegel M4 durchgelassene Licht ignoriert.
Andererseits fällt das vom dichroitischen Spiegel M1 durchgelassene Licht unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M5 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht, d. h. Teillicht C4, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M5 reflektierte Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M6 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C5, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M6 durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M7 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C6, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M7 durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M8 und erzeugt sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C7. Hier wird das vom dichroitischen Spiegel M8 durchgelassene Licht ignoriert.
Die dichroitischen Spiegel M4 und M8 können totalreflektierend sein.
Wie vorstehend beschrieben, können sieben sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitende Teillichter C1 bis C7 erhalten werden. Weil die Teillichter C1 bis C7 unterschiedliche im einfallenden Licht C0 enthaltene Wellenlängenkomponenten aufweisen, können die mehreren Farben des einfallenden Lichts C0 durch Detektieren der jeweiligen Teillichter C1 bis C7 detektiert werden.
5(b) ist ein Diagramm, das die für die Reflexion oder Transmission jedes dichroitischen Spiegels benötigte optische Weglänge zeigt. Die durch das gepunktete Quadrat dargestellte Einheit gleicht der vorstehend Beschriebenen, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Wie in 5(b) dargestellt ist, hat das Teillicht C1 für drei Einheiten eine optische Weglänge 3, hat das Teillicht C2 für vier Einheiten eine optische Weglänge 4, hat das Teillicht C3 für fünf Einheiten eine optische Weglänge 5, hat das Teillicht C4 für zwei Einheiten eine optische Weglänge 2, hat das Teillicht C5 für drei Einheiten eine optische Weglänge 3, hat das Teillicht C6 für vier Einheiten eine optische Weglänge 4 und hat das Teillicht C7 für fünf Einheiten eine optische Weglänge 5. Daher ist die maximale optische Weglänge 5, ist die minimale optische Weglänge 2 und ist die Differenz zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge 3.
Anhand des Vergleichs der Beurteilungsergebnisse der optischen Weglängen von Vergleichsbeispiel 1 und von Beispiel 1 ergibt sich, dass die maximale optische Weglänge der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1 gegenüber der maximalen optischen Weglänge 7 aus dem Vergleichsbeispiel 1 auf 5 verringert werden kann und dass die Differenz zwischen der maximalen optischen Weglänge und der minimalen optischen Weglänge von 6 aus dem Vergleichsbeispiel 1 auf 3 verringert werden kann, während die Anordnungen dichroitischer Spiegel sowohl des Vergleichsbeispiels 1 als auch des Beispiels 1 ähnlich eine 7-Farben-Detektion durch 7 Unterteilungen ausführen. Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1 die Detektion von sieben Farben mit hoher Genauigkeit, hoher Empfindlichkeit und geringem Übersprechen.
Weil die 4 und 5 eine Schnittansicht der Anordnung dichroitischer Spiegel zeigen, ist nur ein einfallendes Licht C0 dargestellt. Es können jedoch mehrere einfallende Lichter C0 in der zur Papieroberfläche der Schnittansicht senkrechten Richtung (Y-Achsenrichtung) angeordnet werden, und die jeweiligen der mehreren einfallenden Lichter C0 können durch die Anordnung dichroitischer Spiegel in sieben parallele Lichter zerlegt werden, so dass Teillichter C1 bis C7 erzeugt werden.
[Beispiel 2]
6 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Mehrfarbdetektors gemäß Beispiel 2. Der Mehrfarbdetektor gemäß Beispiel 2 detektiert sieben Farben von einem Lichtemissionspunkt P emittierten Lichts unter Verwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 1.
Das einfallende Licht C0 ist ein durch Sammeln des vom Lichtemissionspunkt P emittierten Lichts mit einer Sammellinse L erhaltener Lichtstrahl. In 5 ist jeder Strahl durch eine Linie dargestellt, in 6 ist jeder Strahl jedoch durch ein Bündel (einen Lichtstrahl) mit einer Breite dargestellt. 6(a) ist eine Schnittansicht entlang der XZ-Ebene des Mehrfarbdetektors gemäß diesem Beispiel. 6(b) ist eine Ansicht entlang eines Pfeils A aus 6(a).
Wie in 6(a) dargestellt ist, weist der Mehrfarbdetektor gemäß Beispiel 2 die dichroitischen Spiegel M1 bis M8, die Sammellinse L, die Sensoranordnung und den Lichtemissionspunkt P auf.
Weil die dichroitischen Spiegel M1 bis M8 die gleiche Konfiguration wie in Beispiel 1 aufweisen, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Die Sensoranordnung weist sieben parallel zur XY-Ebene entlang der X-Achsenrichtung angeordnete Sensorelemente auf, wobei jedes Sensorelement auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung der dichroitischen Spiegel M1 bis M8 angeordnet ist. Die sieben Teillichter C1 bis C7 breiten sich in positiver Z-Achsenrichtung aus, fallen auf die Sensorflächen S des Sensorelements und werden durch die Sensoranordnung detektiert. Es sei bemerkt, dass in 6 die Grenzen der Sensorflächen S der mehreren Sensorelemente nicht dargestellt sind. Die Sensoranordnung ist ein Einzelliniensensor oder Flächensensor. Weil die Teillichter C1 bis C7 Komponenten verschiedener Wellenlängenbänder des einfallenden Lichts C0, d. h. Komponenten verschiedener Farben, sind, können die sieben Farben des einfallenden Lichts C0 durch gleichzeitiges und unabhängiges Messen von ihnen detektiert werden.
Weil es beim Beispiel 2 einen einzigen Lichtemissionspunkt P gibt, sollte die Breite jedes dichroitischen Spiegels in Y-Achsenrichtung größer sein als die maximale Breite der Lichtstrahlen des einfallenden Lichts C0 und der Teillichter C1 bis C7, wie in 6(b) dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Mehrfarbdetektor gemäß Beispiel 2 wie in Beispiel 1 die maximale optische Weglänge und die optische Weglängendifferenz gegenüber dem Fall verringern, in dem die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird. Daher kann das vom Lichtemissionspunkt P emittierte Licht mit hoher Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit in mehreren Farben detektiert werden.
[Beispiel 3]
7 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Mehrfarbdetektors DS gemäß Beispiel 3. Der Mehrfarbdetektor DS gemäß Beispiel 3 detektiert sieben Farben jedes von p (2 ≤ p) Lichtemissionspunkten P emittierten Lichts unter Verwendung der gleichen Anordnung dichroitischer Spiegel wie in Beispiel 1. in Beispiel 3 werden sieben Farben von den vier Lichtemissionspunkten P1 bis P4 emittierten Lichts detektiert. 7(a) ist eine Schnittansicht entlang der XZ-Ebene des Mehrfarbdetektors DS gemäß diesem Beispiel. 7(b) ist ein Diagramm entlang Pfeil A aus 7(a).
Wie in den 7(a) und 7(b) dargestellt ist, weist der Mehrfarbdetektor DS gemäß Beispiel 3 die dichroitischen Spiegel M1 bis M8, die Sammellinsen L1 bis L4, Flächensensoren und die Lichtemissionspunkte P1 bis P4 auf.
Die von den Lichtemissionspunkten P1 bis P4 emittierten Lichter werden durch die jeweiligen Sammellinsen L1 bis L4 gesammelt und werden zu einfallenden Lichtern C0-1 bis C0-4. Die Anzahl der Lichtemissionspunkte P ist nicht auf vier beschränkt und kann beliebig sein.
Die dichroitischen Spiegel M1 bis M8 weisen eine größere Breite in Y-Achsenrichtung auf als die dichroitischen Spiegel aus Beispiel 1, so dass die einfallenden Lichter C0-1 bis C0-4 gemeinsam einfallen können. Die dichroitischen Spiegel M1 bis M8 unterteilen die einfallenden Lichter C0-1 bis C0-4 siebenfach, so dass 28 Teillichter C1-1 bis C7-4 erhalten werden.
Der Flächensensor ist parallel zur XY-Ebene auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung der dichroitischen Spiegel M1 bis M8 angeordnet. Die 28 Teillichter C1-1 bis C7-4 fallen gemeinsam auf eine Sensorfläche S eines Flächensensors und werden durch diesen detektiert.
In der vorliegenden Offenbarung kann der Ausdruck „gemeinsam“ verwendet werden, um anzugeben, dass ein optisches Element für mehrere (M) Lichtemissionspunkte, Lichtstrahlen oder Teillichter verwendet wird (M : 1-Entsprechung). Der Ausdruck „individuell“ kann verwendet werden, um anzugeben, dass ein optisches Element für einen Lichtemissionspunkt, einen Lichtstrahl oder ein Teillicht verwendet wird (1 : 1-Entsprechung).
Wenn die 28 Teillichter C1-1 bis C7-4 individuell detektiert werden, wird eine Sensoranordnung mit insgesamt 28 Sensorelementen, nämlich 4 in X-Achsenrichtung und 7 in Y-Achsenrichtung, verwendet. Jedes Sensorelement ist auf der positiven Seite in Z-Achsenrichtung der dichroitischen Spiegel M1 bis M8 parallel zur XY-Ebene angeordnet. Die 28 Teillichter C1-1 bis C7-4 fallen jeweils auf die Sensorfläche S des Sensorelements und werden durch die Sensoranordnung detektiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann der Mehrfarbdetektor DS gemäß Beispiel 3 die maximale optische Weglänge und die Differenz der optischen Weglängen für die mehreren Einfallslichter C0-1 bis C0-4 wie in Beispiel 1 verglichen mit dem Fall verringern, in dem die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird. Daher kann die Lichtemission von den mehreren Lichtemissionspunkten P in mehreren Farben mit hoher Genauigkeit, hoher Empfindlichkeit und geringem Übersprechen detektiert werden.
[Beispiel 4]
8(a) ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Kapillarfeld-DNA-Sequenzers gemäß Beispiel 4. Der Kapillarfeld-DNA-Sequenzer gemäß Beispiel 4 verwendet den Mehrfarbdetektor DS gemäß Beispiel 3 und ist ein die Fluoreszenz eines DNA-Fragments detektierender Analysator.
Der Kapillarfeld-DNA-Sequenzer weist eine Laserlichtquelle 1, ein Ventil 4, eine kathodenseitige Pufferlösung 7, eine Kathode 8, eine anodenseitige Pufferlösung 9, eine Anode 10, einen Pumpenblock 11, eine Spritze 12, eine Stromquelle 13, ein Kapillarfeld CA und den Mehrfarbdetektor DS auf.
Die Laserlichtquelle 1 strahlt einen Laserstrahl 2 auf eine Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 des Kapillarfelds CA. An der Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 werden DNA-Fragmente in einem bestimmten Abstand von einem Probeneinspritzende 5 einer Elektrophorese unterzogen.
Das Kapillarfeld CA weist mehrere Kapillaren auf, die auf der XY-Ebene in der Nähe der Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 angeordnet sind. Das Probeneinspritzende 5 des Kapillarfelds CA wird in die kathodenseitige Pufferlösung 7 eingetaucht, und ein Probenelutionsende 6 wird durch einen Polymerblock 11 in die anodenseitige Pufferlösung 9 eingetaucht.
Der Pumpenblock 11 wird mit einer Polymerlösung gefüllt. Die Spritze 12 und das Ventil 4 werden mit dem Pumpenblock 11 gekoppelt. Indem die Polymerlösung innerhalb des Pumpenblocks 11 unter Druck gesetzt wird, während die Spritze 12 mit dem Ventil 4 geschlossen ist, kann das Kapillarfeld CA vom Probenelutionsende 6 zum Probeneinspritzende 5 hin mit der Polymerlösung gefüllt werden.
Die Kathode 8 wird in die kathodenseitige Pufferlösung 7 eingetaucht, und die Anode 10 wird in die anodenseitige Pufferlösung 9 eingetaucht. Die Stromquelle 13 legt eine Hochspannung zwischen die Kathode 8 und die Anode 10.
Nachdem das Innere des Kapillarfelds CA mit der Polymerlösung gefüllt wurde, wird das Ventil 4 geöffnet, wird eine andere Probe vom Probeneinspritzende 5 in jede Kapillare eingespritzt und wird eine Hochspannung zwischen die Kathode 8 und die Anode 10 gelegt, um eine Kapillarelektrophorese auszuführen. Das mit dem in der Probe enthaltenen vierfarbigen Leuchtstoff markierte DNA-Fragment wird vom Probeneinspritzende 5 zum Probenelutionsende 6 hin einer Elektrophorese unterzogen.
8(b) ist eine vergrößerte Ansicht des in 8(a) dargestellten Mehrfarbdetektors DS. Wie in 8(b) dargestellt ist, weist das Kapillarfeld CA vier Kapillaren CA1 bis CA4 auf. Die Anzahl der Kapillaren ist nicht auf vier beschränkt und kann beliebig sein.
Die Kapillaren CA1 bis CA4 werden entlang der Y-Achsenrichtung auf der XY-Ebene angeordnet, und ihre Beschichtung ist an der Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 entfernt. Das DNA-Fragment wird mit einem vierfarbigen Leuchtstoff markiert, innerhalb der jeweiligen Kapillaren CA1 bis CA4 einer Elektrophorese unterzogen und angeregt, und es fluoresziert, wenn es durch die Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 läuft. Daher werden die Innenbereiche der Kapillaren CA1 bis CA4 an der Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 zu den jeweiligen Lichtemissionspunkten P1 bis P4.
Weil der Mehrfarbdetektor DS die gleiche Konfiguration aufweist wie der Mehrfarbdetektor DS gemäß Beispiel 3, wird auf seine Beschreibung verzichtet. Der Mehrfarbdetektor DS ist auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung des Kapillarfelds CA angeordnet.
Wie in 8(b) dargestellt ist, läuft der von der Laserlichtquelle 1 angeregte Laserstrahl 2 in positiver Y-Achsenrichtung entlang der XY-Ebene und bestrahlt die Laserstrahl-Einstrahlungspositionen 3 der Kapillaren CA4, CA3, CA2 und CA1, d. h. die Lichtemissionspunkte P4, P3, P2 und P1.
Das mit dem vierfarbigen Leuchtstoff markierte DNA-Fragment wird durch den Laserstrahl 2 angeregt, während es durch die Laserstrahl-Einstrahlungsposition 3 hindurchtritt. Die sich an den Lichtemissionspunkten P1 bis P4 ergebende Emission wird unter Verwendung des Mehrfarbdetektors DS in 7 Farben detektiert. Die Wellenlänge des Laserstrahls 2 beträgt 505 nm. Die vierfarbige Fluoreszenz (maximale Lichtemissionswellenlänge) liegt bei 540 nm, 570 nm, 600 nm und 630 nm.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann der Mehrfarbdetektor DS, wenngleich das Analyseziel eine vierfarbige Fluoreszenz aufweist, sieben Farben detektieren, so dass eine vierfarbige Fluoreszenz mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann. Daher kann der Kapillarfeld-DNA-Sequenzer aus diesem Beispiel eine sehr genaue, sehr empfindliche und ein geringes Übersprechen aufweisende Analyse ausführen.
[Beispiel 5]
9 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5. Die Konfiguration gleicht jener aus Beispiel 1, sofern nichts anderes beschrieben wird. Die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 weist 10 dichroitische Spiegel M1 bis M10 auf und kann neun Farben durch Zerlegen des Einfallslichts C0 in 9 Lichter detektieren. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, werden die dichroitischen Spiegel M1 bis M5 der Gruppe A zugeordnet und die dichroitischen Spiegel M6 bis M10 der Gruppe B zugeordnet.
Der sich am Ende in positiver X-Achsenrichtung der Gruppe A befindende dichroitische Spiegel M5 und der sich am Ende in negativer X-Achsenrichtung der Gruppe B befindende dichroitische Spiegel M10 weisen die gleichen spektralen Eigenschaften auf. Die dichroitischen Spiegel M5 und M10 können beispielsweise totalreflektierend sein.
Wie in 9 dargestellt ist, unterscheidet sich die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 in der Hinsicht von jenen aus den Beispielen 1 bis 4, dass das Bandpassfilter BP (erstes Filter) auf der Seite negativer Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 bereitgestellt ist. Weil andere Konfigurationen jenen der Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 1 gleichen, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Die Form des Bandpassfilters BP gleicht jener der dichroitischen Spiegel M1 bis M10. Das Bandpassfilter BP befindet sich auf der Seite negativer Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 parallel zur XY-Ebene. Das heißt, dass die Normalen der Einfallsfläche und der Emissionsfläche des Bandpassfilters BP parallel zur Z-Achse verlaufen. Durch das Bandpassfilter BP wird Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbands unter mehreren im einfallenden Licht C0 enthaltenen Wellenlängenbändern durchgelassen und fällt auf den dichroitischen Spiegel M1, weshalb nur das Licht des gewünschten Wellenlängenbands in mehreren Farben detektiert werden kann.
Das einfallende Licht C0 breitet sich in positiver Z-Achsenrichtung aus und fällt unter einem Einfallswinkel von 0° auf das Bandpassfilter BP, wodurch sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht erzeugt wird. Das vom Bandpassfilter BP durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M1 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M1 reflektierte Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M2 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C1, zerlegt. In gleicher Weise können nachstehend die Teillichter C1 bis C4 durch die dichroitischen Spiegel M2 bis M5 erhalten werden. Das vom dichroitischen Spiegel M5 durchgelassene Licht wird ignoriert.
Andererseits fällt das vom dichroitischen Spiegel M1 durchgelassene Licht unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M6 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht, d. h. Teillicht C5, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M6 reflektierte Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M7 und wird in sich in negativer X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C6, zerlegt. In gleicher Weise werden nachstehend die Teillichter C5 bis C9 durch die dichroitischen Spiegel M6 bis M10 erhalten. Das vom dichroitischen Spiegel M10 durchgelassene Licht wird ignoriert.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 die neun sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitenden Teillichter C1 bis C9 erhalten. Weil die Teillichter C1 bis C9 unterschiedliche Wellenlängenkomponenten des einfallenden Lichts C0 aufweisen, können 9 Farben des einfallenden Lichts C0 durch Detektieren der jeweiligen Teillichter C1 bis C9 detektiert werden.
[Vergleichsbeispiel 2]
Eine Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 2 gleicht jener aus Vergleichsbeispiel 1 abgesehen davon, dass die neun dichroitischen Spiegel M1 bis M9 verwendet werden und dass das Bandpassfilter BP auf der Seite der negativen Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 parallel zur XY-Ebene angeordnet ist.
<Beurteilung der maximalen optischen Weglänge und der Differenz optischer Weglängen>
Als nächstes werden mit Bezug auf die 10 bis 13 die durch Berechnung der maximalen optischen Weglänge und der Differenz optischer Weglängen für den 9-Farben-Detektor unter Verwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 oder Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen Ergebnisse erklärt.
Nachfolgend wird die die Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 5 verwendende Vorrichtung als „9-Farben-Detektor dieses Beispiels“ bezeichnet und wird die die Anordnung dichroitischer Spiegel des Vergleichsbeispiels 2 verwendende Vorrichtung als „9-Farben-Detektor des Vergleichsbeispiels“ bezeichnet.
Wenngleich dies nicht dargestellt ist, weisen die 9-Farben-Detektoren dieses Beispiels und des Vergleichsbeispiels die Sammellinse L, die Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 5 oder Vergleichsbeispiel 2 und den Flächensensor auf. Bei den 9-Farben-Detektoren dieses Beispiels und des Vergleichsbeispiels werden der durch Sammeln des von einem oder mehreren Lichtemissionspunkten P durch die Sammellinse L emittierten Lichts erhaltene Lichtstrahl als Einfallslicht C0 definiert, die neun Teillichter C1 bis C9 durch die Anordnung dichroitischer Spiegel erzeugt und die Teillichter C1 bis C9 detektiert, indem sie senkrecht auf die Sensorfläche S des Flächensensors fallen gelassen werden.
Wie in 3 dargestellt ist, betragen im Fall von 9 Unterteilungen die maximale optische Weglänge des 9-Farben-Detektors des Vergleichsbeispiels 9, die Differenz optischer Weglängen 8 und die optischen Weglängen der Teillichter C1 bis C9 1 bis 9. Andererseits beträgt die maximale optische Weglänge des 9-Farben-Detektors dieses Beispiels 6, beträgt die Differenz der optischen Weglängen 4 und betragen die optischen Weglängen der Teillichter C1 bis C9 2 bis 6. Hier betragen beispielsweise, wenn die optische Weglänge 1 in 2,5 mm umgewandelt wird, die optische Weglänge des 9-Farben-Detektors des Vergleichsbeispiels 2,5 bis 22,5 mm und die optische Weglänge des 9-Farben-Detektors dieses Beispiels 5,0 bis 15,0 mm.
Für jeden der 9-Farben-Detektoren wurde die Größe des durch die Teillichter C1 bis C9 auf der Sensoroberfläche S gebildeten Flecks durch Strahlverfolgungssimulation bestimmt. Ferner wurden die Wirkung des wechselseitigen Übersprechens auf die Genauigkeit der Spektralanalyse bei der Detektion der von einem einzigen Lichtemissionspunkt abgeleiteten Teillichter C1 bis C9 und die Wirkung des wechselseitigen Übersprechens auf eine unabhängige Messung bei der Detektion des von den mehreren Lichtemissionspunkten abgeleiteten Teillichts Ck (1 ≤ k ≤ 9) beurteilt. Die Ergebnisse sind in den 10 und 11 dargestellt.
10 ist ein Diagramm eines Modells zum Erhalten einer Beziehung zwischen der Größe des Lichtemissionspunkts P, der Brennweite f der Sammellinse L, dem Lichtem issionspunktabstand g, dem Sensorabstand h und der Fleckgröße W durch Strahlverfolgungssimulation. Der Lichtemissionspunktabstand g ist der Abstand zwischen dem Lichtemissionspunkt P und der Sammellinse L. Der Sensorabstand h ist der optische Abstand (die optische Weglänge) zwischen der Sammellinse L und der Sensoroberfläche S. Die Fleckgröße W ist die Größe des Flecks, auf dem der durch Sammeln des vom Lichtemissionspunkt P emittierten Lichts durch die Sammellinse L erhaltene Lichtstrahl auf die Sensoroberfläche S projiziert wird.
Der Lichtemissionspunkt P befindet sich auf der linken Seite, die Sammellinse L befindet sich auf der rechten Seite davon, und die Sensoroberfläche S befindet sich auf der rechten Seite davon. 10(a) zeigt ein Beispiel eines Zustands ohne Lichtemission, und 10(b) zeigt ein Beispiel eines Zustands mit Lichtemission. 10(b) zeigt nur die durch die Sammellinse L fokussierten Strahlen vom durch den Lichtemissionspunkt P emittierten Licht. Beispielsweise ist der Lichtemissionspunkt P ein Kreis mit einem Durchmesser von d = 0,05 mm. Die Sammellinse L hat einen effektiven Durchmesser von D = 1 mm und eine Brennweite von f = 1,4 mm. Als Sammellinse L wird eine Linse mit einer flachen Fläche auf der linken Seite (Seite des Lichtemissionspunkts) und einer asphärischen Fläche auf der rechten Seite (Sensorseite) ausgewählt, welche eine geringe Aberration aufweist.
Der Lichtemissionspunktabstand g wird in Inkrementen von 0,01 mm im Bereich von 1,40 mm ≤ g ≤ 1,70 mm geändert. Der Sensorabstand h wird für jeden Lichtemissionspunktabstand g in Inkrementen von 2,5 mm im Bereich von 2,5 mm ≤ h ≤ 30 mm geändert. Es wurde die Fleckgröße W an jedem Sensorabstand h berechnet. Die Fleckgröße W wurde als Gesamtbreite des Gebiets, in dem die Intensität wenigstens 1 % der maximalen Intensität der Intensitätsverteilung des Flecks ist, berechnet.
11 ist ein Graph, der Berechnungsergebnisse des Modells aus 10 zeigt. In 11 wird der Lichtemissionspunktabstand g als Parameter verwendet, bezeichnet die horizontale Achse den Sensorabstand h und bezeichnet die vertikale Achse die Fleckgröße W. Es sei bemerkt, dass die horizontale Achse nur den Bereich von 2,5 mm ≤ h ≤ 22,5 mm zeigt. Die durchgezogene Linie gibt an, dass die zweite Dezimalstelle des Lichtemissionspunktabstands g eine gerade Zahl ist, und die gepunktete Linie gibt an, dass die zweite Dezimalstelle des Lichtemissionspunktabstands g eine ungerade Zahl ist.
Weil der Lichtemissionspunkt P eine endliche Größe (d = 0,05 mm > 0 mm) aufweist, sind die Strahlen (der Lichtstrahl) vom Lichtemissionspunkt P emittierten gesammelten Lichts unter jeder Bedingung nicht vollkommen parallel, so dass die Fleckgröße W mit dem Sensorabstand h zunimmt, wenn der Sensorabstand h genügend groß ist. Der Lichtemissionspunktabstand g = 1,40 mm ist eine Bedingung, bei der sich der Lichtemissionspunkt P am Brennpunkt der Sammellinse L befindet und die Strahlen (der Lichtstrahl) der Parallelität am nächsten kommen, so dass die Fleckgröße W bei unendlich minimiert wird, d. h. wenn der Sensorabstand h groß genug ist. Hier bedeutet der Ausdruck „minimal“, dass die Fleckgröße W minimiert wird, wenn der Lichtemissionspunktabstand g beim selben Sensorabstand h geändert wird. Der Zustand, in dem die Fleckgröße W beim selben Sensorabstand h minimiert wird, entspricht dem Zustand, in dem der durch die Sammellinse L gesammelte Lichtstrahl vom Lichtemissionspunkt P gerade am Sensorabstand h fokussiert wird.
Wie in 11 dargestellt ist, nimmt der Sensorabstand h, verglichen mit dem Fall, in dem der Lichtemissionspunktabstand g = 1,40 mm beträgt, ab, wenn der Lichtemissionspunktabstand g zunimmt. Wenn g = 1,50 mm ist und h = 20,0 mm ist, nimmt die Fleckgröße beispielsweise den Minimalwert W = 0,70 mm an. Wenn g = 1,54 mm ist und h = 15,0 mm ist, nimmt die Fleckgröße den Minimalwert W = 0,52 mm an. Wenn g = 1,62 mm ist und h = 10,0 mm ist, nimmt die Fleckgröße den Minimalwert W = 0,34 mm an. Wenn g = 1,70 mm ist und h = 7,5 mm ist, nimmt die Fleckgröße dann den Minimalwert W = 0,26 mm an.
Wenn die optische Weglänge h jedes von der Anordnung dichroitischer Spiegel erzeugten Teillichts h (min) ≤ h ≤ h (max) ist, ist die Überlappung zwischen verschiedenen Flecken am kleinsten, wenn der Lichtemissionspunktabstand g so ausgewählt wird, dass der Maximalwert der Fleckgröße W in h (min) ≤ h ≤ h (max) das Minimum ist, wobei es sich um die vorteilhafteste Bedingung für eine sehr genaue Mehrfarbdetektion oder unabhängige Messung verschiedener Emissionspunkte handelt. Wie anhand 11 ersichtlich ist, wird der Maximalwert der Fleckgröße W in h (min) ≤ h ≤ h (max) minimiert, wenn der Lichtemissionspunkt P gerade bei h = h (max) fokussiert wird.
Ein anderes aus 11 erhaltenes Ergebnis besteht darin, dass die Kurve, bei der jeder Lichtemissionspunktabstand g fest ist, zeigt, dass die Fleckgröße W auf der linken Seite (der Richtung, in der der Sensorabstand h kleiner als oben ist) mit dem Sensorabstand h gerade den Brennpunkt ergibt, wenn sich die Grenze allmählich ändert, und dass sich die Fleckgröße W auf der rechten Seite (der Richtung, in der der Sensorabstand h größer als oben ist) steil ändert. Andererseits ist die Änderung der Fleckgröße W in der Richtung, in der der Lichtemissionspunktabstand g kleiner als oben gemacht wird, am Lichtemissionspunktabstand g, an dem sich gerade der Brennpunkt als Grenze ergibt, allmählich, während sich die Fleckgröße W in der Richtung, in der der Lichtemissionspunktabstand g größer als oben ist, steil ändert. Wenn ein Mehrfarbdetektor entwickelt wird, kann es daher bevorzugt sein, den Sensorabstand h und den Lichtemissionspunktabstand g unter Berücksichtigung des Installationsfehlers jedes Elements auf einen kleineren als den optimalen Wert zu setzen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ergibt sich die optimale Bedingung der 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel des Vergleichsbeispiels 2, wenn bei einer optischen Weglänge h von 2,5 mm ≤ h ≤ 22,5 mm der Lichtemissionspunkt P gerade bei h = 22,5 mm fokussiert wird, d. h. wenn der Maximalwert der Fleckgröße W minimal wird, wenn g = 1,49 mm beträgt. Tatsächlich nimmt, wie in 11 dargestellt ist, die Fleckgröße den Minimalwert W = 0,79 mm an, wenn g = 1,49 mm und h = 22,5 mm sind. Ferner nimmt die Fleckgröße W den Minimalwert W = 0,51 mm an, wenn 2,5 mm ≤ h ≤ 22,5 mm und h = 2,5 mm sind. Andererseits ist die Fleckgröße W beispielsweise kleiner als im Fall g = 1,49 mm bei h = 2,5 mm, falls g = 1,50 mm ist, wenn die Fleckgröße W bei h = 22,5 mm g = 1,49 mm ist, ist sie jedoch größer und nimmt den Wert W = 0,84 mm an. Alternativ ist die Fleckgröße W, falls g = 1,48 mm ist, größer als wenn g = 1,49 mm im gesamten Bereich von 2,5 mm ≤ h ≤ 22,5 mm gilt. Anhand des vorstehend Erwähnten ergibt sich, dass die optimale Bedingung erhalten wird, wenn g = 1,49 mm beträgt, d. h. der Lichtemissionspunkt gerade bei h = 22,5 mm fokussiert wird und die Fleckgröße W 0,51 mm ≤ W ≤ 0,79 mm ist, wenn 2,5 mm ≤ h ≤ 22,5 mm ist.
Ähnlich ergibt sich die optimale Bedingung der 9 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5, wenn bei einer optischen Weglänge h von 5,0 mm ≤ h ≤ 15,0 mm der Lichtemissionspunkt P gerade bei h = 15,0 mm fokussiert wird, d. h. wenn der Maximalwert der Fleckgröße W minimal wird, wenn g = 1,54 mm beträgt. Tatsächlich nimmt, wie in 11 dargestellt ist, die Fleckgröße den Minimalwert W = 0,52 mm an, wenn g = 1,54 mm und h = 15,0 mm sind. Ferner nimmt die Fleckgröße W den Minimalwert W = 0,47 mm an, wenn 5,0 mm ≤ h ≤ 15,0 mm und h = 7,5 mm sind. Andererseits ist die Fleckgröße W beispielsweise kleiner als im Fall g = 1,54 mm bei 5,0 mm ≤ h ≤ 12,5 mm, falls g = 1,55 mm ist, wenn die Fleckgröße W bei h = 15,0 mm g = 1,54 mm ist, ist sie jedoch größer und nimmt den Wert W = 0,55 mm an. Alternativ ist die Fleckgröße W, falls g = 1,53 mm ist, größer als wenn g = 1,54 mm im gesamten Bereich von 5,0 mm ≤ h ≤ 15,0 mm gilt. Anhand des vorstehend Erwähnten ergibt sich, dass die optimale Bedingung erhalten wird, wenn g = 1,54 mm beträgt, d. h. der Lichtemissionspunkt P gerade bei h = 15,0 mm fokussiert wird und die Fleckgröße W 0,47 mm ≤ W ≤ 0,52 mm ist, wenn 5,0 mm ≤ h ≤ 15,0 mm ist.
12 ist ein Diagramm einer Signalintensitätsverteilung auf einer Geraden, die durch das Zentrum eines Flecks verläuft, wenn ein Sensor an der Position der optischen Weglänge h angeordnet ist, mit der optischen Weglänge h als Parameter. Die horizontale Achse repräsentiert die räumlichen Koordinaten auf der Geraden mit dem Zentrum des Flecks als Nullpunkt, und die vertikale Achse repräsentiert die relative Signalintensität.
Das Volumen der Rotationssymmetrie um die Mittelachse (eine durch den Nullpunkt auf der horizontalen Achse verlaufende und zur vertikalen Achse parallele Gerade) jeder Signalintensitätsverteilung entspricht der Gesamtintensität jedes Flecks und ist für alle gleich. 11 zeigt die Breite des Gebiets mit einer Signalintensität von wenigstens 1 % der Signalintensität der Mittelachse jeder Signalintensitätsverteilung als Fleckgröße W.
12(a) zeigt die Signalintensitätsverteilung der Flecke, wenn die optische Weglänge h h = 2,5, 5,0, 7,5, 10,0, 12,5, 15,0, 17,5, 20,0 und 22,5 mm ist, unter den optimalen Bedingungen für die 9 Unterteilungen aufweisende Anordnung dichroitischer Spiegel des Vergleichsbeispiels 2, d. h. unter der Bedingung g = 1,49 mm. Weil der Lichtemissionspunkt P bei h = 22,5 mm gerade fokussiert ist, kommt die Signalintensitätsverteilung bei h = 22,5 mm einer rechteckigen Form am nächsten.
Andererseits zeigt 12(b) die relative Signalintensitätsverteilung der Flecke, wenn die optische Weglänge h h = 5,0, 7,5, 10,0, 12,5 und 15,0 mm ist, unter den optimalen Bedingungen für die 9 Unterteilungen aufweisende Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5, d.h. unter der Bedingung g = 1,54 mm. Weil der Lichtemissionspunkt P bei h = 15,0 mm gerade fokussiert ist, kommt die Signalintensitätsverteilung bei h = 15,0 mm einer rechteckigen Form am nächsten.
Wie in 12 dargestellt ist, schwankt die Signalintensitätsverteilung der unter Verwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel erhaltenen Flecke umso stärker, je größer die maximale optische Weglänge der Anordnung dichroitischer Spiegel ist und je größer die Differenz der optischen Weglängen ist. Daher zeigt sich ausgeprägter als in 11, dass eine gleichzeitige Messung schwierig ist.
Beispielsweise beträgt die Signalintensität der Mittelachse in 12(a) 12,4, wenn h = 10,0 mm ist, während die Signalintensität der Mittelachse 2,0 ist, wenn h = 22,5 mm ist. Daher ist es erforderlich, gleichzeitig mehrere verschiedene Flecke mit einem Signalintensitätsverhältnis von 12,4/2,0 = 6,2 zu messen. Wenn das Signalintensitätsverhältnis groß ist, überschreitet die hohe Signalintensität das Sättigungsniveau des Sensors, während die niedrige Signalintensität das Sättigungsniveau des Sensors nicht erreicht, woraus sich das Problem einer Verringerung des effektiven Dynamikbereichs bei der Signalmessung ergibt.
Andererseits beträgt in 12(b), wenn h = 10,0 mm ist, die Signalintensität der Mittelachse 16,6, während die Signalintensität der Mittelachse 4,9 beträgt, wenn h = 15,0 mm ist. Daher beträgt das Signalintensitätsverhältnis 16,6/4,9 = 3,4, welches auf etwa die Hälfte jenes im Fall von 12(a) unterdrückt wird, und das vorstehend erwähnte Problem kann vermieden werden.
13 zeigt die normierte Signalintensitätsverteilung bei g = 1,49 mm und h = 22,5 mm in 12(a) und die normierte Signalintensitätsverteilung bei g = 1,54 mm und h = 15,0 mm in 12(b) in Bezug auf die maximale Intensität zum Vergleich. In 13(a) verläuft die Skala der vertikalen Achse von 0,00 bis 1,00, während in 13(b) die Skala der vertikalen Achse von 0,00 bis 0,10 verläuft und die vertikale Achse von 13(a) vergrößert ist.
Wie vorstehend beschrieben und in 13 dargestellt, ist die Fleckgröße W die Breite des Gebiets, in dem die maximale Intensität wenigstens 1 % beträgt, d. h. die normierte Signalintensität wenigstens 0,01 beträgt, ist die Fleckgröße W = 0,79 mm, wenn g = 1,49 mm ist und h = 22,5 mm ist und ist die Fleckgröße W = 0,52 mm, wenn g = 1,54 mm ist und h = 15,0 mm ist. Wenn die Fleckgröße W hoch ist, werden verschiedene von der Anordnung dichroitischer Spiegel erzeugte Flecke auf dem Sensor gemischt, was ein Übersprechen zwischen verschiedenen Lichtemissionspunkten und eine Verringerung der spektralen Genauigkeit der Mehrfarbdetektion hervorruft. Beispielsweise geschieht die Messung des Flecks A der in 13 dargestellten Signalintensitätsverteilung an der Zentrumsposition des Flecks A, d. h. der Position, an der die horizontale Achse null ist. Dann wird angenommen, dass das Zentrum des vom benachbarten Lichtemissionspunkt abgeleiteten Flecks B bei 0,52 mm/2 = 0,26 mm liegt und dass die Messung dieses Punkts B an der Zentrumsposition des Flecks B ausgeführt wird. Unter dieser Annahme wird, wenn g = 1,54 mm ist und h = 15,0 mm ist, ein Signal mit 1 % der maximalen Intensität des Flecks A in das Messsignal des Flecks B eingemischt. Falls die maximale Intensität des Flecks A und die maximale Intensität des Flecks B gleich sind, entspricht dies einem Übersprechen von 1 %. Andererseits wird, wenn g = 1,49 mm ist und h = 22,5 mm ist, ein Signal mit 100 % der maximalen Intensität des Flecks A, d. h. ein Signal, dessen Intensität gleich der maximalen Intensität des Flecks A ist, in das Messsignal des Flecks B eingemischt. Dies entspricht einem Übersprechen von 100 %. Anhand des vorstehend Erwähnten ist ersichtlich, dass mit zunehmender Fleckgröße W das Übersprechen zwischen verschiedenen Lichtemissionspunkten steil ansteigen kann. Daher hat das Verringern der maximalen optischen Weglänge durch die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform und damit das Verringern der Fleckgröße Weine große Wirkung auf die Verringerung des Übersprechens oder des Verbesserns der spektralen Genauigkeit bei der Mehrfarbdetektion.
Als nächstes wird ein spezifischer Entwurf der Komponenten der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 beschrieben. Hier wird ein Fall angenommen, in dem vier Kapillaren unter Verwendung des gleichen Kapillarfeld-DNA-Sequenzers wie in Beispiel 4 gemeinsam mit einem Laserstrahl von 505 nm bestrahlt werden und neun Farben der aus dem Inneren jeder Kapillare emittierten Fluoreszenz unter Verwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 detektiert werden.
Ein Grundentwurf strebt an, dass die Teillichter C1 bis C9 von der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 hauptsächlich Lichtkomponenten der folgenden Wellenlängenbänder aufweisen, d. h. Licht aus dem folgenden Wellenlängenband des einfallenden Lichts C0 durchgelassen wird.

C1: Wellenlängenband 520 bis 540 nm
C2: Wellenlängenband 540 bis 560 nm
C3: Wellenlängenband 560 bis 580 nm
C4: Wellenlängenband 580 bis 600 nm
C5: Wellenlängenband 600 bis 620 nm
C6: Wellenlängenband 620 bis 640 nm
C7: Wellenlängenband 640 bis 660 nm
C8: Wellenlängenband 660 bis 680 nm
C9: Wellenlängenband 680 bis 700 nm

Das heißt, das Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 700 nm in gleichem Maße in Licht in neun Wellenlängenbändern mit einer Breite von 20 nm und einem Abstand von 20 nm unterteilt wird. Das Erhalten dieser neun Unterteilungen ist dem Erhalten eines Wellenlängendispersionsspektrums mit einer Auflösung von 20 nm gleichwertig. Nachstehend wird beschrieben, wie der erwähnte Grundentwurf zu verwirklichen ist.
Zuerst lässt das Bandpassfilter BP Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 700 nm durch und Licht anderer Wellenlängen nicht durch. Insbesondere wird der Transmissionsgrad von Licht mit einer Wellenlänge von 505 nm des Laserstrahls am stärksten verringert. Als nächstes reflektiert der dichroitische Spiegel M1 Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 600 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 700 nm durch. Die dichroitischen Spiegel M2 bis M5 zerlegen das Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 600 nm in vier Wellenlängenbänder mit einer Breite von 20 nm und einem Intervall von 20 nm. Das heißt, dass der dichroitische Spiegel M2 Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 540 nm reflektiert und Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 600 nm durchlässt. Der dichroitische Spiegel M3 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 560 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 600 nm durch. Der dichroitische Spiegel M4 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 580 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 600 nm durch. Der dichroitische Spiegel M5 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 600 nm.
Andererseits zerlegen die dichroitischen Spiegel M6 bis M10 das Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 700 nm in gleichem Maße in fünf Wellenlängenbänder mit einer Breite von 20 nm und einem Intervall von 20 nm. Das heißt, dass der dichroitische Spiegel M6 Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 620 nm durchlässt und Licht aus einem Wellenlängenband von 620 bis 700 nm reflektiert. Der dichroitische Spiegel M7 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 620 bis 640 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 640 bis 700 nm durch. Der dichroitische Spiegel M8 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 640 bis 660 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 660 bis 700 nm durch. Der dichroitische Spiegel M9 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 660 bis 680 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 700 nm durch. Der dichroitische Spiegel M10 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 700 nm.
Die 14 bis 23 zeigen die Ergebnisse des Entwurfs des Bandpassfilters BP und der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 auf der Grundlage des vorstehend erwähnten Grundentwurfs und der Messung der jeweiligen Transmissionsspektren. Weil der dichroitische Spiegel M10 die gleichen spektralen Eigenschaften aufweist wie der dichroitische Spiegel M5, wird auf die Darstellung des Transmissionsspektrums verzichtet.
Im Transmissionsspektrum jedes dichroitischen Spiegels mit Ausnahme des dichroitischen Spiegels M5 sind eine Einsetzwellenlänge λC, die sich auf der linken Flanke des Haupttransmissionsbands befindet (dem Gebiet, in dem der Transmissionsgrad mit der Wellenlänge zunimmt), oder eine Abschneidewellenlänge λC, die sich auf der rechten Flanke des Haupttransmissionsbands befindet (in dem der Transmissionsgrad mit der Wellenlänge abnimmt), dargestellt. Falls es mehrere Einsetzwellenlängen λC oder Abschneidewellenlängen λC gibt, wird eine von ihnen ausgewählt. Hier wird die Einsetzwellenlänge λC oder die Abschneidewellenlänge λC ausgewählt, bei der der Transmissionsgrad 50 % beträgt und sich steiler mit der Wellenlänge ändert.
14 ist ein Transmissionsspektrum des Bandpassfilters BP bei einem Einfallswinkel von 0°. Das Bandpassfilter BP lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 700 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des Bandpassfilters BP ist λC(BP) = 520 nm, so dass Licht einer Laserstrahlwellenlänge von 505 nm stark blockiert werden kann.
15 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M1 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M1 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 600 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 700 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M1 ist λC(M1) = 601 nm.
16 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M2 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M2 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 540 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 600 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M2 ist λC(M2) = 540 nm. Bei einer Wellenlänge von 520 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
17 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M3 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M3 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 560 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 600 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M3 ist λC(M3) = 560 nm. Bei einer Wellenlänge von 540 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
18 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M4 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M4 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 580 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 600 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M4 ist λC(M4) = 580 nm. Bei einer Wellenlänge von 560 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
19 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M5 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M5 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 600 nm und gleichzeitig Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 700 nm.
20 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M6 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M6 lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 620 nm durch und reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 620 bis 700 nm. Die Abschneidewellenlänge des dichroitischen Spiegels M6 ist AC(M6) = 620 nm. Bei einer Wellenlänge von 700 nm oder darüber existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
21 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M7 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M7 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 620 bis 640 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 640 bis 700 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M7 ist λC(M7) = 641 nm. Bei einer Wellenlänge von 620 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
22 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M8 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M8 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 640 bis 660 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 660 bis 700 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M8 ist λC(M8) = 661 nm. Bei einer Wellenlänge von 640 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
23 zeigt ein Transmissionsspektrum des dichroitischen Spiegels M9 bei einem Einfallswinkel von 45°. Der dichroitische Spiegel M9 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 660 bis 680 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 700 nm durch. Die Einsetzwellenlänge des dichroitischen Spiegels M9 ist AC(M9) = 681 nm. Bei einer Wellenlänge von 660 nm oder darunter existiert ein vom vorstehend erwähnten Haupttransmissionsband verschiedenes Transmissionsband, dabei ergibt sich jedoch kein Problem, solange die vorstehend erwähnte Funktionsweise erfüllt ist.
Die vorstehenden Ergebnisse geben an, dass die tatsächliche Herstellung einer Anordnung dichroitischer Spiegel möglich ist, welche den vorstehenden Grundentwurf getreu erfüllt.
Bei der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 werden die Transmissionsspektren der Teillichter C1 bis C9 in Bezug auf das einfallende Licht C0 folgendermaßen unter Verwendung der Transmissionsspektren des Bandpassfilters BP und der vorstehend beschriebenen dichroitischen Spiegel M1 bis M9 berechnet. Hier wird das Transmissionsspektrum des Bandpassfilters, des dichroitischen Spiegels bzw. des Teillichts X durch [X] repräsentiert und wird das Reflexionsspektrum von X durch (1 - [X]) repräsentiert. $[C1] = [BP] \times (1 - [M1]) \times (1 - [M2])$
$[C2] = [BP] \times (1 - [M1]) \times [M2] \times (1 - [M3])$
$[C3] = [BP] \times (1 - [M1]) \times [M2] \times [M3] \times (1 - [M4])$
$[C4] = [BP] \times (1 - [M1]) \times [M2] \times [M3] \times [M4] \times (1 - [M5])$
$[C5] = [BP] \times [M1] \times [M6]$
$[C6] = [BP] \times [M1] \times (1 - [M6]) \times (1 - [M7])$
$[C7] = [BP] \times [M1] \times (1 - [M6]) \times [M7] (1 - [M8])$
$[C8] = [BP] \times [M1] \times (1 - [M6]) \times [M7] \times [M8] (1 - [M9])$
$[C9] = [BP] \times [M1] \times (1 - [M6]) \times [M7] \times [M8] \times [M9] (1 - [M5])$
24 zeigt die Ergebnisse der 14 bis 23 und die unter Verwendung der vorstehenden Gleichung berechneten Transmissionsspektren der Teillichter C1 bis C9. Diese Ergebnisse zeigen, dass tatsächlich eine Anordnung dichroitischer Spiegel hergestellt werden kann, welche den vorstehenden Grundentwurf getreu erfüllt. Überraschenderweise überschreitet der maximale Transmissionsgrad im Transmissionswellenlängenband der Teillichter C1 bis C9 90 %. Dies zeigt das Verhältnis, wenn der Lichtanteil jeder Wellenlänge des einfallenden Lichts C0 100 % ist. Beispielsweise erreicht der Anteil im Teillicht C5 enthaltenen Lichts mit 610 nm unter der Annahme, dass der Anteil des im einfallenden Licht C0 enthaltenen Lichts mit 600 nm 100 % beträgt, 96 %. Dieses sehr effiziente spektroskopische Verhalten kann selbst durch ein beispielsweise ein Beugungsgitter verwendendes herkömmliches Verfahren nicht erreicht werden.
Bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 5 wird vorzugsweise der folgende Ausdruck (18) erfüllt, wodurch die Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel vereinfacht wird. $λ C (M2) < λ C (M3) < λ C (M4) < λ C (M1) < λ C (M6) < λ C (M7) < λ C (M8) < λ C (M9)$
Als Vereinheitlichung gemäß 1 ist es bevorzugt, jegliche der folgenden Ausdrücke (19) bis (26) zu erfüllen. $λ C (DA2) < \dots < λ C (DA (m-1)) < λ C (DA1) < λ C (DB1) < \dots < λ C (DB (n-1))$
$λ C (DA (m-1)) < \dots < λ C (DA2) < λ C (DA1) < λ C (DB1) < \dots < λ C (DB (n-1))$
$λ C (DA2) < \dots < λ C (DA (m-1)) < λ C (DA1) < λ C (DB (n-1)) < \dots < λ C (DB1)$
$λ C (DA (m-1)) < \dots < λ C (DA2) < λ C (DA1) < λ C (DB (n-1)) < \dots < λ C (DB1)$
$λ C (DB1) < \dots < λ C (DB (n-1)) < λ C (DA1) < λ C (DA2) < \dots < λ C (DA (m-1))$
$λ C (DB (n-1)) < \dots < λ C (DB1) < λ C (DA1) < λ C (DA2) < \dots < λ C (DA (m-1))$
$λ C (DB1) < \dots < λ C (DB (n-1)) < λ C (DA1) < λ C (DA (m-1)) < \dots < λ C (DA2)$
$λ C (DB (n-1)) < \dots < λ C (DB1) < λ C (DA1) < λ C (DA (m-1)) < \dots < λ C (DA2)$
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform, wenn DA1 bis DA(m - 1) und DB1 bis DB(n - 1) zu einer Untergruppe kombiniert werden, jeder dichroitische Spiegel in der Untergruppe vorzugsweise von allen anderen unter einem vorgegebenen Einfallswinkel verschiedene Transmissionsspektren auf.
[Beispiel 6]
Im Allgemeinen ist die Intensität des das Anregungslicht bildenden Laserstrahls viele Male größer als die Intensität der erhaltenen Fluoreszenz. Daher wird zur Ausführung einer Fluoreszenzmessung mit hoher Empfindlichkeit das Licht mit der Wellenlänge des Laserstrahls blockiert und ein Langpassfilter oder ein Bandpassfilter, das Fluoreszenz größerer Wellenlänge durchlässt, verwendet. Wenn beispielsweise zwei Typen von Laserstrahlen verwendet werden, lässt sich ein Langpassfilter oder ein Bandpassfilter, das zwei Typen von Laserstrahlen blockiert, jedoch mehrere von den jeweiligen Laserstrahlen angeregte Fluoreszenztypen durchlässt, nur schwer herstellen.
Daher ist es vorstellbar, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein Keilfilter verwendet wird, das nur Licht mit einer spezifischen Wellenlänge blockiert. Das Licht der Wellenlänge des Laserstrahls auf der Seite kurzer Wellenlängen wird durch das Langpassfilter oder das Bandpassfilter blockiert, und das Licht der Wellenlänge des Laserstrahls auf der Seite langer Wellenlängen wird durch das Keilfilter blockiert. Dieses Verfahren kann für herkömmliche Anordnungen dichroitischer Spiegel oder für andere herkömmliche spektroskopische Analyseverfahren verwendet werden, beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängendispersion unter Verwendung eines Beugungsgitters. Die Keilfilter sind jedoch so kostspielig, dass ihre Verwendung nicht praktikabel ist.
Daher wird hier ein Konfigurationsbeispiel beschrieben, bei dem zwei Typen von Laserstrahlen als Anregungslichtquellen verwendet werden und 10 Farben der Emissionsfluoreszenz des von jedem Laserstrahl angeregten Leuchtstoffs durch eine Anordnung dichroitischer Spiegel detektiert werden, während Licht jeder Wellenlänge blockiert wird. Die Laserstrahlwellenlängen betragen 505 nm und 635 nm.
25 ist eine Schnittansicht der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 6. Die Anordnung dichroitischer Spiegel aus diesem Beispiel ist am gleichen Kapillarfeld-DNA-Sequenzer wie in Beispiel 4 angebracht, unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht von Beispiel 4, dass Laserstrahlen mit zwei verschiedenen Wellenlängen als Anregungslichtquellen verwendet werden.
Wie in 25 dargestellt ist, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß diesem Beispiel 11 dichroitische Spiegel M1 bis M11, ein Bandpassfilter BP (erstes Filter) und ein Langpassfilter LP (zweites Filter) auf und wird das einfallende Licht C0 10fach zerlegt, um 10 Teillichter C1 bis C10 zu erhalten. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, sind die dichroitischen Spiegel M1 bis M6 Gruppe A zugeordnet und die dichroitischen Spiegel M7 bis M11 Gruppe B zugeordnet.
Das Bandpassfilter BP ist parallel zur XY-Ebene auf der Seite negativer Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 angeordnet.
Das Langpassfilter LP ist parallel zur YZ-Ebene zwischen den dichroitischen Spiegeln M1 und M2 angeordnet.
Ein Grundentwurf der Anordnung dichroitischer Spiegel aus diesem Beispiel sieht vor, dass die Teillichter C1 bis C10 hauptsächlich die Lichtkomponenten der folgenden Wellenlängenbänder aufweisen, d. h. das Licht des nachstehenden Wellenlängenbands in Bezug auf das einfallende Licht C0 durchlassen. Die durch die Teillichter C1 bis C5 gemessene Fluoreszenz ist hauptsächlich die Emission des durch den Laserstrahl mit 505 nm angeregten Leuchtstoffs, und die durch die Teillichter C6 bis C10 gemessene Fluoreszenz ist hauptsächlich die Emission des durch den Laserstrahl mit 635 nm angeregten Leuchtstoffs.

C1: Wellenlängenband 520 bis 540 nm
C2: Wellenlängenband 540 bis 560 nm
C3: Wellenlängenband 560 bis 580 nm
C4: Wellenlängenband 580 bis 600 nm
C5: Wellenlängenband 600 bis 620 nm
C6: Wellenlängenband 650 bis 670 nm
C7: Wellenlängenband 670 bis 690 nm
C8: Wellenlängenband 690 bis 710 nm
C9: Wellenlängenband 710 bis 730 nm
C10: Wellenlängenband 730 bis 750 nm

Nachstehend wird beschrieben, wie der erwähnte Grundentwurf zu verwirklichen ist.
Zuerst lässt das Bandpassfilter BP Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 750 nm durch und Licht anderer Wellenlängen nicht durch. Insbesondere wird der Transmissionsgrad von Licht mit einer Wellenlänge von 505 nm des Laserstrahls möglichst klein gemacht, um das Licht wirksam zu blockieren. Als nächstes lässt der dichroitische Spiegel M1 Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 620 nm durch und reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 620 bis 750 nm. Die dichroitischen Spiegel M7 bis M11 zerlegen das Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 620 nm in fünf Wellenlängenbänder mit einer Breite von 20 nm und einem Abstand von 20 nm. Das heißt, dass der dichroitische Spiegel M7 Licht aus einem Wellenlängenband von 520 bis 540 nm reflektiert und Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 620 nm durchlässt. Der dichroitische Spiegel M8 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 540 bis 560 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 620 nm durch. Der dichroitische Spiegel M9 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 580 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 620 nm durch. Der dichroitische Spiegel M10 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 580 bis 600 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 620 nm durch. Der dichroitische Spiegel M11 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 600 bis 620 nm.
Andererseits zerlegen die dichroitischen Spiegel M2 bis M6 das Licht aus einem Wellenlängenband von 650 bis 750 nm in gleichem Maße in fünf Wellenlängenbänder mit einer Breite von 20 nm und einem Abstand von 20 nm. Zuerst lässt das Langpassfilter LP Licht aus einem Wellenlängenband von 650 bis 750 nm durch und Licht anderer Wellenlängen nicht durch. Insbesondere wird der Transmissionsgrad von Licht mit einer Wellenlänge von 635 nm des Laserstrahls möglichst klein gemacht, um das Licht wirksam zu blockieren. Der dichroitische Spiegel M2 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 650 bis 670 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 670 bis 750 nm durch. Der dichroitische Spiegel M3 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 670 bis 690 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 690 bis 750 nm durch. Der dichroitische Spiegel M4 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 690 bis 710 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 710 bis 750 nm durch. Der dichroitische Spiegel M5 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 710 bis 730 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 730 bis 750 nm durch. Der dichroitische Spiegel M6 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 730 bis 750 nm.
Wie vorstehend beschrieben, können durch die Verwendung von Laserstrahlen mehrerer Wellenlängen Anwendungen erweitert werden, indem eine größere Anzahl von Leuchtstofftypen angeregt wird, und kann die Anregungswirksamkeit verschiedener Leuchtstoffe erhöht werden, um die Fluoreszenz mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren.
[Beispiel 7]
Als nächstes wird ein Beispiel der Anwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel aus der vorliegenden Offenbarung auf eine Vorrichtung beschrieben, wodurch Licht mit einer Linse gesammelt wird, die Reaktionszelle mit dem gesammelten Licht bestrahlt wird und das von der Reaktionszelle durchgelassene Licht spektroskopisch analysiert wird. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist ein automatischer biochemischer Analysator. Der automatische biochemische Analysator verwendet Körperflüssigkeitskomponenten in der Art von Blut und Urin als Proben und misst verschiedene Komponenten in der Art von Zucker, Cholesterol, Proteinen und Enzymen. Weil sich das Lichtabsorptionsspektrum und der Absorptionsgrad ändern, wenn die Reagenzien mit den verschiedenen in der Probe in der Reaktionszelle enthaltenen Komponenten reagieren, können die verschiedenen Komponenten quantifiziert werden, indem sie gemessen werden.
Der herkömmliche biochemische Analysator verwendet ein Verfahren, bei dem das von der Reaktionszelle durchgelassene Halogenlampenlicht durch ein Beugungsgitter wellenlängendispergiert wird und die Lichtintensitäten von 12 Wellenlängenarten, d. h. die Lichtintensitäten der Wellenlängen 340 nm, 405 nm, 450 nm, 480 nm, 505 nm, 546 nm, 570 nm, 600 nm, 660 nm, 700 nm, 750 nm und 800 nm jeweils durch eine Photodiode detektiert werden.
26 ist eine Schnittansicht der Konfiguration der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 7. Die Anordnung dichroitischer Spiegel aus diesem Beispiel kann beispielsweise auf den vorstehend erwähnten automatischen biochemischen Analysator angewendet werden.
Wie in 26 dargestellt ist, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel aus diesem Beispiel 13 dichroitische Spiegel M1 bis M13 und 12 Bandpassfilter BP1 bis BP12 (dritte Filter) auf und zerlegt das einfallende Licht C0 in 12 Lichter, so dass 12 Teillichter C1 bis C12 erhalten werden. Die Teillichter von der Anordnung dichroitischer Spiegel durchlaufen die jeweiligen Bandpassfilter BP1 bis BP12 und fallen als Teillichter C1 bis C12 auf die Oberfläche S des Sensors. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, sind die dichroitischen Spiegel M1 bis M7 Gruppe A zugeordnet und die dichroitischen Spiegel M8 bis M13 Gruppe B zugeordnet.
Ein Grundentwurf der Anordnung dichroitischer Spiegel aus diesem Beispiel soll bewirken, dass die Teillichter C1 bis C12 Lichtkomponenten des einfallenden Lichts C0 aufweisen, deren Mittenwellenlänge 340 nm, 405 nm, 450 nm, 480 nm, 505 nm, 546 nm, 570 nm, 600 nm, 660 nm, 700 nm, 750 nm und 800 nm ist.
Nachstehend wird beschrieben, wie der erwähnte Grundentwurf zu verwirklichen ist.
Zunächst sei bemerkt, dass der dichroitische Spiegel M1 Licht aus einem Wellenlängenband von 300 bis 560 nm reflektiert und Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 900 nm durchlässt. Der dichroitische Spiegel M2 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 300 bis 380 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 380 bis 560 nm durch. Das Bandpassfilter BP1 lässt Licht mit 335 bis 345 nm durch. Der dichroitische Spiegel M3 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 380 bis 430 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 430 bis 560 nm durch. Das Bandpassfilter BP2 lässt Licht mit 400 bis 410 nm durch. Der dichroitische Spiegel M4 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 430 bis 470 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 470 bis 560 nm durch. Das Bandpassfilter BP3 lässt Licht mit 445 bis 455 nm durch. Der dichroitische Spiegel M5 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 470 bis 490 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 490 bis 560 nm durch. Das Bandpassfilter BP4 lässt Licht mit 475 bis 485 nm durch. Der dichroitische Spiegel M6 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 490 bis 530 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 530 bis 560 nm durch. Das Bandpassfilter BP5 lässt Licht mit 500 bis 510 nm durch. Der dichroitische Spiegel M7 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 530 bis 560 nm. Das Bandpassfilter BP6 lässt Licht mit 541 bis 551 nm durch.
Andererseits lässt der dichroitische Spiegel M8 Licht aus einem Wellenlängenband von 560 bis 590 nm durch und reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 590 bis 900 nm. Das Bandpassfilter BP7 lässt Licht mit 565 bis 575 nm durch. Der dichroitische Spiegel M9 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 590 bis 630 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 630 bis 900 nm durch. Das Bandpassfilter BP8 lässt Licht mit 595 bis 605 nm durch. Der dichroitische Spiegel M10 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 630 bis 680 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 900 nm durch. Zusätzlich lässt das Bandpassfilter BP9 Licht mit 655 bis 665 nm durch. Der dichroitische Spiegel M11 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 680 bis 730 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 730 bis 900 nm durch. Das Bandpassfilter BP10 lässt Licht mit 695 bis 705 nm durch. Der dichroitische Spiegel M12 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 730 bis 780 nm und lässt Licht aus einem Wellenlängenband von 780 bis 900 nm durch. Das Bandpassfilter BP11 lässt Licht mit 745 bis 755 nm durch. Der dichroitische Spiegel M13 reflektiert Licht aus einem Wellenlängenband von 780 bis 900 nm. Das Bandpassfilter BP12 lässt Licht mit 795 bis 805 nm durch.
Wie vorstehend beschrieben, können durch Ersetzen des herkömmlichen Verfahrens zur spektroskopischen Analyse durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung der automatische biochemische Analysator verkleinert werden, der Lichtausnutzungsgrad verbessert werden und die Empfindlichkeit verbessert werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 27 beschrieben. Die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich in der Hinsicht von der ersten Ausführungsform, dass sie drei oder mehr Gruppen dichroitischer Spiegel aufweist.
27 ist ein schematisches Diagramm der Konfiguration eines Mehrfarbdetektors mit der 13 Unterteilungen aufweisenden Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß der zweiten Ausführungsform. 27(a) ist eine Schnittansicht des Mehrfarbdetektors auf der XZ-Ebene. 27(b) ist eine entlang einem Pfeil A aus 27(a) betrachtete Ansicht.
Beim in 27 dargestellten Beispiel weist die Anordnung dichroitischer Spiegel die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 aus der Gruppe A, die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 aus der Gruppe B, die dichroitischen Spiegel M9 bis M12 aus einer Gruppe C (dritten Gruppe) und die dichroitischen Spiegel M13 bis M16 aus einer Gruppe D auf und unterteilt das einfallende Licht C0 in 13 Lichter, so dass 13 Teillichter C1 bis C13 erhalten werden.
Die Gruppen A bis D sind in dieser Reihenfolge entlang der positiven Z-Achsenrichtung angeordnet, und die dichroitischen Spiegel M1, M5, M9 und M13 sind alle auf der Z-Achse angeordnet. Die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 sind entlang der positiven X-Achsenrichtung angeordnet. Die dichroitischen Spiegel M5 bis M8 sind entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet. Die dichroitischen Spiegel M9 bis M12 sind entlang der positiven Y-Achsenrichtung angeordnet. Die dichroitischen Spiegel M13 bis M16 sind entlang der negativen Y-Achsenrichtung angeordnet.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform vier Gruppen dichroitischer Spiegel und eine Vierschichtstruktur auf. Mit der vorstehenden Konfiguration kann das einfallende Licht C0 in 13 Lichter unterteilt werden, so dass 13 Teillichter C1 bis C13 erhalten werden.
Wie in 27 dargestellt ist, weist der Mehrfarbdetektor eine Sammellinse L, einen Flächensensor und einen Lichtemissionspunkt P auf. Die Teillichter C1 bis C13 breiten sich in positiver Z-Achsenrichtung aus, fallen vertikal auf die Oberfläche S des Flächensensors und werden gleichzeitig detektiert.
Weil die Teillichter C1 bis C13 Komponenten des einfallenden Lichts C0 aus verschiedenen Wellenlängenbändern sind, d. h. Komponenten verschiedener Farben sind, können die 13 Farben des einfallenden Lichts C0 durch gleichzeitiges und unabhängiges Messen der Teillichter C1 bis C13 detektiert werden. Im Fall des in 27 dargestellten Mehrfarbdetektors betragen die maximale optische Weglänge 7 und die Differenz der optischen Weglängen 3, wenn sie unter Verwendung der Einheit in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben beurteilt werden. Daher ist ersichtlich, dass durch die Verwendung der in 27 dargestellten Struktur der Anordnung dichroitischer Spiegel die maximale optische Weglänge und die Differenz der optischen Weglängen stärker verringert werden als mit der ersten Ausführungsform aus 3.
Die Anzahl der Gruppen dichroitischer Spiegel ist nicht auf vier beschränkt und kann beliebig sein. In diesem Fall sind die dichroitischen Spiegel an den Enden jeder Gruppe an verschiedenen Positionen auf der Z-Achse angeordnet und die zu jeder Gruppe gehörenden dichroitischen Spiegel an verschiedenen Positionen auf der XY-Ebene angeordnet.
Gemäß dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Teillichter {Gesamtzahl der dichroitischen Spiegel - (Anzahl der Gruppen - 1)}, wenn die Anzahl der Gruppen dichroitischer Spiegel verallgemeinert wird. Andererseits gleicht bei der herkömmlichen Anordnung dichroitischer Spiegel die Anzahl der Teillichter der Gesamtzahl der dichroitischen Spiegel.
Dritte Ausführungsform
Gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform wurde angenommen, dass die Dicke jedes dichroitischen Spiegels verglichen mit seiner Breite, dem Anordnungsabstand und dergleichen vernachlässigbar ist und dass die jeweiligen dichroitischen Spiegel flach angeordnet sind. Tatsächlich kann der Einfluss der Dicke jedoch nicht vernachlässigbar sein, wenn die Anordnung dichroitischer Spiegel kleiner wird. Daher wird gemäß dieser Ausführungsform eine Konfiguration gemäß PTL 3 verwendet, bei der die dichroitischen Spiegel in Stufen angeordnet sind.
[Vergleichsbeispiel 3]
Es wird ein Vergleichsbeispiel gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. 28 ist ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 3.
Die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Vergleichsbeispiel 3 weist dichroitische Spiegel M1 bis M9 und ein Bandpassfilter BP auf.
Bei den dichroitischen Spiegeln M1 bis M9 sind neun Typen dichroitischer Spiegel in X-Achsenrichtung angeordnet, die Positionen in Z-Achsenrichtung sind jedoch in dieser Reihenfolge in negativer Z-Achsenrichtung verschoben. Wie in 28 dargestellt ist, sind das einfallende Licht und das durchgelassene Licht bei den dichroitischen Spiegeln M1 bis M9 parallel zueinander, weichen die Mittelachsen des einfallenden Lichts und des durchgelassenen Lichts jedoch infolge der inneren Beugung der dichroitischen Spiegel M1 bis M9, d. h. abhängig von den Dicken der dichroitischen Spiegel M1 bis M9, ab. Daher kann durch Anordnen der dichroitischen Spiegel in Stufen, wie in 28 dargestellt, das breitere einfallende Licht C0 in neun Lichter unterteilt werden, so dass die Öffnungsbreite vergrößert werden kann.
Beim Vergleichsbeispiel 3 werden das einfallende Licht und die Teillichter durch einen Lichtstrahl mit einer realistischen Breite gezeichnet. Der Lichtstrahl wird durch 11 in ungefähr gleichen Abständen angeordnete unendlich schmale Strahlen repräsentiert. Jeder in 28 dargestellte Strahl wird durch eine Strahlverfolgungsberechnung nach den Gesetzen der Reflexion und Brechung erhalten.
Der Durchschnitt des Anordnungsabstands der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 in X-Achsenrichtung ist x, die Abweichung der dichroitischen Spiegel M1 und M2 in Z-Achsenrichtung ist y, und die durchschnittliche Abweichung in Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels Mk (2 ≤ k ≤ 8) und des dichroitischen Spiegels M(k + 1) ist z.
Die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 ist α, und ihre Dicke ist β. Hier ist die Breite α als die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 parallel zur XZ-Ebene und senkrecht zum Normalenvektor definiert. Die Dicke β ist als die Breite parallel zum Normalenvektor der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 definiert.
Der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Einfallsfläche des dichroitischen Spiegels M1 ist θ₀, und der Brechungswinkel auf der Einfallsfläche ist θ₁. Ferner ist der Einfallswinkel des Lichtflusses auf den Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M2 bis M9 (90° - θ₀) und ist der Brechungswinkel des Lichtstrahls auf jeder Einfallsfläche θ₂.
Das Bandpassfilter BP ist parallel zur XY-Ebene auf der Seite negativer Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 angeordnet.
Der Flächensensor ist parallel zur XY-Ebene auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 angeordnet. Die Teillichter C1 bis C9 fallen vertikal auf die Oberfläche S des Flächensensors.
Beim Vergleichsbeispiel 3 wird das einfallende Licht C0 durchgelassen und fällt unter einem Einfallswinkel von 0° in positiver Z-Achsenrichtung auf das Bandpassfilter BP und breitet sich in positiver Z-Achsenrichtung aus. Das vom Bandpassfilter BP durchgelassene Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M1 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht, d.h. Teillicht C1, zerlegt. Das vom dichroitischen Spiegel M1 reflektierte Licht fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf den dichroitischen Spiegel M2 und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C2, zerlegt. Anschließend fällt das vom dichroitischen Spiegel Mk (2 ≤ k ≤ 8) durchgelassene Licht auf den dichroitischen Spiegel M(k + 1) und wird in sich in positiver X-Achsenrichtung ausbreitendes durchgelassenes Licht und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes reflektiertes Licht, d. h. Teillicht C(k + 1), zerlegt.
Hier weisen die dichroitischen Spiegel M1 bis M9 beim Vergleichsbeispiel 3 eine Breite α = 3,4 mm und eine Dicke β = 1,0 mm auf, beträgt der durch das auf die dichroitischen Spiegel M1 bis M9 einfallende Licht und die erwähnte Normale θ₀ gebildete Winkel 45°, ist das Basismaterial der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 Quarzglas und ist der Brechungsindex no = 1,46.
Unter dieser Bedingung leitet PTL 3 die Bedingung des besten Modus ab, wobei die maximale optische Weglänge am kürzesten ist und die Öffnungsbreite am größten ist. In 28 ist die Anordnung so eingerichtet, dass die Bedingung des besten Modus erfüllt ist und die folgenden Ausdrücke (27) bis (29) erfüllt werden. Die Öffnungsbreite V ist durch den folgenden Ausdruck (30) gegeben. ${x=x}_{0} = cos θ_{0} * α + sin θ_{0} * β= 3,1 mm$
${y=y}_{0} = cos θ_{0} * β=0,71 mm$
${z=z}_{0} = sin (90 - θ_{0} - θ_{2}) / cos θ_{2} * β = 0,32 mm$
${V=V}_{0} = av* α + bv* β = 2,0 mm$
Hier erfüllen av und bv die folgenden Ausdrücke (31) bzw. (32). $av=cos θ_{0}$
$bv=-cos θ_{0} * tan θ_{1}$
θ₁ und θ₂ sind durch die folgenden Ausdrücke (33) und (34) gegeben. $θ_{1} = {sin}^{-1} (1 / n_{0} * sin θ_{0})$
$θ_{2} = {sin}^{-1} (1 / n_{0} * sin (90 ° - θ_{0}))$
Unter dieser Bedingung ist die Stufe zwischen den dichroitischen Spiegeln M1 und M9 groß und beträgt 2,9 mm. Das heißt, dass die maximale optische Weglänge 2,9 mm größer ist als im Fall der flachen Anordnung, wobei es keine Abweichung der jeweiligen dichroitischen Spiegel in Z-Achsenrichtung gibt.
[Beispiel 8]
Es wird ein Beispiel gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. 29 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 8.
Die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß Beispiel 8 hat die gleiche Konfiguration wie die Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 5, unterscheidet sich von Beispiel 5 jedoch in der Hinsicht, dass die Positionen der dichroitischen Spiegel M1 bis M5 in Z-Achsenrichtung in dieser Reihenfolge in negativer Z-Achsenrichtung verschoben sind und die Positionen der dichroitischen Spiegel M6 bis M10 in Z-Achsenrichtung in dieser Reihenfolge in negativer Z-Achsenrichtung verschoben sind.
Ähnlich Vergleichsbeispiel 3 betragen der durchschnittliche Anordnungsabstand der dichroitischen Spiegel M1 bis M5 in X-Achsenrichtung und der Anordnungsabstand der dichroitischen Spiegel M6 bis M10 in X-Achsenrichtung x, die durchschnittlichen Abweichungen der dichroitischen Spiegel M1 und M2 in Z-Achsenrichtung und die Abweichungen der dichroitischen Spiegel M6 und M7 in Z-Achsenrichtung y und die durchschnittlichen Abweichungen der dichroitischen Spiegel Mj (2 ≤ j ≤ 4) und der dichroitischen Spiegel M(j + 1) in Z-Achsenrichtung und die Abweichungen der dichroitischen Spiegel Mk (7 ≤ k ≤ 9) und der dichroitischen Spiegel M(k + 1) in Z-Achsenrichtung z.
Die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M10 ist α, und ihre Dicke ist β. Hier ist die Breite α als die Breite der dichroitischen Spiegel M1 bis M10 parallel zur XZ-Ebene und senkrecht zum Normalenvektor definiert. Die Dicke β ist als die Breite parallel zum Normalenvektor der dichroitischen Spiegel M1 bis M9 definiert.
Der Einfallswinkel des auf die Einfallsfläche des dichroitischen Spiegels M1 und des dichroitischen Spiegels M6 fallenden Lichtstrahls ist θ₀, und der Brechungswinkel auf der Einfallsfläche ist θ₁. Der Einfallswinkel des auf die Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M2 bis M5 und der dichroitischen Spiegel M7 bis M10 fallenden Lichtstrahls ist (90° - θ₀), und der Brechungswinkel des Lichtstrahls auf den jeweiligen Einfallsflächen ist θ₂.
Auch kann in Beispiel 8 die Bedingung des besten Modus erfüllt werden, wobei die maximale optische Weglänge am kürzesten ist und die Öffnungsbreite am größten ist, indem die optimalen Stufen gemäß PTL 3 angeordnet werden. Wie beim Vergleichsbeispiel 3 sind xo, yo, zo und Vo unter der Annahme von α = 3,4 mm, β = 1,0 mm, θ₀ = 45° und no = 1,46 die gleichen Werte wie beim Vergleichsbeispiel 3, die sich durch die Ausdrücke (27) bis (30) ergeben.
Hier sind in Beispiel 8 der Anordnungsabstand der dichroitischen Spiegel Mj (2 ≤ j ≤ 4) und M(j + 1) in X-Achsenrichtung und der Anordnungsabstand der dichroitischen Spiegel Mk (7 ≤ k ≤ 9) und der dichroitischen Spiegel M(k + 1) in Z-Achsenrichtung xo = 3,1 mm. Die Abweichungen der dichroitischen Spiegel M1 und M2 in Z-Achsenrichtung und die Abweichungen der dichroitischen Spiegel M6 und M7 in Z-Achsenrichtung sind yo = 0,71 mm. Die Abweichungen der dichroitischen Spiegel Mj und M(j + 1) in Z-Achsenrichtung und die Abweichungen der dichroitischen Spiegel Mk und M(k + 1) in Z-Achsenrichtung sind zo = 0,32 mm. Die Öffnungsbreite des einfallenden Lichts C0 der Anordnung dichroitischer Spiegel ist Vo = 2,0 mm.
Unter dieser Bedingung ist die Abweichung zwischen den dichroitischen Spiegeln M1 und M5 in Z-Achsenrichtung 1,7 mm und ist die Abweichung zwischen den dichroitischen Spiegeln M6 und M10 in Z-Achsenrichtung auch 1,7 mm. Das heißt, dass die maximale optische Weglänge gegenüber der flachen Anordnung, bei der die dichroitischen Spiegel nicht in Z-Achsenrichtung verschoben sind, um 1,7 mm vergrößert ist. Dieser erhöhte Abstand ist kleiner als bei der Anordnung dichroitischer Spiegel aus dem Vergleichsbeispiel 3. Daher kann durch die Anordnung der Stufen wie bei der Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 8 eine größere Wirkung erhalten werden.
Die Ausdrücke (27) bis (30) ergeben den Anordnungsabstand xo, die Stufe yo, die Stufe zo und die Öffnungsbreite Vo im besten Modus, tatsächlich ist es jedoch auch wirksam, wenn der Anordnungsabstand x, die Stufe Y, die Stufe Z und die Öffnungsbreite V von den Werten im besten Modus abweichen, wie in PTL 3 beschrieben. Insbesondere können die folgenden Ausdrücke (35) bis (37) erfüllt sein. $cos θ_{0} * α \leq x \leq cos θ_{0} * α + 2 * sin θ_{0} * β$
$0 \leq y \leq 2*cos θ_{0} * β$
$0 \leq z \leq 2*sin (90 - θ_{0} - θ_{2}) / cos θ_{2} * β$
Wie vorstehend beschrieben, können bei der Anordnung dichroitischer Spiegel aus Beispiel 8 die Öffnungsbreite erhöht werden und die optische Weglänge verringert werden, weil alle dichroitischen Spiegel abgestuft angeordnet sind.
Vierte Ausführungsform
30 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß einer vierten Ausführungsform. Bei den in den vorstehenden Ausführungsformen dargestellten Anordnungen dichroitischer Spiegel haben alle dichroitischen Spiegel einen Winkel von 45° in Bezug auf das einfallende Licht C0, die Anordnung dichroitischer Spiegel ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt.
Die Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform weist die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 aus Gruppe A, die dichroitischen Spiegel M7 bis M9 aus Gruppe B und die dichroitischen Spiegel M5 und M6, die zwischen den Gruppen A und B angeordnet sind, auf und zerlegt das einfallende Licht C0 in sechs Lichter, so dass sechs Teillichter C1 bis C6 erhalten werden.
Die dichroitischen Spiegel M1 bis M4 weisen eine Neigung von 45° in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf und sind parallel zueinander und in in etwa gleichen Abständen entlang der positiven X-Achsenrichtung angeordnet. Die dichroitischen Spiegel M7 bis M9 weisen eine Neigung von 45° in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf und sind parallel zueinander und entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet. Die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M1 bis M4 aus Gruppe A und die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel M7 bis M9 aus Gruppe B sind zur XZ-Ebene parallel und orthogonal zueinander angeordnet. Der dichroitische Spiegel M2 (entsprechend dem vorstehenden DA2) und der dichroitische Spiegel M8 (entsprechend dem vorstehenden DB2) weisen unterschiedliche Positionen in X-Achsenrichtung auf. Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Gruppen A und B jedoch die gleiche Position in Z-Achsenrichtung auf.
Der dichroitische Spiegel M5 ist auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung des dichroitischen Spiegels M1 angeordnet, weist jedoch eine von 45° verschiedene Neigung in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene auf.
Der dichroitische Spiegel M6 hat die gleiche Position in Z-Achsenrichtung wie die Gruppen A und B und ist zwischen den dichroitischen Spiegeln M1 und M7 angeordnet. Der dichroitische Spiegel M6 hat eine von 45° verschiedene Neigung in Bezug auf die XY-Ebene und die YZ-Ebene.
Bei einer solchen Konfiguration fällt das vom dichroitischen Spiegel M1 durchgelassene Licht auf den dichroitischen Spiegel M5, fällt das vom dichroitischen Spiegel M5 reflektierte Licht auf den dichroitischen Spiegel M6 und fällt das vom dichroitischen Spiegel M6 reflektierte Licht auf den dichroitischen Spiegel M7.
Wie in 30 dargestellt, können bei der Anordnung dichroitischer Spiegel gemäß dieser Ausführungsform die von Gruppe A abgeleiteten Teillichter C1 bis C3 und die von Gruppe B abgeleiteten Teillichter C4 bis C6 von den sechs Teillichtern C1 bis C6 räumlich getrennt werden. Dies ermöglicht die Detektion der Teillichter der jeweiligen Gruppen mit verschiedenen Sensoren. Dies ist wirksam, wenn nicht alle Teillichter auf einen Sensor passen.
Ferner ist die Offenbarung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern sie kann verschiedene Modifikationen enthalten. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen der Offenbarung klar verständlich detailliert beschrieben und sind nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Einige der Konfigurationen einer bestimmten Ausführungsform können durch die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen ersetzt werden, und die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen können zu den Konfigurationen der betreffenden Ausführungsform hinzugefügt werden. Einige Konfigurationen der jeweiligen Ausführungsformen können fortgelassen werden, durch andere Konfigurationen ersetzt werden und zu anderen Konfigurationen hinzugefügt werden.
Beispielsweise wurden gemäß den vorstehenden Ausführungsformen Beispiele der Anwendung der Anordnung dichroitischer Spiegel auf einen Kapillarfeld-DNA-Sequenzer oder einen automatischen biochemischen Analysator beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann ein beliebiger Photodetektor verwendet werden.
Bezugszeichenliste

DA1 bis DAm: dichroitischer Spiegel der Gruppe A
DB1 bis DBn: dichroitischer Spiegel der Gruppe B
M1 bis M16: dichroitischer Spiegel
C0: einfallendes Licht
C1 bis C13: Teillicht
P: Lichtemissionspunkt
L: Sammellinse
S: Sensoroberfläche
DS: Mehrfarbdetektor
1: Laserlichtquelle
2: Laserstrahl
3: Laserstrahl-Einstrahlungsposition
4: Ventil
5: Probeneinspritzende
6: Probenelutionsende
7: kathodenseitige Pufferlösung
8: Kathode
9: anodenseitige Pufferlösung
10: Anode
11: Pumpenblock
12: Spritze
13: Stromquelle
CA: Kapillare
BP: Bandpassfilter
g: Lichtemissionspunktabstand
h: Sensorabstand
W: Fleckgröße
LP: Langpassfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012242117 A [0008]
WO 2017/145230 [0008]
WO 2017/145231 [0008]

Claims

Anordnung dichroitischer Spiegel, welcher Folgendes aufweist: eine erste Gruppe aus m (m ≥ 2) dichroitischen Spiegeln DA1 bis DAm, die der Reihe nach parallel zueinander entlang der positiven X-Achsenrichtung in einem rechtshändigen kartesischen XYZ-Koordinatensystem angeordnet sind, und eine zweite Gruppe aus n (n ≥ 2) dichroitischen Spiegeln DB1 bis DBn, die der Reihe nach parallel zueinander entlang der negativen X-Achsenrichtung angeordnet sind, wobei die X-Koordinaten von DA2 bis DAm positiv sind, die X-Koordinaten von DB2 bis DBn negativ sind, die Einfallsflächen von DA1 bis DAm und die Einfallsflächen von DB1 bis DBn senkrecht zur XZ-Ebene sind, die Steigungen der durch Projizieren der Normalen der Einfallsflächen von DA1 bis DAm auf die XZ-Ebene erhaltenen Geraden negativ sind und die Steigungen der durch Projizieren der Normalen der Einfallsflächen von DB1 bis DBn auf die XZ-Ebene erhaltenen Geraden positiv sind.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 1, wobei DA1 und DB1 entlang der positiven Z-Achsenrichtung angeordnet sind und die Z-Koordinate von DA1 kleiner als die Z-Koordinate von DB1 ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 2, wobei die Normalen der Einfallsfläche von DA1 bis DAm parallel zur Geraden Z = -X sind und wobei die Normalen der Einfallsflächen von DB1 bis DBn parallel zur Geraden Z = X sind.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 1, wobei, wenn die durch die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel und die Z-Achse gebildeten Winkel θ₀ sind, DA1 bis DAm bei einem Einfallswinkel θ₀ unterschiedliche Transmissionsspektren aufweisen und DB1 bis DBn bei einem Einfallswinkel θ₀ unterschiedliche Transmissionsspektren aufweisen.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 1, wobei, wenn die durch die Normalen der Einfallsflächen der dichroitischen Spiegel und die Z-Achse gebildeten Winkel θ₀ sind und DA1 bis DA(m - 1) und DB1 bis DB(n - 1) Untergruppen sind, die dichroitischen Spiegel der Untergruppe bei einem Einfallswinkel θ₀ unterschiedliche Transmissionsspektren aufweisen.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 5, wobei, wenn die Einsetzwellenlängen oder die Abschneidewellenlängen der Transmissionsspektren beim Einfallswinkel θ₀ von DA1 bis DA(m - 1) und DB1 bis DB(n - 1) A(DA1) bis A(DA(m - 1)) bzw. A(DB1) bis A(DB(n - 1)) sind, eine von A(DA2) bis A(DA(m - 1)) A(DA) ist und eine von A(DB1) bis A(DB(n - 1)) A(DB) ist, die Einsetzwellenlängen und die Abschneidewellenlängen A(DA) < A(DA1) < A(DB) oder A(DA) > A(DA1) > A(DB) erfüllen.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 6, wobei die Einsetzwellenlänge oder die Abschneidewellenlänge einen Transmissionsgrad von etwa 50 % aufweist und es sich dabei um eine Wellenlänge handelt, welche die steilste Änderung des Transmissionsgrads in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufweist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 7, wobei A(DA2) < A(DA3) < ... < A(DA(m -1)) oder A(DA2) > A(DA3) > ... > A(DA(m - 1)) erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 7, wobei A(DB1) < A(DB2) < ... < A(DB(n - 1)) oder A(DB1) > A(DB2) > ... > A(DB(n - 1)) erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 2, wobei die Z-Koordinaten von DA1 bis DAm voneinander verschieden sind, die Z-Koordinaten von DB1 bis DBn voneinander verschieden sind, in Bezug auf DA1 bis DAm und DB1 bis DBn, wenn die Winkel zwischen den Normalen der Einfallsflächen und der Z-Achse θ₀ sind, der durchschnittliche Brechungsindex eines Basismaterials no ist und die durchschnittliche Breite des Basismaterials α ist und die durchschnittliche Dicke des Basismaterials im Querschnitt parallel zur XZ-Ebene β ist und unter Berücksichtigung von DAj (2 ≤j ≤ (m - 1)) und DA(j + 1) und DBk (2 ≤ k ≤ (n - 1)) und DB(k + 1), wenn der durchschnittliche Anordnungsabstand in X-Achsenrichtung x ist und der durchschnittliche Anordnungsabstand in Z-Achsenrichtung z ist, θ₀, no, α, β, x und z eine vorgegebene Beziehung erfüllen, so dass die Öffnungsbreite der Anordnung dichroitischer Spiegel vergrößert werden kann oder die optische Weglänge verkleinert werden kann.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 10, wobei cosθ₀*a ≤ x ≤ 2*cosθ₀*α + sinθ₀*β erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 10, wobei, wenn θ₂ = sin^-1(1/n₀*sinθ₀) gilt, 0 ≤ z ≤ 2*sin(θ₀ - θ₂)/cosθ₂*β erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 2, wobei die Z-Koordinaten von DA1 bis DAm voneinander verschieden sind, die Z-Koordinaten von DB1 bis DBn voneinander verschieden sind, in Bezug auf DA1 bis DAm und DB1 bis DBn, wenn die Winkel zwischen den Normalen der Einfallsflächen und der Z-Achse θ⁰ sind, der durchschnittliche Brechungsindex eines Basismaterials no ist und die durchschnittliche Breite des Basismaterials α ist und die durchschnittliche Dicke des Basismaterials im Querschnitt parallel zur XZ-Ebene β ist und in Bezug auf DA1 und DA2 und DB1 und DB2, wenn der durchschnittliche Anordnungsabstand in X-Achsenrichtung x ist und der durchschnittliche Anordnungsabstand in Z-Achsenrichtung y ist, θ₀, no, α, β, x und y eine vorgegebene Beziehung erfüllen, so dass die Öffnungsbreite der Anordnung dichroitischer Spiegel vergrößert werden kann oder die optische Weglänge verkleinert werden kann.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 13, wobei cosθ₀*a ≤ x ≤ 2*cosθ₀*a + sinθ₀*β erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 13, wobei 0 ≤ y ≤ 2*cos8θ₀*β erfüllt ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 3, welche ferner Folgendes aufweist: ein erstes Filter, das Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband durchlässt, wobei die Einfallsfläche des ersten Filters parallel zur XY-Ebene ist, das erste Filter und DA1 entlang der positiven Z-Achsenrichtung angeordnet sind und die Z-Koordinate des ersten Filters kleiner als die Z-Koordinate von DA1 ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 3, welche ferner Folgendes aufweist: ein zweites Filter, das Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband durchlässt, wobei die Einfallsfläche des zweiten Filters parallel zur YZ-Ebene ist und das zweite Filter zwischen zwei benachbarten dichroitischen Spiegeln aus DA1 bis DAm oder DB1 bis DBn angeordnet ist.
Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 3, welche ferner Folgendes aufweist: ein drittes Filter, das Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband durchlässt, wobei die Einfallsfläche des dritten Filters parallel zur XY-Ebene ist und die Z-Koordinate des dritten Filters größer als die Z-Koordinaten von DA1 bis DAm und DB1 bis DBn ist.
Photodetektor, welcher Folgendes aufweist: die Anordnung dichroitischer Spiegel nach Anspruch 3 und eine Sensoranordnung mit mehreren Sensorelementen, wobei die Oberfläche der Sensoranordnung parallel zur XY-Ebene angeordnet ist und die Z-Koordinate der Sensoroberfläche größer ist als die Z-Koordinaten von DA1 bis DAm und DB1 bis DBn.
Photodetektor nach Anspruch 19, wobei sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitendes Licht auf DA1 fällt, das einfallende Licht durch die Anordnung dichroitischer Spiegel in wenigstens (m + n - 1) Teillichter zerlegt wird, die sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreiten, und zumindest ein Teil der Teillichter auf die Sensoroberfläche fällt.
Photodetektor nach Anspruch 19, wobei p (2 ≤ p) einfallende Lichter, die in Y-Achsenrichtung angeordnet sind und sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreiten, auf DA1 fallen, die p einfallenden Lichter jeweils durch die Anordnung dichroitischer Spiegel in wenigstens (m + n - 1) sich in positiver Z-Achsenrichtung ausbreitende Teillichter unterteilt werden und zumindest ein Teil der Teillichter auf die Sensoroberfläche fällt.