JP2000065642A - スペクトロメ―タ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一般的スペクトロメータを思想的に改良し
て、光学的特性の実質的な損失なしに大量生産ができ、
且つ従来の同様のスペクトロメータより実質的に簡単且
つ経済的に製造でき、しかも、小型化の前提条件を提供
できるようにすること。 【解決手段】 光入射部と反射回折格子とスペクトル的
に分かれた測定光を射出する光出射面とを備えてなり、
光学装置Ｏは、少なくとも一部分が実質上透明で対向す
る２つの端面１、２によって限定されるキャリアボディ
Ｔからなり、第１端面１側に光入射部１０と反射回折格
子２０と光出射面とを設け、第２端面２に入射光を平行
化して反射回折格子に反射させその反射回折格子により
回折した光を光出射面に焦点を合わせる反射性の凹面鏡
を設け、且つ光入射部１０と光出射面とを所定距離を置
いて設け、光出射面の光の分散Ｒを光入射部１０と光出
射面とを結ぶ線に対してほぼ直交させる。
て、光学的特性の実質的な損失なしに大量生産ができ、
且つ従来の同様のスペクトロメータより実質的に簡単且
つ経済的に製造でき、しかも、小型化の前提条件を提供
できるようにすること。 【解決手段】 光入射部と反射回折格子とスペクトル的
に分かれた測定光を射出する光出射面とを備えてなり、
光学装置Ｏは、少なくとも一部分が実質上透明で対向す
る２つの端面１、２によって限定されるキャリアボディ
Ｔからなり、第１端面１側に光入射部１０と反射回折格
子２０と光出射面とを設け、第２端面２に入射光を平行
化して反射回折格子に反射させその反射回折格子により
回折した光を光出射面に焦点を合わせる反射性の凹面鏡
を設け、且つ光入射部１０と光出射面とを所定距離を置
いて設け、光出射面の光の分散Ｒを光入射部１０と光出
射面とを結ぶ線に対してほぼ直交させる。
Description
発明の分野 本発明は、スペクトロメータに関する。特に、測定する
光を集光して、スペクトル部分に分光する光学装置を備
えたスペクトロメータに関する。
光を集光して、スペクトル部分に分光する光学装置を備
えたスペクトロメータに関する。
【０００１】発明の背景技術 このようなスペクトロメータの利用分野は多岐にわたる
が、代表的なものとして、例えば、グラフィック産業用
や食品産業用カラーデテクタ、産業処理操作用装置、臨
床診断用測定装置、等々が挙げられる。
が、代表的なものとして、例えば、グラフィック産業用
や食品産業用カラーデテクタ、産業処理操作用装置、臨
床診断用測定装置、等々が挙げられる。
【０００２】従来の一般的スペクトロメータとして、例
えば、ＥＰ−Ａ−０４８９２８６に開示されているもの
がある。この公知の測定ヘッドは、キャリアボディを比
較的厚めの両凸レンズとして構成し、光入射間隙とダイ
オードラインとして構成された光電変換装置とを、その
両凸レンズの一方の曲面に配置し、回析格子を両凸レン
ズの他方の曲面に配置している。このような構成のもの
は、製造が比較的簡単で、良好な光学的修正が可能な調
整能力を得ることができるが、一般に収差―修正が行わ
れた湾曲状の凹面格子を使用する必要がある。
えば、ＥＰ−Ａ−０４８９２８６に開示されているもの
がある。この公知の測定ヘッドは、キャリアボディを比
較的厚めの両凸レンズとして構成し、光入射間隙とダイ
オードラインとして構成された光電変換装置とを、その
両凸レンズの一方の曲面に配置し、回析格子を両凸レン
ズの他方の曲面に配置している。このような構成のもの
は、製造が比較的簡単で、良好な光学的修正が可能な調
整能力を得ることができるが、一般に収差―修正が行わ
れた湾曲状の凹面格子を使用する必要がある。
【０００３】このような必要条件は、例えば、米国特許
第４７４４６１８号の特許明細書「デマルチプレクサ」
に記載されている−Ｆａｓｔｉｅ−Ｅｂｅｒｔ−法によ
るスペクトロメータを使用することによって回避するこ
とはできるが、そのようなスペクトロメータは、一般に
正の回折次数でしか操作できず、また上記米国特許第４
７４４６１８号の図１１に示されているような斜格子で
しか操作できないという問題があった。
第４７４４６１８号の特許明細書「デマルチプレクサ」
に記載されている−Ｆａｓｔｉｅ−Ｅｂｅｒｔ−法によ
るスペクトロメータを使用することによって回避するこ
とはできるが、そのようなスペクトロメータは、一般に
正の回折次数でしか操作できず、また上記米国特許第４
７４４６１８号の図１１に示されているような斜格子で
しか操作できないという問題があった。
【０００４】発明の要約 このような従来技術の現状に基づき、本発明の目的は、
このような一般的スペクトロメータを思想的に改良し
て、光学的特性の実質的な損失なしに大量生産ができ、
且つ従来の同様のスペクトロメータより実質的に簡単且
つ経済的に製造でき、しかも、小型化の前提条件を提供
できるようにすることにある。このような目的を、凹面
格子を用いることなく、特に、新たな光学装置を導入す
ることにより、簡単な構成のスペクトロメータで達成し
た。本発明の新規な光学装置では、格子は、格子線（格
子溝）を光入射部に近傍する格子の一側から離れる方向
に指向するよう方位付けするのが好ましい。また、その
格子は、光入射部と光出射部との間周りに配置するのが
好ましい。光入射部と光出射部とを格子の直ぐ近傍に配
置すると装置の小型化を保証され特に好ましい。また、
格子線すなわち格子溝は、既述したように、光入射部か
ら離反し、且つ格子における光出射部配置側に向かう方
向に方向付けすることが好ましい。特に、光入射部と、
格子と、光出射部との構成を選ぶと共に、格子の方位を
選んで、光出射面におけるスペクトル回折の方向（以下
「分散方向Ｒ」と称する）を、少なくとも光入射部と光
出射領域とを結ぶある線に対してほぼ直交するように
し、また個々のスペクトル部の焦点が前記光出射面に位
置するようにして製造するのが好ましい。また、前記光
入射部と光出射領域とを結ぶ線は、前記光入射部と前記
平面状の光出射領域の少なくともほぼ中心点との間を延
びるものであることが好ましい。
このような一般的スペクトロメータを思想的に改良し
て、光学的特性の実質的な損失なしに大量生産ができ、
且つ従来の同様のスペクトロメータより実質的に簡単且
つ経済的に製造でき、しかも、小型化の前提条件を提供
できるようにすることにある。このような目的を、凹面
格子を用いることなく、特に、新たな光学装置を導入す
ることにより、簡単な構成のスペクトロメータで達成し
た。本発明の新規な光学装置では、格子は、格子線（格
子溝）を光入射部に近傍する格子の一側から離れる方向
に指向するよう方位付けするのが好ましい。また、その
格子は、光入射部と光出射部との間周りに配置するのが
好ましい。光入射部と光出射部とを格子の直ぐ近傍に配
置すると装置の小型化を保証され特に好ましい。また、
格子線すなわち格子溝は、既述したように、光入射部か
ら離反し、且つ格子における光出射部配置側に向かう方
向に方向付けすることが好ましい。特に、光入射部と、
格子と、光出射部との構成を選ぶと共に、格子の方位を
選んで、光出射面におけるスペクトル回折の方向（以下
「分散方向Ｒ」と称する）を、少なくとも光入射部と光
出射領域とを結ぶある線に対してほぼ直交するように
し、また個々のスペクトル部の焦点が前記光出射面に位
置するようにして製造するのが好ましい。また、前記光
入射部と光出射領域とを結ぶ線は、前記光入射部と前記
平面状の光出射領域の少なくともほぼ中心点との間を延
びるものであることが好ましい。
【０００５】また、上記米国特許第４７４４６１８号の
図１１に示されている装置と異なり、本発明の装置で
は、負の回折次数を用いるので、光の入射部と光の出射
面とを、分散方向Ｒに対して格子の同一側に配置させ
て、装置を小型化することができると共に、焦点変形も
小さなものにできる。さらには、回折格子を、スペクト
ルモジュールボディの対称軸Ａに対して少なくともほぼ
直交するよう位置させることもできる。
図１１に示されている装置と異なり、本発明の装置で
は、負の回折次数を用いるので、光の入射部と光の出射
面とを、分散方向Ｒに対して格子の同一側に配置させ
て、装置を小型化することができると共に、焦点変形も
小さなものにできる。さらには、回折格子を、スペクト
ルモジュールボディの対称軸Ａに対して少なくともほぼ
直交するよう位置させることもできる。
【０００６】さらには、格子のミクロ構造と同時に製造
する光入射領域におけるディンプル構造やミクロプリズ
ム等の一体化したミクロ構造と光電変換装置とを一緒に
用いることにより、例えば、入力ファイバー等の後続の
システム部品の再生可能な組込みが容易になり、経済性
に優れた大量生産が可能になる。技術的にさらに新規な
点は、このような思想の実現、例えば、スペクトロメー
タの光の分散抑制の最適化に凹面鏡面の分化蒸着にあ
る。
する光入射領域におけるディンプル構造やミクロプリズ
ム等の一体化したミクロ構造と光電変換装置とを一緒に
用いることにより、例えば、入力ファイバー等の後続の
システム部品の再生可能な組込みが容易になり、経済性
に優れた大量生産が可能になる。技術的にさらに新規な
点は、このような思想の実現、例えば、スペクトロメー
タの光の分散抑制の最適化に凹面鏡面の分化蒸着にあ
る。
【０００７】本発明の目的は、独立クレーム１の特徴記
載部に記載の各構成により達成される。また、従属クレ
ームの主題は、特に好適な実施例と、さらなる発展例で
ある。
載部に記載の各構成により達成される。また、従属クレ
ームの主題は、特に好適な実施例と、さらなる発展例で
ある。
【０００８】好適実施例の詳細な説明 図中、対応する部分には、同一参照番号を付している。
なお、別異の実施例の各構成部分は、相互に組み合わせ
ることが可能である。
なお、別異の実施例の各構成部分は、相互に組み合わせ
ることが可能である。
【０００９】図１に示したスペクトロメータは、基本的
には、２つの主要構成部分、すなわち、光学装置Ｏと光
電変換装置Ｗとからなっている。
には、２つの主要構成部分、すなわち、光学装置Ｏと光
電変換装置Ｗとからなっている。
【００１０】光電変換装置Ｗとしては、例えば、市販の
リニアＣＭＯＳ−フォトダイオードマトリックス、例え
ば、ＨａｍａｍａｔｓｕのＳ５４６３−２５６型や、同
じく市販のＣＣＤ−デテクタマトリックスが挙げられ
る。光電変換装置Ｗは、内部にフォトダイオードを含む
デテクタチップ３０を備えていて、該デテクタチップ３
０は、通常デテクタハウジング、図示せず、内に密閉さ
れている。外部コントロール装置および評価電子装置、
図示せず、との接続には、例えば、バンドケーブル３１
が用いられる。このようなフォトダイオードフィールド
および電気制御は、当該技術分野およびスペクトロメー
タに関する熟練者には公知、例えば上記ＥＰ―Ａ−０４
８９２８６参照、であるので、詳細な説明は割愛する。
リニアＣＭＯＳ−フォトダイオードマトリックス、例え
ば、ＨａｍａｍａｔｓｕのＳ５４６３−２５６型や、同
じく市販のＣＣＤ−デテクタマトリックスが挙げられ
る。光電変換装置Ｗは、内部にフォトダイオードを含む
デテクタチップ３０を備えていて、該デテクタチップ３
０は、通常デテクタハウジング、図示せず、内に密閉さ
れている。外部コントロール装置および評価電子装置、
図示せず、との接続には、例えば、バンドケーブル３１
が用いられる。このようなフォトダイオードフィールド
および電気制御は、当該技術分野およびスペクトロメー
タに関する熟練者には公知、例えば上記ＥＰ―Ａ−０４
８９２８６参照、であるので、詳細な説明は割愛する。
【００１１】また、光学装置Ｏは、基本的に、対象のバ
ンド幅内において基本的に透明であるキャリアボディＴ
からなるもので、該キャリアボディＴは、測定する光の
スペクトル分光に必要なすべての光学的構成要素を備え
ている。このキャリアボディＴは、さらに、端部の立上
がったドーム形のキャップを備えた筒状の外面形状を有
している、すなわち、実質的に平面の第１端面１と、回
転対称で球状あるいは放物線状に湾曲し（内方に）凹ん
だ凹面の対向端面２と、光学装置の機能には重要でない
筒状の外装面（符号ナシ）とを備えている。なお、第１
端面１の面は、回転対称の第２端面２の対称軸Ａに対し
て垂直であることが好ましい。
ンド幅内において基本的に透明であるキャリアボディＴ
からなるもので、該キャリアボディＴは、測定する光の
スペクトル分光に必要なすべての光学的構成要素を備え
ている。このキャリアボディＴは、さらに、端部の立上
がったドーム形のキャップを備えた筒状の外面形状を有
している、すなわち、実質的に平面の第１端面１と、回
転対称で球状あるいは放物線状に湾曲し（内方に）凹ん
だ凹面の対向端面２と、光学装置の機能には重要でない
筒状の外装面（符号ナシ）とを備えている。なお、第１
端面１の面は、回転対称の第２端面２の対称軸Ａに対し
て垂直であることが好ましい。
【００１２】キャリアボディＴの第１端面１には、マイ
クロプリズム１０および反射回析格子２０としたインプ
ットカプラ構造で構成された測定光入射口が設けられて
いる。このキャリアボディＴの第１端面１には、前記変
換装置Ｗのデテクタチップ３０も配置するようにしてい
る。製造および調整能力達成をより容易にするため、前
記反射回析格子２０を、実質上平面に形成し、収差―修
正を行わず、凹面の端面２の対称軸Ａに対し中心をつけ
ることにより、格子溝の方向Ｇを、光入射部と個々のス
ペクトル部の焦点が位置する平面領域（３０ａ）の中心
点とを結ぶ線に対し平行に指向するようにしている。イ
ンプットカプラ構造を構成する前記マイクロプリズム１
０は、前記第１端面１に対して実質上垂直な光入射面１
１と、前記端面１と平行な光出射面１２と、該面に対し
て約４５°傾斜した後面１３とを有し、例えば、蒸気蒸
着したアルミニウム層により反射性をもたせるようにし
ている。従って、第１端面１に対し平行に方向付けされ
て入射する測定光は、２倍のプリズム角で偏向し、第２
端面２の対称軸Ａに対して所定の小さな角度で前記キャ
リアボディＴに結合する。なお、マイクロプリズム１０
は、第１端面１上あるいは第１端面１内に直接形成する
ようにして、光出射面１２が別体の構成部として存在す
ることがないようにするのが好ましい。
クロプリズム１０および反射回析格子２０としたインプ
ットカプラ構造で構成された測定光入射口が設けられて
いる。このキャリアボディＴの第１端面１には、前記変
換装置Ｗのデテクタチップ３０も配置するようにしてい
る。製造および調整能力達成をより容易にするため、前
記反射回析格子２０を、実質上平面に形成し、収差―修
正を行わず、凹面の端面２の対称軸Ａに対し中心をつけ
ることにより、格子溝の方向Ｇを、光入射部と個々のス
ペクトル部の焦点が位置する平面領域（３０ａ）の中心
点とを結ぶ線に対し平行に指向するようにしている。イ
ンプットカプラ構造を構成する前記マイクロプリズム１
０は、前記第１端面１に対して実質上垂直な光入射面１
１と、前記端面１と平行な光出射面１２と、該面に対し
て約４５°傾斜した後面１３とを有し、例えば、蒸気蒸
着したアルミニウム層により反射性をもたせるようにし
ている。従って、第１端面１に対し平行に方向付けされ
て入射する測定光は、２倍のプリズム角で偏向し、第２
端面２の対称軸Ａに対して所定の小さな角度で前記キャ
リアボディＴに結合する。なお、マイクロプリズム１０
は、第１端面１上あるいは第１端面１内に直接形成する
ようにして、光出射面１２が別体の構成部として存在す
ることがないようにするのが好ましい。
【００１３】第１端面１には、マイクロプリズム１０の
直ぐ手前に溝構造１５を形成している。この溝構造１５
は、マイクロプリズム１０の光入射面に対し直交する複
数本の、例えば１６本の、溝部から構成している。各溝
部は、Ｖ形状の横断面を有するようにし、例えば、幅１
７０μｍ、深さ１００μｍの溝部とするのが好ましい。
この溝構造１５は、一本の（または複数本の）光案内フ
ァイバーＦを第１端面１に位置決めする働きをするもの
で、この光案内ファイバーＦを介し、分析する光が前記
マイクロプリズム１０、ひいてはスペクトロメータのキ
ャリアボディＴに、案内されるようにしている。光案内
ファイバーの光出射側端部は、屈折率の整合する接着剤
により前記マイクロプリズム１０の光入射面１１に直接
貼着されている。なお、光案内ファイバーＦのキャリア
ボディＴへの取り付けは、適宜の方法（例えば、接着）
で行なえばよく説明は省く。
直ぐ手前に溝構造１５を形成している。この溝構造１５
は、マイクロプリズム１０の光入射面に対し直交する複
数本の、例えば１６本の、溝部から構成している。各溝
部は、Ｖ形状の横断面を有するようにし、例えば、幅１
７０μｍ、深さ１００μｍの溝部とするのが好ましい。
この溝構造１５は、一本の（または複数本の）光案内フ
ァイバーＦを第１端面１に位置決めする働きをするもの
で、この光案内ファイバーＦを介し、分析する光が前記
マイクロプリズム１０、ひいてはスペクトロメータのキ
ャリアボディＴに、案内されるようにしている。光案内
ファイバーの光出射側端部は、屈折率の整合する接着剤
により前記マイクロプリズム１０の光入射面１１に直接
貼着されている。なお、光案内ファイバーＦのキャリア
ボディＴへの取り付けは、適宜の方法（例えば、接着）
で行なえばよく説明は省く。
【００１４】前記マイクロプリズム１０と溝構造１５の
詳細な構成を、図５の拡大図に示す。
詳細な構成を、図５の拡大図に示す。
【００１５】偏向プリズムを備えた前記インプットカプ
ラ構造の構成は、光を前記キャリアボディの第１端面１
に対し平行に入力できるので、光が端面に対し直交して
入力される従来のものに比し、スペクトロメータ全体の
高さを実質上低くすることができる。
ラ構造の構成は、光を前記キャリアボディの第１端面１
に対し平行に入力できるので、光が端面に対し直交して
入力される従来のものに比し、スペクトロメータ全体の
高さを実質上低くすることができる。
【００１６】また、既述したように、前記溝構造１５を
用いて、光案内ファイバーＦを前記キャリアボディＴの
第１端面１に位置決めさせるようにしているので、ファ
イバーのテンションのゆるみや破損を簡便な方法により
防止することができる。さらに、前記溝構造１５は、選
択可能な入力結合位置を複数有するので、製造過程の終
了時の自由度が高い（以下の説明参照）。その上、既述
したように、光案内ファイバーＦを複数並列に設けるこ
とできるので、これら光案内ファイバーＦを介して、数
個の別々の光源から、あるいは、一つの同一光源から光
を供給することが可能である。このため、後者の場合に
おいては、光のスループットをより高めることができ、
一方、前者の場合は、光学マルチプレクサ（多重変換装
置）を別途設けることなく、複数の光源を順に測定する
ことができる。
用いて、光案内ファイバーＦを前記キャリアボディＴの
第１端面１に位置決めさせるようにしているので、ファ
イバーのテンションのゆるみや破損を簡便な方法により
防止することができる。さらに、前記溝構造１５は、選
択可能な入力結合位置を複数有するので、製造過程の終
了時の自由度が高い（以下の説明参照）。その上、既述
したように、光案内ファイバーＦを複数並列に設けるこ
とできるので、これら光案内ファイバーＦを介して、数
個の別々の光源から、あるいは、一つの同一光源から光
を供給することが可能である。このため、後者の場合に
おいては、光のスループットをより高めることができ、
一方、前者の場合は、光学マルチプレクサ（多重変換装
置）を別途設けることなく、複数の光源を順に測定する
ことができる。
【００１７】また、前記回析格子２０は、対応する局部
面構造によって前記キャリアボディＴの第１端面１に直
接形成して、その面構造に反射コーティングを施し、格
子溝をＧ方向に指向させるようにしている。一般に、こ
の回析格子２０は、実質的に平面状で、１ｍｍ当たり８
００本の線を有する、収差無修正の線格子である。な
お、可視スペクトルでのスペクトル分析用に用いる場
合、反射コーティングはアルミニウムからなるのが好ま
しい。
面構造によって前記キャリアボディＴの第１端面１に直
接形成して、その面構造に反射コーティングを施し、格
子溝をＧ方向に指向させるようにしている。一般に、こ
の回析格子２０は、実質的に平面状で、１ｍｍ当たり８
００本の線を有する、収差無修正の線格子である。な
お、可視スペクトルでのスペクトル分析用に用いる場
合、反射コーティングはアルミニウムからなるのが好ま
しい。
【００１８】前記キャリアボディの第２端面２は、外側
に高反射コーティング、例えば、蒸気蒸着したアルミニ
ウムコーティング、を施して、球状または放物線状の凹
面鏡（内側から見て）を形成している。その凹面鏡は、
以下の説明から判るように、２つの比較的小さな領域に
おいてのみ光を受けるようにしている。従って、第２端
面２は、全面が反射可能とするのではなく、実際に光に
当てる部分（セグメント部分）のみ反射可能とすること
も可能である。斯くすることにより、光の散乱をより良
く抑制できるだけでなく、有効開口数および使用バンド
幅の影響を少なくすることもできる。その上、回折の高
めの次数も抑制することができる。なお、第２端面を２
つの別個のセグメント部でなく、単一の連続したセグメ
ントとすることも勿論可能である。
に高反射コーティング、例えば、蒸気蒸着したアルミニ
ウムコーティング、を施して、球状または放物線状の凹
面鏡（内側から見て）を形成している。その凹面鏡は、
以下の説明から判るように、２つの比較的小さな領域に
おいてのみ光を受けるようにしている。従って、第２端
面２は、全面が反射可能とするのではなく、実際に光に
当てる部分（セグメント部分）のみ反射可能とすること
も可能である。斯くすることにより、光の散乱をより良
く抑制できるだけでなく、有効開口数および使用バンド
幅の影響を少なくすることもできる。その上、回折の高
めの次数も抑制することができる。なお、第２端面を２
つの別個のセグメント部でなく、単一の連続したセグメ
ントとすることも勿論可能である。
【００１９】図１から判るように、スペクトロメータに
は折返しの光路を設けており、測定する光が光入射部
（マイクロプリズム１０）から変換装置Ｗまでの途中、
全部で３回、すなわち、反射回折格子２０で１回、キャ
リアボディＴの凹状の第２端面２で２回、反射するよう
にしている。従って、非常に短小な構造を大きな焦点距
離で得ることができる。そして、前記第１端面１に対し
実質上平行に延びる光案内ファイバーＦを介して供給さ
れる測定する光を、マイクロプリズムによりプリズム角
の２倍の角度で偏向させ、（光案内ファイバーＦで決定
される所定の開口数を有する）第１端面１に対し実質上
直交するキャリアボディＴに入射するようにしている。
このとき、最初、測定する光は、凹状の第２端面２によ
って反射し、第１端面１の回折格子２０に平行化するよ
うにしている。そして、前記反射回折格子２０の溝部の
所定方位Ｇへの方位付けにより、測定する光が、反射性
の第２端面２に反射して、波長（分散）による空間的分
離を一般に知られた方法で同時に行なえるようにしてい
る。従って、空間的分離の方向Ｒは、光入射部と、個々
のスペクトル部の焦点が位置する平面領域（３０ａ）の
中心とを結ぶ線に対してほぼ垂直である。次いで、その
測定する光は、前記第２端面２で２度目の反射が行わ
れ、最終的に変換装置Ｗに指向づけられる。キャリアボ
ディＴの各寸法および光入射部１０、反射回折格子２
０、および変換装置Ｗの位置、すなわち測定する光の光
路、を適宜選択することにより、波長に対応して分散さ
れる光線の発散配列が変換装置Ｗの位置に焦点付けられ
るようにして、その光線の発散配列の焦点面が、変換装
置のデテクタチップ３０における各光感応性要素（フォ
トダイオード）と一致するようにしている。従って、線
形フォトダイオード配列における２５μｍ幅の一般的な
個々のフォトダイオードが、波長の異なる光を受け、そ
れらフォトダイオードによって生じる各波長に対応した
電気信号が分析光のスペルトル強度部分を表すようにし
ている。
は折返しの光路を設けており、測定する光が光入射部
（マイクロプリズム１０）から変換装置Ｗまでの途中、
全部で３回、すなわち、反射回折格子２０で１回、キャ
リアボディＴの凹状の第２端面２で２回、反射するよう
にしている。従って、非常に短小な構造を大きな焦点距
離で得ることができる。そして、前記第１端面１に対し
実質上平行に延びる光案内ファイバーＦを介して供給さ
れる測定する光を、マイクロプリズムによりプリズム角
の２倍の角度で偏向させ、（光案内ファイバーＦで決定
される所定の開口数を有する）第１端面１に対し実質上
直交するキャリアボディＴに入射するようにしている。
このとき、最初、測定する光は、凹状の第２端面２によ
って反射し、第１端面１の回折格子２０に平行化するよ
うにしている。そして、前記反射回折格子２０の溝部の
所定方位Ｇへの方位付けにより、測定する光が、反射性
の第２端面２に反射して、波長（分散）による空間的分
離を一般に知られた方法で同時に行なえるようにしてい
る。従って、空間的分離の方向Ｒは、光入射部と、個々
のスペクトル部の焦点が位置する平面領域（３０ａ）の
中心とを結ぶ線に対してほぼ垂直である。次いで、その
測定する光は、前記第２端面２で２度目の反射が行わ
れ、最終的に変換装置Ｗに指向づけられる。キャリアボ
ディＴの各寸法および光入射部１０、反射回折格子２
０、および変換装置Ｗの位置、すなわち測定する光の光
路、を適宜選択することにより、波長に対応して分散さ
れる光線の発散配列が変換装置Ｗの位置に焦点付けられ
るようにして、その光線の発散配列の焦点面が、変換装
置のデテクタチップ３０における各光感応性要素（フォ
トダイオード）と一致するようにしている。従って、線
形フォトダイオード配列における２５μｍ幅の一般的な
個々のフォトダイオードが、波長の異なる光を受け、そ
れらフォトダイオードによって生じる各波長に対応した
電気信号が分析光のスペルトル強度部分を表すようにし
ている。
【００２０】ところで、光軸の外側の凹面鏡部分の反射
によって、分解能を低下させる固有の結像誤差が生じ
る。しかし、上記米国特許第４７４４６１８号の図１１
に示されている回折の正の次数とは逆に、本発明の提案
する光入射部の構成と格子の方位付けとにより、回折の
負の次数を用いることができるため、図３、４に示すよ
うに、光入射部と光の出射面とを共に分散方向Ｒに対し
て格子の同一側に配置させることができ、結象誤差は、
上記したように、光入射部１０の配置と回折の負の次数
とを使用する構成によるスペクトル分離の方向Ｒにおい
て少なくとも補償されるため、分散方向Ｒにおける各焦
点の広がりが小さく抑えられ、良好な波長の分解能が得
られる。また、光入射部および格子の構成における光入
射部１０の所定位置への配置により、ほかの結象誤差も
すべてスチグマチックな結象（無非点収差）、すなわち
分散方向Ｒに対して実質上直交する焦点の広がり、にし
かならず、スペクトロメータの分解能が低下することは
ない。また、個々のフォトダイオードのフィールドの非
対称形状の適応フォトダイオードを用いれば、広がった
焦点パッチ内の光を完全に検出でき、スチグマチックな
結象（無非点収差）が透過効率の分解能に悪影響を及ぼ
すことはない。なお、スペクトロメータにはフォトダイ
オードのフィールドを用いるのが好ましく、個々のフォ
トダイオードは、例えば、長さ方向（幅）が約２５μｍ
で横方向（高さ）が約５００μｍの、矩形の有効面を有
するものが好ましい。
によって、分解能を低下させる固有の結像誤差が生じ
る。しかし、上記米国特許第４７４４６１８号の図１１
に示されている回折の正の次数とは逆に、本発明の提案
する光入射部の構成と格子の方位付けとにより、回折の
負の次数を用いることができるため、図３、４に示すよ
うに、光入射部と光の出射面とを共に分散方向Ｒに対し
て格子の同一側に配置させることができ、結象誤差は、
上記したように、光入射部１０の配置と回折の負の次数
とを使用する構成によるスペクトル分離の方向Ｒにおい
て少なくとも補償されるため、分散方向Ｒにおける各焦
点の広がりが小さく抑えられ、良好な波長の分解能が得
られる。また、光入射部および格子の構成における光入
射部１０の所定位置への配置により、ほかの結象誤差も
すべてスチグマチックな結象（無非点収差）、すなわち
分散方向Ｒに対して実質上直交する焦点の広がり、にし
かならず、スペクトロメータの分解能が低下することは
ない。また、個々のフォトダイオードのフィールドの非
対称形状の適応フォトダイオードを用いれば、広がった
焦点パッチ内の光を完全に検出でき、スチグマチックな
結象（無非点収差）が透過効率の分解能に悪影響を及ぼ
すことはない。なお、スペクトロメータにはフォトダイ
オードのフィールドを用いるのが好ましく、個々のフォ
トダイオードは、例えば、長さ方向（幅）が約２５μｍ
で横方向（高さ）が約５００μｍの、矩形の有効面を有
するものが好ましい。
【００２１】上記のことから、又図３、４からも明らか
なように、このようなスペクトロメータの基本的な光学
的コンセプトでは円錐回折が起こる。このスペクトロメ
ータは、ほかの直線の共通焦線ではなくて、円錐回折の
焦線を湾曲させたことを特徴とするものであるが、その
湾曲は顕著なものではなく、変換装置の個々の光感応要
素（フォトダイオード、ピクセル高さ）の有効高さ（長
さ方向）が十分に大きいものであれば、重大な誤差は生
じない。ただし、このことは、一般にこのような目的に
使用される市販のフォトダイオードのフィールドを有し
ている場合である。
なように、このようなスペクトロメータの基本的な光学
的コンセプトでは円錐回折が起こる。このスペクトロメ
ータは、ほかの直線の共通焦線ではなくて、円錐回折の
焦線を湾曲させたことを特徴とするものであるが、その
湾曲は顕著なものではなく、変換装置の個々の光感応要
素（フォトダイオード、ピクセル高さ）の有効高さ（長
さ方向）が十分に大きいものであれば、重大な誤差は生
じない。ただし、このことは、一般にこのような目的に
使用される市販のフォトダイオードのフィールドを有し
ている場合である。
【００２２】なお、前記光入射部の所定位置への配置、
格子溝の方位Ｇ、および平面１に対し傾斜のない平面状
の収差無修正の格子による構成により、最も簡単な構成
となり従って製造も簡単化できながら、このような配置
は、比較的製造費の高い製造方法（例えば、上記米国特
許第４７４４６１８号の図１１に示されている、軸４０
に対する垂直位置から格子を傾斜させることによる、
「デマルチプレクサ」の製造方法）と同等のサイズと開
口数のみの構成のスペクトロメータで達成可能な分解能
を得ることもできる。
格子溝の方位Ｇ、および平面１に対し傾斜のない平面状
の収差無修正の格子による構成により、最も簡単な構成
となり従って製造も簡単化できながら、このような配置
は、比較的製造費の高い製造方法（例えば、上記米国特
許第４７４４６１８号の図１１に示されている、軸４０
に対する垂直位置から格子を傾斜させることによる、
「デマルチプレクサ」の製造方法）と同等のサイズと開
口数のみの構成のスペクトロメータで達成可能な分解能
を得ることもできる。
【００２３】本発明に係るスペクトロメータの変更実施
形態を図２に示す。なお、この実施例が図１の実施例と
基本的に異なる点は、変換装置Ｗのデテクタチップ３０
をキャリアボディＴの第１端面１に直接配置せず、少な
くとも一部が透明の中間スペーサ４０を設け、該スペー
サ４０を別途接着する部分とするか第１端面１に直接形
成するようにした点だけである。
形態を図２に示す。なお、この実施例が図１の実施例と
基本的に異なる点は、変換装置Ｗのデテクタチップ３０
をキャリアボディＴの第１端面１に直接配置せず、少な
くとも一部が透明の中間スペーサ４０を設け、該スペー
サ４０を別途接着する部分とするか第１端面１に直接形
成するようにした点だけである。
【００２４】図６は、そのスペーサ４０と変換装置Ｗの
取り付けを拡大して示したものである。図６は、フォト
ダイオードのフィールドとして構成した代表的な変換装
置の底面図を示したもので、自由にアクセス可能な各フ
ォトダイオード３２もデテクタチップ３０およびバンド
ケーブル３１とは別に認識可能としたものである。スペ
ーサ４０は、その上面に凹部４１を有し、該凹部内には
平面状の嵌合面４３を持つブリッジ４２を設けている。
そして、デテクタチップ３０は、フォトダイオード３２
がブリッジ４２の嵌合面４３上に直接配置されるような
方法でスペーサ４０に取り付けられるようにしている。
なお、このスペーサ４０は、少なくともブリッジ４２部
分が透明となっている。
取り付けを拡大して示したものである。図６は、フォト
ダイオードのフィールドとして構成した代表的な変換装
置の底面図を示したもので、自由にアクセス可能な各フ
ォトダイオード３２もデテクタチップ３０およびバンド
ケーブル３１とは別に認識可能としたものである。スペ
ーサ４０は、その上面に凹部４１を有し、該凹部内には
平面状の嵌合面４３を持つブリッジ４２を設けている。
そして、デテクタチップ３０は、フォトダイオード３２
がブリッジ４２の嵌合面４３上に直接配置されるような
方法でスペーサ４０に取り付けられるようにしている。
なお、このスペーサ４０は、少なくともブリッジ４２部
分が透明となっている。
【００２５】スペーサ４０上に前記変換装置Ｗを取り付
けるようにした方が、第１端面１に直接取り付けるより
も次の点で有利である。すなわち、（他の部分の）キャ
リアボディＴに製造許容誤差のある場合、スペーサの高
さを調整して変換装置Ｗのフォトダイオードを光路の焦
点面内に光学的に配置させるようにすることで、そのよ
うな許容誤差を補償することができるからである。ま
た、スペクトルの透明性やブロッキング特性もスペーサ
４０の材質を適宜選定することにより組織的に調整する
ことができる。なお、第１端面１を全体に平面状とする
ことは、製造技術面の理由での利点はあるが、本発明に
係るスペクトロメータの光学的コンセプトにとって本質
的なものではない。重要なのは、光入射部１０と反射回
折格子２０の光学的ミクロ構造や変換装置Ｗのデテクタ
チップ３０の結合部を配置する、平面状の、同一平面上
の、あるいは、相互に平行な、部分領域や部分面を含む
ということである。図示した実施例では、これらの部分
面は、前記溝構造１５およびマイクロプリズム１０を設
置する面１０ａや、反射回折格子２０を設置する面２０
ａや、デテクタチップ３０を設置する面３０ａや、スペ
ーサ４０の平面状嵌合面４３である。
けるようにした方が、第１端面１に直接取り付けるより
も次の点で有利である。すなわち、（他の部分の）キャ
リアボディＴに製造許容誤差のある場合、スペーサの高
さを調整して変換装置Ｗのフォトダイオードを光路の焦
点面内に光学的に配置させるようにすることで、そのよ
うな許容誤差を補償することができるからである。ま
た、スペクトルの透明性やブロッキング特性もスペーサ
４０の材質を適宜選定することにより組織的に調整する
ことができる。なお、第１端面１を全体に平面状とする
ことは、製造技術面の理由での利点はあるが、本発明に
係るスペクトロメータの光学的コンセプトにとって本質
的なものではない。重要なのは、光入射部１０と反射回
折格子２０の光学的ミクロ構造や変換装置Ｗのデテクタ
チップ３０の結合部を配置する、平面状の、同一平面上
の、あるいは、相互に平行な、部分領域や部分面を含む
ということである。図示した実施例では、これらの部分
面は、前記溝構造１５およびマイクロプリズム１０を設
置する面１０ａや、反射回折格子２０を設置する面２０
ａや、デテクタチップ３０を設置する面３０ａや、スペ
ーサ４０の平面状嵌合面４３である。
【００２６】キャリアボディＴは、押し出し成形可能な
透明のプラスティックおよび／または熱可塑性プラスチ
ック（熱成型性）で形成するのが好ましい。好適なポリ
マー材料としては、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭ
Ａ、ＣＯＣ、ＵＶＴ、Ｄｅｇａｌａｎ、等が挙げられ、
ポリマー材料の選定は、その材料の、対象波長範囲に関
する透過特性によって適宜決められる。製造技術上の理
由から、キャリアボディＴは、少なくとも２つ、好まし
くは３つの部分、から構成し、それらをほぼ屈折率の整
合する接着剤により接着するようにするのが好ましい。
図１、２に示したものは、キャリアボディを３つのボデ
ィ部分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に分割した好適例を示すもので
ある。第１ボディ部Ｔ１は、基本的に比較的薄いシート
として形成し、既述した光学構造を有する第１端面１を
備えている。第２ボディ部Ｔ２は、比較的薄い平凸レン
ズの形状を有し、前記第２反射端面２を有している。ま
た、第３ボディ部Ｔ３は、単に筒状とし、他の２つのボ
ディ部Ｔ１，Ｔ２の間に配設している。このボディ部の
作用は、全体のキャリアボディＴに所定高さを与えて、
発散する光路の焦点面を、第１端面１内、あるいは、第
１端面１から僅かに距離を置いて配設できるようにする
ようにすることである。なお、これら各ボディ部には、
組立て時、相互の方位付けを容易にする機械的構造、図
示せず、を設けるのが好ましい。
透明のプラスティックおよび／または熱可塑性プラスチ
ック（熱成型性）で形成するのが好ましい。好適なポリ
マー材料としては、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭ
Ａ、ＣＯＣ、ＵＶＴ、Ｄｅｇａｌａｎ、等が挙げられ、
ポリマー材料の選定は、その材料の、対象波長範囲に関
する透過特性によって適宜決められる。製造技術上の理
由から、キャリアボディＴは、少なくとも２つ、好まし
くは３つの部分、から構成し、それらをほぼ屈折率の整
合する接着剤により接着するようにするのが好ましい。
図１、２に示したものは、キャリアボディを３つのボデ
ィ部分Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に分割した好適例を示すもので
ある。第１ボディ部Ｔ１は、基本的に比較的薄いシート
として形成し、既述した光学構造を有する第１端面１を
備えている。第２ボディ部Ｔ２は、比較的薄い平凸レン
ズの形状を有し、前記第２反射端面２を有している。ま
た、第３ボディ部Ｔ３は、単に筒状とし、他の２つのボ
ディ部Ｔ１，Ｔ２の間に配設している。このボディ部の
作用は、全体のキャリアボディＴに所定高さを与えて、
発散する光路の焦点面を、第１端面１内、あるいは、第
１端面１から僅かに距離を置いて配設できるようにする
ようにすることである。なお、これら各ボディ部には、
組立て時、相互の方位付けを容易にする機械的構造、図
示せず、を設けるのが好ましい。
【００２７】発散する光路の焦点面の位置は、既述した
ように、前記第３ボディ部Ｔ３の厚み（高さ）を適宜選
択することにより調整可能である。従って、焦点面は、
回折格子２０の平面内に配設することもできるし（例え
ば図１）、それより僅かに上（例えば図２）または下に
配設することも可能である。因って、変換装置の様々な
ハウジング形状にもうまく適合させることが可能であ
る。光の散乱を抑え、調整を簡単に行えるようにするた
め、使用する変換装置の形状に合わせたスペーサ４０を
設け、そのスペーサを前記第１端面１に別部分として接
着するか、直接第１端面にミクロ構造として形成するの
が好ましい。もちろん、キャリアボディＴと変換装置Ｗ
の光感応要素との間には空隙があってもよい。例えば、
デテクタハウジング内のフォトダイオードを直接アクセ
ス可能とせず、窓部の下に配置すると、そのようにな
る。その場合、発散する光路の焦点位置を第１端面１の
上方に適宜の距離を置いて配置し、スペーサによりデテ
クタハウジング又はデテクタチップ３０の正確な位置決
めを再調整するのが好ましい。
ように、前記第３ボディ部Ｔ３の厚み（高さ）を適宜選
択することにより調整可能である。従って、焦点面は、
回折格子２０の平面内に配設することもできるし（例え
ば図１）、それより僅かに上（例えば図２）または下に
配設することも可能である。因って、変換装置の様々な
ハウジング形状にもうまく適合させることが可能であ
る。光の散乱を抑え、調整を簡単に行えるようにするた
め、使用する変換装置の形状に合わせたスペーサ４０を
設け、そのスペーサを前記第１端面１に別部分として接
着するか、直接第１端面にミクロ構造として形成するの
が好ましい。もちろん、キャリアボディＴと変換装置Ｗ
の光感応要素との間には空隙があってもよい。例えば、
デテクタハウジング内のフォトダイオードを直接アクセ
ス可能とせず、窓部の下に配置すると、そのようにな
る。その場合、発散する光路の焦点位置を第１端面１の
上方に適宜の距離を置いて配置し、スペーサによりデテ
クタハウジング又はデテクタチップ３０の正確な位置決
めを再調整するのが好ましい。
【００２８】光学的コンセプト（すなわち、光の入射部
の所定位置への位置決め、および実質的に平面状の回折
格子を方位付けすることで回折の負の次数で使用するよ
うにしたことにより、光の入射部および出射部を格子、
折返し光路の一側に配設するようにしたこと）と、キャ
リアボディのボディ分割とにより、例えば射出成型や箔
押や押出等の比較的安価な反復技術を用いて、スペクト
ロメータの簡単で、かつ、経済性に優れた大量生産が可
能となる。また、熱可塑性プラスチックや、プラスチッ
ク基板やガラス基板上に紫外線やマイクロ波照射により
硬化するプラスチックで、製造することが可能である。
また、この光学的コンセプトは、また非常にコンパクト
な構成を可能とするので、スペクトロメータの小型化の
前提条件を提供することができる。因みに、図１、２の
キャリアボディＴは、一般に幅（直径）が約２２ｍｍ
で、高さが約１８ｍｍでしかなく、第２端面２の湾曲は
約３１ｍｍである。このような小さな寸法でありなが
ら、市販のフォトダイオードのフィールドを変換装置と
し、１００／１４０μｍのファイバーを光入射部とする
ことで、約５乃至８μｍのスペクトル分解も依然として
可能である。
の所定位置への位置決め、および実質的に平面状の回折
格子を方位付けすることで回折の負の次数で使用するよ
うにしたことにより、光の入射部および出射部を格子、
折返し光路の一側に配設するようにしたこと）と、キャ
リアボディのボディ分割とにより、例えば射出成型や箔
押や押出等の比較的安価な反復技術を用いて、スペクト
ロメータの簡単で、かつ、経済性に優れた大量生産が可
能となる。また、熱可塑性プラスチックや、プラスチッ
ク基板やガラス基板上に紫外線やマイクロ波照射により
硬化するプラスチックで、製造することが可能である。
また、この光学的コンセプトは、また非常にコンパクト
な構成を可能とするので、スペクトロメータの小型化の
前提条件を提供することができる。因みに、図１、２の
キャリアボディＴは、一般に幅（直径）が約２２ｍｍ
で、高さが約１８ｍｍでしかなく、第２端面２の湾曲は
約３１ｍｍである。このような小さな寸法でありなが
ら、市販のフォトダイオードのフィールドを変換装置と
し、１００／１４０μｍのファイバーを光入射部とする
ことで、約５乃至８μｍのスペクトル分解も依然として
可能である。
【００２９】スペクトロメータの好適な製造手順につい
て以下説明する。
て以下説明する。
【００３０】―（マイクロプリズムを有する入力結合構
造、回折格子構造、必要に応じスペーサ）を備えた構造
を有するボディ部Ｔ１を、射出成型により製造する、前
記各光学的構造は箔押で製造することも可能である； ―マイクロプリズムの後面および回折格子構造にマスキ
ングしたアルミニウム蒸気蒸着により反射コーティング
を施す； ―湾曲した第２端面を有するボディ部Ｔ２を射出成型法
で製造する； ―湾曲した第２端面およびその全面あるいは一部分にア
ルミニウムの反射コーティングを施す（被覆）； ―筒状のボディ部Ｔ３を射出成型法で、または押出しシ
ート材から製造する； ―変換装置のボディ部Ｔ１への設置と調整を行う； ―ボディ部Ｔ２とＴ３の接着を行う； ―ボディ部Ｔ１とＴ３（Ｔ２と接着した）の接着と調整
を行う； ―光案内ファイバーＦの位置決めと接着を行う； ―装置全体を黒くする。
造、回折格子構造、必要に応じスペーサ）を備えた構造
を有するボディ部Ｔ１を、射出成型により製造する、前
記各光学的構造は箔押で製造することも可能である； ―マイクロプリズムの後面および回折格子構造にマスキ
ングしたアルミニウム蒸気蒸着により反射コーティング
を施す； ―湾曲した第２端面を有するボディ部Ｔ２を射出成型法
で製造する； ―湾曲した第２端面およびその全面あるいは一部分にア
ルミニウムの反射コーティングを施す（被覆）； ―筒状のボディ部Ｔ３を射出成型法で、または押出しシ
ート材から製造する； ―変換装置のボディ部Ｔ１への設置と調整を行う； ―ボディ部Ｔ２とＴ３の接着を行う； ―ボディ部Ｔ１とＴ３（Ｔ２と接着した）の接着と調整
を行う； ―光案内ファイバーＦの位置決めと接着を行う； ―装置全体を黒くする。
【００３１】既述したように、測定する光は、第１端面
１に設けたマイクロプリズム１０としての入力結合構造
と組み合わせた光案内ファイバーＦを介してキャリアボ
ディＴに供給するようにするのが好ましく、斯くするこ
とで、他の従来型の入射間隙を前記光案内ファイバーと
替えることが可能である。例えば、光案内ファイバーＦ
として好適なものとして、市販の１００／１４０μｍ反
射率グラディエントファイバーが挙げられるが、８μｍ
までの小さ目の芯線を有するファイバーや、単一モード
ファイバーや、１２５μｍのクラッドファイバーも使用
可能である。光の透過を改善するため、光案内ファイバ
ーを２個以上同時に用いてもよいが、変換装置の画素サ
イズを考慮しなければならないのは言うまでもない。例
えば、変換装置の許容画素サイズが０．５ｍｍである場
合、１００／１４０μｍ反射率グラディエントファイバ
ーを３本までは同時に使用することができる。太めの芯
線を有する光案内ファイバーを用いる場合は、入射間隙
を設けてもよく（例えば１００μｍ×７００μｍま
で）、例えばマイクロプリズム１０に直接に形成しても
よい。また、光案内ファイバーを第１端面１の溝構造１
５に取り付ける場合、例えばフロートグラス片による接
着被覆により行ってもよい。
１に設けたマイクロプリズム１０としての入力結合構造
と組み合わせた光案内ファイバーＦを介してキャリアボ
ディＴに供給するようにするのが好ましく、斯くするこ
とで、他の従来型の入射間隙を前記光案内ファイバーと
替えることが可能である。例えば、光案内ファイバーＦ
として好適なものとして、市販の１００／１４０μｍ反
射率グラディエントファイバーが挙げられるが、８μｍ
までの小さ目の芯線を有するファイバーや、単一モード
ファイバーや、１２５μｍのクラッドファイバーも使用
可能である。光の透過を改善するため、光案内ファイバ
ーを２個以上同時に用いてもよいが、変換装置の画素サ
イズを考慮しなければならないのは言うまでもない。例
えば、変換装置の許容画素サイズが０．５ｍｍである場
合、１００／１４０μｍ反射率グラディエントファイバ
ーを３本までは同時に使用することができる。太めの芯
線を有する光案内ファイバーを用いる場合は、入射間隙
を設けてもよく（例えば１００μｍ×７００μｍま
で）、例えばマイクロプリズム１０に直接に形成しても
よい。また、光案内ファイバーを第１端面１の溝構造１
５に取り付ける場合、例えばフロートグラス片による接
着被覆により行ってもよい。
【００３２】測定する光を例えば溝構造１５における近
接する溝部内に設けた３本のファイバーを介して供給す
ると、外部のファイバーマルチプレクサを別途設けなく
ても、一定時間で順に作動する３つまたは多重チャンネ
ルを作動させることができる。このような機能は、波長
較正の実行および基準スペクトルの測定に関し実質上利
点がある。
接する溝部内に設けた３本のファイバーを介して供給す
ると、外部のファイバーマルチプレクサを別途設けなく
ても、一定時間で順に作動する３つまたは多重チャンネ
ルを作動させることができる。このような機能は、波長
較正の実行および基準スペクトルの測定に関し実質上利
点がある。
【００３３】本発明では、スペクトロメータの散乱光の
挙動は、他の方法で改善することも可能である。例え
ば、第２端面における反射領域を小さくすることによっ
て、開口数を少なくする。また、インプット結合部、特
にマイクロプリズム１０上に、スロットマスクを配置す
る。さらには、キャリアボディＴの個々のボディ部Ｔ１
とＴ３との間、またはＴ３とＴ２との間にマスクを配置
する。そして最後に、例えばフィルターを各ボディ間に
配置したり、変換装置の手前に連続して配置することに
より、望ましくない対象外の波長域をろ過する、という
ようにしてもよい。
挙動は、他の方法で改善することも可能である。例え
ば、第２端面における反射領域を小さくすることによっ
て、開口数を少なくする。また、インプット結合部、特
にマイクロプリズム１０上に、スロットマスクを配置す
る。さらには、キャリアボディＴの個々のボディ部Ｔ１
とＴ３との間、またはＴ３とＴ２との間にマスクを配置
する。そして最後に、例えばフィルターを各ボディ間に
配置したり、変換装置の手前に連続して配置することに
より、望ましくない対象外の波長域をろ過する、という
ようにしてもよい。
【００３４】本発明に係るスペクトロメータは、全体
が、特に、測定する光の捕捉用およびその光の各スペク
トル部分への分離用の光学装置と、各スペクトル部に属
し、該スペクトル部の対応電気信号への変換用光電変換
装置とを備えてなるものである。光学装置（Ｏ）は、実
質的に透明なキャリアボディ（Ｔ）からなる。該キャリ
アボディ（Ｔ）は、実質上一対の対向端面（１、２）に
より限定され、内部に反射回折格子（２０）および変換
装置（Ｗ）を配置し、光入射部（１０）を介して測定す
る光が供給されるようになっている。そして、光入射部
（１０）の所定選択位置および実質的に平面状の回折格
子の所定方位（Ｇ）とにより、光入射部と、個々のスペ
クトル部の焦点が所在する平面状領域（３０ａ）の中心
点とを結ぶ線に対してほぼ垂直なスペクトル分光になる
ようにしている。光入射部（１０）、平面状の反射回折
格子（２０）および変換装置（Ｗ）は、キャリアボディ
（Ｔ）の２つの端面（１、２）のうち第１端面（１）側
に配置する一方、２つの端面（１、２）のうち第２端面
（２）全体または一部分を、回転対称の、内側に凹ん
だ、反射性を有する凹面鏡として構成している。キャリ
アボディ（Ｔ）は、全て透明のプラスチックからなり、
光学的に接合された３つのボディ部（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３）からなる。これらボディ部のうち、第１ボディ部
（Ｔ１）は、第１端面（１）を備え、第２ボディ部（Ｔ
２）は、キャリアボディ（Ｔ）の第２端面（２）を備え
ており、これら第１、第２ボディ部（Ｔ１、Ｔ２）の間
に第３ボディ部（Ｔ３）を配置している。第１端面
（１）には、光学的に有効なミクロ構造を設けており、
これらミクロ構造で光入射部（１０）および反射回折格
子（２０）を構成している。そして、測定する光を、第
１端面（１）と平行な１本もしくは複数本の光案内ファ
イバー（Ｆ）を介して供給するようにし、第１端面
（１）に配置した有効ミクロ構造により、その（それら
の）ファイバーの取り付けが簡単に行えるようにしてい
る。このスペクトロメータは、小型化を促進できる前提
条件を提供し、且つ簡単で経済性に優れた大量生産に非
常に適している。
が、特に、測定する光の捕捉用およびその光の各スペク
トル部分への分離用の光学装置と、各スペクトル部に属
し、該スペクトル部の対応電気信号への変換用光電変換
装置とを備えてなるものである。光学装置（Ｏ）は、実
質的に透明なキャリアボディ（Ｔ）からなる。該キャリ
アボディ（Ｔ）は、実質上一対の対向端面（１、２）に
より限定され、内部に反射回折格子（２０）および変換
装置（Ｗ）を配置し、光入射部（１０）を介して測定す
る光が供給されるようになっている。そして、光入射部
（１０）の所定選択位置および実質的に平面状の回折格
子の所定方位（Ｇ）とにより、光入射部と、個々のスペ
クトル部の焦点が所在する平面状領域（３０ａ）の中心
点とを結ぶ線に対してほぼ垂直なスペクトル分光になる
ようにしている。光入射部（１０）、平面状の反射回折
格子（２０）および変換装置（Ｗ）は、キャリアボディ
（Ｔ）の２つの端面（１、２）のうち第１端面（１）側
に配置する一方、２つの端面（１、２）のうち第２端面
（２）全体または一部分を、回転対称の、内側に凹ん
だ、反射性を有する凹面鏡として構成している。キャリ
アボディ（Ｔ）は、全て透明のプラスチックからなり、
光学的に接合された３つのボディ部（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３）からなる。これらボディ部のうち、第１ボディ部
（Ｔ１）は、第１端面（１）を備え、第２ボディ部（Ｔ
２）は、キャリアボディ（Ｔ）の第２端面（２）を備え
ており、これら第１、第２ボディ部（Ｔ１、Ｔ２）の間
に第３ボディ部（Ｔ３）を配置している。第１端面
（１）には、光学的に有効なミクロ構造を設けており、
これらミクロ構造で光入射部（１０）および反射回折格
子（２０）を構成している。そして、測定する光を、第
１端面（１）と平行な１本もしくは複数本の光案内ファ
イバー（Ｆ）を介して供給するようにし、第１端面
（１）に配置した有効ミクロ構造により、その（それら
の）ファイバーの取り付けが簡単に行えるようにしてい
る。このスペクトロメータは、小型化を促進できる前提
条件を提供し、且つ簡単で経済性に優れた大量生産に非
常に適している。
【図１】本発明に係るスペクトロメータの第１実施例で
ある。
ある。
【図２】若干の変更が加えられた第２実施例である。
【図３】回折格子配置面の平面図である。
【図４】キャリアボディにおける光路の斜視図（ミクロ
構造は図示せず）である。
構造は図示せず）である。
【図５】第１端面におけるマイクロプリズムと溝構造の
構成を示す拡大スケッチである。
構成を示す拡大スケッチである。
【図６】スペーサと変換装置の取り付けを示す拡大スケ
ッチである。
ッチである。
１ 第１端面 ２ 第２端面 １０ マイクロプリズム １１ 光入射面 １２ 光出射面 １３ 後面 １５ 溝構造 ２０ 反射回析格子 ３０ デテクタチップ ３１ バンドケーブル ３２ フォトダイオード ４０ スペーサ ４２ ブリッジ ４３ 嵌合面 Ａ 対象軸 Ｆ 光案内ファイバー Ｇ 格子溝の方位 Ｏ 光学装置 Ｒ 分散方向 Ｔ キャリアボディ Ｗ 光電変換装置
フロントページの続き (71)出願人 598062310 Ａｌｔｈａｒｄｓｔｒａｓｓｅ 70，8105 Ｒｅｇｅｎｓｄｏｒｆ，Ｓｗｉｔｚｅｒ ｌａｎｄ (71)出願人 599033302 Ｓｔｅａｍｅｒ Ｑｕａｙ Ｒｏａｄ，Ｔ ｏｔｎｅｓ，Ｄｅｖｏｎ ＴＱ９ ５Ａ Ｌ，Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ (71)出願人 599033313 センター スイス エレクトロニーク マ イクロテクニーク エス エー （ＣＳＥ Ｍ) Ｃｅｎｔｒｅ Ｓｕｉｓｓｅ ｄ’Ｅｌｅ ｃｔｒｏｎｉｑｕｅ ｅｔ ｄｅ Ｍｉｃ ｒｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＳＡ （ＣＳＥ Ｍ) スイス国、8048 チューリッヒ、バデナー ストラッセ、569 Ｂａｄｅｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ 569, 8048 Ｚｕｒｉｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａ ｎｄ (72)発明者 ヘルムート テックマン スイス国、8047 チューリッヒ、アルビス リーデルストラッセ、265
Claims (19)
- 【請求項１】 測定する光を捕捉し、その光をスペクト
ル部分に分光する光学装置を備えたスペクトロメータで
あって、光入射部と、反射回折格子と、スペクトル的に
分かれた測定光を射出する光出射面とを備えてなり、前
記光学装置は、少なくとも一部分が実質上透明で、対向
する２つの端面によって限定されるキャリアボディから
なり、該キャリアボディの２つの端面のうち第１端面側
に、前記光入射部と、前記反射回折格子と、前記光出射
面とを設ける一方、前記２つの端面のうち第２端面に、
入射光を平行化して、前記反射回折格子に反射させ、そ
してその反射回折格子により回折した光を前記光出射面
に焦点を合わせる、反射性の凹面鏡を設け、且つ前記光
入射部と光出射面とを所定距離を置いて設け、前記光出
射面の光の分散が、前記光入射部と光出射面とを結ぶ線
に対してほぼ直交することを特徴とするスペクトロメー
タ。 - 【請求項２】 前記反射回折格子が実質上平面状である
ことを特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメー
タ。 - 【請求項３】 前記第１端面に、前記光入射部と前記反
射回折格子とを構成する光学的に有効なミクロ構造を設
けたことを特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメ
ータ。 - 【請求項４】 前記第１端面は、同一平面の部分面と、
相互に平行な平面状の部分面のいずれかの部分面を有し
ていて、その部分面に、前記光出射面に焦点を合わせた
光を対応する電気信号または電子信号に変換する変換装
置の前記光入射部と前記反射回折格子とを設けたことを
特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項５】 前記反射回折格子を、前記凹面鏡の回転
対称軸Ａに直交する平面における部分面に実質上配置し
ていることを特徴とする、請求項４に記載のスペクトロ
メータ。 - 【請求項６】 第２端面を、球面状または放物線状に形
成し、その全面または一部分に反射性の高いコーティン
グを施したことを特徴とする、請求項１に記載のスペク
トロメータ。 - 【請求項７】 前記光入射部を、マイクロプリズムを有
する入力結合構造で構成するとともに、前記第１端面ま
たはその平面状の部分面に設け、その結合構造で、測定
する光を前記第２端面の回転対称軸に対し比較的小さな
角度でキャリアボディに結合するようにしたことを特徴
とする、請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項８】 前記入力結合構造が、少なくとも１本の
光案内ファイバーを前記マイクロプリズムに対し機械的
に位置決めさせる溝構造からなり、この光案内ファイバ
ーを介して測定する光を供給することを特徴とする、請
求項７に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項９】 前記マイクロプリズムおよび溝構造を、
前記キャリアボディの第１端面に直接形成したことを特
徴とする、請求項７および８のいずれか１項に記載のス
ペクトロメータ。 - 【請求項１０】 前記キャリアボディにおける第１端面
の面構造と、前記部分面構造に施した反射性のコーティ
ングとの組み合わせで、前記回折格子を構成したことを
特徴とする、請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１１】 前記キャリアボディが、圧力硬化プラ
スチック、熱硬化プラスチック、放射線硬化プラスチッ
ク、熱・放射線硬化プラスチックおよび熱変形プラスチ
ックからなる群から選ばれた実質的に透明なプラスチッ
クでできていることを特徴とする、請求項１に記載のス
ペクトロメータ。 - 【請求項１２】 前記キャリアボディが、少なくとも２
つの光学的に相互結合されたボディ部からなり、第１ボ
ディ部に第１端面を設け、第２ボディ部に前記キャリア
ボディの第２端面を設けたことを特徴とする、請求項１
に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１３】 前記キャリアボディが、少なくとも３
つの光学的に相互結合されたボディ部からなり、第１ボ
ディ部に第１端面を設け、第２ボディ部に前記キャリア
ボディの第２端面を設け、第３ボディ部を前記第１ボデ
ィ部と第２ボディ部との間に配設したことを特徴とす
る、請求項１に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１４】 前記第１、第３ボディ部を実質上平―
平行に構成し、第２ボディ部を実質上平凸形状としたこ
とを特徴とする、請求項１３に記載のスペクトロメー
タ。 - 【請求項１５】 前記変換装置用の平―平行のスペーサ
を、前記第１端面に配置するか、形成したことを特徴と
する、請求項１４に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１６】 測定する光を、少なくとも１つの測定
光源から供給するための光案内ファイバーを少なくとも
２つさらに備えてなる、請求項１に記載のスペクトロメ
ータ。 - 【請求項１７】 前記コーティングが、アルミニウムコ
ーティングであることを特徴とする、請求項６に記載の
スペクトロメータ。 - 【請求項１８】 前記溝構造が、実質上Ｖ形状の横断面
の少なくとも１つの溝からなることを特徴とする、請求
項８に記載のスペクトロメータ。 - 【請求項１９】 前記放射線硬化プラスチックが、紫外
線照射で硬化するプラスチックであることを特徴とす
る、請求項１１に記載のスペクトロメータ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98104395A EP0942266A1 (de) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Spektrometer |
| EP99100338.5 | 1999-01-13 | ||
| EP99100338A EP0942267B1 (de) | 1998-03-11 | 1999-01-13 | Spektrometer |
| EP98104395.3 | 1999-01-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065642A true JP2000065642A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=26149076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11063866A Pending JP2000065642A (ja) | 1998-03-11 | 1999-03-10 | スペクトロメ―タ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6081331A (ja) |
| EP (1) | EP0942267B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000065642A (ja) |
| CA (1) | CA2262158A1 (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004106873A1 (en) | 2003-05-28 | 2004-12-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and spectrometer using the same |
| WO2007034569A1 (en) | 2005-09-22 | 2007-03-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Spectrometer mount and measuring apparatus including same |
| JP2008304379A (ja) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Hamamatsu Photonics Kk | 分光モジュール |
| US7605917B2 (en) | 2004-07-16 | 2009-10-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Spectrometer |
| WO2009139321A1 (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光モジュール |
| WO2009139315A1 (ja) | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光モジュール |
| WO2009139322A1 (ja) | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光モジュール及び分光モジュールの製造方法 |
| WO2009139320A1 (ja) | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光モジュール |
| WO2009139316A1 (ja) | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | 分光モジュールの製造方法及び分光モジュール |
| JP2009544015A (ja) * | 2006-07-20 | 2009-12-10 | トリネアン・ナムローゼ・フェンノートシャップ | コンパクトな反射屈折分光計 |
| DE102009021440A1 (de) | 2008-05-15 | 2009-12-17 | Hamamatsu Photonics K.K., Hamamatsu | Spektroskopiemodul und Verfahren zum Herstellen desselben |
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