JP2003131015A - コリメータ及び分光測光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長依存性が無く、波長分解能が高い、小型
のコリメータを提供する。 【解決手段】 中央部に幅2200μmの穴４の開いた金属
板１（厚さ40μm）と、穴を有しない金属板２（厚さ10
μm）を交互に重ねて構成されている（穴４の開いた金
属板１とは、後に述べるような切断前の状態であって、
完成品においては、図の上部の金属板１と下部の金属板
とはつながっていない）。そして、両側を厚さ２mmの金
属製の押さえ板３によって押さえられている。これらの
各金属板と押さえ板は熱圧着による拡散接合により接合
されている。これにより、上下方向に貫通した穴４（40
μm×2000μm）の部分が光を通す部分となり、金属板２
が隣の穴４との仕切となり、結局幅40μmにコリメート
された光が通過することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、性能の良いコリメ
ータ、及びプリズムや回折格子を用いずに分光測光を行
うことができる、小型の分光測光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、分光測光を行うには、プリズムや
回折格子を用いて光を波長ごとに異なる方向に導いてリ
ニアセンサ等に照射し、リニアセンサの各素子からの出
力を測定することにより、分光強度を測定する方法が一
般的に用いられていた。しかしながら、プリズムや回折
格子等を用いる場合、分光された光を波長によって異な
る方向に導いて分離するために、ある程度の空間が必要
となる。よって、分光測光装置の大きさが大きくなると
いう問題点があった。又、測定光をプリズムや回折格子
に導く際にスリットを通すため、光量が少なくなり、リ
ニアセンサで必要な蓄積時間が長くなるため、高速測定
が困難である等の問題点があった。

【０００３】このような問題点を解決するものとして、
透過波長可変フィルタ（Linear Variable Filter：以下
ＬＶＦと称することがある）を用いる方法が幾つか提案
され実用化されている。たとえば、特開平５−３２２６
５３号公報に開示される技術、USP 5,872,655に開示さ
れている技術公知であり、これらとは別の方式の透過波
長可変フィルタを使用した分光測光装置がUSP 6,057,92
5に開示され、市販されている。これは、透過波長可変
フィルタとリニアセンサの間に正立等倍像の光学系を挿
入することにより、透過型可変フィルタから照射した分
光された光を、リニアセンサ上に結像させるものであ
り、正立等倍像の小型結像系として、ＧＲＩＮ（Gradie
nt Index）レンズ又はMicro Lens Arrayを用いるもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−３２２６５３号公報に開示されている方式、及びUS
P 5,872,655に開示された方法には以下のような問題点
がある。すなわち、これらのものにおいては透過型波長
可変フィルタをリニアセンサに貼り付けた構造をしてい
るため、透過型波長可変フィルタをリニアセンサとの間
で多重反射が起こり、分光特性が劣化する。

【０００５】USP 6,057,925に開示された方法では、こ
のような問題点は解消されるが、別の問題が発生する。
すなわち、ＧＲＩＮレンズは、２列に配置された、合計
２８個の円筒レンズで構成されている。従って、透過波
長可変フィルタのような面画像を投影すると、リニアセ
ンサ上には、２８個の円筒レンズ作られた合成像が結像
されるので、リニアセンサの出力には、厳密には２８個
の山のムラが生じてしまう。これにより、分光波長の位
置精度は向上しても、その出力の大きさの精度は低下し
てしまう。

【０００６】一方、光を平行に伝達する方法として、従
来、機械的なコリメータが使用されている。すなわち、
大型の光学系、例えばウェブ状の被測定物の幅計、エッ
ジ部測定器では、大型のコリメータを使用することが行
われている。透過波長可変フィルタとリニアセンサの間
の光の伝達に、このような機械的なコリメータを使用す
ることも考えられる。しかし、これらのコリメータは構
成が大型で、透過波長可変フィルタとリニアセンサの間
の光の伝達に使用可能なような小型のもので、高分解能
を必要とされるものは製作が不可能とされていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記問題点を解決する
方法として、本発明者らは、透過波長可変フィルタとリ
ニアセンサの間、もしくは透過波長可変フィルタの前面
にファイバオプティクプレート(以下ＦＯＰと略す)を設
置することにより、むらのない、波長分解能が高い分光
結果を得ることに成功し、特願２００１−０７８１７６
号として特許出願している（以下、「先願発明」とい
う）。この発明の実施例では、特に波長分解能を高める
ために、ＮＡ＝0.35という指向性の高いＦＯＰを用いて
いる。

【０００８】その構成図を図１６に示す。リニアセンサ
３１のセンサパッケージ３２の上にファイバオプティッ
クプレート３３ａ、３３ｂが図のように設けられ、その
上に透過波長可変フィルタ３４がファイバオプティック
プレート３３ａに密着して設けられている。リニアセン
サ３１とファイバオプティックプレート３３ｂの間隔は
0.01mm程度であり、その間には透光性の樹脂３５が充填
されている。この実施の形態においては、ファイバオプ
ティックプレート３３ａ、３３ｂの開口数（ＮＡ）は１
としている。

【０００９】ファイバオプティックプレートを３３ａと
３３ｂの２枚に分けているのは、ファイバオプティック
プレート３３ａをリニアセンサ３１のセンサパッケージ
３２の表面カバーガラスの代わりに使用するためであ
り、このような必要が無い場合には、１枚のファイバオ
プティックプレートを使用してもよいし、３３ａと３３
ｂを一体形成してもよい。

【００１０】図の上側から透過波長可変フィルタ３４に
入射した光は、透過波長可変フィルタ３４に入射する位
置によって決まる波長の光のみが透過され、透過波長可
変フィルタ３４の位置に応じて分光された光となって、
ファイバオプティックプレート３３ａ、３３ｂにより導
かれ、透光性の樹脂３５を通して、リニアセンサ３１の
対応する画素に入射する。よって、リニアセンサ１の各
画素の出力を処理することにより、分光測定を行うこと
ができる。

【００１１】ファイバオプティックプレート３３ａ、３
３ｂの開口数が１であっても、透過波長可変フィルタ３
４とファイバオプティックプレート３３ａは密着してい
るので、この間での光の拡散は無いが、ファイバオプテ
ィックプレート３３ｂとリニアセンサ３１との間で僅か
ながら光の拡散が起こる。しかし、その間隔は0.01mm程
度であるので余り問題にならない。この実施の形態にお
いては、透過波長可変フィルタ４からリニアセンサ１へ
の光量伝達率は６０−７０％程度で、透過波長可変フィ
ルタとリニアセンサを近接させた従来例の場合に比して
遜色が無いことが分かった。

【００１２】しかしながら、この方法にも、問題点があ
る。即ち、実存するＮＡ＝0.35というＦＯＰの有効な波
長帯域は400−800ｎｍの範囲である。従って、800ｎｍ
以上の長い波長には使用しても高分解能の分光結果を得
ることができない。一方、透過波長可変フィルタは、0.
4μｍから20μｍまで製造可能といわれている。

【００１３】長い波長でＦＯＰを使用するには、その波
長帯域用のファイバを新たに製造しなければならない。
各波長に対応した光ファイバを作るには、コストがかか
り、実用的でない。さらに、可視域のＦＯＰでも、ＮＡ
＝0.35とすると光の透過率が減衰するという問題点があ
る。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みて為された
もので、波長依存性が無く、波長分解能が高い、小型の
コリメータ、及びこれを使用した、高速で高精度の分光
測定が可能で、小型の分光測光装置を提供することを課
題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、光の伝達路が空気であることを特徴と
するコリメータ（請求項１）である。

【００１６】本手段においては、光の伝達路が空気であ
るため、赤外光の減衰が無く、波長依存性の無いコリメ
ータとすることができる。即ち、通常のコリメータの光
路長は0.5−５mm程度であり、紫外から遠赤外の領域で
使用する場合に、波長の依存性を気にする必要は、ほと
んど無い。

【００１７】前記課題を解決するための第１の手段は、
穴を有する第１の金属薄板と穴を有しない第２の金属薄
板を交互に重ね、その両側を押さえ板で押さえて、これ
らを熱圧着で拡散接合させて一体化し、その後、第１の
金属薄板の穴を有する部分に対応する部分を、前記金属
薄板の積層方向に切断することにより形成されたコリメ
ータ（請求項２）である。

【００１８】本手段によって形成されるコリメータは、
前記第１の金属薄板の厚さを幅とする穴が、前記第２の
金属薄板の厚さの間隔を空けて複数平行に形成された構
造のものとなる。即ち、第１の金属薄板の枚数だけの開
口部を有するコリメータが形成される。第１の金属薄板
と第２の金属薄板は熱接着による拡散接合で接合される
ため、十分薄い、すなわち十μmの単位の厚さのもので
も使用することができ、これにより、十μmの単位の幅
の穴が十μmの単位の間隔で多数形成されたコリメータ
を形成することができる。

【００１９】前記課題を解決するための第３の手段は、
複数列の平行な穴を有する第１の金属薄板と穴を有しな
い第２の金属薄板を交互に重ね、その両側を押さえ板で
押さえて、これらを熱圧着で拡散接合させて一体化し、
その後、前記金属薄板の積層方向に切断することにより
形成された２次元のコリメータ（請求項３）である。

【００２０】本手段によれば、前記平行な穴が間隔をお
いて一方向に配列され、それらの穴が、前記第１の手段
で説明したように、これと直角な方向に第１の金属板の
枚数だけ配列される。よって、前記第２の手段と同様の
構造を持つ二次元コリメータとすることができる。

【００２１】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第２の手段又は前記第３の手段における第２の金属
薄板の代わりに、切断される部分に、前記第１の金属薄
板の穴の幅方向を覆うだけの長さを有する穴を開けた金
属薄板を使用し、その他は請求項２又は請求項３に記載
の方法で製造されたことを特徴とするコリメータ（請求
項４）である。

【００２２】本手段においては、第２の金属薄板の代わ
りに、切断される部分に、前記第１の金属薄板の穴の幅
方向を覆うだけの長さを有する穴を開けた金属薄板を使
用している。即ち、第２の金属薄板には、切断される部
分に穴が開けられ、その穴の切断面における長さは、前
記第１の金属薄板の穴の切断面における長さ以上であ
り、切断面においては第２の金属薄板の穴が、第１の金
属薄板の穴をカバーするようになっている。

【００２３】そのため、切断を行う場合に、前記第１の
金属薄板の穴に切断部分がかかるまで切断すればよく、
第２の金属薄板のうち、コリメータの穴の隔壁を構成す
る部分は切断する必要がない（予め穴が開けられてい
る）。よって、この部分が切断時の切断力や熱により変
形することがない。

【００２４】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第２の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記第１の金属薄板に形成された穴が、その長さ方向に形
成されたグリッド部材を有することを特徴とするもの
（請求項５）である。

【００２５】本手段においては、第１の金属薄板に形成
された穴が、その長さ方向、即ち、切断面と直角方向に
形成されたグリッド部材を有する。このグリッド部材
は、後に発明の実施の形態の欄で図を用いて詳しく説明
されるように、コリメータが完成したとき、コリメータ
の穴の隔壁を構成する第２の金属薄板を支持する梁の役
割を果たし、第２の金属薄板の変形を防止する。よっ
て、正確な形状の穴を有するコリメータとすることがで
きる。

【００２６】前記課題を解決するための第６の手段は、
キャピラリプレートからなるコリメータ（請求項６）で
ある。

【００２７】キャピラリプレートは、本来はイメージイ
ンテンシファイアとして作られているが、本手段におい
てはこれをコリメータとして使用している。キャピラリ
プレートは以下のようにして製造される。内管と外管で
成分の異なる二重管ガラスを、適当な太さに引き伸ば
し、最稠密配置になるように配置し、加熱処理してガラ
ス管を融着させる。そして、断面カット後に二重管の内
管を酸で溶かし、空洞部を作る。こうしてできたキャピ
ラリ―プレートに対し、表面及び空洞の側壁が反射率ゼ
ロになるように、黒化処理を行う。

【００２８】こうすると、キャピラリ―プレートの片面
から入った光は、空洞部を通過する間に、空洞の軸に平
行な光が直進し、角度が付いた光は空洞壁で反射するた
びに吸収され減衰し、空洞長さが長い場合は反対側の面
には、到達しないことになる。キャピラリプレートはこ
のようにして構成されているので、コリメータとして使
用できる。

【００２９】前記課題を解決するための第７の手段は、
透過波長可変フィルタと、リニアセンサと、前記透過波
長可変フィルタとリニアセンサとの間に配置され、透過
波長可変フィルタから出射する分光された光を、リニア
センサに伝達するコリメータとを有してなり、コリメー
タとして前記第１の手段から第６の手段うちのいずれか
に記載のコリメータを用いたことを特徴とする分光測光
装置（請求項７）である。

【００３０】本手段の構成は、大略従来の技術で述べた
先願発明の構成と同じであるが、コリメータとしてファ
イバオプティクスプレート（ＦＯＰ）の代わりに、前記
第１の手段から第６の手段のいずれかであるコリメータ
を使用していることが異なっている。ＦＯＰも一種のコ
リメータであるが、光はファイバの中を伝播しており、
ファイバの屈折率の波長依存性が、伝達特性に影響す
る。これに対し、本手段において用いられるコリメータ
は、いずれも光の伝達路が空気であるので、波長依存性
が無く、赤外光から紫外光までの分光が可能である。

【００３１】透過波長可変フィルタを用いた分光器の一
例での対象素子リニアセンサは、長さ12.5mmで波長検出
素子数が256で素子幅が50μm（幅は2500μm）と著しく
小さい。また透過波長可変フィルタとリニアセンサの大
きさは１：１と等倍であるので、コリメータ空洞部のピ
ッチの寸法も10−100μm程度が望ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
の第１の例であるコリメータの概要を示す図である。図
１において(a)は平面図、(b)は正面図、(c)はＡ−Ａ断
面図、(d)はＢ−Ｂ断面図である。この図は構造を説明
するための概念図であるので、図示された寸法は実際の
寸法とは対応していない。

【００３３】図を見ると分かるように、このコリメータ
は、中央部に幅2200μmの穴４の開いた金属板１（厚さ4
0μm）と、穴を有しない金属板２（厚さ10μm）を交互
に重ねて構成されている（穴４の開いた金属板１とは、
後に述べるような切断前の状態であって、完成品におい
ては、図の上部の金属板１と下部の金属板とはつながっ
ていない）。そして、両側を厚さ２mmの金属製の押さえ
板３によって押さえられている。これらの各金属板と押
さえ板は熱圧着による拡散接合により接合されている。

【００３４】これにより、上下方向に貫通した穴４（40
μm×2000μm）の部分が光を通す部分となり、金属板２
が隣の穴４との仕切となり、結局幅40μmにコリメート
された光が通過することになる。使用する金属薄膜とし
ては、フォトエッチングが可能な金属薄膜で積層化が可
能であり、かつ熱圧着による拡散接合が可能なものであ
れば何でも使用できるが、ここでは、比較的安価で手に
入りやすく、かつ強度の強いＳＵＳ板を使用している。
他にアルミニウムも有力な材料であるが、強度の点でＳ
ＵＳに劣る。図において点線で示された部分は、その左
右の部分と構造が同じなので図示を省略しており、この
実施の形態では、金属板１を256枚、金属板２を255枚積
層して、256の光の通路を形成している。

【００３５】このコリメータは新規なものであるので、
その製造方法の例を説明する。図２に示すように、長さ
100mm、幅８mm、厚さ40μmのＳＵＳ薄膜１と、厚さ10μ
mのＳＵＳ薄板２と、長さ100mm、幅８mm、厚さ２mmのＳ
ＵＳ板３を用意し、ＳＵＳ薄板１には、フォトリソグラ
フィとエッチングを使用して、その中央部に40μm×220
0μmの穴４を形成する。又、ＳＵＳ薄板１とＳＵＳ薄膜
２各板にはフォトリソグラフィとエッチングを使用し
て、ＳＵＳ板３には放電加工により、直径２mmの穴５を
２個開ける。加工方法としてエッチングを用いるのは、
バリの発生を無くするためである。

【００３６】次に厚さ２mmのＳＵＳ板３の上に40μmの
ＳＵＳ薄板１を置き、その上に厚さ10μmのＳＵＳ薄板
２を積み重ねる。この後は40μm、10μmのＳＵＳ薄板を
交互に積層していく。この例では、40μmのＳＵＳ板１
を256枚、10μmのＳＵＳ板２を255枚積層し、その上に
厚さ２mmのＳＵＳ板３を置く。その際、直径２mmの穴５
を使用して、各板の位置合わせを行う。

【００３７】この状態では、この積層板は、固定されて
いないので、相互の接合が必要となる。ここで熱圧着の
技術を使い、各ＳＵＳ板の接触面を接合させる。そのた
めに、この積層部を上下から押さえ板（ＳＵＳと接合し
ない材料を使用）で積層部に圧力を加え、この状態で真
空加熱炉に入れ、常温から約1000℃まで上げて保持し、
拡散接合が終了したと思われる頃を見計らい、温度を下
げる。ほぼ24時間の工程である。このようにして、図３
に示すような接合した多層板が完成する。図３において
(a)は平面図、(b)は側面図である。

【００３８】次に、接合した多層板をその積層方向に切
断する。一つのコリメータを切り出すための切断位置を
図３に一点鎖線で示す。切断はワイヤーカット放電加工
による。各板が拡散接合しているので、きれいな切断面
が得られる。このようにして高さＬを有する、図１に示
したようなコリメータが完成する（図３の左右から見た
図が図１の(a)に対応する）。このコリメータの高さＬ
は図３に示した切断時の長さで決まる。この製作方法の
良いところは、コリメータの高さを任意の値に最終段階
で加工できることである。波長分解能の高いニーズに対
しては、Ｌを大きくする。高速性を要求するニーズには
Ｌを小さくすることで対応できる。

【００３９】以上は一次元のコリメータについて説明し
たが、次に本発明の第２の実施の形態である二次元コリ
メータについて説明する。図２において金属板１には１
個の穴４が開けられていたのみであったが、この実施の
形態においては、図４（ａ）に示すように、所定間隔で
長方形の穴４を平行に多数（図においては６個示してい
るが任意の数とすることができる）形成する。そして、
金属板２、押さえ板３を、金属板１に対応する大きさの
ものとし、図１に示すコリメータを製造したのと同じ方
法によりコリメータを製造する。

【００４０】すると、図１の（ｃ）に対応する断面が図
４（ｂ）に示すようなものとなった２次元コリメータが
完成する。

【００４１】以上のようにして製造されたコリメータに
おいて、図１、図２に示す穴４の長さ（図における上下
方向長さ）が長い場合、金属板２が熱変形して互いの平
行性が保たれない場合がある。このような場合には、穴
４に補強材としてのグリッドが形成されるようにする。

【００４２】即ち、図５（ａ）に示すように、一つの穴
４をエッチングで形成する際に、金属板１の穴４に、細
いグリッド６が形成されるように、幅が100μｍ程度の
線状の部分を残しておく。このような金属板を使用して
前述のような方法でコリメータを形成すると、図１の
（ｃ）に対応する断面が図５（ｂ）に示すようなものと
なったコリメータが形成される。即ち、このコリメータ
においては、グリッド６が金属板１を補強するような形
で形成されるので、金属板２が曲がることなく、正確な
コリメータが形成される。このグリッド６の部分は光が
通過しないので、光の伝達効率が若干落ちることになる
が、実際には、グリッドは３本程度で十分である。幅
（図５の上下方向）の幅が2200μmで、グリッド６の幅
が100μｍで３本としても、伝達効率が落ちるのは３／
２２程度であり、あまり問題にならない。同様の方法が
前述の２次元コリメータにも使用可能可能なことは明ら
かである。

【００４３】以上述べたいずれの方法においても、ワイ
ヤカット放電加工を行うとき、金属板２のうち金属板１
で両側を挟まれていない部分、すなわち穴４に対応する
部分の強度が弱く（厚さ40μm程度の板の強度とな
る）、そのため、切断時に金属板２におけるこの部分が
熱変形や応力による変形をすることがある。これを防ぐ
ために、金属板２を図６に示すような形状とする。即
ち、ワイヤカット放電加工による切断面７に位置する金
属板２の中央部に、穴８を、予めエッチング等により形
成しておく。この穴は、金属板１と金属板２を重ねたと
き、金属板１に形成された穴４の幅方向（図６の上下方
向）を完全にカバーする大きさとする。即ち、穴４の幅
以上の高さを有する。実際には、穴４の幅と穴８の高さ
をほぼ同じとし、両方の穴が、ほぼ完全に重なり合うよ
うにしておくことが好ましい。

【００４４】このようにすると、ワイヤカット放電加工
で切断される部分は、穴４と穴８の両方に達する部分ま
ででよく、金属板２の、穴４の側面を形成する部分のほ
とんどはワイヤカット放電加工を受けないで済む。よっ
て、この部分が熱変形することが無く、正確なスリット
が形成される。

【００４５】なお、以上説明したコリメータのいずれに
おいても、金属板１は、当初は１枚の板としてつながっ
ているが、ワイヤカット放電加工を受けた後は、細かな
部分に分割されてしまう。しかし、この段階では、熱圧
着による拡散接合で、金属板２と接合されているので、
分割された各部分がバラバラになってしまうことはな
い。

【００４６】図７は、本発明の実施の形態の一例である
分光測光装置の構成の概要を示す図である。この分光測
光装置は一次元分光装置であり、透過波長可変フィルタ
１１と、コリメータ１２と、リニアセンサパッケージ１
３と、リニアセンサ１４とを中心として構成される。透
過波長可変フィルタ１１により分光された光はコリメー
タ１２を通してリニアセンサパッケージ１３内のリニア
センサ１４に導かれる。透過波長可変フィルタ１１とコ
リメータ１２とリニアセンサパッケージ１３は、接触さ
せた構造とする。リニアセンサ１４はリニアセンサパッ
ケージ１３の中に固定され、ガラス窓（図示せず）を通
して、コリメータ１２からの光を受光し、電気信号に変
換する機能を持つ。

【００４７】透過波長可変フィルタ１１を透過する光の
波長は、透過波長可変フィルタ１１の幅方向位置に対応
して定まる。コリメータ１２は、透過波長可変フィルタ
１１の幅方向各位置から出る光を、他の位置から出る光
と混合しない状態でリニアセンサ１４に導く。よって、
リニアセンサ１４の各素子の出力を知ることにより、透
過波長可変フィルタ１１に入射する光の分光特性を知る
ことができる。

【００４８】本実施の形態においては、コリメータ１２
が空気層を媒体として、透過波長可変フィルタ１１から
の出射光をリニアセンサ１４に伝送するようにしている
ので、光の減衰が小さい状態で透過波長可変フィルタ１
１からの出射光をリニアセンサ１４に伝送することがで
き、感度を良くすることができる。

【００４９】図８に、図７に示す実施の形態に用いられ
るコリメータの第１の例を示す。これは、浜松フォトニ
クス株式会社のホームページに記載されているキャピラ
リプレートをコリメータとして使用したものである。こ
のキャピラリプレートは、ガラスに穴径が数μｍから数
百μｍの穴を規則正しくあけたもので、その厚みは0.5m
mから数十mmのものが製作可能とされている。

【００５０】このキャピラリプレートの穴の内面を、光
を完全に吸収するためのコーティングを施すと、コリメ
ータとして使用できる。このようなコリメータによっ
て、透過波長可変フィルタ１１の出射する分光波長をリ
ニアセンサ１３に伝送する。

【００５１】しかしこの実施の形態では、キャピラリプ
レートの開口比が最大55％と小さいことと、穴が円形で
あるために光の伝送効率が低いという問題点がある。特
に一次元の分光器として用いる場合には、キャピラリプ
レート全体が円形であるので、使用できない部分が多く
なってしまう。

【００５２】本発明の実施の形態である図１に示すよう
なコリメータ、又は前述のようなこのコリメータの変形
例（グリッドを有するもの）を使用するとこれらの問題
を克服することができる。即ち、これらのコリメータに
おいては開口部が方形であるので、キャピラリプレート
に対して光の伝達面積を大きくでき、従って、光の伝送
効率を大きくできる。

【００５３】また、図７に示すものは一次元分装置であ
るが、透過波長可変フィルタ１１として幅広のものを使
用し、コリメータ１２を二次元コリメータとし、リニア
センサ１４を二次元のものとすれば、容易に二次元分光
装置を構成することができる。

【００５４】この場合は、コリメータ１２としてキャピ
ラリプレートを使用しても、一次元分光装置の場合に比
して欠点はやや解消されるが、穴が円形になっている分
だけ光の伝達効率が落ちることは避けられない。そこ
で、図４に示したような二次元コリメータ又はグリッド
を有する変形例を使用すると、光の伝達効率を高めるこ
とができる。

【００５５】

【実施例】図５（ｂ）に示すようなグリッド付きの一次
元コリメータを製造した。金属板１、金属板２、押さえ
板３にはＳＵＳを使用し、金属板１の厚さを90μm、金
属板２の厚さを10μm、押さえ板の厚さを２mmとし、フ
ォトリソグラフィとエッチングにより形成した穴４の幅
は2200μmとした。そして、図５（ａ）に示すように、
この2200μmの間に等間隔で幅100μmのグリッドを５本
形成した。金属板１には、図６に示すように、その中央
に、図の横方向４mm間隔で幅（図の左右方向）１mm、長
さ（図の上下方向）2400μmの穴８をフォトリソグラフ
ィとエッチングにより形成した。そして、押さえ板３の
上に金属板１を128枚、金属板２を127枚交互に積層し、
最後に押さえ板３を乗せ、これらを実施の形態で説明し
た方法により熱圧着により拡散接合し、穴８の開いた部
分をワイヤカット放電加工で切断した。これにより、厚
さ３mm、幅2200μm、長さ約15.8mmのコリメータが完成
した。このコリメータには、幅90μm、長さ2200μmの穴
が128個形成されている。

【００５６】このコリメータを使用した、図７に示すよ
うな一次元分光装置の分光特性を、図９に示すような装
置を使用して調査した。平行光源２１から放出された連
続スペクトルを有する平行光線は、拡散板２２で拡散さ
れ、波長校正フィルタ２３を通った後、図７に示される
ような一次元分光装置によって波長分布を測定される。

【００５７】図１０に拡散板２２、波長校正フィルタ２
３を用いず、平行光源２１からの照射光を直接分光した
結果を、図１１に、拡散板２２を用いず、波長校正フィ
ルタとしてディディニウムフィルタを使用した場合の光
を分光した結果を示す。ディディニウムフィルタの理論
吸光ピーク波長は580nmであり、その理論吸光度は1.80
であるが、図１１を見ると、580nmに対応する波長（図
はリニアセンサのピクセル単位で示されている）にピー
クがあり、その吸光度は1.769である。これから、この
分光装置の分解能が極めて優れていることが分かる。前
述のように、コリメータ１２とリニアセンサ１４との間
に約２mmの間隔を設けてもこのような高い波長分解能が
得られるのは、前述のようにして校正されたコリメータ
のコリメート性が極めて良好なためである。

【００５８】これに対して先願発明においては、ＦＯＰ
とリニアセンサを密着させる必要があり、リニアセンサ
パッケージ１３を加工する必要があった。本実施の形態
においは、上記のような特性があるので、リニアセンサ
パッケージ１３にコリメータ１２を結合させた場合にも
十分な特性が得られる。

【００５９】このコリメータの性能をさらに調査するた
めに、ディディニウムフィルタの前に拡散板２２を設け
て同じような実験を行った。図１２にディディニウムフ
ィルタを設けず、拡散板２２のみを設けて分光特性を測
定した結果を示す。図１０と図１２とを比べてみると、
図１２の場合、透過波長可変フィルタ１１にいろいろな
角度から光が入射し、その波長分解能が低下することが
予想されるにもかかわらず、両者の特性は余り変化して
いない。これは、コリメータ１２のコリメート特性が良
好なため、拡散光が透過波長可変フィルタ１１に入射す
る場合でも、直進する光のみをリニアセンサ１４に伝達
するためと考えられる。

【００６０】図１３に、拡散板２２の後に、波長校正フ
ィルタ２３としてディディニウムフィルタを入れ、これ
を通過した光を分光した結果を示す。図１３において
も、ディディニウムフィルタの理論吸光ピーク波長であ
る580nmの位置に吸収ピークが現れており、吸収曲線の
パターンは、図１１に示すものとほとんど同じである。
ただし、吸光度は1.65であり、拡散板がない場合に比し
てやや低下している。

【００６１】以上の結果から分かるように、前述のよう
なコリメータを用いれば、光が拡散光の場合であって
も、かつ、コリメータとリニアセンサの間に間隔があっ
ても、高い波長分解能が得られる。

【００６２】以上の実験は、可視光についてのものであ
ったが、平行光源２１として赤外光の光源を用い、拡散
板２２を入れずに、ディディニウムフィルタのみを用い
て、その透過光を分光した結果を図１４に示す。赤外光
に対するディディニウムフィルタの吸収ピークは800nm
にあり、その理論吸光度は1.20であるが、この分光測定
装置においても、800nmに吸収ピークがあり、測定され
た吸光度は1.201と理論値に極めて近かった。これよ
り、この分光測定装置は赤外光の分光にも有効であるこ
とが分かる。

【００６３】比較例として、先願発明に示されたファイ
バーオプティックスプレートを用いた分光装置（図１６
に示したもの）を用いて、拡散板２２とディディニウム
フィルタを用いたときの分光特性を図１５に示す。ディ
ディニウムフィルタの吸収波長が580nmでの吸光度のピ
ークが1.30と低下しており、全体的に波形がなまってい
る。これは、本発明の実施例に比してコリメータの性能
が悪いためである。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
波長依存性が無く、かつコリメート性の高いコリメータ
を得ることができる。また、このコリメータを、透過波
長可変フィルタとリニアセンサ間の光の伝達に用いるこ
とにより、可動部が無く、小型で、高精度かつ高速分光
が可能で、比較的安価な分光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例であるコリメー
タの概要を示す図である。

【図２】図１に示すコリメータの製造方法の例を説明す
るための図である。

【図３】図１に示すコリメータの製造方法の例を説明す
るための図である。

【図４】二次元コリメータを製造するための部材の構造
の例と、二次元コリメータの断面の例をを示す図であ
る。

【図５】補強部材となるグリッドを製造するための部材
の構造の例と、グリッドを有する一次元コリメータの断
面の例を示す図である。

【図６】切断時における変形を防ぐための部材の構造を
示す図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例である分光測光装置
の構成の概要を示す図である。

【図８】コリメータとして用いられるキャピラリプレー
トの概要を示す図である。

【図９】本発明の実施例である分光装置の特性を調査す
るために使用した装置の概要を示す図である。

【図１０】平行光源からの照射光を直接分光した結果を
示す図である。

【図１１】ディディニウムフィルタを通過した平行光源
からの照射光を分光した結果を示す図である。

【図１２】平行光源からの照射光を、拡散板を介して分
光した結果を示す図である。

【図１３】平行光源からの照射光を、拡散板とディディ
ニウムフィルタを介して分光した結果を示す図である。

【図１４】平行光源として赤外光の光源を用い、ディデ
ィニウムフィルタの透過光を分光した結果を示す図であ
る。

【図１５】コリメータとしてＦＯＰを使用した先願発明
において、ディディニウムフィルタを通過した平行光源
からの照射光を分光した結果を示す図である。

【図１６】先願発明である分光装置の構成の例を示す図
である。

【符号の説明】

１…穴を有する金属薄板、２…穴を有しない金属薄板、
３…押さえ板、４…穴、５…穴、６…グリッド、７…切
断面、８…穴、１１…透過波長可変フィルタ、１２…コ
リメータ、１３…リニアセンサパッケージ、１４…リニ
アセンサ、２１…平行光源、２２…拡散板、２３…波長
校正フィルタ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 CA02 CB42 CB43 CC23 CC26 CC31 CC32 CC63 CD06 CD39 2H042 AA01 AA02 AA06 AA11 AA18 AA23

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の伝達路が空気であることを特徴とす
   るコリメータ。
2. 【請求項２】 穴を有する第１の金属薄板と穴を有しな
   い第２の金属薄板を交互に重ね、その両側を押さえ板で
   押さえて、これらを熱圧着で拡散接合させて一体化し、
   その後、第１の金属薄板の穴を有する部分に対応する部
   分を、前記金属薄板の積層方向に切断することにより形
   成されたコリメータ。
3. 【請求項３】 複数列の平行な穴を有する第１の金属薄
   板と穴を有しない第２の金属薄板を交互に重ね、その両
   側を押さえ板で押さえて、これらを熱圧着で拡散接合さ
   せて一体化し、その後、前記金属薄板の積層方向に切断
   することにより形成された２次元のコリメータ。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載のコリメー
   タにおける第２の金属薄板の代わりに、切断される部分
   に、前記第１の金属薄板の穴の幅方向を覆うだけの長さ
   を有する穴を開けた金属薄板を使用し、その他は請求項
   ２又は請求項３に記載の方法で製造されたことを特徴と
   するコリメータ。
5. 【請求項５】 前記第１の金属薄板に形成された穴が、
   その長さ方向に形成されたグリッド部材を有することを
   特徴とする請求項２から請求項４のうちいずれか１項に
   記載のコリメータ。
6. 【請求項６】 キャピラリプレートからなるコリメー
   タ。
7. 【請求項７】 透過波長可変フィルタと、リニアセンサ
   と、前記透過波長可変フィルタとリニアセンサとの間に
   配置され、透過波長可変フィルタから出射する分光され
   た光を、リニアセンサに伝達するコリメータとを有して
   なり、コリメータとして請求項１から請求項６うちのい
   ずれかに記載のコリメータを用いたことを特徴とする分
   光測光装置。