JP2004252214A

JP2004252214A - 任意波長選択フィルタ、マルチチャネルモニタおよび生体検査装置

Info

Publication number: JP2004252214A
Application number: JP2003043233A
Authority: JP
Inventors: Noboru Uehara; 昇上原
Original assignee: Suntech Co
Current assignee: Suntech Co
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】短時間に安定して比較的狭い波長分解能を得ることのできる任意波長選択フィルタと、この任意波長選択フィルタを使用して、簡易に物質の特性を測定したり、血糖値等の値を測定するマルチチャネルモニタならびに生体検査装置を得ること。
【解決手段】マルチチャネルモニタ３００は、白色光等の広帯域光３０２をバンド反射ミラー３０１で反射させて任意波長選択フィルタ３０５を構成するそれぞれの任意波長選択フィルタ部材に分けて照射する。これを透過した光３０６は２次元イメージセンサ３０７で受光され、駆動・分析部３０９で分析される。短冊状に配置された任意波長選択フィルタ部材は互いに異なった波長域の光を連続的に変化させて選択するので、２次元イメージセンサ３０７はこれらの強度を短い時間で読み出して分光する。この装置は血糖値の測定等の生体検査装置への応用が可能である。
【選択図】図１１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の波長の解析に使用するのに好適な任意波長選択フィルタおよびこの任意波長選択フィルタを使用して波長の監視等のモニタを行うマルチチャネルモニタならびに血糖値等の測定を行う生体検査装置に係わり、特に簡易な測定に使用可能な任意波長選択フィルタ、マルチチャネルモニタおよび生体検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療機器による測定結果は、人の健康状態を直接反映するため、高い信頼性が要求される。しかしながら、各種の医療用の測定装置が病院等の医療の現場でのみ使用され家庭やオフィスで使用されないとすると、測定の結果の恩恵を受ける対象が限定されるだけでなく、病気になる前の健康管理が必ずしも十分に行き届かないことになる。この意味で、血圧計や体脂肪測定装置のような職場や家庭で簡単に測定できる各種測定装置の開発の更なる発展は、病気の早期発見や予防医学の見地から大きな成果を挙げることができる。
【０００３】
ところで、糖尿病患者は国内に７００万人近く存在しており、その予備軍もほぼ同数存在していると推定されている。また、国民の栄養摂取量の過剰状態が続いているわが国では、糖尿病患者が今後ますます増加することが懸念されている。このような糖尿病患者およびその予備軍に対しては、血糖値の管理が大変重要である。
【０００４】
血糖値の測定には、従来から高速液体クロマトグラフィ測定装置が使用されている。この装置では、糖尿病の診断・管理に不可欠な検査項目としてのヘモグロビンＡ１ｃを、１つの検体当たり１分余りの時間で高速処理する。しかしながら、装置自体が非常に高価であり、小規模な病院や診療所ではその購入の経済的な負担が大きい。また、検体から血液を採取する必要があるため、血液による各種の病気の感染の危険が皆無ではない。更に、サファイア針等の血液採取のための器具で皮膚を傷つけることになるので、頻繁な血液採取は検査を受ける者に身体的および精神的な苦痛を強いることになる。
【０００５】
そこで、採血を行うことなく人体の血液中の糖度としての血糖値を測定することが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
この特許文献１に示す提案では、レーザダイオード、発光ダイオードなどのような、出力する光の波長の幅が狭い複数の光源を用いている。そして、これらの光源が発するそれぞれの光を温度に係わらず一定に保持して、測定試料としての指先と参照用物質の双方に照射し、その結果をそれぞれに対応した受光素子で受光して、各光源を経た光の強度を測定するようにしている。測定結果は、前もって用意した方程式（検量線）に代入して、人体の血液中の糖度、あるいはグルコース濃度を採血することなく測定することにしている。
【０００７】
また、血糖値の測定だけでなく糖尿病の判断を行う装置も提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００８】
図３７は、後者の特許文献２に示された血糖値測定装置の概要を示したものである。被験者の指１０１には第１および第２の半導体レーザ（ＬＤ）１０２、１０３からそれぞれ第１の波長λ_１（６８０ｎｍ）と第２の波長λ_２（８３０ｎｍ）の２種類の波長の光１０４、１０５が照射される。これらの光１０４、１０５は指１０１を透過した後、それぞれに対応した第１または第２の受光素子（ＰＤ）１０６、１０７で受光される。第１および第２の受光素子１０６、１０７の出力はメモリ１０８に入力されて、その時点での測定結果として記憶されるようになっている。
【０００９】
血糖値の測定は、被験者の空腹時に初回が行われ、その後は一定時間間隔でグルコース糖を規定量飲んでは測定を繰り返す。これにより、グルコース糖による血糖値が増加していき、その様子がそれぞれの測定結果としてメモリ１０８に記憶される。所定回数の測定が終了すると、制御部１０９はメモリ１０８からそれぞれの測定結果を読み出して演算部１１１に与え、所定の演算を行わせる。演算結果１１２は制御部１０９の制御によって判断部１１３に渡されて糖尿病の有無の判断が行われるようになっている。
【００１０】
図３８は、この提案による波長と吸光度との関係を表わしたものである。横軸は波長を、縦軸は吸光度を表わしている。曲線１２１は血液中のヘモグロビンが還元ヘモグロビンだけの時の吸光度特性を示している。また、曲線１２２は血液中のヘモグロビンが酸化ヘモグロビンだけの時の吸光度特性を示している。実際の生体の血液のヘモグロビンは、還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンが混在した状態となっている。そこで、実際の血液の吸光度を第１の波長λ_１と第２の波長λ_２の光を使用して測定して、これらの波長λ_１、λ_２の吸光度の差ｄ_１、ｄ_２を取ることで、測定血液の還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの割合を判別するようにしている。
【００１１】
これによって血中酸素濃度が判るので、演算部１１１は図示しない血中酸素濃度と血糖値の関係を示すデータから血糖値を演算し、判断部１１３は血中酸素濃度の時間変化の特性の違いから糖尿病であるかどうかを判断するようにしている。
【００１２】
以上説明したような従来の技術ではレーザダイオードや発光ダイオードをそれぞれ所望の波長に設定する必要があった。しかしながら、適切な波長の光源を選択したり、その光源の波長を温度等の環境変化を起こさせずに一定に保持することは困難であり、装置のコストアップを招いたり装置が大型化するという問題があった。
【００１３】
また、このような従来の技術では、測定に使用する複数の波長の数だけの光源を必要とした。このため、これらの装置では現実的には２種類の光源を使用するのが精一杯であり、更に多くの波長を使用して測定精度を上げることは装置の価格やサイズとの関係で事実上不可能であった。
【００１４】
以上、血糖値を測定する血糖値測定装置を例に挙げて説明したが、複数の波長を用いて物質の特性を簡易に測定するマルチチャネルモニタや生体検査装置についても同様の問題が生じた。ただし、比較的高価なマルチチャネルアナライザでは更に多くの波長の分析が行えるようになっている。
【００１５】
図３９は、従来のこのようなマルチチャネルアナライザの第１の例を示したものである。このマルチチャネルアナライザ１３０は入射光線１３１を反射する第１のミラー１３２と、第１のミラー１３２の反射光１３３を入射して特定波長の光１３４を回折する回動自在の凹面型の回折格子１３５と、この回折格子１３５の回折した光１３４を特定方向に反射させる第２のミラー１３６と、第２のミラー１３６の反射光１３７のうちの特定方向の光１３８のみを通過させるスリット１３９と、このスリット１３９を通過した光１３８を受光するフォトダイオード（ＰＤ）１４０とによって構成されている。このようなマルチチャネルアナライザ１３０では、回折格子１３５を矢印方向１４１に回転させることで、回折格子１３５に対する第１のミラー１３２の反射光１３３の反射角を変化させ、フォトダイオード１４０に入力する光の波長を変化させることができる。すなわち、マルチチャネルアナライザ１３０に入力される入射光線１３１を分光することができる。
【００１６】
図４０は、このマルチチャネルアナライザの第１の例における光の各波長の透過率と回転角の関係を示したものである。図３９に示した回折格子１３５の回転角を変化させるとこれに応じて透過率のピークとなる波長λが連続的に移動していく。図ではそれぞれ所定の時間を置いた場合における透過率がピークとなる波長λ_１、λ_２、……の変化する様子を示している。
【００１７】
図４１は、従来のマルチチャネルアナライザの第２の例を示したものである。図３９と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。このマルチチャネルアナライザ１５０では、第１のミラー１３２の反射光１３３は平面型の回折格子１５１に入射する。その回折光１５２は１次元アレイセンサ１５３の長手方向に波長分布しており、これが１次元アレイセンサ１５３に入射することになる。１次元アレイセンサ１５３はこの図でその長手方向に多数の受光素子を配置したセンサであり、これによりそれぞれの受光素子に対応した分解能で光の分析を行うことができる。すなわち、第２の例のマルチチャネルアナライザ１５０では、第１の従来例のフォトダイオードの代わりに１次元アレイセンサ１５３を受光素子として使用している。
【００１８】
図４２は、従来のマルチチャネルモニタの第３の例を示したものである。このマルチチャネルアナライザ１６０では、移動ステージ１６１がＹ軸方向１６２に移動自在に配置されている。移動ステージ１６１には透明な基板１６３の片面に厚さを連続的に変化させた互いに異なる屈折率の誘電体膜１６４、１６５を積層した誘電体多層膜フィルタ素子１６６がＹ軸方向１６２を長手方向にして取り付けられている。２種類の誘電体膜１６４、１６５は複数のペアとして形成されてもよい。誘電体多層膜フィルタ素子１６６はＹ軸方向１６２における位置に応じてピークとなる透過波長が変化するようになっている（たとえば特許文献３および特許文献４参照）。
【００１９】
したがって、マルチチャネルアナライザ１６０はフォトダイオード（ＰＤ）１６７を定位置に固定していて、入射光１６８を誘電体多層膜フィルタ素子１６６を介してフォトダイオード１６７に入射するようにしておき、この配置状態で誘電体多層膜フィルタ素子１６６をＹ軸方向１６２に移動するようにしている。この結果、誘電体多層膜フィルタ素子１６６がＹ軸方向１６２に移動するのに従って、フォトダイオード１６７の受光する光の波長を連続的に変化させることができる。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００２−３５０３３８号公報（第００１３段落、図１）
【特許文献２】
特開平１１−１７８８１４号公報（第００１０段落、第００１５段落、第００１６段落、図１、図３）
【特許文献３】
特開平５−２８１４８０号公報（第００２２段落、図２）
【特許文献４】
特開平８−２２７０１４号公報（第００２５段落、図１）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来のマルチチャネルアナライザのうちの第１の例および第３の例では、分光するために駆動系が第２のミラー１３６（図３９）を回転駆動したり、移動ステージ１６１（図４２）をＹ軸方向１６２に移動させる必要がある。したがって一般的な波長のスキャン時間として１０秒から１分程度を要し測定時間の短縮化に限界がある。また、機械的な機構を使用してスキャン動作を行うので、回折格子１３５（図３９）や誘電体多層膜フィルタ素子１６６（図４２）の振動や外乱等の影響を受けやすい。このような影響を最小限とするためには補強部材や質量の大きな部材を使用する必要があり、マルチチャネルアナライザの重量が増加するだけでなく、装置が大型化する。
【００２２】
また、従来のマルチチャネルアナライザのうちの第１の例のマルチチャネルアナライザ１３０の場合には波長分解能を高めるためには回折格子１３５からスリット１３９までの距離を長くする必要がある。一般的には０．１ｎｍの波長分解能を得るためにはこの距離を３００ｍｍ程度にする必要があり、前記した装置の大型化の一因となる。
【００２３】
一方、従来のマルチチャネルアナライザのうちの第２の例では回折格子１５１を経た光を１次元アレイセンサ１５３で受光する。したがって、１次元アレイセンサ１５３を構成するピクセルの数によって分析する波長のそれぞれの幅が定められる。一般的な１次元アレイセンサ１５３は２５６個、５１２個、１０２４個あるいは２０４８個の受光素子（ピクセル）を備えている。したがって、たとえば４００ｎｍから１１００ｎｍの範囲の波長域をスキャンする場合、波長分解能は０．４ｎｍ程度でしかなく、細かなピッチで波長の分析を行うことが困難であるという問題があった。
【００２４】
そこで本発明の目的は、短時間に安定して比較的狭い波長分解能を得ることのできる任意波長選択フィルタと、この任意波長選択フィルタを使用して、簡易に物質の波長に対する特性を測定するマルチチャネルモニタならびに血糖値等の値をチェックする生体検査装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の任意波長選択フィルタは、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置したことを特徴としている。
【００２６】
すなわち請求項１記載の発明では、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を互いに同一受光面を構成するように接着剤や取り付け具等によって固定して任意波長選択フィルタとしている。それぞれの任意波長選択フィルタ部材が波長を連続的に変化させるだけでなく、これら任意波長選択フィルタ部材同士が異なる波長域を担当するので、１つの受光面を形成する任意波長選択フィルタが比較的広範囲の波長の光成分を２次元的に分離することになり、任意波長選択フィルタの小型化が可能になる。また、２次元イメージセンサ等の２次元受光手段を使用して波長の監視等のモニタを安価に行うことができる。
【００２７】
請求項２記載の発明では、（イ）１枚の支持基板と、（ロ）この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材とを任意波長選択フィルタに具備させる。
【００２８】
すなわち請求項２記載の発明では、１枚の支持基板上にそれぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を別々の位置に配置して任意波長選択フィルタを構成している。請求項１との違いは基板が共通するか否かである。請求項１記載の発明と同様に、任意波長選択フィルタ部材同士が異なる波長域を担当するので、１つの受光面を形成する任意波長選択フィルタが比較的広範囲の波長の光成分を２次元的に分離することになり、任意波長選択フィルタの小型化が可能になる。また、２次元イメージセンサ等の２次元受光手段を使用して波長の監視等のモニタを安価に行うことができる。
【００２９】
請求項３記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、（ロ）この光源の出力する光を入射し、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置してなる任意波長選択フィルタと、（ハ）光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段とをマルチチャネルモニタに具備させる。
【００３０】
すなわち請求項３記載の発明では、請求項１記載の任意波長選択フィルタに光源から光を照射し、これを２次元的にそれぞれの波長で透過した光成分を２次元受光手段の対応する受光部で受光することで波長の監視等のモニタを可能にしている。２次元イメージセンサ等の２次元受光手段で波長の監視等のモニタを安価かつ高速に行うことができる。
【００３１】
請求項４記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、（ロ）１枚の支持基板と、この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、光源の出力する光を入射してそれぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材とを備えた任意波長選択フィルタと、（ハ）光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段とをマルチチャネルモニタに具備させる。
【００３２】
すなわち請求項４記載の発明では、請求項２記載の任意波長選択フィルタに光源から光を照射し、これを２次元的にそれぞれの波長で透過した光成分を２次元受光手段の対応する受光部で受光することで波長の監視等のモニタを可能にしている。２次元イメージセンサ等の２次元受光手段で波長の監視等のモニタを安価かつ高速に行うことができる。
【００３３】
請求項５記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、（ロ）この光源の出力する光を入射し、所定の波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる任意波長選択フィルタと、（ハ）この任意波長選択フィルタの波長が変化する方向に複数の受光素子を一列に配置し、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する１次元受光手段とをマルチチャネルモニタに具備させる。
【００３４】
すなわち請求項５記載の発明では、請求項３または請求項４記載の発明と異なり任意波長選択フィルタが１つの任意波長選択フィルタ部材によって構成されていることを特徴としている。したがって、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する１次元受光手段を用いて波長の監視等のモニタが行われる。この場合にでも波長の監視等のモニタを安価かつ高速に行うことができる。
【００３５】
請求項６記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、この光源の出力する光を入射し、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタを同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置した任意波長選択フィルタと、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する受光素子が２次元的に配置された２次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、（ロ）このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段とを生体検査装置に具備させる。
【００３６】
すなわち請求項６記載の発明では、請求項３記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしている。マルチチャネルモニタが小型かつ安価に製造できるので生体検査装置もパーソナルユースを含めた装置として構成することができる。
【００３７】
請求項７記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、１枚の支持基板と、この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材とを備えた任意波長選択フィルタと、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、（ロ）このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段とを生体検査装置に具備させる。
【００３８】
すなわち請求項７記載の発明では、請求項４記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしている。マルチチャネルモニタが小型かつ安価に製造できるので生体検査装置もパーソナルユースを含めた装置として構成することができる。
【００３９】
請求項８記載の発明では、（イ）白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、この光源の出力する光を入射し、所定の波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる任意波長選択フィルタと、この任意波長選択フィルタの波長が変化する方向に複数の受光素子を一列に配置し、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する１次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、（ロ）このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段とを生体検査装置に具備させる。
【００４０】
すなわち請求項８記載の発明では、請求項５記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしている。マルチチャネルモニタが小型かつ安価に製造できるので生体検査装置もパーソナルユースを含めた装置として構成することができる。
【００４１】
請求項９記載の発明では、請求項３または請求項４記載のマルチチャネルモニタで、２次元受光手段は２次元イメージセンサであることを特徴としている。
【００４２】
すなわち請求項９記載の発明では、２次元受光手段は２次元イメージセンサを使用することで汎用品によるコストダウンを図ることができる。また、画素（ピクセル）の数が多いものを使用すれば分解能を十分高めることができる。
【００４３】
請求項１０記載の発明では、請求項３または請求項４記載のマルチチャネルモニタで、光源と任意波長選択フィルタの間に配置され、任意波長選択フィルタ部材の本来透過すべき波長域以外の波長域の透過を阻止するバンドパスフィルタを具備することを特徴としている。
【００４４】
すなわち請求項１０記載の発明では、任意波長選択フィルタ部材が本来透過すべき波長域以外の波長域を透過させるような特性があるときは、バンドパスフィルタを光源と任意波長選択フィルタの間に使用して、不要な光がモニタされないようにしている。
【００４５】
請求項１１記載の発明では、請求項１０記載のマルチチャネルモニタで、バンドパスフィルタはバンド反射ミラーによって構成されていることを特徴としている。
【００４６】
すなわち請求項１１記載の発明では、バンドパスフィルタとして必要な波長域を選択的に反射するバンド反射ミラーを使用することにしている。
【００４７】
請求項１２記載の発明では、請求項１０記載のマルチチャネルモニタで、バンドパスフィルタは回折格子とこの回折光を所定の波長範囲のみ通過させる開口部材とによって構成されていることを特徴としている。
【００４８】
すなわち請求項１２記載の発明では、バンドパスフィルタとして回折格子を使用する場合を示している。この場合には必要な波長の光のみが通過するように開口部材を使用するとよい。
【００４９】
【発明の実施の形態】
【００５０】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００５１】
＜第１の実施例＞
【００５２】
図１は本発明の第１の実施例の任意波長選択フィルタを構成するそれぞれの任意波長選択フィルタ部材を示したものである。第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５は、それぞれ幅１．９５ｍｍ（ミリメートル）で長さが９．９５ｍｍ、厚さが１ｍｍの帯状をしている。第１の任意波長選択フィルタ部材２０１は、透明基板の上に膜厚が連続的に異なる傾斜フィルタを形成したもので、傾斜フィルタは短波長側が４００ｎｍ（ナノメートル）から長波長側が４５９．７ｎｍまでの波長を選択的に透過することができる。第２の任意波長選択フィルタ部材２０２は、同じく透明基板の上に膜厚が連続的に異なる傾斜フィルタを形成したもので、短波長側が４６０．３ｎｍから長波長側が５１９．７ｎｍまでの波長を選択的に透過することができる。第３の任意波長選択フィルタ部材２０３は、以上と同一構造で、短波長側が５２０．３ｎｍから長波長側が５７９．７ｎｍまでの波長を選択的に透過することができる。第４の任意波長選択フィルタ部材２０４は、以上と同一構造で、短波長側が５８０．３ｎｍから長波長側が６３９．７ｎｍまでの波長を選択的に透過することができる。最後に第５の任意波長選択フィルタ部材２０５は、以上と同一構造で、短波長側が６４０．３ｎｍから長波長側が６９９．７ｎｍまでの波長を選択的に透過することができる。
【００５３】
第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５は、それぞれ図示しない透明基板上に形成されたものであり、上記した寸法に短冊状に切断されて得られる。このとき、短冊の長手方向が膜厚勾配を有する方向となる。これらのフィルタ部材同士に０．６ｎｍずつの波長の抜けがあるのは、切断時にこれらの部分が切除されたからである。このような製法を採ることにより、これら第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５の製造コストを下げることができる。もちろん、第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５を波長の抜けのないものとして製造することは可能である。これら第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５は、対向する側面同士を図示しない接着剤で接着し同一平面のフィルタが完成する。接着剤には、使用波長範囲で透明なＵＶ硬化型あるいは熱硬化型の光学接着剤が用いられる。接着剤を使用する代わりに、図示しない治具で第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５を密着した状態で固定してもよい。
【００５４】
図２は、この完成した任意波長選択フィルタを示したものである。張り合わされた側の辺としての短辺が９．７５ｍｍで長辺が９．９５ｍｍの任意波長選択フィルタ２１１が完成する。
【００５５】
本実施例では第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５を単純に貼り合わせて任意波長選択フィルタ２１１を構成したが、フィルム状の同様の複数のフィルタ部材を１つの透明な基板上に載置するように貼り合わせてもよい。
【００５６】
図３は、本実施例で使用される任意波長選択フィルタ部材の原理的な構成を示したものである。ここでは第１の任意波長選択フィルタ部材２０１を示しているが、第２〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０２〜２０５も基本的に同様の構成となっている。第１の任意波長選択フィルタ部材２０１は、透明な基板２２１とこの基板２２１上に形成され、図で左端側から右端側に向けて位置に応じて一様に厚さが変化する透明な第１の誘電体薄膜２２２と、この第１の誘電体薄膜２２２の上に形成され、同じく図で左端側から右端側に向けて位置に応じて一様に厚さが変化する透明な第２の誘電体薄膜２２３とから構成されている。第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３は、それぞれ異なる誘電体物質Ｈ、Ｌで構成されている。なお、この図では図示を簡略化するために第１および第２の誘電体薄膜２２２、２２３がペアとして１回ずつ層形成されたものとして示している。
【００５７】
図４は任意波長選択フィルタ部材の膜構造を示したものである。この図に示したように、基板２２１上に第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３がペアとして順に複数回積層されて第１の任意波長選択フィルタ部材２０１が構成されている。基板２２１と反対側に位置する第２の誘電体薄膜２２３は、空気、樹脂溶剤、固形基板等の媒質と接していることになる。本実施例で第１の誘電体薄膜２２２にはＮｂ_２Ｏ_５を使用し、第２の誘電体薄膜２２３にはＳｉＯ_２を使用している。基板２２１にはショット（ＳＣＨＯＴＴ）社の商品名「ＢＫ７」のガラス基板（屈折率１．５）を使用している。
【００５８】
第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３のそれぞれの厚さを位置に応じて連続的に変化させるには、幾つかの方法を採ることができる。たとえば真空蒸着を行うとき、蒸着源に対して基板を垂直に配置せず所定の傾斜角を設けて蒸着源からの距離を連続的に変化させることで厚さを連続的に変化させることができる。基板と蒸着源の間に、マスク板を配置して、マスク形状を適切に設計、配置することによっても、傾斜分布が得られる。
【００５９】
この第１の任意波長選択フィルタ部材２０１で、波長可変性が得られる原理を説明する。２種類の互いに異なる誘電体物質Ｈ、Ｌの屈折率をそれぞれｎ_Ｈ、ｎ_Ｌとする。光フィルタの膜設計では、ある設計波長λ_０を中心に、高反射率を有する誘電体多層膜ミラーを形成している。
【００６０】
第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３は共に４分の１波長膜と呼ばれており、これらは設計波長λ_０と次の式（１）または式（２）で示す関係にある。
Ｈ＝λ_０／４ｎ_Ｈ ……（１）
Ｌ＝λ_０／４ｎ_Ｌ ……（２）
【００６１】
今、第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３からなる１組の層をペア層と称することにし、ペア層がｎ回（ただしｎは正の整数。）繰り返し積層されるものとする。図４で示した基板２０１とペア層の間、およびペア層と媒質の間にスラッシュ“／”をつけて区別するものとすると、このような積層された第１の任意波長選択フィルタ部材２０１は次の表現構造（３）として表わすことができる。
基板／（ＨＬ）^ｎ／媒質 ……（３）
【００６２】
たとえば、第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３のペア層が３層繰り返されて第１の任意波長選択フィルタ部材２０１が構成されているものとすると、表現構造（３）は次の表現構造（４）として表わされる。
基板／（ＨＬ）^３／媒質 ……（４）
【００６３】
ところで、ある特定の波長の光を他の光成分から分離する場合にはバンドパスフィルタが用いられる。バンドパスフィルタの共振器構造Ａは一般に次の式（５）で表わすことができる。
Ａ＝［（ＨＬ）^ｎＨｓＬＨ（ＬＨ）^ｎＬ］ ……（５）
【００６４】
ここで符号ｓは正の偶数（２、４、６、８……）を表わしている。項（ＨＬ）^ｎＨは、第１スタック層と呼ばれ、他の項Ｈ（ＬＨ）^ｎは第２スタック層と呼ばれる。これらの項の間に配置された項ｓＬはスペーサ層と呼ばれる。最後の項Ｌは結合層と呼ばれている。
【００６５】
図５は式（５）で与えられるバンドパスフィルタを相対波数で表わしたフィルタ透過特性を示したものである。ここで相対波数とは、前記した設計波長λ_０を波長λで除した値をいう。本実施例で第１の誘電体薄膜２２２として使用されているＮｂ_２Ｏ_５は屈折率分散を有し、波長範囲の４００ｎｍから１１００ｎｍで相対波数が２．３から２．２の値を示す。第２の誘電体薄膜２２３として使用されているＳｉＯ_２はＮｂ_２Ｏ_５よりも小さな屈折率分散を有し、波長範囲の４００ｎｍから１１００ｎｍで相対波数が１．４８から１．４６の値を示す。設計波長λ_０は６００ｎｍであり、膜構造は次の表現構造（６）で表わされる。
【００６６】
基板（屈折率１．５）／（ＨＬ）^６Ｈ８Ｌ（ＬＨ）^６Ｌ／空気（屈折率１．０）……（６）
【００６７】
この図５では、白色光をバンドパスフィルタに垂直に照射する場合を示している。この図のフィルタ特性から分かるように、このバンドパスフィルタは設計波長λ_０に鋭いバンドパス型の透過波長を持っており、その短波長側と長波長側にそれぞれ阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２を有している。阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２は相対波数が０．８６から１．１４の範囲で成立する。阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２の帯域は、使用する第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３の屈折率比（ｎ_Ｈ／ｎ_Ｌ）に依存する。屈折率比が大きくなると阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２が広くなる。
【００６８】
これら阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２を挟むような形でウイング状の透過帯域（ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２）が存在する。ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２は、相対波数０．８４以下の短波長側と、相対波数１．１６以上の長波長側に配置されている。このため、バンドパスフィルタとして所望の設計波長λ_０のみを透過させるためには、これらウイング域Ｗ_１、Ｗ_２の光成分が混入しないような光学系を構成する必要がある。このためには、以下の２つの手法が有効である。
（ａ）バンド反射ミラーを用いて各波長範囲の光を選択的に反射させ、これを任意波長選択フィルタで分離する。
（ｂ）回折格子で切り出された波長範囲の光に対して任意波長選択フィルタで分離する。
【００６９】
ところである特定の設計波長λ_０のみを透過するバンドパスフィルタが波長可変性を備えるには、式（１）および式（２）から第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３の物理膜厚を変えるようにすればよい。図３および図４で説明したように設計波長λ_０は物理膜厚に比例する。そこで基板２２１上に形成された第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３の膜厚に所定の勾配を形成しておくことで、基板２２１のＸ軸方向の位置に応じて波長を変化させることができる。
【００７０】
まず、先に述べた手法のうち（ａ）のバンド反射ミラーを使用する場合を説明する。バンド反射ミラーの反射帯域は、任意波長選択フィルタを構成するそれぞれの任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５についての波長可変域と同一か若干広めとする。そのバンド幅は、使用する２種類の屈折率の異なる誘電体薄膜の屈折率比で調整することができる。この第１の実施例ではバンド反射ミラーの２種類の誘電体薄膜をＺｎＯ（屈折率が１．９４）とＳｉＯ_２（屈折率が１．４５）を使用した。この場合の膜構造は次の表現構造（７）で表わされる。
【００７１】
基板／（ＨＬ）^２０／空気 ……（７）
【００７２】
図６は、ＺｎＯとＳｉＯ_２を２種類の誘電体薄膜として使用した場合のバンド反射ミラーの反射特性を示したものである。ＺｎＯ（屈折率１．９４）とＳｉＯ_２（屈折率１．４５）の屈折率比で反射波長のバンド幅を調整することができる。この基本膜による表現構造（３）は次の表現構造（８）として表わされる。
基板／（ＨＬ）^２０／空気 ……（８）
【００７３】
この膜構造では図６に示すように一般的な高反射ミラーとしてリップル成分の多い特性が得られる。
【００７４】
図７は、図６に示したバンド反射ミラーの反射特性を市販の膜設計ソフトウェアの使用により最適化処理を施した場合を示したものである。これにより、反射波長域Ｒの両側の波長域が共にリップル成分の減少した阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２となったバンド反射ミラーが実現する。このようなバンド反射ミラーによって選択的に反射した光を使用することで、図５で示される阻止波長域Ｓ_１、Ｓ_２の外側に存在するウイング域Ｗ_１、Ｗ_２を透過する波長成分が図示しない光検出器側に混入しないようにすることができる。
【００７５】
図８を基にしてウイング域での波長成分が阻止される様子を具体的に説明する。同図で横軸は波長λを示している。この図８（ａ）で実線で示した第１の特性２４１と破線で示した第２の特性２４２は、図５に示したような誘電体多層膜の波長λに対する透過率を示したものである。第２の特性２４２は第１の特性２４１を長波長側にシフトさせたものである。これは図１に示した第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５のそれぞれの担当する波長域の短波長λ_ｉ−１側と長波長λ_ｉ側を表わしている。
【００７６】
同図（ｂ）は、バンド反射ミラーの反射特性２４３を示している。同図（ａ）で示した透過波長の変化する幅（λ_ｉ−１〜λ_ｉ）の範囲あるいはこれよりもわずかに広い波長の範囲で高反射率を有し、これよりも短波長側および長波長側で反射率が極端に低下した反射特性となっている。
【００７７】
光検出器の応答する波長域が、同図（ｃ）に示すように透過波長の変化する幅（λ_ｉ−１〜λ_ｉ）よりも広い波長λ_ａから波長λ_ｂまでとし、均一な強度の光をこれらの波長域で受信した場合の光検出器の感度が同図（ｄ）に示すものであったとする。この場合には、バンド反射ミラーを使用しないと、図５で説明したウイング域Ｗ_１、Ｗ_２に対応する波長域で光検出器が感応してしまう。しかしながら、図８（ｂ）に示す特性のバンド反射ミラーを使用して図２に示した任意波長選択フィルタ２１１の第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５にそれぞれ必要な波長域（λ_ｉ−１〜λ_ｉ）の光を照射することで、それぞれに対応した光検出器をそれぞれのウイング域Ｗ_１、Ｗ_２の透過光を阻止した状態で検出動作させることができる。バンド反射ミラーの具体的な配置については、第２の実施例で取り上げるマルチチャネルモニタの箇所で説明する。
【００７８】
以上説明したようにある特定の設計波長λ_０のみを透過するバンドパスフィルタで波長可変性を備えるようにするためには、式（１）および式（２）より、誘電体物質Ｈ、Ｌの物理膜厚を変えればよい。また、設計波長λ_０は物理膜厚に比例するので、基板内に所望の膜厚勾配を形成し、基盤における光の透過する位置を変えることでも波長可変性を得ることができる。
【００７９】
図９は、この第１の実施例で説明した任意波長選択フィルタを構成する任意波長選択フィルタ部材の製造装置の概要を示したものである。高真空に排気された真空チャンバ２６１内の底部には、図３で説明した第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３のそれぞれを形成するための蒸着源２６２、２６３が、底部中心位置からある程度偏心した位置に配置されている。真空チャンバ２６１の底部および上部はそれらの中央位置周辺が少なくとも透明な部材で形成されている。真空チャンバ２６１の底部中央位置の下方には光源２６４が配置されている。光源２６４から上向きに出力されたモニタ光２６５は真空チャンバ２６１の内部を通過して、その上部に配置された集光用のレンズ２６６に入射し、焦点位置に配置された光検出器２６７によって検出される。真空チャンバ２６１内の基板回転ホルダ２６８におけるモニタ光２６５の通路にはモニタガラス２６９が配置されている。光検出器２６７はこのモニタガラス２６９上に形成される蒸着膜の厚さを透過光の減少の様子によってモニタするようになっている。
【００８０】
基板回転ホルダ２６８は、真空チャンバ２６１内でモニタ光２６５の通過する光路を中心軸として矢印２７１方向に所定の回転速度で回転するようになっている。基板回転ホルダ２６８には蒸着源２６２、２６３と対向するようにして前記したモニタガラス２６９および図１に示した第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５を製造するための基板２７２が固定されている。基板２７２はそれぞれ円周方向が長手方向になるように放射状に配置されている。また、真空チャンバ２６１の側壁の一部からは、膜厚補正用の膜厚補正マスク治具２７４がチャンバ中央部へと突出している。
【００８１】
このような任意波長選択フィルタ部材の製造装置では、蒸着源２６２、２６３が基板回転ホルダ２６８の回転中心から偏心している。このため、基板２７２の面が蒸着源２６２、２６３に対して傾斜しているのと同様に、蒸着する誘電体薄膜の厚さに勾配を持たせることができる。
【００８２】
図１０は、表現構造（６）で与えられる膜構造の光学モニタチャートの一例を示したものである。図９と共に説明する。基板２７２上には図１０で数値で示した層番号の“１”から誘電体が順次積層される。目的とする設計波長の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５（図１参照）を製造するには、基板回転ホルダ２６８内部での膜厚分布を考慮して、所定のフィルタ特性となるように光源２６４の波長を適宜設定する。そして、モニタガラス２６９上でモニタしながら４分の１光学波長の膜厚の誘電体多層膜の積層を行うことで、狭帯域な特性を有する誘電体多層膜フィルタを高精度に製造することができる。
【００８３】
すでに説明したように基板２７２に位置に応じて選択する波長が異なる波長可変特性を備えさせるためには、膜厚に勾配を形成すればよい。誘電体多層膜フィルタを構成する少なくとも２種類の誘電体薄膜について、式（１）または式（２）で与えられた膜厚をｔ（ただし、式（１）または式（２）では符号ＨまたはＬで示している。）とする。基板２７２内でΔｔの膜厚分布を持っているとする。基板２７２内では中心波長λの周りでΔλの波長分布を持つので、これらの関係は次の式（９）で与えられる。
Δλ／λ＝Δｔ／ｔ ……（９）
【００８４】
したがって、たとえば中心波長λが８００ｎｍで、波長分布１０ｎｍを備えるには、基板２７２内の膜厚分布は次の式（１０）で算出される。
Δｔ／ｔ＝１．２５（％） ……（１０）
【００８５】
電子ビーム蒸着法の他に、成膜法にはイオンアシスト蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、化学気相蒸着（ＣＶＣ）法、ディップコーティング法等が存在している。電子ビーム蒸着法を含めたこれらいずれの成膜法であっても、基板２７２内に均一な膜厚分布を形成するためには、蒸着源２６２、２６３と基板２７２の配置を注意深く検討する必要がある。これとは逆に均一性を要求しない通常の状態で、膜厚分布は数パーセント程度存在する。したがって、この程度の膜厚分布に対しては特別な成膜技術を要しないことになる。しかしながら、基板２７２内で膜厚分布を数パーセント以上のものとして形成するためには、たとえば図９で示したように蒸着源２６２、２６３と基板２７２との間に膜厚補正マスク治具２７４を設置してその蒸着分布２７５を最適化することが好ましい。これにより、基板２７２に付着する蒸着粒子の量を調整して、所望の膜厚分布を形成することができる。この場合には、数パーセントから数百パーセントの範囲で膜厚分布を形成することができる。
【００８６】
更に、図５で示したウイング状の透過帯域（ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２）の光が混入する恐れがあるような場合には、これを防止するために図８で説明したように波長可変範囲の光波長成分とそれ以外の波長成分とを分離する必要がある。これはウイング域Ｗ_１、Ｗ_２の波長成分が光検出器の応答波長範囲に存在すると、これを本来検出する信号として処理してしまうからである。これを防止するために前記したバンド反射ミラーあるいは回折格子が用いられることは前述した。これらの詳細については第２の実施例で説明する。
【００８７】
＜第２の実施例＞
【００８８】
図１１は本発明の第２の実施例におけるマルチチャネルモニタの要部を示したものである。本実施例のマルチチャネルモニタ３００は、バンド反射ミラー３０１と、これに白色光等の広帯域光３０２を照射する所定数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３０３と、バンド反射ミラー３０１の反射光３０４を照射される任意波長選択フィルタ３０５と、この任意波長選択フィルタ３０５と対向配置され、これを透過した光３０６を受光する２次元イメージセンサ３０７と、この２次元イメージセンサ３０７と接続され、これから出力されるデータ３０８を解析したり２次元イメージセンサ３０７の駆動を制御する駆動・分析部３０９とを備えている。このマルチチャネルモニタ３００では、発光ダイオード３０３とバンド反射ミラー３０１の間に、解析の対象となる検査対象物が配置されるようになっている。また、バンド反射ミラー３０１は任意波長選択フィルタ３０５を構成する任意波長選択フィルタ部材の数だけのバンド反射ミラー部材を配置している。これらについては後に具体的に説明する。
【００８９】
このマルチチャネルモニタ３００は、４００ｎｍから１１００ｎｍまでの波長範囲で波長の監視等のモニタを行えるようになっている。広帯域光３０２は４００ｎｍから１１００ｎｍまでの波長範囲を連続して包含する光であり、その条件を満たせば必ずしも白色光である必要がない。また、発光ダイオード３０３として発光する波長範囲を少なくとも部分的に異ならせた複数の発光素子を使用し、これらの波長範囲を合成することでマルチチャネルモニタ３００の分析する波長範囲を網羅するようにしてもよい。
【００９０】
図１２は任意波長選択フィルタと２次元イメージセンサの配置関係を表わしたものである。任意波長選択フィルタ３０５は第１の実施例の任意波長選択フィルタ２１１と基本的に同一のものであるが、波長範囲の互いに異なる第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０によって構成されている。これら任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０は、それぞれ幅１ｍｍで長さが１０ｍｍのサイズとなっており、対向する側面同士を図示しない接着剤で固着している。２次元イメージセンサ３０７は任意波長選択フィルタ３０５よりもわずかに大きなサイズとなっている。この第２の実施例では１／２インチ（１２．７ｍｍ×１２．７ｍｍ）のＳｉ−ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅｄＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）受光素子を使用した。任意波長選択フィルタ３０５にたとえば光線入射角１０度で入射する反射光３０４は、少なくとも任意波長選択フィルタ３０５の全域を照射することを要する。
【００９１】
任意波長選択フィルタ３０５を構成する第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０には、可視域から赤外域まで広範囲の波長域に対して透明で安定な誘電体を使用する。この第２の実施例では第１の実施例の場合と同様に第１の誘電体薄膜としてＮｂ_２Ｏ_５を使用し、第２の誘電体薄膜としてＳｉＯ_２を使用している。第１の誘電体薄膜のＮｂ_２Ｏ_５は屈折率分散を有し、波長範囲の４００ｎｍから１１００ｎｍで相対波数が２．３から２．２の値を示す。第２の誘電体薄膜として使用されているＳｉＯ_２はＮｂ_２Ｏ_５よりも小さな屈折率分散を有し、波長範囲の４００ｎｍから１１００ｎｍで相対波数が１．４８から１．４６の値を示す。第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０の基板には第１の実施例の場合と同様に、ショット（ＳＣＨＯＴＴ）社の商品名「ＢＫ７」のガラス基板（屈折率１．５）を使用している。この場合の膜構造は先に示した表現構造（６）で表わされる。
【００９２】
次の表１は、第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材における波長可変範囲を示している。この表１に示すように第２の実施例の第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０の場合には、第１の実施例の場合と異なり４００ｎｍから１１００ｎｍの範囲で波長の抜けは生じていない。
【００９３】
【表１】

【００９４】
図１３〜図２２は、第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材のそれぞれについての波長可変特性を示したものである。第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０は、それぞれ担当する波長域が異なるので、図３に示した第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３をそれぞれに適したものに調整している。たとえば設計波長が１０００ｎｍで膜の屈折率が２．０の場合、膜厚は１２５ｎｍとなる。波長範囲に応じて第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０の可変範囲が５０ｎｍから１２０ｎｍまで変動する。フィルタ透過特性によって、半値全幅は波長４００ｎｍにおける０．８ｎｍから波長１１００ｎｍにおける２．３ｎｍまで変化している。
【００９５】
図２３は、第２の実施例におけるバンド反射ミラーと入射光および反射光の関係を表わしたものである。バンド反射ミラー３０１は、図１２に示した第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０に１対１で対応させた第１〜第１０バンド反射ミラー部材３３１〜３４０を配置した構成となっている。第１〜第１０バンド反射ミラー部材３３１〜３４０は、それぞれ表１に示した短波長から長波長までの帯域を高反射率としたもので、これらを反射光３０４_１〜３０４_１０として反射するようになっている。これらの反射光３０４_１〜３０４_１０が、図１１に示した任意波長選択フィルタ３０５の第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０（図１２）に選択的に照射される。
【００９６】
図２４は、バンド反射ミラーとこれに入射する広帯域光の位置関係を示したものである。バンド反射ミラー３０１に対してその全面を包含するような形で白色光等の広帯域光３０２が入射することになる。
【００９７】
図２５は、第２の実施例の１つの変形としてバンド反射ミラーの代わりに回折格子を使用して各波長範囲を切り出す場合を示したものである。これは先に（ｂ）の手法として説明したものである。回折格子３４５には図２３に示したバンド反射ミラー３０１の場合と同様に白色光等の広帯域光３０２が照射され、その回折光３０４Ａ_１〜３０４Ａ_１０が、図１１に示した任意波長選択フィルタ３０５の第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０に選択的に照射されることになる。開口部材３４６_１〜３４６_１０（ただし、図を煩雑にしないために一部のみを図示。）は、Ｘ軸方向（縦方向）に波長分布がありこれと直角の横方向に波長分布がない回折光について、これらの通過するそれぞれの波長の範囲を制限するために用いられている。
【００９８】
切り出される波長範囲が広ければ、開口部材３４６_１〜３４６_１０を回折格子３４５に接近させることが可能である。たとえば４００ｎｍから１１００ｎｍの光波長成分を切り出す場合には、入射角と回折格子のブレーズド波長にもよるが、この距離はおよそ１ｃｍとなる。回折格子３４５をバンド反射ミラーの代わりに用いるとバンド反射ミラーを用いた場合と比較して分解能が劣化するので、通常の場合にはバンドパスフィルタとして用いることはない。この例のマルチチャネルモニタでは、必要な波長成分を切り出すことで、ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２（図５）の波長成分を遮断し、高精度な任意波長選択フィルタ部材からなる任意波長選択フィルタ３０５（図１１）および２次元イメージセンサ３０７（図１１）を用いて波長の監視等のモニタを行う。このような用途には回折格子３４５の使用も適切であり、マルチチャネルモニタの小型化にも寄与する。
【００９９】
図２６は図２４に対応するもので、回折格子とこれに入射する広帯域光のビーム径の位置関係を表わしたものである。回折格子３４５の場合には、図２４に示したバンド反射ミラー３０１の場合と異なり、白色光等の広帯域光３０２のビームは回折格子３４５の比較的中央部に照射される。
【０１００】
このように、縦方向（Ｘ軸方向）に段階的に波長が変移し、横方向（図示しないＹ軸方向）には波長が分布しない光を、回折格子３４５を使用するによっても実現することができる。この点は、図２３に示したバンド反射ミラー３０１の場合も同様である。
【０１０１】
図２７は、図１１に示したマルチチャネルモニタをより具体的に表わしたものである。マルチチャネルモニタ３００の白色光源３５０から出力される４００ｎｍから１１００ｎｍまでの波長範囲を包含する光は第１の光ファイバ３５１によって第１のコリメータレンズ３５２まで導かれ、コリメートされた光は波長のモニタの対象となるサンプル３５３に照射される。サンプル３５３を中心として第１のコリメータレンズ３５２と対称の位置には第２のコリメータレンズ３５４が配置されており、サンプル３５３を透過した光が集光されて第２の光ファイバ３５５の一端に結合するようになっている。第２の光ファイバ３５５の他端には拡大レンズ３５６が配置されている。拡大レンズ３５６によって拡大されたビーム径は第３のコリメータレンズ３５７に入射して平行な広帯域光３０２とされ、図２３に示したバンド反射ミラー３０１にたとえば入射角１０度で入射する。そして、その反射光３０４_１〜３０４_１０が任意波長選択フィルタ３０５の第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０（図１２参照）の対応するものに照射される。そして、この任意波長選択フィルタ３０５によって波長ごとに分解された光が２次元イメージセンサ３０７に入射して、それぞれの波長の光の強度に応じたデータ３０８が駆動・分析部３０９に入力されて、波長ごとのモニタが行われる。
【０１０２】
図２８は、２次元イメージセンサの一部を表わしたものである。２次元イメージセンサ３０７は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に隙間なく配置された多数の升目状のピクセル３５９から構成されている。第１の任意波長選択フィルタ部材３１１は、その長手方向がＸ軸方向と一致して配置されており、Ｙ軸方向のｎ個ずつのピクセル（この図ではｎは“３”）と対応している。第１の任意波長選択フィルタ部材３１１は、Ｘ軸方向に４００ｎｍから４５０ｎｍまで選択波長を連続的に変化させているので、２次元イメージセンサ３０７における第１の任意波長選択フィルタ部材３１１に対応した領域では、それぞれのピクセル３５９はＸ軸方向の位置に対応して４００ｎｍから４５０ｎｍまでの波長の光を選択的に受光することになる。
【０１０３】
図１２に示した第２〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１２〜３２０も図２８には示していないが、第１の任意波長選択フィルタ部材３１１と同様にＸ軸方向を長手方向として配置され、Ｙ軸方向のｎ個ずつのピクセルと対応している。したがって、これらについてもそれぞれ表１に示した波長範囲でＸ軸方向の位置に対応した波長の光を選択的に受光することになる。
【０１０４】
図２９は、駆動・分析部の回路構成の概要を示したものである。駆動・分析部３０９は、図２７に示した２次元イメージセンサ３０７の駆動を行う駆動信号３６１を出力するイメージセンサ駆動部３６２と、このイメージセンサ駆動部３６２が生成した２次元イメージセンサ３０７の読み取り開始を示すスタート信号３６３とライン同期信号３６４および１ラインにおける画素クロック３６５を入力するカウンタ回路３６６と、このカウンタ回路３６６が出力するピクセル単位の読み取りのための読取クロック３６７を一方の入力端子に入力するゲート回路３６８と、２次元イメージセンサ３０７から出力されるデータ３６９のＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換を行いその結果を読取データ３７１としてゲート回路３６８の他方の入力端子に入力するＡ／Ｄ変換器３７２と、読取クロック３６７をゲートの開閉制御に使用してゲート回路３６８から出力される波長別光強度信号３７４を書き込む分析結果メモリ３７５から構成されている。
【０１０５】
ここで、カウンタ回路３６６はスタート信号３６３を入力されるとライン同期信号３６４をカウントする。そして、たとえば第１の任意波長選択フィルタ部材３１１によって分光した４００ｎｍから４５０ｎｍの波長の光については第２ラインのピクセル群の信号を分析結果として採用する場合には、ライン同期信号３６４が２回カウントされた時点で次のライン同期信号３６４がカウントされるまで画素クロック３６５を１ライン分連続して読取クロック３６７として出力する。
【０１０６】
また、スタート信号３６３は図２７に示したサンプル３５３のスキャンを開始するたびに発生する信号である。２次元イメージセンサ３０７が１秒間に２４フレームのスキャンを行う通常の部品である場合には、４２ｍｓ（ミリ秒）ごとにスタート信号３６３が発生する。したがって、この場合には４００ｎｍから４５０ｎｍの波長を４２ｍｓで測定することができる。
【０１０７】
ところで、第２の任意波長選択フィルタ部材３１２が仮に図２８に示した２次元イメージセンサ３０７でＹ軸方向に４番目から６番目までのピクセル３５９に対応していたとする。この場合、カウンタ回路３６６はスタート信号３６３が入力されてライン同期信号３６４がたとえば５回カウントされた時点で更に次のライン同期信号３６４がカウントされるまで画素クロック３６５を１ライン分連続して読取クロック３６７として出力することになる。以下同様にしてカウンタ回路３６６は第３〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１３〜３２０にそれぞれ対応する１ラインずつの期間に読取クロック３６７を出力することになる。カウンタ回路３６６はライン同期信号３６４が何回カウントされたときに画素クロック３６５を１ライン分連続して読取クロック３６７として出力するかを表わした数値を、図示しないメモリに記憶している。
【０１０８】
ゲート回路３６８は、それぞれの読取クロック３６７に同期してＡ／Ｄ変換器３７２から出力される読取データ３７１を分析結果メモリ３７５にアドレスをカウントアップさせながら順に書き込むことになる。このようにして分析結果メモリ３７５には、４００ｎｍの波長から１１６０ｎｍの波長までの波長別の光信号の受光レベルが記録されることになる。このときの波長に対する分解能は、４００ｎｍの波長から１１６０ｎｍの波長の差分を、図２８に示した２次元イメージセンサ３０７のＸ軸方向の１辺当たりのピクセル３５９の数を１０倍した値で割ったものとなる。本実施例では、第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０を使用し、Ｘ軸方向の１辺の１０倍に波長をモニタする長さが拡大されるからである。たとえば２次元イメージセンサ３０７のＸ軸方向の１辺当たりのピクセル３５９の数が“１０００”であったとすれば、７６０ｎｍの波長範囲を数値“１００００”で割ったことになるので、各ピクセル３５９が０．０７６ｎｍの波長分解能で波長の監視等のモニタを行うことになる。
【０１０９】
分析結果メモリ３７５には同一サンプルについての複数回の分析結果を記憶することができる。分析結果メモリ３７５から出力される分析結果データは適宜波長ごとの平均を採る等の手法でデータ処理を行って、分析結果として利用されることになる。
【０１１０】
＜第３の実施例＞
【０１１１】
図３０は本発明の第３の実施例のマルチチャネルモニタを示したものである。図３０で図２７と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。このマルチチャネルモニタ３００Ａで、白色光源３５０から第３のコリメータレンズ３５７までの光学系は図２７に示したマルチチャネルモニタ３００と同一である。第３のコリメータレンズ３５７で平行光とされた広帯域光３０２は図２３に示したバンド反射ミラーの代わりに使用される回折格子３４５に入射する。そして、その回折光３０４Ａ_１〜３０４Ａ_１０が分離フィルタ４２１に入射され、そのほぼ半分が反射光４２２となり、残りが透過光４２３となる。反射光４２２の波長域は１２００ｎｍから１８００ｎｍである。反射光４２２は第１の任意波長選択フィルタ３０５_１を経て第１の２次元イメージセンサ３０７_１で受光される。第１の２次元イメージセンサ３０７_１はＩｎＧａＡｓ−ＣＣＤ受光素子で構成されており、これら１２００ｎｍから１８００ｎｍの範囲の波長別の光信号の受光レベルを検出する。
【０１１２】
これに対して透過光４２３の波長域は第２の実施例のマルチチャネルモニタ３００と同様に４００ｎｍから１１００ｎｍとなっており、これらの光は第２の任意波長選択フィルタ３０５_２を経て第２の２次元イメージセンサ３０７_２で受光される。第２の２次元イメージセンサ３０７_２は第２の実施例の２次元イメージセンサ３０７と同様にＳｉ−ＣＣＤ受光素子で構成されており、これら４００ｎｍから１１００ｎｍの範囲の波長別の光信号の受光レベルを検出する。
【０１１３】
第１および第２の２次元イメージセンサ３０７_１、３０７_２は駆動・分析部３０９Ａで駆動の制御が行われると共に、読み出されたデータ３０８_１、３０８_２の分析が行われる。この変形例のマルチチャネルモニタ３００Ａでは、分離フィルタ４２１で入射光の帯域を２つに分けて、それぞれの波長を第１の任意波長選択フィルタ３０５_１および第２の任意波長選択フィルタ３０５_２を用いて分離している。したがって、より高精度の波長の監視等のモニタが可能である。
【０１１４】
＜第４の実施例＞
【０１１５】
図３１は本発明の第４実施例としての生体検査装置の使用状態の一例を示したものである。この生体検査装置５００は、図２７に示した白色光源３５０と、一端をこの白色光源３５０に接続した第１の光ファイバ３５１と、第１の光ファイバ３５１の他端を接続した発光側の第１のプローブ５０１と、受光側の第２のプローブ５０２と、この受光側の第２のプローブ５０２を一端に接続した第２の光ファイバ３５５（図２７）と、この第２の光ファイバ３５５の他端に接続された光分析部５０３によって構成されている。第１のプローブ５０１には図２７に示した第１のコリメータレンズ３５２が内蔵されている。また、第２のプローブ５０２には同じく図２７に示した第２のコリメータレンズ３５４が内蔵されている。光分析部５０３は図２７における拡大レンズ３５６から２次元イメージセンサ３０７および駆動・分析部３０９を含んだものである。
【０１１６】
この第４の実施例の生体検査装置５００では、第１のプローブ５０１および第２のプローブ５０２は、被験者の皮膚等の検査部位５０５に接触させあるいは近接させて、第２のプローブ５０２から散乱光を収集する。そして、光分析部５０３の分析結果から内出血の様子等の皮下組織の状態５０６を検査する。図２７に示した２次元イメージセンサ３０７が２６万画素（５１２×５１２ピクセル）の場合、波長４００ｎｍから１１００ｎｍまでの帯域に対して第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０で５１２０画素の１次元アレイセンサで読み取ったと同様の読み取りができる。
【０１１７】
第４の実施例の場合、２次元イメージセンサ３０７は第１〜第１０の任意波長選択フィルタ部材３１１〜３２０の長手方向と直交する方向に画素抵抗器にかなりの余裕を持っている。したがって、たとえば任意波長選択フィルタ部材をこの例のように１０列配置する代わりに１００列配置したとすれば１列で５１２画素を担当するので、１００列では５１２００画素が波長４００ｎｍから１１００ｎｍまでの帯域の読み取りを行うことになる。これによる波長分解能は０．０１２ｎｍにも達する。このような分解能は底面積が８０ｃｍ四方で高さが４０ｃｍ程度の大きなモノクロメータ（分光器）や同様に大型の光スペクトラムアナライザでしか実現されていない。
【０１１８】
本実施例では超小型のマルチチャネルモニタを使用することで、生体検査装置５００を医院だけでなくオフィスや家庭で使用できるサイズと価格を実現している。
【０１１９】
この生体検査装置５００で第１および第２のプローブ５０１、５０２を、図示しない暗箱中に対向して配置し、その間に試験管や所定の試験紙を配置することで、尿分析等の各種検査に適用することができる。
【０１２０】
図３２は、尿分析試料の透過特性を示したものである。従来から、尿分析の際には採取した尿のサンプルに試験紙を浸し、反応した色によってグルコースやプロテイン、ｐＨあるいは血液等の分析を行っている。試験紙の反応色は図３２に示す第１〜第３の波長λ_１〜λ_３での反射率を測定することで分析している。具体的には第１の波長λ_１は５６５ｎｍであり、第２の波長λ_２は６３５ｎｍであり、第３の波長λ_３は７６０ｎｍである。これらの波長λ_１、λ_２およびλ_３の光をそれぞれ出力する発光ダイオードを使用して、これらの波長での基準となるブランクパッドの反射光５２１と試験紙の反射光５２２の反射率Ｃｍ_１、Ｃｍ_２、ＣｓおよびＴｍ_１、Ｔｍ_２、Ｔｓを測定する。第１および第２の波長λ_１、λ_２のそれぞれの反射率ｒ_１、ｒ_２は次の式（１１）または式（１２）で与えられる。
【０１２１】
ｒ_１＝（Ｔｍ_１・Ｃｓ）／（Ｔｓ・Ｃｍ_１） ……（１１）
ｒ_２＝（Ｔｍ_２・Ｃｓ）／（Ｔｓ・Ｃｍ_２） ……（１２）
【０１２２】
したがって、図３１に示した生体検査装置５００を試料検査装置として転用することで反射スペクトルを第１〜第３の波長λ_１、〜λ_３でのみならず更に多くの波長で測定することができる。これにより、尿中分析を高精度に行うことができる。
【０１２３】
次にこの生体検査装置５００を使用した血糖値の測定について説明する。図３１に示した発光側の第１のプローブ５０１と受光側の第２のプローブ５０２を指や耳たぶを挟むように配置することで血糖値の測定を簡易に行うことができる。すなわち、赤外域には、水、たんぱく質、コレステロール、グルコース等の物質の分子運動に起因する吸収波長帯が存在している。これらの吸収波長帯は、波長１４００ｎｍから１８００ｎｍの広帯域にわたっている。特に波長１５１０ｎｍと波長１７００ｎｍはたんぱく質の吸収に関連する波長であり、波長１５９０ｎｍはグルコースの吸収に関連する波長である。それぞれの物質の吸収幅は比較的広いので、どの物質がどれだけ含まれているかを高精度に測定するためには、波長１４００ｎｍから１８００ｎｍの範囲で高精度にかつ多くの波長を測定点として光分析を行う必要がある。
【０１２４】
血糖値の測定を行うには、測定結果を演算する必要がある。この第４の実施例では図３０に示した駆動・分析部３０９Ａがこの演算を行う。これについては血糖値の測定に関する従来技術と特に異なるところはないので、その詳細な説明は省略する。本実施例では多くの波長に対して測定ができることで、測定した各波長に対する測定値の信頼性の向上と、多波長を測定するにもかかわらず短時間のデータ収集が可能であり、測定結果としての精度を十分向上させることができる。
【０１２５】
この意味で、図３０で示したマルチチャネルモニタ３００Ａを使用した生体検査装置は有益である。もちろん、他の実施例で説明したマルチチャネルモニタを用いても血糖値の測定を従来に比して高精度かつ短時間に測定することができる。また、図３０で示したマルチチャネルモニタ３００Ａを使用した生体検査装置は血糖値に限らず、尿分析等の他の測定分野にも適用することができる。
【０１２６】
＜第４の実施例の第１の変形例＞
【０１２７】
第４の実施例の生体検査装置５００は、その光分析部５０３に図２７に示した任意波長選択フィルタ３０５と２次元イメージセンサ３０７を使用することにした。しかしながら、尿中分析等の分析を従来と同様に数箇所の波長に対して行う場合には、生体検査装置あるいはマルチチャネルモニタの構成を簡略化することができる。
【０１２８】
図３３および図３４は、本発明の第４の実施例の第１の変形例として簡略化された生体検査装置あるいはマルチチャネルモニタ（以下単にマルチチャネルモニタと称する。）の要部を示すものである。このマルチチャネルモニタの任意波長選択フィルタ５２１は固定フィルタ素子５２２〜５２５を縦横２個ずつとなるように平面上に配置したものである。任意波長選択フィルタ５２１と対向配置された２次元受光部５３１は、固定フィルタ素子５２２〜５２５にそれぞれ１対１に対応したフォトダイオード５３２〜５３５を同様にマトリックス状に配置した構成となっている（ただし、図３３ではフォトダイオード５３３は隠れておりそ図に符号を付していない）。ここで、固定フィルタ素子５２２〜５２５はそれぞれ割り当てられた固有の波長のみを透過するフィルタとして構成されている。
【０１２９】
この変形例のマルチチャネルモニタでは、図３４に示すように試料を経た光ビーム５４１が固定フィルタ素子５２２〜５２５の全域をカバーするような形で均一に照射される。これにより、４波長の透過結果を即座に検出し分析に利用することができる。なお、任意波長選択フィルタ５２１を構成する固定フィルタ素子５２２〜５２５にウイング状の透過帯域（ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２）が存在する恐れがないような場合には、図２７に示したバンド反射ミラー３０１等のバンドパスフィルタを装置内に設けることを省略することが可能である。
【０１３０】
＜第４の実施例の第２の変形例＞
【０１３１】
図３５および図３６は、本発明の第４の実施例の第２の変形例として簡略化されたマルチチャネルモニタの要部を示すものである。この装置の任意波長選択フィルタ５５１は図１に示した第１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５と同様の任意波長選択フィルタ部材１つで構成されている。したがって、図２に示した１〜第５の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５を張り合わせた任意波長選択フィルタ２１１と仮に同一波長帯を確保するものとすると、任意波長選択フィルタ５５１の長さが同一の場合、第１の誘電体薄膜２２２と第２の誘電体薄膜２２３の膜厚の勾配は急になる。ただし、分析の対象となる波長域が比較的狭い範囲でよい場合には、第１の実施例の任意波長選択フィルタ部材２０１〜２０５のうちの必要なものを１つ選択して使用することも可能である。
【０１３２】
光ビーム５５２は図３６に示すように任意波長選択フィルタ５５１の全域をカバーするように照射される。任意波長選択フィルタ５５１を透過した光はその背後に対向配置された１次元イメージセンサ（１次元アレイセンサ）５５３に入射するようになっている。すでに説明したウイング状の透過帯域（ウイング域Ｗ_１、Ｗ_２）が問題になる場合には、光ビーム５５２がこれらの領域の光成分をカットしたものになっていてもよい。この第２の変形例のマルチチャネルモニタでも、１次元イメージセンサ５５３として画素（ピクセル）の多いものを使用すれば、短時間で高精度の測定が可能である。また、１次元イメージセンサ５５３は２次元イメージセンサと同様に多くの汎用品が存在し、これらは高品質のものが安価に提供されている。しかも１次元イメージセンサ５５３の方が２次元イメージセンサよりも一般には小型であり安価である。したがって、装置が更に小型化され、安価となる。このため、生体や各種産業用の波長の監視等のモニタのために広く使用することができる。
【０１３３】
なお、以上説明した各実施例および変形例では誘電体膜を形成する基板にショット（ＳＣＨＯＴＴ）社の商品名「ＢＫ７」のガラス基板（屈折率１．５）を使用したが、これに限られるものではない。基板としては使用波長域で透明な広範囲の材料を使用可能である。たとえば光学結晶、光学ガラス、石英、透明プラスチック、ポリマ材が使用可能である。
【０１３４】
誘電体多層膜バンドパスフィルタを構成する光学膜膜材料については、適用波長域で透明で、屈折率が１．２３〜５．６７までの一般に知られている各種の材料の中から選択することができる。一例を挙げると次のようになる。フッ化カルシウムＣａＦ_２（屈折率１．２３）、フッ化マグネシウムＭｇＦ_２（屈折率１．３８）、二酸化シリコンＳｉＯ_２（屈折率１．４６）、酸化マグネシウムＭｇＯ（屈折率１．８０）、五酸化タンタルＴａ_２Ｏ_５（屈折率２．１５）、五酸化ニオブＮｂ_２Ｏ_５（屈折率２．２４）、二酸化チタンＴｉＯ_２（屈折率２．４５）、セレン化亜鉛ＺｎＳｅ（屈折率２．４０）、テルル化鉛ＰｂＴｅ（屈折率５．６７）、窒化アルミニウムＡｌＮ（屈折率１．９４）、窒化シリコンＳｉ_３Ｎ_４（屈折率１．９５）、シリコンＳｉ（屈折率３．４）、ゲルマニウムＧｅ（屈折率４．０）。
【０１３５】
これらの光学薄膜は、電子ビーム蒸着法、イオンアシスト蒸着法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、化学気相蒸着（ＣＶＣ）法、ディップコーティング法等の従来から用いられている方法を使用して基板上に形成することができる。
【０１３６】
また、フィルタを構成する多層膜の設計については、市販されている各種の膜設計のソフトウェアを使用することができる。たとえばＴＦＣａｌｃ（ＳｏｆｔｗａｒｅＳｐｅｃｔｒａ，Ｉｎｃ．）、ＥｓｓｅｎｔｉａｌＭａｃｌｏａｄ（Ｔｈｉｎ−ＦｉｌｍＣｅｎｔｅｒ，Ｉｎｃ．）は光通信をはじめ光エレクトロニクス関係の業務一般に使用されている。
【０１３７】
更に実施例では基板上に誘電体多層膜を形成した任意波長選択フィルタ部材を短冊状に切断したもの同士の側面を接着あるいは他の手法で固定して任意波長選択フィルタを構成したが、同一の基板上にそれぞれ選択する波長の範囲が異なる複数の誘電体多層膜を直接形成したり、薄膜状の誘電体多層膜を支持基板上に何らかの手法で固定して任意波長選択フィルタとしてもよい。また、任意波長選択フィルタを構成する任意波長選択フィルタ部材は必ずしも短冊状である必要はないことは当然である。
【０１３８】
更に実施例ではマルチチャネルモニタの応用製品として生体検査装置を例に挙げたが、医療用だけでなく、工業用あるいは環境保全の調査用等の多くの分野で簡易かつ高品質の製品として活用を図ることができることはいうまでもない。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明の任意波長選択フィルタによれば、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置したので、１つの受光面を形成する任意波長選択フィルタが比較的広範囲の波長の光成分を受光面で２次元的に分離することになり、任意波長選択フィルタの小型化が可能になる。また、２次元イメージセンサ等の２次元受光手段を使用して波長の監視等のモニタを安価に行うことができる。更に、任意波長選択フィルタ部材はたとえば誘電体多層膜フィルタとして形成することができ、設計や製造が容易である。また誘電体膜自体は昨今の光通信用フィルタとして広く使用されておりその環境に対する信頼性の高さが実証されている。
【０１４０】
また、請求項２記載の発明によれば、１つの受光面を形成する任意波長選択フィルタが比較的広範囲の波長の光成分を２次元的に分離することになり、任意波長選択フィルタの小型化が可能になる。また、２次元イメージセンサ等の２次元受光手段を使用して波長の監視等のモニタを安価に行うことができる。更に１枚の支持基板上に複数の任意波長選択フィルタ部材を配置して任意波長選択フィルタを構成しているので、機械的な衝撃に対して安定する。また、任意波長選択フィルタ部材はたとえば誘電体多層膜フィルタとして形成することができ、設計や製造が容易である。また誘電体膜自体は昨今の光通信用フィルタとして広く使用されておりその環境に対する信頼性の高さが実証されている。
【０１４１】
更に請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるだけでなく光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を２次元受光手段で処理するので、受光手段もコンパクトで安価なものを使用することができ、しかも迅速な信号処理を行うことができる。更に、任意波長選択フィルタ部材はたとえば誘電体多層膜フィルタとして形成することができ、設計や製造が容易である。また誘電体膜自体は昨今の光通信用フィルタとして広く使用されておりその環境に対する信頼性の高さが実証されている。
【０１４２】
また請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果を得ることができるだけでなく光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を２次元受光手段で処理するので、受光手段もコンパクトで安価なものを使用することができ、しかも迅速な信号処理を行うことができる。
【０１４３】
更に請求項５記載の発明によれば、任意波長選択フィルタが１つの任意波長選択フィルタ部材によって構成されていることを特徴としている。したがって、光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する際にも１次元受光手段を用いることができ、波長の監視等のモニタを安価かつ高速に行うことができる。
【０１４４】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項３記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしているので、生体検査装置を小型かつ安価に製造することができ、パーソナルユースを含めた装置として普及させることができる。
【０１４５】
更に請求項７記載の発明によれば、請求項４記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしているので、生体検査装置を小型かつ安価に製造することができ、パーソナルユースを含めた装置として普及させることができる。
【０１４６】
また請求項８記載の発明によれば、請求項５記載のマルチチャネルモニタを使用し、その結果を演算手段で演算することで血糖値のように生体における特定の物質の存在する値を演算するようにしているので、生体検査装置を小型かつ安価に製造することができ、パーソナルユースを含めた装置として普及させることができる。
【０１４７】
更に請求項９記載の発明によれば、２次元受光手段として２次元イメージセンサを使用するので、汎用品によるコストダウンを図ることができる。また、画素（ピクセル）の数が多いものを使用すれば分解能を十分高めることができる。
【０１４８】
また、請求項１０記載の発明によれば、任意波長選択フィルタが本来透過すべき波長域以外の波長域を透過させるような特性があるときは、バンドパスフィルタを光源と任意波長選択フィルタの間に使用して、不要な光がモニタされないようにしているので、任意波長選択フィルタのコストダウンだけでなく、マルチチャネルモニタの品質の向上も図ることができる。
【０１４９】
更に請求項１１記載の発明によれば、バンドパスフィルタとしてバンド反射ミラーを使用するので、高精度に不要な波長成分をカットすることができる。また、回折格子と比較すると透過率がたとえば９０パーセント以上と高く、回折効率が５０パーセント程度であるのと比較すると、光源の小型化が可能である。更に、バンド反射ミラー（ノッチフィルタ）はたとえば誘電体多層膜フィルタとして形成することができ、設計や製造が容易である。また誘電体膜自体は昨今の光通信用フィルタとして広く使用されておりその環境に対する信頼性の高さが実証されている。
【０１５０】
また、請求項１２記載の発明によれば、バンドパスフィルタとして回折格子とこの回折光を所定の波長範囲のみ通過させる開口部材を使用するので、バンド反射ミラーに比してコストダウンを一層図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の任意波長選択フィルタを構成するそれぞれの任意波長選択フィルタ部材を示した斜視図である。
【図２】組み立て後の第１の実施例の任意波長選択フィルタを示す斜視図である。
【図３】本実施例で使用される任意波長選択フィルタ部材の原理的な構成を示した断面図である。
【図４】任意波長選択フィルタ部材の膜構造を示した要部断面図である。
【図５】式（５）で与えられるバンドパスフィルタを相対波数で表わしたフィルタ透過特性図である。
【図６】ＺｎＯとＳｉＯ_２を２種類の誘電体薄膜として使用した場合のバンド反射ミラーの反射特性を示した特性図である。
【図７】図６に示したバンド反射ミラーの最適化処理後の反射特性を示した特性図である。
【図８】任意波長選択フィルタ部材にバンド反射ミラーを使用した場合の光検出器の検出感度を示した説明図である。
【図９】第１の実施例における任意波長選択フィルタ部材の製造装置の概略構成図である。
【図１０】膜構造の光学モニタチャートの一例を示した特性図である。
【図１１】本発明の第２の実施例におけるマルチチャネルモニタを示した概略構成図である。
【図１２】第２の実施例で任意波長選択フィルタと２次元イメージセンサの配置関係を表わした配置説明図である。
【図１３】第２の実施例で第１の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１４】第２の実施例で第２の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１５】第２の実施例で第３の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１６】第２の実施例で第４の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１７】第２の実施例で第５の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１８】第２の実施例で第６の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図１９】第２の実施例で第７の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図２０】第２の実施例で第８の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図２１】第２の実施例で第９の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図２２】第２の実施例で第１０の任意波長選択フィルタ部材の波長可変特性を示した特性図である。
【図２３】第２の実施例でバンド反射ミラーと入射光および反射光の関係を表わした説明図である。
【図２４】第２の実施例でバンド反射ミラーとこれに入射する広帯域光の位置関係を示した説明図である。
【図２５】第２の実施例の１つの変形として回折格子と入射光および回折光の関係を表わした説明図である。
【図２６】回折格子とこれに入射する広帯域光のビーム径の位置関係を表わした説明図である。
【図２７】図１１に示したマルチチャネルモニタをより具体的に表わした概略構成図である。
【図２８】第２の実施例の２次元イメージセンサの一部を表わした平面図である。
【図２９】第２の実施例の駆動・分析部の概要を示したブロック図である。
【図３０】本発明の第３の実施例のマルチチャネルモニタの概略構成図である。
【図３１】本発明の第４の実施例の生体検査装置の使用状態を示す説明図である。
【図３２】尿分析試料の透過特性を示す特性図である。
【図３３】本発明の第４の実施例の第１の変形例におけるマルチチャネルモニタの要部斜視図である。
【図３４】この第１の変形例における光ビームと固定フィルタ素子の位置関係を示す説明図である。
【図３５】本発明の第４の実施例の第２の変形例におけるマルチチャネルモニタの要部斜視図である。
【図３６】この第２の変形例における光ビームと固定フィルタ素子の位置関係を示す説明図である。
【図３７】従来提案された血糖値測定装置の概要を示したブロック図である。
【図３８】この提案による波長と吸光度との関係を示す特性図である。
【図３９】従来のマルチチャネルアナライザの第１の例を示した概略構成図である。
【図４０】第１の例における光の各波長の透過率と回転角の関係を示した特性図である。
【図４１】従来のマルチチャネルアナライザの第２の例を示した概略構成図である。
【図４２】従来のマルチチャネルアナライザの第３の例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
２０１〜２０５任意波長選択フィルタ部材
２１１、３０５、５２１、５５１任意波長選択フィルタ
２２１基板
２２２第１の誘電体薄膜
２２３第２の誘電体薄膜
２６１真空チャンバ
２６２、２６３蒸着源
２６９モニタガラス
３００マルチチャネルモニタ
３０１バンド反射ミラー
３０２広帯域光
３０４反射光
３０６光
３０７２次元イメージセンサ
３０８データ
３４５回折格子
３４６開口部材
３５０白色光源
３５２第１のコリメータレンズ
３５３サンプル
３５４第２のコリメータレンズ
５０１第１のプローブ
５０２第２のプローブ
５０３光分析部
５０５検査部位
５２２、５２３、５２４、５２５固定フィルタ素子
５３１２次元受光部
５３２、５３３、５３４、５３５フォトダイオード
５５３１次元イメージセンサ（１次元アレイセンサ）

Claims

それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置したことを特徴とする任意波長選択フィルタ。
１枚の支持基板と、
この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材
とを具備することを特徴とする任意波長選択フィルタ。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、
この光源の出力する光を入射し、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材を同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置してなる任意波長選択フィルタと、
前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段
とを具備することを特徴とするマルチチャネルモニタ。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、
１枚の支持基板と、この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、前記光源の出力する光を入射してそれぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材とを備えた任意波長選択フィルタと、
前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段
とを具備することを特徴とするマルチチャネルモニタ。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、
この光源の出力する光を入射し、所定の波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる任意波長選択フィルタと、
この任意波長選択フィルタの波長が変化する方向に複数の受光素子を一列に配置し、前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する１次元受光手段
とを具備することを特徴とするマルチチャネルモニタ。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、この光源の出力する光を入射し、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタを同一受光面のそれぞれ異なった領域を担当するように配置した任意波長選択フィルタと、前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する受光素子が２次元的に配置された２次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、
このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段
とを具備することを特徴とする生体検査装置。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、１枚の支持基板と、この支持基板上の互いに異なった位置に配置され、それぞれ異なった波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる複数の任意波長選択フィルタ部材とを備えた任意波長選択フィルタと、前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する２次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、
このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段
とを具備することを特徴とする生体検査装置。
白色光源等の所定範囲の波長の光を出力する光源と、この光源の出力する光を入射し、所定の波長域で位置に応じて波長を連続して変化させる任意波長選択フィルタと、この任意波長選択フィルタの波長が変化する方向に複数の受光素子を一列に配置し、前記光源から発せられ任意波長選択フィルタを透過した光を受光する１次元受光手段とを備えたマルチチャネルモニタと、
このマルチチャネルモニタの波長ごとの受光結果を演算して生体における特定の物質の存在する値を算出する演算手段
とを具備することを特徴とする生体検査装置。
前記２次元受光手段は２次元イメージセンサであることを特徴とする請求項３または請求項４記載のマルチチャネルモニタ。
前記光源と任意波長選択フィルタの間に配置され、前記任意波長選択フィルタ部材の本来透過すべき波長域以外の波長域の透過を阻止するバンドパスフィルタを具備することを特徴とする請求項３または請求項４記載のマルチチャネルモニタ。
前記バンドパスフィルタはバンド反射ミラーによって構成されていることを特徴とする請求項１０記載のマルチチャネルモニタ。
前記バンドパスフィルタは回折格子とこの回折光を所定の波長範囲のみ通過させる開口部材とによって構成されていることを特徴とする請求項１０記載のマルチチャネルモニタ。