JP2009192284A - 分光ユニット、分光分析装置及び波長分割多重伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 必要な波長の光を取り出すことができる小型化された分光ユニットを提供する。
【解決手段】 分光ユニット（３０）は、光学素子（ＣＬ）の光軸外の領域の光線を入射させるスリット（ＳＬ１）を有する遮光部（３４）と、スリット（ＳＬ１）を通過し光学素子（ＣＬ）で屈折した光線を入射させる開口（ＡＰ１）を有する開口遮蔽部（３５）と、開口（ＡＰ１）を通過した光線を受光する受光部（ＳＳ）と、光学素子（ＣＬ）及び遮光部（３４）と開口遮蔽部（３５）及び受光部（ＳＳ）とを相対的に移動させる駆動部（２４）と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光の波長に基づいて分光する分析ユニットに関し、より詳細には、簡易な構造の分光ユニット並びにこれを用いた分光分析装置及び波長分割多重伝送システムに関する。

各種装置、システム等に分光機能を付加するための手段としては、まずグレーティング又は分散プリズムとＣＣＤ検出器とから構成したものがあり、これらの分光器では高速で簡単に分光スペクトルを得ることができる。また、蛍光等の微弱光を高感度で検出する場合には、目的波長のみを通過させる複数のフィルターとＰＭＴ（光電子増倍管）を検出器とした構成したものも使用されている。

更に、これらの構成を用いずに簡単に分光機能を付加する装置として、特許文献１では、試料からの光を色収差レンズにより収束すると共に、収束された光が通過するように配置したピンホールを、波長に応じて色収差レンズの光軸に沿って移動させる構成とし、ピンホールからの透過光を光検出器により検出するように構成したものが提案されている。その中でも、同軸落射照明方式を採用する蛍光分光分析装置においては、励起光と蛍光とが同光軸上にあるため、検出対象が発する蛍光以外の光、たとえば反射光や散乱光などの影響を排除する必要があり、検出対象の波長の光線のみを取り出すために回析格子分光器やプリズム分光器、あるいは干渉フィルターなどを用いることが必要である。

一方、ブロードバンドインターネットサービスを享受できる環境が整備され通信需要の増大に対応するため、バックボーンネットワークでは、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing:）技術を用いた超大容量光通信システムが用いられている。特許文献２に開示される波長多重光は、回折格子等により波長に応じて異なる角度方向に分離された後、各波長の光がレンズにより異なる位置に集光される。各波長チャネルの集光位置には、チャネル数に対応した複数個のＭＥＭＳミラーを備えたデジタルミラーデバイスが配置されており、それで各波長チャネルは、対応するＭＥＭＳミラーでそれぞれ反射され目的の出力ポートにそれぞれ導かれる。
特開２００７−２７１５２８号公報 米国特許第６５４９６９９号明細書

しかしながら、特許文献１のような分光機能を付加する装置は、回析格子分光器やプリズム分光器を用いているため装置の大型化が避けられないという問題があり、また、干渉フィルターを用いた装置においても、測定波長が変更されるたびに複数の干渉フィルターを切り換えなければならず、またその測定可能な波長も固定的であるという問題があった。

また、特許文献２の光通信システムのように、ＭＥＭＳミラーで各波長チャネルに反射させることは、複数の出力ファイバーにそれぞれ対応させて個別に光タップを設けることが必要になるため、光部品点数の増大によるモジュールサイズの大型化およびコストアップが問題となる。

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、より小型化され簡易化された分光ユニット、これを用いた分光分析装置及び波長分割多重伝送システムを提供することを目的とする。

第１の観点の光学素子を使った分光ユニットは、高分散性を有する屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させるスリットを有する遮光部と、スリットを通過し屈折光学素子で屈折した光線を入射させる開口を有する開口遮蔽部と、開口を通過した光線を受光する受光部と、屈折光学素子及び遮光部と開口遮蔽部及び受光部とを相対的に移動させる駆動部と、を備える。
この構成によれば、屈折光学素子及び遮光部と開口遮蔽部及び受光部とを相対的に移動させることにより広範囲な波長を含む光を狭い範囲の波長領域の光に分光することができる。屈折光学素子及び遮光部は簡易な構造であり、また開口遮蔽部及び受光部も簡易な構造であるため、小型化した分光ユニットを提供することができる。

第２の観点の分光ユニットは、高分散性を有する屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、第１スリットを通過し屈折光学素子で屈折した光線が入射するとともに、入射した光線を反射させる反射部と、屈折光学素子及び第１遮光部と反射部とを相対的に移動させる駆動部と、を備える。
この構成によれば、屈折光学素子及び第１遮光部と反射部とを相対的に移動させることで広範囲な波長を含む光を狭い範囲の波長領域の光に分光することができる。第１遮光部と反射部は簡易な構造であるため、小型化した分光ユニットを提供することができる。

第３の観点の分光分析装置は、照明光を照射することにより分析対象からの光線を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させるスリットを有する遮光部と、スリットを通過し屈折光学素子で屈折した光線を入射させる開口を有する開口遮蔽部と、開口を通過した光線を受光する受光部と、屈折光学素子及び遮光部と開口遮蔽部及び受光部とを相対的に移動させる駆動部と、を備える。
この構成によれば、屈折光学素子及び遮光部と開口遮蔽部及び受光部とを相対的に移動させることで、分析対象からの光線を簡易な構造で複数の波長領域の光に分光することができる。

第４の観点の分光分析装置は、照明光を照射することにより分析対象からの光線を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、第１スリットを通過し光学素子で屈折した光線が入射するとともに、入射した光線を反射させる反射部と、反射部からの光線を受光する受光部と、屈折光学素子、第１遮光部及び受光部と反射部とを相対的に移動させる駆動部と、を備える。
この構成によれば、屈折光学素子、第１遮光部及び受光部と反射部とを相対的に移動させることで、分析対象からの光線を簡易な構造で複数の波長領域の光に分光することができる。

第５の観点は、波長多重光を波長成分毎に伝送路を切り替えて通信を行う波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing: ＷＤＭ）伝送システムである。波長多重光を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、この屈折光学素子の光軸外の領域の波長多重光を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、第１スリットを通過し屈折光学素子で屈折した波長多重光が入射するとともに、入射した波長多重光を反射させる反射部と、波長成分毎に伝送路を切り替えるため、屈折光学素子及び第１遮光部と反射部とを相対的に移動させる駆動部と、を備える。
この構成によれば、屈折光学素子及び第１遮光部と反射部とを相対的に移動させることで、波長多重光から必要な波長成分ごとに切り替えることができる。屈折光学素子及び第１遮光部は簡易な構造でありまた反射部も簡易な構造であるため、小型化した伝送システムを提供することができる。

上述したように、小型化された分光ユニットで必要な波長の光を取り出すことができ、これを用いた分光分析装置で蛍光分析したり、波長分割多重伝送システムで任意の波長チャネルを選択したりすることができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明する。
図１は、第１実施形態の蛍光分光分析装置１００の概略図を示す。

第１実施形態の蛍光分光分析装置１００は、筐体１１によって外部からの光が遮断された空間内に、励起光発生部１０、ビームスプリッター１２及び第１分光ユニット３０を含んで構成されている。
励起光発生部１０は、励起光を平行光線として照射するものであり、励起光発生部１０が照射する励起光は、ビームスプリッター１２を経て対物レンズ１６に入射するように構成されている。励起光発生部１０は、キセノンランプ等を光源とする平行光線を形成する周知の光学系から構成することもでき、レーザー装置とビームエキスパンダによって構成することもできる。

ビームスプリッター１２は、光束を二つに分割するものであり、入射した光の一部を反射し、一部を透過させる機能を備えている。ビームスプリッター１２に導入された励起光の一部は、ビームスプリッター１２によって光路を変えられ、対物レンズ１６に入射する。対物レンズ１６に入射した平行光線は、対物レンズ１６を透過して該レンズの焦点に収束する。対物レンズ１６の焦点面にサンプルＳＡが配置されている。したがって、対物レンズ１６によって収束された励起光は、サンプルＳＡの極小領域を照射することができる。なお、照射光学系は、サンプルＳＡの極小領域について励起光を照射しうる構成であればよく、たとえば、サンプルにレーザー光を直接スポット照射することもでき、また、励起光をサンプルに対して裏側又は斜め方向から照射することもできる。

励起光によって照射されたサンプルＳＡは蛍光を発し、発せられた蛍光は対物レンズ１６を透過した後、再び平行光線となってビームスプリッター１２に入射し、その一部は透過して第１分光ユニット３０に入射する。第１分光ユニット３０に入射した蛍光は、その後開口遮蔽部３５に形成された第１スリット開口ＡＰ１を通過し光検出器ＳＳに収束することになる。光検出器ＳＳは、微弱な蛍光を検出することができるよう、光電子増倍管等の高感度の検知器を含んで構成され、蛍光は光検出器ＳＳの光電子増倍管によって増幅されて検出される。

光検出器ＳＳからの信号出力はコンピュータ２０に送信され、コンピュータ２０は蛍光の画像をモニタに表示させる。また、コンピュータ２０は第１分光ユニット３０を駆動させる。

＜＜実施例１＞＞
図２は、実施例１の第１分光ユニット３０の概念図であり、（ａ）は第１分光ユニット３０の断面図で（ｂ）は第１分光ユニット３０の斜視図である。第１分光ユニット３０は大きく分けて第１スリット可動部３８と第１開口可動部３９とから構成される。

第１スリット可動部３８内の第１光軸遮光部３４は、光軸ＯＡを通る光線が光検出器ＳＳ例えば一次元ラインセンサに到達することを阻止する遮蔽物として機能するものである。図２（ｂ）に示すように、第１光軸遮光部３４は、シリンドリカルレンズＣＬの軸ＣＬＡの方向に伸びるスリット孔ＳＬ１を２箇所に有している。例えば第１光軸遮光部３４は、直線状のスリット孔ＳＬの領域を除いて平板ガラスにクロム蒸着物質を蒸着して形成したり、直線状のスリット孔ＳＬ１を開けた黒く塗装した金属板を使用したりすることができる。

第１スリット可動部３８内のシリンドリカルレンズＣＬは、光の色、すなわち光の波長による屈折率差の大きいレンズであり、たとえば、５０ｎｍの波長の差がある２種の光線が透過した際、それぞれの光線を光軸上において０．５ｍｍ以上の距離をもって離間した位置に収束させることが可能なシリンドリカルレンズであることが好ましい。具体的にはシリンドリカルレンズＣＬのアッベ数は２５以下であることが好ましい。

図２では第１光軸遮光部３４とシリンドリカルレンズＣＬとが別個に描かれているがシリンドリカルレンズＣＬの平面側に、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いてクロム蒸着物質を蒸着して構成することもできる。第１光軸遮光部３４は光軸ＯＡを通る光線を遮蔽しているため光検出器ＳＳに入射する光量を少なくするが、シリンドリカルレンズＣＬと直線状のスリット孔ＳＬ１とを用いることで、同じ波長の光線が光検出器ＳＳ、例えば一次元に並んだ光電子増倍管などに入射する量をできるだけ多くしている。

図２（ａ）に示すように、第１光軸遮光部３４を通過してシリンドリカルレンズＣＬに入射した平行光線は、シリンドリカルレンズＣＬにより屈折して第１開口可動部３９に入射する。図２（ｂ）に示すように、第１開口可動部３９内の開口遮蔽部３５は、直線状のスリットＳＬ１と長手方向が同じ長さで幅が狭くなった第１スリット開口ＡＰ１を光軸ＯＡ上に有している。開口遮蔽部３５も、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いて平板ガラスにクロム蒸着物質を蒸着して形成したり、スリット孔ＳＬ１を開けた黒く塗装した金属板を使用したりすることができる。第１開口可動部３９内の光検出器ＳＳは、光検出器ＳＳの受光面に第１開口ＡＰ１を設けることで開口遮蔽部３５と一体にしても良い。

第１スリット可動部３８及び第１開口可動部３９は、ユニット制御部２２及びユニット駆動部２４によって光軸ＯＡ方向に相対的に移動可能である。操作者がキーボードなどから入力する入力信号に基づいて、コンピュータ２０がユニット制御部２２に制御信号を送ることによって、第１スリット可動部３８又は第１開口可動部３９の少なくとも一方が移動する。

図３は、第１分光ユニット３０における軸上色収差による分光を説明する図である。
第１光軸遮光部３４を透過して入射した蛍光ＦＳのうち、上段に示すように青色光のような短波長の蛍光ＦＳ１がシリンドリカルレンズＣＬを透過した場合、蛍光ＦＳ１は、赤色光のような長波長の蛍光ＦＳ２より大きく屈折するため、長波長の焦点Ｆ２よりもシリンドリカルレンズＣＬ側寄りの光軸ＯＡ上の焦点Ｆ１に集光する。一方、赤色光のような長波長の蛍光ＦＳ１は、下段に示すようにシリンドリカルレンズＣＬを透過して光軸ＯＡ上の焦点Ｆ２に集光する。すなわち、シリンドリカルレンズＣＬにおいては、距離ΔＦの軸上色収差が生じている。

蛍光分光分析装置１００において、短波長の蛍光ＦＳ１を観測する場合は、図３の上段に示すように、開口遮蔽部３５に形成された第１スリット開口ＡＰ１を焦点Ｆ１の位置に合わせることによって蛍光ＦＳ１を光検出器ＳＳに導くことができる。この際、迷光をはじめとする蛍光ＦＳ１以外の光のほとんどは開口遮蔽部３５の壁面によって、吸収、反射されて光検出器ＳＳへの進入を阻止される。一方、長波長の蛍光ＦＳ２を観測する場合は、開口遮蔽部３５に形成された第１スリット開口ＡＰ１を焦点Ｆ２の位置に合わせることによって蛍光ＦＳ２を光検出器ＳＳに導くことができる。

開口遮蔽部３５に形成される第１スリット開口ＡＰ１の大きさは、シリンドリカルレンズＣＬの球面収差に関連して光量損失が小さくなるように設計することが好ましい。ピンポールＰＨの大きさをなるべく小さく設計し得るように、シリンドリカルレンズＣＬの球面収差が小さくなるように設計することが、Ｓ／Ｎ比の向上のために好ましい。
このような簡易な構造で蛍光ＦＳを分光することができるため、小型化しやすい。

＜＜実施例２＞＞
図４は、実施例２の第２分光ユニット１３０の概念図であり、（ａ）は第２分光ユニット１３０の断面図で（ｂ）は第２分光ユニット１３０の斜視図である。第２分光ユニット１３０は大きく分けて第２スリット可動部１３８と第１開口可動部３９とから構成される。

第１分光ユニット３０の第１スリット可動部３８と異なり、第２分光ユニット１３０の第２スリット可動部１３８は、円環形状のスリットＳＬ２を有する第２光軸遮光部１３４と円形形状の高分散のレンズＬＥＮとから構成される。円環形状のスリットＳＬ２は光軸ＯＡに関して形成されており、同じ波長の光線は高分散のレンズＬＥＮによって同一焦点を結ぶ。つまり、第２光軸遮光部１３４を透過して入射した蛍光ＦＳのうち、同じ波長の蛍光ＦＳが高分散のレンズＬＥＮを透過した場合、蛍光ＦＳは光軸ＯＡ上の焦点に集光する。図４（ｂ）に示すように、第１開口可動部３９内の開口遮蔽部３５は、光軸ＯＡ上に円形のピンホールＰＨを有している。

第１スリット可動部３８の直線状のスリット孔ＳＬ１の開口面積と比べ、円環形状のスリットＳＬ２の開口面積は大きくしやすい。つまり、スリット幅Ｗが同じであれば円環形状のスリットＳＬ２の開口面積が大きくなるため、光検出器ＳＳに入射する光量を増やすことができる。

円環形状のスリットＳＬ２であるため、円形形状の高分散のレンズＬＥＮで蛍光ＦＳを集光する。高分散レンズＬＥＮ、すなわち光の波長による屈折率差の大きいレンズであり、軸上色収差が大きいため、第２スリット可動部１３８と第１開口可動部３９との距離を変えることで、波長ごとの分光を行うことができる。このような簡易な構造で蛍光ＦＳを分光することができるため、小型化しやすい。なお、実施例１と同様に、ユニット制御部２２及びユニット駆動部２４によって、第２スリット可動部１３８又は第１開口可動部３９の少なくとも一方が移動する。

＜＜実施例３＞＞
図５は、実施例３の第３分光ユニット２３０の概念図であり、（ａ）は第３分光ユニット１３０の断面図で（ｂ）は第３分光ユニット２３０の斜視図である。第３分光ユニット２３０は大きく分けて第３スリット可動部２３８と第１開口可動部３９とから構成される。

第１分光ユニット３０の第１スリット可動部３８と異なり、第３分光ユニット２３０の第３スリット可動部２３８は、高分散のプリズムＰＲとから構成される。同じ波長の光線は高分散のプリズムＰＲによって同一方向に屈折する。つまり、第１光軸遮光部３４を透過して入射した蛍光ＦＳのうち、同じ波長の蛍光ＦＳが高分散のプリズムＰＲを透過した場合、蛍光ＦＳは同一方向に屈折する。

プリズムＰＲは、シリンドリカルレンズＣＬのように集光しないため蛍光ＦＳが光検出器ＳＳに入る光量が少なくなるが、第３スリット可動部２３８と第１開口可動部３９との距離を変えることで、波長ごとの分光を行うことができる。なお、プリズムＰＲは集光能力がないので開口遮蔽部３５に形成された第２スリット開口ＡＰ２は直線状のスリットＳＬ１と長手方向が同じ長さで幅も同じ形状である。

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態の第２蛍光分光分析装置１１０の概略図を示す。第１実施形態の蛍光分光分析装置１００と同じ部材には同じ符号を付す。

第２実施形態の蛍光分光分析装置１１０は、筐体１１によって外部からの光が遮断された空間内に、励起光発生部１０、ビームスプリッター１２及び第４分光ユニット３３０を含んで構成されている。

サンプルＳＡからの蛍光ＦＳは第４分光ユニット３３０に入射する。第４分光ユニット３３０に入射した蛍光は、その後開口遮蔽部３５に形成された第１スリット開口ＡＰ１を通過し、そこで反射鏡ＭＲ１で反射されて光検出器ＳＳに収束することになる。コンピュータ２０は第４分光ユニット３３０を駆動させる。

＜＜実施例４＞＞
図７（ａ）は、実施例４の第４分光ユニット３３０の概念的な断面図である。第４分光ユニット３３０は大きく分けて第３スリット可動部２３８と第２開口可動部１３９とから構成される。

第３スリット可動部２３８内の第１光軸遮光部３４Ｄは、光軸ＯＡを通る光線が光検出器ＳＳに到達することを阻止する遮蔽物として機能するものである。図７（ａ）において第１遮光体３４Ｄはビームスプリッター１２側からの蛍光ＦＳを通す直線状のスリットＳＬ１と反射鏡ＭＲ１で反射された蛍光ＦＳを通す直線状のスリットＳＬ１とを別々な金属板に形成している。

第３スリット可動部２３８内には、第１スリット可動部３８と同様に、アッベ数が２５以下のシリンドリカルレンズＣＬを配置している。また、第３スリット可動部２３８内には光検出器ＳＳが設けられている。

図７（ａ）に示すように、第１光軸遮光部３４Ｄを通過してシリンドリカルレンズＣＬに入射した平行光線は、シリンドリカルレンズＣＬにより屈折して第２開口可動部１３９に入射する。第２開口可動部１３９内には開口遮蔽部３５と反射鏡ＭＲ１とが配置されている。また、第３スリット可動部２３８及び第２開口可動部１３９は、ユニット制御部２２及びユニット駆動部２４によって光軸ＯＡ方向に相対的に移動可能である。

図７（ａ）において、青色光のような短波長の蛍光ＦＳ１がシリンドリカルレンズＣＬを透過した場合、蛍光ＦＳ１は、赤色光のような長波長の蛍光ＦＳ２より大きく屈折するため、長波長の焦点Ｆ２よりもシリンドリカルレンズＣＬ側寄りの光軸ＯＡ上に集光する。このため短波長の蛍光ＦＳ１は反射鏡ＭＲ１で反射され、再びシリンドリカルレンズＣＬに戻り光検出器ＳＳに入射する。一方、赤色光のような長波長の蛍光ＦＳ１は、シリンドリカルレンズＣＬを透過して開口遮蔽部３５で遮光されるため、光検出器ＳＳに入射することはない。

第２実施形態の蛍光分光分析装置１１０において、短波長の蛍光ＦＳ１を観測する場合は、第３スリット可動部２３８と第２開口可動部１３９との相対距離を短くすることによって反射鏡ＭＲ１を介して蛍光ＦＳ１を光検出器ＳＳに導くことができる。この際、迷光をはじめとする蛍光ＦＳ１以外の光のほとんどは開口遮蔽部３５の壁面によって、吸収、反射されて光検出器ＳＳへの進入を阻止される。一方、長波長の蛍光ＦＳ２を観測する場合は、第３スリット可動部２３８と第２開口可動部１３９との相対距離を長くすることによって反射鏡ＭＲ１を介して蛍光ＦＳ２を光検出器ＳＳに導くことができる。

＜＜実施例５＞＞
図７（ｂ）は、実施例５の第５分光ユニット４３０の概念的な断面図である。第５分光ユニット４３０は大きく分けて第３スリット可動部２３８と第３開口可動部２３９とから構成される。なお、第３スリット可動部２３８内の第１光軸遮光部３４はビームスプリッター１２側からの蛍光ＦＳを通す直線状のスリットＳＬ１と微小反射鏡ＭＲ２で反射された蛍光ＦＳを通す直線状のスリットＳＬ１とを一体の金属板で構成している。

図７（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズＣＬにより屈折した短波長の蛍光ＦＳ１は、第３開口可動部２３９に入射する。第３開口可動部２３９内には微小反射鏡ＭＲ２と光吸収体ＢＲが配置されている。第３スリット可動部２３８及び第３開口可動部２３９は、ユニット制御部２２及びユニット駆動部２４によって光軸ＯＡ方向に相対的に移動可能である。

微小反射鏡ＭＲ２は、例えば第１スリット開口ＡＰ１と同じ形状の小さな反射鏡である。微小反射鏡ＭＲ２は幅を狭くし第１スリット開口ＡＰ１と同様にすることにより開口遮蔽部３５と同じ機能を有している。また、微小反射鏡ＭＲ２の後方（図中の右側）には光吸収体ＢＲが配置され、光吸収体ＢＲは、迷光をはじめとする蛍光ＦＳ１以外の光を吸収し、シリンドリカルレンズＣＬへの反射を阻止する。

このため、第２実施形態の蛍光分光分析装置１１０において、短波長の蛍光ＦＳ１又は長波長の蛍光ＦＳ２を観測する場合は、第３スリット可動部２３８と第３開口可動部２３９との相対距離を調整することによって微小反射鏡ＭＲ２を介して蛍光ＦＳ１又は蛍光ＦＳ２を光検出器ＳＳに導くことができる。

＜＜実施例６＞＞
図８（ａ）は、実施例６の第６分光ユニット５３０の概念的な断面図である。第６分光ユニット５３０は大きく分けて第４スリット可動部３３８と第２開口可動部１３９とから構成される。

図８（ａ）に示すように、第３スリット可動部２３８内にアッベ数は２５以下である分割シリンドリカルレンズＣＬＤが配置される。分割シリンドリカルレンズＣＬＤは、図中の光軸ＯＡの下側のみに配置されている。図８（ａ）では分割された第１光軸遮光部３４Ｄと分割シリンドリカルレンズＣＬＤとが別個に描かれているが分割シリンドリカルレンズＣＬＤの平面側に、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いてクロム蒸着物質を蒸着して構成することもできる。

第１光軸遮光部３４Ｄを通過して分割シリンドリカルレンズＣＬＤに入射した蛍光ＦＳは、分割シリンドリカルレンズＣＬＤにより屈折して第２開口可動部１３９に入射する。第２開口可動部１３９内の開口遮蔽部３５は、光軸ＯＡ上に直線状のスリットＳＬ１と長手方向が同じ長さで幅が狭くなった第１スリット開口ＡＰ１を有している。開口遮蔽部３５も、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いて平板ガラスにクロム蒸着物質を蒸着して形成したり、スリット孔ＳＬ１を開けた黒く塗装した金属板を使用したりすることができる。第２開口可動部１３９内の反射鏡ＭＲは、反射鏡ＭＲに遮光部を設けることで開口遮蔽部３５と一体にしても良い。

反射鏡ＭＲで反射された蛍光ＦＳは、直接光検出器ＳＳに入射する。この場合に光検出器ＳＳの受光面が大きいことが望ましい。また図示しないが光検出器ＳＳがちょうど反射鏡ＭＲの反射方向に移動できるようにすることが望ましい。

第２実施形態の蛍光分光分析装置１１０において、短波長の蛍光ＦＳ１又は長波長の蛍光ＦＳ２を観測する場合は、ユニット制御部２２及びユニット駆動部２４で第３スリット可動部２３８と第３開口可動部２３９との相対距離を調整することによって反射鏡ＭＲ１を介して蛍光ＦＳ１又は蛍光ＦＳ２を光検出器ＳＳに導くことができる。

＜＜実施例７＞＞
図８（ｂ）は、実施例７の第７分光ユニット６３０の概念の断面図である。第７分光ユニット６３０は大きく分けて第５スリット可動部４３８と第２開口可動部１３９とから構成される。

第７分光ユニット６３０の第５スリット可動部４３８は、高分散のプリズムＰＲとから構成される。同じ波長の光線は高分散のプリズムＰＲによって同一方向に屈折する。つまり、第１光軸遮光部３４を透過して入射した蛍光ＦＳのうち、同じ波長の蛍光ＦＳが高分散のプリズムＰＲを透過した場合、蛍光ＦＳは同一方向に屈折する。

プリズムＰＲは、シリンドリカルレンズＣＬのように集光しないが、第５スリット可動部４３８と第２開口可動部１３９との距離を変えることで、波長ごとの分光を行うことができる。なお、プリズムＰＲは集光能力がないので開口遮蔽部３５に形成された第２スリット開口ＡＰ２は直線状のスリットＳＬ１と長手方向が同じ長さで幅も同じ形状である。また、図８（ｂ）では第１光軸遮光部３４とプリズムＰＲとが別個に描かれているがプリズムＰＲの平面側に、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いてクロム蒸着物質を蒸着して構成することもできる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態の波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing: ＷＤＭ）伝送システムの概略図を示す。この伝送システムはＷＤＭ光から任意の波長チャネルを選択して目的の出力ポートに出力する波長選択スイッチ２００を有している。

第３実施形態の波長選択スイッチ２００は、例えば、光抽出部としての光サーキュレータ４１と、光入力部としての入力光ファイバー４３と、光出力部である出力光ファイバーアレイ４５と、光モニタ部としてのチャネルモニタ４７と、第８分光ユニット７３０とを備えている。第８分光ユニット７３０は大きく分けて第６スリット可動部５３８と第２開口可動部１３９とから構成される。

光サーキュレータ４１には、互いに波長の異なるＮ波の光信号を含んだＷＤＭ光が第１ポートＰＴ１に入力される。光サーキュレータ４１は３つのポートを有し、第１ポートＰＴ１に入力されるＷＤＭ光を、入力光ファイバー４３が接続された第２ポートＰＴ２に一方向に伝達する。

チャネルモニタ４７は、光サーキュレータ４１の第３ポートから出力される反射光に含まれる各波長チャネルＣｈ１〜ＣｈＮに対応した成分のパワーＰ（Ｃｈ１）〜Ｐ（ＣｈＮ）を測定し、その測定結果を示す信号をユニット制御部２２に出力する。ユニット制御部２２は、チャネルモニタ４７でモニタされた光パワーＰ（Ｃｈ１）〜Ｐ（ＣｈＮ）に基づいて、各々のパワーが最大となるように、第８分光ユニット７３０内の第６スリット可動部５３８と第２開口可動部１３９との相対的な距離を制御するため、ユニット駆動部２４に制御信号を出力する。ユニット駆動部２４は、第６スリット可動部５３８と第２開口可動部１３９との相対的な距離を最適化する。

第６スリット可動部５３８と第２開口可動部１３９との相対的な距離が最適化されると、各出力光ファイバー４５には、第８分光ユニット７３０により、ＷＤＭ光の各波長チャネルＣｈ１〜ＣｈＮを任意に選択して分離した各光が入射される。なお、図９においては、短波長の光を波長チャネルＣｈ１として長波長の光を波長チャネルＣｈＮとして描いている。

＜＜実施例８＞＞
図９に示す第８分光ユニット７３０は大きく分けて第６スリット可動部５３８と第２開口可動部１３９とから構成される。

第８分光ユニット７３０の第６スリット可動部５３８は、分割された第１光軸遮光部３４Ｄと高分散の分割プリズムＰＲＤとから構成される。分割プリズムＰＲＤは、入力光ファイバー４３からのＷＤＭ光用と分離した光用とに２つに分けられている。光軸ＯＡ方向に２つの分割プリズムＰＲＤをずらすことで、ＷＤＭ光の各波長チャネルの光Ｃｈ１〜ＣｈＮを分離しやすくしている。同じ波長の光線は高分散の分割プリズムＰＲＤによって同一方向に屈折する。第１光軸遮光部３４Ｄを透過して入射したＷＤＭ光のうち、同じ波長のチャネル光が高分散の分割プリズムＰＲＤを透過した場合、チャネル光は同一方向に屈折する。

なお、図９では第１光軸遮光部３４と分割プリズムＰＲＤとが別個に描かれているが分割プリズムＰＲＤの平面側に、直線状のスリット孔ＳＬ１の領域を除いてクロム蒸着物質を蒸着して構成することもできる。

上述したように、広範囲の波長領域を有する光を所定範囲の光に任意に選択して分離することができる。また、スリット可動部と開口可動部との相対的な距離を調整するだけで分光できるので、より小型化された装置を提供することができる。

第１実施形態の蛍光分光分析装置１００の概略図を示す図である。 実施例１の第１分光ユニット３０の概念図である。 第１分光ユニット３０における軸上色収差による分光を説明する図である。 実施例２の第２分光ユニット１３０の概念図である。 実施例３の第３分光ユニット２３０の概念図である。 第２実施形態の第２蛍光分光分析装置１１０の概略図を示す。 （ａ）は、実施例４の第４分光ユニット３３０の概念的な断面図である。 （ｂ）は、実施例５の第５分光ユニット４３０の概念的な断面図である。 （ａ）は、実施例６の第６分光ユニット５３０の概念的な断面図である。 （ｂ）は、実施例７の第７分光ユニット６３０の概念の断面図である。 第３実施形態のＷＤＭ伝送システムの概略図を示す図である。

符号の説明

１０ … 励起光発生部、
１２ … ビームスプリッター
１６ … 対物レンズ
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０ … 分光ユニット
３４，１３４ … 光軸遮光部
３５ … 開口遮蔽部
３８，１３８，２３８，３３８，４３８，５３８ … スリット可動部
３９，１３９，２３９ … 開口可動部
４１ … 光サーキュレータ
４３ … 入力光ファイバー
４５ … 出力光ファイバーアレイ
４７ … チャネルモニタ
１００ … 第１実施形態の蛍光分光分析装置
１１０ … 第２実施形態の蛍光分光分析装置
２００ … 波長選択スイッチ （波長分割多重伝送システム）
ＡＰ１，ＡＰ２ … 第１スリット開口、第２スリット開口
Ｃｈ１〜ＣｈＮ … チャネルの光
ＦＳ，ＦＳ１，ＦＳ２ … 蛍光
ＳＡ … サンプル
ＣＬ、ＣＬＤ … シリンドリカルレンズ，分割されたシリンドリカルレンズ
ＯＡ … 光軸
ＳＬ１，ＳＬ２ … スリット孔
ＰＨ … ピンホール
ＰＲ、ＰＲＤ … プリズム，分割されたプリズム
ＷＤＭ … 波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing）光

Claims (18)

1. 高分散性を有する屈折光学素子を使った分光ユニットにおいて、
   前記屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させるスリットを有する遮光部と、
   前記スリットを通過し前記屈折光学素子で屈折した光線を入射させる開口を有する開口遮蔽部と、
   前記開口を通過した光線を受光する受光部と、
   前記屈折光学素子及び前記遮光部と、前記開口遮蔽部及び前記受光部とを相対的に移動させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする分光ユニット。
2. 前記屈折光学素子は円形形状のレンズであり、前記遮光部のスリットは円環形状であることを特徴とする請求項１に記載の分光ユニット。
3. 前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記遮光部のスリットは前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項１に記載の分光ユニット。
4. 前記屈折光学素子はプリズムであり、前記遮光部のスリットは前記プリズムの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項１に記載の分光ユニット。
5. 高分散性を有する屈折光学素子を使った分光ユニットにおいて、
   前記屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、
   前記第１スリットを通過し前記屈折光学素子で屈折した光線が入射するとともに、入射した光線を反射させる反射部と、
   前記屈折光学素子及び前記第１遮光部と、前記反射部とを相対的に移動させる駆動部と、
   を備えることを特徴とする分光ユニット。
6. 前記反射部は、前記光線を入射する開口を有する開口遮蔽部とこの開口遮蔽部の背後に配置されたミラーとからなることを特徴とする請求項５に記載の分光ユニット。
7. 前記反射部からの光線を入射させる第２スリットを有する第２遮光部と、
   前記第２遮光部の第２スリットを通過した光線を受光する受光部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分光ユニット。
8. 前記第２遮光部と受光部との間に前記屈折光学素子が配置されることを特徴とする請求項７に記載の分光ユニット。
9. 前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記第１遮光部の第１スリットは前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであり、前記第２遮光部の第２スリットも前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか一項に記載の分光ユニット。
10. 照明光を照射することにより分析対象からの光線を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、
    前記屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させるスリットを有する遮光部と、
    前記スリットを通過し前記屈折光学素子で屈折した光線を入射させる開口を有する開口遮蔽部と、
    前記開口を通過した光線を受光する受光部と、
    前記屈折光学素子及び前記遮光部と、前記開口遮蔽部及び前記受光部とを相対的に移動させる駆動部と、
    を備えることを特徴とする分光分析装置。
11. 前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記遮光部のスリットは前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項１０に記載の分光分析装置。
12. 照明光を照射することにより分析対象からの光線を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、
    前記屈折光学素子の光軸外の領域の光線を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、
    前記第１スリットを通過し前記屈折光学素子で屈折した光線が入射するとともに、入射した光線を反射させる反射部と、
    前記反射部からの光線を受光する受光部と、
    前記屈折光学素子と、前記第１遮光部及び前記受光部と、前記反射部とを相対的に移動させる駆動部と、
    を備えることを特徴とする分光分析装置。
13. 前記反射部からの光線を入射させる第２スリットを有する第２遮光部を備え、
    前記受光部は第２遮光部の第２スリットを通過した光線を受光することを特徴とする請求項１２に記載の分光分析装置。
14. 前記屈折光学素子はシリンドリカルレンズであり、前記第１遮光部の第１スリットは前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであり、前記第２遮光部の第２スリットも前記シリンドリカルの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項１３に記載の分光分析装置。
15. 波長多重光を波長成分毎に伝送路を切り替えて通信を行う波長分割多重伝送システムにおいて、
    前記波長多重光を入射する高分散性を有する屈折光学素子と、
    この屈折光学素子の光軸外の領域の波長多重光を入射させる第１スリットを有する第１遮光部と、
    前記第１スリットを通過し前記屈折光学素子で屈折した波長多重光が入射するとともに、入射した波長多重光を反射させる反射部と、
    波長成分毎に伝送路を切り替えるため、前記屈折光学素子及び前記第１遮光部と、前記反射部とを相対的に移動させる駆動部と、
    を備える波長分割多重伝送システム。
16. 前記反射部は、前記光線を入射する開口を有する開口遮蔽部とこの開口遮蔽部の背後に配置されたミラーとからなることを特徴とする請求項１５に記載の波長分割多重伝送システム。
17. 前記反射部からの光線を入射させる第２スリットを有する第２遮光部を備え、
    前記第２遮光部の第２スリットを通過した所定の波長成分光が前記屈折光学素子を通過して、前記波長多重光が入射した方向と同一方向に射出することを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の波長分割多重伝送システム。
18. 前記屈折光学素子はプリズムであり、前記第１遮光部のスリットは前記プリズムの軸方向に伸びる矩形スリットであることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の波長分割多重伝送システム。