JP2019120580A - 分光器 - Google Patents

Abstract

【課題】検出器によって検出される分光ラインの焦点位置の位置ずれを検出することが可能な分光器を提供できるようにすること。【解決手段】分光器は、外部からの光を入射させる光入射手段と、前記光入射手段によって入射された前記光を分光する分光手段と、前記分光手段によって分光された光を、回転可能な反射面によって第１の方向に走査する光走査手段と、前記光走査手段によって走査された前記光を外部に設けられた検出器に向けて出射する光出射手段と、前記光出射手段の近傍に設けられ、前記第１の方向と交差する第２の方向に配列された複数の光検出素子を有するリニアセンサとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、分光器に関する。

従来、測定光を分光手段（例えば、回折格子）によって波長毎に分光し、その分光光を光走査手段（例えば、ＭＥＭＳミラー）によって光走査することによって分光ラインを形成し、当該分光ラインの光強度を検出器によって検出することにより、波長毎の分光スペクトルが得られるようにした、いわゆる分光器が知られている。このような分光器では、装置を小型化することが課題となっており、そのための様々な技術が考案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

ところで、特に小型化された分光器においては、部品精度、組み付け精度、環境温度、振動等の影響により、分光ラインの焦点位置の位置ずれが発生し、分光ラインが検出器から外れてしまうと、分光スペクトルが得られなくなる虞がある。しかしながら、従来の分光器では、分光ラインの焦点位置の位置ずれを検出することができないため、当該位置ずれを補正することができなかった。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、検出器によって検出される分光ラインの焦点位置の位置ずれを検出することが可能な分光器を提供できるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の分光器は、外部からの光を入射させる光入射手段と、前記光入射手段によって入射された前記光を分光する分光手段と、前記分光手段によって分光された光を、回転可能な反射面によって第１の方向に走査する光走査手段と、前記光走査手段によって走査された前記光を外部に設けられた検出器に向けて出射する光出射手段と、前記光出射手段の近傍に設けられ、前記第１の方向と交差する第２の方向に配列された複数の光検出素子を有するリニアセンサとを備える。

本発明によれば、検出器によって検出される分光ラインの焦点位置の位置ずれを検出することが可能な分光器を提供することできる。

本発明の第１実施形態に係る分光器の構成を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器が備える光出射部の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器において生じ得る、分光ラインの焦点位置の位置ずれを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器によって得られる、リニアセンサ上における分光光の光強度分布を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器による、分光ラインの歪検出方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器による、光走査部の回転角度を波長に変換する方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器が備える制御系の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る分光器による制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る分光器が備える光出射部の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る分光器における、分光ラインの移動動作の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る分光器が備える光出射部の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る分光器における、分光ラインのＹ軸方向の位置ずれ量の変化を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る分光器における、分光ラインのＹ軸方向の位置ずれ量と、単画素センサの光強度および光強度差との関係を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

（分光器１０の概要）
図１は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０の構成を示す概念図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０が備える光出射部１４の平面図である。図１および図２では、光出射部１４の表面において、当該光出射部１４に入射される分光ラインの延伸方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。また、光出射部１４の表面に対して垂直な方向を、Ｚ軸方向とする。すなわち、図２は、光走査部１３側（図中Ｚ軸正側）から光出射部１４を見たときの、光出射部１４の平面図である。なお、図１において、破線および一点鎖線は、ある波長の光の光路の概略を示したものである。

図１に示すように、分光器１０は、光入射部１１、分光素子部１２、光走査部１３、および光出射部１４を備えて構成されている。

光入射部１１（「光入射手段」の一例）は、分光素子部１２へ入射される光を制限する、所定の形状（例えば、ピンホール形状、スリット形状等）のスリット１１ａが形成されている。光入射部１１は、外部から照射された光を、スリット１１ａ内を通過させることによって、分光器１０内に入射させる。

分光素子部１２（「分光手段」の一例）が、分光器１０内に入射された光を、分光する。分光素子部１２としては、例えば、回折格子等を用いることができる。分光素子部１２によって分光された分光光は、光走査部１３（「光走査手段」の一例）に向けて反射される。

光走査部１３（「光走査手段」の一例）は、分光素子部１２によって分光された分光光を反射し、光出射部１４（「光出射手段」の一例）へ走査する機能を有する。光走査部１３によって反射された分光光は、その焦点位置に設けられた光出射部１４に照射される。

なお、本実施形態の分光器１０において、例えば、光走査部１３が形成されている基板１６として、半導体基板を用いることが好ましい。これにより、半導体プロセスやＭＥＭＳ技術を用いて、非常に薄型且つ小型な光走査部１３を形成することが可能である。また、圧電駆動、静電駆動、電磁駆動等の駆動素子部を、基板１６上にモノリシックに形成することが可能となる。すなわち、モータ等の外部駆動装置を用いなくても、光走査部１３を駆動することが可能となるため、分光器１０のさらなる小型化が可能となる。

光出射部１４は、図２に示すように、検出器１７へ入射される光を制限する、所定の形状（例えば、ピンホール形状、スリット形状等）のスリット１４ａ（「開口部」の一例）が形成されている。スリット１４ａは、ピンホール径またはスリット幅により、検出器１７へ入射される分光光の波長範囲を制御する機能を有する。光出射部１４の背後には、検出器１７が設けられている。光出射部１４に照射された分光光は、図２（ｂ）に示すように、光出射部１４の表面上に対し、スリット１４ａ上且つ検出器１７上を横切るように、図中Ｘ軸方向（光走査部１３の走査方向）に直線状に延伸する、分光ラインＬ１を結像する。分光ラインＬ１は、波長がλｍ〜λｘの範囲で連続的に分光された分光光によって形成されており、そのうち、スリット１４ａを通過する波長範囲の分光光のみが、検出器１７へ導かれることとなる。なお、本実施形態では、スリット１４ａは、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形状を有しているが、スリット１４ａの形状は、その他の形状（例えば、曲線形状等）であってもよい。

このように構成された分光器１０は、光走査部１３を回転させて、その反射面の傾きを変化させることにより、図２（ｂ）に示すように、光出射部１４の表面上において、分光ラインＬ１の結像位置を図中Ｘ軸方向に移動させて、スリット１４ａを通過して検出器１７へ導かれる分光光の波長範囲を、変化させることが可能である。すなわち、光走査部１３の反射面の傾きを変化させて、波長がλｍ〜λｘ（但し、λｍは、最小検出波長、λｘは、最大検出波長である）の範囲の分光光を、スリット１４ａを通過可能とすることで、分光器１０は、その波長範囲λｍ〜λｘの分光スペクトルを得ることができる。

このように、本実施形態の分光器１０は、１つの検出器１７により、複数の波長の分光スペクトルを得ることが可能であり、高価なアレイ検出器を使用する必要がなく、複数の波長の分光スペクトルを得ることが可能な分光器を、小型で且つ非常に安価に製造することが可能である。

（分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれの検出構成）
図３は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０において生じ得る、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを示す図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０によって得られる、リニアセンサ１８上における分光光の光強度分布を示す図である。図４において、横軸は、リニアセンサ１８の画素位置（Ｙ軸方向の位置）を表しており、縦軸は、光強度を表している。

本実施形態の分光器１０において、光走査部１３は、多相の周期的な電圧が印加されることにより駆動（圧電駆動、静電駆動、電磁駆動等）され、その反射面の傾きが制御される。分光スペクトルが得られる波長は、光走査部１３の傾きによって決定づけられるため、光走査部１３の傾きを所望の波長に対応する傾きに制御することにより、所望の波長の分光スペクトルが得られることとなる。

しかしながら、本実施形態の分光器１０は、非常に小型であるため、図３に示すように、分光ラインＬ１の焦点位置が、分光ラインＬ１の延伸する第１方向（図中Ｘ軸方向）と交差する、第２の方向（図中Ｙ軸方向）に位置ずれしてしまったり、分光ラインＬ１そのものに歪みが生じてしまったりする虞がある。この分光ラインＬ１の位置ずれおよび歪みの原因としては、部品精度のばらつき、組み立て精度のばらつき、振動、経年劣化等が挙げられる。特に、図３に示すように、分光ラインＬ１の位置ずれまたは歪みにより、分光ラインＬ１が検出器１７上から外れてしまうと、分光スペクトルが得られなく虞がある。

そこで、本実施形態の分光器１０は、図２および図３に示すように、分光ラインＬ１の延伸する第１の方向（光走査部１３の走査方向、図中Ｘ軸方向）における、スリット１４ａの側方に、第１の方向と交差する第２の方向（図中Ｙ軸方向）に直線状に配列された複数の光検出素子を有する、リニアセンサ１８を設けている。

これにより、本実施形態の分光器１０は、図３に示すように、光出射部１４の表面上において、分光ラインＬ１が結像されたとき、当該分光ラインＬ１とリニアセンサ１８とが交差することとなり、図４に示すように、リニアセンサ１８上における分光ラインＬ１の光強度分布を、光走査部１３の回転角度毎に得ることができるようになっている。そして、本実施形態の分光器１０は、この光強度分布に基づいて、光走査部１３の回転角度毎に、分光ラインＬ１のＹ軸方向の焦点位置を検出し、分光ラインＬ１のＹ軸方向の焦点位置の位置ずれを検出することができるようになっている。例えば、分光器１０は、所定の位置（例えば、検出器１７の中心位置）と、光強度分布における光強度のピーク位置との差分を、分光ラインＬ１のＹ軸方向の焦点位置の位置ずれとして検出することができる。

特に、本実施形態の分光器１０は、図３に示すように、リニアセンサ１８の検出領域のＹ軸方向の長さが、検出器１７のＹ軸方向の長さよりも長くなっている。これにより、本実施形態の分光器１０は、図３に示すように、分光ラインＬ１が検出器１７上から外れてしまった場合であっても、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを、リニアセンサ１８によって検出できるようになっている。

分光素子部１２に回折格子を用いた場合には、次数が異なる回折光が重なった分光ラインＬ１が発生するため、検出器１７およびリニアセンサ１８は、互いに波長感度が異なる材料を用いたものとすることができる。例えば、検出器１７には、ＩｎＧａＡｓ等の近赤外光に感度を持った検出器を用い、リニアセンサ１８には、可視光領域に感度を持ったＳｉのリニアセンサを用いることができる。Ｓｉのリニアセンサは、比較的安価であるためコスト的には、大きな影響が無い。

回折は、以下の回折格子方程式（１）で表現される。但し、格子ピッチをｄとし、入射角をαとし、回折角をβとし、回折次数（整数）をｍとし、波長をλとする。

ｄ＊（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝Ｍ＊λ・・・（１）

上記（１）式より、回折次数（ｍ）と波長（λ）の積が一定の条件であれば、同じ回折角に、１次（ｍ＝１）の波長（λ）と２次（ｍ＝２）の１／２の波長（λ／２）が回折される。すなわち、分光範囲波長を９００〜１８００ｎｍとした時には、同時に２次の回折光として４５０〜９００ｎｍの波長範囲の回折光も存在しており、２次光はＳｉのリニアセンサに感度がある波長範囲であるため、Ｓｉのリニアセンサによる位置検出が可能である。

また、同様の原理により、本リニアセンサ１８を用いた場合には、図６で後述するとおり、分光特性を取得することも可能である。この場合も、上記したとおり、検出器１７にＩｎＧａＡｓ等の検出器を用いることにより、１次回折光を検出器１７によって検出するとともに、２次回折光をＳｉのリニアセンサ１８によって検出し、可視光領域と近赤外領域の分光スペクトルを同時に取得でき、近赤外光スペクトルに加えて可視光スペクトルから測色情報も取得可能となり、より高度な分析が行える。

なお、本実施形態の分光器１０は、リニアセンサ１８が、検出器１７よりも、分光ラインＬ１の最大検出波長λｘ側（図中Ｘ軸正側）に配置されているが、これに限らず、リニアセンサ１８が、検出器１７よりも、分光ラインＬ１の最小検出波長λｍ側（図中Ｘ軸負側）に配置されてもよい。

（分光ラインＬ１の歪検出方法）
図５は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０による、分光ラインＬ１の歪検出方法を説明するための図である。図５（ａ）は、光走査部１３の回転角度が０°の場合を示している。図５（ｂ）は、光走査部１３が時計回りに回転した場合を示している。図５（ｃ）は、光走査部１３が反時計回りに回転した場合を示している。

このように、分光ラインＬ１に歪みが生じている場合は、図４に示したように、光走査部１３の回転角度に応じて、リニアセンサ１８によって得られる分光光の光強度分布が、Ｙ軸方向に徐々にシフトしていくこととなる。具体的には、図５（ａ）に示す状態から、光走査部１３の回転角度が徐々に増加するにつれて、リニアセンサ１８によって得られる分光光の光強度分布が、奥行き方向（図中Ｙ軸正方向）に徐々にシフトしていくこととなる。すなわち、回転角度に応じて、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれ量が変化するが、このような場合であっても、本実施形態の分光器１０は、リニアセンサ１８によって得られる分光光の光強度分布（図４参照）に基づいて、回転角度毎の位置ずれ量を検知することができる。そして、本実施形態の分光器１０は、図６を用いて後述するように、回転角度を検出波長に変換できるため、最終的には、波長と、分光ラインＬ１の焦点位置のＹ軸方向の位置ずれとの関係を求めることができる。

（光走査部１３の回転角度を波長に変換する方法）
図６は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０による、光走査部１３の回転角度を波長に変換する方法を説明するための図である。

本実施形態の分光器１０は、リニアセンサ１８を用いて、光走査部１３の回転角度を波長へ変換することにより、分光特性を得ることができる。

図６は、図４に示した特性を回転角度が変化したときのリニアセンサ１８の総光強度として、プロットし直した図である。回転角度の変化は、検出波長の変化に対応することから、図６では、波長と総光強度の関係が得られている。これは、分光器１０の分光感度特性を表すものであり、光源と検出器１７の特性とによって決定されるものである。予め、この分光感度特性を把握しておき、実測データと比較することにより、回転角度を波長に変換することが可能である。例えば、図６に示すピーク波長、変曲点等の特徴的なスペクトル位置で、実測データと同期させることにより、回転角度を波長に変換することができる。

さらに、図６に示すように、測定スペクトルの測定波長範囲がλｍ〜λｘの場合には、それぞれ、ピーク波長強度からＡ％，Ｂ％の割合で強度が出力されるので、その出力値になることを検知することで、測定波長範囲λｍ〜λｘまでの振れを確認することが可能となる。もし、測定波長範囲λｍ〜λｘまで振れていないことが確認できた場合には、駆動信号を補正することにより、波長振れ幅の調整をおこなうことができる。本例では、測定されたスペクトルをそのまま用いているが、これに限らず、例えば、１次微分や２次微分スペクトル等の数学的に処理されたデータを用いても良い。また、この測定においては、分光ラインＬ１が検出器１７から外れた状態では、正確なスペクトルが取得できないため、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれが補正されている状態で測定する必要がある。

（分光器１０が備える制御系の構成）
図７は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０が備える制御系の構成を示す図である。図７に示すように、分光器１０は、制御系として、これまでに説明した光走査部１３、検出器１７、およびリニアセンサ１８に加えて、駆動部１３ａおよび制御装置２０を備えている。

制御装置２０は、分光器１０の制御全体を司る装置である。例えば、制御装置２０は、駆動部１３ａに駆動信号を供給することにより、駆動部１３ａに光走査部１３の回転角度を、特定の波長（すなわち、分光スペクトルを得たい波長）に応じた回転角度に制御させる。例えば、制御装置２０は、λｍ〜λｘを波長範囲とする分光スペクトルを得たい場合には、波長範囲λｍ〜λｘに応じた回転角度に、光走査部１３の回転角度を制御する。また、例えば、制御装置２０は、リニアセンサ１８から出力された検出信号を取得し、当該検出信号に基づいて、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを検出する。また、例えば、制御装置２０は、検出器１７から出力された検出信号を取得し、当該検出信号に基づいて、特定の波長の分光スペクトルを算出する。

制御装置２０は、リニアセンサ１８によって得られた、光走査部１３の回転角度毎の光強度分布に基づいて、分光ラインＬ１の歪を検出する歪み検出部としての機能を有する。また、制御装置２０は、リニアセンサ１８によって得られた、光走査部１３の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、分光ラインＬ１の、光走査部１３の回転角度毎の光強度分布を、波長毎の光強度分布に変換する変換部としての機能を有する。また、制御装置２０は、リニアセンサ１８によって得られた、光走査部１３の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、分光ラインＬ１の、振れ角を検出する振れ角検出部としての機能を有する。また、制御装置２０は、リニアセンサ１８によって得られた、光走査部１３の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、可視光領域の分光特性を測定する分光特性測定部としての機能を有する。また、制御装置２０は、リニアセンサ１８によって検出された、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれに基づいて、光走査部１３を制御することにより、当該位置ずれを補正する補正部としての機能を有する。

制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等）等を備えて構成されている。本書で説明する制御装置２０の各機能は、例えば、制御装置２０において、メモリに記憶されているプログラムを、ＣＰＵが実行することによって実現される。

駆動部１３ａは、制御装置２０から供給された駆動信号に応じて、光走査部１３を機械的に駆動することにより、光走査部１３の回転角度を制御する装置である。駆動部１３ａによる駆動方式は、例えば、圧電駆動、静電駆動、電磁駆動等が挙げられる。

（分光器１０による制御の手順）
図８は、本発明の第１実施形態に係る分光器１０による制御の手順を示すフローチャートである。

まず、分光器１０において、外部から照射された光が、分光器１０内に入射されると（ステップＳ８０１）、制御装置２０が、駆動部１３ａに駆動信号を供給することにより、駆動部１３ａに光走査部１３の回転角度を、特定の波長に応じた回転角度に制御する（ステップＳ８０２）。

そして、制御装置２０が、リニアセンサ１８から出力された検出信号を取得し（ステップＳ８０３）、当該検出信号に基づいて、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれ量を算出する（ステップＳ８０４）。

次に、制御装置２０が、ステップＳ８０４で算出された位置ずれ量に基づいて、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを補正する必要があるか否かを判断する（ステップＳ８０５）。例えば、制御装置２０は、ステップＳ８０４で算出された位置ずれ量が所定の閾値以上の場合、または、検出器１７から出力された検出信号に基づいて、特定の波長の光強度が検出できなかった場合、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを補正する必要があると判断する。

ステップＳ８０５において、位置ずれを補正する必要があると判断された場合（ステップＳ８０５：Ｙｅｓ）、制御装置２０が、ステップＳ８０４で算出された位置ずれ量に基づいて、位置ずれを補正するための補正駆動信号を算出する（ステップＳ８０６）。例えば、光走査部１３の駆動が、正弦波等の周期的な電圧を２相以上印加する方法によるものである場合、制御装置２０は、元の駆動信号に対し、周波数、駆動電圧相間の位相差、電圧差等の調整を行うことにより、位置ずれを補正するための補正駆動信号を算出する。そして、制御装置２０が、ステップＳ８０６で算出された補正駆動信号を、駆動部１３ａに供給することにより、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを補正する（ステップＳ８０７）。その後、制御装置２０は、ステップＳ８０２へ処理を戻す。

一方、ステップＳ８０５において、位置ずれを補正する必要がないと判断された場合（ステップＳ８０５：Ｎｏ）、制御装置２０が、光走査部１３の振れ角を補正する必要があるか否かを判断する（ステップＳ８０８）。例えば、制御装置２０は、図６を用いて説明した方法により、光走査部１３の振れ角が所定の波長範囲を包含するものであることが確認された場合、当該振れ角を補正する必要がないと判断し、光走査部１３の振れ角が所定の波長範囲を包含するものでないことが確認された場合、当該振れ角を補正する必要があると判断する。

ステップＳ８０８において、振れ角を補正する必要があると判断された場合（ステップＳ８０８：Ｙｅｓ）、制御装置２０が、光走査部１３の振れ角を補正するための補正駆動信号を算出する（ステップＳ８０９）。例えば、制御装置２０は、元の駆動信号に対し、周波数、印加電圧等の調整を行うことにより、光走査部１３の振れ角を補正するための補正駆動信号を算出する。そして、制御装置２０が、ステップＳ８０９で算出された補正駆動信号を、駆動部１３ａに供給することにより、光走査部１３の振れ角を補正する（ステップＳ８１０）。その後、制御装置２０は、ステップＳ８０２へ処理を戻す。

一方、ステップＳ８０８において、振れ角を補正する必要がないと判断された場合（ステップＳ８０８：Ｎｏ）、制御装置２０が、検出器１７から出力された検出信号に基づいて、特定の波長の１次分光スペクトルを算出する（ステップＳ８１１）。ここで得られる１次分光スペクトルとは、光走査部１３の回転角度と光強度との関係を表す、分光スペクトルのことである。

そして、ステップＳ８１１で得られた１次分光スペクトルに対し、回転角度を波長に変換する所定の変換処理を行うことにより（ステップＳ８１２）、特定の波長の２次分光スペクトルを算出し（ステップＳ８１３）、当該２次分光スペクトルを所定の出力形態によって出力する（ステップＳ８１４）。ここで得られる２次分光スペクトルとは、波長と光強度との関係を表す、分光スペクトルのことである。そして、分光器１０は、図８に示す一連の処理を終了する。

〔第２実施形態〕
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。リニアセンサ１８の配置数は、１つに限定されるものでなく、２つ以上であってもよい。この第２実施形態では、リニアセンサ１８を２つ配置する例について説明する。

図９は、本発明の第２実施形態に係る分光器１０が備える光出射部１４Ａの平面図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る分光器１０における、分光ラインＬ１の移動動作の一例を示す図である。

図９に示すように、第２実施形態の光出射部１４Ａの表面上には、２つのリニアセンサ１８−１，１８−２が、検出器１７を間に挟んで、図中Ｘ軸方向に並べて配置されている。２つのリニアセンサ１８−１，１８−２は、いずれも、第１実施形態で説明したリニアセンサ１８と同じものであり、すなわち、複数の光検出素子が図中Ｙ軸方向に直線状に配列されたものである。

このように構成された第２実施形態の分光器１０において、例えば、図１０（ａ）に示すように、分光ラインＬ１の最大検出波長λｘの焦点位置の位置ずれを検出する場合、最大検出波長λｘの焦点位置は、リニアセンサ１８−１を通過しており、最大検出波長λｘの焦点位置の位置ずれを、リニアセンサ１８−１のみによって検出することができる。

また、第２実施形態の分光器１０において、例えば、図１０（ｂ）に示すように、分光ラインＬ１の最小検出波長λｍの焦点位置の位置ずれを検出する場合、最小検出波長λｍの焦点位置は、リニアセンサ１８−２を通過しており、最小検出波長λｍの焦点位置の位置ずれを、リニアセンサ１８−２によって検出することができる。この例において、仮に、リニアセンサ１８−１しか設けられていない場合は、一旦、最小検出波長λｍの焦点位置を、リニアセンサ１８−１上に移動させて、最小検出波長λｍの焦点位置の位置ずれを、リニアセンサ１８−１によって検出する必要があるが、図１０（ｂ）に示すように、２つのリニアセンサ１８−１，１８−２が設けられている場合は、このような分光ラインＬ１の移動が不要である。

なお、分光ラインＬ１が、２つのリニアセンサ１８−１，１８−２の双方と交差している場合は、分光ラインＬ１の焦点位置の位置ずれを、２つのリニアセンサ１８−１，１８−２によって高精度に検出することができる。

〔第３実施形態〕
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、リニアセンサ１８の代わりに、２つの単画素センサ１９ａ，１９ｂを配置する例について説明する。

図１１は、本発明の第３実施形態に係る分光器１０が備える光出射部１４Ｂの平面図である。図１１（ａ）は、分光ラインＬ１が照射されていない状態の光出射部１４Ｂを示している。図１１（ｂ）は、分光ラインＬ１が照射されている状態の光出射部１４Ｂを示している。

図１１に示すように、本実施形態の分光器１０は、光出射部１４Ｂの表面上かつ検出器１７の近傍において、リニアセンサ１８の代わりに、２つの単画素センサ１９ａ，１９ｂが、Ｙ軸方向（分光ラインＬ１と交差する方向）に並べて配置されている。なお、光出射部１４Ｂは、第２のスリット１４ｂがさらに形成されており、単画素センサ１９ａ，１９ｂは、第２のスリット１４ｂの背後に配置されている。

図１１（ｂ）に示すように、光出射部１４Ｂに分光ラインＬ１が照射された場合、分光ラインＬ１が、単画素センサ１９ａ，１９ｂとのそれぞれに重なる。単画素センサ１９ａ，１９ｂは、分光ラインＬ１が照射される面積に応じて、光強度が変化する。このため、本実施形態の分光器１０は、単画素センサ１９ａ，１９ｂのそれぞれの光強度に応じて、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれを検知することができる。特に、本実施形態の分光器１０は、２つの単画素センサ１９ａ，１９ｂを用いることで、リニアセンサ１８を用いる場合に比べ、低コスト化が実現できる。なお、図１１に示すように、２つの単画素センサ１９ａ，１９ｂは、検出器１７の中心Ｘ軸１７ａを間に挟んで、Ｙ軸方向に対称的に配置されることが好ましい。この場合、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量が０であれば、２つの単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差が０となる。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る分光器１０における、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量の変化を示す図である。本発明の第３実施形態に係る分光器１０における、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量と、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度および光強度差との関係を示す図である。

まず、図１２および図１３（ａ）を参照して、単画素センサ１９ａの光強度と、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量との関係を説明する。

図１２（ａ）に示す例では、分光ラインＬ１が、単画素センサ１９ａよりもＹ軸負側に外側の位置に照射されている。この場合、単画素センサ１９ａには光が入射されないため、単画素センサ１９ａの光強度は０となる（図１３（ａ）に示す領域Ａ１）。

図１２（ｂ）に示す例では、分光ラインＬ１の一部が、単画素センサ１９ａに重なっており、この場合、分光ラインＬ１が検出器１７の中心Ｘ軸１７ａに近づくにつれて、分光ラインＬ１と単画素センサ１９ａとの重なる面積が増加するため、単画素センサ１９ａの光強度が増加することとなる（図１３（ａ）に示す領域Ａ２）。

図１２（ｃ）に示すように、分光ラインＬ１が単画素センサ１９ａと完全に重なっている場合、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量が変動しても、分光ラインＬ１と単画素センサ１９ａとの重なる面積が一定であるため、単画素センサ１９ａの光強度も一定となる（図１３（ａ）に示す領域Ａ３）。

図１２（ｄ）に示すように、分光ラインＬ１が検出器１７の中心Ｘ軸１７ａにさらに近づくと、分光ラインＬ１と単画素センサ１９ａとの重なる面積が減少するため、単画素センサ１９ａの光強度が減少することとなる（図１３（ａ）に示す領域Ａ４）。

図１２（ｅ）に示すように、分光ラインＬ１がさらにＹ軸正方向に移動すると、分光ラインＬ１が単画素センサ１９ａから完全に外れるため、単画素センサ１９ａの光強度が０となる（図１３（ａ）に示す領域Ａ５）。

以上のように、単画素センサ１９ａの光強度は、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量に対して山型の特性を持つ（図１３（ａ）の実線）。また、単画素センサ１９ａ，１９ｂは、検出器１７の中心Ｘ軸１７ａに対して、互いに対称的に配置されているため、単画素センサ１９ｂの特性は、単画素センサ１９ａの特性と対称的となる（図１３（ａ）の点線）。したがって、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量が０のとき、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度は、互いに等しくなる。

図１３（ｂ）は、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差と、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量との関係を示したものである。単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差を用いる場合には、当該光強度差が０となるように、光走査部１３の駆動信号を制御することにより、分光ラインＬ１の位置ずれを補正することができる。具体的には、Ｙ軸方向の位置ずれ量を制御しながら、光強度差が０となるように調整すれば良く、単画素センサ１９ａ，１９ｂの双方に分光ラインＬ１が重なる状態（図１３に示す領域Ｂ４）であれば、分光ラインＬ１のＹ軸方向の位置ずれ量を、直接検知することができる。

また、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差が、図１３（ｂ）に示す領域Ｂ２，Ｂ３の範囲内にある場合には、当該光強度差が正の値であり、分光ラインＬ１の位置ずれが、単画素センサ１９ａ側にあることを確認できるため、当該光強度差が領域Ｂ４の範囲内となるように、光走査部１３の駆動信号制御を行えばよい。

また、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差が、図１３（ｂ）に示す領域Ｂ５，Ｂ６の範囲内にある場合には、当該光強度差が負の値であり、分光ラインＬ１の位置ずれが、単画素センサ１９ｂ側にあることを確認できるため、当該光強度差が領域Ｂ４の範囲内となるように、光走査部１３の駆動信号制御を行えばよい。

また、単画素センサ１９ａ，１９ｂの光強度差が、図１３（ｂ）に示す領域Ｂ１，Ｂ７の範囲内にある場合には、当該光強度差が０であるが、光走査部１３の駆動信号制御を行い、光強度差が増加もしくは減少する（位置ずれ量が小さくなる）か、または、光強度が０のままである（位置ずれ量が大きくなる）かを確認することにより、分光ラインＬ１の位置ずれ方向を特定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

１０ 分光器
１１ 光入射部（光入射手段）
１２ 分光素子部（分光手段）
１３ 光走査部（光走査手段）
１３ａ 駆動部
１４，１４Ａ，１４Ｂ 光出射部（光出射手段）
１４ａ スリット
１４ｂ 第２のスリット
１７ 検出器
１７ａ 中心Ｘ軸
１８，１８−１，１８−２ リニアセンサ
１９ａ，１９ｂ 単画素センサ
２０ 制御装置（歪み検出部、変換部、振れ角検出部、分光特性測定部、補正部）
Ｌ１ 分光ライン

特開２０１５−２１９１５３号公報

Claims (10)

1. 外部からの光を入射させる光入射手段と、
   前記光入射手段によって入射された前記光を分光する分光手段と、
   前記分光手段によって分光された光を、回転可能な反射面によって第１の方向に走査する光走査手段と、
   前記光走査手段によって走査された前記光を外部に設けられた検出器に向けて出射する光出射手段と、
   前記光出射手段の近傍に設けられ、前記第１の方向と交差する第２の方向に配列された複数の光検出素子を有するリニアセンサと
   を備えることを特徴とする分光器。
2. 前記リニアセンサの検出領域の前記第２の方向の長さが、前記検出器の前記第２の方向の長さよりも長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。
3. 前記リニアセンサによって得られた、前記反射面の回転角度毎の光強度分布に基づいて、前記光走査手段によって走査された前記光の歪を検出する歪み検出部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の分光器。
4. 前記リニアセンサによって得られた、前記反射面の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、前記光走査手段によって走査された前記光の、前記反射面の回転角度毎の光強度分布を、波長毎の光強度分布に変換する変換部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の分光器。
5. 前記リニアセンサによって得られた、前記反射面の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、前記光走査手段によって走査された前記光の、振れ角を検出する振れ角検出部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の分光器。
6. 前記分光手段に、回折格子を用い、
   前記検出器に、近赤外領域に感度のある検出器を用い、
   前記リニアセンサに、可視光領域に感度のあるリニアセンサを用いた
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の分光器。
7. 前記リニアセンサによって得られた、前記反射面の回転角度毎の総光強度分布に基づいて、前記可視光領域の分光特性を測定する分光特性測定部
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の分光器。
8. 前記光出射手段の近傍において、複数の前記リニアセンサが前記第１の方向に並べて設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。
9. 前記リニアセンサの代わりに、前記第２の方向に並べて配置された複数の単画素センサを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。
10. 前記リニアセンサによって検出された、前記光走査手段によって走査された前記光の位置ずれに基づいて、前記光走査手段を制御することにより、当該位置ずれを補正する補正部
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の分光器。