JP2019132605A - Spectrometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は分光器に関する。 The present invention relates to a spectrometer.
特許文献１には、回折格子を用いて入射光を分光する分光器が記載されている。回折格子を用いた分光器は、波長に応じて回折角度が異なることを利用して入射光を分光する。
回折格子を用いた分光器では、分光された入射光を分離して精度よく検出するためには、回折格子から受光素子までの距離を長くする必要がある。そのため、回折格子を用いた分光器では、分光器の小型化が課題である。 In a spectroscope using a diffraction grating, it is necessary to increase the distance from the diffraction grating to the light receiving element in order to separate and detect the incident light that has been dispersed. Therefore, in a spectroscope using a diffraction grating, downsizing of the spectroscope is a problem.
本発明は、回折格子を用いた分光器と比較して小型化できる分光器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the spectrometer which can be reduced in size compared with the spectrometer using a diffraction grating.
本発明は、複数の画素が配置されている画素領域を有する受光素子と、前記画素領域上に配置され、複数の波長選択フィルタを有する波長選択フィルタユニットとを備え、前記複数の波長選択フィルタは、互いに異なる透過波長特性を有し、入射光を波長または波長帯ごとに分光し、前記受光素子は、前記複数の波長選択フィルタにより分光されて前記画素領域に入射した前記入射光を前記画素ごとに光電変換して受光信号を生成することを特徴とする分光器を提供する。 The present invention includes a light receiving element having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged, and a wavelength selection filter unit having a plurality of wavelength selection filters arranged on the pixel region, wherein the plurality of wavelength selection filters are , Having different transmission wavelength characteristics, spectrally dividing incident light for each wavelength or wavelength band, and the light receiving element splitting the incident light incident on the pixel region by the plurality of wavelength selective filters for each pixel A spectroscope is provided that generates a light reception signal by photoelectric conversion.
本発明の分光器によれば、回折格子を用いた分光器と比較して小型化できる。 According to the spectroscope of the present invention, the size can be reduced as compared with a spectroscope using a diffraction grating.
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び、図５Ｂを用いて、第１実施形態の分光器の構成例を説明する。図１または図２に示すように、分光器１は、受光デバイス１００と、波長選択フィルタユニット２００と、光学素子３００とを備える。
[First Embodiment]
A configuration example of the spectrometer according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4A, 4B, 5A, and 5B. As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
受光デバイス１００は、基台１０１と、複数の端子１０２と、制御素子１０３と、受光素子１１０とを有する。複数の端子１０２と制御素子１０３と受光素子１１０とは基台１０１に固定されている。制御素子１０３と受光素子１１０とは複数の端子１０２に接続されている。
The
制御素子１０３は、外部から複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して入力される制御信号に基づいて受光素子１１０を制御する。制御素子１０３は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）等の演算素子である。
The
受光素子１１０は、複数の画素１１１が第１の方向（例えばＸ方向）、及び、第１の方向と直交する第２方向（例えばＹ方向）に配置されている画素領域１１２を有する。受光素子１１０は、画素領域１１２に入射した光（入射光）を画素１１１ごとに光電変換して受光信号を生成する。
The light receiving
受光素子１１０は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）、またはフォトダイオードアレイ等の半導体素子である。受光素子１１０は、受光信号を制御素子１０３へ出力する。制御素子１０３は受光信号を信号処理し、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。
The
波長選択フィルタユニット２００は、受光素子１１０の画素領域１１２上に配置されている。波長選択フィルタユニット２００は、画素領域１１２と接触した状態で配置されていてもよいし、離隔して配置されていてもよい。図２では、波長選択フィルタユニット２００が画素領域１１２と接触した状態を示している。
The wavelength
波長選択フィルタユニット２００は、複数の波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する。各波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、長手方向（第１の方向）と短手方向（第２の方向）とを含む細長形状を有する。短手方向である第２の方向は、長手方向である第１の方向と直交する。なお、図１及び図３では、６個の波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を示しているが、波長選択フィルタの数はこれに限定されるものではなく、任意に設定することができる。
The wavelength
図１または図３に示すように、波長選択フィルタユニット２００は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０が短手方向に並んで配置されている。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向の端面ＥＦ２１１、ＥＦ２１２、ＥＦ２２１、ＥＦ２２２、ＥＦ２３１、ＥＦ２３２、ＥＦ２４１、ＥＦ２４２、ＥＦ２５１、ＥＦ２５２、ＥＦ２６１、及び、ＥＦ２６２は切断面である。
As shown in FIG. 1 or FIG. 3, the wavelength
図１は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向がＸ方向となるように波長選択フィルタユニット２００が配置されている状態を示している。なお、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向がＹ方向となるように波長選択フィルタユニット２００を配置してもよい。
FIG. 1 shows a state in which the wavelength
波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、互いに異なる透過波長特性を有する。図３に示すように、波長選択フィルタ２１０は、波長λａ〜λｂ（λａ＜λｂ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。
The
波長選択フィルタ２１０は、長手方向の一方の端部２１１から他方の端部２１２に向かって透過波長がλａからλｂへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２１０は、波長λａ〜λｂの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
波長選択フィルタ２２０は、波長λｂ〜λｃ（λｂ＜λｃ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。波長選択フィルタ２２０は、長手方向の一方の端部２２１から他方の端部２２２に向かって透過波長がλｂからλｃへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２２０は、波長λｂ〜λｃの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
波長選択フィルタ２３０は、波長λｃ〜λｄ（λｃ＜λｄ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。波長選択フィルタ２３０は、長手方向の一方の端部２３１から他方の端部２３２に向かって透過波長がλｃからλｄへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２３０は、波長λｃ〜λｄの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
波長選択フィルタ２４０は、波長λｄ〜λｅ（λｄ＜λｅ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。波長選択フィルタ２４０は、長手方向の一方の端部２４１から他方の端部２４２に向かって透過波長がλｄからλｅへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２４０は、波長λｄ〜λｅの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
波長選択フィルタ２５０は、波長λｅ〜λｆ（λｅ＜λｆ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。波長選択フィルタ２５０は、長手方向の一方の端部２５１から他方の端部２５２に向かって透過波長がλｅからλｆへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２５０は、波長λｅ〜λｆの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
波長選択フィルタ２６０は、波長λｆ〜λｇ（λｆ＜λｇ）の範囲の光を、所定の方向である長手方向の位置に応じて選択し、透過させるリニアバリアブルフィルタである。波長選択フィルタ２６０は、長手方向の一方の端部２６１から他方の端部２６２に向かって透過波長がλｆからλｇへ連続的または段階的に変化する透過波長特性を有する。従って、波長選択フィルタ２６０は、波長λｆ〜λｇの範囲の光を長手方向の位置または範囲に応じて波長または波長帯ごとに分離することができる。
The
図４Ａ及び図４Ｂを用いて、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の構成例を説明する。 A configuration example of the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
図４Ａに示すように、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０と誘電体多層膜２８０とをそれぞれ有する。誘電体多層膜２８０は、屈折率の異なる誘電体膜２８１が交互に積層された積層構造を有する。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向に対して、各誘電体膜２８１は、膜厚または材質等の材料パラメータが連続的に変化している。
As shown in FIG. 4A, the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 each include a
図４Ａ及び図４Ｂは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向に対して、各誘電体膜２８１の膜厚が連続的に変化する場合を示している。なお、図４Ａ及び図４Ｂは、各誘電体膜２８１の膜厚の変化をわかりやすくするために、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を厚さ方向に拡大した模式図である。
4A and 4B show a case where the film thickness of each
各材料パラメータは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０に応じて異なるように設定されている。これにより、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、上記の透過波長特性を有する。波長選択フィルタユニット２００は、誘電体多層膜２８０が画素領域１１２と対向するように配置されていることが望ましい。
Each material parameter is set to be different depending on the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260. Thereby, the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 have the above transmission wavelength characteristics. The wavelength
図４Ｂに示すように、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０において誘電体多層膜２８０が形成されている面とは反対側の面に誘電体多層膜２８０と同じ積層構造を有する誘電体多層膜２８２が形成されている構成としてもよい。
As shown in FIG. 4B, the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 are dielectric multilayers on the surface of the
透明基板２７０の両面に誘電体多層膜を形成することにより、透明基板２７０に対する一方の誘電体多層膜２８０の応力を他方の誘電体多層膜２８２により相殺することができる。これにより、一方の誘電体多層膜２８０による波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向の反りを他方の誘電体多層膜２８２により低減することができる。
By forming the dielectric multilayer film on both surfaces of the
なお、図１では、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を、誘電体多層膜２８０及び２８２が省略された状態で示している。図２では、誘電体多層膜２８０及び２８２を簡略化して示している。
In FIG. 1, the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 are shown in a state where the
図５Ａ及び図５Ｂを用いて、波長選択フィルタユニット２００の透過波長特性について説明する。
The transmission wavelength characteristics of the wavelength
図５Ａは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を一列に並べた状態を示している。具体的には、図５Ａは、波長選択フィルタ２１０の端面ＥＦ２１２と波長選択フィルタ２２０の端面ＥＦ２２１とが接触し、かつ、波長選択フィルタ２２０の端面ＥＦ２２２と波長選択フィルタ２３０の端面ＥＦ２３１とが接触した状態を示している。
FIG. 5A shows a state in which the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 are arranged in a line. Specifically, in FIG. 5A, the end surface EF212 of the
図５Ａは、さらに波長選択フィルタ２３０の端面ＥＦ２３２と波長選択フィルタ２４０の端面ＥＦ２４１とが接触し、かつ、波長選択フィルタ２４０の端面ＥＦ２４２と波長選択フィルタ２５０の端面ＥＦ２５１とが接触し、かつ、波長選択フィルタ２５０の端面ＥＦ２５２と波長選択フィルタ２６０の端面ＥＦ２６１とが接触した状態を示している。
5A further shows that the end face EF232 of the
即ち、図５Ａは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向の各端部の端面同士が接触するように、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０が長手方向に一列に並べられた状態を示している。図５Ｂは、図５Ａに示す状態における各波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の透過波長の関係を示している。
That is, FIG. 5A shows the wavelength
図５Ａに示すように波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を一列に並べた場合、図５Ｂに示すように、波長選択フィルタユニット２００は、長手方向の一方の端部に相当する波長選択フィルタ２１０の端部２１１から、他方の端部に相当する波長選択フィルタ２６０の端部２６２に向かって、透過波長がλａ（第１の透過波長）からλｇ（第２の透過波長）へ連続的に変化する透過波長特性を有する。
When the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 are arranged in a line as shown in FIG. 5A, the wavelength
従って、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する波長選択フィルタユニット２００は、透過波長がλａからλｇへ連続的に変化する透過波長特性を有するリニアバリアブルフィルタとして機能する。
Therefore, the wavelength
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、１つの透明基板２７０に誘電体多層膜２８０を成膜し、複数の波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を形成する場合、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は連続して形成される。
As shown in FIGS. 6A and 6B, when a
図６Ｂは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向に対して、各誘電体膜２８１の膜厚が連続的に変化する場合を示している。なお、図６Ｂは、各誘電体膜２８１の膜厚の変化をわかりやすくするために、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を厚さ方向に拡大した模式図である。
FIG. 6B shows a case where the film thickness of each
波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を分離するために透明基板２７０をＹ方向に切断すると、切断幅ＣＷに応じて波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の端部２１２、２２１、２２２、２３１、２３２、２４１、２４２、２５１、２５２、及び２６１とその近傍領域とが切断される。
When the
そのため、図６Ａ及び図６Ｂに示す切断方法により作製された波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を用いて波長選択フィルタユニット２００を作製した場合、図５Ｂに示す透過波長特性は得られない。
Therefore, when the wavelength
そこで、図７に示すフローチャート、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、及び、図９Ｂを用いて、波長選択フィルタユニット２００の作製方法の一実施例を説明する。オペレータは、図７に示すフローチャートのステップＳ１にて、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、または、図９Ｂに示すように、複数の透明基板２７１及び２７２に誘電体多層膜２８０を成膜する。これにより、複数の透明基板２７１及び２７２には、複数の波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０がそれぞれ連続して形成される。
Therefore, an embodiment of a method for manufacturing the wavelength
図８Ｂ、及び、図９Ｂは、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向に対して、各誘電体膜２８１の膜厚が連続的に変化する場合を示している。なお、図８Ｂ、及び、図９Ｂは、各誘電体膜２８１の膜厚の変化をわかりやすくするために、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を厚さ方向に拡大した模式図である。なお、オペレータは、透明基板２７０において誘電体多層膜２８０が形成されている面とは反対側の面に誘電体多層膜２８２を成膜してもよい。
8B and FIG. 9B show a case where the film thickness of each
オペレータは、ステップＳ２にて、図８Ａまたは図８Ｂに示すように、波長選択フィルタ２１０の端部２１１及び２１２、波長選択フィルタ２３０の端部２３１及び２３２、並びに、波長選択フィルタ２５０の端部２５１及び２５２に切断面が位置するように切断位置を調整し、透明基板２７１をＹ方向に切断する。
In step S2, the operator, as shown in FIG. 8A or 8B, ends 211 and 212 of the
従って、波長選択フィルタ２１０、２３０、及び、２５０の長手方向の端面ＥＦ２１１、ＥＦ２１２、ＥＦ２３１、ＥＦ２３２、ＥＦ２５１、及び、ＥＦ２５２は切断面となる。なお、波長選択フィルタ２２０の端部２２１及び２２２とその近傍領域、波長選択フィルタ２４０の端部２４１及び２４２とその近傍領域、及び、波長選択フィルタ２６０の端部２６１及び２６２とその近傍領域は切断される。
Therefore, the end faces EF211, EF212, EF231, EF232, EF251, and EF252 in the longitudinal direction of the wavelength selection filters 210, 230, and 250 are cut surfaces. The
さらに、オペレータは、透明基板２７１をＸ方向に切断することにより、１つの透明基板２７１から複数の波長選択フィルタ２１０、２３０、及び、２５０を作製することができる。
Further, the operator can produce a plurality of wavelength selection filters 210, 230, and 250 from one
オペレータは、ステップＳ３にて、図９Ａまたは図９Ｂに示すように、波長選択フィルタ２２０の端部２２１及び２２２、波長選択フィルタ２４０の端部２４１及び２４２、並びに、波長選択フィルタ２６０の端部２６１及び２６２に切断面が位置するように切断位置を調整し、透明基板２７２をＹ方向に切断する。
In step S3, the operator, as shown in FIG. 9A or 9B, ends 221 and 222 of the
従って、波長選択フィルタ２２０、２４０、及び、２６０の長手方向の端面ＥＦ２２１、ＥＦ２２２、ＥＦ２４１、ＥＦ２４２、ＥＦ２６１、及び、ＥＦ２６２は切断面となる。なお、波長選択フィルタ２１０の端部２１１及び２１２とその近傍領域、波長選択フィルタ２３０の端部２３１及び２３２とその近傍領域、及び、波長選択フィルタ２５０の端部２５１及び２５２とその近傍領域は切断される。
Therefore, the end faces EF221, EF222, EF241, EF242, EF261, and EF262 in the longitudinal direction of the wavelength selection filters 220, 240, and 260 are cut surfaces. Note that the
さらに、オペレータは、透明基板２７２をＸ方向に切断することにより、１つの透明基板２７２から複数の波長選択フィルタ２２０、２４０、及び、２６０を作製することができる。
Furthermore, the operator can produce a plurality of wavelength selection filters 220, 240, and 260 from one
オペレータは、ステップＳ４にて、ステップＳ２にて作製された波長選択フィルタ２１０、２３０、及び、２５０と、ステップＳ３にて作製された波長選択フィルタ２２０、２４０、及び、２６０とを組み合わせることにより、図５Ｂに示す透過波長特性を有する波長選択フィルタユニット２００を作製することができる。
In step S4, the operator combines the wavelength selection filters 210, 230, and 250 produced in step S2 with the wavelength selection filters 220, 240, and 260 produced in step S3. The wavelength
図１または図２に示すように、光学素子３００は、波長選択フィルタユニット２００上に配置されている。光学素子３００は、波長選択フィルタユニット２００と接触した状態で配置されていてもよいし、離隔して配置されていてもよい。図２では、光学素子３００が波長選択フィルタユニット２００と接触した状態を示している。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
光学素子３００は入射光を平行光にする。例えば、光学素子３００は複数の光ファイバまたはロッドレンズを有する構成とすることにより、入射光を平行光にすることができる。なお、光学素子３００は入射光を平行光にすることができる構成であれば、これに限定されるものではない。
The
光学素子３００により平行光とされた入射光は波長選択フィルタユニット２００により波長または波長帯ごとに分光される。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、それぞれ対応する画素１１１に入射する。
Incident light converted into parallel light by the
光学素子３００と波長選択フィルタユニット２００と受光素子１１０とを接触させることにより、光学素子３００によって平行光とされた入射光の光路長を短くすることができる。これにより、波長選択フィルタユニット２００を透過した光を目的の画素１１１に精度よく入射させることができる。
By bringing the
例えば、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、各長手方向が画素領域１１２においてＸ方向に配置された１００個分の画素１１１に対応し、かつ、各短手方向が画素領域１１２においてＹ方向に配置された２０個分の画素１１１に対応する場合について説明する。
For example, the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 correspond to 100
Ｘ方向に配置された１００個分の画素１１１には、波長選択フィルタ２１０により、それぞれ異なる波長の光が入射する。それに対して、Ｙ方向に配置された２０個分の画素１１１には同じ波長の光が入射する。
The
制御素子１０３は、Ｘ方向の画素数（ｍ）及びＹ方向の画素数（ｎ）を設定することができる。波長選択フィルタ２１０のＹ方向の長さに応じてＹ方向の画素数が２０に設定されている場合（ｎ＝２０）、制御素子１０３は、Ｙ方向に配置されている２０個の画素１１１を選択する。さらに、制御素子１０３は、選択された２０個の画素１１１により生成された受光信号を加算する。
The
制御素子１０３は、加算された受光信号を、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。２０個の画素１１１の受光信号を加算することにより、出力信号の信号レベルを上げることができる。
The
２０個の画素１１１の受光信号を加算する信号処理は、入射光の光量が少ない場合に有効である。なお、制御素子１０３は、選択された２０個の画素１１１により生成された受光信号を加算せずに外部へ出力し、外部にて受光信号を加算するようにしてもよい。
Signal processing for adding the light reception signals of the 20
Ｙ方向の画素数が例えば４に設定されている場合（ｎ＝４）、制御素子１０３は、Ｙ方向に配置されている２０個分の画素１１１のうちの中心部の４個の画素１１１を選択する。中心部の４個の画素１１１は、波長選択フィルタ２１０の短手方向の中心部に位置する。さらに、制御素子１０３は、選択された４個の画素１１１の受光信号のみを加算する。
For example, when the number of pixels in the Y direction is set to 4 (n = 4), the
制御素子１０３は、加算された受光信号を、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。なお、制御素子１０３は、選択された４個の画素１１１により生成された受光信号を加算せずに外部へ出力し、外部にて受光信号を加算するようにしてもよい。
The
中心部の画素１１１の受光信号のみを加算することにより、波長選択フィルタ２１０に隣接する波長選択フィルタ２２０からの不要光によるクロストークの影響を低減することができる。中心部の画素１１１の受光信号のみを加算する信号処理により、検出精度を向上させることができる。
By adding only the light reception signals of the
波長選択フィルタ２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０における信号処理は、波長選択フィルタ２１０における信号処理と同様である。
The signal processing in the wavelength selection filters 220, 230, 240, 250, and 260 is the same as the signal processing in the
分光器１では、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する波長選択フィルタユニット２００は、透過波長がλａからλｇへ連続的に変化する透過波長特性を有するリニアバリアブルフィルタとして機能する。
In the
分光器１では、リニアバリアブルフィルタとして機能する波長選択フィルタユニット２００により入射光を分光するため、波長選択フィルタユニット２００を受光素子１１０の画素領域１１２の近傍に配置することができる。従って、分光器１によれば、回折格子を用いた分光器と比較して小型化することができる。さらに、分光器１では、波長選択フィルタユニット２００を受光素子１１０の画素領域１１２と接触した状態で配置することも可能である。
In the
分光器１では、制御素子１０３はＸ方向及びＹ方向の画素数を設定することができる。制御素子１０３は、入射光の光量が少ない場合には画素数を大きく設定し、検出精度を向上させる場合には画素数を小さく設定し、かつ、中心部の画素１１１の受光信号のみを加算する。即ち、分光器１によれば、画素１１１ごとに生成される受光信号の信号処理を目的に応じて実行することができる。
In the
［第２実施形態］
図１０を用いて、第２実施形態の分光器の構成例を説明する。図１０は図２に対応する。なお、説明をわかりやすくするために、第１実施形態の分光器１と同じ構成部には同じ符号を付す。
[Second Embodiment]
A configuration example of the spectrometer of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 corresponds to FIG. In order to make the explanation easy to understand, the same components as those of the
図１０に示すように、分光器２は、受光デバイス１００と、波長選択フィルタユニット２００と、光学素子３００及び４００とを備える。受光デバイス１００は、基台１０１と、複数の端子１０２と、制御素子１０３と、受光素子１１０とを有する。複数の端子１０２と制御素子１０３と受光素子１１０とは基台１０１に固定されている。制御素子１０３と受光素子１１０とは複数の端子１０２に接続されている。受光素子１１０は、複数の画素１１１がＸ方向及びＹ方向に配置された画素領域１１２を有する。
As shown in FIG. 10, the
光学素子３００（第１の光学素子）は入射光を平行光にする。光学素子３００により平行光とされた入射光は波長選択フィルタユニット２００に入射する。波長選択フィルタユニット２００は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０と誘電体多層膜２８０とをそれぞれ有する。
The optical element 300 (first optical element) converts incident light into parallel light. Incident light converted into parallel light by the
誘電体多層膜２８０は透明基板２７０において光学素子４００と対向する面に形成されている。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０において誘電体多層膜２８０が形成されている面とは反対側の面に誘電体多層膜２８２が形成された構成としてもよい。
The
入射光は波長選択フィルタユニット２００により、波長または波長帯ごとに分光される。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、光学素子４００に入射する。
Incident light is split by wavelength
光学素子４００（第２の光学素子）は波長選択フィルタユニット２００と受光素子１１０との間隙に配置されている。光学素子４００は、波長選択フィルタユニット２００及び受光素子１１０と接触した状態で配置されていてもよいし、離隔して配置されていてもよい。図１０では、光学素子４００が波長選択フィルタユニット２００及び受光素子１１０と接触した状態を示している。
The optical element 400 (second optical element) is disposed in the gap between the wavelength
光学素子４００は光学素子３００と同様の機能を有する。即ち、光学素子４００は入射光を平行光にする。例えば、光学素子４００は複数の光ファイバまたはロッドレンズを有する構成とすることにより、入射光を平行光にすることができる。なお、光学素子４００は入射光を平行光にすることができる構成であれば、これに限定されるものではない。
The
波長選択フィルタユニット２００により分光され、かつ、光学素子４００により平行光とされた入射光は、受光素子１１０の画素領域１１２のそれぞれ対応する画素１１１に入射する。
Incident light split by the wavelength
制御素子１０３は、外部から複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して入力される制御信号に基づいて受光素子１１０を制御する。受光素子１１０は、画素領域１１２に入射した光を画素１１１ごとに光電変換して受光信号を生成する。
The
受光素子１１０は、受光信号を制御素子１０３へ出力する。制御素子１０３は受光信号を信号処理し、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。分光器２の制御素子１０３は、分光器１の制御素子１０３と同様の信号処理を実行する。
The
分光器２では、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する波長選択フィルタユニット２００は、透過波長がλａからλｇへ連続的に変化する透過波長特性を有するリニアバリアブルフィルタとして機能する。
能する。
In the
It works.
分光器２では、リニアバリアブルフィルタとして機能する波長選択フィルタユニット２００により入射光を分光するため、波長選択フィルタユニット２００を受光素子１１０の画素領域１１２の近傍に配置することができる。従って、分光器２によれば、回折格子を用いた分光器と比較して小型化することができる。
In the
分光器２では、制御素子１０３はＸ方向及びＹ方向の画素数を設定することができる。制御素子１０３は、入射光の光量が少ない場合には画素数を大きく設定し、検出精度を向上させる場合には画素数を小さく設定し、かつ、中心部の画素１１１の受光信号のみを加算する。即ち、分光器２によれば、画素１１１ごとに生成される受光信号の信号処理を目的に応じて実行することができる。
In the
分光器２によれば、波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光を、光学素子４００によって平行光とすることにより、目的の画素１１１に精度よく入射させることができる。
According to the
［第３実施形態］
図１１を用いて、第３実施形態の分光器の構成例を説明する。図１１は図２及び図１０に対応する。なお、説明をわかりやすくするために、第１及び第２実施形態の分光器１及び２と同じ構成部には同じ符号を付す。
[Third Embodiment]
A configuration example of the spectrometer of the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 corresponds to FIG. 2 and FIG. In order to make the explanation easy to understand, the same components as those of the
図１１に示すように、分光器３は、受光デバイス１００と、波長選択フィルタユニット２００と、光学素子３００及び５００とを備える。受光デバイス１００は、基台１０１と、複数の端子１０２と、制御素子１０３と、受光素子１１０とを有する。複数の端子１０２と制御素子１０３と受光素子１１０とは基台１０１に固定されている。制御素子１０３と受光素子１１０とは複数の端子１０２に接続されている。受光素子１１０は、複数の画素１１１がＸ方向及びＹ方向に配置された画素領域１１２を有する。
As shown in FIG. 11, the spectroscope 3 includes a
光学素子３００は入射光を平行光にする。光学素子３００により平行光とされた入射光は波長選択フィルタユニット２００に入射する。波長選択フィルタユニット２００は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０と誘電体多層膜２８０とをそれぞれ有する。
The
誘電体多層膜２８０は、透明基板２７０において光学素子５００と対向する面に形成されている。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０において誘電体多層膜２８０が形成されている面とは反対側の面に誘電体多層膜２８２が形成された構成としてもよい。
The
入射光は波長選択フィルタユニット２００により、波長または波長帯ごとに分光される。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、光学素子５００に入射する。
Incident light is split by wavelength
光学素子５００において受光素子１１０の画素領域１１２と対向する面には、複数のマイクロレンズ５０１が形成されている。即ち、光学素子５００は、画素領域１１２と対向する複数のマイクロレンズ５０１を有する。１つのマイクロレンズ５０１が形成されている領域は、画素領域１１２において、例えば２０個の画素１１１がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ配置されている領域に相当する。
A plurality of
光学素子５００は入射光を平行光にする。複数のマイクロレンズ５０１は、光学素子５００により平行光とされた入射光を、画素領域１１２にそれぞれ集束させる。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、複数のマイクロレンズ５０１により波長帯ごとに集束され、受光素子１１０の画素領域１１２のそれぞれ対応する画素１１１に入射する。
The
制御素子１０３は、外部から複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して入力される制御信号に基づいて受光素子１１０を制御する。受光素子１１０は、画素領域１１２に入射した光を画素１１１ごとに光電変換して受光信号を生成する。
The
受光素子１１０は、受光信号を制御素子１０３へ出力する。制御素子１０３は受光信号を信号処理し、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。分光器３の制御素子１０３は、分光器１の制御素子１０３と同様の信号処理を実行する。
The
分光器３では、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する波長選択フィルタユニット２００は、透過波長がλａからλｇへ連続的に変化する透過波長特性を有するリニアバリアブルフィルタとして機能する。
In the spectroscope 3, the wavelength
分光器３では、リニアバリアブルフィルタとして機能する波長選択フィルタユニット２００により入射光を分光するため、波長選択フィルタユニット２００を受光素子１１０の画素領域１１２の近傍に配置することができる。従って、分光器３によれば、回折格子を用いた分光器と比較して小型化することができる。
In the spectroscope 3, the wavelength
分光器３では、制御素子１０３はＸ方向及びＹ方向の画素数を設定することができる。制御素子１０３は、入射光の光量が少ない場合には画素数を大きく設定し、検出精度を向上させる場合には画素数を小さく設定し、かつ、中心部の画素１１１の受光信号のみを加算する。即ち、分光器３によれば、画素１１１ごとに生成される受光信号の信号処理を目的に応じて実行することができる。
In the spectroscope 3, the
分光器３によれば、波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光を、複数のマイクロレンズ５０１により波長帯ごとに目的の画素１１１に精度よく入射させることができる。
According to the spectroscope 3, incident light separated by the wavelength
分光器３によれば、目的の画素１１１には、波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光が、複数のマイクロレンズ５０１により集束されて入射する。これにより、目的の画素１１１により生成される受光信号の信号レベルを上げることができるため、入射光の光量が少ない場合に有効である。また、分光器３によれば、目的の波長帯に対する近傍の波長帯の入射光が目的の画素１１１に入射することにより生じるクロストークを複数のマイクロレンズ５０１により防止することができる。
According to the spectroscope 3, incident light dispersed by the wavelength
［第４実施形態］
図１２を用いて、第４実施形態の分光器の構成例を説明する。図１２は図２、図１０、及び、図１１に対応する。なお、説明をわかりやすくするために、第１〜第３実施形態の分光器１〜３と同じ構成部には同じ符号を付す。
[Fourth Embodiment]
A configuration example of the spectrometer of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 corresponds to FIG. 2, FIG. 10, and FIG. In addition, in order to make explanation easy to understand, the same reference numerals are given to the same components as the
図１２に示すように、分光器４は、受光デバイス１００と、波長選択フィルタユニット２００と、光学素子３００とを備える。受光デバイス１００は、基台１０１と、複数の端子１０２と、制御素子１０３と、受光素子１１０とを有する。複数の端子１０２と制御素子１０３と受光素子１１０とは基台１０１に固定されている。制御素子１０３と受光素子１１０とは複数の端子１０２に接続されている。受光素子１１０は、複数の画素１１１がＸ方向及びＹ方向に配置された画素領域１１２を有する。
As shown in FIG. 12, the spectroscope 4 includes a
光学素子３００は入射光を平行光にする。光学素子３００により平行光とされた入射光は波長選択フィルタユニット２００に入射する。波長選択フィルタユニット２００は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０と誘電体多層膜２８０とをそれぞれ有する。
The
誘電体多層膜２８０は、受光素子１１０の画素領域１１２と対向する面に形成されている。波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０は、透明基板２７０において誘電体多層膜２８０が形成されている面とは反対側の面に誘電体多層膜２８２が形成された構成としてもよい。
The
入射光は波長選択フィルタユニット２００により、波長または波長帯ごとに分光される。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、受光素子１１０の画素領域１１２のそれぞれ対応する画素１１１に入射する。
Incident light is split by wavelength
受光素子１１０の画素領域１１２には、各画素１１１に対応してマイクロレンズ１１３が形成されている。波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光は、マイクロレンズ１１３により集束され、それぞれ対応する画素１１１に入射する。
In the
制御素子１０３は、外部から複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して入力される制御信号に基づいて受光素子１１０を制御する。受光素子１１０は、画素領域１１２に入射した光を画素１１１ごとに光電変換して受光信号を生成する。
The
受光素子１１０は、受光信号を制御素子１０３へ出力する。制御素子１０３は受光信号を信号処理し、複数の端子１０２のうちの少なくともいずれかの端子１０２を介して外部へ出力する。分光器４の制御素子１０３は、分光器１の制御素子１０３と同様の信号処理を実行する。
The
分光器４では、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を有する波長選択フィルタユニット２００は、透過波長がλａからλｇへ連続的に変化する透過波長特性を有するリニアバリアブルフィルタとして機能する。
In the spectrometer 4, the wavelength
分光器４では、リニアバリアブルフィルタとして機能する波長選択フィルタユニット２００により入射光を分光するため、波長選択フィルタユニット２００を受光素子１１０の画素領域１１２の近傍に配置することができる。従って、分光器４によれば、回折格子を用いた分光器と比較して小型化することができる。
In the spectroscope 4, the wavelength
分光器４では、制御素子１０３はＸ方向及びＹ方向の画素数を設定することができる。制御素子１０３は、入射光の光量が少ない場合には画素数を大きく設定し、検出精度を向上させる場合には画素数を小さく設定し、かつ、中心部の画素１１１の受光信号のみを加算する。即ち、分光器４によれば、画素１１１ごとに生成される受光信号の信号処理を目的に応じて実行することができる。
In the spectroscope 4, the
分光器４では、波長選択フィルタユニット２００により分光された入射光を、マイクロレンズ１１３により集束させ、それぞれ対応する画素１１１の中心部に入射させる。これにより、目的の画素１１１の検出精度を向上させることができる。
In the spectroscope 4, the incident light dispersed by the wavelength
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change variously.
第１〜第４実施形態の分光器１〜４では、波長選択フィルタユニット２００は、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向がＸ方向となるように配置されているが、波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の長手方向がＹ方向となるように波長選択フィルタユニット２００を配置してもよい。
In the
波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０の位置関係においても第１〜第４実施形態の分光器１〜４の波長選択フィルタユニット２００の構成に限定されるものではなく、任意に配置してもよい。
The positional relationship of the wavelength selection filters 210, 220, 230, 240, 250, and 260 is not limited to the configuration of the wavelength
第１実施形態の分光器１では、複数の透明基板２７１及び２７２を用いて波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を作製したが、これに限定されるものではない。例えば１つの透明基板２７０に波長選択フィルタ２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、及び、２６０を形成した後、透明基板２７０を複数の透明基板２７１及び２７２に切断し、切断された透明基板２７１から波長選択フィルタ２１０、２３０、及び、２５０を作製し、切断された透明基板２７２から波長選択フィルタ２２０、２４０、及び、２６０を作製するようにしてもよい。
In the
１，２，３，４ 分光器
１１０ 受光素子
１１１ 画素
１１２ 画素領域
１１３，５０１ マイクロレンズ
２００ 波長選択フィルタユニット
２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０ 波長選択フィルタ
３００，４００，５００ 光学素子
1, 2, 3, 4
Claims (5)
前記画素領域上に配置され、複数の波長選択フィルタを有する波長選択フィルタユニットと、
を備え、
前記複数の波長選択フィルタは、互いに異なる透過波長特性を有し、入射光を波長または波長帯ごとに分光し、
前記受光素子は、前記複数の波長選択フィルタにより分光されて前記画素領域に入射した前記入射光を前記画素ごとに光電変換して受光信号を生成する
ことを特徴とする分光器。 A light receiving element having a pixel region in which a plurality of pixels are disposed;
A wavelength selection filter unit disposed on the pixel region and having a plurality of wavelength selection filters;
With
The plurality of wavelength selective filters have transmission wavelength characteristics different from each other, and split incident light for each wavelength or wavelength band,
The spectroscope characterized in that the light receiving element generates a light receiving signal by photoelectrically converting the incident light that has been spectrally separated by the plurality of wavelength selection filters and entered the pixel region for each pixel.
ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。 The spectroscope according to claim 1, further comprising: an optical element that is disposed on the wavelength selection filter unit and converts the incident light into parallel light.
前記波長選択フィルタユニットと前記受光素子との間に配置され、前記波長選択フィルタユニットを透過した光を平行光にする第２の光学素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の分光器。 The optical element is a first optical element,
The spectroscopic structure according to claim 2, further comprising: a second optical element that is disposed between the wavelength selection filter unit and the light receiving element and converts the light transmitted through the wavelength selection filter unit into parallel light. vessel.
ことを特徴とする請求項３に記載の分光器。 The spectroscope according to claim 3, wherein the second optical element has a plurality of microlenses facing the pixel region.
ことを特徴とする請求項１に記載の分光器。 The spectroscope according to claim 1, wherein the pixel region includes a plurality of microlenses arranged for each pixel.
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