JP3618090B2

JP3618090B2 - コリメータ及び分光測光装置

Info

Publication number: JP3618090B2
Application number: JP2001324351A
Authority: JP
Inventors: 健夫山田; 知之小林
Original assignee: Nireco Corp
Current assignee: Nireco Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: US6972845B2; US20030076499A1; EP1306713A2; EP1306713B1; EP1306713A3; JP2003131015A; US20050206901A1; DE60209419T2; US7114232B2; DE60209419D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、性能の良いコリメータ、及びプリズムや回折格子を用いずに分光測光を行うことができる、小型の分光測光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、分光測光を行うには、プリズムや回折格子を用いて光を波長ごとに異なる方向に導いてリニアセンサ等に照射し、リニアセンサの各素子からの出力を測定することにより、分光強度を測定する方法が一般的に用いられていた。しかしながら、プリズムや回折格子等を用いる場合、分光された光を波長によって異なる方向に導いて分離するために、ある程度の空間が必要となる。よって、分光測光装置の大きさが大きくなるという問題点があった。又、測定光をプリズムや回折格子に導く際にスリットを通すため、光量が少なくなり、リニアセンサで必要な蓄積時間が長くなるため、高速測定が困難である等の問題点があった。
【０００３】
このような問題点を解決するものとして、透過波長可変フィルタ（ＬｉｎｅａｒＶａｒｉａｂｌｅＦｉｌｔｅｒ：以下ＬＶＦと称することがある）を用いる方法が幾つか提案され実用化されている。たとえば、特開平５−３２２６５３号公報に開示される技術、ＵＳＰ５，８７２，６５５に開示されている技術公知であり、これらとは別の方式の透過波長可変フィルタを使用した分光測光装置がＵＳＰ６，０５７，９２５に開示され、市販されている。これは、透過波長可変フィルタとリニアセンサの間に正立等倍像の光学系を挿入することにより、透過型可変フィルタから照射した分光された光を、リニアセンサ上に結像させるものであり、正立等倍像の小型結像系として、ＧＲＩＮ（ＧｒａｄｉｅｎｔＩｎｄｅｘ）レンズ又はＭｉｃｒｏＬｅｎｓＡｒｒａｙを用いるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−３２２６５３号公報に開示されている方式、及びＵＳＰ５，８７２，６５５に開示された方法には以下のような問題点がある。すなわち、これらのものにおいては透過型波長可変フィルタをリニアセンサに貼り付けた構造をしているため、透過型波長可変フィルタをリニアセンサとの間で多重反射が起こり、分光特性が劣化する。
【０００５】
ＵＳＰ６，０５７，９２５に開示された方法では、このような問題点は解消されるが、別の問題が発生する。すなわち、ＧＲＩＮレンズは、２列に配置された、合計２８個の円筒レンズで構成されている。従って、透過波長可変フィルタのような面画像を投影すると、リニアセンサ上には、２８個の円筒レンズ作られた合成像が結像されるので、リニアセンサの出力には、厳密には２８個の山のムラが生じてしまう。これにより、分光波長の位置精度は向上しても、その出力の大きさの精度は低下してしまう。
【０００６】
一方、光を平行に伝達する方法として、従来、機械的なコリメータが使用されている。すなわち、大型の光学系、例えばウェブ状の被測定物の幅計、エッジ部測定器では、大型のコリメータを使用することが行われている。透過波長可変フィルタとリニアセンサの間の光の伝達に、このような機械的なコリメータを使用することも考えられる。しかし、これらのコリメータは構成が大型で、透過波長可変フィルタとリニアセンサの間の光の伝達に使用可能なような小型のもので、高分解能を必要とされるものは製作が不可能とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決する方法として、本発明者らは、透過波長可変フィルタとリニアセンサの間、もしくは透過波長可変フィルタの前面にファイバオプティクプレート（以下ＦＯＰと略す）を設置することにより、むらのない、波長分解能が高い分光結果を得ることに成功し、特願２００１−０７８１７６号として特許出願している（以下、「先願発明」という）。この発明の実施例では、特に波長分解能を高めるために、ＮＡ＝０．３５という指向性の高いＦＯＰを用いている。
【０００８】
その構成図を図１６に示す。リニアセンサ３１のセンサパッケージ３２の上にファイバオプティックプレート３３ａ、３３ｂが図のように設けられ、その上に透過波長可変フィルタ３４がファイバオプティックプレート３３ａに密着して設けられている。リニアセンサ３１とファイバオプティックプレート３３ｂの間隔は０．０１ｍｍ程度であり、その間には透光性の樹脂３５が充填されている。この実施の形態においては、ファイバオプティックプレート３３ａ、３３ｂの開口数（ＮＡ）は１としている。
【０００９】
ファイバオプティックプレートを３３ａと３３ｂの２枚に分けているのは、ファイバオプティックプレート３３ａをリニアセンサ３１のセンサパッケージ３２の表面カバーガラスの代わりに使用するためであり、このような必要が無い場合には、１枚のファイバオプティックプレートを使用してもよいし、３３ａと３３ｂを一体形成してもよい。
【００１０】
図の上側から透過波長可変フィルタ３４に入射した光は、透過波長可変フィルタ３４に入射する位置によって決まる波長の光のみが透過され、透過波長可変フィルタ３４の位置に応じて分光された光となって、ファイバオプティックプレート３３ａ、３３ｂにより導かれ、透光性の樹脂３５を通して、リニアセンサ３１の対応する画素に入射する。よって、リニアセンサ１の各画素の出力を処理することにより、分光測定を行うことができる。
【００１１】
ファイバオプティックプレート３３ａ、３３ｂの開口数が１であっても、透過波長可変フィルタ３４とファイバオプティックプレート３３ａは密着しているので、この間での光の拡散は無いが、ファイバオプティックプレート３３ｂとリニアセンサ３１との間で僅かながら光の拡散が起こる。しかし、その間隔は０．０１ｍｍ程度であるので余り問題にならない。この実施の形態においては、透過波長可変フィルタ４からリニアセンサ１への光量伝達率は６０−７０％程度で、透過波長可変フィルタとリニアセンサを近接させた従来例の場合に比して遜色が無いことが分かった。
【００１２】
しかしながら、この方法にも、問題点がある。即ち、実存するＮＡ＝０．３５というＦＯＰの有効な波長帯域は４００−８００ｎｍの範囲である。従って、８００ｎｍ以上の長い波長には使用しても高分解能の分光結果を得ることができない。一方、透過波長可変フィルタは、０．４μｍから２０μｍまで製造可能といわれている。
【００１３】
長い波長でＦＯＰを使用するには、その波長帯域用のファイバを新たに製造しなければならない。各波長に対応した光ファイバを作るには、コストがかかり、実用的でない。さらに、可視域のＦＯＰでも、ＮＡ＝０．３５とすると光の透過率が減衰するという問題点がある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたもので、波長依存性が無く、波長分解能が高い、小型のコリメータ、及びこれを使用した、高速で高精度の分光測定が可能で、小型の分光測光装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、穴を有する第１の金属薄板と穴を有しない第２の金属薄板を交互に重ね、その両側を押さえ板で押さえて、これらを熱圧着で拡散接合させて一体化し、その後、第１の金属薄板の穴を有する部分に対応する部分を、前記金属薄板の積層方向に切断することにより形成されたコリメータ（請求項１）である。
【００１８】
本手段によって形成されるコリメータは、前記第１の金属薄板の厚さを幅とする穴が、前記第２の金属薄板の厚さの間隔を空けて複数平行に形成された構造のものとなる。即ち、第１の金属薄板の枚数だけの開口部を有するコリメータが形成される。第１の金属薄板と第２の金属薄板は熱接着による拡散接合で接合されるため、十分薄い、すなわち十μｍの単位の厚さのものでも使用することができ、これにより、十μｍの単位の幅の穴が十μｍの単位の間隔で多数形成されたコリメータを形成することができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、複数列の平行な穴を有する第１の金属薄板と穴を有しない第２の金属薄板を交互に重ね、その両側を押さえ板で押さえて、これらを熱圧着で拡散接合させて一体化し、その後、前記金属薄板の積層方向に切断することにより形成された２次元のコリメータ（請求項２）である。
【００２０】
本手段によれば、前記平行な穴が間隔をおいて一方向に配列され、それらの穴が、前記第１の手段で説明したように、これと直角な方向に第１の金属板の枚数だけ配列される。よって、前記第２の手段と同様の構造を持つ二次元コリメータとすることができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は前記第２の手段における第２の金属薄板の代わりに、切断される部分に、前記第１の金属薄板の穴の幅方向を覆うだけの長さを有する穴を開けた金属薄板を使用し、その他は前記第１の手段又は前記第２の手段に記載の方法で製造されたことを特徴とするコリメータ（請求項３）である。
【００２２】
本手段においては、第２の金属薄板の代わりに、切断される部分に、前記第１の金属薄板の穴の幅方向を覆うだけの長さを有する穴を開けた金属薄板を使用している。即ち、第２の金属薄板には、切断される部分に穴が開けられ、その穴の切断面における長さは、前記第１の金属薄板の穴の切断面における長さ以上であり、切断面においては第２の金属薄板の穴が、第１の金属薄板の穴をカバーするようになっている。
【００２３】
そのため、切断を行う場合に、前記第１の金属薄板の穴に切断部分がかかるまで切断すればよく、第２の金属薄板のうち、コリメータの穴の隔壁を構成する部分は切断する必要がない（予め穴が開けられている）。よって、この部分が切断時の切断力や熱により変形することがない。
【００２４】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記第１の金属薄板に形成された穴が、その長さ方向に形成されたグリッド部材を有することを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２５】
本手段においては、第１の金属薄板に形成された穴が、その長さ方向、即ち、切断面と直角方向に形成されたグリッド部材を有する。このグリッド部材は、後に発明の実施の形態の欄で図を用いて詳しく説明されるように、コリメータが完成したとき、コリメータの穴の隔壁を構成する第２の金属薄板を支持する梁の役割を果たし、第２の金属薄板の変形を防止する。よって、正確な形状の穴を有するコリメータとすることができる。
【００２９】
前記課題を解決するための第５の手段は、透過波長可変フィルタと、リニアセンサと、前記透過波長可変フィルタとリニアセンサとの間に配置され、透過波長可変フィルタから出射する分光された光を、リニアセンサに伝達するコリメータとを有してなり、コリメータとして前記第１の手段から第４の手段のうちのいずれかに記載のコリメータを用いたことを特徴とする分光測光装置（請求項５）である。
【００３０】
本手段の構成は、大略従来の技術で述べた先願発明の構成と同じであるが、コリメータとしてファイバオプティクスプレート（ＦＯＰ）の代わりに、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであるコリメータを使用していることが異なっている。ＦＯＰも一種のコリメータであるが、光はファイバの中を伝播しており、ファイバの屈折率の波長依存性が、伝達特性に影響する。これに対し、本手段において用いられるコリメータは、いずれも光の伝達路が空気であるので、波長依存性が無く、赤外光から紫外光までの分光が可能である。
【００３１】
透過波長可変フィルタを用いた分光器の一例での対象素子リニアセンサは、長さ１２．５ｍｍで波長検出素子数が２５６で素子幅が５０μｍ（幅は２５００μｍ）と著しく小さい。また透過波長可変フィルタとリニアセンサの大きさは１：１と等倍であるので、コリメータ空洞部のピッチの寸法も１０−１００μｍ程度が望ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例であるコリメータの概要を示す図である。図１において（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ断面図である。この図は構造を説明するための概念図であるので、図示された寸法は実際の寸法とは対応していない。
【００３３】
図を見ると分かるように、このコリメータは、中央部に幅２２００μｍの穴４の開いた金属板１（厚さ４０μｍ）と、穴を有しない金属板２（厚さ１０μｍ）を交互に重ねて構成されている（穴４の開いた金属板１とは、後に述べるような切断前の状態であって、完成品においては、図の上部の金属板１と下部の金属板とはつながっていない）。そして、両側を厚さ２ｍｍの金属製の押さえ板３によって押さえられている。これらの各金属板と押さえ板は熱圧着による拡散接合により接合されている。
【００３４】
これにより、上下方向に貫通した穴４（４０μｍ×２０００μｍ）の部分が光を通す部分となり、金属板２が隣の穴４との仕切となり、結局幅４０μｍにコリメートされた光が通過することになる。使用する金属薄膜としては、フォトエッチングが可能な金属薄膜で積層化が可能であり、かつ熱圧着による拡散接合が可能なものであれば何でも使用できるが、ここでは、比較的安価で手に入りやすく、かつ強度の強いＳＵＳ板を使用している。他にアルミニウムも有力な材料であるが、強度の点でＳＵＳに劣る。図において点線で示された部分は、その左右の部分と構造が同じなので図示を省略しており、この実施の形態では、金属板１を２５６枚、金属板２を２５５枚積層して、２５６の光の通路を形成している。
【００３５】
このコリメータは新規なものであるので、その製造方法の例を説明する。図２に示すように、長さ１００ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ４０μｍのＳＵＳ薄膜１と、厚さ１０μｍのＳＵＳ薄板２と、長さ１００ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＵＳ板３を用意し、ＳＵＳ薄板１には、フォトリソグラフィとエッチングを使用して、その中央部に４０μｍ×２２００μｍの穴４を形成する。又、ＳＵＳ薄板１とＳＵＳ薄膜２各板にはフォトリソグラフィとエッチングを使用して、ＳＵＳ板３には放電加工により、直径２ｍｍの穴５を２個開ける。加工方法としてエッチングを用いるのは、バリの発生を無くするためである。
【００３６】
次に厚さ２ｍｍのＳＵＳ板３の上に４０μｍのＳＵＳ薄板１を置き、その上に厚さ１０μｍのＳＵＳ薄板２を積み重ねる。この後は４０μｍ、１０μｍのＳＵＳ薄板を交互に積層していく。この例では、４０μｍのＳＵＳ板１を２５６枚、１０μｍのＳＵＳ板２を２５５枚積層し、その上に厚さ２ｍｍのＳＵＳ板３を置く。その際、直径２ｍｍの穴５を使用して、各板の位置合わせを行う。
【００３７】
この状態では、この積層板は、固定されていないので、相互の接合が必要となる。ここで熱圧着の技術を使い、各ＳＵＳ板の接触面を接合させる。そのために、この積層部を上下から押さえ板（ＳＵＳと接合しない材料を使用）で積層部に圧力を加え、この状態で真空加熱炉に入れ、常温から約１０００℃まで上げて保持し、拡散接合が終了したと思われる頃を見計らい、温度を下げる。ほぼ２４時間の工程である。このようにして、図３に示すような接合した多層板が完成する。図３において（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３８】
次に、接合した多層板をその積層方向に切断する。一つのコリメータを切り出すための切断位置を図３に一点鎖線で示す。切断はワイヤーカット放電加工による。各板が拡散接合しているので、きれいな切断面が得られる。このようにして高さＬを有する、図１に示したようなコリメータが完成する（図３の左右から見た図が図１の（ａ）に対応する）。このコリメータの高さＬは図３に示した切断時の長さで決まる。この製作方法の良いところは、コリメータの高さを任意の値に最終段階で加工できることである。波長分解能の高いニーズに対しては、Ｌを大きくする。高速性を要求するニーズにはＬを小さくすることで対応できる。
【００３９】
以上は一次元のコリメータについて説明したが、次に本発明の第２の実施の形態である二次元コリメータについて説明する。図２において金属板１には１個の穴４が開けられていたのみであったが、この実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、所定間隔で長方形の穴４を平行に多数（図においては６個示しているが任意の数とすることができる）形成する。そして、金属板２、押さえ板３を、金属板１に対応する大きさのものとし、図１に示すコリメータを製造したのと同じ方法によりコリメータを製造する。
【００４０】
すると、図１の（ｃ）に対応する断面が図４（ｂ）に示すようなものとなった２次元コリメータが完成する。
【００４１】
以上のようにして製造されたコリメータにおいて、図１、図２に示す穴４の長さ（図における上下方向長さ）が長い場合、金属板２が熱変形して互いの平行性が保たれない場合がある。このような場合には、穴４に補強材としてのグリッドが形成されるようにする。
【００４２】
即ち、図５（ａ）に示すように、一つの穴４をエッチングで形成する際に、金属板１の穴４に、細いグリッド６が形成されるように、幅が１００μｍ程度の線状の部分を残しておく。このような金属板を使用して前述のような方法でコリメータを形成すると、図１の（ｃ）に対応する断面が図５（ｂ）に示すようなものとなったコリメータが形成される。即ち、このコリメータにおいては、グリッド６が金属板１を補強するような形で形成されるので、金属板２が曲がることなく、正確なコリメータが形成される。このグリッド６の部分は光が通過しないので、光の伝達効率が若干落ちることになるが、実際には、グリッドは３本程度で十分である。幅（図５の上下方向）の幅が２２００μｍで、グリッド６の幅が１００μｍで３本としても、伝達効率が落ちるのは３／２２程度であり、あまり問題にならない。同様の方法が前述の２次元コリメータにも使用可能可能なことは明らかである。
【００４３】
以上述べたいずれの方法においても、ワイヤカット放電加工を行うとき、金属板２のうち金属板１で両側を挟まれていない部分、すなわち穴４に対応する部分の強度が弱く（厚さ４０μｍ程度の板の強度となる）、そのため、切断時に金属板２におけるこの部分が熱変形や応力による変形をすることがある。これを防ぐために、金属板２を図６に示すような形状とする。即ち、ワイヤカット放電加工による切断面７に位置する金属板２の中央部に、穴８を、予めエッチング等により形成しておく。この穴は、金属板１と金属板２を重ねたとき、金属板１に形成された穴４の幅方向（図６の上下方向）を完全にカバーする大きさとする。即ち、穴４の幅以上の高さを有する。実際には、穴４の幅と穴８の高さをほぼ同じとし、両方の穴が、ほぼ完全に重なり合うようにしておくことが好ましい。
【００４４】
このようにすると、ワイヤカット放電加工で切断される部分は、穴４と穴８の両方に達する部分まででよく、金属板２の、穴４の側面を形成する部分のほとんどはワイヤカット放電加工を受けないで済む。よって、この部分が熱変形することが無く、正確なスリットが形成される。
【００４５】
なお、以上説明したコリメータのいずれにおいても、金属板１は、当初は１枚の板としてつながっているが、ワイヤカット放電加工を受けた後は、細かな部分に分割されてしまう。しかし、この段階では、熱圧着による拡散接合で、金属板２と接合されているので、分割された各部分がバラバラになってしまうことはない。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態の一例である分光測光装置の構成の概要を示す図である。この分光測光装置は一次元分光装置であり、透過波長可変フィルタ１１と、コリメータ１２と、リニアセンサパッケージ１３と、リニアセンサ１４とを中心として構成される。透過波長可変フィルタ１１により分光された光はコリメータ１２を通してリニアセンサパッケージ１３内のリニアセンサ１４に導かれる。透過波長可変フィルタ１１とコリメータ１２とリニアセンサパッケージ１３は、接触させた構造とする。リニアセンサ１４はリニアセンサパッケージ１３の中に固定され、ガラス窓（図示せず）を通して、コリメータ１２からの光を受光し、電気信号に変換する機能を持つ。
【００４７】
透過波長可変フィルタ１１を透過する光の波長は、透過波長可変フィルタ１１の幅方向位置に対応して定まる。コリメータ１２は、透過波長可変フィルタ１１の幅方向各位置から出る光を、他の位置から出る光と混合しない状態でリニアセンサ１４に導く。よって、リニアセンサ１４の各素子の出力を知ることにより、透過波長可変フィルタ１１に入射する光の分光特性を知ることができる。
【００４８】
本実施の形態においては、コリメータ１２が空気層を媒体として、透過波長可変フィルタ１１からの出射光をリニアセンサ１４に伝送するようにしているので、光の減衰が小さい状態で透過波長可変フィルタ１１からの出射光をリニアセンサ１４に伝送することができ、感度を良くすることができる。
【００４９】
図８に、図７に示す実施の形態に用いられるコリメータの第１の例を示す。これは、浜松フォトニクス株式会社のホームページに記載されているキャピラリプレートをコリメータとして使用したものである。このキャピラリプレートは、ガラスに穴径が数μｍから数百μｍの穴を規則正しくあけたもので、その厚みは０．５ｍｍから数十ｍｍのものが製作可能とされている。
【００５０】
このキャピラリプレートの穴の内面を、光を完全に吸収するためのコーティングを施すと、コリメータとして使用できる。このようなコリメータによって、透過波長可変フィルタ１１の出射する分光波長をリニアセンサ１３に伝送する。
【００５１】
しかしこの実施の形態では、キャピラリプレートの開口比が最大５５％と小さいことと、穴が円形であるために光の伝送効率が低いという問題点がある。特に一次元の分光器として用いる場合には、キャピラリプレート全体が円形であるので、使用できない部分が多くなってしまう。
【００５２】
本発明の実施の形態である図１に示すようなコリメータ、又は前述のようなこのコリメータの変形例（グリッドを有するもの）を使用するとこれらの問題を克服することができる。即ち、これらのコリメータにおいては開口部が方形であるので、キャピラリプレートに対して光の伝達面積を大きくでき、従って、光の伝送効率を大きくできる。
【００５３】
また、図７に示すものは一次元分装置であるが、透過波長可変フィルタ１１として幅広のものを使用し、コリメータ１２を二次元コリメータとし、リニアセンサ１４を二次元のものとすれば、容易に二次元分光装置を構成することができる。
【００５４】
この場合は、コリメータ１２としてキャピラリプレートを使用しても、一次元分光装置の場合に比して欠点はやや解消されるが、穴が円形になっている分だけ光の伝達効率が落ちることは避けられない。そこで、図４に示したような二次元コリメータ又はグリッドを有する変形例を使用すると、光の伝達効率を高めることができる。
【００５５】
【実施例】
図５（ｂ）に示すようなグリッド付きの一次元コリメータを製造した。金属板１、金属板２、押さえ板３にはＳＵＳを使用し、金属板１の厚さを９０μｍ、金属板２の厚さを１０μｍ、押さえ板の厚さを２ｍｍとし、フォトリソグラフィとエッチングにより形成した穴４の幅は２２００μｍとした。そして、図５（ａ）に示すように、この２２００μｍの間に等間隔で幅１００μｍのグリッドを５本形成した。金属板１には、図６に示すように、その中央に、図の横方向４ｍｍ間隔で幅（図の左右方向）１ｍｍ、長さ（図の上下方向）２４００μｍの穴８をフォトリソグラフィとエッチングにより形成した。そして、押さえ板３の上に金属板１を１２８枚、金属板２を１２７枚交互に積層し、最後に押さえ板３を乗せ、これらを実施の形態で説明した方法により熱圧着により拡散接合し、穴８の開いた部分をワイヤカット放電加工で切断した。これにより、厚さ３ｍｍ、幅２２００μｍ、長さ約１５．８ｍｍのコリメータが完成した。このコリメータには、幅９０μｍ、長さ２２００μｍの穴が１２８個形成されている。
【００５６】
このコリメータを使用した、図７に示すような一次元分光装置の分光特性を、図９に示すような装置を使用して調査した。平行光源２１から放出された連続スペクトルを有する平行光線は、拡散板２２で拡散され、波長校正フィルタ２３を通った後、図７に示されるような一次元分光装置によって波長分布を測定される。
【００５７】
図１０に拡散板２２、波長校正フィルタ２３を用いず、平行光源２１からの照射光を直接分光した結果を、図１１に、拡散板２２を用いず、波長校正フィルタとしてディディニウムフィルタを使用した場合の光を分光した結果を示す。ディディニウムフィルタの理論吸光ピーク波長は５８０ｎｍであり、その理論吸光度は１．８０であるが、図１１を見ると、５８０ｎｍに対応する波長（図はリニアセンサのピクセル単位で示されている）にピークがあり、その吸光度は１．７６９である。これから、この分光装置の分解能が極めて優れていることが分かる。前述のように、コリメータ１２とリニアセンサ１４との間に約２ｍｍの間隔を設けてもこのような高い波長分解能が得られるのは、前述のようにして校正されたコリメータのコリメート性が極めて良好なためである。
【００５８】
これに対して先願発明においては、ＦＯＰとリニアセンサを密着させる必要があり、リニアセンサパッケージ１３を加工する必要があった。本実施の形態においは、上記のような特性があるので、リニアセンサパッケージ１３にコリメータ１２を結合させた場合にも十分な特性が得られる。
【００５９】
このコリメータの性能をさらに調査するために、ディディニウムフィルタの前に拡散板２２を設けて同じような実験を行った。図１２にディディニウムフィルタを設けず、拡散板２２のみを設けて分光特性を測定した結果を示す。図１０と図１２とを比べてみると、図１２の場合、透過波長可変フィルタ１１にいろいろな角度から光が入射し、その波長分解能が低下することが予想されるにもかかわらず、両者の特性は余り変化していない。これは、コリメータ１２のコリメート特性が良好なため、拡散光が透過波長可変フィルタ１１に入射する場合でも、直進する光のみをリニアセンサ１４に伝達するためと考えられる。
【００６０】
図１３に、拡散板２２の後に、波長校正フィルタ２３としてディディニウムフィルタを入れ、これを通過した光を分光した結果を示す。図１３においても、ディディニウムフィルタの理論吸光ピーク波長である５８０ｎｍの位置に吸収ピークが現れており、吸収曲線のパターンは、図１１に示すものとほとんど同じである。ただし、吸光度は１．６５であり、拡散板がない場合に比してやや低下している。
【００６１】
以上の結果から分かるように、前述のようなコリメータを用いれば、光が拡散光の場合であっても、かつ、コリメータとリニアセンサの間に間隔があっても、高い波長分解能が得られる。
【００６２】
以上の実験は、可視光についてのものであったが、平行光源２１として赤外光の光源を用い、拡散板２２を入れずに、ディディニウムフィルタのみを用いて、その透過光を分光した結果を図１４に示す。赤外光に対するディディニウムフィルタの吸収ピークは８００ｎｍにあり、その理論吸光度は１．２０であるが、この分光測定装置においても、８００ｎｍに吸収ピークがあり、測定された吸光度は１．２０１と理論値に極めて近かった。これより、この分光測定装置は赤外光の分光にも有効であることが分かる。
【００６３】
比較例として、先願発明に示されたファイバーオプティックスプレートを用いた分光装置（図１６に示したもの）を用いて、拡散板２２とディディニウムフィルタを用いたときの分光特性を図１５に示す。ディディニウムフィルタの吸収波長が５８０ｎｍでの吸光度のピークが１．３０と低下しており、全体的に波形がなまっている。これは、本発明の実施例に比してコリメータの性能が悪いためである。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長依存性が無く、かつコリメート性の高いコリメータを得ることができる。また、このコリメータを、透過波長可変フィルタとリニアセンサ間の光の伝達に用いることにより、可動部が無く、小型で、高精度かつ高速分光が可能で、比較的安価な分光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例であるコリメータの概要を示す図である。
【図２】図１に示すコリメータの製造方法の例を説明するための図である。
【図３】図１に示すコリメータの製造方法の例を説明するための図である。
【図４】二次元コリメータを製造するための部材の構造の例と、二次元コリメータの断面の例をを示す図である。
【図５】補強部材となるグリッドを製造するための部材の構造の例と、グリッドを有する一次元コリメータの断面の例を示す図である。
【図６】切断時における変形を防ぐための部材の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例である分光測光装置の構成の概要を示す図である。
【図８】コリメータとして用いられるキャピラリプレートの概要を示す図である。
【図９】本発明の実施例である分光装置の特性を調査するために使用した装置の概要を示す図である。
【図１０】平行光源からの照射光を直接分光した結果を示す図である。
【図１１】ディディニウムフィルタを通過した平行光源からの照射光を分光した結果を示す図である。
【図１２】平行光源からの照射光を、拡散板を介して分光した結果を示す図である。
【図１３】平行光源からの照射光を、拡散板とディディニウムフィルタを介して分光した結果を示す図である。
【図１４】平行光源として赤外光の光源を用い、ディディニウムフィルタの透過光を分光した結果を示す図である。
【図１５】コリメータとしてＦＯＰを使用した先願発明において、ディディニウムフィルタを通過した平行光源からの照射光を分光した結果を示す図である。
【図１６】先願発明である分光装置の構成の例を示す図である。
【符号の説明】
１…穴を有する金属薄板、２…穴を有しない金属薄板、３…押さえ板、４…穴、５…穴、６…グリッド、７…切断面、８…穴、１１…透過波長可変フィルタ、１２…コリメータ、１３…リニアセンサパッケージ、１４…リニアセンサ、２１…平行光源、２２…拡散板、２３…波長校正フィルタ

Claims

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