JP5736672B2 - 光学部品及び分光測光装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態として、入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品について説明する。図1に示すように、本実施形態の光学部品1は、第1の透過波長可変フィルタ11と、第2の透過波長可変フィルタ12と、第1及び第2の透過波長可変フィルタ11及び12を所定の間隔d1を隔てて配置するために用いられるスペーサ13とから主に構成される。第1及び第2の透過波長可変フィルタ11及び12は平面形状が矩形の板状部材であり、その4隅に1個ずつ、合計4個のスペーサ13が配置されている。尚、図1において、第1及び第2の透過波長可変フィルタ11及び12の長手方向を「X方向」、X方向と直交する透過波長可変フィルタ11及び12の短手方向を「Y方向」、X及びY方向と直交する高さ方向を「Z方向」と定義する。また、図1に示す光学部品の配置において、Z方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品1に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。
次に、本発明の光学部品の第2の実施形態について説明する。図4に示すように、光学部品3は、厚さd2の矩形の板状のガラス基板13の両面に、第1の多層積層膜31、第2の多層積層膜32がそれぞれ設けられている。図4において、光学ガラス基板33の長手方向を「X方向」、X方向と直交するガラス基板33の短手方向を「Y方向」、X及びY方向と直交するガラス基板33の厚み方向を「Z方向」と定義する。また、図4に示す光学部品の配置においてZ方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品3に対して光は上側から入射して下側へ透過する、つまり第2の多層積層膜32側から入射して第1の多層積層膜31側へ透過するものとする。
本発明の第3の実施形態として、第1の実施形態の光学部品1を用いた分光測光装置について説明する。図6に示すように、本実施形態の分光測光装置4は、第1の実施形態の光学部品1と、複数の受光センサ21を有するラインセンサ2とから主に構成される。ここで、図6において、図1と同様に、第1及び第2の透過波長可変フィルタ11及び12の長手方向を「X方向」、X方向と直交する透過波長可変フィルタ11及び12の短手方向を「Y方向」、X及びY方向と直交する方向を「Z方向」と定義する。また、図6に示す分光測光装置の配置において、Z方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品1に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。ラインセンサ2は、光学部品1の下側に設置され、各受光センサ21が光学部品1を透過した光を受光する。
次に、本発明の第4の実施形態として、第2の実施形態の光学部品3を用いた分光測光装置について説明する。図7に示すように、本実施形態の分光測光装置5は、第2の実施形態の光学部品3と複数の受光センサ21を有するラインセンサ2とから主に構成される。図7に示す分光測光装置の配置において、Z方向の上側を単に「上側」、上側の反対方向を「下側」とし、光学部品5に対して光は上側から入射して、下側へ透過するものとする。ラインセンサ2は、光学部品3の下側に設置され、各受光センサ21が光学部品3を透過した光を受光する。上述のように光学部品3は、第1の実施形態の光学部品1と同様の効果を奏するので、本実施形態の分光測光装置5も、第3の実施形態の分光測光装置4と同様の効果を奏し、波長分解能が高い。
<透過波長可変フィルタについて>
透過波長可変フィルタとして、BK7からなる光学ガラス基板上にNb2O5とSiO2からなる多層積層膜が形成されたバンドパスフィルタを以下の方法により作製する。
上で説明した透過波長可変フィルタ2枚を用いて、図1に示す光学部品1を製造する。まず、一方の透過波長可変フィルタ(以下、「第1の透過波長可変フィルタ11」とする)の多層積層膜形成面と、他方の透過波長可変フィルタ(以下、「第2の透過波長可変フィルタ12」とする)の基板面を対向させる。このとき、それぞれのフィルタの波長変化方向14を平行に、つまり、長辺を平行に配置した。また、各フィルタにおける光の透過波長の変化の方向、つまり短波長から長波長への変化の方向も一致させる。これにより、2枚の透過波長可変フィルタにおける略同一の波長の光を透過する領域が対向する。次に、2枚のフィルタ11及び12の間であって、これらの矩形のフィルタ11及び12の4隅に、合成石英ガラス製の高さ5mmのスペーサ13を1個ずつ合計4個配置し、スペーサを介して2枚のフィルタを接続して光学部品1を完成させる。
上で説明した光学部品をラインセンサの上に配置して、図6に示す分光測光装置4を作製する。ラインセンサ2は、透過波長可変フィルタ11及び12とほぼ同サイズの矩形であり、その長辺の中心から−11mm〜+11mmの間に、1mm×2mmの受光センサが2mmピッチで12個並んでいるものを用いる。
上で説明した分光測光装置4のラインセンサ2から40mm上方(図6における上側)に、直径30mmの白色光源を設置し、そこから白色光を照射して、その光を分光測光装置4で測定する場合のシミュレーションを行った。分光測光装置の各受光センサA〜Lが受光する透過光スペクトルA〜Lについて、シミュレーション結果を図9に示す。また、白色光源の大きさを直径60cmにして、同様のシミュレーションを行った。直径60mmの白色光源の場合のシミュレーション結果を図10に示す。更に、受光センサA、G及びLにおける、透過光ペクトルの中心波長λ0と、透過光スペクトルの半値幅Δλを中心波長λ0で除した値、Δλ/λ0を表1に示す。λ0及びΔλ/λ0の両値は、白色光源の直径が変わっても、共に表1に示す値であり変化しなかった。Δλ/λ0は、分光測光装置の分光特性評価の指標となる値であり、その値が小さいほど分光特性が高いことを示す。
[比較例]
上で説明した分光測光装置6のラインセンサ2から40mm上方(図11における上側)に、直径30mmの白色光源を設置し、そこから白色光を照射して、その光を分光測光装置で測定する場合のシミュレーションを行った。分光測光装置の各受光センサA〜Lが受光する透過光スペクトルA〜Lについて、シミュレーション結果を図12に示す。また、白色光源の大きさを直径60cmにして、同様のシミュレーションを行った。直径60mmの白色光源を使用した場合のシミュレーション結果を図13に示す。更に、受光センサA、G及びLにおける、透過光ペクトルの中心波長λ0と、透過光ペクトルの半値幅Δλを中心波長λ0で除した値、Δλ/λ0を直径30mmの白色光源を使用した場合について表2に、直径60mmの白色光源を使用した場合について表3にそれぞれ示す。
11 第1の透過波長可変フィルタ
12 第2の透過波長可変フィルタ
13 スペーサ
14 波長変化方向
15 基板
16 空間
2 ラインセンサ
21 受光センサ
3 光学部品
31、32 多層積層膜
33 ガラス基板
34 波長変化方向
4、5、6 分光測光装置
Claims (12)
- 入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、
光が入射する第1光入射面を有し、前記第1光入射面内の第1の方向に沿って透過波長が変化する第1の透過波長可変フィルタと、
光が入射する第2光入射面を有し、前記第2光入射面内の第2の方向に沿って透過波長が変化する第2の透過波長可変フィルタを有し、
前記第1光入射面と前記第2光入射面とが略平行になるように前記第1及び第2の透過波長可変フィルタを所定の間隔を隔てて、かつ、前記第1の方向と前記第2の方向が略平行となるように設置し、
前記第1及び第2の透過波長可変フィルタは、それぞれがバンドパスフィルタであり、
前記第1の透過波長可変フィルタと前記第2の透過波長可変フィルタとは、同一の透過波長可変フィルタであって、
前記第1及び第2の透過波長可変フィルタにおける同一の波長を透過する領域が、対向して配置される光学部品。 - 更に、前記第1及び第2の透過波長可変フィルタの間に設けられ、これらの間を前記所定の間隔に保持するスペーサを有する請求項1に記載の光学部品。
- 前記第1及び第2の透過波長可変フィルタが、基板と、該基板上に形成された多層積層膜を有する光干渉フィルタである請求項1または2に記載の光学部品。
- 前記多層積層膜が、SiO2及びNb2O5の多層積層膜である請求項3に記載の光学部品。
- 前記第1及び第2の透過波長可変フィルタは、前記第1及び第2の方向に沿って、それぞれ、透過波長が連続的に変化する透過波長可変フィルタである請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学部品。
- 前記第1の透過波長可変フィルタの光が入射する面と、前記第2の透過波長可変フィルタの基板は対向しており、
前記第1及び第2の透過波長可変フィルタの間における、前記光が透過する空間には、前記第2の透過波長可変フィルタの基板よりも低い屈折率を有する物質が存在する請求項3に記載の光学部品。 - 前記低い屈折率を有する物質が、空気である請求項6に記載の光学部品。
- 前記スペーサが、前記所定の間隔を変更可能である可変スペーサである請求項2に記載の光学部品。
- 前記第1及び第2の透過波長可変フィルタの間に空気が存在する請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学部品。
- 入射した光を波長ごとに分光して透過させる光学部品であって、
基板と、
前記基板の光が入射する光入射面に、該面内の第1の方向に沿って光の透過波長が変化する第1の多層積層膜と、
前記基板の光が出射する光出射面に、該出射面内の第2の方向に沿って光の透過波長が変化する第2の多層積層膜を有し、
前記光入射面と前記光出射面は略平行であり、
前記第1の方向と、前記第2の方向が略平行であり、
前記第1及び第2の多層膜は、同一の構成の多層膜であって、
前記第1及び第2の多層膜における同一の波長を透過する領域が、対向して配置される光学部品。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の前記光学部品と、
前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイを備える分光測光装置。 - 請求項10に記載の前記光学部品と、
前記光学部品を透過した光を受光する、複数のセンサが配列されたセンサアレイと、
前記光学部品と前記センサアレイとを接合する接着層を備える分光測光装置。
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