JPH1078353A - 分光装置および分光装置のダイクロイックミラーアレイの製造方法 - Google Patents

分光装置および分光装置のダイクロイックミラーアレイの製造方法

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JPH1078353A
JPH1078353A JP23197296A JP23197296A JPH1078353A JP H1078353 A JPH1078353 A JP H1078353A JP 23197296 A JP23197296 A JP 23197296A JP 23197296 A JP23197296 A JP 23197296A JP H1078353 A JPH1078353 A JP H1078353A
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light
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Tetsuji Tamura
哲司 田村
Takeo Tanaami
健雄 田名網
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/30Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造にして光利用効率の高い分光装置を
実現する。 【解決手段】反射率の立ち上がり波長が互いに異なる複
数のダイクロイックミラーを、前記波長が大小順に並ぶ
ようにして光軸方向に直列に配置すると共に、各ダイク
ロイックミラーの入射面が光軸に対して斜めになるよう
に配置してなるダイクロイックミラーアレイと、入射光
を平行光とし前記ダイクロイックミラーアレイの光軸方
向に入射させる平行光入射手段と、前記各ダイクロイッ
クミラーからの反射光を個別に受光する複数の受光素子
からなる光検出器を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、比較的簡単な構造
で分光することのできる分光装置に関し、特に光利用効
率の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】簡単な構造で分光する分光方式に、リニ
アバリアブルフィルタ(分光フィルタアレイ)をリニア
イメージセンサ上に配置し、上方から平行光を照射する
方式がある。この種の方式の一例として、図7に示すよ
うな市販のフィルタ付きイメージセンサがある。入射光
(平行光)1はリニアバリアブルフィルタ2によりその
波長分割数だけ位置的に分割され、リニアイメージセン
サ(例えば256チャネル)3で受光される。同図
(b)はリニアイメージセンサ3の出力例である。
【0003】図8に示すものは分光センサ(ミノルタ
製)の例である。受光部は短波長側(400〜500n
m)用と長波長側(500〜700nm)用の2列にな
っており、上部から入射光(測定光)1が入射するが、
短波長側の列にはバンドパスフィルタIとバンドパスフ
ィルタIIを通して400〜500nmの波長の光が入射
し、長波長側の列にはバンドパスフィルタIとIIIを通し
て500〜700nmの波長の光が入射する。
【0004】バンドパスフィルタ4を通過した光は遮光
板5の2列の窓を通して分光フィルタアレイ6に入る。
分光フィルタアレイ6によって各波長に分割された光は
分割受光素子アレイ7の各受光部に入射する。受光素子
アレイ7では光・電変換が行われ、光強度に対応した電
流が出力される。なお、これらの各素子は堆積しセラミ
ックパッケージ等に搭載される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな分光素子においては次のような問題がある。全入射
光はまずリニアバリアブルフィルタ2の波長分割数分あ
るいは分割受光素子アレイ7の素子数分だけ位置的に分
割される。受光素子の1素子で受光されるのは、全入射
光のうち位置的に分割された光のうちの特定の波長範囲
の光のみであり、残りの大部分の波長範囲の光はフィル
タによって吸収されてしまい、光利用効率は著しく悪く
なってしまうという問題があった。
【0006】本発明の目的は、このような点に鑑み、ダ
イクロイックミラーを用い、簡単な構造にして光利用効
率の高い分光装置を実現しようとするものである。本発
明の他の目的は、反射率の立ち上がり波長の異なる複数
のダイクロイックミラーからなるダイクロイックミラー
アレイを簡単に製作するダイクロイックミラーアレイの
製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明の分光装置は、反射率の立ち上がり波長
が互いに異なる複数のダイクロイックミラーを、前記波
長が大小順に並ぶようにして光軸方向に直列に配置する
と共に、各ダイクロイックミラーの入射面が光軸に対し
て斜めになるように配置してなるダイクロイックミラー
アレイと、入射光を平行光とし前記ダイクロイックミラ
ーアレイの光軸方向に入射させる平行光入射手段と、前
記各ダイクロイックミラーからの反射光を個別に受光す
る複数の受光素子からなる光検出器を具備したことを特
徴とする。
【0008】
【作用】反射率の立ち上がり波長を少しずつずらし、入
射面の傾いた複数のダイクロイックミラーを光軸方向に
直列に配列する。このダイクロイックミラーに入射光を
入射すると、前記反射率の立ち上がり波長を境にして波
長分解された波長域の光がダイクロイックミラーから反
射される。ダイクロイックミラーを透過した光は次段の
ダイクロイックミラーに入射される。各ダイクロイック
ミラーでの反射光は光検出器の複数の受光素子で個別に
受光される。このようにして分光装置が実現できる。こ
の場合ダイクロイックミラーを透過した光はすべて次段
のダイクロイックミラーに入射されるようにして入射光
をすべて利用しているため、従来のものに比べて格段に
光利用効率の高い分光装置を実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る分光装置の一実施例を示
す構成図である。図において、10はダイクロイックミ
ラーアレイ、20は光検出器である。
【0010】ダイクロイックミラーアレイ10は、複数
のダイクロイックミラーM1,M2,M3(それぞれ第
1、第2、第3のダイクロイックミラーという)から構
成される。ダイクロイックミラーM1,M2,M3は入射
光軸方向に直列的に配列されているが、各ダイクロイッ
クミラーの入射面は入射光軸に対して45度傾いてい
る。なお、入射光を平行光にすると共にダイクロイック
ミラーアレイ10の光軸方向に適切に入射するための平
行光入射手段は図示を省略してある。
【0011】各ダイクロイックミラーの反射率特性は図
2に示すように互いに異なっている。第1のダイクロイ
ックミラーM1の反射率の立ち下がり波長をλ1、第2と
第3のダイクロイックミラーM2とM3の反射率の立ち下
がり波長をそれぞれλ2,λ3とすると、λ1<λ2<λ3
の関係にある。
【0012】光検出器20は複数の受光素子PD1,P
2,PD3を配列したもので、各受光素子はそれぞれダ
イクロイックミラーからの反射光を受光する。
【0013】このような構成における動作を次に説明す
る。コリメートされた入射光を第1のダイクロイックミ
ラーM1の入射面に入射する。ここで、λ1以下の波長成
分が反射され光検出器20の受光素子PD1に入射す
る。λ1以上の波長成分は透過し、第2のダイクロイッ
クミラーM2の入射面に入射する。
【0014】第2のダイクロイックミラーM2によりλ2
以下の波長成分は反射され、λ2以上の波長成分は透過
する。反射した波長成分の光は受光素子PD2に入射さ
れ、透過した波長成分の光は第3のダイクロイックミラ
ーM3に入射する。以下同様にして、各ダイクロイック
ミラー面から波長選択され出射された光は光検出器20
の受光素子で受光され、透過した光は次段のダイクロイ
ックミラーへ入射される。
【0015】このようにして、簡単な構成により入射光
を各ダイクロイックミラーにより分光することができ、
更に入射光はすべて利用される構造となっているため光
利用効率の高い分光装置を実現することができる。
【0016】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、各種の変更や変形をなし得るものである。
例えば、ダイクロイックミラーアレイ10が図2に示す
ものとは長波長側と短波長側で反射率が反対の特性とな
る構造であってもよい。ただし、その場合は、ダイクロ
イックミラーの配列順序を図1のものとは逆にする必要
がある。
【0017】また、平行光入射手段(図示せず)とダイ
クロイックミラーアレイ10を同一の基板(透明な基板
であり、例えばガラス基板等が利用される)上に形成す
るようにしてもよい。また、各ダイクロイックミラーか
らの出射光を集光光学系を介して光検出器20で受光す
るようにしてもよい。
【0018】なお、ダイクロイックミラーアレイ10の
製造方法の一例を示せば次の通りである。図3に示すよ
うに、反射率の立ち上がり波長の異なる複数のダイクロ
イックミラー面を波長の大小順に積層し、これを斜め
(例えば45度)に板状に切り出す。この板状に切り出
したアレイを横にすれば図1に示すダイクロイックミラ
ーアレイとなる。
【0019】図4は本発明の他の実施例図である。図1
と異なるところは各ダイクロイックミラーアレイの後段
にそれぞれ分光器301,302,303を挿入した点で
ある。各分光器の出力は受光器201,202,203
個別に受光する。このような構成により、より広い波長
範囲を高分解能で同時に同じ入射光から分解することが
できる。
【0020】図5は図4の原理に基づいた一実施例を示
す構成図である。測定対象51からの光をレンズ52に
より平行光にしてダイクロイックミラーアレイ10に入
射する。まず第1のダイクロイックミラーM1で反射し
た波長λ(<λ1)の光が分光器301に入る。
【0021】分光器301は、第1のレンズ31、入射
スリット32、第2のレンズ33、回折格子34、第3
のレンズ35から構成されている。第1のレンズ31は
ダイクロイックミラーM1からの平行光を絞る。結像位
置(測定対象の実像面)にはスリット32が置かれてい
る。スリット32は測定対象と共役の位置にある。スリ
ット32上の像は再び第2のレンズ33により平行光と
なり回折格子34に入射し、ここで回折した光は第3の
レンズ35で絞られ受光器201上に集束する。
【0022】受光器201は複数の受光素子を2次元状
に配列したものである。前記スリット32を測定対象と
共役の位置に置いているため、この2次元状配列の受光
器201を用いることにより1次元画像分光が可能とな
る。例えば測定対象の横方向(空間軸)A−Bは受光器
201の縦方向A’−B’となり、2次元状配列の横方
向に波長のスペクトル分解が得られる。なお、他のダイ
クロイックミラーについても同様の分光器および受光器
がそれぞれ設けられる。
【0023】図6は更に他の実施例図である。測定対象
51からの光はレンズ52により平行光となった後再び
レンズ53で絞られ、スリット54上に結像する。スリ
ット54上の測定対象の実像は次のレンズ55により平
行光となってダイクロイックミラーM1に入射する。
【0024】ダイクロイックミラーM1からの反射光
は、回折格子34とレンズ35より構成された分光器3
11に入る。回折格子34で回折した光は図5の場合と
同様にレンズ35を通って受光器201上に集束する。
このような構成においては、スリット54の幅は1種類
しか選べないが、図5の実施例と同様に1次元画像分光
が可能である。なお、他のダイクロイックミラーについ
ても同様の個別に分光器が用いられる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
置的に波長分解を達成するものの入射光を素子数で分割
してはおらず、そのためほぼ総ての入射光が波長分解さ
れた上で受光され、飛躍的に明るい分光アレイ素子が実
現でき、光利用効率の高い分光装置を容易に得ることが
できる。また、各ダイクロイックミラーの後段に個別に
分光器を置くことにより、より広い波長範囲を容易に高
分解能で分解することができる。また、本発明のダイク
ロイックミラーアレイ製造方法によれば、簡単な方法で
ダイクロイックミラーアレイを製作することができ、実
用に供してその効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る分光装置の一実施例を示す構成図
【図2】ダイクロイックミラーの反射率特性を示す図
【図3】ダイクロイックミラーアレイの製造方法を説明
するための図
【図4】本発明の他の実施例を示す構成図
【図5】図4の原理に基づく一実施例構成図
【図6】図4の原理に基づく他の実施例構成図
【図7】従来のリニア分光素子の一例を示す図
【図8】従来の分光センサの一例を示す図である。
【符号の説明】
10 ダイクロイックミラーアレイ 20 光検出器 201 受光器 301,302,303,3011 分光器 31,33,35,52,53,55 レンズ 32,54 スリット 34 回折格子 51 測定対象 M1,M2,M3 ダイクロイックミラー PD1,PD2,PD3, 受光素子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反射率の立ち上がり波長が互いに異なる複
    数のダイクロイックミラーを、前記波長が大小順に並ぶ
    ようにして光軸方向に直列に配置すると共に、各ダイク
    ロイックミラーの入射面が光軸に対して斜めになるよう
    に配置してなるダイクロイックミラーアレイと、 入射光を平行光とし前記ダイクロイックミラーアレイの
    光軸方向に入射させる平行光入射手段と、 前記各ダイクロイックミラーからの反射光を個別に受光
    する複数の受光素子からなる光検出器を具備した分光装
    置。
  2. 【請求項2】前記平行光入射手段と前記ダイクロイック
    ミラーアレイを同一の基板上に形成したことを特徴とす
    る請求項1記載の分光装置。
  3. 【請求項3】前記光検出器は、マイクロレンズを用いた
    光学系を介して前記ダイクロイックミラーからの出射光
    を受光するように構成されたことを特徴とする請求項1
    記載の分光装置。
  4. 【請求項4】前記ダイクロイックミラーからの出射光を
    別々の分光器により更に分光し、その後に光検出器で受
    光するように構成したことを特徴とする請求項1記載の
    分光装置。
  5. 【請求項5】前記平行光入射手段は、測定対象またはそ
    の実像面に置かれたスリットからの出射光を平行にする
    ように構成されたことを特徴とする請求項4記載の分光
    装置。
  6. 【請求項6】前記各ダイクロイックミラーの後段に置か
    れた各分光器の入射スリットが測定対象の実像面に位置
    していることを特徴とする請求項4記載の分光装置。
  7. 【請求項7】反射率の立ち上がり波長が互いに異なる複
    数のダイクロイックミラーを、前記波長が大小順に並ぶ
    ようにして光軸方向に直列に配置すると共に、各ダイク
    ロイックミラーの入射面が光軸に対して斜めになるよう
    に配置してなるダイクロイックミラーアレイと、 入射光を前記ダイクロイックミラーアレイの光軸方向に
    入射させる平行光入射手段と、 前記各ダイクロイックミラーからの反射光を個別に受光
    する複数の受光素子からなる光検出器を備えた分光装置
    において、前記ダイクロイックミラーアレイは、 反射率の立ち上がり波長の異なる複数のダイクロイック
    ミラー面をその波長の大小順に積層し、その後斜めに板
    状に切り出すことにより製作されるようにしたことを特
    徴とする分光装置のダイクロイックミラーアレイの製造
    方法。
JP23197296A 1996-09-02 1996-09-02 分光装置および分光装置のダイクロイックミラーアレイの製造方法 Pending JPH1078353A (ja)

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