JPWO2003016842A1 - 分光装置及び分光方法 - Google Patents

Abstract

光源３からの光Ｌは、試料セルＳを透過し分光部１３に入射する。分光部１３は、異なる波長の光成分を透過させる干渉フィルタ３１〜３９と、各干渉フィルタと対応するフォトダイオード４１〜４９と、を備える。干渉フィルタを構成する誘電体膜は、透過させる波長の光成分以外の光成分を比較的良く反射する性質を有する。各分干渉フィルタにおいて、入射光は透過させる光成分と反射させる光成分とに分割される。反射される光成分を次の順番の干渉フィルタの入射光とすることにより、９種類の波長の光成分を検出している。

Description

技術分野
本発明は、例えば血液検査に使用される分光装置及び分光方法に関する。
背景技術
分光装置は、光源からの光を検査試料に照射し、検査試料を透過又は反射した光の強度を電気信号に変えることにより検査試料の吸光度を測定する装置であり、多方面に応用されている。分光装置を例えば色測定や血液検査に応用する場合、検査試料を透過した光のうち波長の異なる複数の光成分、すなわち多波長の各々について吸光度が測定される。このようなものとして、例えば特開昭５９−１３１１２４号公報に開示された回転板方式の分光装置がある。この分光装置は、検出したい波長の光成分を透過するフィルタが、光路中に位置するように回転板を機械的に回すことにより、多波長の検出を可能にしている。
しかし、回転板方式の分光装置は回転板を機械的に回すことにより、フィルタを選択しているので、多波長の検出には時間がかかる。血液検査は多サンプルかつ多項目の検査を迅速にすることが要求されるが、回転板方式の装置ではこの要求を満たすことができない。
この要求を満足するものとして、例えば特開平１１−６７６６号公報や特開昭５９−１７０７３４号公報に開示されたハーフミラー方式の分光装置がある。これらの分光装置は、複数のハーフミラー及び複数の受光素子により多波長を検出する構造を有する。ハーフミラー方式の分光装置は、各ハーフミラーにおいて入射光を透過光と反射光とに分割し、透過光を次の順番に位置するハーフミラーの入射光とすることにより多波長を検出している。このため、機械的に波長を選択して多波長を検出する上記回転板方式の分光装置に比べて多波長を高速に検出することができる。
発明の開示
しかし、ハーフミラー方式の分光装置によれば、一つのハーフミラーにより光束が二分の一に分割される。よって、後の順番に位置する受光素子では入射光が極度に弱まるのでＳ／Ｎ比が低下し、これにより光成分の検出感度である検出効率が悪くなる。例えば、ハーフミラーを８個設け、９種類の波長を検出する場合、第８ハーフミラーを透過した光の強度は最初に比べて、（１／２）^８＝１／２５６となり、その波長の光成分の検出効率が極めて悪くなる。これに対応するためには光源からの光量を増大させなければならないが、これにより消費電力が増大することになる。
本発明はかかる従来の問題を解決するためになされたものであり、波長の異なる複数の光成分を高い検出効率でかつ高速に検出することが可能な分光装置及び分光方法を提供することである。
本発明に係る分光装置は、波長の異なる複数の光成分を検出する分光装置であって、透過させる光成分の波長がそれぞれ異なり、光源からの光が順番に伝達される複数の干渉フィルタと、複数の干渉フィルタのそれぞれと対応し、対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する複数の光検出手段と、を備え、複数の干渉フィルタのそれぞれは、入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、光源からの光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させることを特徴とする。
本発明に係る分光装置によれば、複数の干渉フィルタはそれぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分け、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより光源から光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させ、各干渉フィルタを透過した光成分を各光検出手段で検出することにより多波長を検出している。干渉フィルタは誘電体層（誘電体多層膜）で構成されており、誘電体層の干渉効果により所定の波長の光成分を透過させる。本発明者によれば、この誘電体層が干渉フィルタを透過する波長の光成分以外の波長の光成分について、比較的良く反射する性質を有することが分かった。よって、後の順番に位置する干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するので、検出効率を高めることができる。
また、本発明に係る分光装置によれば各干渉フィルタの入射光を、透過させる光成分と反射させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光としている。本発明に係る分光装置は機械的ではなく光学的に波長を選択して多波長を検出するので、多波長の高速検出が可能となる。
本発明に係る分光方法は、波長の異なる複数の光成分を検出する分光方法であって、透過させる光成分の波長がそれぞれ異なる複数の干渉フィルタのそれぞれにおいて、各干渉フィルタの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより光源からの光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させ、それぞれの干渉フィルタを透過した光成分を検出する、ことを特徴とする。
本発明に係る分光方法によれば、本発明に係る分光装置と同様の理由により、波長の異なる複数の光成分を高い検出効率でかつ高速に検出することが可能となる。
また、本発明に係る分光装置は、光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタとを有し、それぞれの干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする。干渉フィルタの透過波長に拘らず、その光入射面側にアパーチャーを有する全反射ミラーを設けることもできる。
また、複数の光検出器を円形に配置すれば、円形内部への空気流入経路が狭くなるため、空気の揺らぎに起因する光検出器の出力変動を抑制することができる。
また、赤外線カットフィルタを光検出器の手前に配置すれば、赤外線に起因するノイズの発生を抑制することができ、光検出器を構成する筒体の内面を黒色とすれば、筒体内面反射に起因するノイズを抑制することができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施形態に係る分光装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る分光装置の模式図である。分光装置１は、９種類の波長の光成分を検出するものであり、例えば２０Ｗのヨウ素球を含む光源３と、光源３から出射された光Ｌを集光する２枚のレンズ５，７と、レンズ５，７を透過した光Ｌが通るアパーチャ９と、アパーチャ９を通過しかつ検査試料（例えば血液）が収められた試料セルＳを透過した光Ｌを平行光線にするレンズ１１と、レンズ１１で平行光線にされた光Ｌが入射する分光部１３と、を備える。分光装置１を構成するこれらの要素は筐体（筒体）１５に収容されている。
レンズ５、レンズ７及びアパーチャ９は保持部１７により保持され、光Ｌの光路に沿って順にレンズ５、レンズ７、アパーチャ９が配置されている。レンズ５、レンズ７及びアパーチャ９により光Ｌが試料セルＳに入射するときの光Ｌの断面寸法を規定する。この断面は光Ｌの進行方向に対して９０度の角度に位置する断面であり、寸法は例えば縦３ｍｍ×横３ｍｍである。
アパーチャ９とレンズ１１との間の光路中に試料セルＳの配置場所がある。この配置場所を挟むようにスリット１９，２１が配置されている。また、レンズ１１と分光部１３との間の光路中にはスリット２３が配置されている。
分光部１３の構造を詳細に説明する。分光部１３は、９個の干渉フィルタ３１〜３９と、干渉フィルタ３１〜３９のそれぞれと対応し、対応する干渉フィルタ３１〜３９を透過した光成分を検出する９個のフォトダイオード４１〜４９と、を備える。フォトダイオード４１〜４９は光検出手段の一例である。本実施形態に用いることができるフォトダイオードとして例えばＳｉフォトダイオードがある。
干渉フィルタ３１，３３，３５，３７，３９はそれぞれの入射面が一方向に並ぶように配置され、その状態で保持部２５により保持されている。保持部２５は、分光部１３に入射した光Ｌが所定角度で干渉フィルタ３１に入射するように配置されている。干渉フィルタ３１，３３，３５，３７，３９のそれぞれの出射面にはフォトダイオード４１，４３，４５，４７，４９が取り付けられている。これにより、各フォトダイオードは対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する。
干渉フィルタ３２，３４，３６，３８も同様にそれぞれの入射面が一方向に並ぶように配置され、その状態で保持部２７により保持されている。保持部２７は、分光部１３に入射した光Ｌが干渉フィルタ３１に入射するまでの光路を遮らない位置であって、かつ保持部２７に保持された干渉フィルタが保持部２５に保持された干渉フィルタと対向するように配置されている。干渉フィルタ３２，３４，３６，３８のそれぞれの出射面にはフォトダイオード４２，４４，４６，４８が取り付けられている。これにより、各フォトダイオードは対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する。分光部１３には、フォトダイオード４１〜４９のそれぞれにより検出された光成分を増幅するアンプ等の電子回路（図示せず）が設けられている。分光部１３を構成するこれらの要素は筐体（筒体）２９に収容されている。
干渉フィルタ３１〜３９は、それぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割する。保持部２５，２７を上記のように配置することにより、反射させる光成分が次の順番に位置する干渉フィルタの入射光となり、これにより光源３からの光Ｌが干渉フィルタ３１〜３９の番号順に伝達される。干渉フィルタ３１〜３９は帯域フィルタとしての機能を有し、それぞれが透過させる波長の光成分を表１に示す。

さて、干渉フィルタは基板上に蒸着等により形成された所定の光学的厚さをもつ薄膜を多数層重ねて、その内部で生じる干渉を利用して、特定の波長域の光のみを透過または反射する光学フィルタである。多層の誘電体膜（例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２）からなるものが一般的である。本発明者によれば、干渉フィルタを構成する誘電体膜は、その干渉フィルタが透過する波長の光成分以外の波長の光成分について、比較的高いパーセンテージ（例えば８０％以上）で反射することが分かった。図２〜図４は本発明者の実験により得られた干渉フィルタの波長と反射率との関係を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸が干渉フィルタの入射光の波長［ｎｍ］であり、縦軸が入射光の反射率［％］である。
図２において、グラフの実線は干渉フィルタ３１（透過波長３４０ｎｍ）のデータであり、点線は干渉フィルタ３２（透過波長４１５ｎｍ）のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ３３（透過波長４５０ｎｍ）のデータである。図３において、グラフの実線は干渉フィルタ３４（透過波長５１０ｎｍ）のデータであり、点線は干渉フィルタ３５（透過波長５４０ｎｍ）のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ３６（透過波長５６８ｎｍ）のデータである。
図４において、グラフの実線は干渉フィルタ３７（透過波長６００ｎｍ）のデータであり、点線は干渉フィルタ３８（透過波長６９０ｎｍ）のデータであり、一点鎖線は干渉フィルタ３９（透過波長８００ｎｍ）のデータである。
これらのグラフから分かるように、干渉フィルタ３１〜３９は、透過する波長の光成分以外の波長の光成分について反射率が比較的高いことが分かる。
本実施形態は干渉フィルタの上記性質を利用している。すなわち、各干渉フィルタで反射された光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、後の順番の干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するようにしている。
分光装置１の動作について図１を用いて説明する。光源３から発生した光Ｌはレンズ５，７及びアパーチャ９によりその断面寸法が所定値に規定された後、スリット１９を通り、試料セルＳに入射する。光Ｌは試料セルＳを透過後、スリット２１を通過し、レンズ１１に入射する。光Ｌはレンズ１１により平行光線にされ、スリット２３を介して分光部１３に入射する。
分光部１３に入射した光Ｌは、まず干渉フィルタ３１の入射面に入射し、干渉フィルタ３１により透過される光成分と反射される光成分Ｒ１に分けられる。透過される光成分は主に波長３４０ｎｍの光成分であり、フォトダイオード４１により検出される。
先程説明したように干渉フィルタは、透過させる波長の光成分以外の光成分についてほぼ反射する性質を有する。よって、干渉フィルタ３１によって反射される光成分Ｒ１は、後の順番に位置する干渉フィルタ３２〜３９を透過させる波長の光成分を高い強度で含んでいる。反射される光成分Ｒ１は干渉フィルタ３２の入射面に入射し、干渉フィルタ３２により透過される光成分と反射される光成分Ｒ２とに分けられる。干渉フィルタ３２で透過される光成分は、主に波長４１５ｎｍの光成分であり、この光成分がフォトダイオード４２により検出される。反射光Ｒ２は、上記の説明と同様の理由により、後の順番に位置する干渉フィルタ３３〜３９を透過させる波長の光成分を高い強度で含んでいる。
以下同様に、干渉フィルタ３３〜３９を透過した光成分がフォトダイオード４３〜４９で検出される。よって、分光装置１によれば、９種類の波長の光成分を検出することができる。フォトダイオード４１〜４９で検出された光成分の出力値［ｎＡ］の一例を表２に示す。

なお、「フィルタ単体での出力値」とは、分光部１３に入射した光Ｌが各干渉フィルタ３１〜３９に直接入射した場合におけるフォトダイオードの出力値である。「フィルタ単体に対する割合％」とはフィルタ単体での出力値を１００％とした場合における各フォトダイオード４１〜４９の出力値のパーセンテージである。「参考」とは干渉フィルタの代わりに透過率５０％のハーフミラーを用いた場合のフィルタ単体に対する割合％である。
本実施形態によれば、後の順番に位置する干渉フィルタ（例えば、干渉フィルタ３５〜３９）を透過した光成分でも出力値が比較的大きいことが分かる。これは「フィルタ単体に対する割合」と「参考」とを比較すれば一目瞭然である。本実施形態では後の順番に位置する干渉フィルタでも「フィルタ単体に対する割合」のパーセンテージは比較的大きい。これは各フォトダイオードで検出される光成分の強度が比較的高いことを示しており、これにより後の順番に位置する干渉フィルタを透過した波長の光成分でも検出効率を高くすることができる。これに対して、「参考」に示すようにハーフミラーを用いた場合のフィルタ単体に対する割合は指数関数的に減少している。このため後の順番に位置する干渉フィルタを透過した光成分の強度は相当小さくなるので、検出効率が極めて悪くなることが分かる。
よって、本実施形態によれば、光源３からの光量を増大させることなく多波長の検出ができるので、低消費電力化を図ることができる。また、本実施形態によれば、検出効率を高めるための特別な部品も必要ないので、小型でかつ安価な分光装置にすることができる。
また、本実施形態によれば、各干渉フィルタの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射される光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、９種類の波長の光成分を検出している。このように、本実施形態は機械的ではなく光学的に波長を選択して多波長を検出するので、高速に多波長を検出することができる。また、光源３からの光Ｌが順番に伝達するように、複数の干渉フィルタ３１〜３９を配置した構造なので簡単な構造で多波長を検出することができる。
上記効果を有する本実施形態によれば、例えば血液検査のような多サンプルかつ多項目の検査に利用することが可能となる。
次に、本発明の第２実施形態に係る分光装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る分光装置２の模式図である。図５において図１に示す分光装置１の構成要素と同等の要素については同一符号を付すことによりその説明を省略する。
分光装置２はフォトダイオード４１〜４９の代わりに光検出手段の一例である光電子増倍管５１〜５９により各干渉フィルタ３１〜３９を透過した光成分を検出する。蛍光を構成する光成分のように極めて強度が小さい場合、フォトダイオード４１〜４９では検出が困難なので光電子増倍管５１〜５９により光成分を検出するのである。なお、試料セルＳで光源３からの光Ｌの進行方向が９０度変化させるのは、分光部１３に光源１３からの光Ｌが直接入射しないようにするためである。これにより、各光成分の検出の信頼性を向上させている。なお、分光装置２も分光装置１と同様の効果を有する。
分光装置１，２によれば、異なる波長の光成分を透過させる干渉フィルタを９個設けることにより９種類の波長の光成分を検出している。しかしながら、本発明の分光装置で検出される多波長の数はこれに限定されず、異なる波長の光成分を透過させる干渉フィルタの数を変えることにより、多波長の数を任意に設定することができる。
また、分光装置１，２はレンズ１１により試料セルＳから出射した光を平行光にして干渉フィルタに入射させているが、干渉フィルタの特定波長での吸光が大きい場合や、光源や試料から出射する光においてその特定波長の強度が小さい場合に、そのフィルタに焦点を合わせるようにすることで効率的な分光が可能となる。例えば、本実施形態においては、３４０ｎｍの干渉フィルタ３１に焦点を合わせることで検出光量を向上させることが可能となり、他の干渉フィルタで検出される光強度の差を小さくすることができる。
本発明に係る分光装置は、複数の干渉フィルタがそれぞれの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分け、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とし、光源からの光を複数の干渉フィルタに順番に伝達させることにより、多波長を検出している。本発明者によれば、干渉フィルタを構成する誘電体層は、干渉フィルタを透過する波長の光成分以外の波長の光成分について比較的良く反射する性質を有することが分かった。よって、後の順番に位置する干渉フィルタにも比較的高い強度の入射光が入射するので、高い検出効率で多波長を検出することができる。
また、本発明に係る分光装置によれば各干渉フィルタの入射光を、透過させる光成分と反射させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光としているので、多波長の高速検出が可能となる。
本発明に係る分光方法によれば、高い検出効率でかつ高速に多波長を検出することが可能となる。
また、上述の実施形態に係る分光装置は、光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタとを有し、それぞれの干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれている。
ここで、干渉フィルタの透過波長に拘らず、その光入射面側にアパーチャーを有する全反射ミラーを設けることもできる。
また、複数の光検出器を円形に配置すれば、円形内部への空気流入経路が狭くなるため、空気の揺らぎに起因する光検出器の出力変動を抑制することができる。
また、赤外線カットフィルタを光検出器の手前に配置すれば、赤外線に起因するノイズの発生を抑制することができ、光検出器を構成する筒体の内面を黒色とすれば、筒体内面反射に起因するノイズを抑制することができる。
以下、詳説する。
図６は別の実施形態に係る分光装置の平面図である。この分光装置は、上述の分光装置と同様に、複数の光検出器Ｄ１〜Ｄ２２を備えている。ここで、初段の光検出器Ｄ１に着目し、これを第１光検出器とし、次段の光検出器Ｄ２を第２光検出器とする。複数の光検出器Ｄ１〜Ｄ２２の要素構成は、干渉フィルタの特性を除いて同一であるため、ここでは、代表的に光検出器Ｄ１について説明する。
図７は、第１光検出器Ｄ１の光軸に沿って第１光検出器Ｄ１を切った第１光検出器Ｄ１の断面図である。
光検出器Ｄ１は、第１フォトダイオード（第１光電変換器）ＰＤ１と第１フォトダイオードＰＤ１の光入射側に固定された第１干渉フィルタＤＦ１とを有している。第１干渉フィルタＤＦ１の形状は円板であり、その側周面が筒体ＣＹ１の内面に当接し、当該筒体ＣＹ１の内部に嵌り込んでおり、筒体ＣＹはホルダーを構成している。すなわち、第１筒体ＣＹ１は、第１フォトダイオードＰＤ１を収容すると共に開口を有し、第１筒体ＣＹ１の開口は第１干渉フィルタＰＤ１によって塞がれている。
筒体ＣＹ１の光入射面側は内側に屈曲しており、この屈曲部ＣＹ’に第１干渉フィルタＤＦ１の光入射面の周囲が当接し、第１干渉フィルタＤＦ１が光軸方向に位置決めされている。第１干渉フィルタＤＦ１の光出射面には第１フォトダイオードＰＤ１が取り付けられている。筒体ＣＹ１は、第１干渉フィルタＤＦ１と第１フォトダイオードＰＤ１とを収容しており、その内面には無反射処理が施されている。すなわち、筒体ＣＹ１の内面は黒色に塗装されている。すなわち、筒体ＣＹ１の内壁の色は黒であり、これにより、不要な反射を抑制して精密な検出を行うことができる。
なお、ｎ段目の光検出器は第１光検出器Ｄ１を第ｎ光検出器に読み替えたものであり、第２光検出器Ｄ２であれば、第２フォトダイオード（第２光電変換器（ＰＤ２））と第２フォトダイオード（ＰＤ２）の光入射側に固定された第２干渉フィルタ（ＤＦ２）とを有することとなる。
ここで、図６を再び参照する。
第２光検出器Ｄ２は、第１干渉フィルタＤＦ１の反射光が入射するように配置されており、また、第１干渉フィルタＤＦ１の透過波長（λ_Ｔ１）と反射波長帯域（Δλ_Ｒ１）とは異なり、且つ、第２干渉フィルタ（ＤＦ２）の透過波長（λ_Ｔ２）は第１干渉フィルタＤＦ１の反射波長帯域（Δλ_Ｒ１）に含まれている。
第３光検出器Ｄ３は、第２干渉フィルタ（ＤＦ２）の反射光が入射するように配置されており、第３フォトダイオード（ＰＤ３）と第３フォトダイオード（ＰＤ３）の光入射側に固定された第３干渉フィルタ（ＤＦ３）とを有する。第２干渉フィルタ（ＤＦ２）の透過波長（λ_Ｔ２）と反射波長帯域（Δλ_Ｒ２）とは異なり、且つ、第３干渉フィルタ（ＤＦ３）の透過波長（λ_Ｔ３）は第２干渉フィルタの反射波長帯域（Δλ_Ｒ２）に含まれる。
この関係を１以上の整数である「ｎ」を用いて表現すると、以下のようになる。すなわち、ｎ＋１番目の光検出器（Ｄｎ＋１）は、ｎ番目の干渉フィルタ（ＤＦｎ）の反射光が入射するように配置されており、また、ｎ番目の干渉フィルタ（ＤＦｎ）の透過波長（λ_Ｔｎ）と反射波長帯域（Δλ_Ｒｎ）とは異なり、且つ、ｎ＋１番目の干渉フィルタ（ＤＦｎ＋１）の透過波長（λ_Ｔｎ＋１）はｎ番目の干渉フィルタ（ＤＦｎ）の反射波長帯域（Δλ_Ｒｎ）に含まれている。
分光装置に入射した光は、光検出器Ｄ１に対して入射角θで入射し、光検出器Ｄ１で反射された光は次段の光検出器Ｄ２に対して入射角θで入射し、光検出器２で反射された光はさらに次段の光検出器Ｄ３に対して入射角θで入射する。すなわち、第１干渉フィルタＤＦ１への光の入射角θは０°よりも大きく１０°以下であり、第２干渉フィルタ（ＤＦ２）への光の入射角θは０°よりも大きく１０°以下である。本例では、θ＝７．５°とする。入射角θが１０°を超えると、干渉フィルタに入射した波長の透過率が低下し、且つ、波長シフトが生じるからである。
第１、第２及び第３光検出器Ｄ１、Ｄ２，Ｄ３に着目すると、第１、第２及び第３干渉フィルタＤＦ１，（ＤＦ２），（ＤＦ３）における光入射面の法線は１点Ｑで交わるように、第１、第２及び第３光検出器Ｄ１、Ｄ２，Ｄ３は配置されている。このように、各光検出器を配置していくと、光検出器群は円形を構成するようになり、円形内部空間が外部に対して閉じられていくので、埃や外気の揺らぎの影響を抑制することができ、精密な検出を行うことができる。
すなわち、この分光装置は、光の速度で時系列に光が入射するように配置された複数の光検出器Ｄｎ（ｎは１以上の整数）を備え、光検出器Ｄｎは、それぞれ、フォトダイオードＰＤｎとフォトダイオードＰＤｎの光入射側に固定された干渉フィルタＤＦｎとを有し、それぞれの干渉フィルタＤＦｎの透過波長λ_Ｔｎと反射波長帯域Δλ_Ｒｎとは異なり、且つ、後段の干渉フィルタＤＦｎ＋１の透過波長λ_Ｔｎ＋１は前段の干渉フィルタＤＦｎの反射波長帯域Δλ_Ｒｎに含まれる。そして、これらの光検出器Ｄ１〜Ｄ２３は円形状に配置されており、精密な検出を行うことができる。なお、円形が構成できるように、それぞれの光検出器Ｄ１〜Ｄ２３の光入射面の法線が一点を通るように、光検出器Ｄ１〜Ｄ２３は配置されている。なお、本例では光検出器を２３個配置したが、もちろん、この数は分光したい波長数により適宜決定される。また、光検出器の数が少ない場合は光検出器の代わりに遮光材を代わりに配置する。
本例では光検出器Ｄ１〜Ｄ２３は、干渉フィルタの構成以外は同一であるとしたが、干渉フィルタの光入射面側にアパーチャーを有する全反射ミラーを設けることとしてもよい。このようなミラータイプの光検出器に光検出器Ｄ１〜Ｄ２３を全部置換してもよいが、例えば、光強度が相対的に弱くなる後段側の光検出器群Ｄ１５〜Ｄ２３のみを全反射ミラータイプの光検出器に置換することもできる。ここでは、光検出器の代表として、第１光検出器Ｄ１が全反射ミラータイプの光検出器であるものとして説明を行う。
図８は、全反射ミラータイプの第１光検出器Ｄ１の光軸に沿って第１光検出器Ｄ１を切った第１光検出器Ｄ１の断面図である。
図９は光検出器Ｄ１の内部要素群を分解して示す光検出器Ｄ１の図である。
図６に示した光検出器Ｄ１との相違点は、干渉フィルタＤＦ１の光入射面側に全反射ミラーＭ１が設けられており、全反射ミラーＭ１の光入射面の外周部にホルダーの屈曲部ＣＹ’が当接している点である。その他の構成は、図６に示したものと同一である。
すなわち、この分光装置においては、第１干渉フィルタＤＦ１の光入射面にはアパーチャ−ＡＰ１を有する全反射ミラーＭ１が取り付けられている。
全反射ミラーＭ１は、ガラス板ｇ１とガラス板ｇ１上に形成された金属反射膜ｍ１とからなる。金属反射膜ｍ１はアルミニウムからなり、光入射用のアパーチャ−ＡＰ１を有する。金属反射膜ｍ１は蒸着法によってガラス板ｇ１上に形成することができるが、湿式メッキ法を用いて形成することもできる。ガラス板ｇ１は干渉フィルタＤＦ１の光入射面上に設けられている。
金属反射膜ｍ１のアパーチャ−ＡＰ１内に入射した光の特定波長成分λ_Ｔ１は、ガラス板ｇと干渉フィルタＤＦ１を透過して、フォトダイオードＰＤ１の光入射面、すなわち光検出領域に至る。光検出領域では、光電変換が行われ、入射光強度に応じた信号強度の電気信号がフォトダイオードＰＤ１から出力される。
金属反射膜ｍ１上に入射した光の波長帯域Δλ_Ｒ１は反射され、次段の光検出器Ｄ２に至る。
すなわち、本分光装置は、光の速度で時系列に光が入射するように配置された複数の光検出器Ｄ１〜Ｄ２３を備え、光検出器Ｄ１〜Ｄ２３（Ｄ１５〜Ｄ２３）の代表として光検出器Ｄ１について説明すると、この光検出器Ｄ１は、フォトダイオードＰＤ１と、フォトダイオードＰＤ１の光入射側に固定された干渉フィルタＤＦ１と、干渉フィルタＤＦ１の光入射側に固定されアパーチャーＡＰ１を有する全反射ミラーＭ１を有する。
この場合、光検出器Ｄ１が検出できる程度の強度を有する光がアパーチャ−ＡＰ１内を通過し、残りの光を全反射ミラーＭ１で効率的に反射させてやることにより、後段の検出器において検出感度の低下を抑制することができる。
このような全反射ミラータイプの光検出器Ｄ１は、図１に示した分光装置にも適用できる。
図１０は、図１に示した分光装置において、全反射ミラータイプの光検出器Ｄ１〜Ｄ５・・・を適用した例を示す図である。奇数段目の光検出器Ｄ１，Ｄ３，Ｄ・・・５が一列に整列して第１光検出器アレイを構成しており、偶数段目の光検出器Ｄ２，Ｄ４・・・が一列に整列して第２光検出器アレイを構成している。第１及び第２光検出器アレイは対向している。本例では、レンズ１１による集光位置は第２光検出器Ｄ２上に設定されており、集光位置よりも後段側にいくほど光は発散している。これは発散が生じにくいように平行光とすることもできる。光発散に合せて集光位置よりも後段側で上述のアパーチャ−径を拡大することとしてもよい。なお、アパーチャ−径は同一とすることもできる。
図１１は、図１０に示した第３検出器Ｄ３の拡大断面図である。第３検出器Ｄ３の構造は干渉フィルタＤＦ３の特性を除いて第１検出器Ｄ１と同一であるが、光入射側から、金属反射膜ｍ３及びガラス板ｇ３からなる全反射ミラーＭ３、第３干渉フィルタＤＦ３、フォトダイオードＰＤ３を備えており、これらは筒体ＣＹ３内に収容されている。筒体ＣＹ３の先端部は内側に屈曲しており、屈曲部ＣＹ３’の内面は全反射ミラーＭ３の外周部に当接している。全反射ミラーＭ３のアパーチャ−ＡＰ３を透過した光の波長成分λ_Ｔ３はフォトダイオードＰＤ３に至り、金属反射膜ｍ３上に入射した光の波長帯域Δλ_Ｒ３は反射される。
なお、図１２に示すように、分光装置が第１干渉フィルタＤＦ１への入射光の経路上に配置された赤外線カットフィルタを更に備えることとしてもよい。
これにより、干渉フィルタによっては、赤外域の波長を透過する特性を有していても、この成分がノイズとして検出されることを防ぐことができる。
また、図１３に示すように、分光装置が第２干渉フィルタＤＦ２への入射光の経路上に配置された赤外線カットフィルタを更に備えることとしてもよい。
また、上述の光電変換器ＰＤｎはフォトダイオードであったが、これは光電子増倍管であることとしてもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば血液検査に使用される分光装置及び分光方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１実施形態に係る分光装置の模式図である。
図２は第１実施形態に備えられる干渉フィルタ（透過波長３４０ｎｍ、４１５ｎｍ、４５０ｎｍ）の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
図３は第１実施形態に備えられる干渉フィルタ（透過波長５１０ｎｍ、５４０ｎｍ、５６８ｎｍ）の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
図４は第１実施形態に備えられる干渉フィルタ（透過波長６００ｎｍ、６９０ｎｍ、８００ｎｍ）の波長と反射率との関係を示すグラフを表す図である。
図５は本発明の第２実施形態に係る分光装置の模式図である。
図６は別の実施形態に係る分光装置の平面図である。
図７は、第１光検出器Ｄ１の光軸に沿って第１光検出器Ｄ１を切った第１光検出器Ｄ１の断面図である。
図８は、全反射ミラータイプの第１光検出器Ｄ１の光軸に沿って第１光検出器Ｄ１を切った第１光検出器Ｄ１の断面図である。
図９は光検出器Ｄ１の内部要素群を分解して示す光検出器Ｄ１の図である。
図１０は、図１に示した分光装置において、全反射ミラータイプの光検出器Ｄ１〜Ｄ５・・・を適用した例を示す図である。
図１１は、図１０に示した第３検出器Ｄ３の拡大断面図である。
図１２は、図１に示した分光装置において、赤外線カットフィルタを適用した例を示す図である。
図１３は、図１に示した分光装置において、赤外線カットフィルタを適用した例を示す図である。

Claims (15)

1. 波長の異なる複数の光成分を検出する分光装置であって、
   透過させる光成分の波長がそれぞれ異なり、光源からの光が順番に伝達される複数の干渉フィルタと、
   前記複数の干渉フィルタのそれぞれと対応し、対応する干渉フィルタを透過した光成分を検出する複数の光検出手段と、
   を備え、
   前記複数の干渉フィルタのそれぞれは、入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより、前記光源からの光を前記複数の干渉フィルタに順番に伝達させる、分光装置。
2. 波長の異なる複数の光成分を検出する分光方法であって、
   透過させる光成分の波長がそれぞれ異なる複数の干渉フィルタのそれぞれにおいて、各干渉フィルタの入射光を反射させる光成分と透過させる光成分とに分割し、反射させる光成分を次の順番に位置する干渉フィルタの入射光とすることにより光源からの光を前記複数の干渉フィルタに順番に伝達させ、それぞれの干渉フィルタを透過した光成分を検出する分光方法。
3. 分光装置において、
   第１光電変換器と前記第１光電変換器の光入射側に固定された第１干渉フィルタとを有する第１光検出器と、
   前記第１干渉フィルタの反射光が入射するように配置され、第２光電変換器と前記第２光電変換器の光入射側に固定された第２干渉フィルタとを有する第２光検出器とを備え、
   前記第１干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、前記第２干渉フィルタの透過波長は前記第１干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする分光装置。
4. 前記第１干渉フィルタへの光の入射角は０°よりも大きく１０°以下であり、前記第２干渉フィルタへの光の入射角は０°よりも大きく１０°以下であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の分光装置。
5. 前記第２干渉フィルタの反射光が入射するように配置され、第３光電変換器と前記第３光電変換器の光入射側に固定された第３干渉フィルタとを有する第３光検出器とを更に備え、
   前記第２干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、前記第３干渉フィルタの透過波長は前記第２干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の分光装置。
6. 前記第１、第２及び第３干渉フィルタにおける光入射面の法線は１点で交わるように、前記第１、第２及び第３光検出器は配置されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の分光装置。
7. 前記第１干渉フィルタへの入射光の経路上に配置された赤外線カットフィルタを更に備えることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の分光装置。
8. 前記第１干渉フィルタの光入射面にはアパーチャ−を有する全反射ミラーが取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の分光装置。
9. 前記第１光電変換器を収容すると共に開口を有する第１筒体を備え、前記第１筒体の開口は前記第１干渉フィルタによって塞がれていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の分光装置。
10. 前記第１筒体の内壁の色は黒であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の分光装置。
11. 光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、
    前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタとを有し、
    それぞれの干渉フィルタの透過波長と反射波長帯域とは異なり、且つ、
    後段の前記干渉フィルタの透過波長は前段の前記干渉フィルタの反射波長帯域に含まれることを特徴とする分光装置。
12. 複数の前記光検出器は、円形状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の分光装置。
13. それぞれの前記光検出器の光入射面の法線が一点を通るように、前記光検出器は配置されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の分光装置。
14. 光の速度で時系列に前記光が入射するように配置された複数の光検出器を備え、
    前記光検出器は、それぞれ、光電変換器と、前記光電変換器の光入射側に固定された干渉フィルタと、前記干渉フィルタの光入射側に固定されアパーチャーを有する全反射ミラーを有することを特徴とする分光装置。
15. 前記光電変換器は、フォトダイオード又は光電子増倍管であることを特徴とする請求の範囲３乃至１４のいずれか１項に記載の分光装置。

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