JPWO2013187114A1 - 分光光学系、分光測定装置 - Google Patents

Abstract

不感度領域の影響を軽減させ、光の波長分布の情報を得ることが可能な技術を提供する。分光光学系は、導光部と、投射光学系と、フィルタ部と、受光部と、切換部とを有する。導光部は、複数の波長を含む光を出射する。投射光学系は、導光部からの複数の波長を含む光を平行光として出射する。フィルタ部は、投射光学系からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。受光部は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する。切換部は、フィルタ部に入射する平行光の入射角度を所定方向に切り換える。

Description

本発明は、分光光学系、及び分光光学系を含む分光測定装置に関する。

測定試料のスペクトル解析や光通信など、光を用いる様々な分野において分光測定装置が用いられる。分光測定装置は、複数の波長を含む光を波長毎に分離し、光の波長分布を測定する。

光通信の分野においては、複数の波長を含む光を同時に伝送する光波長多重通信（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ。以下、「ＷＤＭ」と記述する）により、一本の光ファイバで大量の情報を伝送することが可能となっている。複数の波長に対しては、それぞれ異なる信号が対応付けられている。

この場合、分光測定装置は、ＷＤＭにより伝送された複数の波長を含む光の波長分布を測定するために用いられる。測定された波長分布は、特定の波長の光が確実に伝送されているかを確認するために用いられる。

ここで、特許文献１には、ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ１２及びｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｒａｙ１８（ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）を用いるＯｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒの構成が記載されている。

特許文献１に記載のＯｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒは、ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｒａｙ１８の各素子の出力に基づいて、ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ１２に入射する光の分光特性（波長分布）を求めることができる。

米国特許第６７８５００２号公報

一般に、リニアセンサ等の受光用センサは、複数の受光素子を有している。そして、受光素子の間には、光を検出できない不感度領域が存在する。つまり、この不感度領域に照射された波長の光はリニアセンサ等で検出することができない。このように、不感度領域を有するセンサを用いた分光測定装置には、正確な波長分布の測定が困難であるという問題がある。

本発明においては、上記課題を解決するために、不感度領域の影響を軽減させ、光の波長分布の情報を得ることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の分光光学系は、導光部と、投射光学系と、フィルタ部と、受光部と、切換部とを有する。導光部は、複数の波長を含む光を出射する。投射光学系は、導光部からの複数の波長を含む光を平行光として出射する。フィルタ部は、投射光学系からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。受光部は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する。切換部は、フィルタ部に入射する平行光の入射角度を所定方向に切り換える。
また、上記課題を解決するために、請求項２に記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、導光部は、所定方向に配列された、複数の波長を含む光をそれぞれ導く複数のコアを有する。切換部は、複数の波長を含む光を入射させるコアを切り換え、複数の波長を含む光を投射光学系に入射させることにより、入射角度を切り換える。
また、上記課題を解決するために、請求項３に記載の分光光学系は、請求項２記載の分光光学系であって、複数のコアは、第１コア及び第２コアの少なくとも２つからなる。第１コアの光出射面は、投射光学系の焦点位置に配置され、第２コアの光出射面は、焦点位置を含む焦点面上であって、焦点位置から所定方向に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。
また、上記課題を解決するために、請求項４に記載の分光光学系は、請求項２記載の分光光学系であって、複数のコアは、第１コア、第２コア及び第３コアの少なくとも３つからなる。第１コアの光出射面及び第２コアの光出射面の所定方向における間隔と、第１コアの光出射面及び第３コアの光出射面の所定方向における間隔とが異なる。
また、上記課題を解決するために、請求項５に記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、切換部は、ミラーを有する。ミラーは、投射光学系とフィルタ部との間に設けられ、平行光をフィルタ部に向けて反射させる。切換部は、ミラーの向きを変えることにより、入射角度を切り換える。
また、上記課題を解決するために、請求項６に記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、切換部は、投射光学系に対する導光部の位置及び向きの少なくとも一方を変更し、複数の波長を含む光を投射光学系に入射させることにより、入射角度を切り換える。
また、上記課題を解決するために、請求項７に記載の分光測定装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系と、切換制御部と、信号処理部とを有する。切換制御部は、切換部における入射角度の切り換えタイミングを制御する。信号処理部は、切換部による入射角度の切り換え前に受光部で受光された透過光に基づく信号と、入射角度の切り換え後に受光部で受光された透過光に基づく信号とを重ね合わせることにより複数の波長を含む光の波長分布を算出する。

本発明における分光光学系は、フィルタ部が投射光学系からの平行光を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。そして、切換部がフィルタ部に入射する平行光の入射角度を所定方向に切り換えることにより、不感度領域に照射される波長の光を受光部で受光することができる。従って、不感度領域の影響を軽減させ、光の波長分布の情報を得ることが可能となる。

実施形態に係る分光測定装置を示す図である。 実施形態に係る分光光学系を示す図である。 実施形態に係る分光光学系を示す図である。 実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。 実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。 実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。 実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。 実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。 実施形態に係る処理・制御系を示す図である。 実施形態に係る処理・制御系の説明を補足する図である。 実施形態に係る処理・制御系の説明を補足する図である。 実施形態に係る処理・制御系の説明を補足する図である。 実施形態に係る分光測定装置の動作を示すフローチャートである。 変形例１に係る導光部を示す図である。 変形例２に係る分光光学系を示す図である。 変形例３に係る分光光学系を示す図である。

＜実施形態＞
図１から図９を参照して、実施形態に係る分光測定装置１について説明を行う。

図１は、分光測定装置１を示すブロック図である。分光測定装置１は、分光光学系１０及び処理・制御系２０を有する。分光測定装置１の外部には、光源ＬＳが配置されている。光源ＬＳは、複数の波長λ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含む光Ｌを発生させる。

［分光光学系］
図２Ａ〜図６Ｂを参照して、本実施形態に係る分光光学系１０の構成について説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、分光光学系１０を示す概略図である。分光光学系１０は、導光部１１と、投射光学系１２と、フィルタ部１３と、受光部１４と、スイッチ部１５とを有する。

導光部１１は、光源ＬＳからの光Ｌを出射する。導光部１１は、光Ｌをそれぞれ導く複数のコア（本実施形態では２つ）を有する。複数のコアは、所定方向（後述）に配列されている。

図３は、導光部１１を正面から見た図である。導光部１１は、フェルールＦ内に２つの光ファイバ（シングルコアファイバＳ１及びシングルコアファイバＳ２）が配置されている。シングルコアファイバＳ１内には、コア１１ａが配置されている。シングルコアファイバＳ２内には、コア１１ｂが配置されている。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、コア１１ａ及びコア１１ｂのみを示している。

また、コア１１ａとコア１１ｂとは、所定方向（後述）に所定の距離ｄだけ離れて配置されている。距離ｄは、導光部１１の種類により所定の値が予め決定される。距離ｄは、たとえば、６０μｍ〜１２５μｍの範囲で設定されている。コア１１ａは、「第１コア」の一例である。コア１１ｂは、「第２コア」の一例である。

導光部１１の構成は上記例に限られない。たとえば、一つのクラッド内に複数のコアが設けられた光ファイバであるマルチコアファイバを導光部１１として用いることも可能である。この場合であっても、第１コア及び第２コアは、所定方向（後述）に所定の距離ｄだけ離れて配置される。

投射光学系１２は、導光部１１からの光Ｌをコリメートし、平行光として出射する。投射光学系１２は、たとえば、凸状のコリメートレンズである。なお、投射光学系１２は、複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。

ここで、本実施形態における導光部１１と投射光学系１２との位置関係について説明する。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、導光部１１は、投射光学系１２の焦点距離ｆだけ離れた位置に配置される。更に、コア１１ａの光出射面Ａは、投射光学系１２の焦点位置Ｐに配置される。また、コア１１ｂの光出射面Ｂは、焦点位置Ｐを含む焦点面上であって、焦点位置Ｐから所定方向（後述）に所定の距離ｄだけ離れた位置に配置されている。従って、コア１１ａから出射される光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた後、フィルタ部１３に垂直に入射する（図２Ａ参照）。一方、コア１１ｂから出射される光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた後、コア１１ａから出射される光Ｌに対して所定方向（後述）に入射角度θだけ傾いた状態でフィルタ部１３に入射する（図２Ｂ参照）。

導光部１１と投射光学系１２との位置関係は、上記例に限られない。たとえば、光出射面Ａと光出射面Ｂとの間に焦点位置Ｐが位置するよう、投射光学系１２に対して導光部１１を配置してもよい。この場合、コア１１ａから出射される光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた後、フィルタ部１３に入射角度θ_１で入射する。一方、コア１１ｂから出射される光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた後、コア１１ａから出射される光Ｌの入射角度θ_１と異なる入射角度θ_２でフィルタ部１３に入射する。

フィルタ部１３は、投射光学系１２からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。フィルタ部１３は、１枚のフィルタで連続的に透過する波長を変えることができるフィルタである。つまり、「所定方向」とは、透過光の波長が変化する方向である（図２Ａ及び図２Ｂの紙面縦方向、フィルタ部１３に入射する平行光の光路と交差（直交）する方向）。フィルタ部１３としては、たとえば、ＬＶＦを用いることができる。複数の波長λ_ｋを含む光Ｌが入射する場合、フィルタ部１３は、光Ｌの入射位置によって透過する波長λ_ｋが異なっている。すなわち、フィルタ部１３は、複数の波長λ_ｋを含む光Ｌを波長毎に分離することができる。

ところで、フィルタ部１３に対して光を斜めから入射させた場合（たとえば、図２Ｂのように、光を所定方向へ入射角度θだけ傾けて入射させた場合）に、フィルタ部１３を透過する波長が短波長側にずれるブルーシフトという現象がある。ブルーシフトは、以下の式（１）で示すことができる。

式（１）において、λ_０は、フィルタ部１３に垂直に入射する光の波長である。θは、フィルタ部１３に対する光の入射角度である。λ_θは、入射角度θでフィルタ部１３に光が入射した場合に、フィルタ部１３から出射する光の波長である。ｎ_ｏは、空気中の屈折率である。ｎ_{ｆｉｌｔｅｒ}は、フィルタ部１３の屈折率である。

式（１）から明らかなように、入射角度θが大きくなれば、ブルーシフトのシフト量（波長λ_０に対する波長λ_θのずれ量）が大きくなる（図４のグラフ参照。図４の縦軸はシフト量を示す。横軸は入射角度θを示す）。すなわち、ブルーシフトのシフト量は入射角度θに依存する。よって、ブルーシフトを入射角度θの関数で表すと、シフト量ｈ（θ）となる。

一方、入射角度θ、投射光学系１２の焦点距離ｆ及びコア１１ａとコア１１ｂとの間隔（距離ｄ）には、以下の式（２）の関係がある。

式（２）から明らかなように、焦点距離ｆ及び距離ｄを変更することにより、入射角度θを調整することができる。すなわち、焦点距離ｆ及び距離ｄを変更することにより、ブルーシフトのシフト量ｈ（θ）を調整することが可能となる。

受光部１４は、フィルタ部１３を透過した透過光を波長毎に受光する複数の受光素子Ｒ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。受光素子Ｒ_ｋは、たとえばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることができる。また、隣接する受光素子間には、不感度領域Ｎ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）が形成されている。

図５は、受光部１４を拡大した図である。たとえば、コア１１ａからの光Ｌがフィルタ部１３で波長毎（波長λ_１〜λ_ｎ）の透過光として分離（出射）された場合、受光素子Ｒ_ｋは、一部の波長（波長λ_１、λ_３、λ_５、λ_７・・・λ_ｎ）の透過光を受光する。一方、受光素子Ｒ_ｋは、不感度領域Ｎ_ｋに照射される波長（波長λ_２、λ_４、λ_６・・・λ_ｎ−１）の透過光を受光することはできない。よって、フィルタ部１３を透過したコア１１ａからの光Ｌだけでは、光Ｌに含まれるすべての波長に対応する透過光を受光することはできない。つまり、光Ｌに含まれる光の波長分布を正確に求めることができない。

そこで、本実施形態における不感度領域Ｎ_ｋに照射される波長の透過光を受光するための構成について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、受光部１４の一部（受光素子Ｒ_ｋ、受光素子Ｒ_ｋ−１及び不感度領域Ｎ_ｋ−１）を拡大した図である。なお、受光素子間の距離をピッチｐとすると、ピッチｐ＞シフト量ｈ（θ）の関係が成り立つ。

図６Ａに示すように、フィルタ部１３を透過したコア１１ａからの光Ｌのうち、受光素子Ｒ_ｋは、波長λ_ｋの透過光を受光する。また、受光素子Ｒ_ｋ−１は、波長λ_ｋ−２の透過光を受光する。一方、不感度領域Ｎ_ｋには、波長λ_ｋ−１の透過光が照射される。従って、コア１１ａからの光Ｌだけでは、受光部１４は波長λ_ｋ−１の透過光を受光することができない。

このとき、フィルタ部１３を透過したコア１１ｂからの光Ｌのうち、受光素子Ｒ_ｋで受光したい透過光の波長は、波長λ_ｋ−１となる。よって、式（１）に基づいて、波長λ_θ＝波長λ_ｋ−１になるように入射角度θを設定することで、コア１１ａからの光Ｌで不感度領域Ｎ_ｋに照射される波長λ_ｋ−１の透過光を受光素子Ｒ_ｋで受光することができる（この場合、式（１）における波長λ_０は、波長λ_ｋとなる）。入射角度θの設定は、たとえば、投射光学系１２の位置を調整し、焦点距離ｆを変更することにより行う。或いは、入射角度θの設定は、コア間の距離ｄが異なる導光部１１に取り替えることにより行う。なお、入射角度θで照射した光Ｌのうち、不感度領域Ｎ_ｋ−１には、波長λ_ｋ−１よりも短波長の透過光（たとえば、波長λ_ｋ−２の透過光）が照射されることになる。この波長λ_ｋ−２の透過光は、コア１１ａからの光Ｌにおいて、既に受光素子Ｒ_ｋ−１で受光された透過光である。

なお、受光素子Ｒ_ｋは、フィルタ部１３の形状に対応する配置が可能である。たとえば、フィルタ部１３がライン状の場合、受光部１４としては、受光素子Ｒ_ｋがフィルタ部１３の形状に沿って一列に配置されたラインセンサを用いることができる。また、フィルタ部１３が２次元状の場合、受光部１４としては、受光素子Ｒ_ｋが平面上に配置された２次元センサを用いることができる。

スイッチ部１５は、フィルタ部１３に入射する平行光の入射角度を所定方向に切り換える。具体的に、スイッチ部１５は、光源ＬＳと導光部１１との間に設けられ、光Ｌを入射させるコアを切り換え、光Ｌを投射光学系１２に入射させることにより、フィルタ部１３に入射する光の入射角度を切り換える。

たとえば、スイッチ部１５は、光源ＬＳからの光Ｌがコア１１ａにのみ導かれるよう、光源ＬＳとコア１１ａとを接続する（図２Ａ参照）。この場合、コア１１ａからの光Ｌ（平行光）のみがフィルタ部１３に入射する。一方、スイッチ部１５は、光源ＬＳからの光Ｌがコア１１ｂのみに導かれるよう、光源ＬＳとコア１１ｂとを接続する（図２Ｂ参照）。この場合、コア１１ｂからの光Ｌ（平行光）のみがフィルタ部１３に入射する。上述の通り、コア１１ｂからの光Ｌは、コア１１ａからの光Ｌに対し所定方向に入射角度θだけ傾いた状態でフィルタ部１３に入射する。すなわち、フィルタ部１３に入射する平行光の入射角度の切り換えは、スイッチ部１５が光源ＬＳとコアとの接続を切り換えることにより実行できる。本実施形態におけるスイッチ部１５は、「切換部」の一例である。

［処理・制御系］
図７は、本実施形態に係る処理・制御系２０を示す概略図である。図７において、分光光学系１０の一部の構成は記載を省略している。処理・制御系２０は、読み出し部２１と、切換制御部２２と、信号処理部２３とを有する。

読み出し部２１は、受光部１４で受光された光に基づく信号を読み出す。たとえば、読み出し部２１は、受光部１４がコア１１ａからの光を受光したタイミングで読み出しを行う。なお、受光部１４で受光された光に基づく信号は、受光された光の波長、及び当該波長に対応する受光素子の出力信号の大きさ（強度）の関係を示す（スペクトラムデータ）。

切換制御部２２は、スイッチ部１５における入射角度の切り換えタイミングを制御する。たとえば、受光部１４がコア１１ａ及びコア１１ｂからの光Ｌを交互に受光する場合、コア１１ａからの光Ｌに基づく信号を読み出した後、コア１１ｂからの光Ｌを受光する必要がある。この場合、切換制御部２２は、読み出し部２１から読み出しが完了した旨の信号を受けたときを切り換えタイミングとして、スイッチ部１５に対して切換（コア１１ａからコア１１ｂへの切換）を行わせる。

信号処理部２３は、スイッチ部１５による入射角度の切り換え前に受光部１４で受光された透過光に基づく信号と、入射角度の切り換え後に受光部１４で受光された透過光に基づく信号とを重ね合わせることにより光の波長分布を算出する。図８Ａから図８Ｃは、光の波長分布を示す図である。図８Ａから図８Ｃにおいて、縦軸は、信号強度を示す。横軸は、波長を示す。上記例に基づくと、信号処理部２３は、コア１１ａからの光Ｌに基づいて受光部１４で受光された透過光の波長（たとえば、波長λ_１、λ_３、λ_５、λ_７。図８Ａ参照）の分布（強度の分布）を算出する。また、信号処理部２３は、コア１１ｂからの光Ｌに基づいて受光部１４で受光された透過光の波長（たとえば、波長λ_２、λ_４、λ_６。図８Ｂ参照）の分布（強度の分布）を算出する。そして、信号処理部２３は、これら２つの波長分布を重ね合わせることにより、光Ｌの波長分布を算出する（図８Ｃ参照）。

信号処理部２３による算出結果は、外部の表示デバイス等に表示される。なお、分光測定装置１が信号処理部２３による算出結果を表示する表示部を有する構成も可能である。

［動作］
次に図９を参照して、本実施形態に係る分光測定装置１の動作について説明を行う。以下の説明において、スイッチ部１５は、予め光源ＬＳとコア１１ａとを接続しているものとする（図２Ａの状態）。また、コア１１ａ及びコア１１ｂから出射される光Ｌは、同じ複数の波長（たとえば、波長λ_１〜波長λ_ｎ）を含む光である。

光源ＬＳからの複数波長を含む光Ｌが分光測定装置１の分光光学系１０に入射する。分光光学系１０に入射した光Ｌは、コア１１ａから出射される（Ｓ１０）。

フィルタ部１３は、Ｓ１０で出射され、投射光学系１２でコリメートされた光Ｌ（平行光）を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する（Ｓ１１）。

受光部１４は、Ｓ１１で出射された透過光を波長毎に受光素子Ｒ_ｋで受光する（Ｓ１２）。ここで、コア１１ａからの光Ｌのうち一部の波長の透過光は不感度領域Ｎ_ｋに照射される。つまり、当該透過光は受光部１４で受光されない。

読み出し部２１は、Ｓ１２で受光された透過光に基づく信号を読み出す（Ｓ１３）。

切換制御部２２は、Ｓ１３の後、スイッチ部１５に対して切り換えの指示を行う。スイッチ部１５は、光源ＬＳからの光Ｌがコア１１ｂに導かれるよう、光源ＬＳとコア１１ｂとを接続する（光源ＬＳとコアとの接続を切り換える。Ｓ１４）。この場合、分光光学系１０に入射した光Ｌは、コア１１ｂから出射される（Ｓ１５）。

コア１１ｂは、投射光学系１２の焦点位置Ｐから所定方向に距離ｄだけ離れている。よって、コア１１ｂからの光Ｌは、投射光学系１２でコリメートされた平行光として、フィルタ部１３に対し、所定方向に入射角度θだけ傾いた状態で入射する。フィルタ部１３は、入射角度θだけ傾いた光Ｌ（平行光）を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する（Ｓ１６）。Ｓ１６で出射した透過光の波長は、ブルーシフトにより、Ｓ１１で出射した透過光の波長に比べ短波長側にずれる。

受光部１４は、Ｓ１６で出射された透過光（ブルーシフトの影響を受けた光）を波長毎に受光素子Ｒ_ｋで受光する（Ｓ１７）。上記の通り、入射角度θを調整することにより、Ｓ１７において、受光部１４は、Ｓ１２で受光されなかった波長の透過光を受光することができる。

読み出し部２１は、Ｓ１７で受光された透過光に基づく信号を読み出す（Ｓ１８）。

信号処理部２３は、Ｓ１３で読み出された信号とＳ１８で読み出された信号とを重ね合わせ、光Ｌに含まれる波長分布を算出する（Ｓ１９）。

＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態に係る分光光学系及び分光測定装置の作用及び効果について説明する。

実施形態に係る分光光学系１０は、導光部１１と、投射光学系１２と、フィルタ部１３と、受光部１４と、切換部とを有する。導光部１１は、複数の波長を含む光Ｌを出射する。投射光学系１２は、導光部１１からの複数の波長を含む光Ｌを平行光として出射する。フィルタ部１３は、投射光学系１２からの平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する。受光部１４は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子Ｒ_ｋを有する。切換部は、フィルタ部１３に入射する平行光の入射角度を所定方向に切り換える。

より具体的には、導光部１１は、所定方向に配列された、複数の波長を含む光Ｌをそれぞれ導く２つのコア（コア１１ａ、コア１１ｂ）を有する。切換部（スイッチ部１５）は、光Ｌを入射させるコアを切り換え、光Ｌを投射光学系１２に入射させることにより、フィルタ部１３に入射する光の入射角度を切り換える。更に、本実施形態では、コア１１ａ（第１コア）の光出射面Ａは、投射光学系１２の焦点位置Ｐに配置され、コア１１ｂ（第２コア）の光出射面Ｂは、焦点位置Ｐを含む焦点面上であって、焦点位置Ｐから所定方向に所定の距離（距離ｄ）だけ離れた位置に配置されている。

このように、フィルタ部１３に対する第１コアからの光Ｌ（平行光）の入射角度に対する第２コアからの光Ｌ（平行光）の入射角度を所定方向に切り換えることにより、フィルタ部１３に対して斜めから光Ｌ（平行光）を入射することができる。斜めから入射した光Ｌは、ブルーシフトにより透過波長が短波長側にずれる。よって、受光部１４は、一方のコア（たとえば、第１コア）からの光Ｌのみでは受光できない波長の透過光（不感度領域Ｎ_ｋに当たる波長の透過光）を、他方のコア（たとえば、第２コア）からの光Ｌに基づいて受光することができる。すなわち、本実施形態の分光光学系１０によれば、不感度領域の影響を軽減させ、光Ｌに含まれる波長分布の情報を得ることが可能となる。

また、上記の分光光学系１０を分光測定装置１に用いることも可能である。この場合、分光測定装置１は、分光光学系１０と、切換制御部２２と、信号処理部２３とを有する。切換制御部２２は、切換部における入射角度の切り換えタイミングを制御する。信号処理部２３は、切換部による入射角度の切り換え前に受光部１４で受光された透過光に基づく信号と、入射角度の切り換え後に受光部１４で受光された透過光に基づく信号とを重ね合わせることにより複数の波長を含む光の波長分布を算出する。

このような分光測定装置であっても、フィルタ部１３に対する第１コアからの光Ｌ（平行光）の入射角度と第２コアからの光Ｌ（平行光）の入射角度とを所定方向に切り換えることにより、フィルタ部１３に対して斜めから光Ｌ（平行光）を入射することができる。斜めから入射した光Ｌは、ブルーシフトにより透過波長が短波長側にずれる。よって、受光部１４は、一方のコア（たとえば、第１コア）からの光Ｌのみでは受光できない波長の透過光（不感度領域Ｎ_ｋに当たる波長の透過光）を、他方のコア（たとえば、第２コア）からの光Ｌに基づいて受光することができる。そして、信号処理部２３は、切換部による入射角度の切り換え前に受光部１４で受光された透過光に基づく信号と、入射角度の切り換え後に受光部１４で受光された透過光に基づく信号とを重ね合わせ、光Ｌの波長分布を算出する。すなわち、本実施形態の分光測定装置１によれば、不感度領域の影響を軽減させ、光Ｌの波長分布の測定が可能となる。

＜変形例１＞
上記実施形態では、光源ＬＳからの光を導くコアが２つの例について述べたが、コアの数は更に多くてもよい。たとえば、導光部１１が、少なくとも３つのコア（第１コア〜第３コア）を有する構成とすることも可能である。

図１０は、導光部１１を正面から見た図である。本変形例に係る導光部１１は、フェルールＦ内に３つの光ファイバ（シングルコアファイバＳ１、シングルコアファイバＳ２及びシングルコアファイバＳ３）が配置されている。シングルコアファイバＳ１内には、コア１１ａ（第１コア）が配置されている。シングルコアファイバＳ２内には、コア１１ｂ（第２コア）が配置されている。シングルコアファイバＳ３内には、コア１１ｃ（第３コア）が配置されている。

また、本変形例において、コア１１ａの光出射面及びコア１１ｂの光出射面の所定方向における間隔（距離ｄ_１）と、コア１１ａの光出射面及びコア１１ｃの光出射面の所定方向における間隔（距離ｄ_２）とが異なっている。ここで、たとえば、コア１１ａの光出射面が投射光学系１２の焦点位置に配置されている場合、コア１１ｂからの光Ｌ及びコア１１ｃからの光Ｌは、フィルタ部１３に対して斜めに入射する。つまり、コア１１ｂからの光及びコア１１ｃからの光はブルーシフトの影響を受ける。更に、式（１）及び式（２）から明らかなように、コア１１ｂからの光Ｌのシフト量ｈ（θ）とコア１１ｃからの光のシフト量ｈ（θ）とは異なる。よって、一の受光素子（たとえば、受光素子Ｒ_ｋ）に入射する透過光の波長も各コアからの光Ｌで異なる。

＜変形例２＞
分光光学系１０の構成は、実施形態の例に限られない。たとえば、図１１に示すように、投射光学系１２とフィルタ部１３との間にミラー１６を設ける構成も可能である。なお、本変形例における導光部１１は、一のコアＣのみを有する。また、コアＣの光出射面Ａは、投射光学系１２の焦点位置Ｐに配置されている。

ミラー１６は、投射光学系１２からの平行光をフィルタ部１３に向けて反射させる。また、ミラー１６は、たとえば、切換制御部２２の制御に基づき、向きを変えることが可能である。つまり、ミラー１６は、向きを変えることにより、フィルタ部１３に入射する光Ｌ（平行光）の入射角度を切り換えることができる。本変形例におけるミラー１６は、「切換部」の一例である。

＜変形例３＞
或いは、変形例２の分光光学系１０において、ミラー１６を設けない構成も可能である。この場合、図１２に示すように、分光光学系１０は移動機構１７を有する。

移動機構１７は、分光光学系１０内において、導光部１１を所定方向に距離ｄだけ移動させる（図１２において破線で示す導光部１１）。このように、導光部１１自体を移動させ、光源ＬＳからの光Ｌを投射光学系１２に導くことにより、移動機構１７は、フィルタ部１３に入射する光Ｌ（平行光）の入射角度を切り換えることができる。この場合、コアＣの光出射面は、常に投射光学系１２の焦点位置Ｐを含む焦点面上にある。

なお、移動機構１７は、投射光学系１２に対する導光部１１の向きを変更することでもフィルタ部１３に入射する光Ｌ（平行光）の入射角度を切り換えることができる。或いは、移動機構１７は、導光部１１の位置を移動させる動作と導光部１１の向きを変更する動作を組み合わせて行うことでフィルタ部１３に入射する光Ｌ（平行光）の入射角度を切り換えることも可能である。

すなわち、移動機構１７は、投射光学系１２に対する導光部１１の位置及び向きの少なくとも一方を変更し、光Ｌを投射光学系１２に入射させることにより、フィルタ部１３に入射する光Ｌ（平行光）の入射角度を切り換えることができる。本変形例における移動機構１７は、「切換部」の一例である。

１ 分光測定装置
１０ 分光光学系
１１ 導光部
１１ａ、１１ｂ コア
１２ 投射光学系
１３ フィルタ部
１４ 受光部
１５ スイッチ部
２０ 処理・制御系
２１ 読み出し部
２２ 切換制御部
２３ 信号処理部

Claims (7)

1. 複数の波長を含む光を出射する導光部と、
   前記導光部からの前記複数の波長を含む光を平行光として出射する投射光学系と、
   前記投射光学系からの前記平行光を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射するフィルタ部と、
   前記透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する受光部と、
   前記フィルタ部に入射する前記平行光の入射角度を前記所定方向に切り換える切換部と、
   を有することを特徴とする分光光学系。
2. 前記導光部は、前記所定方向に配列された、前記複数の波長を含む光をそれぞれ導く複数のコアを有し、
   前記切換部は、前記複数の波長を含む光を入射させる前記コアを切り換え、前記複数の波長を含む光を前記投射光学系に入射させることにより、前記入射角度を切り換えることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
3. 前記複数のコアは、第１コア及び第２コアの少なくとも２つからなり、
   前記第１コアの光出射面は、前記投射光学系の焦点位置に配置され、前記第２コアの光出射面は、前記焦点位置を含む焦点面上であって、前記焦点位置から前記所定方向に所定の距離だけ離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の分光光学系。
4. 前記複数のコアは、第１コア、第２コア及び第３コアの少なくとも３つからなり、
   前記第１コアの光出射面及び前記第２コアの光出射面の前記所定方向における間隔と、前記第１コアの光出射面及び前記第３コアの光出射面の前記所定方向における間隔とが異なることを特徴とする請求項２記載の分光光学系。
5. 前記切換部は、
   前記投射光学系と前記フィルタ部との間に設けられ、前記平行光を前記フィルタ部に向けて反射させるミラーを有し、
   前記ミラーの向きを変えることにより、前記入射角度を切り換えることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
6. 前記切換部は、前記投射光学系に対する前記導光部の位置及び向きの少なくとも一方を変更し、前記複数の波長を含む光を前記投射光学系に入射させることにより、前記入射角度を切り換えることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の分光光学系と、
   前記切換部における前記入射角度の切り換えタイミングを制御する切換制御部と、
   前記切換部による前記入射角度の切り換え前に前記受光部で受光された前記透過光に基づく信号と、前記入射角度の切り換え後に前記受光部で受光された前記透過光に基づく信号とを重ね合わせることにより前記複数の波長を含む光の波長分布を算出する信号処理部と、
   を有することを特徴とする分光測定装置。

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