TWI503583B - 降低高階光和雜散光的濾光器以及使用該濾光器的分光裝置 - Google Patents

降低高階光和雜散光的濾光器以及使用該濾光器的分光裝置 Download PDF

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Description

降低高階光和雜散光的濾光器以及使用該濾光器的分 光裝置
本發明是有關於一種配置於檢光器(photodetector)的入射側的截止濾光器(cut filter)以及使用該截止濾光器的分光裝置，上述檢光器對經分光器分光的每個波段的光的強度進行檢測。
圖10表示繞射光柵的繞射光的特性。在原理上，繞射光柵在有寬波長範圍的光入射時，會引起相鄰次數的光譜(spectrum)部分重疊的現象。因此，於藉由繞射光柵來對測定光進行分光、並導至檢光器(感測器陣列(sensor array))的分光裝置中存在下述問題：會有不同波長範圍的光重疊入射至應使某波長範圍的光入射的通道(channel)內，從而導致某波長範圍的光的測定值被測定為高於實際值。
因此，為了去除與原本應入射的波長範圍的光為不同波長範圍的光，須使用有色玻璃濾光器(color glass filter)等來去除重複的波長。例如，於入射至感測器陣列的某區域的1次光為600 nm~800 nm的波長範圍的光、2次光為300 nm~400 nm的波長範圍的光的情況下，為了屏蔽2次光而使用截止了波長為400 nm以下的濾光器。
圖11(A)表示此種多色儀(polychromator)分光器的結構例。多色儀藉由使用感測器陣列22作為檢光器，可同時測定經繞射光柵26分光的多波長的光。為了截止自繞 射光柵產生的高階光，一般是：於受到高階光影響的感測器陣列22的感測器面的長波長側通道之前配置有色玻璃濾光器24，而於短波長側通道中不設置有色玻璃濾光器。
而且，因保護感測器陣列的罩玻璃(cover glass)表面背面的多重反射而產生的雜散光(對其他通道產生雜訊(noise))亦成為問題。為了解決該問題，提出如下方案：如圖11(B)所示，將保護感測器陣列22的感測器面的罩玻璃25設為：包含透過部及遮光部的結構，利用遮光部來阻斷透過部中的多重反射造成的雜散光，以防止雜散光入射至其他通道(參照專利文獻1)。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平5-332834號公報
於圖11(A)的多色儀分光器中，於感測器陣列22的短波長區域側未產生高階光、而無繞射光的次數的重疊，因此，僅在長波長區域側配置有色玻璃濾光器。然而，無法防止來自繞射光柵或分光器框體面的散射光、或因罩玻璃內的多重反射產生的雜散光入射至短波長區域側的通道內，降低光譜雜訊的作用有限。
而且，若如圖11(B)般，於罩玻璃25設置透過部與遮光部，則感測器陣列22的通道中被遮光部覆蓋的通道將無法用於測定，因此，存在可用於測定的通道變少的問題。
因此，本發明的目的在於：不會減少檢光器的感測器 面的可使用的通道，而可降低光譜的雜訊，且提高測定靈敏度。
本發明的濾光器是：以覆蓋具有感測器面的檢光器的所述感測器面的全體的方式而配置，所述感測器面排列有多個通道，所述多個通道用於檢測經分光器分光的光，其中，所述濾光器面包含：多個濾光器區域，所述多個濾光器區域具備互不相同的透過波長特性，所述這些濾光器區域沿著檢光器的感測器面的通道排列方向而排列。在對用於檢測規定波長以上的波長範圍即長波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使小於規定波長的波長即短波長側的光透過的多層膜濾光器。在對用於檢測短波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使長波長側的光透過的多層膜濾光器。
本發明的分光裝置使用分光器來對測定光進行分光，並且將分光後的光傳導至具有感測器面的檢光器以進行檢測，所述感測器面具備多個通道，所述分光裝置的特徵在於：以覆蓋檢光器的感測器面的方式，而配置本發明的濾光器。
本發明的濾光器中，濾光器面包含：具備互不相同的透過波長特性的多個濾光器區域，所述這些濾光器區域沿著檢光器的感測器面的通道排列方向而排列。在對用於檢測規定波長以上的波長範圍即長波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使小於規定波長的波長 即短波長側的光透過的多層膜濾光器。在對用於檢測短波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使長波長側的光透過的多層膜濾光器，因此，可在檢光器的長波長側的通道中減少高階光的入射，在短波長側的通道中減少因散射造成的長波長的光或雜散光的入射。藉由將該濾光器配置於檢光器的感測器面之前，可降低由檢光器獲得的檢測信號的雜訊，且可提高測定靈敏度。而且，藉由以多層膜濾光器構成濾光器區域，可在各濾光器區域中設計成：使任意波長範圍的光透過或被遮蔽，因此，較有色玻璃濾光器而言，分光裝置的設計自由度提高。
本發明的分光裝置中，以覆蓋檢光器的感測器面的方式而配置有本發明的濾光器，因此，可一方面使用檢光器的所有通道來進行測定，且一方面降低雜訊而提高測定靈敏度。
本發明的濾光器的較佳實施形態中，濾光器面包含：1個長波長側濾光器區域以及1個短波長側濾光器區域，該1個長波長側濾光器區域對用於檢測長波長側的光的通道部分進行覆蓋，該1個短波長側濾光器區域對用於檢測短波長側的光的通道部分進行覆蓋，在長波長側濾光器區域中形成有長通濾光器(long pass filter)，在短波長側濾光器區域中形成有短通濾光器(short pass filter)。若將濾光器面設為：包含2個濾光器區域的結構，則不會增大濾光器的製造成本，而可降低檢光器的檢測信號的雜訊。
而且，若將各多層膜濾光器設為帶通濾光器(band pass filter)，則可進一步限定入射至檢光器的光，可進一步減少多餘的波長成分向檢光器的入射。藉此，雜散光的量亦得以降低，可實現訊噪(Signal to Noise，S/N)比的進一步提高。
以下，使用附圖來一併說明：降低高階光及雜散光的濾光器的一實例、與分光裝置的一實例。
圖1是概略表示分光裝置的一實例的結構圖。該分光裝置是：以作為分光器的凹面繞射光柵4將自入口狹縫(slit)2進入的測定光予以分光，並傳導至作為檢光器的感測器陣列6，且對固定的每個波長成分檢測其強度。在感測器陣列6的感測器面的前方配置有：用於降低散射光或雜散光的截止濾光器8。
圖3(A)、圖3(B)表示截止濾光器8的一實例，圖3(A)是平面圖，圖3(B)是濾光器區域排列方向上的剖視圖。
截止濾光器8具備：濾光器區域12a以及濾光器區域12b，該濾光器區域12a及濾光器區域12b是沿著感測器陣列6的感測器面上所設的通道的排列方向而排列配置。截止濾光器8是配置成：以濾光器區域12a來覆蓋感測器陣列6的感測器面上的排列有短波長檢測用通道(例如小於540 nm)的部分，以濾光器區域12b來覆蓋感測器陣列6的感測器面上的排列有長波長檢測用通道(例如540 nm以上)的部分。另外，截止濾光器8既可如圖2(A)所示， 兼用作保護感測器陣列6的感測器面的罩玻璃而直接固定於感測器面；亦可如圖2(B)所示，經由罩玻璃7來覆蓋感測器面。
於濾光器區域12a以及濾光器區域12b中，形成有多層膜濾光器，該多層膜濾光器例如是在包含石英玻璃的透明基板10的單面或兩面、積層有多個介電質層。濾光器區域12a中形成的多層膜濾光器是：使短波長側的光透過，而將長波長側的光予以遮蔽的短通濾光器。濾光器區域12b中形成的多層膜濾光器是：使長波長側的光透過，而將短波長側的光予以遮蔽的長通濾光器。
圖4表示截止濾光器8的2個濾光器區域的透光特性。如該圖所示，濾光器區域12a的短通濾光器是以下述方式形成：使300 nm~540 nm的波長的光透過，而將550 nm以上的波長的光予以遮蔽；濾光器區域12b的長通濾光器是以下述方式形成：使540 nm~800 nm的波長的光透過，而將520 nm以下的波長的光予以遮蔽。
藉由在感測器陣列6的排列有短波長檢測用通道的部分配置如上所述的短通濾光器，可抑制：因散射光或來自長波長側的雜散光導致長波長成分入射至短波長檢測用通道而被檢測到。
圖5是將截止濾光器8配置於感測器陣列6之前的情況、與未於感測器陣列6之前配置截止濾光器8的情況下，短波長側的吸光度光譜的一例。藉由於感測器陣列6的短波長檢測用的通道部分配置短通濾光器，感測器陣列6的 檢測信號的基礎(base)(I0 )相較未配置短通濾光器的情況降低，吸光度(=-log(I/I0 )整體上變高。即，可知的是，藉由配置截止濾光器8，測定靈敏度提高。
再者，圖8表示濾光器區域12a以及濾光器區域12b中形成的濾光器的膜結構的一例。於圖8中，依自透明基板10側積層的順序來表示各層。再者，該實例中，於截止濾光器8中設有2個濾光器區域，但亦可設置3個以上的濾光器區域，以分別給予互不相同的透光特性。若於截止濾光器8中設置更多的濾光器區域，並使各濾光器區域的透光特性吻合於感測器陣列6的感測器面上所設的各通道的檢測波長，則可更高效率地去除朝向各通道的多餘的入射光，可進一步降低雜訊以實現測定靈敏度的進一步提高。
圖6(A)、圖6(B)是於截止濾光器8中設有2個帶通濾光器區域13a以及通濾光器區域13b的例子。於濾光器區域13a中形成有短帶通濾光器(short bandpass filter)，於濾光器區域13b中形成有長帶通濾光器(long bandpass filter)。圖7表示該短帶通濾光器與長帶通濾光器的透光特性。該例的短帶通濾光器是以下述方式形成：使400 nm~540 nm的波長的光透過，而將小於400 nm的波長的光以及550 nm以上的波長的光予以遮蔽。長帶通濾光器是以下述方式形成：使540 nm~680 nm的波長的光透過，而將小於540 nm的波長的光以及690 nm以上的波長的光予以遮蔽。圖9表示濾光器區域13a以及濾光器區域13b中形成的濾光器的膜結構的一例。於圖9中，依自透明基板 10側積層的順序來表示各層。
2‧‧‧入口狹縫
4‧‧‧繞射光柵
6‧‧‧感測器陣列
7、25‧‧‧罩玻璃
8‧‧‧截止濾光器
10‧‧‧透明基板
12a、12b、13a、13b‧‧‧濾光器區域
22‧‧‧感測器陣列
24‧‧‧有色玻璃濾光器
26‧‧‧繞射光柵
圖1是概略表示分光裝置的一實例的結構圖。
圖2(A)、圖2(B)是表示上述實例的感測器陣列部分的結構的一例的圖，圖2(A)是由截止濾光器來覆蓋感測器陣列的感測器面的例子，圖2(B)是經由罩玻璃來覆蓋感測器陣列的感測器面的例子。
圖3(A)、圖3(B)是表示截止濾光器的一實例的圖，圖3(A)是平面圖，圖3(B)是濾光器區域排列方向上的剖視圖。
圖4是表示截止濾光器的2個濾光器區域的透光特性的一例的圖表。
圖5是將截止濾光器配置於感測器陣列之前的情況、與未於感測器陣列之前配置截止濾光器的情況下，短波長側的吸光度光譜的一例。
圖6(A)、圖6(B)是表示截止濾光器的另一實例的圖，圖6(A)是平面圖，圖6(B)是濾光器區域排列方向上的剖視圖。
圖7是表示上述實例的截止濾光器的各濾光器區域的透光特性的一例的圖表。
圖8是表示截止濾光器的濾光器區域中形成的短通濾光器與長通濾光器的膜結構的一例的資料。
圖9是表示截止濾光器的濾光器區域中形成的短帶通濾光器與長帶通濾光器的膜結構的一例的資料。
圖10是用於說明來自繞射光柵的繞射光的特性的概念圖。
圖11(A)、圖11(B)是表示先前的分光裝置的感測器陣列部分的結構的一例的圖，圖11(A)是使用有色玻璃濾光器的例子，圖11(B)是對保護感測器陣列的感測器面的罩玻璃進行加工的例子。
8‧‧‧截止濾光器
10‧‧‧透明基板
12a、12b‧‧‧濾光器區域

Claims (4)

  1. 一種濾光器，以覆蓋具有感測器面的檢光器的所述感測器面的全體的方式而配置，所述感測器面排列有多個通道，所述多個通道用於檢測經分光器分光的光，所述濾光器的特徵在於：所述濾光器的濾光器面包含：多個濾光器區域，具備互不相同的透過波長特性，所述這些濾光器區域沿著所述檢光器的感測器面的所述通道排列方向而排列，在對用於檢測規定波長以上的波長即長波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使小於規定波長的波長即短波長側的光透過的多層膜濾光器，在對用於檢測短波長側的光的通道部分進行覆蓋的濾光器區域，形成有：不使所述長波長側的光透過的多層膜濾光器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的濾光器，其中，所述濾光器面包含：1個長波長側濾光器區域以及1個短波長側濾光器區域，所述1個長波長側濾光器區域對用於檢測所述長波長側的光的通道部分進行覆蓋，所述1個短波長側濾光器區域對用於檢測所述短波長側的光的通道部分進行覆蓋，在所述長波長側濾光器區域中形成有長通濾光器，在所述短波長側濾光器區域中形成有短通濾光器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的濾光器，其中， 所述濾光器面包含：1個長波長側濾光器區域以及1個短波長側濾光器區域，所述1個長波長側濾光器區域對用於檢測所述長波長側的光的通道部分進行覆蓋，所述1個短波長側濾光器區域對用於檢測所述短波長側的光的通道部分進行覆蓋，在所述長波長側濾光器區域中形成有長帶通濾光器，在所述短波長側濾光器區域中形成有短帶通濾光器。
  4. 一種分光裝置，使用分光器來對測定光進行分光，並且將分光後的光傳導至具有感測器面的檢光器以進行檢測，所述感測器面具備多個通道，所述分光裝置的特徵在於：以覆蓋所述檢光器的所述感測器面的方式，而配置申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的濾光器。
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