WO2020026313A1 - 分光装置 - Google Patents

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WO2020026313A1
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light
wavelength
spectroscope
dielectric multilayer
filter device
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PCT/JP2018/028499
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French (fr)
Inventor
泰之 古川
Original Assignee
株式会社島津製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators

Definitions

  • the present invention relates to a spectrophotometer used for a spectrophotometer such as an ultraviolet-visible light spectrophotometer and an atomic absorption spectrophotometer.
  • Spectrophotometers such as an ultraviolet-visible light spectrophotometer and an atomic absorption spectrophotometer are known as devices for performing qualitative / quantitative analysis of a sample.
  • the spectrophotometer performs qualitative / quantitative analysis of the sample by irradiating the sample with light of a predetermined wavelength, measuring the amount of transmitted light at that time with a detector, and determining the absorbance at the predetermined wavelength.
  • a spectroscope monochromator
  • the spectroscope includes a housing having an entrance slit and an exit slit, a diffraction grating (wavelength dispersion element) housed in the housing, and a rotation drive mechanism for changing an angle of the diffraction grating with respect to light incident from the entrance slit.
  • the light incident from the entrance slit is applied to the diffraction grating, and only light of a specific wavelength (monochromatic light) out of the light wavelength-dispersed by the diffraction grating is extracted from the exit slit.
  • the rotation position (angle) of the diffraction grating By adjusting the rotation position (angle) of the diffraction grating to an appropriate position, light (monochromatic light) having a target wavelength can be extracted.
  • the angle of the diffraction grating is set such that the highest-order primary or ⁇ 1st-order diffracted light of the target wavelength light (diffracted light) dispersed by the diffraction grating is emitted from the exit slit.
  • the diffracted light of the second or second or higher order which is different from the target wavelength
  • the so-called higher-order light is the same as the first- or first-order diffracted light of the target wavelength.
  • the light is emitted from the exit slit along the optical path.
  • light incident on the housing or light reflected on various components in the housing may be emitted from the exit slit as stray light.
  • light (noise light) other than the target wavelength, such as higher-order light or stray light is applied to the sample and the noise light is added to the transmitted light, the obtained absorbance shows a lower value than originally expected. Therefore, in a spectrophotometer, an optical filter that cuts noise light included in light output from the spectrometer (output light) is disposed, or two spectrometers are connected to increase the purity of the wavelength of the output light. are doing.
  • Optical filters transmit necessary light and cut unnecessary light, and are roughly classified into an absorption type and a reflection type depending on the method of cutting unnecessary light.
  • Colored glass is used as an absorption type optical filter, and a dielectric multilayer mirror is used as a reflection type optical filter.
  • the optical filter includes a long-pass filter that transmits light on a longer wavelength side than a certain wavelength, a short-pass filter that transmits light on a shorter wavelength side than a certain wavelength, and a light that transmits light in a certain wavelength range.
  • none of these filters transmits only the target wavelength, and it is difficult to completely cut off noise light.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a spectroscopic device capable of reducing noise light included in output light and suppressing light loss at a target wavelength.
  • the first aspect of the spectroscopic device which has been made to solve the above problem, is as follows. a) a spectroscope that splits light from a light source and emits light of a predetermined wavelength, b) a dielectric that is arranged so that light emitted from the spectroscope enters obliquely, reflects light in a predetermined wavelength band including the set wavelength, and transmits light not included in the predetermined wavelength band. And a filter device having a body multilayer mirror.
  • a second aspect of the spectroscopic device which has been made to solve the above problem, a) a spectroscope that splits incident light and emits light of a predetermined set wavelength, b) light from a light source is arranged to be incident in an oblique direction, reflects light in a predetermined wavelength band including the set wavelength toward the spectroscope, and light not included in the predetermined wavelength band. And a filter device having a transparent dielectric multilayer mirror.
  • the spectroscopic device includes a spectroscope and a filter device arranged at the subsequent or preceding stage of the spectroscope.
  • the filter device is disposed at the subsequent stage of the spectroscope, and removes noise light included in the light emitted from the spectroscope with the filter device.
  • the filter device is arranged in front of the spectroscope, and before the light from the light source enters the spectroscope, the light that may become noise light from the light is filtered by the filter device. Remove.
  • the filter device has a dielectric multilayer mirror, and necessary light (that is, light in a predetermined wavelength band including the set wavelength) is transmitted through the dielectric multilayer mirror. Unnecessary light (that is, light not included in the predetermined wavelength band) reflected by the body multilayer mirror passes through the dielectric multilayer mirror.
  • the light reflected by the dielectric multilayer mirror is extracted as output light of the spectroscopic device.
  • the light reflected by the dielectric multilayer mirror is transmitted to the spectroscope. Incident.
  • the dielectric multilayer mirror is composed of a light-transmitting substrate and a film layer of a high-refractive-index material and a film layer of a low-refractive-index material alternately laminated thereon.
  • the reflection wavelength band of the dielectric multilayer mirror is determined by the combination of the high-refractive index material and the low-refractive index material, the number of stacked film layers, the thickness of each film layer, etc.
  • the wavelength region in which the reflectance is 99% or more can be created by adjusting the structural conditions and the film forming conditions.
  • the noise light included in the output light is small, and the light at the set wavelength is used.
  • a spectrometer with very low loss can be obtained.
  • the dielectric multilayer mirror has an optical property of reflecting light in a predetermined wavelength band including a set wavelength and transmitting light having a shorter wavelength and a longer wavelength than the predetermined wavelength band. And reflect light having a wavelength shorter than the set wavelength and have optical characteristics of transmitting light having a wavelength longer than the set wavelength, or reflect light having a wavelength longer than the set wavelength and the set wavelength.
  • a material having an optical characteristic of transmitting light having a wavelength shorter than the set wavelength can be used.
  • the type of the dielectric multilayer mirror having the reflection characteristic to be used is determined based on the relationship between the wavelength of the noise light, which is likely to be largely included in the light emitted from the spectroscope, and the set wavelength.
  • the filter device may include a plurality of dielectric multilayer mirrors in addition to the configuration including one dielectric multilayer mirror. If the filter device comprises, for example, two dielectric multilayer mirrors, these two dielectric multilayer mirrors are arranged in series, and the light reflected by the first dielectric multilayer mirror reflects the next dielectric multilayer mirror. Both mirrors are arranged so as to be incident on the mirrors.
  • the plurality of dielectric multilayer mirrors may have the same reflection characteristic, or may have different reflection characteristics. For example, in a configuration including two dielectric multilayer mirrors, one of the dielectric multilayer mirrors transmits light having a wavelength longer than the set wavelength, and transmits light having the set wavelength and light having a wavelength shorter than the set wavelength. The other dielectric multilayer mirror transmits light having a shorter wavelength than the set wavelength, and reflects the set wavelength and light having a longer wavelength than the set wavelength. Can be provided.
  • the filter device selects a plurality of dielectric multilayer mirrors having different reflection characteristics and an arbitrary one or a plurality of dielectric multilayer mirrors from the plurality of dielectric multilayer mirrors.
  • a dielectric multilayer mirror that reflects light in a wavelength band according to the wavelength set by the spectroscope can be selected.
  • a dielectric multilayer mirror is formed by forming a film layer made of hafnium oxide (HfO 2 ) as a high refractive index material and a film layer made of silicon dioxide (SiO 2 ) as a low refractive index material on a light transmitting substrate.
  • HfO 2 hafnium oxide
  • a dielectric multilayer mirror having a characteristic of reflecting light in a wavelength range of 280 nm or less with a reflectance of 99% or more can be obtained.
  • the protein Since the protein has the property of absorbing light near 280 nm, when measuring the protein concentration in the sample using a spectrophotometer, irradiate the sample with light emitted from a spectrometer, and then 280 nm The amount of transmitted light at the wavelength of was measured. Conventionally, light emitted from a spectroscope contains much noise light having a wavelength longer than 280 nm, and such noise light has been added to transmitted light, so that accurate absorbance could not be obtained.
  • a spectrophotometer useful for measuring protein concentration can be realized by using a spectrometer combining a filter device using the dielectric multilayer mirror and a spectroscope.
  • the filter device is effective for measurement using light in a wavelength region of 260 nm or less where no effective transmission filter exists, for example, for improving the measurement accuracy of a compound such as benzene having an absorption peak wavelength of 260 nm or less. It is.
  • noise light included in the output light can be reduced, and the light quantity loss at the target wavelength can be extremely reduced.
  • the absorbance of the sample can be accurately obtained.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a general spectroscope.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a single monochromator type spectrophotometer.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a double monochromator type spectrophotometer.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a spectrophotometer incorporating a spectrometer according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of another embodiment of a spectrophotometer in which the spectrometer according to the present invention is incorporated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a general spectroscope.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a single monochromator type spectrophotometer.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram
  • FIG. 4B is an enlarged view of the ultraviolet region (wavelength 210 nm to 400 nm) of the graph of FIG. 4A.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a spectrophotometer used in Experiment 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating reflection characteristics of six types of dichroic mirrors.
  • 7 is a graph collectively showing the detection results of transmitted light when the set wavelength is 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, and 1000 nm. Unevenness showing the result of detection of transmitted light when the set wavelength is 400 nm.
  • 9 is a graph showing a result of detecting transmitted light when the set wavelength is 600 nm.
  • 9 is a graph showing the detection result of transmitted light when the set wavelength is 800 nm. 9 is a graph showing the detection result of transmitted light when the set wavelength is 1000 nm. The figure which shows the modification of the filter apparatus with which the spectral device which concerns on this invention is provided.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a general spectroscope.
  • the spectroscope 10 includes a housing 13 having an entrance slit 11 and an exit slit 12, a diffraction grating 14 disposed in the housing 13, and a rotation driving mechanism 15 for rotating the diffraction grating 14.
  • the rotation drive mechanism 15 includes, for example, a stepping motor 151 and a drive control unit 152 that drives the stepping motor 151.
  • light (multi-wavelength light) from the light source 20 incident from the entrance slit 11 enters the diffraction grating 14 via the entrance-side mirror 16 and is dispersed, after which light of a predetermined wavelength (monochromatic light) is emitted. ) Exits from the exit slit 12 via the exit-side mirror 17.
  • the wavelength of the monochromatic light emitted from the exit slit 12 is determined by the rotational position of the diffraction grating 14 (the angle of the grating surface with respect to the incident light). Therefore, the wavelength of the monochromatic light emitted from the exit slit 12 can be changed by changing the rotational position of the diffraction grating 14.
  • Spectrophotometers such as an ultraviolet-visible light spectrophotometer and an atomic absorption spectrophotometer include a type having one spectrometer (single monochromator type) and a type having two spectrometers (double monochromator type). ).
  • a monochromatic light obtained by dispersing light from a light source 20 with one spectroscope 10 is placed in a sample chamber 30.
  • the cell 31 is irradiated, and the light transmitted through the sample cell 31 is detected by the detector 40.
  • the light emitted from the spectroscope 10 includes not only monochromatic light but also noise light such as higher-order light other than the target wavelength and stray light.
  • a conventional double monochromator spectrophotometer as shown in FIG. 2B, two spectrometers (a first spectrometer 10A and a second spectrometer 10B) are arranged in series. Is split by the first spectroscope 10A, and further split by the second spectroscope 10B to obtain monochromatic light.
  • the spectrophotometer of the double monochromator system uses the light taken out of the exit slit 12 of the first spectroscope 10A as a second light. Since the light is further separated by the spectroscope 10B, monochromatic light (high purity) containing almost no noise light can be obtained.
  • the spectrophotometer shown in FIG. 2C includes one spectrometer 10 and a filter device 50 arranged on the exit slit side of the spectrometer 10.
  • the spectrophotometer shown in FIG. 2D includes one spectrometer 10 and a filter device 50 arranged on the entrance slit side of the spectrometer 10.
  • the spectroscope 100 and the filter device 50 constitute the spectrometer 100 according to the present invention.
  • the light from the light source 20 is split by the spectroscope 10 and then emitted from the spectrometer 10 and enters the filter device 50.
  • the filter device 50 has a dielectric multilayer mirror 51.
  • the dielectric multilayer mirror 51 is configured such that light emitted from the spectroscope 10 is directed obliquely to its surface (the surface on which the multilayer film is formed). It is arranged so that it may enter from.
  • FIG. 2C shows an example in which the dielectric multilayer mirror 51 is arranged such that the angle between the optical axis of the light emitted from the spectroscope 10 and the surface of the dielectric multilayer mirror 51 is about 45 °.
  • the angle is not limited to 45 °. The point is that the angle should be such that the light reflected by the dielectric multilayer mirror 51 does not go to the spectroscope 10.
  • the dielectric multilayer mirror 51 has a property of reflecting light in a predetermined wavelength band including the set wavelength of the spectroscope 10 and transmitting light other than the predetermined wavelength band (this corresponds to noise light).
  • the light reflected by the dielectric multilayer mirror 51 is applied to the sample cell 31 in the sample chamber 30 as output light of the spectrometer 100.
  • the light from the light source 20 is split by the spectroscope 10 and then emitted from the spectrometer 10 and enters the filter device 50.
  • the filter device 50 includes a first dielectric multilayer mirror 51A and a second dielectric mirror 51B.
  • the light emitted from the spectroscope 10 is obliquely incident on the surface of the first dielectric multilayer mirror 51A, and the light reflected by the first dielectric multilayer mirror 51A is reflected by the second dielectric multilayer mirror.
  • Both mirrors 51A and 51B are arranged so as to be obliquely incident on the surface of 51B.
  • the angle formed between the optical axis of the light emitted from the spectroscope 10 and the surface of the first dielectric multilayer mirror 51A is about 45 °, and the light reflected by the first dielectric multilayer mirror 51A.
  • the dielectric multilayer mirrors 51A and 51B are arranged such that the angle formed by the optical axis of the second dielectric mirror 51B and the surface of the second dielectric mirror 51B is about 45 °. Not limited to °.
  • Each of the first dielectric multilayer mirror 51A and the second dielectric multilayer mirror 51B reflects light in a predetermined wavelength band including the set wavelength of the spectroscope 10, and transmits light other than the predetermined wavelength band.
  • the light reflected by the first dielectric multilayer mirror 51A is incident on the second dielectric multilayer mirror 51B, and the light reflected by the second dielectric multilayer mirror 51B is applied to the sample chamber 30 as output light of the spectroscope 100. Is done.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the dielectric multilayer mirror 51.
  • the dielectric multilayer film mirror 51 includes a film layer 512 made of a high-refractive-index material and a film layer 513 made of a low-refractive-index material on one surface of a flat glass substrate 511 having optical transparency. It has an alternately stacked configuration.
  • the reflection characteristics (wavelength band of the reflected light and the reflectance at each wavelength of the wavelength band) of the dielectric multilayer mirror 51 are determined by the combination of the high-refractive-index material and the low-refractive-index material, the thickness of each film layer, and the thickness of the stacked film layers. It is determined by the conditions of the film structure such as the number and the film forming conditions.
  • dichroic mirrors were used as the dielectric multilayer mirrors 51, 51A and 51B.
  • Each of these dichroic mirrors has a film layer of hafnium oxide (HfO 2 ) as a high-refractive index material and an oxide as a low-refractive index material on a substrate made of Tempax (registered trademark, manufactured by Schott Jenaer Glas GmbH). It is composed of eight layers of silicon (SiO 2 ) alternately stacked.
  • Table 1 shows the material, film thickness, and total film thickness of each film layer of the dichroic mirror.
  • a film layer having a layer number of 1 indicates a film layer first formed on a glass substrate.
  • Table 2 shows the conditions for forming the dielectric multilayer film of the dichroic mirror used in the experiment.
  • a film forming condition that minimizes the absorptance in the ultraviolet region was adopted.
  • FIG. 4A is a graph showing reflection characteristics when light is incident on the dichroic mirror at an angle of 45 °
  • FIG. 4B is an enlarged view of the ultraviolet region (wavelength 210 nm-400 nm) of the graph of FIG. 4A.
  • the horizontal axis represents wavelength
  • the vertical axis represents reflectance.
  • the dichroic mirror exhibits a reflectance of 50% or more in a wavelength region of 265 nm or less and a reflectance of 70% or more in a wavelength region of 260 nm or less with respect to light incident at an angle of 45 °.
  • the reflectance was 10% or less, and 90% or more of the light was transmitted.
  • Spectrometer Compact spectrometer Spectromate (registered trademark) SPG-120 (Shimadzu Corporation)
  • Light source Xenon lamp (Rated power 150W)
  • Detector Fiber holder with intensity monitor
  • the transmitted light of the sample cell 31 when the setting wavelength of the spectroscope is set to 230 nm and 250 nm, a state in which a filter L29 that transmits light of 290 nm or more is inserted in front of the detector, and a state in which the filter L29 is not inserted, respectively. was detected by a detector. Then, the detected value of the filter L29 in the non-inserted state was defined as the signal intensity, and the detected value of the inserted state of the filter L29 was defined as the noise intensity, and the ratio of the noise intensity to the signal intensity (noise value) was determined.
  • the signal intensity and noise value of the spectrophotometer obtained for each of FIGS. 2B to 2D were compared with the signal intensity and noise value of the spectrophotometer shown in FIG. 2A.
  • Table 3 shows the evaluation results.
  • the “signal intensity ratio with respect to A” and the “improvement ratio of noise value with respect to A” refer to the signal intensities of the spectrophotometer (single monochromator system) of FIG. 2A when the filter L29 is not inserted, respectively.
  • FIG. 2B shows the ratio of the signal intensity of the spectrophotometer when the filter L29 is not inserted, and the ratio (magnification) of the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2A to the noise value of the spectrophotometer of FIGS. 2B to 2D.
  • the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2C when the setting wavelength of the spectroscope is 230 nm is about 1/9 of the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2A.
  • the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2D was reduced to about 1/640 of the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2A.
  • the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2C (one dichroic mirror) when the set wavelength of the spectroscope is 250 nm is reduced to about 8 of the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2A.
  • the noise value of the 2D spectrophotometer (two dichroic mirrors) was reduced to about 1/1630 of the noise value of the spectrophotometer of FIG. 2A.
  • the signal intensity of the spectrophotometer of FIG. 2D was larger and the noise value was smaller than that of the spectrophotometer of FIG. 2B.
  • a spectrometer consisting of a spectroscope and two dichroic mirrors has less light loss at the set wavelength and lower noise values than a double monochromator in which two spectrometers are arranged in series. .
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of the spectrophotometer used in Experiment 2.
  • a filter device 50 is disposed on an optical path from the light source 20 to the spectroscope 10.
  • the basic configuration of this filter device 50 is the same as that of the filter device 50 of the spectrophotometer shown in FIG. 2D, and includes first and second dielectric multilayer mirrors 51A and 51B.
  • the spectrophotometer shown in FIG. 2D includes first and second dielectric multilayer mirrors 51A and 51B.
  • the light from the light source 20 is incident on the first dielectric multilayer mirror 51A and then reflected by the mirror 51A. Then, the light reflected by the first dielectric multilayer mirror 51A is incident on the second dielectric multilayer mirror 51B, and is incident on the spectroscope 10 after being reflected by the mirror 51B.
  • Table 4 shows the reflection wavelength bands of the five types of dichroic mirrors, the names of the substrates, the material and thickness of each film layer, and the total film thickness.
  • Each of the five types of dichroic mirrors includes a film layer of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) as a high refractive index material and a low refractive index on a substrate made of Tempax (registered trademark, manufactured by Schott Jenaer Glas GmbH). It is formed by alternately stacking film layers of silicon oxide (SiO 2 ) as a material.
  • FIG. 6 shows the reflection characteristics when unpolarized light is incident on the five types of dichroic mirrors at an angle of 45 °.
  • the setting wavelength of the spectroscope was 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, and 1000 nm, and the following dichroic mirrors were used.
  • FIG. 7 summarizes the detection results of the experimental example and the comparative example under the above conditions (1) to (7).
  • 8 to 11 show detection results of the experimental example and the comparative example under the conditions (1), (3), (5) and (7). 7 to 11, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents signal intensity (corresponding to the amount of transmitted light).
  • the reflectance of the dichroic mirror DM700-800 at a wavelength of 800 nm is about 100%.
  • the intensity of transmitted light in a wavelength longer than 850 nm and in a wavelength range of 450 nm to 650 nm was lower than the intensity of transmitted light in the comparative example. From this, it was found that the use of the dichroic mirror DM700-800 can cut a part of noise light having a wavelength longer than 850 nm and a wavelength range of 450 nm to 650 nm.
  • Table 5 shows the signal value at the set wavelength (integrated value of the signal value at the set wavelength ⁇ 10 nm) and the noise value (out of the set wavelength ⁇ 10 nm) when the transmitted light was detected under the conditions (1) to (7).
  • This table summarizes the integrated value of the signal value in the wavelength range, the ratio of the noise value to the signal value at the set wavelength, and the improvement ratio.
  • “improvement ratio” indicates the ratio of the noise ratio of the experimental example to the noise ratio of the comparative example.
  • the improvement ratio is larger than 1 at any set wavelength, and it can be seen that the noise can be reduced by using the dichroic mirror.
  • the improvement ratio tends to increase as the set wavelength is smaller.
  • the improvement ratio is 14.5 when the set wavelength is 400 nm, and the noise light can be reduced to about 1/14.
  • the improvement factor was 1.5, and the noise light was only reduced to about 2/3.
  • the filter device includes a plurality of dielectric multilayer mirrors, and a mirror switching device that selects an arbitrary dielectric multilayer mirror from among them and arranges them on the input side of the spectroscope or on the output side of the spectrometer.
  • a dielectric multilayer mirror in FIG. 12, five dielectric mirrors respectively attached to a plurality of circular holes formed along the outer periphery of the disk 500.
  • FIG. 12 This shows an example in which the body multilayer mirrors 501 to 505 are attached.), A rotation drive mechanism 506 for rotating the disk 500, and a control unit 507 for controlling the rotation drive mechanism 506. be able to.
  • the rotation switching mechanism 506 and the control unit 507 constitute a mirror switching device.
  • the operator may operate the input unit to select the dielectric multilayer mirror, and the control unit 507 transmits information regarding the rotational position of the diffraction grating of the spectroscope.
  • a configuration may be adopted in which an input is performed, and an appropriate dielectric multilayer mirror according to the rotational position of the rotating grating, that is, the set wavelength of the spectroscope may be automatically selected.
  • both mirrors may be of different types.
  • FIG. 1 shows an example in which a diffraction grating is used as a wavelength dispersion element provided in the spectroscope, but a prism may be used as the wavelength dispersion element.
  • a dichroic mirror formed by forming a multilayer film on a Tempax substrate was used, but a quartz substrate may be used instead of the Tempax substrate.

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Abstract

本発明に係る分光装置１００は、入射した光を分光して所定の設定波長の光を出射する分光器１０と、該分光器１０の前段または後段に配置されたフィルタ装置５０を備えている。フィルタ装置５０は、分光器１０の設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、前記所定の波長帯に含まれない光を透過する誘電体多層膜ミラーを有する。分光器１０の前段にフィルタ装置５０が配置されている構成では、光源２０からの光はフィルタ装置５０に入射し、誘電体多層膜ミラーによって前記所定の波長帯の光のみが反射される。誘電体多層膜ミラーが反射した光は分光器１０に入射し、分光された後、該分光器１０から出射する。一方、分光器１０の後段にフィルタ装置５０が配置されている構成では、光源２０からの光は分光器１０に入射して分光された後、出射する。分光器１０から出射した光はフィルタ装置５０に入射し、誘電体多層膜ミラーによって前記所定の波長帯の光のみが反射され、分光装置１００から出射する。

Description

分光装置
　本発明は、紫外可視光分光光度計や原子吸光分光光度計等の分光光度計に用いられる分光装置に関する。
　試料の定性・定量分析を行う装置として紫外可視光分光光度計や原子吸光分光光度計等の分光光度計が知られている。分光光度計は、所定波長の光を試料に照射し、そのときの透過光量を検出器で測定して該所定波長における吸光度を求めることで、試料の定性・定量分析を行う。分光光度計では、所定波長の光を得るために通常、分光器（モノクロメータ）が用いられている。
　分光器は、入口スリット及び出口スリットを有する筐体、該筐体内に収容された回折格子（波長分散素子）、入口スリットから入射した光に対する回折格子の角度を変えるための回転駆動機構を備えており、入口スリットから入射した光を回折格子に照射し、該回折格子で波長分散された光のうち特定の波長の光（単色光）のみを出口スリットから取り出す。回折格子の回転位置（角度）を適宜の位置に調整することにより目的とする波長の光（単色光）を取り出すことができる。
　上記の分光器においては、回折格子で波長分散された目的波長の光（回折光）のうち最も強度の高い1次または－1次の回折光が出口スリットから出射されるように回折格子の角度が設定されるが、回折格子の原理上、目的波長とは別の波長の2次または-2次以上の次数の回折光、いわゆる高次光が目的波長の1次または-1次の回折光と同一光路にのって出口スリットから一緒に出射される場合がある。また、筐体内に入射した光や筐体内の各種部品で反射された光も迷光として出口スリットから出射される場合がある。高次光や迷光といった目的波長以外の光（ノイズ光）が試料に照射され、そのノイズ光が透過光に加わった場合には、求められた吸光度が本来よりも低い値を示すことになる。そこで、分光光度計においては、分光器から出力される光（出力光）に含まれるノイズ光をカットする光学フィルタを配置したり、分光器を2台繋げて出力光の波長の純度を上げたりしている。
特開2005-024403号公報
　光学フィルタは、必要とする光を透過し、不要な光をカットするものであり、不要な光をカットする方法の違いにより吸収型と反射型に大別される。吸収型の光学フィルタとして色ガラスが、反射型の光学フィルタとして誘電体多層膜ミラーが挙げられる。また、上記の光学フィルタには、或る波長よりも長波長側の光を透過するロングパスフィルタ、或る波長よりも短波長側の光を透過するショートパスフィルタ、或る波長範囲の光を透過するバンドパスフィルタがあるが、いずれも目的波長のみを透過するものではなく、ノイズ光を完全にカットすることは難しい。また、試料の吸光度に及ぼすノイズ光の影響を小さくするためには、目的波長の透過光量をできるだけ大きくする必要があるが、上記の光学フィルタは、反射や吸収による光損失を避けることは原理上不可能であり、現在流通している光学フィルタの透過波長帯の透過率は最大でも95%である。
　一方、分光器を2台繋げたもの（これは、ダブルモノクロメータと呼ばれる。）を使用すれば出力光に含まれるノイズ光を減らすことができるため、ノイズ光低減のための光学フィルタは不要（高次光のカットフィルタは必要）であるが、ダブルモノクロメータでは、回折格子による波長分散を2回行うことによる光損失が大きい。
　本発明が解決しようとする課題は、出力光に含まれるノイズ光を低減することができ、且つ、目的波長における光損失を小さく抑えることができる分光装置を提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る分光装置の第１態様のものは、
　a)光源からの光を分光して所定の設定波長の光を出射する分光器と、
　b)前記分光器から出射する光が斜め方向から入射するように配置された、前記設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、前記所定の波長帯に含まれない光を透過する誘電体多層膜ミラーを有するフィルタ装置と
　を備えることを特徴とする。
　また、上記課題を解決するために成された本発明に係る分光装置の第２態様のものは、
　a)入射する光を分光して所定の設定波長の光を出射する分光器と、
　b)光源からの光が斜め方向に入射するように配置された、前記設定波長を含む所定の波長帯の光を前記分光器に向けて反射し、前記所定の波長帯に含まれない光を透過する誘電体多層膜ミラーを有するフィルタ装置と
　を備えることを特徴とする。
　本発明に係る分光装置は、分光器と、該分光器の後段または前段に配置されたフィルタ装置を備える。本発明の第１態様では、フィルタ装置は分光器の後段に配置されており、分光器から出射した後の光に含まれるノイズ光をフィルタ装置で除去する。本発明の第２態様では、フィルタ装置は分光器の前段に配置されており、光源からの光が分光器に入射する手前で、該光からノイズ光となる可能性のある光をフィルタ装置で除去する。本発明の第１態様及び第２態様のいずれにおいても、フィルタ装置は誘電体多層膜ミラーを有しており、必要な光（つまり、前記設定波長を含む所定の波長帯の光）は該誘電体多層膜ミラーで反射し、不要な光（つまり、前記所定の波長帯に含まれない光）は該誘電体多層膜ミラーを透過する。本発明の第１態様においては、誘電体多層膜ミラーで反射した光は分光装置の出力光として取り出され、本発明の第２態様においては、誘電体多層膜ミラーで反射した光は分光器に入射する。
　誘電体多層膜ミラーは、透光性を有する基板とその上に交互に積層された高屈折率材料の膜層と低屈折率材料の膜層から構成されている。誘電体多層膜ミラーの反射波長帯は、高屈折率材料及び低屈折率材料の組合せ、膜層の積層数、各膜層の厚み等の多層膜の構造条件や多層膜の製造時の条件（成膜条件）によって異なり、構造条件や成膜条件を調整することによって反射率が99%以上となる波長領域を作り出すことができる。したがって、前記所定の波長帯が、反射率が99%以上となる波長領域に含まれるような誘電体多層膜ミラーを用いることにより、出力光に含まれるノイズ光が少なく、且つ、設定波長における光損失が非常に小さい分光装置を得ることができる。
　前記誘電体多層膜ミラーとしては、設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、該所定の波長帯よりも短波長及び長波長の光を透過する光学特性を有するものの他、前記設定波長及び該設定波長よりも短波長の光を反射し、前記設定波長よりも長波長の光を透過する光学特性を有するもの、或いは、前記設定波長及び該設定波長よりも長波長の光を反射し、前記設定波長よりも短波長の光を透過する光学特性を有するものを用いることができる。どのような反射特性の誘電体多層膜ミラーを用いるかは、分光器から出射される光に多く含まれる可能性の高いノイズ光の波長と設定波長との関係で決定する。
　また、前記フィルタ装置は、１個の誘電体多層膜ミラーを備える構成の他、複数の誘電体多層膜ミラーを備える構成としても良い。フィルタ装置が例えば２個の誘電体多層膜ミラーを備える場合は、これら２個の誘電体多層膜ミラーは直列に配置され、最初の誘電体多層膜ミラーで反射した光が次の誘電体多層膜ミラーに入射するように、両ミラーを配置する。複数の誘電体多層膜ミラーは同じ反射特性を有するものであっても良く、異なる反射特性を有するものであっても良い。例えば、２個の誘電体多層膜ミラーを備える構成においては、一方の誘電体多層膜ミラーは、設定波長よりも長波長の光を透過し、該設定波長及び該設定波長よりも短波長の光を反射する光学特性を有するものを用い、他方の誘電体多層膜ミラーは、設定波長よりも短波長の光を透過し、該設定波長及び該設定波長よりも長波長の光を反射する光学特性を有するものとすることができる。
　また、本発明においては、前記フィルタ装置が、反射特性の異なる複数の誘電体多層膜ミラーと、前記複数の誘電体多層膜ミラーの中から任意の１又は複数の誘電体多層膜ミラーを選択して、前記分光器の前段または後段に配置するミラー切替装置とを有する構成とすることが好ましい。
　上記構成においては、分光器の設定波長に応じた波長帯の光を反射する誘電体多層膜ミラーを選択することができる。
　誘電体多層膜ミラーを構成する膜層の材料としては、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）等を用いることができる。
　誘電体多層膜ミラーを、透光性を有する基板上に、高屈折率材料としての酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）から成る膜層と、低屈折率材料としての二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る膜層を交互に重ね合わせたものから構成すると、280nm以下の波長域の光を99%以上の反射率で反射する特性を有する誘電体多層膜ミラーを得ることができる。
　タンパク質は280nm付近の光を吸収する性質を有することから、分光光度計を用いて試料中のタンパク質濃度を測定する場合は、分光器から出射される光を前記試料に照射し、そのときの280nmの波長における透過光量を測定していた。従来は、分光器から出射される光に280nmよりも長波長のノイズ光が多く含まれており、このようなノイズ光が透過光に加わっていたため、正確な吸光度を求めることができなかった。これに対して、上記誘電体多層膜ミラーを用いたフィルタ装置と分光器を組み合わせた分光装置を用いることにより、タンパク質濃度を測定に有用な分光光度計を実現することができる。特に、有効な透過型フィルタが存在しなかった260nm以下の波長域の光を用いた測定、例えば、吸収ピーク波長が260nm以下であるベンゼン等の化合物の測定精度の向上に、上記フィルタ装置は有効である。
　本発明に係る分光装置では、出力する光に含まれるノイズ光を低減することができ、しかも、目的波長における光量損失を非常に小さくすることができるため、この分光装置を分光光度計に組み込むことにより、試料の吸光度を正確に求めることができる。
一般的な分光器の概略構成図。 シングルモノクロメータ方式の分光光度計の概略構成図。 ダブルモノクロメータ方式の分光光度計の概略構成図。 本発明に係る分光装置が組み込まれた分光光度計の一実施形態の概略構成図。 本発明に係る分光装置が組み込まれた分光光度計の別の実施形態の概略構成図。 誘電体多層膜ミラーの概略構成図。 実験１に用いたダイクロイックミラーに４５°の入射角で光を入射したときの反射特性を示すグラフ。 図４Ａのグラフの紫外領域（波長210nm～400nm）の拡大図。 実験２に用いた分光光度計の概略構成図。 ６種類のダイクロイックミラーの反射特性図。 設定波長が400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nmのときの透過光の検出結果をまとめて示すグラフ。 設定波長が400nmのときの透過光の検出結果を示す不ラフ。 設定波長が600nmのときの透過光の検出結果を示すグラフ。 設定波長が800nmのときの、透過光の検出結果を示すグラフ。 設定波長が1000nmのときの、透過光の検出結果を示すグラフ。 本発明に係る分光装置が備えるフィルタ装置の変形例を示す図。
　図１は、一般的な分光器の概略構成を示している。分光器１０は、入口スリット１１及び出口スリット１２を有する筐体１３と、該筐体１３内に配置された回折格子１４及び該回折格子１４を回転する回転駆動機構１５とを備える。回転駆動機構１５は例えばステッピングモータ１５１と該ステッピングモータ１５１を駆動する駆動制御部１５２とから構成される。
　上記の分光器１０においては、入口スリット１１から入射した光源２０からの光（多波長光）は入口側ミラー１６を介して回折格子１４に入射し、分散した後、所定波長の光（単色光）が出口側ミラー１７を介して出口スリット１２から出射する。出口スリット１２から出射する単色光の波長は回折格子１４の回転位置（入射光に対する格子面の角度）によって決まる。したがって、回折格子１４の回転位置を変更することにより、出口スリット１２から出射する単色光の波長を変更することができる。
　紫外可視光分光光度計や原子吸光分光光度計等の分光光度計には、１個の分光器を備えたタイプ（シングルモノクロメータ方式）と２個の分光器を備えたタイプ（ダブルモノクロメータ方式）がある。従来のシングルモノクロメータ方式の分光光度計では、図２Ａに示すように、光源２０からの光を１個の分光器１０で分光することにより得られた単色光を試料室３０に配置された試料セル３１に照射し、該試料セル３１を透過した光を検出器４０で検出する。ただし、実際には、分光器１０から出射する光は単色光だけでなく、目的波長以外の高次光や迷光等のノイズ光が含まれる。
　また、従来のダブルモノクロメータ方式の分光光度計では、図２Ｂに示すように、２個の分光器（第１分光器１０Ａ及び第２分光器１０Ｂ）が直列に配置されており、光源２０からの光を第１分光器１０Ａで分光した後、さらに第２分光器１０Ｂで分光して単色光を得る。
　第１分光器１０Ａの出口スリット１２から取り出される単色光にはノイズ光が含まれるところ、ダブルモノクロメータ方式の分光光度計では、第１分光器１０Ａの出口スリット１２から取り出された光を第２分光器１０Ｂによってさらに分光するため、ノイズ光をほとんど含まない（純度の高い）単色光を得ることができる。
　一方、図２Ｃ及び図２Ｄは、本発明に係る分光装置を適用した分光光度計の実施形態を示している。具体的には、図２Ｃに示す分光光度計は、１個の分光器１０と該分光器１０の出口スリット側に配置されたフィルタ装置５０とを備えている。図２Ｄに示す分光光度計は、１個の分光器１０と該分光器１０の入口スリット側に配置されたフィルタ装置５０とを備えている。図２Ｃ及び図２Ｄに示す分光光度計のいずれにおいても、分光器１０とフィルタ装置５０とから本発明に係る分光装置１００が構成される。
　図２Ｃに示す分光光度計では、光源２０からの光は、分光器１０で分光された後、該分光器１０から出射してフィルタ装置５０に入射する。フィルタ装置５０は、誘電体多層膜ミラー５１を有しており、該誘電体多層膜ミラー５１は、その表面（多層膜が形成された面）に対して分光器１０から出射した光が斜め方向から入射するように配置されている。
　なお、図２Ｃには、分光器１０から出射した光の光軸と誘電体多層膜ミラー５１の表面のなす角度が約４５°となるように誘電体多層膜ミラー５１を配置した例が示されているが、前記角度は４５°に限らない。要は、誘電体多層膜ミラー５１で反射した光が分光器１０に向かわないような角度であればよい。誘電体多層膜ミラー５１は、分光器１０の設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、前記所定の波長帯以外の光（これがノイズ光に相当する。）を透過する性質を有する。誘電体多層膜ミラー５１で反射した光は分光装置１００の出力光として試料室３０内の試料セル３１に照射される。
　図２Ｄに示す分光光度計では、光源２０からの光は、分光器１０で分光された後、該分光器１０から出射してフィルタ装置５０に入射する。フィルタ装置５０は、第１誘電体多層膜ミラー５１Ａと第２誘電体ミラー５１Ｂを備えて構成されている。分光器１０から出射した光は、第１誘電体多層膜ミラー５１Ａの表面に対して斜め方向から入射し、該第１誘電体多層膜ミラー５１Ａで反射した光は、第２誘電体多層膜ミラー５１Ｂの表面に対して斜め方向に入射するように、両ミラー５１Ａ、５１Ｂは配置されている。
　なお、図２Ｄには、分光器１０から出射した光の光軸と第１誘電体多層膜ミラー５１Ａの表面のなす角度が約４５°となり、該第１誘電体多層膜ミラー５１Ａで反射した光の光軸と第２誘電体ミラー５１Ｂの表面のなす角度が約４５°となるように誘電体多層膜ミラー５１Ａ、５１Ｂを配置した例が示されているが、この例でも、前記角度は４５°に限らない。
　第１誘電体多層膜ミラー５１Ａ及び第２誘電体多層膜ミラー５１Ｂはいずれも、分光器１０の設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、前記所定の波長帯以外の光を透過する性質を有する。第１及び第２誘電体多層膜ミラー５１Ａ、５１Ｂで反射される波長帯に前記設定波長が含まれていれば、両ミラーの反射波長帯は完全に同じであっても良く、一部が重複するだけでも良い。第１誘電体多層膜ミラー５１Ａで反射した光は第２誘電体多層膜ミラー５１Ｂに入射し、第２誘電体多層膜ミラー５１Ｂで反射した光は分光装置１００の出力光として試料室３０に照射される。
　図３は誘電体多層膜ミラー５１の概略構成を示す図である。図３に示すように、誘電体多層膜ミラー５１は、光透過性を有する平板状のガラス基板５１１の一面に、高屈折率材料から成る膜層５１２と低屈折率材料から成る膜層５１３を交互に積み重ねた構成を有している。誘電体多層膜ミラー５１の反射特性（反射光の波長帯及び該波長帯の各波長における反射率）は、高屈折率材料と低屈折率材料の組合せ、各膜層の厚み、積み重ねる膜層の数等の膜構造の条件及び成膜条件によって決まる。
［実験１］
　次に、図２Ａ～図２Ｄに示す分光光度計を用いて行った実験について説明する。この実験では、分光光度計の試料室３０に空（から）の試料セル３１をセットして、光源２０からの光を分光器を経て、或いは分光器及びフィルタ装置を経て試料セルに照射したときの該試料セルの透過光の強度を検出器で検出した。
＜１．誘電体多層膜ミラーの構成＞
　この実験では、誘電体多層膜ミラー５１、５１Ａ及び５１Ｂとしてダイクロイックミラーを用いた。これらのダイクロイックミラーは、いずれもテンパックス（登録商標、Schott Jenaer Glas GmbH製）製の基板上に、高屈折率材料である酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の膜層と、低屈折率材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜層を８層ずつ交互に積み重ねたものから成る。以下の表１に、前記ダイクロイックミラーの各膜層の材料と膜厚、総膜厚を示す。表１において、層番号が１の膜層がガラス基板の上に最初に形成された膜層を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、表２は、実験に用いたダイクロイックミラーの誘電体多層膜の成膜条件を示す。この例では、紫外領域での吸収率が最小となるような成膜条件を採用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図４Ａは、上記のダイクロイックミラーに４５°の角度で光を入射させたときの反射特性を示すグラフであり、図４Ｂは、図４Ａのグラフの紫外領域（波長210nm-400nm）の拡大図である。図４Ａ及び図４Ｂの横軸は波長を、縦軸は反射率を表している。これらの図から分かるように、前記ダイクロイックミラーは、４５°の角度で入射する光に対し、265nm以下の波長域では５０％以上の反射率を示し、260nm以下の波長域では７０％以上の反射率を示し、240nmの波長ではで略１００％の反射率を示した。一方、275nm以上の波長域では反射率が１０％以下であり、９０％以上の光が透過した。
＜２．実験に使用した装置＞
　分光器：小形分光器スペクトロメイト（登録商標）ＳＰＧ－１２０（株式会社島津製作所）
　光源：キセノンランプ（定格電力１５０Ｗ）
　検出器：強度モニタ付きファイバホルダ
＜３．評価方法＞
　分光器の設定波長を230nm及び250nmに設定したときの試料セル３１の透過光を、検出器の手前に290nm以上の光を透過するフィルタＬ２９を挿入した状態、及びフィルタＬ２９を挿入しない状態のそれぞれについて検出器で検出した。そして、フィルタＬ２９の非挿入状態の検出値を信号強度、フィルタＬ２９の挿入状態の検出値をノイズ強度とし、信号強度に対するノイズ強度の比率（ノイズ値）を求めた。
　また、図２Ｂ～図２Ｄのそれぞれについて求められた分光光度計の信号強度及びノイズ値を、図２Ａに示す分光光度計の信号強度及びノイズ値と比較した。
　表３に、評価結果を示す。表３において、「Ｌ２９非挿入時の信号強度[V]」、「Ｌ２９挿入時の信号強度[V]」は、それぞれ、検出器の手前にフィルタＬ２９を挿入せずに検出した信号強度Ｓ１、フィルタＬ２９を挿入して検出した信号強度Ｓ２であり、「ノイズ値」は、信号強度Ｓ１に対する信号強度Ｓ２の比率（＝Ｓ１／Ｓ２×１００％）を表している。また、「Ａに対する信号強度比率」、「Ａに対するノイズ値の改善比率」は、それぞれ、図２Ａの分光光度計（シングルモノクロメータ方式）のフィルタＬ２９非挿入時の信号強度に対する、図２Ｂ～２Ｄの分光光度計のフィルタＬ２９非挿入時の信号強度の比率、図２Ｂ～２Ｄの分光光度計のノイズ値に対する図２Ａの分光光度計のノイズ値の比率（倍率）を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から分かるように、分光器の設定波長を230nmにしたときの図２Ｃの分光光度計（1個のダイクロイックミラー）のノイズ値は、図２Ａの分光光度計のノイズ値の約１／９に低減し、図２Ｄの分光光度計（2個のダイクロイックミラー）のノイズ値は、図２Ａの分光光度計のノイズ値の約１／６４０に低減した。
　また、分光器の設定波長を250nmにしたときの図２Ｃの分光光度計（1個のダイクロイックミラー）のノイズ値は、図２Ａの分光光度計のノイズ値の約１／８に低減し、図２Ｄの分光光度計（2個のダイクロイックミラー）のノイズ値は、図２Ａの分光光度計のノイズ値の約１／１６３０に低減した。
　さらに、図２Ｄの分光光度計は図２Ｂの分光光度計よりも信号強度は大きく、ノイズ値は小さかった。つまり、分光器と2個のダイクロイックミラーから成る分光装置は、2個の分光器を直列に配置したダブルモノクロメータよりも設定波長における光損失が少ない上に、ノイズ値を小さくすることができた。
［実験２］
　実験２では、分光器の設定波長に応じてフィルタ装置５０の誘電体多層膜ミラーの種類を変更したときの分光装置の出力光の波長と強度の関係を調べた。図５は、実験２に用いた分光光度計の概略構成を示している。この分光光度計では、光源２０から分光器１０までの光路上にフィルタ装置５０が配置されている。このフィルタ装置５０の基本的な構成は、図２Ｄに示す分光光度計のフィルタ装置５０と同じであり、第１及び第２の誘電体多層膜ミラー５１Ａ、５１Ｂを有している。図５に示す分光光度計では、光源２０からの光は第１誘電体多層膜ミラー５１Ａに入射した後、該ミラー５１Ａで反射する。そして、第１誘電体多層膜ミラー５１Ａで反射した光は第２誘電体多層膜ミラー５１Ｂに入射し、該ミラー５１Ｂで反射した後、分光器１０に入射する。
＜１．誘電体多層膜ミラーの構成＞
　実験２では、第１及び第２誘電体多層膜ミラー５１Ａ、５１Ｂとして以下の表４に示す５種類のダイクロイックミラー（ＤＭ４００、ＤＭ５００、ＤＭ６００、ＤＭ７００－８００、ＤＭ９００－１０００）から選択した１種類のダイクロイックミラーを用いた。つまり、この実験２では、第１及び第２誘電体多層膜ミラー５１Ａ、５１Ｂを同じ種類のダイクロイックミラーとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４には、５種類のダイクロイックミラーの反射波長帯、基板の名称、各膜層の材料と膜厚、総膜厚が示されている。５種類のダイクロイックミラーは、いずれもテンパックス（登録商標、Schott Jenaer Glas GmbH製）製の基板上に、高屈折率材料である五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の膜層と、低屈折率材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜層を交互に積み重ねたものから成る。
　また、図６は、前記５種類のダイクロイックミラーに対して、４５°の角度で無偏光の光を入射させたときの反射特性を示している。
＜２．分光器の設定波長と、そのときに使用したダイクロイックミラーの種類＞
　分光器の設定波長を400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nmとし、それぞれ以下のダイクロイックミラーを使用した。
（１）波長400nmの出力光：ＤＭ４００
（２）波長500nmの出力光：ＤＭ５００
（３）波長600nmの出力光：ＤＭ６００
（４）波長700nmの出力光：ＤＭ７００－８００
（５）波長800nmの出力光：ＤＭ７００－８００
（６）波長900nmの出力光：ＤＭ９００－１０００
（７）波長1000nmの出力光：ＤＭ９００－１０００
＜３．実験に使用した装置＞
　実験１と同じ分光器、光源、検出器を使用した。
＜４．評価方法＞
　分光器の設定波長及びダイクロイックミラーの種類を、上記（１）～（７）のようにして、光源２０からの光をフィルタ装置５０に入射したときの、空の試料セル３１の透過光を検出器４０で検出し、透過光の光量を求めた。また、比較例として、図５に示す分光光度計からフィルタ装置５０を取り除き、光源２０からの光を直接、分光器１０に入射したときの、空の試料セル３１の透過光を検出器４０で検出し、透過光の光量を求めた。実験例及び比較例の検出結果を図７～図１１に示す。
　図７は、上記（１）～（７）の条件の実験例及び比較例の検出結果をまとめたものである。また、図８～図１１は、（１）、（３）、（５）及び（７）の条件の実験例及び比較例の検出結果を示している。図７～図１１の横軸は波長を、縦軸は信号強度（透過光の光量に相当）を表している。
　図８に示すように、（１）の条件では、実験例及び比較例ともに、設定波長の位置（400nm）にほぼ同じ強度のピークが確認された。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ４００の波長400nmにおける反射率はほぼ約100％であるといえる。また、実験例では、約500nmよりも長波長側の透過光の強度が比較例の透過光の強度より低かった。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ４００を用いることにより、約500nmよりも長波長側のノイズ光の一部をカットできることが分かった。
　図９に示すように、（３）の条件では、実験例及び比較例ともに、設定波長（600nm）の位置にほぼ同じ強度のピークが観察された。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ６００の波長600nmにおける反射率はほぼ約100％であるといえる。また、実験例では、750nmよりも長波長及び500nmよりも短波長の透過光の強度が比較例における透過光の強度よりも低かった。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ６００を用いることにより、750nmよりも長波長及び500nmよりも短波長のノイズ光の一部をカットできることが分かった。
　図１０に示すように、（５）の条件では、実験例及び比較例ともに、設定波長（800nm）の位置にほぼ同じ強度のピークが観察された。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ７００－８００の波長800nmにおける反射率はほぼ約100％であるといえる。また、実験例では、850nmよりも長波長及び450nm～650nmの波長域の透過光の強度が比較例における透過光の強度よりも低かった。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ７００－８００を用いることにより、850nmよりも長波長及び450nm～650nmの波長域のノイズ光の一部をカットできることが分かった。
　図１１に示すように、（７）の条件では、実験例及び比較例ともに、設定波長（1000nm）の位置にほぼ同じ強度のピークが観察された。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ９００－１０００の波長1000nmにおける反射率はほぼ約100％であるといえる。また、実験例では、800nmよりも短波長の透過光の強度が比較例における透過光の強度よりも低かった。このことから、ダイクロイックミラーＤＭ９００－１０００を用いることにより、800nmよりも短波長のノイズ光の一部をカットできることが分かった。
　表５は、（１）～（７）の条件で透過光を検出したときの、設定波長における信号値（設定波長±10nmにおける信号値の積算値）、ノイズ値（設定波長±10nmから外れた波長範囲の信号値の積算値）、設定波長における信号値に対するノイズ値の比率、改善倍率をまとめたものである。なお、表５中、「改善倍率」は、比較例のノイズ比率に対する実験例のノイズ比率の倍率を示している。表５の結果から明らかなように、いずれの設定波長においても、改善倍率は１よりも大きく、ダイクロイックミラーを用いることによりノイズを低減できることが分かる。また、改善倍率は、設定波長が小さいほど大きくなる傾向が見られ、設定波長が400nmのときの改善倍率は14.5であり、ノイズ光を約１／１４に低減することができたが、設定波長が1000nmのときの改善倍率は1.5であり、ノイズ光は約２／３に低減されただけであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　なお、本発明は上述した例に限定されるものではなく、適宜の変形が可能である。
例えば、フィルタ装置は、複数の誘電体多層膜ミラーと、これらの中から任意の誘電体多層膜ミラーを選択して、分光器の入射側、または分光器の出射側に配置するミラー切替装置とを備えるように構成することが可能である。これは、例えば図１２に示すように、円板５００と、円板５００の外周に沿って形成された複数の円孔にそれぞれ取り付けられた誘電体多層膜ミラー（図１２では、５枚の誘電体多層膜ミラー５０１～５０５が取り付けられた例を示す。）と、前記円板５００を回転する回転駆動機構５０６と、回転駆動機構５０６を制御する制御部５０７とを有するフィルタ装置５０によって実現することができる。この例では、回転駆動機構５０６と制御部５０７からミラー切り替え装置が構成される。図１２に示すフィルタ装置５０においては、作業者が入力手段を操作することにより、誘電体多層膜ミラーを選択するようにしても良く、分光器の回折格子の回転位置に関する情報が制御部５０７に入力されるように構成し、前記回転格子の回転位置、つまり、分光器の設定波長に応じた適宜の誘電体多層膜ミラーが自動的に選択されるようにしても良い。
　また、第１誘電体多層膜ミラーと第２誘電体多層膜ミラーを備えるフィルタ装置においては、両ミラーが異なる種類のものでも良い。
　図１には、分光器が備える波長分散素子として回折格子を用いた例を示したが、プリズムを波長分散素子として用いても良い。
　実験では、テンパックス製の基板の上に多層膜を形成してなるダイクロイックミラーを用いたが、テンパックス製の基板に代えて石英基板を用いても良い。
１０、１０Ａ、１０Ｂ…分光器
２０…光源
３０…試料室
３１…試料セル
４０…検出器
５０…フィルタ装置
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５０１～５０５…誘電体多層膜ミラー
１００…分光光度計
５００…円板
５０６…回転駆動機構
５０７…制御部

Claims (7)

  1. 　a)光源からの光を分光して所定の設定波長の光を出射する分光器と、
    　b)前記分光器から出射する光が斜め方向から入射するように配置された、前記設定波長を含む所定の波長帯の光を反射し、前記所定の波長帯に含まれない光を透過する誘電体多層膜ミラーを有するフィルタ装置と
    　を備えることを特徴とする分光装置。
  2. 　a)入射する光を分光して所定の設定波長の光を出射する分光器と、
    　b)光源からの光が斜め方向に入射するように配置された、前記設定波長を含む所定の波長帯の光を前記分光器に向けて反射し、前記所定の波長帯に含まれない光を透過する誘電体多層膜ミラーを有するフィルタ装置と
    　を備えることを特徴とする分光装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の分光装置において、
    　前記誘電体多層膜ミラーが、前記設定波長よりも長波長の光を透過し、前記設定波長及び該設定波長よりも短波長の光を反射する反射特性を有することを特徴とする分光装置。
  4. 　請求項１又は２に記載の分光装置において、
    　前記誘電体多層膜ミラーが、前記設定波長よりも短波長の光を透過し、前記設定波長及び該設定波長よりも長波長の光を反射する反射特性を有することを特徴とする分光装置。
  5. 　請求項１又は２に記載の分光装置において、
    　前記フィルタ装置が、直列に配置された複数の誘電体多層膜ミラーを備えることを特徴とする分光装置。
  6. 　請求項１又は２に記載の分光装置において、
    　前記フィルタ装置が、反射特性が異なる複数の誘電体多層膜ミラーと、前記複数の誘電体多層膜ミラーの中から任意の１又は複数の誘電体多層膜ミラーを選択して、前記分光器の前段または後段に配置するミラー切替装置とを有することを特徴とする分光装置。
  7. 　請求項１又は２に記載の分光装置において、
    　前記誘電体多層膜ミラーが、透光性を有する基板上に、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）から成る膜層と、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る膜層を交互に重ね合わせたものから成ることを特徴とする分光装置。
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