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JP2002277326A - 分光測光装置 - Google Patents

分光測光装置

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Publication number
JP2002277326A
JP2002277326A JP2001078176A JP2001078176A JP2002277326A JP 2002277326 A JP2002277326 A JP 2002277326A JP 2001078176 A JP2001078176 A JP 2001078176A JP 2001078176 A JP2001078176 A JP 2001078176A JP 2002277326 A JP2002277326 A JP 2002277326A
Authority
JP
Japan
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fiber optic
transmission wavelength
optic plate
light
filter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001078176A
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English (en)
Inventor
Tomoyuki Kobayashi
知之 小林
Takeo Yamada
健夫 山田
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Nireco Corp
Original Assignee
Nireco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nireco Corp filed Critical Nireco Corp
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Priority to US10/061,864 priority patent/US6844930B2/en
Publication of JP2002277326A publication Critical patent/JP2002277326A/ja
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  • Optical Filters (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長分解能、精度、光量伝達率が優れ、高速
で高精度の波長分光測定が可能で、小型の分光測定装置
を提供する。 【解決手段】 図の上側から透過波長可変フィルタ４に
入射した光は、透過波長可変フィルタ４に入射する位置
によって決まる波長の光のみが透過され、透過波長可変
フィルタ４の位置に応じて分光された光となって、ファ
イバオプティックプレート３ａ、３ｂにより導かれ、透
光性の樹脂５を通して、リニアセンサ１の対応する画素
に入射する。よって、リニアセンサ１の各画素の出力を
処理することにより、分光測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリズムや回折格
子を用いずに分光測光を行うことができる、小型の分光
測光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、分光測光を行うには、プリズムや
回折格子を用いて光を波長ごとに異なる方向に導いてリ
ニアセンサ等に照射し、リニアセンサの各素子からの出
力を測定することにより、分光強度を測定する方法が一
般的に用いられていた。しかしながら、プリズムや回折
格子等を用いる場合、分光された光を波長によって異な
る方向に導いて分離するために、ある程度の空間が必要
なる。よって、分光測光装置の大きさが大きくなるとい
う問題点があった。又、測定光をプリズムや回折格子に
導く際にスリットを通すため、光量が少なくなり、リニ
アセンサで必要な蓄積時間が長くなるため、高速測定が
困難である等の問題点があった。
【０００３】このような問題点を解決するものとして、
透過波長可変フィルタ（Linear Variable Filter：以下
ＬＶＦと称することがある）を用いる方法が幾つか提案
され実用化されている。図１１に、それらのうち、特開
平５−３２２６５３号公報に開示されているものを示
す。
【０００４】透過波長可変フィルタ付きリニアセンサ２
１は、透過波長可変フィルタ２２を、有機ケイ素化合物
などの樹脂２３をはさんで、リニアセンサ２４上に固定
して形成されている。透過波長可変フィルタ２２は干渉
フィルタからなり、図に示すように場所によって厚さの
異なる透明導電膜を形成し、これにより場所によって透
過波長の異なる干渉フィルタを構成している。
【０００５】リニアセンサ２４の単位素子に対応させ
て、その上に形成される透明導電膜の厚さを順次変えて
いくことにより、リニアセンサ２４の各単位素子には異
なる波長域の光が分光されて受光されることになる。こ
の方法であれば、分光膜と光電変換部が一体化でき、通
常のリニアセンサとほぼ同じ程度の大きさであるので、
小型軽量かつ安価であるというメリットがあり、市販さ
れている。
【０００６】又、これとは別の方式の透過波長可変フィ
ルタを使用した分光測光装置がUSP5,872,655に開示さ
れ、市販されている。これに用いられる透過波長可変フ
ィルタは、ＩＡＤ（Ion Assisted Deposition）法を用
いて、真空中で、低誘電体と高誘電体を交互に、基板の
上に製膜して形成されており、その層数は２００以上と
なる。そして、基板の長手方向に膜厚を調整することに
より、長手方向位置に応じて透過する波長が線形的に変
わる特性を持つようにしてある。
【０００７】図１２にその構成図を示す。２５が透過波
長可変フィルタで、これは基板２６の上に上記ＩＡＤ法
で製膜される。基板２６の反対側にバンドパスフィルタ
２７を貼り付ける。この透過波長可変フィルタ２５をリ
ニアセンサ２８に貼り付けて、バンドパスフィルタ２７
側から光を当てると、透過波長可変フィルタ２５を透過
する光の波長域が位置により異なるので、リニアセンサ
２８の各素子には異なる波長域の光が入射することにな
り、分光膜と光電変換部が一体化した分光測光装置が実
現できる。
【０００８】さらに、これらとは別の方式の透過波長可
変フィルタを使用した分光測光装置がUSP 6,057,925に
開示され、市販されている。これは、透過波長可変フィ
ルタとリニアセンサの間に正立等倍像の光学系を挿入す
ることにより、透過型可変フィルタから照射した分光さ
れた光を、リニアセンサ上に結像させるものであり、正
立等倍像の小型結像系として、ＧＲＩＮ（Gradient Ind
ex）レンズ又はMicroLens Arrayを用いるものである。
図１３にＧＲＩＮレンズを用いた構成図を示す。透過波
長可変フィルタ３１に透過ガラス３２、３３を付け更に
ＧＲＩＮレンズ３４を接着して一体とした構造とする。
【０００９】このＧＲＩＮレンズ３４から、透過ガラス
３５を介して一定の距離だけ離れた位置に、リニアセン
サ３６のセンサ面が来るように配置する。透過ガラス３
３の厚さと、ＧＲＩＮレンズ３４とリニアセンサ３６の
受光面との距離Ｌは、正立等倍結像が成立する条件とす
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１１に
示された特開平５−３２２６５３号公報に開示されてい
る方式、及び図１２に示されたUSP 5,872,655に開示さ
れた方法には以下のような問題点がある。すなわち、こ
れらのものにおいては透過型波長可変フィルタをリニア
センサに貼り付けた構造をしているため、透過型波長可
変フィルタをリニアセンサとの間で多重反射が起こり、
分光特性が劣化する。
【００１１】図１３に示されたUSP 6,057,925に開示さ
れた方法では、このような問題点は解消されるが、別の
問題が発生する。すなわち、ＧＲＩＮレンズは、図１４
に示されるように２列に配置された、合計２８個の円筒
レンズ３７で構成されている。従って、透過波長可変フ
ィルタ３１のような面画像を投影すると、リニアセンサ
３６上には、２８個の円筒レンズ作られた合成像が結像
されるので、リニアセンサ３６の出力には、厳密には２
８個の山のムラが生じてしまう。これにより、分光波長
の位置精度は向上しても、その出力の大きさの精度は低
下してしまう。
【００１２】特に、分光測光装置の応用分では、分光ス
ペクトルの微分処理を行うことが多いが、このような場
合には、出力の大きさのむらは大きなノイズとなり、処
理後の値の精度を大きく劣化させる。分光スペクトルか
ら微分処理を行うことなどは、不可能となる。
【００１３】さらに、正立等倍像ではあるが、面積の小
さい２８個の円筒レンズで結像されること、及び結像距
離が従来の密着型より距離が著しく大きくなるので、光
量伝達率が２−３％以下に低下してしまう。このこと
は、透過波長可変フィルタ型の分光器が持つ、光量を多
く使用できるためリニアセンサ３５の走査周期を短くし
て、高速現象を計測可能とする特徴を、失わせる結果と
なっている。
【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、波長分解能、精度、光量伝達率が優れ、高速で
高精度の波長分光測定が可能で、小型の分光測定装置を
提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、透過波長可変フィルタと、リニアセン
サ又は二次元イメージセンサと、前記透過波長可変フィ
ルタとリニアセンサ又は二次元イメージセンサの間に配
置され、透過波長可変フィルタから出射する分光された
光を、リニアセンサ又は二次元イメージセンサに伝達す
るファイバオプティックプレートとを有してなることを
特徴とする分光測光装置（請求項１）である。
【００１６】本手段においては透過波長可変フィルタに
よって空間的に分光された光を、ファイバオプティック
プレート（ＦＯＰと称することがある）を通してリニア
センサ又は二次元イメージセンサに伝達するようにして
いる。「透過波長可変フィルタ」とは、光が入射したと
き、その入射する位置によって透過する波長が変わるよ
うにされているフィルタのことである。
【００１７】ファイバオプティックプレートとは、微細
な断面積（通常最大対角線長が６〜２５μｍの正六角
形）を有する光ファイバを多数寄せ集めてプレートとし
たもので、１本の光ファイバに入射した光は、その光フ
ァイバーのコアとクラッドの境界面で全反射し、光ファ
イバの内部を伝わって他の端面に達するような構造を有
するものである。その構造については、「テレビジョン
学会技術報告、1990年９月２８日発表」の「ファイバー
オプティックプレートとその応用」に記載されている。
【００１８】このように、ファイバオプティックプレー
トを光伝達手段として使用することにより、透過波長可
変フィルタから出射される光を拡散させることなく、か
つ、光の吸収率が小さい状態で、透過波長可変フィルタ
の出射位置に対応する、リニアセンサ又は二次元イメー
ジセンサの位置に導くことができる。よって、波長分解
能、精度、光量伝達率が優れた分光測定装置とすること
ができるので、リニアセンサ又は二次元イメージセンサ
の走査速度を早くしても十分に応答することができ、高
速測定が可能となる。又、光伝達の際に、場所による伝
達効率の違いによりノイズが発生することが無いので、
信号処理の際、微分を行うことが可能となる。
【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記透過波長可変フィルタの
分光膜と前記ファイバオプティックプレートとは密着
し、前記ファイバオプティックプレートと前記リニアセ
ンサ又は二次元イメージセンサは、透光性の物質をはさ
んで近接配置されていることを特徴とするもの（請求項
２）である。
【００２０】前記第１の手段においては特に規定してい
ないが、光の伝達効率を良くし、かつ拡散を防ぐために
は、透過波長可変フィルタの分光膜とファイバオプティ
ックプレートを密着させることが好ましい。その理由
は、透過波長可変フィルタから放出される光は拡散光で
あるので、その分光膜とファイバオプティックプレート
が離れていると、せっかく分光された光が、ファイバオ
プティックプレートに入射するときに混合され、波長分
解能が悪くなるためである。
【００２１】本手段においては、透過波長可変フィルタ
の分光膜とファイバオプティックプレートを密着させて
いるので、波長分解能の劣化と光量の低下を防止するこ
とができる。
【００２２】ファイバオプティックプレートとリニアセ
ンサ又は二次元イメージセンサも密着させることが好ま
しいが、構造的に困難であるので、本手段においては、
これらを、透光性樹脂等の透光性の物質を挟んで近接配
置するようにしている。
【００２３】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、前記ファイバ
オプティックプレートの開口数が1.0以下であることを
特徴とするもの（請求項３）である。
【００２４】前記第１の手段においては、透過波長可変
フィルタの分光膜とファイバオプティックプレートの
間、ファイバオプティックプレートとリニアセンサ又は
二次元イメージセンサとの間の少なくとも一方に隙間が
ある構造のものが含まれ、前記第２の手段においては、
ファイバオプティックプレートとリニアセンサ又は二次
元イメージセンサとの間に隙間がある。
【００２５】よって、これらの隙間において、透過波長
可変フィルタの分光膜とファイバオプティックプレート
に光が伝達されるとき、ファイバオプティックプレート
からリニアセンサ又は二次元イメージセンサに光が伝達
されるときに、光の拡散が起こり、前述のように波長分
解能が低下することがある。
【００２６】本手段においては、ファイバオプティック
プレートの開口数が1.0以下とされているので、拡散光
がファイバオプティックプレート内を通過することがで
きず、かつ、ファイバオプティックプレートを出る光の
広がりも小さくなる。よって、波長分解能の低下を防止
することができる。
【００２７】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第３の手段であって、前記ファイバオプティックプ
レートの開口数が0.35以下であることを特徴とする物で
ある。
【００２８】本手段によれば、通常市販されている透過
波長可変フィルタとリニアセンサ又は二次元イメージセ
ンサとの間に配置した場合でも、通常要求される精度の
波長分解能を確保することができる。
【００２９】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、開口数が1.0
より小さいファイバオプティックプレートを、透過波長
可変フィルタの入射側に密着させて付加したことを特徴
とするもの（請求項５）である。
【００３０】透過波長可変フィルタは、その構造によっ
ては、入射光が斜めに入った場合に、目的とする波長分
解特性が得られないことがある。又、前記第３の手段又
は第４の手段においては、透過波長可変フィルタとリニ
アセンサ又は二次元イメージセンサとの間に配置される
ファイバオプティックプレートにより、透過波長可変フ
ィルタに斜めに入射した光をリニアセンサ又は二次元イ
メージセンサに伝達しないようにすることもできるが、
必ずしも十分でない場合があり、前記第１の手段、第２
の手段においては、このような作用が保証されない。
【００３１】本手段においては、開口数が1.0より小さ
いファイバオプティックプレートを、透過波長可変フィ
ルタの入射側に密着させて付加しているので、透過波長
可変フィルタに斜めに入射する光の角度を制限すること
ができ、目的とする波長分解特性を得ることができる。
【００３２】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第５の手段であって、付加されたファイバオプティ
ックプレートの開口数が0.35以下であることを特徴とす
るもの（請求項６）である。
【００３３】本手段によれば、通常市販されている透過
波長可変フィルタとリニアセンサ又は二次元イメージセ
ンサとの間に配置した場合でも、通常要求される精度の
波長分解能を確保することができる。
【００３４】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、前
記透過波長可変フィルタとリニアセンサ又は二次元イメ
ージセンサの間に配置されたファイバオプティックプレ
ートが、互いに密着した開口数が1.0のものと開口数が
0.35以下のものとからなることを特徴とするもの（請求
項７）である。
【００３５】現在では、開口数（ＮＡ）が1.0のファイ
バオプティックプレートとしては、ファイバ径が３μ
m、６μmと小径のものが市販されている。一方、現在市
販されている開口数0.35μmのファイバオプティックプ
レートのファイバ径は、２５μmが最小である。リニア
センサの１画素の大きさが５０×2500μm程度である場
合は、この程度のファイバオプティックプレートのファ
イバ径であれば問題とならない。
【００３６】しかし、最近の二次元ＣＣＤの画素は年々
小さくなり、最近のものでは１５×１５μm角程度のも
のができている。装置を小型化するためにこのようなＣ
ＣＤを使用する場合には、開口数が小さなファイバオプ
ティックプレートを使用すると、１つのファイバが２つ
の画素にまたがることになり、波長分解能が低下する。
【００３７】本手段においては、このようなことの発生
を防ぐために、開口数が大きい、すなわちＮＡが１のフ
ァイバオプティックプレートと、開口数が小さい、すな
わち、ＮＡが0.35以下のファイバオプティックプレート
を組み合わせている。前者をリニアセンサ又は二次元イ
メージセンサ側に置くことにより、１つのファイバが２
つの画素にまたがることがなくなると共に、開口角が制
限されるので、波長分解能の低下を防ぐことができる。
【００３８】逆に、画素の大きさが大きなリニアセンサ
又は二次元イメージセンサを用いるときは、後者をリニ
アセンサ又は二次元イメージセンサに置くことにより、
透過波長可変フィルタからの出力を細かく分解して取り
出すことができるようになる。
【００３９】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれであって、前記
透過波長可変フィルタとリニアセンサ又は二次元イメー
ジセンサの間に配置されたファイバオプティックプレー
トが、テーパ型ファイバオプティックプレートであるこ
とを特徴とするもの（請求項８）である。
【００４０】テーパ型ファイバオプティックプレートと
は、光が入出射する両端面の断面積が異なるものであ
り、これにより広い面積の部分に入射した光を狭い面積
の部分に集めたり、狭い面積の部分に入射した光を広い
面積の部分に拡大したりすることができる。
【００４１】本手段においては、テーパ型ファイバオプ
ティックプレートを使用しているので、透過波長可変フ
ィルタとリニアセンサ又は二次元イメージセンサの大き
さが異なる場合でも、両者の受光面積を最大限に利用す
ることができる。
【００４２】前記課題を解決するための第９の手段は、
前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前
記透過波長可変フィルタの側面が低反射率となるように
処理されていることを特徴とするもの（請求項９）であ
る。
【００４３】透過波長可変フィルタは、多層膜の干渉を
使用したものが多いので、その中で光が多重反射を繰り
返す。その際、透過波長可変フィルタの側面に入射した
光が反射すると、この光は光路長が設計値と異なるの
で、波長分解能を低下させる原因となる。本手段におい
ては、透過波長可変フィルタの側面に反射防止膜を取り
付ける等の手段により、透過波長可変フィルタの側面を
低反射率としているので、このようなことに起因する波
長分解能の低下を防止することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第
１の例である分光測光装置の構成を示す概要図である。
リニアセンサ１のセンサパッケージ２の上にファイバオ
プティックプレート３ａ、３ｂが図のように設けられ、
その上に透過波長可変フィルタ４がファイバオプティッ
クプレート３ａに密着して設けられている。リニアセン
サ１とファイバオプティックプレート３ｂの間隔は0.01
mm程度であり、その間には透光性の樹脂５が充填されて
いる。この実施の形態においては、ファイバオプティッ
クプレート３ａ、３ｂの開口数（ＮＡ）は１としてい
る。
【００４５】ファイバオプティックプレートを３ａと３
ｂの２枚に分けているのは、ファイバオプティックプレ
ート３ａをリニアセンサ１のセンサパッケージ２の表面
カバーガラスの代わりに使用するためであり、このよう
な必要が無い場合には、１枚のファイバオプティックプ
レートを使用してもよいし、３ａと３ｂを一体形成して
もよい。
【００４６】図の上側から透過波長可変フィルタ４に入
射した光は、透過波長可変フィルタ４に入射する位置に
よって決まる波長の光のみが透過され、透過波長可変フ
ィルタ４の位置に応じて分光された光となって、ファイ
バオプティックプレート３ａ、３ｂにより導かれ、透光
性の樹脂５を通して、リニアセンサ１の対応する画素に
入射する。よって、リニアセンサ１の各画素の出力を処
理することにより、分光測定を行うことができる。
【００４７】ファイバオプティックプレート３ａ、３ｂ
の開口数が１であっても、透過波長可変フィルタ４とフ
ァイバオプティックプレート３ａは密着しているので、
この間での光の拡散は無いが、ファイバオプティックプ
レート３ｂとリニアセンサ１との間で僅かながら光の拡
散が起こる。しかし、その間隔は0.01mm程度であるので
余り問題にならない。この実施の形態においては、透過
波長可変フィルタ４からリニアセンサ１への光量伝達率
は６０−７０％程度で、透過波長可変フィルタとリニア
センサを近接させた従来例の場合に比して遜色が無いこ
とが分かった。
【００４８】この状態で測定した、分光性能評価フィル
タのディディミウム（Didymium Filter）の吸光度特性
を図２に示す。（ａ）は前述の実施の形態のものであ
り、（ｂ）は比較の対象として選定した、従来のＧＲＩ
Ｎレンズを用いた分光測定装置のものである。図におい
て横軸は波長又はそれに対応するリニアセンサのビット
数、縦軸は吸光度を示し、（Ｉ０−Ｉ）／Ｉ０の常用対
数の絶対値である。ただし、Ｉ０は入射光の強度、Ｉは
出射光の強度である。図において、最大ピークの値、す
なわち吸光度が大きいほど、分光特性（分解能）が良い
といえる。
【００４９】図から明らかなように、ＧＲＩＮレンズ方
式の580nm付近の吸光度は1.35と大きいが、本実施の形
態では0.58程度である。ちなみにこの時の走査周期はＧ
ＲＩＮレンズ方式の場合が１３msecであるのに対し、本
実施の形態においては１msecと短くなっている。
【００５０】本実施の形態において吸光度の低下する理
由を考えてみると、ファイバオプティックプレート３ｂ
とリニアセンサ１の間での0.01mmの間での光の分散以外
に考えられないことが分かる。
【００５１】すなわち、ファイバオプティックプレート
の開口角（ＮＡ）が１ということは、０〜９０°の入射
角の光が通過できることを意味するので、拡散光の入射
角の大きい成分があると、空隙は0.01mmと小さくとも、
角度の大きい光は、その角度で出射する。リニアセンサ
１面で吸収された残りの光は反射し、更に広がる。その
反射光はファイバオプティックプレート３ｂの底面で一
部は反射し、一部はファイバオプティックプレートの中
に入射する。反射した光は再び、リニアセンサ１の表面
にあたり吸収と反射を繰り返すがその位置は左右に大き
くずれてくる。
【００５２】ファイバオプティックプレートに入射した
光は、透過波長可変フィルタの出射した部分から遠い位
置に入射した場合は、透過しないので、もう一度透過波
長可変フィルタ４の面で反射し、ファイバオプティック
プレート３ａ、３ｂを介して、再度リニアセンサ１の異
なる面に当たる。つまり拡散光の出射角度が大きいと、
センサ面で吸収されながら、多重反射を繰り返すので、
リニアセンサ１の出力としてみた場合に、広がった出力
となる。つまり波長分解能が低下したことになる。この
光の分散を防ぐためには、ファイバオプティックプレー
ト３ａ、３ｂの少なくとも一方に、開口数（ＮＡ）が1.
0より小さいものを使用すればよい。
【００５３】図３は、本発明の実施の形態の第２の例で
ある分光測光装置の構成を示す概要図である。この実施
の形態においては、透過波長可変フィルタ４の上に、新
たに、開口数（ＮＡ）が0.35のファイバオプティックプ
レート６を密着させた構造としていることのみが図１に
示した実施の形態と異なる。
【００５４】この実施の形態におけるディディミウムフ
ィルタの吸光特性を図４に示す。吸光度は1.3と向上
し、ＧＲＩＮレンズを用いた分光測定装置の場合の値に
近い値を示した。これは、ファイバオプティックプレー
ト６を設けたため、この部分で開口数が小さくなり、そ
れに伴って、ファイバオプティックプレート３ｂから出
射する光の開口数も小さくなっているためである。これ
より、図３に示す実施の形態においては、ＧＲＩＮレン
ズを用いた分光測定装置とほぼ同じ分光特性が得られる
ことが分かる。
【００５５】図５にリニアセンサ１の出力パターンを示
す。図５において、Ａが図３に示した実施の形態におけ
るもの、Ｂが比較のために示したＧＲＩＮレンズを用い
た分光測定装置におけるものである。この場合の分光範
囲は360−740nmであり、リニアセンサの素子数は256で
ある。図５を見ると分かるように、図３に示した実施の
形態においては、1.5nm毎の出力が極めて滑らかに変化
しており、透過波長可変フィルタ４からリニアセンサ１
までの光の伝達ムラが無いことが分かる。これに対し
て、ＧＲＩＮレンズを用いた分光測定装置においては、
前述のように、光伝達素子による光伝達ムラのために、
細かな凹凸が多数現れている。
【００５６】以上のようにして0.35という小さな値の開
口数（ＮＡ）を持ったファイバオプティックプレートを
使用することにより、透過波長可変フィルタをもちいた
分光センサの分光波長の分解能、精度が著しく向上する
ことが判明した。図５に示す波形であれば、多変量解析
などで使用する微分処理も行うことが可能となる。
【００５７】図６は、本発明の実施の形態の第３の例で
ある分光測光装置の構成を示す概要図である。この実施
の形態は、ファイバオプティックプレート４の側面に反
射防止膜７が設けられていることのみが、図３に示した
実施の形態と異なる。すなわち、この実施の形態におい
ては、拡散光がリニアセンサ１に入射することを、より
完全に防止している。
【００５８】図７は、透過波長可変フィルタ４の構造の
例を示すものである。透過波長可変フィルタの膜である
ＬＶＦ膜８はその基板であるＬＶＦ基板９の上に製膜さ
れており、さらにＬＶＦ基板９の反対側にバンドパスフ
ィルタ１０が貼り付けてある。その状態で、例えば12.5
mm×2.5mm角に切断される。発明者らの実験の結果、こ
の切断面が拡散光発生の二次的要因となることが判明し
た。
【００５９】すなわち、図３に示す実施の形態において
は、ファイバオプティックプレート６の開口角が0.35で
あるので、ファイバオプティックプレート６を透過する
光は、入射角度が２０度以内の角度である。この光のう
ち透過波長可変フィルタのＬＶＦ膜８で通過しない光は
反射する。反射した光はバンドパスフィルタ１０で一部
は反射して、透過波長可変フィルタ４内部で反射を繰り
返す。この時に反射を繰り返す光の一部が、前記切断面
に入射する。この面での反射が拡散反射であるとする
と、透過波長可変フィルタ４のＬＶＴ膜８に入射角が２
０度以上で入射してしまい、これがファイバオプティッ
クプレート４を介してリニアセンサ１に到達してしま
う。この光量はかなり少ないが、分光精度を低下させる
要因となっている。特に、リニアセンサ１の両端の素子
がその影響を受けやすいことが分かった。
【００６０】本実施の形態においては、このようなこと
が発生するのを防止するために、透過波長可変フィルタ
の四面の切断面に吸収剤を塗布した反射防止膜７を設け
ている。その結果、ほぼ２０度以上の拡散光が、リニア
センサに入射することを無くすことができ、分光精度が
更に向上する。
【００６１】図８は、本発明の実施の形態の第４の例で
ある分光測光装置の構成を示す概要図である。前述のよ
うに、図１に示した実施の形態において、ファイバオプ
ティックプレートの開口数（ＮＡ）を小さく、特に0.35
以下とすれば、波長分解能を上げることができる。しか
し、現在市販されている開口数0.35のファイバオプティ
ックプレートのファイバ径は２５μm程度である。この
ことは、１画素の大きさが５０×2500μm程度のリニア
センサを使用している場合は大きな問題とならない。し
かし、最近の二次元ＣＣＤの画素は年々小さくなり、最
近のものでは１５×１５μm角程度のものができてい
る。装置を小型化するためにこのような２次元ＣＣＤを
使用するときは、前記のようなファイバ径の大きなもの
を用いると、その出射光は複数の素子にまたがってしま
うので分解能が低下する。
【００６２】この実施の形態においては、ファイバオプ
ティックプレート３ａとして開口数が0.35のものを用
い、ファイバオプティックプレート３ｂとして開口数が
１のものを用いている。よって、ファイバオプティック
プレート３ａにより開口角が制限され、かつ、リニアセ
ンサ１に接する側のファイバオプティックプレート３ｂ
のファイバ径は小さいので、１つのファイバが２つの画
素にまたがることがない。本手段は、特に、透過波長可
変フィルタが大きく、ファイバオプティックプレートが
小さい場合に有効である。
【００６３】逆に、１画素の大きさが５０×2500μm程
度のリニアセンサを使用する場合は、ファイバオプティ
ックプレート３ａとして開口数が1.0のものを用い、フ
ァイバオプティックプレート３ｂとして開口数が0.35の
ものを用いることにより、透過波長可変フィルタの出力
を細かく分解して取り出すことができる。
【００６４】図９は、本発明の実施の形態の第５の例で
ある分光測光装置の構成を示す概要図である。本実施の
形態においては、ファイバオプティックプレート６を、
透過波長可変フィルタ４の上におき、透過波長可変フィ
ルタ４を、透光性の樹脂５を介してリニアセンサ１に近
接配置している。この場合には、図１のようにファイバ
オプティックプレート３ｂをリニアセンサ１に近接させ
て設置する場合と比較すると、隙間を約0.01mm程度に小
さくする加工が難しい。しかし、加工方法を工夫すれば
実現可能である。この場合、のファイバオプティックプ
レート６は、開口角を制限するためのものであるから、
開口数は１より小さいことが必要で、現状では0.35以下
のものを使用することが好ましい。
【００６５】以上の実施の形態においては、いずれも透
過波長可変フィルタ４とリニアセンサ１との面積が同じ
大きさであるので、平板のファイバオプティックプレー
ト３ａ、３ｂを使用できた。しかし、最近の二次元イメ
ージセンサは面積が一段と小さくなっている。現在市販
されている透過波長可変フィルタはリニアセンサに大き
さをあわせているので、このままでは二次元イメージン
グセンサに使用できない場合がある。この場合にはテー
パ型ファイバオプティックプレートを使用すれば二次元
分光計測が可能である。
【００６６】図１０は、本発明の実施の形態の第６の例
である分光測光装置の構成を示す概要図である。透過波
長可変フィルタ４の上面に、ファイバオプティックプレ
ート６を密着させて設置し、開口角を制限する。ファイ
バオプティックプレート６の開口数は1.0以下であり、
0.35以下であることが好ましい。透過波長可変フィルタ
４の他の面には、テーパ型ファイバオプティックプレー
ト１１の大面積の面が密着している。そして、テーパ型
ファイバオプティックプレート１１の小面積の面は、リ
ニアセンサ１と0.01mm程度の距離を持って向き合ってお
り、その間には透光性の樹脂５が設けられている。
【００６７】複数枚の透過波長可変フィルタ４をテーパ
型ファイバオプティックプレート１１の大きい面に貼
り、その小さい面を二次元イメージングセンサに近接配
置するようにしてもよい。これにより、２次元的な分光
測定が可能となる。反射防止膜７を透過波長可変フィル
タ４の側面に設けることにより、前述のように、リニア
センサや二次元イメージングセンサの端部における波長
分解能の低下を防止することができる。
【００６８】以上の各実施の形態において、あるものに
は反射防止膜７を図示し、他のものには図示していない
が、反射防止膜７は、全ての実施の形態について設ける
ことができる。又、全ての実施の形態において、リニア
センサの代わりに二次元イメージングセンサを使用する
ことができる。
【００６９】以上の実施の形態においては、可視域の例
を示したが、本発明は紫外域、近赤外、赤外域の分光セ
ンサとして使用できる。すなわち、透過波長可変フィル
タ、ファイバオプティックプレート、半導体センサの波
長域が合った素材を選び、組み合わせれば、可視域と同
じように一次元及び二次元の分光センサが実現できる。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透過波長可変フィルタの波長分解能の高さを維持したま
ま、入射光量を多くした状態で、リニアセンサ又は二次
元イメージセンサに受光させて、光電変換を行い、電気
信号を信号処理装置で処理できるようになる。よって、
分光センサ部は従来のものに比較し、著しく小型になる
とともに、光量伝達率増大により、１msec周期程度での
高速測定が可能となる。
【００７１】高速測定の応用の一例としては、カラー印
刷中の色測定をオンラインで実行するものがある。グラ
ビア印刷では、色の変化を監視することが必要で、イン
クの数だけのカラーパッチという色マークを付け、印刷
後に目視で色変化を監視している。カラーパッチは６×
8mm角程度のものが使用されている。ライン速度が２０
０ｍ／分の場合に、１msecの移動量は3.3mmである。よ
って、従来の１０msec周期の測定では不可能であった
が、１msecの走査周期とすることによりオンラインで分
光測定ができるようになり、カラーパッチの色変化をオ
ンラインで検出可能となるので、製品の歩留まり向上に
大きく貢献できるようになる。
【００７２】従来の分光装置は、大型、高価で、オンラ
イン計測には向かないというのが、常識であった。透過
波長可変フィルタによる分光計測は、上記欠点を解決す
る有効な素子ではあったが、歴史が短く有効な光学系が
無かった。本発明により透過波長可変フィルタの特徴を
活かした光学系が実現した。小型・軽量で、機械的駆動
部が無く、高速応答で、波長分解能が高く、低価格の分
光センサの用途は、計り知れなく広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である分光測光
装置の構成を示す概要図である。
【図２】図１に示す実施の形態において、開口数が１の
ファイバオプティックプレートを使用した場合のディデ
ィミウムフィルタ（Didymium Filter）の吸光度特性を
示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２の例である分光測光
装置の構成を示す概要図である。
【図４】図３に示す実施の形態におけるディディミウム
フィルタの吸光度特性を示す図である。
【図５】図３に示す実施の形態におけるリニアセンサの
出力パターンを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の第３の例である分光測光
装置の構成を示す概要図である。
【図７】透過波長可変フィルタの構造の例を示す図であ
る。
【図８】本発明の実施の形態の第４の例である分光測光
装置の構成を示す概要図である。
【図９】本発明の実施の形態の第５の例である分光測光
装置の構成を示す概要図である。
【図１０】本発明の実施の形態の第６の例である分光測
光装置の構成を示す概要図である。
【図１１】従来の、透過波長可変フィルタ付きリニアセ
ンサの構成を示す図である。
【図１２】従来の、透過波長可変フィルタ付きリニアセ
ンサの構成を示す図である。
【図１３】従来の、透過波長可変フィルタとＧＲＩＮレ
ンズを使用した分光測定装置の構成を示す図である。
【図１４】ＧＲＩＮレンズの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…リニアセンサ、２…センサパッケージ、３ａ、３ｂ
…ファイバオプティックプレート、４…透過波長可変フ
ィルタ、５…樹脂、６…ファイバオプティックプレー
ト、７…反射防止膜、８…ＬＶＦ膜、９…ＬＶＦ基板、
１０…バンドパスフィルタ、１１…テーパ型ファイバオ
プティックプレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 AA05 CB06 CC31 CC63 CD06 CD13 CD24 CD32 2H041 AA21 AB10 AZ01 2H046 AA02 AB06 AD16 2H048 GA01 GA13 GA22 GA24 GA61

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過波長可変フィルタと、リニアセンサ
    又は二次元イメージセンサと、前記透過波長可変フィル
    タとリニアセンサ又は二次元イメージセンサの間に配置
    され、透過波長可変フィルタから出射する分光された光
    を、リニアセンサ又は二次元イメージセンサに伝達する
    ファイバオプティックプレートとを有してなることを特
    徴とする分光測光装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の分光測光装置であっ
    て、前記透過波長可変フィルタの分光膜と前記ファイバ
    オプティックプレートとは密着し、前記ファイバオプテ
    ィックプレートと前記リニアセンサ又は二次元イメージ
    センサは、透光性の物質をはさんで近接配置されている
    ことを特徴とする分光測光装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の分光測光
    装置であって、前記ファイバオプティックプレートの開
    口数が1.0以下であることを特徴とする分光測光装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の分光測光装置であっ
    て、前記ファイバオプティックプレートの開口数が0.35
    以下であることを特徴とする分光測光装置。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のうちいずれか１
    項に記載の分光測光装置であって、開口数が1.0より小
    さいファイバオプティックプレートを、透過波長可変フ
    ィルタの入射側に密着させて付加したことを特徴とする
    分光測光装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の分光測光装置であっ
    て、付加されたファイバオプティックプレートの開口数
    が0.35以下であることを特徴とする分光測光装置。
  7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のうちいずれか１
    項に記載の分光測光装置であって、前記透過波長可変フ
    ィルタとリニアセンサ又は二次元イメージセンサの間に
    配置されたファイバオプティックプレートが、互いに密
    着した開口数が1.0のものと開口数が0.35以下のものと
    からなることを特徴とする分光測光装置。
  8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のうちいずれか１
    項に記載の分光測光装置であって、前記透過波長可変フ
    ィルタとリニアセンサ又は二次元イメージセンサの間に
    配置されたファイバオプティックプレートが、テーパ型
    ファイバオプティックプレートであることを特徴とする
    分光測光装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項８のうちいずれか１
    項に記載の分光測光装置であって、前記透過波長可変フ
    ィルタの側面が低反射率となるように処理されているこ
    とを特徴とする分光測光装置。
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