光学ユニット
【課題】簡素な構成でありながら収差の発生を極力抑え、光線の入射角を高精度に検出することが可能な光学ユニットを提供する。
【解決手段】試料配置部で全反射する夫々の入射角に対応した反射光の強度を検出する光学ユニットにおいて、平行光を出射させる光源ユニット１と、受光素子列３と、光源ユニットからの出射光を試料配置部に入射させると共に試料配置部からの全反射光を受光素子列に導くプリズム２とを有する。プリズムは、光源ユニットからの平行光をプリズム内部に入射させる入射面２ａと、プリズム内部に入射した光をその焦点位置Ｐに向けて反射させる湾曲形状の反射面２ｂと、湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の試料配置部２ｃと、湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光をプリズムの外部に出射させる出射面２ｄを有する。
【解決手段】試料配置部で全反射する夫々の入射角に対応した反射光の強度を検出する光学ユニットにおいて、平行光を出射させる光源ユニット１と、受光素子列３と、光源ユニットからの出射光を試料配置部に入射させると共に試料配置部からの全反射光を受光素子列に導くプリズム２とを有する。プリズムは、光源ユニットからの平行光をプリズム内部に入射させる入射面２ａと、プリズム内部に入射した光をその焦点位置Ｐに向けて反射させる湾曲形状の反射面２ｂと、湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の試料配置部２ｃと、湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光をプリズムの外部に出射させる出射面２ｄを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、屈折率や免疫測定値など、試料又は試料中の物質を定量分析する試料分析に用いられる光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料分析装置として、試料配置部に対し、全反射する角度を含む所定範囲の入射角を有する光（以下、所定の収束光とする）を入射させ、該試料配置部からの夫々の入射角に対応した反射光の強度を夫々検出し、検出した強度が急激に変化したときの入射角を検出する装置がある。
【０００３】
このような試料分析装置として、例えば、物質同士の屈折率差を利用して分析を行なう装置がある。この試料分析装置では、屈折率が既知の物質からなる試料配置部に、被検査試料を配置する。そして、この試料配置部の表面に、所定の収束光を入射させる。すると、臨界角より小さい角度で入射した光は、試料配置部の表面で全反射しなくなる。このときの入射角度を検出することにより、被検査試料の屈折率が求まり、被検出試料の物性が解析できる。
【０００４】
また、例えば、表面プラズモンの発生を利用した試料分析装置では、上記試料配置部の表面に金属膜を備えている。そして、試料配置部の金属膜に被検査試料を配置し、この金属膜の表面に、所定の収束光を入射させる。ここで、臨界角以上の角度の光が入射すると、金属膜と被検査試料との界面において電界分布を有するエバネッセント波が生じる。そして、このエバネッセント波によって、金属膜に表面プラズモンが励起される。そして更に、臨界角以上の角度で入射した光のうち、特定の入射角度で入射した光に関して、エバネッセント波と表面プラズモンとが波数整合を生じて共鳴状態となる。この共鳴状態のときには、光のエネルギーが表面プラズモンに移行する。そのため、特定の入射角度で入射した光では、反射した光の強度が急激に低下する。そこで、この反射した光の強度が急激に低下するときの入射角度を検出することにより、表面プラズモンの波数が求まり、被検出試料の物性が解析できる。
【０００５】
表面プラズモンの発生を利用した試料分析装置として、次の特許文献１に記載のものが開示されている。
特許文献１の試料分析装置は、図７に示すように、光源部、レンズ５５、透明基板５６及び光検出器５８で構成されている。光源部は、レーザ光照射装置５１、光ファイバー５２、コリメーションレンズ５３、ミラー５４に備わる短冊形状の開口部（図示省略）を有している。特許文献１では、光源部からの平行光Ｐ１を、レンズ５５を介して収束光に変換する。試料（図示省略）が配置される透明基板５６の反対側の面には、金属膜５７が成膜されている。そして、この金属膜５７の表面に収束光が照射される。そして、全反射した光を、レンズ５５を介して収集する。収集された光は、光源部からの平行光と逆向きの平行光Ｐ２に変換され光検出器５８で検出される。
従来、試料分析装置は、この特許文献１に記載の試料分析装置のように、光を検査位置に照射させる際に、光源部からの平行光を、レンズを介して収束光に変換させていた。
【特許文献１】特開２００５−３３７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の試料分析装置では、レンズを介して平行光を収束光に変換させて、所定の収束光を発生させている。この場合、レンズに収差があると、各光線と光軸とが交わる位置および角度が、レンズへの入射位置に応じて理想状態からずれてしまう。
【０００７】
例えば、レンズに収差がない場合は、レンズに入射する光線の光線高が高くなるにつれて、金属膜５７の表面に入射する光線の角度も大きくなる。したがって。入射角が臨界角よりも大きい角度範囲の光線では、必ず全反射が生じる。ところが、レンズに収差がある場合は、レンズに入射する光線の光線高が高くなるにつれて、金属膜５７の表面に入射する光線の角度が理想状態の角度よりも大きくなったり、小さくなったりする。そのため、入射角が臨界角よりも大きい角度範囲の光線であっても、全反射が生じたり生じなかったりする。
【０００８】
このため、全反射した光を光検出器で検出しても、入射角を高精度に特定できない。レンズの収差を抑えるためには、収差補正用のレンズを複数枚用いたり、あるいはレンズ面を非球面形状にする必要があるが、それでは、部材点数が増加してスペースが多くとられたり、コスト高になってしまう。
【０００９】
また、検出できる入射角の幅を拡げるには、所定の収束光における入射角の範囲を大きくする必要がある。そのためには、レンズのＮＡを大きくする必要があるが、レンズのＮＡを大きくすると収差がさらに大きくなってしまう。その収差を抑えるために、収差補正用のレンズを複数枚用いるか、あるいはレンズ面を非球面形状にするのでは、部材点数がさらに増加して複雑な構成になる。さらにスペースが多くとられるので、コスト高になってしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら収差の発生を極力抑え、光線の入射角を高精度に検出することが可能な光学ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明による光学ユニットは、平行光を出射させる光源ユニットと、受光素子列と、前記光源ユニットからの出射光を前記試料配置部に入射させると共に該試料配置部からの全反射光を前記受光素子列に導くプリズムとを有し、前記プリズムは、前記光源ユニットから出射した平行光を該プリズムの内部に入射させる入射面と、該入射面を通過して該プリズムの内部に入射した光をその焦点位置に向けて反射させる湾曲形状の反射面と、該湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の前記試料配置部と、該試料配置部における該湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光を該プリズムの外部に出射させる出射面を有することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成され、前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置され、前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有するのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が前記放物形状の反射面の対称軸を中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成され、前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように２次元方向に配置され、前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、第一の扇形板状プリズム部と、第二の扇形板状プリズム部と、第三の扇形板状プリズム部とを有し、前記第一の扇形板状プリズム部は、前記入射面と、該入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を扇形状の発散光に変換する発散光変換手段と、該発散光変換手段を介して変換された発散光を偏向する第一の円弧形状の反射面を有し、前記第一の円弧形状の反射面が前記入射面に対して１３５度傾斜し、前記発散光変換手段は、前記第一の扇形板状プリズム部の頂角部において前記入射面に対して垂直で、且つ、頂点が前記入射面側を向いた円錐形状の孔に反射膜を備えてなる反射面からなり、前記第二の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の一部と、前記湾曲形状の反射面を構成し前記第一の扇形板状プリズム部における前記発散光変換手段を介して発散光に変換され前記第一の円弧形状の反射面で偏向された光を扇形状の収束光に変換して前記第二の円弧形状の焦点位置に入射させる第二の円弧形状の反射面を有し、最大径及び頂角部が前記第一の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第二の円弧形状の反射面が該第二の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面に対して４５度傾斜し、前記第三の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の他部と、前記出射面を構成し前記試料配置部における前記第二の円弧形状の焦点位置で全反射することによって変換された扇形状の発散光を外部に垂直に出射させる第三の円弧形状の光学面を有し、最大径及び頂角が前記第二の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第三の円弧形状の光学面と該第三の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面とのなす角度が９０度であり、前記第一の扇形板状プリズム部と、前記第二の扇形板状プリズム部と、前記第三の扇形板状プリズム部は、同一の媒質で構成され、前記第一の扇形板状プリズム部と前記第二の扇形板状プリズム部は、互いに最大径を持つ扇面同士が接合され、前記第二の扇形板状プリズム部と前記第三の扇形板状プリズム部は、互いの前記試料配置部及び扇面が夫々略面一となるように接合され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記第一の扇形板状プリズム部における前記円錐形状の反射面に入射させる位置に、該第一の扇形板状プリズム部の前記入射面に対して垂直に配置され、前記受光素子列の各受光素子は、夫々前記第三の扇形板状プリズム部における前記第三の円弧形状の光学面から出射した光を略垂直に受光するように配置されているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記試料配置部に金属膜が蒸着されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡素な構成でありながら収差の発生を極力抑えられ、光線の入射角を高精度に検出することが可能な光学ユニットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施形態の説明に先立ち、光学ユニットの基本構成及び作用について、概略的に説明する。
図１は光学ユニットの基本構成を概念的に示すブロック図である。
光学ユニットは、光源ユニット１と、プリズム２と、受光素子列３とを有して構成されている。
光源ユニット１は、プリズム２の入射面２ａと向き合う位置に配置されている。なお、プリズム２の具体的な構成については後述する。この光源ユニット１は、平行光を出射させるように構成されている。平行光を出射させることができる構成であれば、例えば、光源にコリメートレンズを組合せた構成、あるいは、さらにそれにファイバーを組合せた構成など、どのような構成でもよい。
【００１８】
受光素子列３は、プリズム２の出射面２ｄと向き合う位置に配置されている。また、受光素子列３の各素子は、１つの方向に沿って配置されている。ここで、試料配置部２ｃには、所定の収束光が入射する。この所定の収束光の各光線は、その入射角が徐々に変化する。受光素子列３の各素子は、この入射角の変化に対応する方向に配置されている。なお、入射光が集光する位置は、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置でもある。また、試料配置部２ｃ及び湾曲形状の反射面２ｂは、プリズム２の一部である。なお、受光素子列３における各素子の配列方向は、上記の平行光の光束中心と湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置を結ぶ仮想面に沿う方向でもある。また、光学ユニットでは、受光した反射光の強度の変化に基づいて、入射角が検出される。反射光の強度の変化が生じる位置は、受光素子の位置から検出することができる。よって、光源ユニット１と受光素子列３は、このような検出ができるように調整されている。
【００１９】
プリズム２は、光源ユニット１から出射した平行光を試料配置部２ｃに入射させると共に、試料配置部２ｃからの全反射光を受光素子列３に導くように構成されている。詳しくは、プリズム２は、入射面２ａと、湾曲形状の反射面２ｂと、平面形状の試料配置部２ｃと、出射面２ｄを有している。
入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光をプリズム２の内部に入射させるように構成されている。このとき、入射面２ａを平面とし、平行光が入射面２ａに対して垂直に入射するのが好ましい。
湾曲形状の反射面２ｂは、入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した平行光を、その焦点位置（不図示）に向けて反射させるように構成されている。
平面形状の試料配置部２ｃは、湾曲形状の反射面２ｂと対向する位置であって、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置を含む位置に設けられている。
出射面２ｄは、試料配置部２ｃで全反射した光を、プリズム２の外部に出射させるように構成されている。このとき、全反射した光は発散光になっている。そこで、出射面２ｄは、面の法線が各光線に対して垂直となるような面とするのが好ましい。なお、全反射が生じる位置は、より詳しくは、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置である。
【００２０】
全反射した光の進行方向に反射面が存在しない場合、発散光が出射面２ｄに到達する。そのため、出射面２ｄの面形状は、面の法線が各光線に対して垂直となるような湾曲形状になっている。また、出射面２ｄは、湾曲形状の反射面２ｂ側、すなわち、入射面２ａ及び試料配置部２ｃと対向するように位置することになる。
【００２１】
一方、全反射した光の進行方向に、湾曲形状の反射面を設けても良い。この湾曲形状の反射面は、湾曲形状の反射面２ｂと別体であっても、湾曲形状の反射面２ｂと繋がった面（湾曲形状の反射面２ｂを延長した面）であっても良い。この場合、全反射した光は、湾曲形状の反射面で反射されることになる。湾曲形状の反射面で反射された光は、入射光と同じ平行光となる。出射面２ｄの面形状は、面の法線が各光線に対して垂直となるような平面形状になっている。また、入射面２ａ及び試料配置部２ｃ側、すなわち、湾曲形状の反射面２ｂと対向するように位置することになる。
【００２２】
このように構成された光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、プリズム２の入射面２ａに入射する。入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した光は、湾曲形状の反射面２ｂで反射され集光される。これにより、平行光は所定の収束光となって、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置に入射する。湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置には、試料配置部２ｃが位置している。よって、試料に、所定の収束光が照射されることになる。そして、所定の収束光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光線は、全反射して出射面２ｄからプリズム２の外部へ垂直に出射する。出射面２ｄからプリズム２の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。
【００２３】
このように、上記の光学ユニットでは、プリズム２の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、プリズム２の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、反射面２ｂは湾曲形状に構成されている。これにより、反射面２ｂに入射した平行光は、その全ての光線が焦点位置に向けて反射される。プリズム２の内部に入射した光は、所定の収束光に変換されて湾曲形状の反射面２の焦点位置に入射する。さらに、出射面２ｄは、試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）で全反射した光を垂直に出射させる。このとき、全反射した光を構成する各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００２４】
即ち、この光学ユニットによれば、プリズム２への入射光及びプリズム２からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光への変換が、湾曲形状の反射面２ｂで行われる。このため、この光学ユニットによれば、プリズム２で発生する収差を小さく抑えることができる。特に、反射面２ｂの湾曲形状が放物形状であれば、収差が生じない。
【００２５】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束光を構成する光線に変換される。さらに、プリズム２では収差が良好に補正されている（あるいは無収差）ので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）へ入射する。また、試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）で全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００２６】
このような光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、この光学ユニットの試料配置部２ｃに試料を配置する。そして、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置に所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置の受光素子によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、この光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００２７】
このように、上記の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
【００２８】
第一実施形態
図２は本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットを示す図であって、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。図３は図２に示す光学ユニットに用いるプリズムの外観を示す斜視図である。なお、図２中、Ｓは試料である。
【００２９】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成された透明部材で構成されている。
このプリズム２は、入射面２ａ、放物形状の反射面２ｂ及び出射面２ｄを有している。放物形状の反射面２ｂは、放物面の一部である。また、対称軸Ｌは、放物面の回転対称軸（中心軸）である。入射面２ａ、試料配置部２ｃ及び出射面２ｄは、同一平面上に設けられている。この平面は、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐを含み対称軸Ｌに対して垂直な平面である。また、入射面２ａ及び出射面２ｄは、試料配置部２ｃを挟む位置に配置されている。
光源ユニット１は、出射した平行光を入射面２ａに垂直に入射させるように配置されている。
受光素子列３の各受光素子３1、３2、・・・、３nは、出射面２ｄから垂直に出射した光（平行光を構成する各光線）を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置されている。
【００３０】
放物形状の反射面２ｂは、第一の反射領域２ｂ1と、第二の反射領域２ｂ2を有している。
第一の反射領域２ｂ1は、入射面２ａを介してプリズム２の内部に入射した平行光を反射して、所定の収束光に変換し、放物形状の焦点位置Ｐに入射させる。
第二の反射領域２ｂ2は、試料配置部２ｃにおける放物形状の焦点位置Ｐで全反射した所定の収束光を反射して平行光に変換し、出射面２ｄからプリズム２の外部に垂直に出射させる。
その他の構成は、図１に示した構成と同じである。
【００３１】
このように構成された第一実施形態の光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、プリズム２の入射面２ａに垂直に入射する。ここで、平行光の全体形状は、例えば、図２(a)の破線で示すように、略長方形の形状となっている。入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した平行光は、放物形状の反射面２ｂにおける第一の反射領域２ｂ1で反射される。これにより、平行光は所定の収束光に変換されて、試料配置部２ｃ、より詳しくは、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。
【００３２】
上述のように、放物形状の反射面２ｂは放物面の一部となっている。ただし、放物形状になっているのは、長手方向のみである。この長手方向は、入射面２ａ、試料配置部２ｃ及び出射面２ｄが並ぶ方向である。また、略長方形の平行光でいえば、長手方向は長方形の長軸方向でもある。一方、放物形状の反射面２ｄは、短手方向（長手方向と直交する方向）には、光学的パワーを持っていない。よって、放物形状の反射面２ｂで反射された平行光は、短手方向でその幅が一定に保たれた収斂光になる。従って、試料配置部２ｃに集光した光は、厳密には焦点Ｐを含む線上に集光する。
【００３３】
試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）に入射した光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光は、全反射する。全反射した反射光は、放物形状の反射面２ｂにおける第二の反射領域２ｂ2に向かう。そして、この反射光は、第二の反射領域２ｂ2で反射されて、平行光に変換される。平行光に変換された反射光は、平面形状の出射面２ｄからプリズム２の外部へ垂直に出射する。出射面２ｄからプリズム２の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。このように、図２(b)において紙面の垂直方向に有限の幅を有する平行光束（略長方形の平行光束）を考えると、紙面と平行な面内では図２に示すような平行光束−集光束−発散光束−平行光束という変換が行なわれる。
【００３４】
このように、第一実施形態の光学ユニットでは、プリズム２の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、プリズム２の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、反射面２ｂにおける第一の反射領域２ｂ1は、全ての光線（入射した平行光の各光線）を反射面２ｂの焦点位置Ｐに向けて反射するという作用を有する。このため、プリズム２の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。このとき、プリズム２の内部に入射した平行光は、プリズム２以外の媒質を通ることがない。
また、反射面２ｂにおける第二の反射領域２ｂ2は、反射面２ｂの焦点位置Ｐから入射した全ての光線を反射して平行光に変換するという作用を有する。このため、反射面２ｂの焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換されて、プリズム２の出射面２ｄに垂直に入射する。なお、全反射した光は、プリズム２以外の媒質を通ることがない。プリズム２の出射面２ｄは、入射した平行光をプリズム２の外部に垂直に出射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。このとき、出射面２ｄから出射した平行光の各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００３５】
即ち、第一実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２への入射光及びプリズム２からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光への変換及び焦点位置Ｐで全反射した光の平行光への変換が、同一の媒質であるプリズム２の内部における放物形状の反射面２ｂで行われる。このため、本実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２で収差が生じない。
【００３６】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束を構成する光線へ変換される。さらに、プリズム２では収差が発生しないので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）へ入射する。また、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐで全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく平行光に変換される。そして、この平行光は、受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００３７】
このような本実施形態の光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、第一実施形態の光学ユニットの試料配置部２ｃに試料をおく。そして、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置の受光素子によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、第一実施形態の光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００３８】
このように、第一実施形態の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
【００３９】
また、変形例の光学ユニットを図４に示す。図４(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。図２及び図３の例では、プリズム２を、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成した。これに対し、図４(a)，(b)に示すように、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が放物形状の反射面２ｂの対称軸Ｌを中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成してもよい。この場合には、平行光束は焦点Ｐに集光する。
図２及び図３のプリズムの場合、試料配置部２ｃ上では、入射光は線状に集光する。そのため、このような構成では、試料上の線状の領域で計測を行っていることになる。これに対し、図４に示すような回転対称型の放物面では、試料配置部２ｃには光は１点に集光されることになる。従って、試料上の微小な領域１点のみの計測が可能となる。
【００４０】
第二実施形態
図５は本発明の第二実施形態にかかる光学ユニットの全体の構成を概略的に示す説明図であって、(a)は斜視図、(b)は光軸方向に沿う断面図、(c)は試料配置部の反対側から見た側面図である。図６は図５の光学ユニットにおけるプリズムの各構成要素を概略的に示す側面図であって、(a)は第一の扇形板状プリズム部、(b)は第２の扇形板状プリズム部、(c)は第三の扇形板状プリズム部を示している。なお、図５中、Ｓは試料である。
【００４１】
第二実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、図５に示すように、第一の扇形板状プリズム部２１と、第二の扇形板状プリズム部２２と、第三の扇形板状プリズム部２３とを有している。
【００４２】
第一の扇形板状プリズム部２１は、入射面２ａをなす扇面２１１と、発散光変換手段２１２と、第一の円弧形状の反射面２１３と、扇面２１４を有している。
発散光変換手段２１２は、円錐形状の孔と、円錐面に反射膜が形成された反射面で構成されている。この円錐形状の孔は、その中心軸が第一の扇形板状プリズム部２１の頂角部（即ち、後述する第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐ）を通過するように形成されている。また、円錐形状の孔は、その中心軸が入射面２ａ（扇面２１１）に対して垂直で、且つ、その頂点が入射面２ａ（扇面２１１）側を向いて形成されている。よって、発散光変換手段２１２における反射面は、第一の円弧形状の反射面２１３と向かい合うことになる。
【００４３】
第一の円弧形状の反射面２１３は、円錐面の一部を帯状に切り取った形状をしている。長手方向は円弧なので、この方向には光学的パワーを持っている。一方、長手方向と直交する方向（円錐の母線方向）には光学的パワーを持っていない。また、反射面２１３は、入射面２ａ(扇面２１１)とのなす角度α１が１３５度となるように設けられている（形成されている）。
【００４４】
第一の扇形板状プリズム部２１では、光源ユニット１からの平行光は、入射面２ａ（扇面２１１）を介してプリズム２の内部に入射する。入射した平行光は、発散光変換手段２１２によって、第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐを中心とした扇形状の発散光に変換される。第一の円弧形状の反射面２１３は、扇形状の発散光を第二の扇形プリズム２２側に偏向される。
【００４５】
第二の扇形板状プリズム部２２は、扇面２２１と、第二の円弧形状の反射面２２２と、試料配置部２ｃの一部を有する平面２２３と、扇面２２４を有している。
第二の円弧形状の反射面２２２は湾曲形状の反射面であって、具体的には、第一の円弧形状の反射面２１３と同じ形状である。第二の円弧形状の反射面２２２は、扇面２２１とのなす角度α２が４５°となるように設けられている。また、図からわかるように、第二の円弧形状の反射面２２２は、第一の円弧形状の反射面２１３と向かい合うように設けられている。
【００４６】
平面２２３は、第二の円弧形状の反射面２２２と向かい合うように設けられている。この平面２２３は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含む面となっている。また、平面２２３は試料配置部２ｃの一部を含んでいる。この試料配置部２ｃは、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含むように、その位置が設定されている。
【００４７】
また、第二の扇形板状プリズム部２２における最大径及び頂角部は、第一の扇形板状プリズム部２１と同じである。また、扇面２２１は、第二の扇形板状プリズム部２２において最大径を有している。
【００４８】
第二の扇形板状プリズム部２２では、第一の円弧形状の反射面２１３で偏向された光は、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。この光は、第二の円弧形状の反射面２２２で扇形状の収束光に変換されて、焦点位置Ｐに到達する。上述のように、焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが位置している。よって、収束光が試料配置部２ｃに入射する。
【００４９】
第三の扇形板状プリズム部２３は、試料配置部２ｃの他部を有する平面２３１と、扇面２３２と、扇面２３３と、第三の円弧形状の光学面２３４を有している。
第三の円弧形状の光学面２３４は出射面２ｄであって、具体的には、円筒面の一部を帯状に切り取った形状をしている。長手方向は円弧なので、この方向には光学的パワーを持っている。一方、長手方向と直交する方向（円筒の母線方向）には光学的パワーを持っていない。また、第三の円弧形状の光学面２３４は、扇面２３２，２３３とのなす角度α３，α４が９０度となるように設けられている。
【００５０】
平面２３１は、第三の円弧形状の光学面２３４と向かい合うように設けられている。この平面２３１は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含む面となっている。また、平面２３１は試料配置部２ｃの一部を含んでいる。本実施形態では、平面２２３と平面２３１は連続した平面であって、両者は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで接している。
【００５１】
また、第三の扇形板状プリズム部２３における最大径及び頂角は、第二の扇形板状プリズム部２２と同じである。また、扇面２３２，２３３は、第三の扇形板状プリズム部において最大径を有している。
【００５２】
第三の扇形板状プリズム部２３では、試料配置部２ｃに入射した収束光のうち一部の光が、扇形状の発散光となって第三の円弧形状の光学面２３４に入射する。第三の円弧形状の光学面２３４に入射した光は、扇形状の発散光を構成する各光線をプリズムの外部に垂直に出射させる。
【００５３】
また、第一の扇形板状プリズム部２１と、第二の扇形板状プリズム部２２と、第三の扇形板状プリズム部２３は、同一の媒質で構成されている。
また、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状プリズム部２２は、互いに最大径を持つ扇面２１４，２２１同士が接合されている。また、第二の扇形板状プリズム部２２と第三の扇形板状プリズム部２３は、互いの試料配置部２ｃを有する平面２２３，２３１並びに扇面２２４，２３２及び扇面２２１，２３３が、夫々略面一となるように接合されている。
【００５４】
光源ユニット１は、出射した平行光を第一の扇形板状プリズム部２１における円錐形状の反射面２１２に入射させる位置に、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２１１に対して垂直に配置されている。
受光素子列３の各受光素子は、夫々第三の扇形板状プリズム部２３における第三の円弧形状の光学面２３４から出射した光を略垂直に受光するように配置されている。
その他の構成は、図１に示した構成と同じである。
【００５５】
このように構成された第二実施形態の光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２ａ（扇面２１１）に垂直に入射する。入射面２ａ（扇面２１１）を透過してプリズム部２１の内部に入射した平行光は、発散光変換手段２１２である円錐形状の反射面に入射する。円錐形状の反射面２１２に入射した平行光は、円錐形状の反射面２１２で反射される。これにより、平行光は扇形状の発散光に変換されて、第一の円弧形状の反射面２１３に入射する。第一の円弧形状の反射面２１３に入射した扇形状の発散光は、第一の円弧形状の反射面２１３で反射される。これにより、扇形状の発散光は第二の扇形板状プリズム部２２側に偏向され、扇面２１４及び扇面２２１を垂直に透過して、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。第二の円弧形状の反射面２２２に入射した光は、第二の円弧形状の反射面２２２で反射される。これによって、扇形状の発散光は、扇形状の収束光に変換されて、試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）に入射する。なお、本実施形態では、この扇形状の収束光が所定の収束光になる。
【００５６】
試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）に入射した光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光は、全反射する。全反射した反射光は、扇形状の発散光に変換されて、第三の扇形板状プリズム部２３の内部に入射する。第三の扇形板状プリズム部２３に入射した扇形状の発散光は、出射面２ｄ（第三の円弧形状の光学面２３４）から第三の扇形板状プリズム部２３の外部に垂直に出射する。第三の扇形板状プリズム部２３の出射面２ｄ（第三の円弧形状の光学面２３４）から第三の扇形板状プリズム部２３の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。
【００５７】
このように、第二実施形態の光学ユニットでは、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、発散光変換手段２１２を、第一の扇形板状プリズム部２１の頂角部（第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐ）に設けている。これにより、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光を、扇形状の発散光に変換している。この扇形状の発散光は、第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐを中心とした発散光である。よって、発散光変換手段２１２によって、扇形状の発散光を第一の円弧形状の反射面２１３に対してそれぞれ等しい入射角で入射させることができる。また、第一の円弧形状の反射面２１３は、入射面２ａ(扇面２１１)に対する傾斜角α１が１３５度となっているので、扇形状の発散光を垂直方向に偏向できる。ここで、偏向された光は、扇面２１４を垂直に透過し、扇面２２１を垂直に透過する。よって、偏向された光の各光線は、いずれも垂直の向きのままの状態が保持されて、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。
【００５８】
第二の円弧形状の反射面２２２は、入射した光線を第二の円弧形状の焦点位置Ｐに向けて反射するという作用を有する。よって、第二の円弧形状の反射面２２２に入射した発散光は、その全ての光線が焦点位置Ｐに向けて反射される。また、第二の円弧形状の反射面２２２は、扇面２２１に対する傾斜角α２が４５°となっている。よって、扇面２２１から第二の扇形板状プリズム部２２の内部に垂直に入射した光は、焦点位置Ｐに向けて水平方向に反射される。さらに、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状部リズム部２２は同じ媒質からなっている。そして、最大径を持つ扇面２１４，２２１同士が張り合わされている。このため、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光は、プリズム２以外の媒質を通ることなく、第二の扇形板状プリズム部２２に入射する。そして、入射した平行光は、第二の扇形板状プリズム部２２の第二の円弧形状の反射面２２２を介して、所定の収束光に変換される。この所定の収束光は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐに入射する。
【００５９】
また、第三の扇形板状プリズム部２３は、第二の扇形板状プリズム部２２と同じ媒質からなっている。そして、試料配置部２２３，２３１が夫々略面一となるように接合されている。同様に、扇面２２４と２３２及び扇面２２１と２３３が夫々略面一となるように接合されている。さらに、第三の扇形板状プリズム部２３は、第三の円弧形状の光学面２３４を出射面２ｄとして有している。上記のように、第二の円弧形状の焦点位置Ｐに入射した所定の収束光は、ここで全反射することによって扇形状の発散光に変換される。この扇形状の発散光は外部に向かって出射する。第三の円弧形状の光学面２３４は、この発散光が垂直に出射できるように円弧形状となっている。このため、発散光（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで全反射した光）は、第三の扇形板状プリズム部２３の出射面２ｄからプリズム２の外部に垂直に出射する。このとき、発散光はプリズム２以外の媒質を通ることがない。よって、発散光を構成する各光線は、いずれも進行方向のままの状態が保持される。このとき、出射面２ｄから出射した発散光の各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００６０】
即ち、第二実施形態の光学ユニットによれば、第一の扇形板状プリズム部２１への入射光及び第三の扇形板状プリズム部２３からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光の変換が、第二の扇形板状プリズム部２２の内部における第二の円弧形状の反射面２２２で行われる。ここで、第二の扇形板状プリズム部２２も、第一の扇形板状プリズム部２１及び第三の扇形板状プリズム部２３と同一の媒質になっている。このため、第二実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２で収差が生じない。
【００６１】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束光を構成する光線へ変換される。さらに、プリズム２では収差が発生しないので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）へ入射する。また、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００６２】
このような本実施形態の光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、第二実施形態の光学ユニットの試料配置部２ｃに試料をおく。そして、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐに所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、第二実施形態の光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００６３】
このように、第二実施形態の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
さらに、第二実施形態の光学ユニットによれば、発散光変換手段２１２を介して、光源ユニット１から出射し、入射面２ａ（扇面２１１）を介して第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光を扇状の発散光に変換するようにしたので、光源ユニット１の出射部を大きくすることなく、被検査対象の同一点を入射角に幅をもたせて照射でき、光源ユニットを小型化できる。
【００６４】
なお、第二実施形態の光学ユニットにおいて、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状プリズム部２２の接合面（即ち、扇面２１４と扇面２２１との接合面）に、第一の円弧形状の反射面２１３で偏向された光が第二の円弧形状の反射面２２２に向かう光路部分にスリットを設けた遮光部材を設けるのが好ましい。
このようにすれば、第一の扇形板状プリズム部２１において、発散光変換手段２１２、第一の円弧形状の反射面２１３の経路を辿らない迷光が第二の扇形板状プリズム部２２に入射するのを阻止することができる。その結果、受光素子列３での受光精度がより高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の光学ユニットは、全反射を利用して試料の物性を分析する医療、医学、生物学の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光学ユニットの基本構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットを示す図であって、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。
【図３】図２に示す試料分析用光学ユニットに用いるプリズムの外観を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットの変形例を示す説明図で、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸に沿う断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる光学ユニットの全体の構成を概略的に示す説明図であって、(a)は斜視図、(b)は光軸方向に沿う断面図、(c)は試料配置部とは反対側から見た側面図である。
【図６】図５の光学ユニットにおけるプリズムの各構成要素を概略的に示す側面図であって、(a)は第一の扇形板状プリズム部、(b)は第２の扇形板状プリズム部、(c)は第三の扇形板状プリズム部を示している。
【図７】従来の試料分析装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 光源ユニット
２ プリズム
２ａ 入射面
２ｂ 湾曲形状の反射面（放物形状の反射面）
２ｂ1 第一の反射領域
２ｂ2 第二の反射領域
２ｃ 試料配置部
２ｄ 出射面
３ 受光素子列
３1、３2、・・・、３n 受光素子列の各受光素子
２１ 第一の扇形板状プリズム部
２１１ 入射面２ａをなす扇面
２１２ 発散光変換手段
２１３ 第一の円弧形状の反射面
２１４ 最大径を有する扇面
２２ 第二の扇形板状プリズム部
２２１ 最大径を有する扇面
２２２ 第二の円弧形状の反射面
２２３ 試料配置部２ｃの一部を有する平面
２２４ 扇面
２３ 第三の扇形板状プリズム部
２３１ 試料配置部２ｃの他部を有する平面
２３２，２３３ 扇面
２３４ 第三の円弧形状の光学面
５１ レーザ光照射装置
５２ 光ファイバー
５３ コリメーションレンズ
５４ ミラー
５５ レンズ
５６ 透明基板
５７ 金属膜
５８ 光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、屈折率や免疫測定値など、試料又は試料中の物質を定量分析する試料分析に用いられる光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料分析装置として、試料配置部に対し、全反射する角度を含む所定範囲の入射角を有する光（以下、所定の収束光とする）を入射させ、該試料配置部からの夫々の入射角に対応した反射光の強度を夫々検出し、検出した強度が急激に変化したときの入射角を検出する装置がある。
【０００３】
このような試料分析装置として、例えば、物質同士の屈折率差を利用して分析を行なう装置がある。この試料分析装置では、屈折率が既知の物質からなる試料配置部に、被検査試料を配置する。そして、この試料配置部の表面に、所定の収束光を入射させる。すると、臨界角より小さい角度で入射した光は、試料配置部の表面で全反射しなくなる。このときの入射角度を検出することにより、被検査試料の屈折率が求まり、被検出試料の物性が解析できる。
【０００４】
また、例えば、表面プラズモンの発生を利用した試料分析装置では、上記試料配置部の表面に金属膜を備えている。そして、試料配置部の金属膜に被検査試料を配置し、この金属膜の表面に、所定の収束光を入射させる。ここで、臨界角以上の角度の光が入射すると、金属膜と被検査試料との界面において電界分布を有するエバネッセント波が生じる。そして、このエバネッセント波によって、金属膜に表面プラズモンが励起される。そして更に、臨界角以上の角度で入射した光のうち、特定の入射角度で入射した光に関して、エバネッセント波と表面プラズモンとが波数整合を生じて共鳴状態となる。この共鳴状態のときには、光のエネルギーが表面プラズモンに移行する。そのため、特定の入射角度で入射した光では、反射した光の強度が急激に低下する。そこで、この反射した光の強度が急激に低下するときの入射角度を検出することにより、表面プラズモンの波数が求まり、被検出試料の物性が解析できる。
【０００５】
表面プラズモンの発生を利用した試料分析装置として、次の特許文献１に記載のものが開示されている。
特許文献１の試料分析装置は、図７に示すように、光源部、レンズ５５、透明基板５６及び光検出器５８で構成されている。光源部は、レーザ光照射装置５１、光ファイバー５２、コリメーションレンズ５３、ミラー５４に備わる短冊形状の開口部（図示省略）を有している。特許文献１では、光源部からの平行光Ｐ１を、レンズ５５を介して収束光に変換する。試料（図示省略）が配置される透明基板５６の反対側の面には、金属膜５７が成膜されている。そして、この金属膜５７の表面に収束光が照射される。そして、全反射した光を、レンズ５５を介して収集する。収集された光は、光源部からの平行光と逆向きの平行光Ｐ２に変換され光検出器５８で検出される。
従来、試料分析装置は、この特許文献１に記載の試料分析装置のように、光を検査位置に照射させる際に、光源部からの平行光を、レンズを介して収束光に変換させていた。
【特許文献１】特開２００５−３３７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の試料分析装置では、レンズを介して平行光を収束光に変換させて、所定の収束光を発生させている。この場合、レンズに収差があると、各光線と光軸とが交わる位置および角度が、レンズへの入射位置に応じて理想状態からずれてしまう。
【０００７】
例えば、レンズに収差がない場合は、レンズに入射する光線の光線高が高くなるにつれて、金属膜５７の表面に入射する光線の角度も大きくなる。したがって。入射角が臨界角よりも大きい角度範囲の光線では、必ず全反射が生じる。ところが、レンズに収差がある場合は、レンズに入射する光線の光線高が高くなるにつれて、金属膜５７の表面に入射する光線の角度が理想状態の角度よりも大きくなったり、小さくなったりする。そのため、入射角が臨界角よりも大きい角度範囲の光線であっても、全反射が生じたり生じなかったりする。
【０００８】
このため、全反射した光を光検出器で検出しても、入射角を高精度に特定できない。レンズの収差を抑えるためには、収差補正用のレンズを複数枚用いたり、あるいはレンズ面を非球面形状にする必要があるが、それでは、部材点数が増加してスペースが多くとられたり、コスト高になってしまう。
【０００９】
また、検出できる入射角の幅を拡げるには、所定の収束光における入射角の範囲を大きくする必要がある。そのためには、レンズのＮＡを大きくする必要があるが、レンズのＮＡを大きくすると収差がさらに大きくなってしまう。その収差を抑えるために、収差補正用のレンズを複数枚用いるか、あるいはレンズ面を非球面形状にするのでは、部材点数がさらに増加して複雑な構成になる。さらにスペースが多くとられるので、コスト高になってしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら収差の発生を極力抑え、光線の入射角を高精度に検出することが可能な光学ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明による光学ユニットは、平行光を出射させる光源ユニットと、受光素子列と、前記光源ユニットからの出射光を前記試料配置部に入射させると共に該試料配置部からの全反射光を前記受光素子列に導くプリズムとを有し、前記プリズムは、前記光源ユニットから出射した平行光を該プリズムの内部に入射させる入射面と、該入射面を通過して該プリズムの内部に入射した光をその焦点位置に向けて反射させる湾曲形状の反射面と、該湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の前記試料配置部と、該試料配置部における該湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光を該プリズムの外部に出射させる出射面を有することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成され、前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置され、前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有するのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が前記放物形状の反射面の対称軸を中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成され、前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように２次元方向に配置され、前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記プリズムは、第一の扇形板状プリズム部と、第二の扇形板状プリズム部と、第三の扇形板状プリズム部とを有し、前記第一の扇形板状プリズム部は、前記入射面と、該入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を扇形状の発散光に変換する発散光変換手段と、該発散光変換手段を介して変換された発散光を偏向する第一の円弧形状の反射面を有し、前記第一の円弧形状の反射面が前記入射面に対して１３５度傾斜し、前記発散光変換手段は、前記第一の扇形板状プリズム部の頂角部において前記入射面に対して垂直で、且つ、頂点が前記入射面側を向いた円錐形状の孔に反射膜を備えてなる反射面からなり、前記第二の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の一部と、前記湾曲形状の反射面を構成し前記第一の扇形板状プリズム部における前記発散光変換手段を介して発散光に変換され前記第一の円弧形状の反射面で偏向された光を扇形状の収束光に変換して前記第二の円弧形状の焦点位置に入射させる第二の円弧形状の反射面を有し、最大径及び頂角部が前記第一の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第二の円弧形状の反射面が該第二の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面に対して４５度傾斜し、前記第三の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の他部と、前記出射面を構成し前記試料配置部における前記第二の円弧形状の焦点位置で全反射することによって変換された扇形状の発散光を外部に垂直に出射させる第三の円弧形状の光学面を有し、最大径及び頂角が前記第二の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第三の円弧形状の光学面と該第三の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面とのなす角度が９０度であり、前記第一の扇形板状プリズム部と、前記第二の扇形板状プリズム部と、前記第三の扇形板状プリズム部は、同一の媒質で構成され、前記第一の扇形板状プリズム部と前記第二の扇形板状プリズム部は、互いに最大径を持つ扇面同士が接合され、前記第二の扇形板状プリズム部と前記第三の扇形板状プリズム部は、互いの前記試料配置部及び扇面が夫々略面一となるように接合され、前記光源ユニットは、出射した平行光を前記第一の扇形板状プリズム部における前記円錐形状の反射面に入射させる位置に、該第一の扇形板状プリズム部の前記入射面に対して垂直に配置され、前記受光素子列の各受光素子は、夫々前記第三の扇形板状プリズム部における前記第三の円弧形状の光学面から出射した光を略垂直に受光するように配置されているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記試料配置部に金属膜が蒸着されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡素な構成でありながら収差の発生を極力抑えられ、光線の入射角を高精度に検出することが可能な光学ユニットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施形態の説明に先立ち、光学ユニットの基本構成及び作用について、概略的に説明する。
図１は光学ユニットの基本構成を概念的に示すブロック図である。
光学ユニットは、光源ユニット１と、プリズム２と、受光素子列３とを有して構成されている。
光源ユニット１は、プリズム２の入射面２ａと向き合う位置に配置されている。なお、プリズム２の具体的な構成については後述する。この光源ユニット１は、平行光を出射させるように構成されている。平行光を出射させることができる構成であれば、例えば、光源にコリメートレンズを組合せた構成、あるいは、さらにそれにファイバーを組合せた構成など、どのような構成でもよい。
【００１８】
受光素子列３は、プリズム２の出射面２ｄと向き合う位置に配置されている。また、受光素子列３の各素子は、１つの方向に沿って配置されている。ここで、試料配置部２ｃには、所定の収束光が入射する。この所定の収束光の各光線は、その入射角が徐々に変化する。受光素子列３の各素子は、この入射角の変化に対応する方向に配置されている。なお、入射光が集光する位置は、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置でもある。また、試料配置部２ｃ及び湾曲形状の反射面２ｂは、プリズム２の一部である。なお、受光素子列３における各素子の配列方向は、上記の平行光の光束中心と湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置を結ぶ仮想面に沿う方向でもある。また、光学ユニットでは、受光した反射光の強度の変化に基づいて、入射角が検出される。反射光の強度の変化が生じる位置は、受光素子の位置から検出することができる。よって、光源ユニット１と受光素子列３は、このような検出ができるように調整されている。
【００１９】
プリズム２は、光源ユニット１から出射した平行光を試料配置部２ｃに入射させると共に、試料配置部２ｃからの全反射光を受光素子列３に導くように構成されている。詳しくは、プリズム２は、入射面２ａと、湾曲形状の反射面２ｂと、平面形状の試料配置部２ｃと、出射面２ｄを有している。
入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光をプリズム２の内部に入射させるように構成されている。このとき、入射面２ａを平面とし、平行光が入射面２ａに対して垂直に入射するのが好ましい。
湾曲形状の反射面２ｂは、入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した平行光を、その焦点位置（不図示）に向けて反射させるように構成されている。
平面形状の試料配置部２ｃは、湾曲形状の反射面２ｂと対向する位置であって、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置を含む位置に設けられている。
出射面２ｄは、試料配置部２ｃで全反射した光を、プリズム２の外部に出射させるように構成されている。このとき、全反射した光は発散光になっている。そこで、出射面２ｄは、面の法線が各光線に対して垂直となるような面とするのが好ましい。なお、全反射が生じる位置は、より詳しくは、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置である。
【００２０】
全反射した光の進行方向に反射面が存在しない場合、発散光が出射面２ｄに到達する。そのため、出射面２ｄの面形状は、面の法線が各光線に対して垂直となるような湾曲形状になっている。また、出射面２ｄは、湾曲形状の反射面２ｂ側、すなわち、入射面２ａ及び試料配置部２ｃと対向するように位置することになる。
【００２１】
一方、全反射した光の進行方向に、湾曲形状の反射面を設けても良い。この湾曲形状の反射面は、湾曲形状の反射面２ｂと別体であっても、湾曲形状の反射面２ｂと繋がった面（湾曲形状の反射面２ｂを延長した面）であっても良い。この場合、全反射した光は、湾曲形状の反射面で反射されることになる。湾曲形状の反射面で反射された光は、入射光と同じ平行光となる。出射面２ｄの面形状は、面の法線が各光線に対して垂直となるような平面形状になっている。また、入射面２ａ及び試料配置部２ｃ側、すなわち、湾曲形状の反射面２ｂと対向するように位置することになる。
【００２２】
このように構成された光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、プリズム２の入射面２ａに入射する。入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した光は、湾曲形状の反射面２ｂで反射され集光される。これにより、平行光は所定の収束光となって、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置に入射する。湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置には、試料配置部２ｃが位置している。よって、試料に、所定の収束光が照射されることになる。そして、所定の収束光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光線は、全反射して出射面２ｄからプリズム２の外部へ垂直に出射する。出射面２ｄからプリズム２の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。
【００２３】
このように、上記の光学ユニットでは、プリズム２の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、プリズム２の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、反射面２ｂは湾曲形状に構成されている。これにより、反射面２ｂに入射した平行光は、その全ての光線が焦点位置に向けて反射される。プリズム２の内部に入射した光は、所定の収束光に変換されて湾曲形状の反射面２の焦点位置に入射する。さらに、出射面２ｄは、試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）で全反射した光を垂直に出射させる。このとき、全反射した光を構成する各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００２４】
即ち、この光学ユニットによれば、プリズム２への入射光及びプリズム２からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光への変換が、湾曲形状の反射面２ｂで行われる。このため、この光学ユニットによれば、プリズム２で発生する収差を小さく抑えることができる。特に、反射面２ｂの湾曲形状が放物形状であれば、収差が生じない。
【００２５】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束光を構成する光線に変換される。さらに、プリズム２では収差が良好に補正されている（あるいは無収差）ので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）へ入射する。また、試料配置部２ｃ（湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置）で全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００２６】
このような光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、この光学ユニットの試料配置部２ｃに試料を配置する。そして、湾曲形状の反射面２ｂの焦点位置に所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置の受光素子によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、この光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００２７】
このように、上記の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
【００２８】
第一実施形態
図２は本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットを示す図であって、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。図３は図２に示す光学ユニットに用いるプリズムの外観を示す斜視図である。なお、図２中、Ｓは試料である。
【００２９】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成された透明部材で構成されている。
このプリズム２は、入射面２ａ、放物形状の反射面２ｂ及び出射面２ｄを有している。放物形状の反射面２ｂは、放物面の一部である。また、対称軸Ｌは、放物面の回転対称軸（中心軸）である。入射面２ａ、試料配置部２ｃ及び出射面２ｄは、同一平面上に設けられている。この平面は、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐを含み対称軸Ｌに対して垂直な平面である。また、入射面２ａ及び出射面２ｄは、試料配置部２ｃを挟む位置に配置されている。
光源ユニット１は、出射した平行光を入射面２ａに垂直に入射させるように配置されている。
受光素子列３の各受光素子３1、３2、・・・、３nは、出射面２ｄから垂直に出射した光（平行光を構成する各光線）を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置されている。
【００３０】
放物形状の反射面２ｂは、第一の反射領域２ｂ1と、第二の反射領域２ｂ2を有している。
第一の反射領域２ｂ1は、入射面２ａを介してプリズム２の内部に入射した平行光を反射して、所定の収束光に変換し、放物形状の焦点位置Ｐに入射させる。
第二の反射領域２ｂ2は、試料配置部２ｃにおける放物形状の焦点位置Ｐで全反射した所定の収束光を反射して平行光に変換し、出射面２ｄからプリズム２の外部に垂直に出射させる。
その他の構成は、図１に示した構成と同じである。
【００３１】
このように構成された第一実施形態の光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、プリズム２の入射面２ａに垂直に入射する。ここで、平行光の全体形状は、例えば、図２(a)の破線で示すように、略長方形の形状となっている。入射面２ａを透過してプリズム２の内部に入射した平行光は、放物形状の反射面２ｂにおける第一の反射領域２ｂ1で反射される。これにより、平行光は所定の収束光に変換されて、試料配置部２ｃ、より詳しくは、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。
【００３２】
上述のように、放物形状の反射面２ｂは放物面の一部となっている。ただし、放物形状になっているのは、長手方向のみである。この長手方向は、入射面２ａ、試料配置部２ｃ及び出射面２ｄが並ぶ方向である。また、略長方形の平行光でいえば、長手方向は長方形の長軸方向でもある。一方、放物形状の反射面２ｄは、短手方向（長手方向と直交する方向）には、光学的パワーを持っていない。よって、放物形状の反射面２ｂで反射された平行光は、短手方向でその幅が一定に保たれた収斂光になる。従って、試料配置部２ｃに集光した光は、厳密には焦点Ｐを含む線上に集光する。
【００３３】
試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）に入射した光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光は、全反射する。全反射した反射光は、放物形状の反射面２ｂにおける第二の反射領域２ｂ2に向かう。そして、この反射光は、第二の反射領域２ｂ2で反射されて、平行光に変換される。平行光に変換された反射光は、平面形状の出射面２ｄからプリズム２の外部へ垂直に出射する。出射面２ｄからプリズム２の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。このように、図２(b)において紙面の垂直方向に有限の幅を有する平行光束（略長方形の平行光束）を考えると、紙面と平行な面内では図２に示すような平行光束−集光束−発散光束−平行光束という変換が行なわれる。
【００３４】
このように、第一実施形態の光学ユニットでは、プリズム２の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、プリズム２の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、反射面２ｂにおける第一の反射領域２ｂ1は、全ての光線（入射した平行光の各光線）を反射面２ｂの焦点位置Ｐに向けて反射するという作用を有する。このため、プリズム２の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。このとき、プリズム２の内部に入射した平行光は、プリズム２以外の媒質を通ることがない。
また、反射面２ｂにおける第二の反射領域２ｂ2は、反射面２ｂの焦点位置Ｐから入射した全ての光線を反射して平行光に変換するという作用を有する。このため、反射面２ｂの焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換されて、プリズム２の出射面２ｄに垂直に入射する。なお、全反射した光は、プリズム２以外の媒質を通ることがない。プリズム２の出射面２ｄは、入射した平行光をプリズム２の外部に垂直に出射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。このとき、出射面２ｄから出射した平行光の各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００３５】
即ち、第一実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２への入射光及びプリズム２からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光への変換及び焦点位置Ｐで全反射した光の平行光への変換が、同一の媒質であるプリズム２の内部における放物形状の反射面２ｂで行われる。このため、本実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２で収差が生じない。
【００３６】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束を構成する光線へ変換される。さらに、プリズム２では収差が発生しないので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）へ入射する。また、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐで全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく平行光に変換される。そして、この平行光は、受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００３７】
このような本実施形態の光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、第一実施形態の光学ユニットの試料配置部２ｃに試料をおく。そして、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置の受光素子によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、第一実施形態の光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００３８】
このように、第一実施形態の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
【００３９】
また、変形例の光学ユニットを図４に示す。図４(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。図２及び図３の例では、プリズム２を、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成した。これに対し、図４(a)，(b)に示すように、湾曲形状の反射面２ｂが放物形状で、且つ、全体が放物形状の反射面２ｂの対称軸Ｌを中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成してもよい。この場合には、平行光束は焦点Ｐに集光する。
図２及び図３のプリズムの場合、試料配置部２ｃ上では、入射光は線状に集光する。そのため、このような構成では、試料上の線状の領域で計測を行っていることになる。これに対し、図４に示すような回転対称型の放物面では、試料配置部２ｃには光は１点に集光されることになる。従って、試料上の微小な領域１点のみの計測が可能となる。
【００４０】
第二実施形態
図５は本発明の第二実施形態にかかる光学ユニットの全体の構成を概略的に示す説明図であって、(a)は斜視図、(b)は光軸方向に沿う断面図、(c)は試料配置部の反対側から見た側面図である。図６は図５の光学ユニットにおけるプリズムの各構成要素を概略的に示す側面図であって、(a)は第一の扇形板状プリズム部、(b)は第２の扇形板状プリズム部、(c)は第三の扇形板状プリズム部を示している。なお、図５中、Ｓは試料である。
【００４１】
第二実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、図５に示すように、第一の扇形板状プリズム部２１と、第二の扇形板状プリズム部２２と、第三の扇形板状プリズム部２３とを有している。
【００４２】
第一の扇形板状プリズム部２１は、入射面２ａをなす扇面２１１と、発散光変換手段２１２と、第一の円弧形状の反射面２１３と、扇面２１４を有している。
発散光変換手段２１２は、円錐形状の孔と、円錐面に反射膜が形成された反射面で構成されている。この円錐形状の孔は、その中心軸が第一の扇形板状プリズム部２１の頂角部（即ち、後述する第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐ）を通過するように形成されている。また、円錐形状の孔は、その中心軸が入射面２ａ（扇面２１１）に対して垂直で、且つ、その頂点が入射面２ａ（扇面２１１）側を向いて形成されている。よって、発散光変換手段２１２における反射面は、第一の円弧形状の反射面２１３と向かい合うことになる。
【００４３】
第一の円弧形状の反射面２１３は、円錐面の一部を帯状に切り取った形状をしている。長手方向は円弧なので、この方向には光学的パワーを持っている。一方、長手方向と直交する方向（円錐の母線方向）には光学的パワーを持っていない。また、反射面２１３は、入射面２ａ(扇面２１１)とのなす角度α１が１３５度となるように設けられている（形成されている）。
【００４４】
第一の扇形板状プリズム部２１では、光源ユニット１からの平行光は、入射面２ａ（扇面２１１）を介してプリズム２の内部に入射する。入射した平行光は、発散光変換手段２１２によって、第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐを中心とした扇形状の発散光に変換される。第一の円弧形状の反射面２１３は、扇形状の発散光を第二の扇形プリズム２２側に偏向される。
【００４５】
第二の扇形板状プリズム部２２は、扇面２２１と、第二の円弧形状の反射面２２２と、試料配置部２ｃの一部を有する平面２２３と、扇面２２４を有している。
第二の円弧形状の反射面２２２は湾曲形状の反射面であって、具体的には、第一の円弧形状の反射面２１３と同じ形状である。第二の円弧形状の反射面２２２は、扇面２２１とのなす角度α２が４５°となるように設けられている。また、図からわかるように、第二の円弧形状の反射面２２２は、第一の円弧形状の反射面２１３と向かい合うように設けられている。
【００４６】
平面２２３は、第二の円弧形状の反射面２２２と向かい合うように設けられている。この平面２２３は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含む面となっている。また、平面２２３は試料配置部２ｃの一部を含んでいる。この試料配置部２ｃは、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含むように、その位置が設定されている。
【００４７】
また、第二の扇形板状プリズム部２２における最大径及び頂角部は、第一の扇形板状プリズム部２１と同じである。また、扇面２２１は、第二の扇形板状プリズム部２２において最大径を有している。
【００４８】
第二の扇形板状プリズム部２２では、第一の円弧形状の反射面２１３で偏向された光は、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。この光は、第二の円弧形状の反射面２２２で扇形状の収束光に変換されて、焦点位置Ｐに到達する。上述のように、焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが位置している。よって、収束光が試料配置部２ｃに入射する。
【００４９】
第三の扇形板状プリズム部２３は、試料配置部２ｃの他部を有する平面２３１と、扇面２３２と、扇面２３３と、第三の円弧形状の光学面２３４を有している。
第三の円弧形状の光学面２３４は出射面２ｄであって、具体的には、円筒面の一部を帯状に切り取った形状をしている。長手方向は円弧なので、この方向には光学的パワーを持っている。一方、長手方向と直交する方向（円筒の母線方向）には光学的パワーを持っていない。また、第三の円弧形状の光学面２３４は、扇面２３２，２３３とのなす角度α３，α４が９０度となるように設けられている。
【００５０】
平面２３１は、第三の円弧形状の光学面２３４と向かい合うように設けられている。この平面２３１は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐを含む面となっている。また、平面２３１は試料配置部２ｃの一部を含んでいる。本実施形態では、平面２２３と平面２３１は連続した平面であって、両者は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで接している。
【００５１】
また、第三の扇形板状プリズム部２３における最大径及び頂角は、第二の扇形板状プリズム部２２と同じである。また、扇面２３２，２３３は、第三の扇形板状プリズム部において最大径を有している。
【００５２】
第三の扇形板状プリズム部２３では、試料配置部２ｃに入射した収束光のうち一部の光が、扇形状の発散光となって第三の円弧形状の光学面２３４に入射する。第三の円弧形状の光学面２３４に入射した光は、扇形状の発散光を構成する各光線をプリズムの外部に垂直に出射させる。
【００５３】
また、第一の扇形板状プリズム部２１と、第二の扇形板状プリズム部２２と、第三の扇形板状プリズム部２３は、同一の媒質で構成されている。
また、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状プリズム部２２は、互いに最大径を持つ扇面２１４，２２１同士が接合されている。また、第二の扇形板状プリズム部２２と第三の扇形板状プリズム部２３は、互いの試料配置部２ｃを有する平面２２３，２３１並びに扇面２２４，２３２及び扇面２２１，２３３が、夫々略面一となるように接合されている。
【００５４】
光源ユニット１は、出射した平行光を第一の扇形板状プリズム部２１における円錐形状の反射面２１２に入射させる位置に、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２１１に対して垂直に配置されている。
受光素子列３の各受光素子は、夫々第三の扇形板状プリズム部２３における第三の円弧形状の光学面２３４から出射した光を略垂直に受光するように配置されている。
その他の構成は、図１に示した構成と同じである。
【００５５】
このように構成された第二実施形態の光学ユニットでは、光源ユニット１から出射した平行光は、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２ａ（扇面２１１）に垂直に入射する。入射面２ａ（扇面２１１）を透過してプリズム部２１の内部に入射した平行光は、発散光変換手段２１２である円錐形状の反射面に入射する。円錐形状の反射面２１２に入射した平行光は、円錐形状の反射面２１２で反射される。これにより、平行光は扇形状の発散光に変換されて、第一の円弧形状の反射面２１３に入射する。第一の円弧形状の反射面２１３に入射した扇形状の発散光は、第一の円弧形状の反射面２１３で反射される。これにより、扇形状の発散光は第二の扇形板状プリズム部２２側に偏向され、扇面２１４及び扇面２２１を垂直に透過して、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。第二の円弧形状の反射面２２２に入射した光は、第二の円弧形状の反射面２２２で反射される。これによって、扇形状の発散光は、扇形状の収束光に変換されて、試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）に入射する。なお、本実施形態では、この扇形状の収束光が所定の収束光になる。
【００５６】
試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）に入射した光のうち、臨界角以上の入射角で入射した光は、全反射する。全反射した反射光は、扇形状の発散光に変換されて、第三の扇形板状プリズム部２３の内部に入射する。第三の扇形板状プリズム部２３に入射した扇形状の発散光は、出射面２ｄ（第三の円弧形状の光学面２３４）から第三の扇形板状プリズム部２３の外部に垂直に出射する。第三の扇形板状プリズム部２３の出射面２ｄ（第三の円弧形状の光学面２３４）から第三の扇形板状プリズム部２３の外部に出射した光は、受光素子列３の各受光素子で受光される。
【００５７】
このように、第二実施形態の光学ユニットでは、第一の扇形板状プリズム部２１の入射面２ａは、光源ユニット１から出射した平行光を、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に垂直に入射させる。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行のままの状態が保持される。また、発散光変換手段２１２を、第一の扇形板状プリズム部２１の頂角部（第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐ）に設けている。これにより、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光を、扇形状の発散光に変換している。この扇形状の発散光は、第一の円弧形状の反射面２１３の焦点位置Ｐを中心とした発散光である。よって、発散光変換手段２１２によって、扇形状の発散光を第一の円弧形状の反射面２１３に対してそれぞれ等しい入射角で入射させることができる。また、第一の円弧形状の反射面２１３は、入射面２ａ(扇面２１１)に対する傾斜角α１が１３５度となっているので、扇形状の発散光を垂直方向に偏向できる。ここで、偏向された光は、扇面２１４を垂直に透過し、扇面２２１を垂直に透過する。よって、偏向された光の各光線は、いずれも垂直の向きのままの状態が保持されて、第二の円弧形状の反射面２２２に入射する。
【００５８】
第二の円弧形状の反射面２２２は、入射した光線を第二の円弧形状の焦点位置Ｐに向けて反射するという作用を有する。よって、第二の円弧形状の反射面２２２に入射した発散光は、その全ての光線が焦点位置Ｐに向けて反射される。また、第二の円弧形状の反射面２２２は、扇面２２１に対する傾斜角α２が４５°となっている。よって、扇面２２１から第二の扇形板状プリズム部２２の内部に垂直に入射した光は、焦点位置Ｐに向けて水平方向に反射される。さらに、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状部リズム部２２は同じ媒質からなっている。そして、最大径を持つ扇面２１４，２２１同士が張り合わされている。このため、第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光は、プリズム２以外の媒質を通ることなく、第二の扇形板状プリズム部２２に入射する。そして、入射した平行光は、第二の扇形板状プリズム部２２の第二の円弧形状の反射面２２２を介して、所定の収束光に変換される。この所定の収束光は、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐに入射する。
【００５９】
また、第三の扇形板状プリズム部２３は、第二の扇形板状プリズム部２２と同じ媒質からなっている。そして、試料配置部２２３，２３１が夫々略面一となるように接合されている。同様に、扇面２２４と２３２及び扇面２２１と２３３が夫々略面一となるように接合されている。さらに、第三の扇形板状プリズム部２３は、第三の円弧形状の光学面２３４を出射面２ｄとして有している。上記のように、第二の円弧形状の焦点位置Ｐに入射した所定の収束光は、ここで全反射することによって扇形状の発散光に変換される。この扇形状の発散光は外部に向かって出射する。第三の円弧形状の光学面２３４は、この発散光が垂直に出射できるように円弧形状となっている。このため、発散光（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで全反射した光）は、第三の扇形板状プリズム部２３の出射面２ｄからプリズム２の外部に垂直に出射する。このとき、発散光はプリズム２以外の媒質を通ることがない。よって、発散光を構成する各光線は、いずれも進行方向のままの状態が保持される。このとき、出射面２ｄから出射した発散光の各光線は、いずれも全反射したときの角度を射出位置の情報として保持している。
【００６０】
即ち、第二実施形態の光学ユニットによれば、第一の扇形板状プリズム部２１への入射光及び第三の扇形板状プリズム部２３からの出射光が、いずれも屈折させられることがない。しかも、所定の収束光の変換が、第二の扇形板状プリズム部２２の内部における第二の円弧形状の反射面２２２で行われる。ここで、第二の扇形板状プリズム部２２も、第一の扇形板状プリズム部２１及び第三の扇形板状プリズム部２３と同一の媒質になっている。このため、第二実施形態の光学ユニットによれば、プリズム２で収差が生じない。
【００６１】
このように、光源ユニット１から出射した平行光を構成する各光線は、いずれも、所定の収束光を構成する光線へ変換される。さらに、プリズム２では収差が発生しないので、所定の収束光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく試料配置部２ｃ（第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐ）へ入射する。また、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐで全反射した発散光は、位置ずれ及び角度ずれを生じることなく受光素子列３において夫々対応する受光素子で受光される。
【００６２】
このような本実施形態の光学ユニットは、例えば、試料分析用装置に利用することができる。試料分析用装置では、第二実施形態の光学ユニットの試料配置部２ｃに試料をおく。そして、第二の円弧形状の反射面２２２の焦点位置Ｐに所定の収束光を照射し、全反射して得られる反射光を受光素子列３で受光する。受光素子列３では、入射角度に対応する位置によって光強度の分布が得られる。この光強度分布を解析することにより、臨界角となる入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
また、第二実施形態の光学ユニットにおいて試料配置部２ｃに、例えば、金属薄膜や金属微粒子をコーティングする等、金属膜を蒸着する。このようにすれば、表面プラズモン共鳴により反射光の強度が急激に変化するときの入射角を高精度に求めることができる。そして、その入射角から試料の諸物性を特定することができる。
【００６３】
このように、第二実施形態の光学ユニットによれば、被検査対象の同一点を、入射角に幅をもたせた光で収差を生じることなく照射できる。このため、光線の入射角を高精度に検出するために、収差補正用レンズや非球面レンズを用いずに済む。また、配置スペースを減らして小型化、さらにはコストを低減できる。
さらに、第二実施形態の光学ユニットによれば、発散光変換手段２１２を介して、光源ユニット１から出射し、入射面２ａ（扇面２１１）を介して第一の扇形板状プリズム部２１の内部に入射した平行光を扇状の発散光に変換するようにしたので、光源ユニット１の出射部を大きくすることなく、被検査対象の同一点を入射角に幅をもたせて照射でき、光源ユニットを小型化できる。
【００６４】
なお、第二実施形態の光学ユニットにおいて、第一の扇形板状プリズム部２１と第二の扇形板状プリズム部２２の接合面（即ち、扇面２１４と扇面２２１との接合面）に、第一の円弧形状の反射面２１３で偏向された光が第二の円弧形状の反射面２２２に向かう光路部分にスリットを設けた遮光部材を設けるのが好ましい。
このようにすれば、第一の扇形板状プリズム部２１において、発散光変換手段２１２、第一の円弧形状の反射面２１３の経路を辿らない迷光が第二の扇形板状プリズム部２２に入射するのを阻止することができる。その結果、受光素子列３での受光精度がより高くなる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の光学ユニットは、全反射を利用して試料の物性を分析する医療、医学、生物学の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光学ユニットの基本構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットを示す図であって、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸方向に沿う断面図である。
【図３】図２に示す試料分析用光学ユニットに用いるプリズムの外観を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる光学ユニットの変形例を示す説明図で、(a)は光学ユニットを光軸方向から見たときの図、(b)は光学ユニットの全体の構成を概略的に示す光軸に沿う断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる光学ユニットの全体の構成を概略的に示す説明図であって、(a)は斜視図、(b)は光軸方向に沿う断面図、(c)は試料配置部とは反対側から見た側面図である。
【図６】図５の光学ユニットにおけるプリズムの各構成要素を概略的に示す側面図であって、(a)は第一の扇形板状プリズム部、(b)は第２の扇形板状プリズム部、(c)は第三の扇形板状プリズム部を示している。
【図７】従来の試料分析装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 光源ユニット
２ プリズム
２ａ 入射面
２ｂ 湾曲形状の反射面（放物形状の反射面）
２ｂ1 第一の反射領域
２ｂ2 第二の反射領域
２ｃ 試料配置部
２ｄ 出射面
３ 受光素子列
３1、３2、・・・、３n 受光素子列の各受光素子
２１ 第一の扇形板状プリズム部
２１１ 入射面２ａをなす扇面
２１２ 発散光変換手段
２１３ 第一の円弧形状の反射面
２１４ 最大径を有する扇面
２２ 第二の扇形板状プリズム部
２２１ 最大径を有する扇面
２２２ 第二の円弧形状の反射面
２２３ 試料配置部２ｃの一部を有する平面
２２４ 扇面
２３ 第三の扇形板状プリズム部
２３１ 試料配置部２ｃの他部を有する平面
２３２，２３３ 扇面
２３４ 第三の円弧形状の光学面
５１ レーザ光照射装置
５２ 光ファイバー
５３ コリメーションレンズ
５４ ミラー
５５ レンズ
５６ 透明基板
５７ 金属膜
５８ 光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を出射させる光源ユニットと、
受光素子列と、
前記光源ユニットからの出射光を前記試料配置部に入射させると共に該試料配置部からの全反射光を前記受光素子列に導くプリズムとを有し、
前記プリズムは、前記光源ユニットから出射した平行光を該プリズムの内部に入射させる入射面と、該入射面を通過して該プリズムの内部に入射した光をその焦点位置に向けて反射させる湾曲形状の反射面と、該湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の前記試料配置部と、該試料配置部における該湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光を該プリズムの外部に出射させる出射面を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成され、
前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置され、
前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が前記放物形状の反射面の対称軸を中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成され、
前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように２次元方向に配置され、
前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記プリズムは、第一の扇形板状プリズム部と、第二の扇形板状プリズム部と、第三の扇形板状プリズム部とを有し、
前記第一の扇形板状プリズム部は、前記入射面と、該入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を扇形状の発散光に変換する発散光変換手段と、該発散光変換手段を介して変換された発散光を偏向する第一の円弧形状の反射面を有し、前記第一の円弧形状の反射面が前記入射面に対して１３５度傾斜し、
前記発散光変換手段は、前記第一の扇形板状プリズム部の頂角部において前記入射面に対して垂直で、且つ、頂点が前記入射面側を向いた円錐形状の孔に反射膜を備えてなる反射面からなり、
前記第二の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の一部と、前記湾曲形状の反射面を構成し前記第一の扇形板状プリズム部における前記発散光変換手段を介して発散光に変換され前記第一の円弧形状の反射面で偏向された光を扇形状の収束光に変換して前記第二の円弧形状の焦点位置に入射させる第二の円弧形状の反射面を有し、最大径及び頂角部が前記第一の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第二の円弧形状の反射面が該第二の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面に対して４５度傾斜し、
前記第三の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の他部と、前記出射面を構成し前記試料配置部における前記第二の円弧形状の焦点位置で全反射することによって変換された扇形状の発散光を外部に垂直に出射させる第三の円弧形状の光学面を有し、最大径及び頂角が前記第二の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第三の円弧形状の光学面と該第三の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面とのなす角度が９０度であり、
前記第一の扇形板状プリズム部と、前記第二の扇形板状プリズム部と、前記第三の扇形板状プリズム部は、同一の媒質で構成され、
前記第一の扇形板状プリズム部と前記第二の扇形板状プリズム部は、互いに最大径を持つ扇面同士が接合され、
前記第二の扇形板状プリズム部と前記第三の扇形板状プリズム部は、互いの前記試料配置部及び扇面が夫々略面一となるように接合され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記第一の扇形板状プリズム部における前記円錐形状の反射面に入射させる位置に、該第一の扇形板状プリズム部の前記入射面に対して垂直に配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、夫々前記第三の扇形板状プリズム部における前記第三の円弧形状の光学面から出射した光を略垂直に受光するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記試料配置部に金属膜が蒸着されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項１】
平行光を出射させる光源ユニットと、
受光素子列と、
前記光源ユニットからの出射光を前記試料配置部に入射させると共に該試料配置部からの全反射光を前記受光素子列に導くプリズムとを有し、
前記プリズムは、前記光源ユニットから出射した平行光を該プリズムの内部に入射させる入射面と、該入射面を通過して該プリズムの内部に入射した光をその焦点位置に向けて反射させる湾曲形状の反射面と、該湾曲形状の反射面の焦点位置を含む位置に設けられた平面形状の前記試料配置部と、該試料配置部における該湾曲形状の反射面の焦点位置で全反射した光を該プリズムの外部に出射させる出射面を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が略カマボコ形状に形成された透明部材で構成され、
前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように１次元方向に配置され、
前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記プリズムは、前記湾曲形状の反射面が放物形状で、且つ、全体が前記放物形状の反射面の対称軸を中心とした回転対称な形状に形成された透明部材で構成され、
前記入射面、前記試料配置部及び前記出射面は、前記放物形状の反射面の焦点位置を通り対称軸に対して垂直な同一平面上に設けられ、且つ、該試料配置部を挟む位置に該入射面及び該出射面が配置され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記入射面に垂直に入射させるように配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、前記出射面から垂直に出射した光を受光面で垂直に受光するように２次元方向に配置され、
前記放物形状の反射面は、前記入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を反射して、全反射する角度を含む所定範囲の連続した入射角の入射光に変換し、前記放物形状の焦点位置に入射させる第一の反射領域と、前記試料配置部における該放物形状の焦点位置で全反射した所定範囲の連続した入射角の光を反射して平行光に変換し、前記出射面から該プリズムの外部に垂直に出射させる第二の反射領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記プリズムは、第一の扇形板状プリズム部と、第二の扇形板状プリズム部と、第三の扇形板状プリズム部とを有し、
前記第一の扇形板状プリズム部は、前記入射面と、該入射面を介して該プリズムの内部に入射した平行光を扇形状の発散光に変換する発散光変換手段と、該発散光変換手段を介して変換された発散光を偏向する第一の円弧形状の反射面を有し、前記第一の円弧形状の反射面が前記入射面に対して１３５度傾斜し、
前記発散光変換手段は、前記第一の扇形板状プリズム部の頂角部において前記入射面に対して垂直で、且つ、頂点が前記入射面側を向いた円錐形状の孔に反射膜を備えてなる反射面からなり、
前記第二の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の一部と、前記湾曲形状の反射面を構成し前記第一の扇形板状プリズム部における前記発散光変換手段を介して発散光に変換され前記第一の円弧形状の反射面で偏向された光を扇形状の収束光に変換して前記第二の円弧形状の焦点位置に入射させる第二の円弧形状の反射面を有し、最大径及び頂角部が前記第一の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第二の円弧形状の反射面が該第二の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面に対して４５度傾斜し、
前記第三の扇形板状プリズム部は、前記試料配置部の他部と、前記出射面を構成し前記試料配置部における前記第二の円弧形状の焦点位置で全反射することによって変換された扇形状の発散光を外部に垂直に出射させる第三の円弧形状の光学面を有し、最大径及び頂角が前記第二の扇形板状プリズム部と同じであり、且つ、前記第三の円弧形状の光学面と該第三の扇形板状プリズム部において最大径を有する扇面とのなす角度が９０度であり、
前記第一の扇形板状プリズム部と、前記第二の扇形板状プリズム部と、前記第三の扇形板状プリズム部は、同一の媒質で構成され、
前記第一の扇形板状プリズム部と前記第二の扇形板状プリズム部は、互いに最大径を持つ扇面同士が接合され、
前記第二の扇形板状プリズム部と前記第三の扇形板状プリズム部は、互いの前記試料配置部及び扇面が夫々略面一となるように接合され、
前記光源ユニットは、出射した平行光を前記第一の扇形板状プリズム部における前記円錐形状の反射面に入射させる位置に、該第一の扇形板状プリズム部の前記入射面に対して垂直に配置され、
前記受光素子列の各受光素子は、夫々前記第三の扇形板状プリズム部における前記第三の円弧形状の光学面から出射した光を略垂直に受光するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記試料配置部に金属膜が蒸着されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光学ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１２８０７３（Ｐ２００９−１２８０７３Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００８２９（Ｐ２００７−３００８２９）
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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