光学ユニット
【課題】プリズムでの収差の発生を抑え、光線の入射角を高精度に検出することが可能であり、且つ操作性の良い光学ユニットを提供すること。
【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光を入射させ全反射光を受光素子列に導くプリズム２を有する。プリズムは、入射面２ａを有する第１プリズムと、湾曲形状の反射面２ｂと試料配置部２ｃとを有する第２プリズムと、出射面２ｄを有する第３プリズムを備え、第１プリズムと第２プリズムが、第２プリズムの同じ面側に配置されるか、第２プリズムを挟んで対向する位置に配置されている。
【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光を入射させ全反射光を受光素子列に導くプリズム２を有する。プリズムは、入射面２ａを有する第１プリズムと、湾曲形状の反射面２ｂと試料配置部２ｃとを有する第２プリズムと、出射面２ｄを有する第３プリズムを備え、第１プリズムと第２プリズムが、第２プリズムの同じ面側に配置されるか、第２プリズムを挟んで対向する位置に配置されている。
【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、前記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（表面プラズモンセンサー）として、次の特許文献１に記載のものが開示されている。
【０００６】
特許文献１の試料分析装置は、例えば図１５に示すように、誘電体であるガラスから形成された三角柱形のプリズムＡと、このプリズムＡの下面Ａａと間隔をおいて対面するように配置されていてプリズムＡ側の表面上に試料Ｂが載置される金属膜Ｃと、１本の光ビームＤを発生させる光源と、前記光ビームＤをプリズムＡに通しその下面Ａａに対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記プリズムの下面Ａａで全反射した光ビームＤの光量を検出する光検出手段Ｅから構成されている。
【０００７】
あるいは、図１６に示すように、プリズムを上記図１５の三角柱形プリズムＡに代えてプリズムを半球形プリズムＦとし、このプリズムＦの下面Ｆａと間隔をおいて対面するように配置されていてプリズムＦ側の表面上に試料Ｂが載置される金属膜Ｃと、１本の光ビームＤを発生させる光源と、前記光ビームＤをプリズムＦに通しその下面Ｆａに対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記プリズムの下面Ｆａで全反射した光ビームＤの光量を検出する光検出手段Ｅから構成されている。
【特許文献１】特許第３３４３０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の試料分析装置では、プリズムへ入射する入射光がプリズムに入射する際に屈折し、また、プリズムから出射する出射光がプリズムから出射する際にも屈折するため、計測点や集光点で収差が発生する。
【０００９】
例えば、図１５に示す三角柱形プリズムの場合は、収束光を入射させても入射面に対して入射角度が大きいと収差が生じ、角度分布に誤差が生じる。また、図１６に示す半円球形プリズムの場合は、平行光束を入射させると収差が生じる。
【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プリズムでの収差の発生を抑え、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。さらに、操作性のよい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前記受光素子列に到るまでの光路中に配置された反射光学部材を有し、前記反射光学部材は、前記平行光が入射する位置に設けられた入射面と、前記入射面を通過した前記平行光を反射させる第１湾曲反射面と、前記第１湾曲反射面と対向する位置に設けられた平面部と、前記第１湾曲反射面と離れた位置であって、前記平面部と対向する位置に設けられた第２湾曲反射面と、前記第２湾曲反射面で反射した光を出射させる出射面を有し、前記平行光の中心光線を含み、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面と直交する面を第２仮想面、前記平行光の中心光線を含み、前記入射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第１仮想面としたとき、前記第１仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で位置するように、前記入射面、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面が設けられていることを特徴と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、前記平行光の中心光線を含み、前記出射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第３仮想面としたとき、前記第３仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と前記第３仮想面が重なるように、前記入射面と前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と前記第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記入射面と前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と交わる位置に設けられた第１平面反射面と、前記第２仮想面と交わる位置に設けられ、第１反射部と第２反射部を有する第２平面反射面と、前記第３仮想面と交わる位置に設けられた第３平面反射面を有し、
該第１平面反射面と前記第１反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置され、前記第２平面反射面は、前記第１湾曲反射面と前記第２湾曲反射面の両方と対向するように設けられ、該第３平面反射面と前記第２反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して平行となるように構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して直交するように構成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面から前記第１平面反射面に到る光路中と、前記第３平面反射面から前記出射面に到る光路中に、それぞれ反射面が設けられていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記反射光学部材は中実の透明部材で構成されていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記反射光学部材は少なくとも２つの前記透明部材で構成され、一方の透明部材が前記平面部のみを含む部材であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記平面部に金属膜が蒸着されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
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。また、プリズムへの入射光の入射面及び出射光の出射面を試料配置部と異なる面上となるようにしたので、光源ユニットと受光素子列を試料配置部とは異なる側に配置でき、操作性が向上し適用範囲が広くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。なお、個々の反射面を独立して配置することができるのであれば、必ずしもプリズムを用いる必要はない。
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。
【００２４】
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（平面部）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（第１湾曲反射面及び第２湾曲反射面）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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
そして、試料配置部２ｃで全反射した光の進行方向に、別の湾曲形状の反射面を設ける。この別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。別の湾曲形状の反射面が湾曲形状の反射面２ｂと別体の場合、湾曲形状の反射面２ｂが第１の湾曲反射面になり、別の湾曲形状の反射面が第２の湾曲反射面になる。試料配置部２ｃで全反射した光は、別の湾曲形状の反射面で反射される。別の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は、別の湾曲形状の反射面で反射された平行光を、プリズム２の外部に出射させるように構成されている。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及び出射面２ｄは試料配置部２ｃとは反対側、すなわち、湾曲形状の反射面２ｂ（及び別の湾曲状の反射面）と同じ側に位置するようにプリズム２を構成する。ただし、入射面２ａから試料配置部２ｃに到るまでの間、試料配置部２ｃから出射面２ｄに到るまでの間に反射面を設けるようにしてもよい。このようにすれば、試料配置部２ｃと入射面２ａの位置関係、試料配置部２ｃと出射面２ｄの位置関係を自由に設定することができる。
【００２７】
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、別の湾曲形状の反射面で反射して平行光となり出射面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。
【００２８】
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。すなわち、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２ｂの焦点位置に入射する。焦点位置に入射した光は、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、別の湾曲形状の反射面で反射して平行光となる。出射面２ｄは、この平行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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１実施形態
図２〜図６は本発明の第１実施形態にかかる光学ユニットを示す図である。図２は本発明の光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第２プリズム部の平面図、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の平面図である。図３は図２のプリズムの斜視図であり、（ａ）は第２プリズム部の斜視図、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の斜視図、（ｃ）は第１仮想面、第２仮想面及び第３仮想面を示す図である。図４は図２のプリズムを組み立てた状態を示す斜視図である。図５は図２のプリズムの光路を示す説明図である。図６は図２のプリズムを用いた本発明の光学ユニットの一例を示す斜視図である。
【００３５】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、入射・出射用プリズム部１０と、第２プリズム部２０より構成されている。入射・出射用プリズム部１０は第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂとを備えている。第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂは、いずれも矩形板状になっている。また、第２プリズム部２０は放物板状になっている。そして、入射・出射用プリズム部１０は、第２プリズム部２０の下方に位置している。また、第２プリズム部２０は湾曲形状（放物形状）の反射面２ｂを有し、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成されている。そして、これら各プリズム部は全て同一の媒質の透明部材で構成されている。
【００３６】
第１プリズム部１０ａは、入射面２ａと第１反射面（第１平面反射面）３１を有している。第１反射面３１は、第１仮想面Ｐ１と交わるように、入射面２ａに対向して配置されている。具体的には、第１反射面３１は、その面の法線と第１仮想面Ｐ１とのなす角度が４５度となるように配置されている。ここで、図３（ｃ）に示すように、第１仮想面Ｐ１は、平行光の中心光線を含み、入射面２ａと直交すると共に第２仮想面Ｐ２と平行な面である。なお、第２仮想面Ｐ２については後述する。
【００３７】
光源ユニット１から出射した平行光は、入射面２ａを介して第１プリズム部１０ａに入射する。入射した平行光は第１プリズム部１０ａの内部を水平に伝播して、第１反射面３１に入射する。第１反射面３１は、その反射面を第２プリズム部２０側に向けて配置されている。よって、第１反射面３１は、この平行光を第２プリズム部２０内へ向けて鉛直方向に反射する。
【００３８】
第２プリズム部２０は、湾曲形状の反射面２ｂと試料配置部（平面部）２ｃを有する。湾曲形状の反射面２ｂは放物形状となっている。よって、以下の説明では、湾曲形状の反射面２ｂを、湾曲形状の反射面２ｂと称する。放物形状の反射面２ｂは、第１の反射領域（第１湾曲反射面）２ｂ１と、第２の反射領域（第２湾曲反射面）２ｂ２を有している。また、試料配置部２ｃは、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに設けてある。そして、試料配置部２ｃと同じ側に平面反射面（第２平面反射面）が設けられている。
【００３９】
この第２平面反射面は第２仮想面Ｐ２と交わる位置に設けられ、第２１反射面（第１反射部）３２と第２２反射面（第２反射部）３３を有する。第２１反射面３２と第２２反射面３３は、試料配置部２ｃを挟んで対称な位置に配置されている。なお、図３（ｃ）に示すように、第２仮想面Ｐ２は、平行光の中心光線を含み、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２と直交する面である。
【００４０】
第２１反射面３２と第１反射面３１は、互いの法線が直交するように対向して配置されている。第２１反射面３２は、第１反射面３１からの平行光を水平方向（第２仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第２プリズム部２０内に伝播する。また、第２２反射面３３と第３反射面３４（第３平面反射面）は、互いの法線が直交するように対向して配置されている。よって、第２２反射面３３は、放物形状の反射面２ｂからの光束を第３反射面３４へ向けて鉛直方向に反射する。本実施形態では、第２１反射面３２と第２２反射面３３は、反射面が平行になるように配置されている。よって、平行光が進行する向きは、第１反射面３１から第２１反射面３２への向きと、第２２反射面３３から第３反射面３４への向きとで正反対になる。
【００４１】
第３プリズム部１０ｂは、出射面２ｄと第３反射面３４（第３平面反射面）を有している。第３反射面３４は、第３仮想面Ｐ３と交わるように、出射面２ｄに対向して配置されている。具体的には、第３反射面３４は、その面の法線と第３仮想面Ｐ３とのなす角度が４５度となるように配置されている。ここで、図３（ｃ）に示すように、第３仮想面Ｐ３は、平行光の中心光線を含み、出射面２ｄと直交すると共に第２仮想面Ｐ２と平行な面である。
【００４２】
第３反射面３４は、第２２反射面３３からの平行光を水平方向（第３仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第３プリズム部１０ｂ内に伝播する。第３プリズム部１０ｂの内部を伝播してきた平行光は、出射面２ｄを介して外部に出射する。
【００４３】
このように、本実施形態の光学ユニットでは、第１仮想面Ｐ１と第２仮想面Ｐ２が所定の間隔で位置するように、入射面２ａ、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２が設けられている。また、第３仮想面Ｐ３と第２仮想面Ｐ２が所定の間隔で離れて位置するように、出射面２ｄが設けられている。そして、第１仮想面Ｐ１と第３仮想面Ｐ３が重なるように、入射面２ａと出射面２ｄが設けられている。
【００４４】
上述のように、第２プリズム部２０の放物形状の反射面２ｂは、第１の反射領域２ｂ１と、第２の反射領域２ｂ２を有している。
第１の反射領域２ｂ１は、第２１反射面３２で反射された平行光を更に反射する。この反射により平行光を所定の収束光に変換し、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射させる。なお、この焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが設けてある。
第２の反射領域２ｂ２は、試料配置部２ｃで全反射された所定の発散光を更に反射する。この反射により発散光を平行光に変換し、平行光を第２２反射面３３に入射させる。
【００４５】
すなわち、平行光は、第１プリズム部１０ａの入射面２ａを介して、第１プリズム部１０ａの内部に入射する。この平行光は、第１反射面３１と第２１反射面３２で反射して、第２プリズム部２０の内部に入射する。第２プリズム部２０の放物形状の反射面２ｂ、より具体的には、第１の反射領域２ｂ１は入射した平行光を反射する。この反射により、平行光は、所定範囲の連続した入射角の入射光に変換される。なお、この所定の範囲には、全反射する角度が含まれている。このように変換された光は、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。この焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが設けてある。試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）で全反射した光は発散光となって、第２の反射領域２ｂ２に入射する。第２の反射領域２ｂ２は発散光を反射して平行光に変換する。この平行光は、第２２反射面３３と第３反射面３４で反射して、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから外部に出射する。
【００４６】
また、第１プリズム部１０ａと第２プリズム部２０では、第１反射面３１と第２１反射面３２が対向するように接合されている。また、第３プリズム部１０ｂと第２放物板状プリズム部２０では、第３反射面３４と第２２反射面３３が対向するように接合されている。そして、第１プリズム部１０ａと第２プリズム部１０ｂは、第２プリズム部２０の同じ側に配置されている。
【００４７】
光源ユニット１は、出射した平行光を第１プリズム部１０ａの入射面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、第３プリズム部１０ｂの出射面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。
【００４８】
このように構成された第１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１プリズム部１０ａの入射面２ａに垂直に入射する。入射面２ａを透過して第１プリズム部１０ａの内部に入射した平行光は、平行光のまま第１反射面３１により鉛直方向に反射される。この平行光は、更に第２プリズム部２０の第２１反射面３２により水平方向に反射される。これにより、平行光は第２プリズム部２０内に伝播する。そして、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、第１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。
【００４９】
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、第２プリズム部２０の第２１反射面３２、試料配置部２ｃ及び第２２反射面３３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２ｂ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。
【００５０】
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、第２の反射領域２ｂ２に向かう。そして、この反射光は、第２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、第２２反射面３３で鉛直方向に反射され、第３プリズム部１０ｂの第３反射面３４で水平方向に反射される。これにより、平行光は、第３プリズム部１０ｂの内部へ向けて伝播する。そして、平行光は第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから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。
【００５１】
このように、第１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が第１プリズム部１０ａの入射面２ａに対して垂直に入射するように、光源ユニット１とプリズム２が構成されている。そして、第１プリズム部１０ａの第１反射面３１と第２プリズム部２０の第２１反射面３２では、光線（入射した平行光の各光線）は平行光のまま偏向される。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た状態で第２プリズム部２０内部に導かれる。また、第２プリズム部２０における第１の反射領域２ｂ１は、入射した全ての光線（入射した平行光の各光線）を放物形状の反射面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、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて焦点位置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。
【００５２】
また、第２プリズム部２０における第２の反射領域２ｂ２は、焦点位置Ｐで全反射され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、焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換される。そして、第２プリズム部２０の第２２反射面３３と第３プリズム部１０ｂの第３反射面３４では、変換された光は平行光のまま偏向される。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行の状態が保持された状態で、第３プリズム部１０ｂ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。そして、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄは、入射した平行光を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。
【００５３】
即ち、第１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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１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１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。
【００５６】
このように、第１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。
【００５７】
また、第１プリズム部１０ａの入射面２ａへ入射する入射光と、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから出射する出射光は、いずれも試料配置部２ｃを含む平面の延長面上を通ることがない。すなわち、入射面２ａ及び出射面２ｄは試料配置部２ｃとは反対側であり、湾曲形状の反射面２ｂと同じ側に位置している。しかも、入射面２ａへ入射する入射光と出射面２ｄから出射する出射光は平行である。よって、試料配置部２ｃの設置方法の自由度が高まり操作性を高めた光学ユニットとすることができる。
【００５８】
なお、図示した例では第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂを、一枚の矩形板状の入射・出射用プリズム部１０により構成されている例を示したが、第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂは完全に別体で構成してあってもよい。また、説明の便宜上プリズム２を、各プリズム部に分けそれらを組み立てるようにしてあるが、これらのプリズム部が初めから一体で形成されていてもよい。
【００５９】
なお、入射・出射用プリズム部１０と第２プリズム部２０の接合面に、スリット（遮光部材）を設けるのが好ましい。このスリットを配置する部分としては、例えば、第１反射面３１で偏向された光が第２１反射面３２に向かう光路部分、あるいは、第２２反射面３３で偏向された光が第３反射面３４に向かう光路部分がある。
【００６０】
第２実施形態
図７及び図８は上記第１実施形態の変形例を示したものである。ここでは、第１実施形態の第２プリズム部２０を第２１プリズム部２１と、第２２プリズム部２２により構成する。第２１プリズム部２１は、半ドーナツ形の放物板状を有する。また、第２２プリズム部２２は半円形である。第２２プリズム部２２は、試料配置部２ｃのみを有する。そして、第２２プリズム部２２は、第２１プリズム部２１から取り外し可能な構成とする。このような構成にすると、光学ユニット全体を動かしたりせずに、試料のみを簡単に交換することができる。したがって、試料を交換するたびに光学ユニットを再調整する必要がなくなり、効率的に測定が行える。
【００６１】
第３実施形態
図９〜図１４は本発明の第３実施形態にかかる光学ユニットを示す図である。図９は本発明の光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第１プリズム部の平面図、（ｂ）は第２プリズム部の平面図、（ｃ）は第３プリズム部の平面図である。図１０は図９のプリズムの平面図である。図１１は図９のプリズムの正面図である。図１２は図９のプリズムの外観の斜視図である。図１３は図９のプリズムを組み立てた状態での光路を示す斜視図である。図１４は図９のプリズムの光路を示す説明図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同じ構成要素については説明を適宜省略し、異なる点について説明する。
【００６２】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、第１プリズム部４０ａと、第３プリズム部４０ｂと、第２プリズム部２０より構成されている。第１プリズム部４０ａと第３プリズム部４０ｂは、三角板状になっている。また、第２プリズム部２０は放物板状になっている。そして、第１プリズム部４０ａは第２プリズム部２０の下方に位置し、第３プリズム部４０ｂは、第２プリズム部２０の上方に位置している。また、第２プリズム部２０は湾曲形状（放物形状）の反射面２ｂを有し、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成されている。そして、これら各プリズム部は全て同一の媒質の透明部材で構成されている。
【００６３】
第１プリズム部４０ａは、入射面２ａと、反射面４１と、第１反射面（第１平面反射面）３１を有している。反射面４１は、入射面２ａ及び第１反射面３１と対向する位置に配置されている。ここで、第１反射面３１は、第１仮想面Ｐ１と交わるように配置されている。具体的には、第１反射面３１は、その面の法線と第１仮想面Ｐ１とのなす角度が４５度となるように配置されている。
【００６４】
光源ユニット１から出射した平行光は、入射面２ａを介して第１プリズム部４０ａに入射する。入射した平行光は第１プリズム部４０ａの内部を水平に伝播して、反射面４１に入射する。反射面４１は、平行光を水平に９０度偏向させるように配置されている。反射面４１により偏向された平行光は第１反射面３１に入射する。第１反射面３１は、その反射面を第２プリズム部２０側に向けて配置されている。よって、第１反射面３１は、この平行光を第２プリズム部２０内へ向けて鉛直方向に反射する。
【００６５】
第１実施形態と同じように、第２プリズム部２０は、湾曲形状の反射面２ｂ（第１の反射領域２ｂ１と第２の反射領域２ｂ２）、試料配置部（平面部）２ｃ及び平面反射面（第２１反射面３２と第２２反射面３３）を有する。
【００６６】
本実施形態では、第２１反射面３２と第２２反射面３３は、反射面が直交するように配置されている。よって、平行光が進行する向きは、第１反射面３１から第２１反射面３２への向きと、第２２反射面３３から第３反射面３４への向きとで同じになる。
【００６７】
第３プリズム部４０ｂは、出射面２ｄと、反射面４２と、第３反射面（第３平面反射面）３４を有している。反射面４２は、第３反射面３４及び出射面２ｄと対向する位置に配置されている。第３反射面３４は、第３仮想面Ｐ３と交わるように配置されている。具体的には、第３反射面３４は、その面の法線と第３仮想面Ｐ３とのなす角度が４５度となるように配置されている。
【００６８】
第３反射面３４は、第２２反射面３３からの平行光を水平方向（第３仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第３プリズム部４０ｂ内に伝播する。第３プリズム部４０ｂの内部を伝播してきた光は、反射面４２に入射する。反射面４２は、平行光を水平に９０度偏向させるように配置されている。反射面４２により偏向された平行光は、出射面２ｄを介して外部に出射する。
【００６９】
このように、本実施形態の光学ユニットでは、第１仮想面と第２仮想面が所定の間隔で位置するように、入射面２ａ、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２が設けられている。また、第３仮想面と第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、出射面２ｄが設けられている。そして、第１仮想面と第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、入射面２ａと出射面２ｄが設けられている。
【００７０】
また、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部２０では、第１反射面３１と第２１反射面３２が対向するように接合されている。また、第３プリズム部４０ｂと第２プリズム部２０では、第３反射面３４と第２２反射面３３が対向するように接合されている。そして、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部４０ｂは、第２プリズム部２０を挟んで、上下の位置に配置されている。
【００７１】
このように構成された第３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１プリズム部４０ａの入射面２ａに垂直に入射する。入射面２ａを透過して第１プリズム部４０ａの内部に入射した平行光は、平行光のまま反射面４１で向きを変え、第１反射面３１により鉛直方向に反射される。この平行光は、更に第２プリズム部２０の第２１反射面３２により水平方向に反射される。これにより、平行光は第２プリズム部２０内に伝播する。そして、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、第１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。
【００７２】
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、第２プリズム部２０の第２１反射面３２、試料配置部２ｃ及び第２２反射面３３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２ｂ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。
【００７３】
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、第２の反射領域２ｂ２に向かう。そして、この反射光は、第２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、第２２反射面３３で鉛直方向に反射され、第３プリズム部４０ｂの第３反射面３４で水平方向に反射される。これにより、平行光は、第３プリズム部４０ｂの内部を伝播する。そして、平行光は反射面４２で向きを変え、出射面２ｄから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。
【００７４】
このように、第３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が第１プリズム部４０ａの入射面２ａに対して垂直に入射するように、光源ユニット１とプリズム２が構成されている。そして、第１プリズム部４０ａの反射面４１及び第１の反射面３１と第２プリズム部２０の第２１反射面３２では、光線（入射した平行光の各光線）は平行光のまま偏向される。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た状態で第２プリズム部２０内部に導かれる。また、第２プリズム部２０における第１の反射領域２ｂ１は、入射した全ての光線（入射した平行光の各光線）を放物形状の反射面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、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて焦点位置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。
【００７５】
また、第２プリズム部２０における第２の反射領域２ｂ２は、焦点位置Ｐで全反射され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、焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換される。そして、第２プリズム部２０の第２２反射面３３と第３プリズム部４０ｂの反射面４２及び第３反射面３４では、変換された光は平行光のまま偏向される。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行の状態が保持された状態で、第３プリズム部４０ｂ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。そして、第３プリズム部４０ｂの出射面２ｄは、入射した平行光を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。
【００７６】
即ち、第３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。
【００７７】
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。
【００７８】
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３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３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。
【００７９】
このように、第３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。
【００８０】
なお、本実施形態では、第１プリズム部４０ａの入射面２ａと、第３プリズム部４０ｂの出射面２ｄを、いずれも試料配置部２ｃを含む平面の延長面上と直交するようにし、しかも、第１プリズム部４０ａと第３プリズム部４０ｂを、第２プリズム部２０を挟んでその上下に配置するようにしたので、光学ユニット全体を小型化できる。
【００８１】
なお、図示した例では、第１プリズム部４０ａと、第３プリズム部４０ｂと、第２プリズム部２０の三個のプリズム部によりプリズム２が構成される例を示したが、これは説明の便宜のために三部品に分割したのであり、これらが初めから一体化されたものであってもよい。
また、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部２０の接合面に、スリット（遮光部材）を設けるのが好ましい。このスリットを配置する部分としては、例えば、第１反射面３１で偏向された光が第２１反射面３２に向かう光路部分、あるいは、第２２反射面３３で偏向された光が第３反射面３４に向かう光路部分がある。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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】
【００８３】
【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１実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第２プリズム部の平面図であり、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の平面図である。
【図３】図２のプリズムの斜視図であって、（ａ）は第２プリズム部であり、（ｂ）は入射・出射用プリズム部、（ｃ）は第１仮想面、第２仮想面及び第３仮想面を示す図である。
【図４】図２のプリズムを組み立てた状態を示す斜視図である。
【図５】図２のプリズムの光路を示す説明図である。
【図６】図２のプリズムを用いた本発明の光学ユニットの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの斜視図である。
【図８】図７のプリズムの平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第１プリズム部の平面図、（ｂ）は第２プリズム部の平面図、（ｃ）は第３プリズム部の平面図である。
【図１０】図９のプリズムの平面図である。
【図１１】図９のプリズムの正面図である。
【図１２】図９のプリズムの外観の斜視図である。
【図１３】図９のプリズムを組み立てた状態での光路を示す斜視図である。
【図１４】図９のプリズムの光路を示す説明図である。
【図１５】従来の試料分析装置の一例を示す概略構成図である。
【図１６】従来の試料分析装置の他例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
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１の反射領域
２ｂ２ 第２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
１０ 入射・出射用プリズム部
１０ａ 第１プリズム部
１０ｂ 第３プリズム部
２０ 第２プリズム部
２１ 第２１プリズム部
２２ 第２２プリズム部
３１ 第１反射面（第１平面反射面）
３２ 第２１反射面
３３ 第２２反射面
３４ 第３反射面（第３平面反射面）
４０ａ 第１プリズム部
４０ｂ 第３プリズム部
４１ 反射面
４２ 反射面
Ｐ１ 第１仮想面
Ｐ２ 第２仮想面
Ｐ３ 第３仮想面
Ｐ 焦点位置
【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、前記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（表面プラズモンセンサー）として、次の特許文献１に記載のものが開示されている。
【０００６】
特許文献１の試料分析装置は、例えば図１５に示すように、誘電体であるガラスから形成された三角柱形のプリズムＡと、このプリズムＡの下面Ａａと間隔をおいて対面するように配置されていてプリズムＡ側の表面上に試料Ｂが載置される金属膜Ｃと、１本の光ビームＤを発生させる光源と、前記光ビームＤをプリズムＡに通しその下面Ａａに対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記プリズムの下面Ａａで全反射した光ビームＤの光量を検出する光検出手段Ｅから構成されている。
【０００７】
あるいは、図１６に示すように、プリズムを上記図１５の三角柱形プリズムＡに代えてプリズムを半球形プリズムＦとし、このプリズムＦの下面Ｆａと間隔をおいて対面するように配置されていてプリズムＦ側の表面上に試料Ｂが載置される金属膜Ｃと、１本の光ビームＤを発生させる光源と、前記光ビームＤをプリズムＦに通しその下面Ｆａに対して、全反射角を含む種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記プリズムの下面Ｆａで全反射した光ビームＤの光量を検出する光検出手段Ｅから構成されている。
【特許文献１】特許第３３４３０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の試料分析装置では、プリズムへ入射する入射光がプリズムに入射する際に屈折し、また、プリズムから出射する出射光がプリズムから出射する際にも屈折するため、計測点や集光点で収差が発生する。
【０００９】
例えば、図１５に示す三角柱形プリズムの場合は、収束光を入射させても入射面に対して入射角度が大きいと収差が生じ、角度分布に誤差が生じる。また、図１６に示す半円球形プリズムの場合は、平行光束を入射させると収差が生じる。
【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プリズムでの収差の発生を抑え、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。さらに、操作性のよい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前記受光素子列に到るまでの光路中に配置された反射光学部材を有し、前記反射光学部材は、前記平行光が入射する位置に設けられた入射面と、前記入射面を通過した前記平行光を反射させる第１湾曲反射面と、前記第１湾曲反射面と対向する位置に設けられた平面部と、前記第１湾曲反射面と離れた位置であって、前記平面部と対向する位置に設けられた第２湾曲反射面と、前記第２湾曲反射面で反射した光を出射させる出射面を有し、前記平行光の中心光線を含み、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面と直交する面を第２仮想面、前記平行光の中心光線を含み、前記入射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第１仮想面としたとき、前記第１仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で位置するように、前記入射面、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面が設けられていることを特徴と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、前記平行光の中心光線を含み、前記出射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第３仮想面としたとき、前記第３仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と前記第３仮想面が重なるように、前記入射面と前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と前記第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記入射面と前記出射面が設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記第１仮想面と交わる位置に設けられた第１平面反射面と、前記第２仮想面と交わる位置に設けられ、第１反射部と第２反射部を有する第２平面反射面と、前記第３仮想面と交わる位置に設けられた第３平面反射面を有し、
該第１平面反射面と前記第１反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置され、前記第２平面反射面は、前記第１湾曲反射面と前記第２湾曲反射面の両方と対向するように設けられ、該第３平面反射面と前記第２反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して平行となるように構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して直交するように構成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記入射面から前記第１平面反射面に到る光路中と、前記第３平面反射面から前記出射面に到る光路中に、それぞれ反射面が設けられていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記反射光学部材は中実の透明部材で構成されていることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記反射光学部材は少なくとも２つの前記透明部材で構成され、一方の透明部材が前記平面部のみを含む部材であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の光学ユニットにおいては、前記平面部に金属膜が蒸着されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
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。また、プリズムへの入射光の入射面及び出射光の出射面を試料配置部と異なる面上となるようにしたので、光源ユニットと受光素子列を試料配置部とは異なる側に配置でき、操作性が向上し適用範囲が広くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。なお、個々の反射面を独立して配置することができるのであれば、必ずしもプリズムを用いる必要はない。
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。
【００２４】
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（平面部）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（第１湾曲反射面及び第２湾曲反射面）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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
そして、試料配置部２ｃで全反射した光の進行方向に、別の湾曲形状の反射面を設ける。この別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。別の湾曲形状の反射面が湾曲形状の反射面２ｂと別体の場合、湾曲形状の反射面２ｂが第１の湾曲反射面になり、別の湾曲形状の反射面が第２の湾曲反射面になる。試料配置部２ｃで全反射した光は、別の湾曲形状の反射面で反射される。別の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は、別の湾曲形状の反射面で反射された平行光を、プリズム２の外部に出射させるように構成されている。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及び出射面２ｄは試料配置部２ｃとは反対側、すなわち、湾曲形状の反射面２ｂ（及び別の湾曲状の反射面）と同じ側に位置するようにプリズム２を構成する。ただし、入射面２ａから試料配置部２ｃに到るまでの間、試料配置部２ｃから出射面２ｄに到るまでの間に反射面を設けるようにしてもよい。このようにすれば、試料配置部２ｃと入射面２ａの位置関係、試料配置部２ｃと出射面２ｄの位置関係を自由に設定することができる。
【００２７】
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、別の湾曲形状の反射面で反射して平行光となり出射面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。
【００２８】
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。すなわち、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２ｂの焦点位置に入射する。焦点位置に入射した光は、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、別の湾曲形状の反射面で反射して平行光となる。出射面２ｄは、この平行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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１実施形態
図２〜図６は本発明の第１実施形態にかかる光学ユニットを示す図である。図２は本発明の光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第２プリズム部の平面図、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の平面図である。図３は図２のプリズムの斜視図であり、（ａ）は第２プリズム部の斜視図、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の斜視図、（ｃ）は第１仮想面、第２仮想面及び第３仮想面を示す図である。図４は図２のプリズムを組み立てた状態を示す斜視図である。図５は図２のプリズムの光路を示す説明図である。図６は図２のプリズムを用いた本発明の光学ユニットの一例を示す斜視図である。
【００３５】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、入射・出射用プリズム部１０と、第２プリズム部２０より構成されている。入射・出射用プリズム部１０は第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂとを備えている。第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂは、いずれも矩形板状になっている。また、第２プリズム部２０は放物板状になっている。そして、入射・出射用プリズム部１０は、第２プリズム部２０の下方に位置している。また、第２プリズム部２０は湾曲形状（放物形状）の反射面２ｂを有し、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成されている。そして、これら各プリズム部は全て同一の媒質の透明部材で構成されている。
【００３６】
第１プリズム部１０ａは、入射面２ａと第１反射面（第１平面反射面）３１を有している。第１反射面３１は、第１仮想面Ｐ１と交わるように、入射面２ａに対向して配置されている。具体的には、第１反射面３１は、その面の法線と第１仮想面Ｐ１とのなす角度が４５度となるように配置されている。ここで、図３（ｃ）に示すように、第１仮想面Ｐ１は、平行光の中心光線を含み、入射面２ａと直交すると共に第２仮想面Ｐ２と平行な面である。なお、第２仮想面Ｐ２については後述する。
【００３７】
光源ユニット１から出射した平行光は、入射面２ａを介して第１プリズム部１０ａに入射する。入射した平行光は第１プリズム部１０ａの内部を水平に伝播して、第１反射面３１に入射する。第１反射面３１は、その反射面を第２プリズム部２０側に向けて配置されている。よって、第１反射面３１は、この平行光を第２プリズム部２０内へ向けて鉛直方向に反射する。
【００３８】
第２プリズム部２０は、湾曲形状の反射面２ｂと試料配置部（平面部）２ｃを有する。湾曲形状の反射面２ｂは放物形状となっている。よって、以下の説明では、湾曲形状の反射面２ｂを、湾曲形状の反射面２ｂと称する。放物形状の反射面２ｂは、第１の反射領域（第１湾曲反射面）２ｂ１と、第２の反射領域（第２湾曲反射面）２ｂ２を有している。また、試料配置部２ｃは、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに設けてある。そして、試料配置部２ｃと同じ側に平面反射面（第２平面反射面）が設けられている。
【００３９】
この第２平面反射面は第２仮想面Ｐ２と交わる位置に設けられ、第２１反射面（第１反射部）３２と第２２反射面（第２反射部）３３を有する。第２１反射面３２と第２２反射面３３は、試料配置部２ｃを挟んで対称な位置に配置されている。なお、図３（ｃ）に示すように、第２仮想面Ｐ２は、平行光の中心光線を含み、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２と直交する面である。
【００４０】
第２１反射面３２と第１反射面３１は、互いの法線が直交するように対向して配置されている。第２１反射面３２は、第１反射面３１からの平行光を水平方向（第２仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第２プリズム部２０内に伝播する。また、第２２反射面３３と第３反射面３４（第３平面反射面）は、互いの法線が直交するように対向して配置されている。よって、第２２反射面３３は、放物形状の反射面２ｂからの光束を第３反射面３４へ向けて鉛直方向に反射する。本実施形態では、第２１反射面３２と第２２反射面３３は、反射面が平行になるように配置されている。よって、平行光が進行する向きは、第１反射面３１から第２１反射面３２への向きと、第２２反射面３３から第３反射面３４への向きとで正反対になる。
【００４１】
第３プリズム部１０ｂは、出射面２ｄと第３反射面３４（第３平面反射面）を有している。第３反射面３４は、第３仮想面Ｐ３と交わるように、出射面２ｄに対向して配置されている。具体的には、第３反射面３４は、その面の法線と第３仮想面Ｐ３とのなす角度が４５度となるように配置されている。ここで、図３（ｃ）に示すように、第３仮想面Ｐ３は、平行光の中心光線を含み、出射面２ｄと直交すると共に第２仮想面Ｐ２と平行な面である。
【００４２】
第３反射面３４は、第２２反射面３３からの平行光を水平方向（第３仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第３プリズム部１０ｂ内に伝播する。第３プリズム部１０ｂの内部を伝播してきた平行光は、出射面２ｄを介して外部に出射する。
【００４３】
このように、本実施形態の光学ユニットでは、第１仮想面Ｐ１と第２仮想面Ｐ２が所定の間隔で位置するように、入射面２ａ、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２が設けられている。また、第３仮想面Ｐ３と第２仮想面Ｐ２が所定の間隔で離れて位置するように、出射面２ｄが設けられている。そして、第１仮想面Ｐ１と第３仮想面Ｐ３が重なるように、入射面２ａと出射面２ｄが設けられている。
【００４４】
上述のように、第２プリズム部２０の放物形状の反射面２ｂは、第１の反射領域２ｂ１と、第２の反射領域２ｂ２を有している。
第１の反射領域２ｂ１は、第２１反射面３２で反射された平行光を更に反射する。この反射により平行光を所定の収束光に変換し、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射させる。なお、この焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが設けてある。
第２の反射領域２ｂ２は、試料配置部２ｃで全反射された所定の発散光を更に反射する。この反射により発散光を平行光に変換し、平行光を第２２反射面３３に入射させる。
【００４５】
すなわち、平行光は、第１プリズム部１０ａの入射面２ａを介して、第１プリズム部１０ａの内部に入射する。この平行光は、第１反射面３１と第２１反射面３２で反射して、第２プリズム部２０の内部に入射する。第２プリズム部２０の放物形状の反射面２ｂ、より具体的には、第１の反射領域２ｂ１は入射した平行光を反射する。この反射により、平行光は、所定範囲の連続した入射角の入射光に変換される。なお、この所定の範囲には、全反射する角度が含まれている。このように変換された光は、放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐに入射する。この焦点位置Ｐには試料配置部２ｃが設けてある。試料配置部２ｃ（放物形状の反射面２ｂの焦点位置Ｐ）で全反射した光は発散光となって、第２の反射領域２ｂ２に入射する。第２の反射領域２ｂ２は発散光を反射して平行光に変換する。この平行光は、第２２反射面３３と第３反射面３４で反射して、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから外部に出射する。
【００４６】
また、第１プリズム部１０ａと第２プリズム部２０では、第１反射面３１と第２１反射面３２が対向するように接合されている。また、第３プリズム部１０ｂと第２放物板状プリズム部２０では、第３反射面３４と第２２反射面３３が対向するように接合されている。そして、第１プリズム部１０ａと第２プリズム部１０ｂは、第２プリズム部２０の同じ側に配置されている。
【００４７】
光源ユニット１は、出射した平行光を第１プリズム部１０ａの入射面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、第３プリズム部１０ｂの出射面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。
【００４８】
このように構成された第１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１プリズム部１０ａの入射面２ａに垂直に入射する。入射面２ａを透過して第１プリズム部１０ａの内部に入射した平行光は、平行光のまま第１反射面３１により鉛直方向に反射される。この平行光は、更に第２プリズム部２０の第２１反射面３２により水平方向に反射される。これにより、平行光は第２プリズム部２０内に伝播する。そして、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、第１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。
【００４９】
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、第２プリズム部２０の第２１反射面３２、試料配置部２ｃ及び第２２反射面３３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２ｂ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。
【００５０】
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、第２の反射領域２ｂ２に向かう。そして、この反射光は、第２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、第２２反射面３３で鉛直方向に反射され、第３プリズム部１０ｂの第３反射面３４で水平方向に反射される。これにより、平行光は、第３プリズム部１０ｂの内部へ向けて伝播する。そして、平行光は第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから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。
【００５１】
このように、第１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が第１プリズム部１０ａの入射面２ａに対して垂直に入射するように、光源ユニット１とプリズム２が構成されている。そして、第１プリズム部１０ａの第１反射面３１と第２プリズム部２０の第２１反射面３２では、光線（入射した平行光の各光線）は平行光のまま偏向される。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た状態で第２プリズム部２０内部に導かれる。また、第２プリズム部２０における第１の反射領域２ｂ１は、入射した全ての光線（入射した平行光の各光線）を放物形状の反射面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、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて焦点位置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。
【００５２】
また、第２プリズム部２０における第２の反射領域２ｂ２は、焦点位置Ｐで全反射され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、焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換される。そして、第２プリズム部２０の第２２反射面３３と第３プリズム部１０ｂの第３反射面３４では、変換された光は平行光のまま偏向される。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行の状態が保持された状態で、第３プリズム部１０ｂ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。そして、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄは、入射した平行光を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。
【００５３】
即ち、第１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。
【００５４】
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。
【００５５】
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１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１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。
【００５６】
このように、第１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。
【００５７】
また、第１プリズム部１０ａの入射面２ａへ入射する入射光と、第３プリズム部１０ｂの出射面２ｄから出射する出射光は、いずれも試料配置部２ｃを含む平面の延長面上を通ることがない。すなわち、入射面２ａ及び出射面２ｄは試料配置部２ｃとは反対側であり、湾曲形状の反射面２ｂと同じ側に位置している。しかも、入射面２ａへ入射する入射光と出射面２ｄから出射する出射光は平行である。よって、試料配置部２ｃの設置方法の自由度が高まり操作性を高めた光学ユニットとすることができる。
【００５８】
なお、図示した例では第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂを、一枚の矩形板状の入射・出射用プリズム部１０により構成されている例を示したが、第１プリズム部１０ａと第３プリズム部１０ｂは完全に別体で構成してあってもよい。また、説明の便宜上プリズム２を、各プリズム部に分けそれらを組み立てるようにしてあるが、これらのプリズム部が初めから一体で形成されていてもよい。
【００５９】
なお、入射・出射用プリズム部１０と第２プリズム部２０の接合面に、スリット（遮光部材）を設けるのが好ましい。このスリットを配置する部分としては、例えば、第１反射面３１で偏向された光が第２１反射面３２に向かう光路部分、あるいは、第２２反射面３３で偏向された光が第３反射面３４に向かう光路部分がある。
【００６０】
第２実施形態
図７及び図８は上記第１実施形態の変形例を示したものである。ここでは、第１実施形態の第２プリズム部２０を第２１プリズム部２１と、第２２プリズム部２２により構成する。第２１プリズム部２１は、半ドーナツ形の放物板状を有する。また、第２２プリズム部２２は半円形である。第２２プリズム部２２は、試料配置部２ｃのみを有する。そして、第２２プリズム部２２は、第２１プリズム部２１から取り外し可能な構成とする。このような構成にすると、光学ユニット全体を動かしたりせずに、試料のみを簡単に交換することができる。したがって、試料を交換するたびに光学ユニットを再調整する必要がなくなり、効率的に測定が行える。
【００６１】
第３実施形態
図９〜図１４は本発明の第３実施形態にかかる光学ユニットを示す図である。図９は本発明の光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第１プリズム部の平面図、（ｂ）は第２プリズム部の平面図、（ｃ）は第３プリズム部の平面図である。図１０は図９のプリズムの平面図である。図１１は図９のプリズムの正面図である。図１２は図９のプリズムの外観の斜視図である。図１３は図９のプリズムを組み立てた状態での光路を示す斜視図である。図１４は図９のプリズムの光路を示す説明図である。なお、本実施形態では、第１実施形態と同じ構成要素については説明を適宜省略し、異なる点について説明する。
【００６２】
本実施形態の光学ユニットでは、プリズム２は、第１プリズム部４０ａと、第３プリズム部４０ｂと、第２プリズム部２０より構成されている。第１プリズム部４０ａと第３プリズム部４０ｂは、三角板状になっている。また、第２プリズム部２０は放物板状になっている。そして、第１プリズム部４０ａは第２プリズム部２０の下方に位置し、第３プリズム部４０ｂは、第２プリズム部２０の上方に位置している。また、第２プリズム部２０は湾曲形状（放物形状）の反射面２ｂを有し、且つ、全体が略カマボコ形状（略半円筒形状）に形成されている。そして、これら各プリズム部は全て同一の媒質の透明部材で構成されている。
【００６３】
第１プリズム部４０ａは、入射面２ａと、反射面４１と、第１反射面（第１平面反射面）３１を有している。反射面４１は、入射面２ａ及び第１反射面３１と対向する位置に配置されている。ここで、第１反射面３１は、第１仮想面Ｐ１と交わるように配置されている。具体的には、第１反射面３１は、その面の法線と第１仮想面Ｐ１とのなす角度が４５度となるように配置されている。
【００６４】
光源ユニット１から出射した平行光は、入射面２ａを介して第１プリズム部４０ａに入射する。入射した平行光は第１プリズム部４０ａの内部を水平に伝播して、反射面４１に入射する。反射面４１は、平行光を水平に９０度偏向させるように配置されている。反射面４１により偏向された平行光は第１反射面３１に入射する。第１反射面３１は、その反射面を第２プリズム部２０側に向けて配置されている。よって、第１反射面３１は、この平行光を第２プリズム部２０内へ向けて鉛直方向に反射する。
【００６５】
第１実施形態と同じように、第２プリズム部２０は、湾曲形状の反射面２ｂ（第１の反射領域２ｂ１と第２の反射領域２ｂ２）、試料配置部（平面部）２ｃ及び平面反射面（第２１反射面３２と第２２反射面３３）を有する。
【００６６】
本実施形態では、第２１反射面３２と第２２反射面３３は、反射面が直交するように配置されている。よって、平行光が進行する向きは、第１反射面３１から第２１反射面３２への向きと、第２２反射面３３から第３反射面３４への向きとで同じになる。
【００６７】
第３プリズム部４０ｂは、出射面２ｄと、反射面４２と、第３反射面（第３平面反射面）３４を有している。反射面４２は、第３反射面３４及び出射面２ｄと対向する位置に配置されている。第３反射面３４は、第３仮想面Ｐ３と交わるように配置されている。具体的には、第３反射面３４は、その面の法線と第３仮想面Ｐ３とのなす角度が４５度となるように配置されている。
【００６８】
第３反射面３４は、第２２反射面３３からの平行光を水平方向（第３仮想面内）に反射する。これにより、平行光が第３プリズム部４０ｂ内に伝播する。第３プリズム部４０ｂの内部を伝播してきた光は、反射面４２に入射する。反射面４２は、平行光を水平に９０度偏向させるように配置されている。反射面４２により偏向された平行光は、出射面２ｄを介して外部に出射する。
【００６９】
このように、本実施形態の光学ユニットでは、第１仮想面と第２仮想面が所定の間隔で位置するように、入射面２ａ、第１の反射領域２ｂ１、試料配置部２ｃ及び第２の反射領域２ｂ２が設けられている。また、第３仮想面と第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、出射面２ｄが設けられている。そして、第１仮想面と第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、入射面２ａと出射面２ｄが設けられている。
【００７０】
また、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部２０では、第１反射面３１と第２１反射面３２が対向するように接合されている。また、第３プリズム部４０ｂと第２プリズム部２０では、第３反射面３４と第２２反射面３３が対向するように接合されている。そして、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部４０ｂは、第２プリズム部２０を挟んで、上下の位置に配置されている。
【００７１】
このように構成された第３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１プリズム部４０ａの入射面２ａに垂直に入射する。入射面２ａを透過して第１プリズム部４０ａの内部に入射した平行光は、平行光のまま反射面４１で向きを変え、第１反射面３１により鉛直方向に反射される。この平行光は、更に第２プリズム部２０の第２１反射面３２により水平方向に反射される。これにより、平行光は第２プリズム部２０内に伝播する。そして、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、第１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。
【００７２】
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、第２プリズム部２０の第２１反射面３２、試料配置部２ｃ及び第２２反射面３３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２ｂ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。
【００７３】
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、第２の反射領域２ｂ２に向かう。そして、この反射光は、第２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、第２２反射面３３で鉛直方向に反射され、第３プリズム部４０ｂの第３反射面３４で水平方向に反射される。これにより、平行光は、第３プリズム部４０ｂの内部を伝播する。そして、平行光は反射面４２で向きを変え、出射面２ｄから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。
【００７４】
このように、第３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が第１プリズム部４０ａの入射面２ａに対して垂直に入射するように、光源ユニット１とプリズム２が構成されている。そして、第１プリズム部４０ａの反射面４１及び第１の反射面３１と第２プリズム部２０の第２１反射面３２では、光線（入射した平行光の各光線）は平行光のまま偏向される。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た状態で第２プリズム部２０内部に導かれる。また、第２プリズム部２０における第１の反射領域２ｂ１は、入射した全ての光線（入射した平行光の各光線）を放物形状の反射面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、第２プリズム部２０の内部に入射した平行光は、所定の収束光に変換されて焦点位置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。
【００７５】
また、第２プリズム部２０における第２の反射領域２ｂ２は、焦点位置Ｐで全反射され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、焦点位置Ｐで全反射した光は、平行光に変換される。そして、第２プリズム部２０の第２２反射面３３と第３プリズム部４０ｂの反射面４２及び第３反射面３４では、変換された光は平行光のまま偏向される。よって、平行光を構成する各光線は、いずれも平行の状態が保持された状態で、第３プリズム部４０ｂ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。そして、第３プリズム部４０ｂの出射面２ｄは、入射した平行光を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。
【００７６】
即ち、第３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。
【００７７】
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。
【００７８】
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３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３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。
【００７９】
このように、第３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。
【００８０】
なお、本実施形態では、第１プリズム部４０ａの入射面２ａと、第３プリズム部４０ｂの出射面２ｄを、いずれも試料配置部２ｃを含む平面の延長面上と直交するようにし、しかも、第１プリズム部４０ａと第３プリズム部４０ｂを、第２プリズム部２０を挟んでその上下に配置するようにしたので、光学ユニット全体を小型化できる。
【００８１】
なお、図示した例では、第１プリズム部４０ａと、第３プリズム部４０ｂと、第２プリズム部２０の三個のプリズム部によりプリズム２が構成される例を示したが、これは説明の便宜のために三部品に分割したのであり、これらが初めから一体化されたものであってもよい。
また、第１プリズム部４０ａと第２プリズム部２０の接合面に、スリット（遮光部材）を設けるのが好ましい。このスリットを配置する部分としては、例えば、第１反射面３１で偏向された光が第２１反射面３２に向かう光路部分、あるいは、第２２反射面３３で偏向された光が第３反射面３４に向かう光路部分がある。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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】
【００８３】
【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１実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第２プリズム部の平面図であり、（ｂ）は入射・出射用プリズム部の平面図である。
【図３】図２のプリズムの斜視図であって、（ａ）は第２プリズム部であり、（ｂ）は入射・出射用プリズム部、（ｃ）は第１仮想面、第２仮想面及び第３仮想面を示す図である。
【図４】図２のプリズムを組み立てた状態を示す斜視図である。
【図５】図２のプリズムの光路を示す説明図である。
【図６】図２のプリズムを用いた本発明の光学ユニットの一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの斜視図である。
【図８】図７のプリズムの平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる光学ユニットに用いるプリズムの分解図であり、（ａ）は第１プリズム部の平面図、（ｂ）は第２プリズム部の平面図、（ｃ）は第３プリズム部の平面図である。
【図１０】図９のプリズムの平面図である。
【図１１】図９のプリズムの正面図である。
【図１２】図９のプリズムの外観の斜視図である。
【図１３】図９のプリズムを組み立てた状態での光路を示す斜視図である。
【図１４】図９のプリズムの光路を示す説明図である。
【図１５】従来の試料分析装置の一例を示す概略構成図である。
【図１６】従来の試料分析装置の他例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
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１の反射領域
２ｂ２ 第２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
１０ 入射・出射用プリズム部
１０ａ 第１プリズム部
１０ｂ 第３プリズム部
２０ 第２プリズム部
２１ 第２１プリズム部
２２ 第２２プリズム部
３１ 第１反射面（第１平面反射面）
３２ 第２１反射面
３３ 第２２反射面
３４ 第３反射面（第３平面反射面）
４０ａ 第１プリズム部
４０ｂ 第３プリズム部
４１ 反射面
４２ 反射面
Ｐ１ 第１仮想面
Ｐ２ 第２仮想面
Ｐ３ 第３仮想面
Ｐ 焦点位置
【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前記受光素子列に到るまでの光路中に配置された反射光学部材を有し、
前記反射光学部材は、前記平行光が入射する位置に設けられた入射面と、前記入射面を通過した前記平行光を反射させる第１湾曲反射面と、前記第１湾曲反射面と対向する位置に設けられた平面部と、前記第１湾曲反射面と離れた位置であって、前記平面部と対向する位置に設けられた第２湾曲反射面と、前記第２湾曲反射面で反射した光を出射させる出射面を有し、
前記平行光の中心光線を含み、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面と直交する面を第２仮想面、前記平行光の中心光線を含み、前記入射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第１仮想面としたとき、前記第１仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で位置するように、前記入射面、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面が設けられていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記平行光の中心光線を含み、前記出射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第３仮想面としたとき、前記第３仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記出射面が設けら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３】
前記第１仮想面と前記第３仮想面が重なるように、前記入射面と前記出射面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記第１仮想面と前記第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記入射面と前記出射面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記第１仮想面と交わる位置に設けられた第１平面反射面と、
前記第２仮想面と交わる位置に設けられ、第１反射部と第２反射部を有する第２平面反射面と、
前記第３仮想面と交わる位置に設けられた第３平面反射面を有し、
該第１平面反射面と前記第１反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置され、
前記第２平面反射面は、前記第１湾曲反射面と前記第２湾曲反射面の両方と対向するように設けられ、
該第３平面反射面と前記第２反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置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６】
前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して平行となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して直交するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記入射面から前記第１平面反射面に到る光路中と、前記第３平面反射面から前記出射面に到る光路中に、それぞれ反射面が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記反射光学部材は中実の透明部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記反射光学部材は少なくとも２つの前記透明部材で構成され、一方の透明部材が前記平面部のみを含む部材であることを特徴とする請求項９に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記平面部に金属膜が蒸着されていることを特徴とする請求項１〜１０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前記受光素子列に到るまでの光路中に配置された反射光学部材を有し、
前記反射光学部材は、前記平行光が入射する位置に設けられた入射面と、前記入射面を通過した前記平行光を反射させる第１湾曲反射面と、前記第１湾曲反射面と対向する位置に設けられた平面部と、前記第１湾曲反射面と離れた位置であって、前記平面部と対向する位置に設けられた第２湾曲反射面と、前記第２湾曲反射面で反射した光を出射させる出射面を有し、
前記平行光の中心光線を含み、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面と直交する面を第２仮想面、前記平行光の中心光線を含み、前記入射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第１仮想面としたとき、前記第１仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で位置するように、前記入射面、前記第１湾曲反射面、前記平面部及び前記第２湾曲反射面が設けられていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記平行光の中心光線を含み、前記出射面と直交すると共に前記第２仮想面と平行な面を第３仮想面としたとき、前記第３仮想面と前記第２仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記出射面が設けら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３】
前記第１仮想面と前記第３仮想面が重なるように、前記入射面と前記出射面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記第１仮想面と前記第３仮想面が所定の間隔で離れて位置するように、前記入射面と前記出射面が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記第１仮想面と交わる位置に設けられた第１平面反射面と、
前記第２仮想面と交わる位置に設けられ、第１反射部と第２反射部を有する第２平面反射面と、
前記第３仮想面と交わる位置に設けられた第３平面反射面を有し、
該第１平面反射面と前記第１反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置され、
前記第２平面反射面は、前記第１湾曲反射面と前記第２湾曲反射面の両方と対向するように設けられ、
該第３平面反射面と前記第２反射部は、互いの面の法線が直交するように対向して配置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６】
前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して平行となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記入射面に入射する前記平行光の中心光線と前記出射面から出射する前記平行光の中心光線が、前記平面部と直交する仮想線に対して直交するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記入射面から前記第１平面反射面に到る光路中と、前記第３平面反射面から前記出射面に到る光路中に、それぞれ反射面が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記反射光学部材は中実の透明部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記反射光学部材は少なくとも２つの前記透明部材で構成され、一方の透明部材が前記平面部のみを含む部材であることを特徴とする請求項９に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記平面部に金属膜が蒸着されていることを特徴とする請求項１〜１０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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２５５８０（Ｐ２０１０−２５５８０Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８３９９９（Ｐ２００８−１８３９９９）
【出願日】平成２０年７月１５日（２００８．７．１５）
【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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１５日（２００８．７．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]