分光装置
【課題】分光装置における光学部材の位置調整を容易化する。
【解決手段】本発明に係る分光装置１は、互いに異なる波長帯域特性を有する複数のダイクロイックミラーＤＭｎが配列された分光部５と、ダイクロイックミラーＤＭｎの各々に対向して設けられた複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋを有する波長選択部２５と、光電面７、複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋの各々に対応して設けられた複数のチャンネルＣｍ及び複数のアノード１４を有する光電子増倍管２と、波長選択部２５を筐体内で保持する保持部５０とを備え、保持部５０は、バンドパスフィルタＢＰＦｋが一方向に配列された本体部５１と、本体部５１から互いに対向するように突出する一対の壁部５２，５２と、を含み、ダイクロイックミラーＤＭｎは、バンドパスフィルタＢＰＦｋの配列方向に沿って一対の壁部５２，５２の間に配列されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る分光装置１は、互いに異なる波長帯域特性を有する複数のダイクロイックミラーＤＭｎが配列された分光部５と、ダイクロイックミラーＤＭｎの各々に対向して設けられた複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋを有する波長選択部２５と、光電面７、複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋの各々に対応して設けられた複数のチャンネルＣｍ及び複数のアノード１４を有する光電子増倍管２と、波長選択部２５を筐体内で保持する保持部５０とを備え、保持部５０は、バンドパスフィルタＢＰＦｋが一方向に配列された本体部５１と、本体部５１から互いに対向するように突出する一対の壁部５２，５２と、を含み、ダイクロイックミラーＤＭｎは、バンドパスフィルタＢＰＦｋの配列方向に沿って一対の壁部５２，５２の間に配列されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置がある。例えば、下記の特許文献１には、波長を選別するための複数のダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーの各々に対応して設けられたバンドパスフィルターと、光を検出するための光電子増倍管とを備える分光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５００８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された分光装置にあっては、複数のダイクロイックミラー及び複数のバンドパスフィルターといった、複数の光学部材を個々に配置する必要がある。このため、複数の光学部材を精度良く配置するには、各光学部材の位置調整の作業が煩雑になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各光学部材の位置調整を容易化して組み立て可能な分光装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る分光装置は、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置であって、互いに異なる波長帯域特性を有する複数の分光素子が配列された分光部と、分光素子の各々に対向して設けられた複数の波長選択素子を有する波長選択部と、複数の波長選択素子からの透過光を光電変換する光電面と複数の波長選択素子の各々に対応して設けられた複数の電子増倍経路と電子増倍経路の各々に対応して設けられた複数のアノードとを有する光電子増倍管を備えた光検出部と、波長選択部を筐体内で保持する保持部と、を備え、保持部は、波長選択素子が一方向に配列された本体部と、本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部と、を含み、分光素子は、波長選択素子の配列方向に沿って一対の壁部の間に配列されていることを特徴とする。
【０００７】
この分光装置においては、複数の波長選択素子が本体部に一方向に配列され、本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部の間に、波長選択素子の配列方向に沿って分光素子が配列されている。これにより、複数の波長選択素子が設けられた本体部の面において、波長選択素子の配列方向と直交する方向における分光素子の位置を波長選択部の位置に合わせることができる。このため、分光素子及び波長選択部の位置をより確実に決定することができ、分光素子及び波長選択部の位置調整を容易化して組み立てることが可能となる。
【０００８】
また、分光部は、透光性を有する材料からなるロッド部材を更に有し、分光素子は、ロッド部材の長手方向に沿って配列されていることが好ましい。この場合、ロッド部材に複数の分光素子を設けることで、分光部を一体化することができ、各分光素子を個々に配置及び位置調整することなく、一括して配置及び位置調整を行うことができる。
【０００９】
また、壁部は、ロッド部材を超える高さを有していることが好ましい。この場合、壁部によって、より確実にロッド部材を位置決めすることができる。
【００１０】
また、ロッド部材と保持部とが非接触となっていることが好ましい。この場合、壁部間におけるロッド部材の位置調整が行い易く、ロッド部材を所望の位置に調整することができる。
【００１１】
また、ロッド部材の両端には、それぞれ弾性部材が嵌合されており、ロッド部材は、弾性部材を介して一対の壁部の間に収容されていることが好ましい。この場合、ロッド部材を保持部と離間させつつ、確実に位置決めすることができる。
【００１２】
また、ロッド部材の一端に嵌合された状態で筐体に固定される固定用部材と、ロッド部材の他端に設けられ、ロッド部材を他端側から一端側に押圧した状態で筐体に固定される押圧用部材と、を更に備えることが好ましい。この場合、固定用部材によってロッド部材の一端を固定しつつ、押圧用部材によってロッド部材を長手方向に位置調整しながら固定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分光装置における各光学部材の位置調整を容易化して、分光装置を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る分光装置を示す一部切欠斜視図である。
【図２】図１の分光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の分光装置の光電子増倍管の拡大断面図である。
【図４】図１の分光装置の分光部周辺部分を示す拡大断面図である。
【図５】ダイクロイックミラーの波長帯域特性を示す図である。
【図６】バンドパスフィルタの通過帯域特性を示す図である。
【図７】図１の分光装置の分光部の拡大斜視図である。
【図８】図１の分光装置の組立手順を示す図である。
【図９】（ａ）は図１の分光装置の保持部の拡大斜視図、（ｂ）はフィルタ嵌込孔周辺部分の拡大斜視図である。
【図１０】図１の分光装置の分光部周辺部分の一部切欠斜視図である。
【図１１】図１の分光装置の出力特性を示す図である。
【図１２】図１の分光装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る分光装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る分光装置を示す図である。図２は、図１の分光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、分光装置１は、透過型の分光装置であって、リニアマルチアノード型の光電子増倍管（光検出部）２と、入射光を分光する分光部５と、波長選択部２５と、を備えている。また、分光装置１は、光電子増倍管２、分光部５及び波長選択部２５を収容する筐体１０を備えている。
【００１７】
光電子増倍管２は、マルチアノード型であって、後述する分光部５からの各反射光をそれぞれ電気信号に変換して出力する装置である。図３は、光電子増倍管２の拡大断面図である。この光電子増倍管２は四角柱状の金属製側管３を有しており、この側管３の一端側の開口部には、ガラス等の光透過性材料により形成された矩形状の光入射板４が融着等により気密に固定されている。この光入射板４は、図３において紙面に垂直な方向（以下、「幅方向」という）に延在する複数の光遮蔽板６によって略等間隔に仕切られ、これにより、光入射板４には、幅方向に延在する光入射部４ａが複数形成されることになる。また、光入射板４の内側表面には光電面７が形成されている。
【００１８】
一方、側管３の他端側の開口部には、ガラス等の絶縁性材料により形成された矩形状のステム８が取り付けられている。より具体的には、ステム８には、その側面を取り囲む金属製の包囲部材９が融着等により気密に固定されており、この包囲部材９の一端に形成されたフランジ９ａと、側管３の他端に形成されたフランジ部３ａとが抵抗溶接等により気密に接合されている。
【００１９】
このように側管３、光入射板４及びステム８等により形成された真空空間Ｓ内には、複数層のダイノード１１を有するメタルチャンネルダイノード１２が設置されている。また、真空空間Ｓ内においてメタルチャンネルダイノード１２と光電面７との間には、平板状の収束電極１３が設置されている。この収束電極１３には、幅方向に延在する複数のスリット１３ａが形成されており、各スリット１３ａは、光電面７の垂線方向において光入射板４の各光入射部４ａと対向している。
【００２０】
更に、真空空間Ｓ内においてメタルチャンネルダイノード１２とステム８との間には、幅方向に延在する複数のマルチアノード１４がリニアに配列され、各マルチアノード１４は、光電面７の垂線方向において光入射板４の各光入射部４ａと対向している。なお、ステム８の内側表面には、隣り合うマルチアノード１４，１４間を隔てる隔壁１６が立設され、クロストークの発生が抑制されている。また、各マルチアノード１４には、出力信号を取り出すためのステムピン１７の一端が接続されており、各ステムピン１７の他端は、ステム８を気密に貫通して外部に突出している。
【００２１】
以上のように構成された光電子増倍管２においては、光電面７の垂線方向において対向する光入射部４ａとマルチアノード１４との間に位置する収束電極１３のスリット１３ａ及びメタルチャンネルダイノード１２の電子通過孔によって複数のチャンネル（電子増倍経路）Ｃｍ（ここでは、ｍ＝１〜８）が形成される。従って、光電子増倍管２は、リニアに配列された複数のチャンネルＣｍを有することになる。
【００２２】
ここで、任意の１つのチャンネルＣｍに着目して電子増倍作用について説明する。光入射部４ａを透過した光が光電面７に入射すると、光電面７にて光電変換され、真空空間Ｓ中に光電子が放出される。放出された光電子は収束電極１３のスリット１３ａを通って最前段のダイノード１１上に収束される。これにより、光電子は、光入射部４ａとマルチアノード１４との間に位置する電子通過孔を通りながら、メタルチャンネルダイノード１２により二次電子増倍され、最後段のダイノード１２から二次電子群が放出される。この二次電子群はマルチアノード１４に到達し、このマルチアノード１４に接続されたステムピン１７を介して出力信号が送出される。
【００２３】
また、図２及び図４に示すように、光電子増倍管２の光入射板４の光入射側には、分光部５及び波長選択部２５が配置されている。分光部５は、入射光を複数の異なる波長帯域の光に分光する部分であって、ダイクロイックミラーアレイ２１と、入射部２２と、を有している。
【００２４】
ダイクロイックミラーアレイ２１は、入射光の入射方向に沿って配置されている。このダイクロイックミラーアレイ２１は、互いに異なる波長帯域特性を有する複数のダイクロイックミラー（分光素子）ＤＭｎ（ここでは、ｎ＝１〜８）の配列である。ここでは、長波長帯域側が光透過帯域であって且つ光透過帯域の最短波長が互いに異なる複数のダイクロイックミラーＤＭｎが、入射光の入射方向に沿って最短波長が小さい順に配列されている。各ダイクロイックミラーＤＭｎは、図４において紙面に垂直な方向（以下、「幅方向」という）に延在しており、入射光の入射方向において４５度の角度をもって配置され、光電面７の垂線方向において光電面７に対し４５度の角度をもって各光入射部４ａと対向している。
【００２５】
ここで、長波長帯域側が光透過帯域である場合の光透過帯域の最短波長とは、図５に示すように、例えば、各ダイクロイックミラーＤＭｎにおいて光透過率が５０％のときの波長αｎを意味する。なお、ダイクロイックミラーアレイ２１においては、ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３・・・ＤＭ８という順序で光透過帯域の最短波長αｎが徐々に大きくなっているものとする。
【００２６】
更に、図２及び図４に示すように、ダイクロイックミラーアレイ２１に対する光の入射側には、入射部２２が入射光の入射方向に直交するように配置されている。入射部２２は、検出対象の光（入射光）が入射する部分である。
【００２７】
また、光電面７とダイクロイックミラーアレイ２１との間には、波長選択部２５が配置されている。波長選択部２５は、光電面７の垂線方向においてダイクロイックミラーＤＭｎの各々に対応する位置に、バンドパスフィルタ（波長選択素子）ＢＰＦｋ（ここでは、ｋ＝１〜８）を有している。このバンドパスフィルタＢＰＦｋは、互いに異なる透過波長帯域特性を有するフィルタであって、例えば柱状の形状を呈している。
【００２８】
図６は、バンドパスフィルタＢＰＦｋの通過波長帯域特性を示す図である。図６に示すように、バンドパスフィルタＢＰＦ１〜バンドパスフィルタＢＰＦ８によって、略可視光領域に相当する波長域を８つの検出領域に分割している。バンドパスフィルタＢＰＦｋは、対応するダイクロイックミラーＤＭｎの光反射帯域のうち一部の波長帯域（中心波長λｋ）を透過する特性を有している。例えば、バンドパスフィルタＢＰＦ１は、波長β１１より長波長で波長β１２より短波長の光を透過する。この波長β１１及び波長β１２はいずれも、波長α１より短波長である。バンドパスフィルタＢＰＦ２は、波長β２１より長波長で波長β２２より短波長の光を透過する。この波長β２１及び波長β２２はいずれも、波長α１より長波長で波長α２より短波長である。
【００２９】
続いて、上述した分光部５について更に詳細に説明する。図７は、分光部５の拡大斜視図である。図７に示すように、分光部５は、透光ロッド（ロッド部材）２０を更に有し、この透光ロッド２０に、上述のダイクロイックミラーアレイ２１及び入射部２２が一体成形されている。なお、各ダイクロイックミラーＤＭｎは、透光ロッド２０に蒸着等によって形成された誘電体多層膜等の薄膜である。
【００３０】
透光ロッド２０は、入射光に対して透光性を有する材料からなり、例えば石英ガラス又はＢＫ７（硼珪酸ガラス）等のガラスから構成されている。透光ロッド２０は、一方向（入射光の入射方向）に延在する断面矩形の長尺の形状を呈し、入射部２２が設けられている入射面２０ａと、ダイクロイックミラーアレイ２１によって分光された光が出射する分光面２０ｂと、を有している。また、透光ロッド２０は、例えば端面にダイクロイックミラーＤＭｎが形成された複数の柱状の透光部材を接合してロッド状とすることで形成される。
【００３１】
入射面２０ａは、透光ロッド２０の延在方向の一端面であって、入射光の入射方向に対して略垂直に設けられている。この入射面２０ａに反射防止膜（ＡＲコート；Anti Reflection Coating）が蒸着等によって形成されて入射部２２を構成しており、透光ロッド２０の入射面２０ａにおける入射光の反射を低減することで、透光ロッド２０内への入射光量の低下を抑制している。分光面２０ｂは、透光ロッド２０の延在方向（長手方向）に沿って透光ロッド２０に設けられたダイクロイックミラーアレイ２１の反射側の面であって、ダイクロイックミラーアレイ２１の配列方向に沿って設けられている。また、透光ロッド２０の延在方向の両端部には、リング状の弾性部材２３，２３が嵌合されている。この弾性部材２３は、例えばゴム等の樹脂材料である。
【００３２】
次に、筐体１０について説明する。筐体１０は、遮光性を有する容器であって、図１及び図８に示すように、分光部５及び波長選択部２５を収容する上側筐体３０と、光電子増倍管２を収容する下側筐体４０とで構成されている。分光部５は、上側筐体３０に保持され、波長選択部２５は、後述の保持部５０に保持されて、上側筐体３０に収容される。上側筐体３０は、一方向に延びる直方体箱型形状を呈し、下面が開口している。この下面から保持部５０が収容される。上側筐体３０の上面には、開口部３１が設けられており、この開口部３１を介して、ネジ部材により保持部５０が上側筐体３０に固定される。上側筐体３０の長手方向に直交する両側面には、分光部５を挿通可能な開口部３２，３２が設けられている。
【００３３】
ここで、保持部５０について説明する。図９の（ａ）は保持部５０の斜視図、（ｂ）はフィルタ嵌込孔５３周辺部分の拡大斜視図である。保持部５０は、遮光性を有する材料によって形成されており、図９に示すように、一方向に延在し、延在方向に直交する断面の形状が凹型を呈している。この保持部５０は、波長選択部２５を保持し、分光部５のうち、少なくともダイクロイックミラーアレイ２１を収容する部材であって、本体部５１及び壁部５２，５２を備えている。
【００３４】
本体部５１は、一方向に延びる板材であって、一定の厚さを有している。本体部５１の上平面である嵌込面５１ａの幅方向の略中央に、本体部５１の延在方向に沿って複数のフィルタ嵌込孔５３が形成されている。このフィルタ嵌込孔５３はそれぞれ、その位置に対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの外形に沿って形成されており、本体部５１を上下方向に貫通している。本体部５１の下面側において、フィルタ嵌込孔５３の周縁に沿って開口縁５３ａが形成されている。この開口縁５３ａは、対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの下面の外周よりも小さい開口を形成している。また、隣り合うフィルタ嵌込孔５３，５３の間には、光遮蔽部５４が形成されている。なお、フィルタ嵌込孔５３の深さはバンドパスフィルタＢＰＦｋの高さよりも大きいため、バンドパスフィルタＢＰＦｋをフィルタ嵌込孔５３内に固定した際には、バンドパスフィルタＢＰＦｋの上面は嵌込面５１ａに対して窪んだ位置に配置される。
【００３５】
壁部５２，５２は、フィルタ嵌込孔５３が設けられた本体部５１の嵌込面５１ａから互いに対向するように突出している一対の部材である。壁部５２，５２は、複数のフィルタ嵌込孔５３を挟んで嵌込面５１ａから略垂直に設けられ、互いに対向する対向面５２ａ，５２ａをそれぞれ備えている。対向面５２ａ，５２ａは、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の高さを超える高さを有しており、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の幅よりも広い間隔で離間している。そして、この嵌込面５１ａ及び対向面５２ａ，５２ａによって囲まれた収容空間Ｓａに分光部５のダイクロイックミラーアレイ２１が収容される。
【００３６】
このとき、透光ロッド２０の長尺方向の長さは収容空間Ｓａの同方向の長さよりも長いため、透光ロッド２０の両端部は保持部５０から突出している。そして、透光ロッド２０の両端部に嵌合された弾性部材２３が上側筐体３０と接触して固定されることにより、透光ロッド２０が収容空間Ｓａ内で本体部５１及び壁部５２，５２に対して離間した宙吊りの状態で保持される。したがって、透光ロッド２０と保持部５０との間には、一定の隙間が存在し、両者は非接触となっている。
【００３７】
なお、壁部５２（対向面５２ａ，５２ａ）は、分光部５が保持部５０に宙吊りに保持された状態においても、その状態の分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）を超える高さを有している。つまり、壁部５２（対向面５２ａ，５２ａ）の高さは、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の高さと、透光ロッド２０の分光面２０ｂと嵌込面５１ａとの離間距離と、を足した長さよりも大きい。壁部５２の上平面である取付面５２ｂには、本体部５１の延在方向の両端に雌ネジ部５５が設けられている。この雌ネジ部５５によって、保持部５０は上側筐体３０に取り付けられる。
【００３８】
次に、図８を参照して、分光装置１の組立手順を説明する。まず、各バンドパスフィルタＢＰＦｋを保持部５０のフィルタ嵌込孔５３にそれぞれ装着する。具体的には、各バンドパスフィルタＢＰＦｋをフィルタ嵌込孔５３の上側から挿入し、バンドパスフィルタＢＰＦｋの上部に光路を遮らないように固定用シリコン接着剤等の接着剤を塗布して、フィルタ嵌込孔５３の周縁部に固定する。続いて、バンドパスフィルタＢＰＦｋが装着された保持部５０を上側筐体３０の下面から収容し、取付面５２ｂと上側筐体３０の上内面とを面接触する。そして、上側筐体３０の上面に設けられた開口部３１を介して、保持部５０の雌ネジ部５５にネジ部材を螺入し、保持部５０を上側筐体３０に固定する。次に、分光部５を開口部３２から上側筐体３０内に挿入し、保持部５０の壁部５２，５２間に収容する。
【００３９】
そして、取付用板（固定用部材）３５を分光部５（透光ロッド２０）の入射端に嵌め込み、取付用板３５を上側筐体３０の長手方向に直交する一側面にネジ部材等により固定する。さらに、分光部５（透光ロッド２０）の他端に押子（押圧用部材）３６及び位置調整ネジ（押圧用部材）３８を取り付け、遮光板３７を上側筐体３０の長手方向に直交する他側面にネジ部材等で固定する。そして、光電子増倍管２を収容している下側筐体４０に上側筐体３０をネジ部材で固定する。以上の手順により、分光装置１が組み立てられる。
【００４０】
次に、分光装置１の各光学部材の位置調整について説明する。図１０は、分光部５の周辺部分の一部切欠斜視図である。図２及び図１０に示すように、分光装置１では、各バンドパスフィルタＢＰＦｋは、保持部５０のフィルタ嵌込孔５３によって、対応する光入射部４ａに対して光電面７の垂線方向に高精度に配置されている。また、分光部５は、本体部５１の幅方向において、壁部５２，５２により波長選択部２５の上方に高精度に配置されている。したがって、分光装置１では、各ダイクロイックミラーＤＭｎが対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋに対して、光電面７の垂線方向に配置されるように位置調整を行う。この位置調整は、入射光の入射方向、すなわち透光ロッド２０の長手方向において、分光部５を位置調整すればよい。
【００４１】
図１０に示すように、透光ロッド２０の入射端は、取付用板３５の嵌合部３５ａに嵌合されている。この嵌合部３５ａは、取付用板３５を貫通する孔である。嵌合部３５ａの一端は透光ロッド２０の外形よりも小さい開口を有し、嵌合部３５ａの他端は透光ロッド２０の外形に沿って開口されている。このように、取付用板３５は、嵌合部３５ａの他端において透光ロッド２０の一端を嵌合可能に形成され、嵌合部３５ａ内をその一端まで透光ロッド２０を押込可能となるように形成されている。
【００４２】
また、透光ロッド２０の他端には、押子３６及び位置調整ネジ３８が取り付けられている。この位置調整ネジ３８の頂部には、例えば六角形の凹部が形成されている。この凹部を介してレンチ等の工具により位置調整ネジ３８が螺入されることで、押子３６によって透光ロッド２０の他端を入射端側に押圧可能とし、入射光の入射方向における分光部５の位置を調整可能としている。また、位置調整ネジ３８は、遮光板３７の開口部を介して分光装置１の外部から螺入可能に設けられている。
【００４３】
このように、分光装置１の組み立て後、分光装置１の外部から位置調整ネジ３８を螺入することで、透光ロッド２０を他端側から入射端側に押圧して、入射光の入射方向における分光部５の位置を微調整する。例えば、ダイクロイックミラーＤＭｎの反射光がそれぞれ対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの上面の略中心位置に垂直に入射するように、分光部５の位置を微調整する。そして、位置調整ネジ３８は、位置調整後の状態で筐体１０に固定される。なお、透光ロッド２０の入射端は、取付用板３５の嵌合部３５ａに嵌合されているため、透光ロッド２０の回転を抑制しつつ、分光部５の位置調整を行うことができる。
【００４４】
以上のように構成された分光装置１における入射光の分光作用について説明する。図２に示すように、入射光は、入射部２２に略垂直に入射する。この入射部２２は透光ロッド２０の入射面２０ａに形成された反射防止膜であるので、入射光は入射部２２において殆ど反射されることなく透光ロッド２０内に入射する。そして、入射光は、透光ロッド２０内を通って、入射部２２と入射方向において４５度の角度をもって対面しているダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。
【００４５】
ここで、ダイクロイックミラーＤＭ１により反射された光（主に波長α１より短波長帯域の光）は、バンドパスフィルタＢＰＦ１及び光入射部４ａを透過して光電面７に略垂直に入射する。一方、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光（主に波長α１より長波長帯域の光）は、透光ロッド２０内を通って、光透過帯域の最短波長が２番目に小さいダイクロイックミラーＤＭ２に対し４５度の角度をもって入射することになる。
【００４６】
このため、ダイクロイックミラーＤＭ２により反射された光（主に、波長α１より長波長帯域の光のうち、波長α２より短波長帯域の光）は、バンドパスフィルタＢＰＦ２及び光入射部４ａを透過して光電面７に略垂直に入射する。さらに、ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した光（主に波長α２より長波長帯域の光）は、透光ロッド２０内を通って、ダイクロイックミラーＤＭ３に対し入射する。このようにして、光透過帯域の最短波長が最大のダイクロイックミラーＤＭ８に到達するまで透過光が透光ロッド２０内を通過することになる。
【００４７】
次に、分光装置１の作用効果を説明する。図１１は、分光装置１の各チャンネルの出力特性を示す図である。図１１において、横軸は分光された光の波長を示し、縦軸は光透過率（分光された光の強度の入射光の強度に対する割合）を示す。なお、比較のため、従来品（型名：Ｈ１１４５４）の各チャンネルの出力特性を併せて示している。この従来品は、分光装置１と同様の透過型の分光装置であって、分光部の光路を大気としたものである。グラフＡ１〜Ａ４はそれぞれ、分光装置１のチャンネルＣ４，Ｃ５，Ｃ７，Ｃ８（中心波長λ４，λ５，λ７，λ８）の，出力特性を示すグラフである。グラフＢ１〜Ｂ４はそれぞれ、従来品のチャンネルＣ４，Ｃ５，Ｃ７，Ｃ８（中心波長λ４，λ５，λ７，λ８）の出力特性を示すグラフである。
【００４８】
分光装置１の出力特性と従来品の出力特性とを比較すると、チャンネルＣ４では、いずれも光透過率が９２〜９３％程度であり、その差は殆ど認められない。しかし、チャンネルＣ５では、従来品の光透過率は８５〜８８％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は９０％程度である。チャンネルＣ７では、従来品の光透過率は８０〜８２％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は８７〜９０％程度である。チャンネルＣ８では、従来品の光透過率は６７〜７０％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は８０％程度で、従来品の光透過率に対して約２割程度高い。このように、後段のチャンネルＣｍになるほど、分光装置１の光透過率が従来品の光透過率より大きくなっている。この傾向は、分光装置１では、従来品と比較して入射光の光路において光の損失が低減されていることを示している。従って、分光装置１では、従来品と比較して光の損失が低減されている。
【００４９】
このように、分光装置１では、透光ロッド２０内にダイクロイックミラーアレイ２１が設けられた構成とすることで、入射光の光路において、光の拡散を抑制することができ、分光部５内における光の損失を抑制することができる。また、透光ロッド２０の両端に弾性部材２３が嵌合されることで、透光ロッド２０を保持部５０に対して離間させた状態で、分光部５を配置することができる。このため、透光ロッド２０と保持部５０との間の接触をなくすことができ、壁部５２，５２の間の収容空間Ｓａ内での透光ロッド２０の位置調整が容易になるとともに、接触界面からの光の損失をなくすことができる。
【００５０】
また、上述したように、入射部２２は反射防止膜で構成されているため、入射部２２において入射光が反射するのを抑制することができ、入射部２２における光の損失を抑制することができる。
【００５１】
また、上述したように、各ダイクロイックミラーＤＭｎにより反射された光はバンドパスフィルタＢＰＦｋを透過することになるため、波長弁別性をより一層向上させることができる。従って、入射光を分光する際の分解能を向上させることが可能になる。しかも、各ダイクロイックミラーＤＭｎにより反射された光はバンドパスフィルタＢＰＦｋに略垂直に入射することになるため、バンドパスフィルタＢＰＦｋを透過した光の波長域がシフトするのを防止することができる。
【００５２】
また、上述のような出力特性を得るためには、分光装置１の各光学部材が正確に配置されている必要がある。分光装置１では、波長選択部２５の各バンドパスフィルタＢＰＦｋが、保持部５０の本体部５１の一方向に形成された複数のフィルタ嵌込孔５３にそれぞれ保持されている。また、その複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋが設けられた本体部５１の上面から突出し、複数のフィルタ嵌込孔５３を挟んで互いに対向する一対の壁部５２，５２の間に、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）が収容されている。これにより、本体部５１の上面において、一方向と直交する方向における分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）の位置を波長選択部２５の位置に合わせることができる。このため、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）及び波長選択部２５の位置をより確実に決定することができ、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）及び波長選択部２５の位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。また、遮光性の材料からなる本体部５１に設けられたフィルタ嵌込孔５３にバンドパスフィルタＢＰＦｋを収容し、遮光性の材料からなる壁部５２，５２がフィルタ嵌込孔５３及び分光部５を挟むように設けられているため、これらの光学部材間の光路の遮光性も向上する。
【００５３】
また、分光部５は、透光ロッド２０にダイクロイックミラーアレイ２１及び入射部２２が形成されているため、ダイクロイックミラーＤＭｎを個々に配置及び位置調整を行うことなく、一括して配置及び位置調整を行うことができる。その結果、ダイクロイックミラーＤＭｎの位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００５４】
さらに、透光ロッド２０の光入射端の外形に沿った形状の嵌合部３５ａを有する取付用板３５が、透光ロッド２０の光入射端に嵌合された状態で上側筐体３０に固定され、押子３６及び位置調整ネジ３８が透光ロッド２０の他端に設けられている。これにより、透光ロッド２０の回転を抑制しつつ、分光部５の長手方向の位置調整を行うことができ、分光部５の位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００５５】
また、透光ロッド２０の両端に弾性部材２３が嵌合されることで、壁部５２，５２の間に、分光部５を保持部５０に対して離間させつつしっかりと位置決めされた状態で固定されるように、透光ロッド２０を筐体１０で保持することができる。また、透光ロッド２０の耐振動性を確保でき、透光ロッド２０を保護することができる。
【００５６】
また、分光部５が保持部５０に収容された状態において、壁部５２，５２は、透光ロッド２０を超える高さを有している。このため、壁部５２，５２によって透光ロッド２０の位置決めがより確実になるとともに、透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎを保護することができる。
【００５７】
さらに、透光ロッド２０に薄膜のダイクロイックミラーＤＭｎが形成されることで、分光部５をコンパクト化することができ、分光装置１をコンパクト化することが可能となる。また、複雑な構成の分光部５とすることも可能となる。
【００５８】
（変形例）
図１２は、分光装置１の変形例を示す図である。ここでは、上記実施形態の分光装置１との相違点を中心に説明する。図１２に示すように、この変形例の分光装置１では、保持部５０の壁部５２，５２の互いに対向する面である対向面５２ａ，５２ａのそれぞれに複数のミラー溝５６が設けられている。複数のミラー溝５６はそれぞれ、各フィルタ嵌込孔５３の中心軸と本体部５１の幅方向とで規定される平面が対向面５２ａ，５２ａに交差する直線上に中心点を有し、本体部５１の延在方向において４５度の角度をもって形成されている。また、複数のミラー溝５６はそれぞれ、他方の対向面５２ａに設けられたミラー溝５６と対向しており、対向するミラー溝５６と略同一の形状を有している。また、各ミラー溝５６は、一端が取付面５２ｂまで達しており、ダイクロイックミラーＤＭｎの幅方向の端部を挿入可能な程度の幅を有している。
【００５９】
また、分光部５は、ダイクロイックミラーアレイ２１のみから構成されており、透光ロッド２０及び弾性部材２３を有しない。このダイクロイックミラーアレイ２１は、板状のダイクロイックミラーＤＭｎの配列である。各ダイクロイックミラーＤＭｎは、対向面５２ａ，５２ａ間の離間距離よりも大きい幅を有し、互いに対向するミラー溝５６，５６に嵌合可能に形成されている。
【００６０】
変形例の分光装置１では、このミラー溝５６のそれぞれに直接ダイクロイックミラーＤＭｎが挿入され、嵌合されることで、分光部５が保持部５０に保持される。このため、入射光の入射方向における分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）の位置調整を行うことなく、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００６１】
なお、本発明に係る分光装置は本実施形態に記載したものに限定されない。本発明に係る分光装置は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る分光装置１を変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００６２】
例えば、ダイクロイックミラーＤＭｎはそれぞれ、特定波長より短波長の光を透過し、該波長以上の波長を反射する波長帯域特性を有してもよい。この場合、ダイクロイックミラーＤＭ１は、ダイクロイックミラーＤＭｎのうち光透過帯域の最長波長が最大のダイクロイックミラーである。そして、ダイクロイックミラーＤＭ１〜ダイクロイックミラーＤＭ８は、光透過帯域の最長波長が大きい順に、入射光の入射方向において４５度の角度をもって透光ロッド２０内に配列されている。また、最終段のダイクロイックミラーであるダイクロイックミラーＤＭ８は、入射光を反射する反射ミラーとしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…分光装置、２…光電子増倍管（光検出部）、５…分光部、１０…筐体、１４…マルチアノード、２０…透光ロッド（ロッド部材）、２３…弾性部材、２５…波長選択部、３０…保持部、３５…取付用板（固定用部材）、３６…押子（押圧用部材）、３８…位置調整ネジ（押圧用部材）、５０…保持部、５１…本体部、５２…壁部、ＢＰＦｋ…バンドパスフィルタ（波長選択素子）、Ｃｍ…チャンネル（電子増倍経路）、ＤＭｎ…ダイクロイックミラー（分光素子）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置がある。例えば、下記の特許文献１には、波長を選別するための複数のダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーの各々に対応して設けられたバンドパスフィルターと、光を検出するための光電子増倍管とを備える分光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５００８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された分光装置にあっては、複数のダイクロイックミラー及び複数のバンドパスフィルターといった、複数の光学部材を個々に配置する必要がある。このため、複数の光学部材を精度良く配置するには、各光学部材の位置調整の作業が煩雑になるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各光学部材の位置調整を容易化して組み立て可能な分光装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る分光装置は、入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置であって、互いに異なる波長帯域特性を有する複数の分光素子が配列された分光部と、分光素子の各々に対向して設けられた複数の波長選択素子を有する波長選択部と、複数の波長選択素子からの透過光を光電変換する光電面と複数の波長選択素子の各々に対応して設けられた複数の電子増倍経路と電子増倍経路の各々に対応して設けられた複数のアノードとを有する光電子増倍管を備えた光検出部と、波長選択部を筐体内で保持する保持部と、を備え、保持部は、波長選択素子が一方向に配列された本体部と、本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部と、を含み、分光素子は、波長選択素子の配列方向に沿って一対の壁部の間に配列されていることを特徴とする。
【０００７】
この分光装置においては、複数の波長選択素子が本体部に一方向に配列され、本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部の間に、波長選択素子の配列方向に沿って分光素子が配列されている。これにより、複数の波長選択素子が設けられた本体部の面において、波長選択素子の配列方向と直交する方向における分光素子の位置を波長選択部の位置に合わせることができる。このため、分光素子及び波長選択部の位置をより確実に決定することができ、分光素子及び波長選択部の位置調整を容易化して組み立てることが可能となる。
【０００８】
また、分光部は、透光性を有する材料からなるロッド部材を更に有し、分光素子は、ロッド部材の長手方向に沿って配列されていることが好ましい。この場合、ロッド部材に複数の分光素子を設けることで、分光部を一体化することができ、各分光素子を個々に配置及び位置調整することなく、一括して配置及び位置調整を行うことができる。
【０００９】
また、壁部は、ロッド部材を超える高さを有していることが好ましい。この場合、壁部によって、より確実にロッド部材を位置決めすることができる。
【００１０】
また、ロッド部材と保持部とが非接触となっていることが好ましい。この場合、壁部間におけるロッド部材の位置調整が行い易く、ロッド部材を所望の位置に調整することができる。
【００１１】
また、ロッド部材の両端には、それぞれ弾性部材が嵌合されており、ロッド部材は、弾性部材を介して一対の壁部の間に収容されていることが好ましい。この場合、ロッド部材を保持部と離間させつつ、確実に位置決めすることができる。
【００１２】
また、ロッド部材の一端に嵌合された状態で筐体に固定される固定用部材と、ロッド部材の他端に設けられ、ロッド部材を他端側から一端側に押圧した状態で筐体に固定される押圧用部材と、を更に備えることが好ましい。この場合、固定用部材によってロッド部材の一端を固定しつつ、押圧用部材によってロッド部材を長手方向に位置調整しながら固定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分光装置における各光学部材の位置調整を容易化して、分光装置を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る分光装置を示す一部切欠斜視図である。
【図２】図１の分光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の分光装置の光電子増倍管の拡大断面図である。
【図４】図１の分光装置の分光部周辺部分を示す拡大断面図である。
【図５】ダイクロイックミラーの波長帯域特性を示す図である。
【図６】バンドパスフィルタの通過帯域特性を示す図である。
【図７】図１の分光装置の分光部の拡大斜視図である。
【図８】図１の分光装置の組立手順を示す図である。
【図９】（ａ）は図１の分光装置の保持部の拡大斜視図、（ｂ）はフィルタ嵌込孔周辺部分の拡大斜視図である。
【図１０】図１の分光装置の分光部周辺部分の一部切欠斜視図である。
【図１１】図１の分光装置の出力特性を示す図である。
【図１２】図１の分光装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る分光装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る分光装置を示す図である。図２は、図１の分光装置のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１及び図２に示すように、分光装置１は、透過型の分光装置であって、リニアマルチアノード型の光電子増倍管（光検出部）２と、入射光を分光する分光部５と、波長選択部２５と、を備えている。また、分光装置１は、光電子増倍管２、分光部５及び波長選択部２５を収容する筐体１０を備えている。
【００１７】
光電子増倍管２は、マルチアノード型であって、後述する分光部５からの各反射光をそれぞれ電気信号に変換して出力する装置である。図３は、光電子増倍管２の拡大断面図である。この光電子増倍管２は四角柱状の金属製側管３を有しており、この側管３の一端側の開口部には、ガラス等の光透過性材料により形成された矩形状の光入射板４が融着等により気密に固定されている。この光入射板４は、図３において紙面に垂直な方向（以下、「幅方向」という）に延在する複数の光遮蔽板６によって略等間隔に仕切られ、これにより、光入射板４には、幅方向に延在する光入射部４ａが複数形成されることになる。また、光入射板４の内側表面には光電面７が形成されている。
【００１８】
一方、側管３の他端側の開口部には、ガラス等の絶縁性材料により形成された矩形状のステム８が取り付けられている。より具体的には、ステム８には、その側面を取り囲む金属製の包囲部材９が融着等により気密に固定されており、この包囲部材９の一端に形成されたフランジ９ａと、側管３の他端に形成されたフランジ部３ａとが抵抗溶接等により気密に接合されている。
【００１９】
このように側管３、光入射板４及びステム８等により形成された真空空間Ｓ内には、複数層のダイノード１１を有するメタルチャンネルダイノード１２が設置されている。また、真空空間Ｓ内においてメタルチャンネルダイノード１２と光電面７との間には、平板状の収束電極１３が設置されている。この収束電極１３には、幅方向に延在する複数のスリット１３ａが形成されており、各スリット１３ａは、光電面７の垂線方向において光入射板４の各光入射部４ａと対向している。
【００２０】
更に、真空空間Ｓ内においてメタルチャンネルダイノード１２とステム８との間には、幅方向に延在する複数のマルチアノード１４がリニアに配列され、各マルチアノード１４は、光電面７の垂線方向において光入射板４の各光入射部４ａと対向している。なお、ステム８の内側表面には、隣り合うマルチアノード１４，１４間を隔てる隔壁１６が立設され、クロストークの発生が抑制されている。また、各マルチアノード１４には、出力信号を取り出すためのステムピン１７の一端が接続されており、各ステムピン１７の他端は、ステム８を気密に貫通して外部に突出している。
【００２１】
以上のように構成された光電子増倍管２においては、光電面７の垂線方向において対向する光入射部４ａとマルチアノード１４との間に位置する収束電極１３のスリット１３ａ及びメタルチャンネルダイノード１２の電子通過孔によって複数のチャンネル（電子増倍経路）Ｃｍ（ここでは、ｍ＝１〜８）が形成される。従って、光電子増倍管２は、リニアに配列された複数のチャンネルＣｍを有することになる。
【００２２】
ここで、任意の１つのチャンネルＣｍに着目して電子増倍作用について説明する。光入射部４ａを透過した光が光電面７に入射すると、光電面７にて光電変換され、真空空間Ｓ中に光電子が放出される。放出された光電子は収束電極１３のスリット１３ａを通って最前段のダイノード１１上に収束される。これにより、光電子は、光入射部４ａとマルチアノード１４との間に位置する電子通過孔を通りながら、メタルチャンネルダイノード１２により二次電子増倍され、最後段のダイノード１２から二次電子群が放出される。この二次電子群はマルチアノード１４に到達し、このマルチアノード１４に接続されたステムピン１７を介して出力信号が送出される。
【００２３】
また、図２及び図４に示すように、光電子増倍管２の光入射板４の光入射側には、分光部５及び波長選択部２５が配置されている。分光部５は、入射光を複数の異なる波長帯域の光に分光する部分であって、ダイクロイックミラーアレイ２１と、入射部２２と、を有している。
【００２４】
ダイクロイックミラーアレイ２１は、入射光の入射方向に沿って配置されている。このダイクロイックミラーアレイ２１は、互いに異なる波長帯域特性を有する複数のダイクロイックミラー（分光素子）ＤＭｎ（ここでは、ｎ＝１〜８）の配列である。ここでは、長波長帯域側が光透過帯域であって且つ光透過帯域の最短波長が互いに異なる複数のダイクロイックミラーＤＭｎが、入射光の入射方向に沿って最短波長が小さい順に配列されている。各ダイクロイックミラーＤＭｎは、図４において紙面に垂直な方向（以下、「幅方向」という）に延在しており、入射光の入射方向において４５度の角度をもって配置され、光電面７の垂線方向において光電面７に対し４５度の角度をもって各光入射部４ａと対向している。
【００２５】
ここで、長波長帯域側が光透過帯域である場合の光透過帯域の最短波長とは、図５に示すように、例えば、各ダイクロイックミラーＤＭｎにおいて光透過率が５０％のときの波長αｎを意味する。なお、ダイクロイックミラーアレイ２１においては、ダイクロイックミラーＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３・・・ＤＭ８という順序で光透過帯域の最短波長αｎが徐々に大きくなっているものとする。
【００２６】
更に、図２及び図４に示すように、ダイクロイックミラーアレイ２１に対する光の入射側には、入射部２２が入射光の入射方向に直交するように配置されている。入射部２２は、検出対象の光（入射光）が入射する部分である。
【００２７】
また、光電面７とダイクロイックミラーアレイ２１との間には、波長選択部２５が配置されている。波長選択部２５は、光電面７の垂線方向においてダイクロイックミラーＤＭｎの各々に対応する位置に、バンドパスフィルタ（波長選択素子）ＢＰＦｋ（ここでは、ｋ＝１〜８）を有している。このバンドパスフィルタＢＰＦｋは、互いに異なる透過波長帯域特性を有するフィルタであって、例えば柱状の形状を呈している。
【００２８】
図６は、バンドパスフィルタＢＰＦｋの通過波長帯域特性を示す図である。図６に示すように、バンドパスフィルタＢＰＦ１〜バンドパスフィルタＢＰＦ８によって、略可視光領域に相当する波長域を８つの検出領域に分割している。バンドパスフィルタＢＰＦｋは、対応するダイクロイックミラーＤＭｎの光反射帯域のうち一部の波長帯域（中心波長λｋ）を透過する特性を有している。例えば、バンドパスフィルタＢＰＦ１は、波長β１１より長波長で波長β１２より短波長の光を透過する。この波長β１１及び波長β１２はいずれも、波長α１より短波長である。バンドパスフィルタＢＰＦ２は、波長β２１より長波長で波長β２２より短波長の光を透過する。この波長β２１及び波長β２２はいずれも、波長α１より長波長で波長α２より短波長である。
【００２９】
続いて、上述した分光部５について更に詳細に説明する。図７は、分光部５の拡大斜視図である。図７に示すように、分光部５は、透光ロッド（ロッド部材）２０を更に有し、この透光ロッド２０に、上述のダイクロイックミラーアレイ２１及び入射部２２が一体成形されている。なお、各ダイクロイックミラーＤＭｎは、透光ロッド２０に蒸着等によって形成された誘電体多層膜等の薄膜である。
【００３０】
透光ロッド２０は、入射光に対して透光性を有する材料からなり、例えば石英ガラス又はＢＫ７（硼珪酸ガラス）等のガラスから構成されている。透光ロッド２０は、一方向（入射光の入射方向）に延在する断面矩形の長尺の形状を呈し、入射部２２が設けられている入射面２０ａと、ダイクロイックミラーアレイ２１によって分光された光が出射する分光面２０ｂと、を有している。また、透光ロッド２０は、例えば端面にダイクロイックミラーＤＭｎが形成された複数の柱状の透光部材を接合してロッド状とすることで形成される。
【００３１】
入射面２０ａは、透光ロッド２０の延在方向の一端面であって、入射光の入射方向に対して略垂直に設けられている。この入射面２０ａに反射防止膜（ＡＲコート；Anti Reflection Coating）が蒸着等によって形成されて入射部２２を構成しており、透光ロッド２０の入射面２０ａにおける入射光の反射を低減することで、透光ロッド２０内への入射光量の低下を抑制している。分光面２０ｂは、透光ロッド２０の延在方向（長手方向）に沿って透光ロッド２０に設けられたダイクロイックミラーアレイ２１の反射側の面であって、ダイクロイックミラーアレイ２１の配列方向に沿って設けられている。また、透光ロッド２０の延在方向の両端部には、リング状の弾性部材２３，２３が嵌合されている。この弾性部材２３は、例えばゴム等の樹脂材料である。
【００３２】
次に、筐体１０について説明する。筐体１０は、遮光性を有する容器であって、図１及び図８に示すように、分光部５及び波長選択部２５を収容する上側筐体３０と、光電子増倍管２を収容する下側筐体４０とで構成されている。分光部５は、上側筐体３０に保持され、波長選択部２５は、後述の保持部５０に保持されて、上側筐体３０に収容される。上側筐体３０は、一方向に延びる直方体箱型形状を呈し、下面が開口している。この下面から保持部５０が収容される。上側筐体３０の上面には、開口部３１が設けられており、この開口部３１を介して、ネジ部材により保持部５０が上側筐体３０に固定される。上側筐体３０の長手方向に直交する両側面には、分光部５を挿通可能な開口部３２，３２が設けられている。
【００３３】
ここで、保持部５０について説明する。図９の（ａ）は保持部５０の斜視図、（ｂ）はフィルタ嵌込孔５３周辺部分の拡大斜視図である。保持部５０は、遮光性を有する材料によって形成されており、図９に示すように、一方向に延在し、延在方向に直交する断面の形状が凹型を呈している。この保持部５０は、波長選択部２５を保持し、分光部５のうち、少なくともダイクロイックミラーアレイ２１を収容する部材であって、本体部５１及び壁部５２，５２を備えている。
【００３４】
本体部５１は、一方向に延びる板材であって、一定の厚さを有している。本体部５１の上平面である嵌込面５１ａの幅方向の略中央に、本体部５１の延在方向に沿って複数のフィルタ嵌込孔５３が形成されている。このフィルタ嵌込孔５３はそれぞれ、その位置に対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの外形に沿って形成されており、本体部５１を上下方向に貫通している。本体部５１の下面側において、フィルタ嵌込孔５３の周縁に沿って開口縁５３ａが形成されている。この開口縁５３ａは、対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの下面の外周よりも小さい開口を形成している。また、隣り合うフィルタ嵌込孔５３，５３の間には、光遮蔽部５４が形成されている。なお、フィルタ嵌込孔５３の深さはバンドパスフィルタＢＰＦｋの高さよりも大きいため、バンドパスフィルタＢＰＦｋをフィルタ嵌込孔５３内に固定した際には、バンドパスフィルタＢＰＦｋの上面は嵌込面５１ａに対して窪んだ位置に配置される。
【００３５】
壁部５２，５２は、フィルタ嵌込孔５３が設けられた本体部５１の嵌込面５１ａから互いに対向するように突出している一対の部材である。壁部５２，５２は、複数のフィルタ嵌込孔５３を挟んで嵌込面５１ａから略垂直に設けられ、互いに対向する対向面５２ａ，５２ａをそれぞれ備えている。対向面５２ａ，５２ａは、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の高さを超える高さを有しており、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の幅よりも広い間隔で離間している。そして、この嵌込面５１ａ及び対向面５２ａ，５２ａによって囲まれた収容空間Ｓａに分光部５のダイクロイックミラーアレイ２１が収容される。
【００３６】
このとき、透光ロッド２０の長尺方向の長さは収容空間Ｓａの同方向の長さよりも長いため、透光ロッド２０の両端部は保持部５０から突出している。そして、透光ロッド２０の両端部に嵌合された弾性部材２３が上側筐体３０と接触して固定されることにより、透光ロッド２０が収容空間Ｓａ内で本体部５１及び壁部５２，５２に対して離間した宙吊りの状態で保持される。したがって、透光ロッド２０と保持部５０との間には、一定の隙間が存在し、両者は非接触となっている。
【００３７】
なお、壁部５２（対向面５２ａ，５２ａ）は、分光部５が保持部５０に宙吊りに保持された状態においても、その状態の分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）を超える高さを有している。つまり、壁部５２（対向面５２ａ，５２ａ）の高さは、分光部５（透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎ）の高さと、透光ロッド２０の分光面２０ｂと嵌込面５１ａとの離間距離と、を足した長さよりも大きい。壁部５２の上平面である取付面５２ｂには、本体部５１の延在方向の両端に雌ネジ部５５が設けられている。この雌ネジ部５５によって、保持部５０は上側筐体３０に取り付けられる。
【００３８】
次に、図８を参照して、分光装置１の組立手順を説明する。まず、各バンドパスフィルタＢＰＦｋを保持部５０のフィルタ嵌込孔５３にそれぞれ装着する。具体的には、各バンドパスフィルタＢＰＦｋをフィルタ嵌込孔５３の上側から挿入し、バンドパスフィルタＢＰＦｋの上部に光路を遮らないように固定用シリコン接着剤等の接着剤を塗布して、フィルタ嵌込孔５３の周縁部に固定する。続いて、バンドパスフィルタＢＰＦｋが装着された保持部５０を上側筐体３０の下面から収容し、取付面５２ｂと上側筐体３０の上内面とを面接触する。そして、上側筐体３０の上面に設けられた開口部３１を介して、保持部５０の雌ネジ部５５にネジ部材を螺入し、保持部５０を上側筐体３０に固定する。次に、分光部５を開口部３２から上側筐体３０内に挿入し、保持部５０の壁部５２，５２間に収容する。
【００３９】
そして、取付用板（固定用部材）３５を分光部５（透光ロッド２０）の入射端に嵌め込み、取付用板３５を上側筐体３０の長手方向に直交する一側面にネジ部材等により固定する。さらに、分光部５（透光ロッド２０）の他端に押子（押圧用部材）３６及び位置調整ネジ（押圧用部材）３８を取り付け、遮光板３７を上側筐体３０の長手方向に直交する他側面にネジ部材等で固定する。そして、光電子増倍管２を収容している下側筐体４０に上側筐体３０をネジ部材で固定する。以上の手順により、分光装置１が組み立てられる。
【００４０】
次に、分光装置１の各光学部材の位置調整について説明する。図１０は、分光部５の周辺部分の一部切欠斜視図である。図２及び図１０に示すように、分光装置１では、各バンドパスフィルタＢＰＦｋは、保持部５０のフィルタ嵌込孔５３によって、対応する光入射部４ａに対して光電面７の垂線方向に高精度に配置されている。また、分光部５は、本体部５１の幅方向において、壁部５２，５２により波長選択部２５の上方に高精度に配置されている。したがって、分光装置１では、各ダイクロイックミラーＤＭｎが対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋに対して、光電面７の垂線方向に配置されるように位置調整を行う。この位置調整は、入射光の入射方向、すなわち透光ロッド２０の長手方向において、分光部５を位置調整すればよい。
【００４１】
図１０に示すように、透光ロッド２０の入射端は、取付用板３５の嵌合部３５ａに嵌合されている。この嵌合部３５ａは、取付用板３５を貫通する孔である。嵌合部３５ａの一端は透光ロッド２０の外形よりも小さい開口を有し、嵌合部３５ａの他端は透光ロッド２０の外形に沿って開口されている。このように、取付用板３５は、嵌合部３５ａの他端において透光ロッド２０の一端を嵌合可能に形成され、嵌合部３５ａ内をその一端まで透光ロッド２０を押込可能となるように形成されている。
【００４２】
また、透光ロッド２０の他端には、押子３６及び位置調整ネジ３８が取り付けられている。この位置調整ネジ３８の頂部には、例えば六角形の凹部が形成されている。この凹部を介してレンチ等の工具により位置調整ネジ３８が螺入されることで、押子３６によって透光ロッド２０の他端を入射端側に押圧可能とし、入射光の入射方向における分光部５の位置を調整可能としている。また、位置調整ネジ３８は、遮光板３７の開口部を介して分光装置１の外部から螺入可能に設けられている。
【００４３】
このように、分光装置１の組み立て後、分光装置１の外部から位置調整ネジ３８を螺入することで、透光ロッド２０を他端側から入射端側に押圧して、入射光の入射方向における分光部５の位置を微調整する。例えば、ダイクロイックミラーＤＭｎの反射光がそれぞれ対応するバンドパスフィルタＢＰＦｋの上面の略中心位置に垂直に入射するように、分光部５の位置を微調整する。そして、位置調整ネジ３８は、位置調整後の状態で筐体１０に固定される。なお、透光ロッド２０の入射端は、取付用板３５の嵌合部３５ａに嵌合されているため、透光ロッド２０の回転を抑制しつつ、分光部５の位置調整を行うことができる。
【００４４】
以上のように構成された分光装置１における入射光の分光作用について説明する。図２に示すように、入射光は、入射部２２に略垂直に入射する。この入射部２２は透光ロッド２０の入射面２０ａに形成された反射防止膜であるので、入射光は入射部２２において殆ど反射されることなく透光ロッド２０内に入射する。そして、入射光は、透光ロッド２０内を通って、入射部２２と入射方向において４５度の角度をもって対面しているダイクロイックミラーＤＭ１に入射する。
【００４５】
ここで、ダイクロイックミラーＤＭ１により反射された光（主に波長α１より短波長帯域の光）は、バンドパスフィルタＢＰＦ１及び光入射部４ａを透過して光電面７に略垂直に入射する。一方、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した光（主に波長α１より長波長帯域の光）は、透光ロッド２０内を通って、光透過帯域の最短波長が２番目に小さいダイクロイックミラーＤＭ２に対し４５度の角度をもって入射することになる。
【００４６】
このため、ダイクロイックミラーＤＭ２により反射された光（主に、波長α１より長波長帯域の光のうち、波長α２より短波長帯域の光）は、バンドパスフィルタＢＰＦ２及び光入射部４ａを透過して光電面７に略垂直に入射する。さらに、ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した光（主に波長α２より長波長帯域の光）は、透光ロッド２０内を通って、ダイクロイックミラーＤＭ３に対し入射する。このようにして、光透過帯域の最短波長が最大のダイクロイックミラーＤＭ８に到達するまで透過光が透光ロッド２０内を通過することになる。
【００４７】
次に、分光装置１の作用効果を説明する。図１１は、分光装置１の各チャンネルの出力特性を示す図である。図１１において、横軸は分光された光の波長を示し、縦軸は光透過率（分光された光の強度の入射光の強度に対する割合）を示す。なお、比較のため、従来品（型名：Ｈ１１４５４）の各チャンネルの出力特性を併せて示している。この従来品は、分光装置１と同様の透過型の分光装置であって、分光部の光路を大気としたものである。グラフＡ１〜Ａ４はそれぞれ、分光装置１のチャンネルＣ４，Ｃ５，Ｃ７，Ｃ８（中心波長λ４，λ５，λ７，λ８）の，出力特性を示すグラフである。グラフＢ１〜Ｂ４はそれぞれ、従来品のチャンネルＣ４，Ｃ５，Ｃ７，Ｃ８（中心波長λ４，λ５，λ７，λ８）の出力特性を示すグラフである。
【００４８】
分光装置１の出力特性と従来品の出力特性とを比較すると、チャンネルＣ４では、いずれも光透過率が９２〜９３％程度であり、その差は殆ど認められない。しかし、チャンネルＣ５では、従来品の光透過率は８５〜８８％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は９０％程度である。チャンネルＣ７では、従来品の光透過率は８０〜８２％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は８７〜９０％程度である。チャンネルＣ８では、従来品の光透過率は６７〜７０％程度であるのに対して、分光装置１の光透過率は８０％程度で、従来品の光透過率に対して約２割程度高い。このように、後段のチャンネルＣｍになるほど、分光装置１の光透過率が従来品の光透過率より大きくなっている。この傾向は、分光装置１では、従来品と比較して入射光の光路において光の損失が低減されていることを示している。従って、分光装置１では、従来品と比較して光の損失が低減されている。
【００４９】
このように、分光装置１では、透光ロッド２０内にダイクロイックミラーアレイ２１が設けられた構成とすることで、入射光の光路において、光の拡散を抑制することができ、分光部５内における光の損失を抑制することができる。また、透光ロッド２０の両端に弾性部材２３が嵌合されることで、透光ロッド２０を保持部５０に対して離間させた状態で、分光部５を配置することができる。このため、透光ロッド２０と保持部５０との間の接触をなくすことができ、壁部５２，５２の間の収容空間Ｓａ内での透光ロッド２０の位置調整が容易になるとともに、接触界面からの光の損失をなくすことができる。
【００５０】
また、上述したように、入射部２２は反射防止膜で構成されているため、入射部２２において入射光が反射するのを抑制することができ、入射部２２における光の損失を抑制することができる。
【００５１】
また、上述したように、各ダイクロイックミラーＤＭｎにより反射された光はバンドパスフィルタＢＰＦｋを透過することになるため、波長弁別性をより一層向上させることができる。従って、入射光を分光する際の分解能を向上させることが可能になる。しかも、各ダイクロイックミラーＤＭｎにより反射された光はバンドパスフィルタＢＰＦｋに略垂直に入射することになるため、バンドパスフィルタＢＰＦｋを透過した光の波長域がシフトするのを防止することができる。
【００５２】
また、上述のような出力特性を得るためには、分光装置１の各光学部材が正確に配置されている必要がある。分光装置１では、波長選択部２５の各バンドパスフィルタＢＰＦｋが、保持部５０の本体部５１の一方向に形成された複数のフィルタ嵌込孔５３にそれぞれ保持されている。また、その複数のバンドパスフィルタＢＰＦｋが設けられた本体部５１の上面から突出し、複数のフィルタ嵌込孔５３を挟んで互いに対向する一対の壁部５２，５２の間に、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）が収容されている。これにより、本体部５１の上面において、一方向と直交する方向における分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）の位置を波長選択部２５の位置に合わせることができる。このため、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）及び波長選択部２５の位置をより確実に決定することができ、分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）及び波長選択部２５の位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。また、遮光性の材料からなる本体部５１に設けられたフィルタ嵌込孔５３にバンドパスフィルタＢＰＦｋを収容し、遮光性の材料からなる壁部５２，５２がフィルタ嵌込孔５３及び分光部５を挟むように設けられているため、これらの光学部材間の光路の遮光性も向上する。
【００５３】
また、分光部５は、透光ロッド２０にダイクロイックミラーアレイ２１及び入射部２２が形成されているため、ダイクロイックミラーＤＭｎを個々に配置及び位置調整を行うことなく、一括して配置及び位置調整を行うことができる。その結果、ダイクロイックミラーＤＭｎの位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００５４】
さらに、透光ロッド２０の光入射端の外形に沿った形状の嵌合部３５ａを有する取付用板３５が、透光ロッド２０の光入射端に嵌合された状態で上側筐体３０に固定され、押子３６及び位置調整ネジ３８が透光ロッド２０の他端に設けられている。これにより、透光ロッド２０の回転を抑制しつつ、分光部５の長手方向の位置調整を行うことができ、分光部５の位置調整を容易化して、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００５５】
また、透光ロッド２０の両端に弾性部材２３が嵌合されることで、壁部５２，５２の間に、分光部５を保持部５０に対して離間させつつしっかりと位置決めされた状態で固定されるように、透光ロッド２０を筐体１０で保持することができる。また、透光ロッド２０の耐振動性を確保でき、透光ロッド２０を保護することができる。
【００５６】
また、分光部５が保持部５０に収容された状態において、壁部５２，５２は、透光ロッド２０を超える高さを有している。このため、壁部５２，５２によって透光ロッド２０の位置決めがより確実になるとともに、透光ロッド２０及びダイクロイックミラーＤＭｎを保護することができる。
【００５７】
さらに、透光ロッド２０に薄膜のダイクロイックミラーＤＭｎが形成されることで、分光部５をコンパクト化することができ、分光装置１をコンパクト化することが可能となる。また、複雑な構成の分光部５とすることも可能となる。
【００５８】
（変形例）
図１２は、分光装置１の変形例を示す図である。ここでは、上記実施形態の分光装置１との相違点を中心に説明する。図１２に示すように、この変形例の分光装置１では、保持部５０の壁部５２，５２の互いに対向する面である対向面５２ａ，５２ａのそれぞれに複数のミラー溝５６が設けられている。複数のミラー溝５６はそれぞれ、各フィルタ嵌込孔５３の中心軸と本体部５１の幅方向とで規定される平面が対向面５２ａ，５２ａに交差する直線上に中心点を有し、本体部５１の延在方向において４５度の角度をもって形成されている。また、複数のミラー溝５６はそれぞれ、他方の対向面５２ａに設けられたミラー溝５６と対向しており、対向するミラー溝５６と略同一の形状を有している。また、各ミラー溝５６は、一端が取付面５２ｂまで達しており、ダイクロイックミラーＤＭｎの幅方向の端部を挿入可能な程度の幅を有している。
【００５９】
また、分光部５は、ダイクロイックミラーアレイ２１のみから構成されており、透光ロッド２０及び弾性部材２３を有しない。このダイクロイックミラーアレイ２１は、板状のダイクロイックミラーＤＭｎの配列である。各ダイクロイックミラーＤＭｎは、対向面５２ａ，５２ａ間の離間距離よりも大きい幅を有し、互いに対向するミラー溝５６，５６に嵌合可能に形成されている。
【００６０】
変形例の分光装置１では、このミラー溝５６のそれぞれに直接ダイクロイックミラーＤＭｎが挿入され、嵌合されることで、分光部５が保持部５０に保持される。このため、入射光の入射方向における分光部５（ダイクロイックミラーＤＭｎ）の位置調整を行うことなく、分光装置１を組み立てることが可能となる。
【００６１】
なお、本発明に係る分光装置は本実施形態に記載したものに限定されない。本発明に係る分光装置は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る分光装置１を変形し、又は他のものに適用してもよい。
【００６２】
例えば、ダイクロイックミラーＤＭｎはそれぞれ、特定波長より短波長の光を透過し、該波長以上の波長を反射する波長帯域特性を有してもよい。この場合、ダイクロイックミラーＤＭ１は、ダイクロイックミラーＤＭｎのうち光透過帯域の最長波長が最大のダイクロイックミラーである。そして、ダイクロイックミラーＤＭ１〜ダイクロイックミラーＤＭ８は、光透過帯域の最長波長が大きい順に、入射光の入射方向において４５度の角度をもって透光ロッド２０内に配列されている。また、最終段のダイクロイックミラーであるダイクロイックミラーＤＭ８は、入射光を反射する反射ミラーとしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…分光装置、２…光電子増倍管（光検出部）、５…分光部、１０…筐体、１４…マルチアノード、２０…透光ロッド（ロッド部材）、２３…弾性部材、２５…波長選択部、３０…保持部、３５…取付用板（固定用部材）、３６…押子（押圧用部材）、３８…位置調整ネジ（押圧用部材）、５０…保持部、５１…本体部、５２…壁部、ＢＰＦｋ…バンドパスフィルタ（波長選択素子）、Ｃｍ…チャンネル（電子増倍経路）、ＤＭｎ…ダイクロイックミラー（分光素子）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置であって、
互いに異なる波長帯域特性を有する複数の分光素子が配列された分光部と、
前記分光素子の各々に対向して設けられた複数の波長選択素子を有する波長選択部と、
前記複数の波長選択素子からの透過光を光電変換する光電面と、前記複数の波長選択素子の各々に対応して設けられた複数の電子増倍経路と、前記電子増倍経路の各々に対応して設けられた複数のアノードとを有する光電子増倍管を備えた光検出部と、
前記波長選択部を筐体内で保持する保持部と、
を備え、
前記保持部は、前記波長選択素子が一方向に配列された本体部と、前記本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部と、を含み、
前記分光素子は、前記波長選択素子の配列方向に沿って前記一対の壁部の間に配列されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記分光部は、透光性を有する材料からなるロッド部材を更に有し、
前記分光素子は、前記ロッド部材の長手方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記壁部は、前記ロッド部材を超える高さを有していることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記ロッド部材と前記保持部とが非接触となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の分光装置。
【請求項５】
前記ロッド部材の両端には、それぞれ弾性部材が嵌合されており、
前記ロッド部材は、前記弾性部材を介して前記一対の壁部の間に収容されていることを特徴とする請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記ロッド部材の一端に嵌合された状態で前記筐体に固定される固定用部材と、
前記ロッド部材の他端に設けられ、前記ロッド部材を前記他端側から前記一端側に押圧した状態で前記筐体に固定される押圧用部材と、
を更に備える請求項２〜５のいずれか一項に記載の分光装置。
【請求項１】
入射光を互いに異なる波長帯域の光に分光して各波長帯域の光を検出する分光装置であって、
互いに異なる波長帯域特性を有する複数の分光素子が配列された分光部と、
前記分光素子の各々に対向して設けられた複数の波長選択素子を有する波長選択部と、
前記複数の波長選択素子からの透過光を光電変換する光電面と、前記複数の波長選択素子の各々に対応して設けられた複数の電子増倍経路と、前記電子増倍経路の各々に対応して設けられた複数のアノードとを有する光電子増倍管を備えた光検出部と、
前記波長選択部を筐体内で保持する保持部と、
を備え、
前記保持部は、前記波長選択素子が一方向に配列された本体部と、前記本体部から互いに対向するように突出する一対の壁部と、を含み、
前記分光素子は、前記波長選択素子の配列方向に沿って前記一対の壁部の間に配列されていることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記分光部は、透光性を有する材料からなるロッド部材を更に有し、
前記分光素子は、前記ロッド部材の長手方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記壁部は、前記ロッド部材を超える高さを有していることを特徴とする請求項２に記載の分光装置。
【請求項４】
前記ロッド部材と前記保持部とが非接触となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の分光装置。
【請求項５】
前記ロッド部材の両端には、それぞれ弾性部材が嵌合されており、
前記ロッド部材は、前記弾性部材を介して前記一対の壁部の間に収容されていることを特徴とする請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】
前記ロッド部材の一端に嵌合された状態で前記筐体に固定される固定用部材と、
前記ロッド部材の他端に設けられ、前記ロッド部材を前記他端側から前記一端側に押圧した状態で前記筐体に固定される押圧用部材と、
を更に備える請求項２〜５のいずれか一項に記載の分光装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４２１１７（Ｐ２０１２−２４２１１７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９４２６（Ｐ２０１１−１０９４２６）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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