特開 2023-140517 分光器および分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023140517

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】分光器および分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/06 20060101AFI20230928BHJP

   G01J 3/32 20060101ALI20230928BHJP

   G01J 3/18 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

G01J3/06

G01J3/32

G01J3/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022046395

(22)【出願日】2022-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】尾形 亮磨

(72)【発明者】

【氏名】鴇田 才明

(72)【発明者】

【氏名】野口 英剛

【テーマコード（参考）】

2G020

【Ｆターム（参考）】

2G020CC05

2G020CC42

2G020CC55

2G020CD03

2G020CD24

(57)【要約】

【課題】分光器を大型化することなく迷光を低減すること。
【解決手段】分光器は、外部からの光を入射させる光入射手段と、前記光入射手段によって入射された前記光を波長分散させる回折格子と、傾きが可変である反射面により光を走査させる走査手段と、前記走査手段によって反射された前記光を外部に出射させる光出射手段と、前記光出射手段からの出射光を検出する光検出手段と、走査始端側遮光手段および走査終端側遮光手段の少なくとも一方と、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部からの光を入射させる光入射手段と、
前記光入射手段によって入射された前記光を波長分散させる回折格子と、
傾きが可変である反射面により光を走査させる走査手段と、
前記走査手段によって反射された前記光を外部に出射させる光出射手段と、
前記光出射手段からの出射光を検出する光検出手段と、
走査始端側遮光手段および走査終端側遮光手段の少なくとも一方と、を有する、分光器。

【請求項2】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記回折格子における有効領域の周辺に設けられた遮光部材を含む、請求項１に記載の分光器。

【請求項3】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記回折格子を支持する基板において前記回折格子の周囲に形成された光吸収膜を含む、請求項１または請求項２に記載の分光器。

【請求項4】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、内壁が遮光部材で覆われた箱状部材を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項5】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記光入射手段から入射された光の正反射成分が前記箱状部材から出射しない角度に形成されている、請求項４に記載の分光器。

【請求項6】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記光検出手段における光検出領域以外の領域に形成された遮光部材を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項7】

前記光入射手段、前記回折格子、前記走査手段および前記光出射手段を収容する筐体を有し、
前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記光入射手段に近接して前記筐体に設けられたテーパ付開口を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項8】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記外部からの光が前記光入射手段に入射する手前に設けられた入射前開口部材を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項9】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方は、前記走査手段における可動部以外の領域に設けられた非可動領域遮光部材を含む、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項10】

前記走査始端側遮光手段および前記走査終端側遮光手段の少なくとも一方の表面反射率は、前記回折格子を支持する基板、前記光検出手段における光検出領域以外の領域、および前記走査手段における可動部以外の領域のそれぞれの表面反射率のうち、最も低い表面反射率の１０％以下である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の分光器。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の分光器を有する分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分光器および分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、測定光を分光することにより、波長ごとの分光スペクトルが得られるようにしたいわゆる分光器が知られている。このような分光器は、資源リサイクルのためにプラスチックの材質を判別する用途等の様々な用途において使用される。

【0003】

上記の分光器には、迷光を低減するために、分光器における出口スリットの手前に光軸の方向に沿って複数の突片を有する光トラップ部材を着脱可能に設ける構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

分光器では、迷光を低減することが求められる。

【0005】

本発明は、少なくとも走査に付随する迷光を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の分光器は、外部からの光を入射させる光入射手段と、前記光入射手段によって入射された前記光を波長分散させる回折格子と、傾きが可変である反射面により光を走査させる走査手段と、前記走査手段によって反射された前記光を外部に出射させる光出射手段と、前記光出射手段からの出射光を検出する光検出手段と、走査始端側遮光手段および走査終端側遮光手段の少なくとも一方と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、少なくとも走査に付随する迷光を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る分光器の全体構成を例示する斜視図である。

【図2】図１におけるII－II切断線に沿った断面図である。

【図3】反射面角度と光検出部による検出光量との関係例を示す図である。

【図4】反射面による走査に伴う迷光の第１例を示す図である。

【図5】反射面による走査に伴う迷光の第２例を示す図である。

【図6】光吸収膜を有する分光器を例示する断面図である。

【図7】図７（ａ）は光吸収膜を設けた回折格子の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図8】暗箱部材を有する分光器を例示する断面図である。

【図9】図８の暗箱部材の拡大断面図である。

【図10】端部遮光部材を有する分光器を例示する断面図である。

【図11】図１１（ａ）は端部遮光部材の第１例の斜視図、図１１（ｂ）は端部遮光部材の第２例の斜視図である。

【図12】テーパ付開口を有する分光器を例示する断面図である。

【図13】図１２のテーパ付開口を例示する図であり、図１３（ａ）は第１例、図１３（ｂ）は第２例、図１３（ｃ）は第３例、図１３（ｄ）は第４例、図１３（ｅ）は第５例である。

【図14】入射前開口部材を有する分光器を例示する断面図である。

【図15】非可動領域遮光部材を有する分光器を例示する断面図である。

【図16】遮光手段による迷光低減効果の一例を示す図である。

【図17】複数の遮光手段を有する分光器を例示する断面図である。

【図18】図１７の分光器の遮光手段による迷光低減効果例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について詳細に説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

【0010】

以下に示す実施形態は、本開示の技術思想を具体化するための分光器および分析装置を例示するものであって、本開示を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

【0011】

［実施形態］
＜分光器１０の全体構成例＞
図１は、実施形態に係る分光器１０の全体構成を例示する斜視図である。分光器１０は、光入射部１と、凹面回折格子２と、可動光反射部３と、光出射部４と、基板５と、光検出部６と、を有する。

【0012】

光入射部１は、外部からの光Ｌｉを入射させる光入射手段の一例である。光入射部１は、第１光通過部１１を通して分光器１０内に入射させる。光入射部１における第１光通過部１１以外の領域は、光Ｌｉを通過させない第１非光通過部１２を構成している。光入射部１によって入射された光Ｌｉは発散光として振舞うが、図では理解しやすいように直線で示している。

【0013】

第１光通過部１１は、例えばピンホール形状、スリット形状等を有し、光の入射位置を決定したり、波長分解能を向上させたりするために設けられている。

【0014】

凹面回折格子２は、光入射部１によって入射された光Ｌｉを波長分散させる回折格子の一例である。凹面回折格子２は、基板５上に形成されている。凹面回折格子２は、光Ｌｉを回折させることにより波長分散させつつ、波長分散光Ｌｄを可動光反射部３に向けて反射する。波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光は、それぞれ集束しながら伝搬して、反射面３２上の反射ライン３３上の異なる位置に入射し、反射面３２により反射される。

【0015】

基板５の材料には、例えば半導体、ガラス、金属、樹脂等を適用できるが、これらに限定されるものではない。なお、凹面回折格子２は、基板５上に直接形成されてもよく、基板５上に形成された薄膜層、例えば樹脂層等の上に形成されてもよい。

【0016】

可動光反射部３は、傾きが可変である反射面３２により光を走査させる走査手段の一例である。可動光反射部３は、凹面回折格子２による波長分散光Ｌｄを、反射面３２により光出射部４に向けて反射する。

【0017】

可動光反射部３は揺動軸３１を有している。可動光反射部３は、揺動軸３１周りに揺動することにより、波長分散光Ｌｄを反射する反射面３２の傾きを変化させる。波長分散光Ｌｄは、反射面３２の傾きに応じて走査される。

【0018】

可動光反射部３は、例えば、半導体基板に半導体プロセス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセス等によって薄型且つ小型に形成可能である。また、半導体基板に可動光反射部３を形成することにより、圧電駆動、静電駆動、電磁駆動等の駆動素子部を半導体基板上にモノリシックに形成できる。これにより、分光器１０は、モータ等の外部駆動装置を用いなくても可動光反射部３を駆動させることができるため、さらなる小型化が可能となる。但し、可動光反射部３が形成される基板は半導体に限定されるものではなく、ガラス、金属、樹脂等であってもよい。

【0019】

光出射部４は、可動光反射部３によって反射された波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光のうち一部の光を、第２光通過部４１を通して外部に出射させる光出射手段の一例である。波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光のうち一部の光は、その略焦点位置において第２光通過部４１を通って外部に出射する。光出射部４における第２光通過部４１以外の領域は、波長分散光Ｌｄを通過させない第２非光通過部４２を構成している。

【0020】

第２光通過部４１は、例えばピンホール形状、スリット形状等を有し、波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光のうち一部の光の出射位置を決定したり、波長分解能を向上させたりするために設けられている。

【0021】

波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光は、凹面回折格子２を射出した後，波長ごとに収束光として振舞い、第２光通過部４１において、その強度分布が第２光通過部４１の形状に近づくよう設計されている。ただし図中では，理解しやすいように光束を１つの直線で示しており、以後の説明もこの直線を用いて行うこととする。

【0022】

波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光は、それぞれ反射面３２上の反射ライン３３上の異なる位置において反射され、光出射部４上の出射ライン４３上の異なる位置に入射する。

【0023】

可動光反射部３の反射面３２が揺動軸３１周りに傾きを変化させることにより、波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光それぞれの出射ライン４３上における入射位置が変化する。

【0024】

波長分散光Ｌｄに含まれる異なる波長の光のうち、第２光通過部４１の位置に入射する光は、第２光通過部４１を通って出射する。光出射部４は、波長分散光Ｌｄに含まれる波長であって、可動光反射部３の揺動角により決定される波長の光を、第２光通過部４１を通して出射させることができる。

【0025】

なお、光入射部１および光出射部４についても、基板上に形成されたものであってもよい。この場合、基板の材料には、例えば、半導体、ガラス、金属、樹脂等を適用できるが、これらに限定されるものではない。但し、基板の材料として半導体を用いると、半導体プロセス、ＭＥＭＳプロセス等を用いて高精度且つ廉価に光入射部１および光出射部４を形成できるため好ましい。

【0026】

光検出部６は、光出射部４からの出射光を検出する光検出手段の一例である。光検出部６には、例えばフォトダイオードを使用できる。近赤外領域の光Ｌｉを分光する場合には、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードが好ましい。

【0027】

分光器１０において、上記各構成部は、図１に示すように所定の位置に配置され、さらに所定の姿勢を維持できるように、筐体や治具等に対して固定されている。

【0028】

本実施形態において、光出射部４の長手方向と、光出射部４の法線方向と、に沿った面を仮想面Ｓとしたとき、仮想面Ｓよりも、可動光反射部３による波長分散光Ｌｄの走査が開始する側を走査始端１１０側とする。仮想面Ｓよりも、可動光反射部３による波長分散光Ｌｄの走査が終了する側を走査終端１２０側とする。

【0029】

＜凹面回折格子２の構成例＞
図２は、凹面回折格子２の構成を例示する図であり、図１におけるII－II切断線に沿った断面図である。

【0030】

図２に示すように、凹面回折格子２は、反射部材１５を有する。具体的には、基板５の上面に凹曲面が形成されており、この凹曲面に回折格子が形成されている。さらに、回折格子の表面に、反射率を向上させるためのＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属材料を用いた反射部材１５が形成されている。例えば、基板５の凹曲面に対してレジストを塗布し、干渉露光法等を用いてレジストに格子パターンを形成し、ドライエッチング等を行うことにより、基板５の凹曲面に回折格子を形成できる。

【0031】

凹面回折格子２には、例えば、回折格子の溝部の断面形状として、矩形形状、正弦波形状、ノコギリ波形状等を有するものを適用できる。

【0032】

凹面回折格子２は、反射部材１５を有さない構成であってもよい。また、凹面回折格子２の構成は、同様の波長分散機能を有するものであれば、図２に例示したものに限定されない。光入射部１から平行光が入射する場合には、凹面回折格子２の代わりに平面回折格子を用いることによっても、同様の波長分散機能が得られる。この場合には、平面回折格子の傾きを変える構成を採用した場合に必要となる複雑な装置構成（例えば、平面回折格子の前後で光を平行光にするためのコリメート光学系等）は不要である。

【0033】

凹面回折格子２では、基板５の上面に形成された凹曲面に薄膜状の樹脂層が形成され、この樹脂層に回折格子が形成されていてもよい。この場合には、反射率を向上させるために、樹脂層に形成された回折格子の表面に、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属材料を用いた反射部材が形成されることが好ましい。

【0034】

＜分光器１０における迷光について＞
図１および図２の構成に筐体や支持部材を加えた状態において、照明光学シミュレーションを行ったところ、可動光反射部３の反射面３２の角度によって、予期せぬ迷光が発生していることが分かった。

【0035】

図３は、反射面３２の角度と光検出部６による検出光量との関係の一例を示す図である。図３は、分光対象となる波長範囲において、光量が均一な光を分光器１０に入射させた時の、可動光反射部３の反射面３２の角度に応じた光検出部６による検出光量の変化を示している。図３では、迷光の状況をわかりやすくするため、凹面回折格子２の回折効率はすべての波長で１００％としている。

【0036】

図３において、反射面３２の角度が所定角度の場合（図３では例えば３通りの角度）に、光検出部６による検出光量が大きくなった。この検出光量が大きい光は、迷光３０に対応する。迷光３０の原因を解析したところ、反射面３２による走査光が予期せぬ位置で複数回反射することが主な要因であることが分かった。

【0037】

図４は、反射面３２による走査に伴う迷光の第１例を示す図である。図４は、図１の構成に、光検出部６を支持する支持部材６０と、筐体１００と、を追加した分光器１０の断面を示している。筐体１００は、光入射部１、凹面回折格子２、基板５、可動光反射部３、光出射部４、光検出部６、支持部材６０等を内側に収容する箱状部材である。

【0038】

分光器１０に入射した後、光検出部６により検出される光には、外部から光入射部１を通過する収束光と、光入射部１から凹面回折格子２に向かう発散光と、凹面回折格子２から光出射部４に向かう収束光と、が含まれる。これらをまとめて有効光束Ｌｂと呼ぶ。有効光束Ｌｂは、分光器１０に入射する光Ｌｉのうち、分光に使用される光束領域を意味する。

【0039】

図４では、光入射部１前後の有効光束Ｌｂに加えて、迷光の一例である迷光３０ａの光路を示している。迷光３０ａは、有効光束Ｌｂに含まれず、正規の光路から外れた光路を進行する光を意味する。

【0040】

外部から光入射部１を通過した迷光３０ａは、凹面回折格子２を支持する基板５の平坦部で反射された後、可動光反射部３に到達する。迷光３０ａは、有効光束Ｌｂと同様に、可動光反射部３における反射面３２の回転に伴い、光出射部４上を走査され、反射面３２が所定の角度の場合に光出射部４を通過して光検出部６に到達し、光検出部６により検出される。

【0041】

図５は、反射面３２による走査に伴う迷光の第２例を示す図である。分光器１０の外部から筐体１００の内側に入り込む迷光３０ｂは、筐体１００に設けられた筐体開口１０１の内壁１０２で反射され、光入射部１を通過する。その後、迷光３０ｂは、支持部材６０、可動光反射部３における非可動部３４、光検出部６のエッジ部６ｗ、可動光反射部３の反射面３２の順に進行し、光出射部４を通過して光検出部６に到達する。光検出部６のエッジ部６ｗでは光散乱が生じ、正反射方向とは異なる方向の光が迷光３０ｂの成分となる。

【0042】

本実施形態では、分光器１０は、可動光反射部３の反射面３２による走査に伴って発生する迷光３０ａおよび３０ｂ等の迷光を、光出射部４の走査始端１１０側および走査終端１２０側の少なくとも一方に配置された遮光手段２０により低減する。なお、遮光手段２０は、走査始端側遮光手段および走査終端側遮光手段の少なくとも一方に対応する。

【0043】

＜光吸収膜２０ａの構成例＞
図６および図７は、遮光手段２０の一例としての光吸収膜２０ａを有する分光器１０を例示する図である。図６は分光器１０の断面図、図７（ａ）は回折格子の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【0044】

光吸収膜２０ａは、凹面回折格子２を支持する基板５上に設けられた遮光手段の一例である。光吸収膜２０ａは、光出射部４の走査始端１１０側に配置された遮光手段に対応する。凹面回折格子２は、回折格子における有効領域に対応し、基板５は回折格子における有効領域の周辺に対応する。

【0045】

例えば、光吸収膜２０ａが設けられていないと、基板５に入射する迷光３０ａの光量はほとんど減衰せずに光量が維持される。これに対して、光吸収膜２０ａを設けると、光吸収膜２０ａが吸収することにより、基板５の平坦部に入射する迷光３０ａの光量を低減できる。光吸収膜２０ａの好ましい反射率について、図１６を参照して後述する。

【0046】

光吸収膜２０ａは、基板５上に塗布、メッキ、蒸着等により形成される。光吸収膜２０ａを塗布により形成する場合には、塗料として、黒色顔料を分散させた黒色アクリル塗料等を使用できる。メッキにより形成する場合には、素材として、スズ－ニッケル合金、ニッケル－亜鉛合金、スズ－ニッケル－銅合金等の黒ニッケル材料等を使用できる。蒸着により形成する場合には、クロム膜と酸化ケイ素膜、クロム膜と酸化クロム膜等の交互積層膜で薄膜形成したり、表面に微細凹凸構造を持つ金属膜を形成したりすることにより、光吸収膜２０ａを形成できる。

【0047】

光吸収膜２０ａは、凹面回折格子２の有効部に対向する壁面の面積が極めて小さいため、この壁面で反射して迷光になる成分が発生しにくいことが特徴である。図７では、迷光３０ａの光路のみに光吸収膜２０ａを設けているが、加工容易性の観点では、迷光３０ａの光路を含む基板５全体に光吸収膜２０ａを設けてもよい。

【0048】

光吸収膜２０ａは、光吸収膜以外にも、基板５上に貼付した遮光シール等を含んで構成されてもよい。また光吸収膜２０ａは、遮光すべき領域を別部品で覆うようにして構成されてもよい。但し、この場合には、別部品のエッジ部で光散乱して迷光となる場合があるため、エッジ部での光散乱を抑える対策を行うことが好ましい。

【0049】

以上のように、分光器１０は、光出射部４の走査始端１１０側において、凹面回折格子２を支持する基板５において凹面回折格子２の周囲に形成された光吸収膜２０ａを含む。光吸収膜２０ａは、筐体１００の内側に設けられるため、分光器１０を大型化させるものではない。従って、分光器１０は、光吸収膜２０ａを有することにより、分光器１０を大型化したり、構成を複雑化したりすることなく、迷光を低減できる。

【0050】

＜暗箱部材２０ｂの構成例＞
図８および図９は、遮光手段の一例としての暗箱部材２０ｂを有する分光器１０を例示する図である。図８は分光器１０の断面図、図９は暗箱部材２０ｂの拡大断面図である。

【0051】

暗箱部材２０ｂは、光検出部６の支持部材６０上に設けられる。暗箱部材２０ｂは、その内側の壁である内壁３５が遮光部材で覆われた箱状部材である。暗箱部材２０ｂは、内側に入射する迷光３０ｂを、内壁３５を覆う遮光部材によって減衰させる。暗箱部材２０ｂは、光出射部４の走査終端１２０側に配置された遮光手段に対応する。

【0052】

迷光３０ｂの光路は、分光器１０に入射する光Ｌｉの有効光束Ｌｂに比べて極めて細いため、暗箱部材２０ｂは特定の光線のみを受け取るように構成されればよい。

【0053】

暗箱部材２０ｂの内壁３５において、一度の反射で吸収しきれない迷光３０ｂも、暗箱部材２０ｂの内壁３５での複数回の反射で確実に吸収され外部に漏れることはない。ここでは矩形状の箱状部材を例示したが、その内側において多数回の反射で光を減衰可能なものであれば暗箱部材２０ｂの形状に特段の制限はない。暗箱部材２０ｂは、内壁３５に遮光部材を有するとともに外壁３６にも遮光部材を有してもよい。

【0054】

暗箱部材２０ｂは、光入射部１から入射された光Ｌｉの正反射成分が暗箱部材２０ｂから出射しない角度に形成されていることが好ましい。図９において、破線で示した迷光正反射成分３０ｂ１は、暗箱部材２０ｂに入射した迷光３０ｂが暗箱部材２０ｂの内側で正反射した光の成分を表している。暗箱部材２０ｂは、この迷光正反射成分３０ｂ１が、暗箱部材２０ｂの外側に出ないように構成されている。例えば、暗箱部材２０ｂの内壁３５に汚れが付着しており、汚れでの反射により迷光３０ｂの正反射成分が増加した場合にも、迷光正反射成分３０ｂ１を遮断できるため、迷光３０ｂの低減効果を好適に得ることができる。

【0055】

以上のように、分光器１０は、光出射部４の走査終端１２０側において、内壁３５が遮光部材で覆われた暗箱部材２０ｂ（箱状部材）を有する。暗箱部材２０ｂは、筐体１００の内側に設けられるため、分光器１０を大型化させるものではない。従って、分光器１０は、暗箱部材２０ｂを有することにより、分光器１０を大型化したり、構成を複雑化したりすることなく、迷光を低減できる。

【0056】

＜端部遮光部材２０ｃの構成例＞
図１０および図１１は、遮光手段の一例としての端部遮光部材２０ｃを有する分光器１０を例示する図である。図１０は分光器１０の断面図、図１１（ａ）は第１例に係る端部遮光部材２０ｃを示す斜視図、図１１（ｂ）は第２例に係る端部遮光部材２０ｃ１を示す斜視図である。

【0057】

端部遮光部材２０ｃは、光検出部６における光検出領域以外のエッジ部６ｗ等に形成された遮光部材である。光検出部６のパッケージ素材には金属が用いられることが多く、その表面は、被覆されない状態では反射率が高い。従って光検出部６のパッケージ素材の表面、特に光検出部６のエッジ部６ｗ等を端部遮光部材２０ｃにより覆うことによって迷光３０ｂを好適に低減できる。端部遮光部材２０ｃは、光出射部４の走査始端１１０側および走査終端１２０側に配置された遮光手段に対応する。

【0058】

図１１（ａ）に示す端部遮光部材２０ｃは、例えば遮光シール等の部材である。図１１（ｂ）に示す端部遮光部材２０ｃ１は、例えば光吸収膜である。

【0059】

以上のように、分光器１０は、光出射部４の走査始端１１０側および走査終端１２０側において、光検出部６における光検出領域以外の領域に形成された端部遮光部材２０ｃ（遮光部材）を有する。端部遮光部材２０ｃは、筐体１００の内側に設けられるため、分光器１０を大型化させるものではない。従って、分光器１０は、端部遮光部材２０ｃを有することにより、分光器１０を大型化したり、構成を複雑化したりすることなく、迷光を低減できる。

【0060】

＜テーパ付開口２０ｄの構成例＞
図１２および図１３は、遮光手段の一例としてのテーパ付開口２０ｄを有する分光器１０を例示する図である。図１２は分光器１０の断面図である。図１３はテーパ付開口２０ｄを示す断面図であり、図１３（ａ）は第１例、図１３（ｂ）は第２例、図１３（ｃ）は第３例、図１３（ｄ）は第４例、図１３（ｅ）は第５例、である。

【0061】

テーパ付開口２０ｄは、光入射部１に近接して筐体１００に設けられた筐体開口の一種であり、光入射部１に近づくほど開口の面積が小さくなるテーパ形状を有する。分光器１０は、筐体１００にテーパ付開口２０ｄを有することにより、迷光３０ｂを外側に反射するため、筐体開口１０１と比較して、迷光３０ｂが筐体１００の内側に進入することを低減できる。テーパ付開口２０ｄは、光出射部４の走査終端１２０側に配置された遮光手段に対応する。

【0062】

テーパ付開口２０ｄのテーパ形状には様々なものを適用できる。例えば図１３（ｂ）に示すテーパ付開口２０ｄ１のように、筐体１００の強度を保つために、テーパ付開口２０ｄの一部を、テーパを有さない形状にしてもよい。また図１３（ｃ）に示すテーパ付開口２０ｄ２のように、筐体１００の強度を保ちつつ、迷光３０ｂの遮断効果を上げるために、テーパ付開口２０ｄの一部を、逆テーパ形状にしてもよい。さらに図１３（ｄ）に示すテーパ付開口２０ｄ３のように、テーパ付開口２０ｄの一部を曲面化してもよいし、図１３（ｅ）に示すテーパ付開口２０ｄ４のように、テーパ付開口２０ｄは逆テーパ形状を有してもよい。

【0063】

以上のように、分光器１０は、光出射部４の走査終端１２０側において、光入射部１に近接して筐体１００に設けられたテーパ付開口２０ｄを有する。テーパ付開口２０ｄは、筐体１００に設けられるため、分光器１０を大型化させるものではない。従って、分光器１０は、テーパ付開口２０ｄを有することにより、分光器１０を大型化したり、構成を複雑化したりすることなく、迷光を低減できる。

【0064】

＜入射前開口部材２０ｅの構成例＞
図１４は、遮光手段の一例としての入射前開口部材２０ｅを有する分光器を例示する断面図である。

【0065】

図１４に示すように、入射前開口部材２０ｅは、外部からの光Ｌｉが光入射部１に入射する手前に設けられ、入射前開口１０７を有する箱状部材である。図１４に示すように、入射前開口１０７は、光入射部１に近づくにつれ、開口面積が大きくなるテーパ形状を有することが好ましいが、これに限定されるものではない。

【0066】

分光器１０は、入射前開口部材２０ｅを有することにより、筐体１００の筐体開口１０１を通過可能な光Ｌｉの入射角度を制限できるため、迷光３０ａを好適に抑制できる。入射前開口部材２０ｅは、光出射部４の走査終端１２０側に配置された遮光手段に対応する。

【0067】

＜非可動領域遮光部材２０ｆの構成例＞
図１５は、遮光手段の一例としての非可動領域遮光部材２０ｆを有する分光器１０を例示する断面図である。

【0068】

非可動領域遮光部材２０ｆは、可動光反射部３における反射面３２以外の領域に設けられた遮光部材である。非可動領域遮光部材２０ｆには、塗布や蒸着で形成した光吸収膜等を使用できる。塗布では、塗料として、黒色顔料を分散させた黒色アクリル塗料等を使用できる。蒸着では、クロム膜と酸化ケイ素膜、クロム膜と酸化クロム膜等の交互積層膜で薄膜形成したり、表面に微細凹凸構造を持つ金属膜を形成したりすることにより膜形成できる。非可動領域遮光部材２０ｆは、光出射部４の走査始端１１０側および走査終端１２０側の両方にわたって配置された遮光手段に対応する。

【0069】

光吸収膜は、壁面の面積が極めて小さいため、この壁面で反射して迷光３０ｂになる成分が発生しにくいことが特徴である。光吸収膜以外にも、遮光シールを貼付することも可能である。遮光すべき領域を別部品で覆う構造を採用することもできる。但し、この場合には、別部品のエッジ部で光散乱し、迷光となる場合があるため、エッジ部での光散乱を抑える対策を行うことが好ましい。

【0070】

分光器１０は、非可動領域遮光部材２０ｆを有することにより、可動光反射部３における反射面３２以外の領域での反射光を抑制できるため、迷光３０ｂを好適に抑制できる。

【0071】

以上のように、分光器１０は、光出射部４の走査始端１１０側および走査終端１２０側の両方にわたって、可動光反射部３における反射面３２以外の領域に設けられた非可動領域遮光部材２０ｆを有する。非可動領域遮光部材２０ｆは、筐体１００の内部に設けられるため、分光器１０を大型化させるものではない。従って、分光器１０は、非可動領域遮光部材２０ｆを有することにより、分光器１０を大型化したり、構成を複雑化したりすることなく、迷光を低減できる。

【0072】

＜遮光手段２０の反射率について＞
遮光手段２０の反射率は、凹面回折格子２を支持する基板５、光検出部６における光検出領域以外の領域および可動光反射部３における反射面３２以外の領域の各表面反射率のうち、最も低い表面反射率の１０％以下であることが好ましい。

【0073】

図１６は、遮光手段２０による迷光低減効果の一例を示す図である。図１６は、光吸収膜２０ａを基板５上に蒸着によって形成し、光吸収膜２０ａの表面反射率を基板５の表面反射率の１０％以下にした場合の迷光３０の発生状況のシミュレーション結果を示している。光吸収膜２０ａは、酸化ケイ素と酸化クロムの積層膜からなるものとした。

【0074】

図１６において、破線で示したグラフ１６１は、光吸収膜２０ａがない場合の検出光量を表し、実線で示したグラフ１６２は、光吸収膜２０ａがある場合の検出光量を表している。光吸収膜２０ａがない場合と比較して迷光３０の光量を低減できることがわかった。この迷光３０の光量は、例えば、資源リサイクルのためにプラスチックの材質を判別する用途に分光器１０を使用する場合に、高い判別率を確保可能なものである。

【0075】

図１６では、光吸収膜２０ａと基板５を例としたが、暗箱部材２０ｂ、端部遮光部材２０ｃ、入射前開口部材２０ｅ、非可動領域遮光部材２０ｆ等を遮光手段２０としてもよい。遮光手段２０の表面反射率を、基板５、光検出部６における光検出領域以外の領域、可動光反射部３における反射面３２以外の領域の各表面反射率のうち、最も低い表面反射率の１０％以下としても同様の作用が得られる。

【0076】

以上より、遮光手段２０の表面反射率を、基板５、光検出部６における光検出領域以外の領域、可動光反射部３における反射面３２以外の領域の各表面反射率のうち、最も低い表面反射率の１０％以下とすることにより、迷光３０ｂの低減効果を好適に得ることができる。

【0077】

図１７は、光吸収膜２０ａ、端部遮光部材２０ｃおよび入射前開口部材２０ｅを有する分光器１０の一例を示す断面図である。図１８は、図１７の分光器１０における遮光手段２０による迷光低減効果の一例を示す図である。

【0078】

図１８において、破線で示したグラフ１６１は、光吸収膜２０ａ、端部遮光部材２０ｃおよび入射前開口部材２０ｅがない場合の検出光量を表している。実線で示したグラフ１８１は、光吸収膜２０ａ、端部遮光部材２０ｃおよび入射前開口部材２０ｅがある場合の検出光量を表している。図１８から、光吸収膜２０ａ、端部遮光部材２０ｃおよび入射前開口部材２０ｅを設けることにより、迷光３０の光量を低減できることが分かった。

【0079】

［その他の好適な実施形態］
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

【0080】

例えば、実施形態に係る分光器１０は、分析装置に用いることができる。このような分析装置は、例えば分光器により得られるスペクトルを分光分析することにより、対象物の樹脂種等を同定し、対象物をリサイクル材料として樹脂種ごとに選別回収するために用いられる。分析装置は、分光器１０を有することにより、迷光の影響を抑制した高精度な分析を行うとともに、分析装置を小型化できる。

【符号の説明】

【0081】

１ 光入射部（光入射手段の一例）
１１ 第１光通過部
１２ 第１非光通過部
２ 凹面回折格子（回折格子の一例）
３ 可動光反射部（走査手段の一例）
３１ 揺動軸
３２ 反射面
３３ 反射ライン
４ 光出射部（光出射手段の一例）
４１ 第２光通過部
４２ 第２非光通過部
４３ 出射ライン
５ 基板
６ 光検出部（光検出手段の一例）
１０ 分光器
１５ 反射部材
２０ 遮光手段
２０ａ 光吸収膜（遮光手段の一例）
２０ｂ 暗箱部材（箱状部材の一例、遮光手段の一例）
２０ｃ 端部遮光部材（遮光手段の一例）
２０ｄ テーパ付開口（遮光手段の一例）
２０ｅ 入射前開口部材（遮光手段の一例）
２０ｆ 非可動領域遮光部材（遮光手段の一例）
３０、３０ａ、３０ｂ 迷光
３５ 内壁
３６ 外壁
１００ 筐体
１０１ 筐体開口
１０２ 内壁
１１０ 走査始端
１２０ 走査終端
Ｌｉ、Ｌｄ 光
Ｌｂ 有効光束

【先行技術文献】

【特許文献】

【0082】

【特許文献1】特開２００８－１８５５２５号公報

【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17】

【図18】