专利名称：分光装置和分光方法
技术领域：
本发明涉及一种分光装置和一种在例如验血装置中使用的分光方法。
背景技术：
分光装置是一种用来测量测试样本的吸光度的装置，它通过把照射光照射到样品上，并且把穿过样品的或者从样品上反射回来的光的亮度转变成一电信号。这已经在很多领域中得到了应用。例如，当分光装置被应用于色彩检验或验血时，光穿过样品向外传播，多个光元件的吸光度具有不同的波长，也即，每个不同的波长都得到测量。这样的分光装置包括一个旋转盘系统分光装置，例如，如同公布在日本未审查专利申请Sho-59-131124中的一样。在这种分光装置中，通过机械旋转一个可旋转的盘使得传输待检测波长的光组份的滤光器被设置在一个光路中，使之能够检测多种不同的波长。
但是，因为所述的旋转盘系统分光装置是通过机械地旋转可旋转的盘来选择滤光器，这需要时间来检测多种不同的波长。但是在验血的过程中需要快速检验多个样品和多个项目，然而所述的可旋转盘系统设备却不能满足这种需求。
如同公布在日本未审查专利申请Hei-11-6766和Sho-59-170734中的那样，能够满足这种需求的设备包括半镜系统分光装置。这种分光装置的结构是通过多个半镜和多个光接收元件来检测多种波长。所述的半镜系统分光装置在各自的半镜上检测多种波长是通过把一个入射光分解成透射光和反射光，并且使用这个透射光作为设置在下一个步骤中的半镜的入射光。因此，与上述的通过机械选择波长来检测不同的波长的可旋转盘系统分光装置相比较，它可以快速地检测不同的波长。
发明内容
但是，根据一个半镜系统分光装置，一个光通量被每个半镜一分为二。相应地，因为入射光大幅度地减弱，设置在后面步骤中的光接收元件的S/N率下降了，由此，检测的效率，即光元件的检测灵敏度就降低了。例如，如果设置有八个半镜来检测九个波长类型，与原来的光的强度相比，则通过八个半镜的透射光的强度变成(1/2)8＝1/256，光元件的波长的检测效率就大幅度地下降。为了处理这个问题，就必须要增加从光源中发出的光的数量，但是，这样也会导致能量的进一步消耗。
本发明就是为了解决这个传统的问题，提供了一种分光装置和一种分光方法，所述的装置和方法能够以较高的检测效率和较快的速度检测多个不同波长的光组份。
按照本发明的分光装置是一个用于检测多个不同波长的光组份的分光装置，该分光装置包括多个干涉滤光器，所述的干涉滤光器在多个光组份的波长上是各自不同的，并且从光源发出的光将按顺序穿过这些干涉滤光器；以及，多个相应于每个干涉滤光器的光电探测装置，用于检测通过相应的干涉滤光器传输的光组份，其中，每个干涉滤光器把入射光分成一个反射的光组份和一个传输的光组份并且使得这个反射光组份作为入射光进入下一个步骤中的干涉滤光器，由此，从光源中发出的光按顺序被传输到多个干涉滤光器。
根据本发明的分光装置，多个干涉滤光器把它们各自的入射光分割成一个反射的光组份和一个传输的光组份并且使得反射的光组份作为入射光进入一个设置在下一个步骤中的干涉滤光器，由此，从光源中发出的光按顺序被传输进入多个干涉滤光器，并且通过各自的干涉滤光器传输的光组份是通过各自的光电探测方式被探测的，由此，就可以探测多个不同的波长。一个干涉滤光器是由非传导性层所组成的(非传导性多层薄膜)，并且一个预先设定波长的光组份是通过非传导性层的干涉效应来传输的。本发明的发明者已经发现这些非传导性层具有相对来说令人满意的特性来反射各波长的光组份而不是通过干涉滤光器的某个波长的光组份。相应地，由于一个相对高强度的入射光被射入到设置在后面步骤中的干涉滤光器中，这样，就可以提高检测效率。
此外，根据本发明的分光装置，射入每个干涉滤光器的入射光被分成一个传输的光组份和一个反射的光组份，并且反射的光组份作为入射光进入设置在下一个步骤中的一个干涉滤光器。因为根据本发明的分光装置不是通过机械地而是通过光学地选择一个波长来检测多个不同的波长，这样就可以高速地检测多个不同的波长。
按照本发明的分光方法是一种用于检测多个具有不同波长的光组份的分光方法，其中在每个干涉滤光器上(在这些滤光器中传输的诸个光组份的波长是各自不同的)，进入该干涉滤波器的一束入射光被分成反射的光组份和传输的光组份并且反射的光组份作为入射光进入一个设置在下一个步骤中的干涉滤光器中，由此，从光源中发出的光被传输到多个干涉滤光器中，使检测出传输经过其中各自干涉滤光器的光组份。
根据本发明的分光方法，与本发明的分光装置相似的原因，所述的方法能够以较高的效率和速度来检测具有不同波长的多个光组份。
另外，按照本发明的分光装置包括设置了多个光电探测器使得光能够以光速按时间顺序依次射入，并且其特征在于每个光电探测器具有一个光电传感器和一个连接到该光电传感器的光的入射侧的干涉滤光器，并且各个干涉滤光器的反射波长带和传输波长是不同的，并且，一后续步骤中的干涉滤光器的一传输波长被包含在一前面步骤中的干涉滤光器的一反射波长带中。不考虑干涉滤光器的传输波长，一个具有一孔阑的全反射镜可以被设置在其光入射表面侧。
此外，如果多个光电探测器沿一个圆形设置的话，则通向圆形内部的空气进入通道就变得狭窄了，因此，由空气波动引起的光电探测器的输出波动就可以被抑制。
此外，如果一个红外截止滤光片被设置在光电探测器的附近侧，由红外光导致的噪音的产生就可以被抑制，并且，如果圆柱体的内表面组成的光电探测器是黑的，就可以抑制由圆柱体的内部反射所导致的噪音。
图1是基于本发明的第一实施例的分光装置的示意图。
图2是显示第一实施例中的干涉滤光器(传输波长340mm，415纳米，450纳米)的波长和反射比之间的关系的图。
图3是显示第一实施例中的干涉滤光器(传输波长510纳米，540纳米，568纳米)的波长和反射率之间的关系的图。
图4是显示第一实施例中的干涉滤光器(传输波长600纳米，690纳米，800纳米)的波长和反射率之间的关系的图。
图5是按照本发明的第二实施例的分光装置的示意图。
图6是按照另一个实施例的分光装置的平面图。
图7是当第一光电探测器D1的、沿着其光轴被剪切时的截面图。
图8是当全反射镜型第一光电探测器D1沿着第一光电探测器D1的光轴被剪切时的第一光电探测器D1的截面图。
图9是显示光电探测器D1的内部部件的曝光图。
图10是显示一个实施例的示意图，其中在如图1的分光装置中应用了全反射镜型光电探测器D1-D5……。
图11是如图10中所示的第三光电探测器D3的放大截面图。
图12是显示一个实施例的图，其中，在如图1所示的分光装置中应用了红外截止滤光片。
图13是显示一个实施例的图，在如图1所示的分光设备中应用了红外截止滤光片。
具体实施例方式
下面将通过附图介绍按照本发明的一优选实施例的一种分光装置。
图1是一个按照本发明的第一实施例的分光装置的示意图。一种用于检测具有九种波长类型的光组份的分光装置1，它包括一个光源3，该光源包括例如一个20W-碘灯泡，会聚从光源3中发出的光线L用的透镜5，7；一个孔阑9，穿过透镜5和7的光线L通过该孔阑；一个透镜11，用于使光线L传输通过孔阑9和一个样品单元S，其中，一个测试样品(例如，血液)被包含在平行光线中；以及，一分光部分13，通过透镜11变成平行光线的光束L射入该分光部分中。构成了分光装置1的这些组件被包含在一个外壳(圆柱体)15中。
透镜5、透镜7和孔阑9由一个支撑部分17来支撑，并且，透镜5、透镜7和孔阑9沿着光线L的光路按照顺序设置。当光线L入射到样品单元S时，光线L的截面大小是由透镜5、透镜7和孔阑9限定的。该截面与光线L的运动方向成90°，其尺度是例如3mm长，3mm宽。
样品单元S的位置是在孔阑9和透镜11之间的光路中。在此位置之间，设置了切口19和21。此外，在透镜11与分光部分13之间的光路中设置有一个切口23。
现在，将详细地介绍分光装置13的结构。所述的分光部分13包括九个干涉滤光器31-39；以及，九个光电二极管41-49它们对应于各个干涉滤光器31-39并通过相应的干涉滤光器31-39的探测光部件。光电二极管41-49是光电探测方法的例子。能够在本实施例中使用的光电二极管包括一个例如是Si光电二极管。
所述的干涉滤光器31，33，35，37和39被设置成使得它们各自的入射表面是朝着一个方向，在这种情况下，所述的干涉滤光器是由支撑部分25来支撑的。支撑部分25被设置成使得入射到分光部分13中的光线L以一个预定的角度入射到干涉滤光器31中。光电二极管41，43，45，47和49被分别连接到各个干涉滤光器31，33，35，37和39的发射表面。这样，各个光电二极管可以探测到通过相应的干涉滤光器的光线。
类似的，干涉滤光器32，34，36和38被设置成使得它们各自的入射表面是朝着一个方向的，在这种情况下，所述的干涉滤光器是由一保持部分27来支撑的。保持部分27被设置在与入射到分光部分13之后而入射到干涉滤光器31之前的光线L的光路不相交的一个位置，使得由保持部分27保持的干涉滤光器与由保持部分25保持的干涉滤光器相对。光电二极管42，44，46和48被分别连接到各个干涉滤波器32，34，36和38的发射表面。这样，各个光电二极管可以探测到通过相应干涉滤光器的光线。在分光部分13中，提供了一个电子电路(没有显示)例如一个放大器用于放大由各个光电二极管41-49探测到的光线。构成分光部分13的这些组件被容纳在一个外壳(圆柱体)29中。
所述的干涉滤光器31-39把各个入射光分成一束反射光和一束传输光。通过如上所述地设置保持部分25和27，一束反射光变成一束射入到位于下一个步骤中的干涉滤光器中的入射光，由此，从光源3中发出的光束L按照数字的顺序依次通过干涉滤光器31-39。所述的干涉滤光器31-39具有像带通滤光器一样的功能，并且由各个滤光器传输的光线的波长由下表1中所示。
表1
其中，一个干涉滤光器就是一个光学滤光器，它是通过在一个基底上沉淀蒸汽或其它类似的操作形成具有一指定的光学厚度的多重薄膜，再将诸层膜压层，并且使用了产生于其内部的干扰，用于传输或反射一个仅仅具有特殊的波长带的光。总的来说，一个干涉滤光器由多层非传导性薄膜(例如，SiO2，SiN，或者TiO2)组成。本发明的发明人已经发现构成一个干涉滤光器非传导性薄膜反射各个波长的光，而不是干涉滤光器以一个相对高的百分比(例如80％或者更高)传输的某个波长的光。图2-图4显示了本发明的发明人通过实验得到的干涉滤光器的反射比和波长之间的关系的图表。在各个图表中，水平轴是表示进入干涉滤光器的入射光的波长(纳米)，而垂直轴表示入射光的反射比(％)。
在图2中，图表中的实线代表从干涉滤光器31(传输波长340纳米)中得到的数据，点划线代表从干涉滤光器32(传输波长415纳米)中得到的数据，长短线代表从干涉滤光器33(传输波长450纳米)中得到的数据。在图3中，图中的实线代表从干涉滤光器34(传输波长510纳米)中得到的数据，点划线代表从干涉滤光器35(传输波长540纳米)中得到的数据，长短线代表从干涉滤光器36(传输波长568纳米)中得到的数据。
在图4中，图中的实线代表从干涉滤光器37(传输波长600纳米)中得到的数据，点划线代表从干涉滤光器38(传输波长690纳米)中得到的数据，长短线代表从干涉滤光器39(传输波长800纳米)中得到的数据。
从以上的图中可以知道的是，干涉滤光器31-39对那些不是被传过的波长的光线的各波长的光组份都具有较高的传递系数。
本实施例使用了具有上述特性的干涉滤光器。也即，通过把每个干涉滤光器反射的光线入射到下一个步骤中的干涉滤光器中，一束相对高强度的入射光也射入位于后面步骤中的干涉滤光器。
现在通过图1来介绍分光装置1的操作。当截面尺寸被透镜5和7和孔阑9限定在一个预先设定的数值后，从光源3中产生的光束L通过切口19并且射入样品单元S。通过样品单元S之后，光束L传输通过切口21并且射入透镜11。光束L通过透镜11变成平行光线，并且通过切口23射入分光部分13。
所述的进入分光部分13的光束L首先进入干涉滤光器31的入射表面，并且由干涉滤光器31分光以变成传输光和反射光R1。传输光主要是波长为340纳米的光，并且由光电二极管41来探测。
如上所述，干涉滤光器具有一特性，那就是反射绝大多数的光线而不仅仅是传输波长的光线。因此，由干涉滤光器31反射的光线R1包括高强度的各波长的光线，它们将传输通过后面步骤中的干涉滤光器32-39。传输光部分R1入射到干涉滤光器32的入射表面，并且由干涉滤光器32分光成为传输光部分和反射光部分R2。通过干涉滤光器32传输的光主要是波长415纳米光部分，并且该光束是由光电二极管42来探测的。与上述原因相同，反射光R2包括高强度的各波长的光线，它们将传输通过位于后面的步骤中的干涉滤光器33-39。
然后，类似地，通过干涉滤光器33-39传输光部分，是由光电二极管43-49来探测的。相应地，具有九种波长类型的光可以由分光装置1来探测。由光电二极管41-49来探测的光线的输出值(nA)的例子显示在表2中。
表2
其中，“使用单滤光器的输出值”是进入分光部分13的光束L直接进入各个干涉滤光器31-39时从光电二极管输出的数值。“对单滤光器的比率(％)”是当单滤光器的输出数值为100％时的各个光电二极管41-49输出数值的百分比。“参考值”是当一个传递系数为50％的半镜被用作干涉滤波器时的单滤光器的百分比(％)。
根据本实施例，可以知道，甚至是那些传输通过位于后面步骤(例如，干涉滤光器35-39)中的干涉滤光器的光线都具有较大的输出数值。这一点从“对单滤光器的比率”和“参考值”的比较中可显而易见的。在本实施例中，即使是位于后面步骤中的干涉滤光器也具有较高的“对单滤光器的比率”百分比值。这表明由每个光电二极管探测到的光强度是较高的，因此，即使是由位于后面步骤中的干涉滤光器传输的各波长的光也可以在探测效率方面得以提高。在另外一方面，当使用半镜时，如“参考值”所示，对单滤光器的比率呈指数下降。因此，可以理解，由于位于后面步骤中的干涉滤光器传输的光强度变得非常�。讲庑室簿痛蠓鹊叵陆盗�。
因此，根据本实施例，由于可以探测多个波长，却不必增加从光源3中发出的光量，就可以实现低功耗。此外，根据本实施例，也不需要特殊的部件来提高探测效率，就可以提供一种小型和低成本的分光装置。
此外，按照本实施例，射入每个干涉滤光器的入射光被分光成为一反射光部分和一传输光部分，并且反射光部分被射入位于下一步骤中的干涉滤光器中，由此，就可以探测到九种波长类型的光线。这样，在本实施例中，由于多个波长不是通过机械手段来探测的而是通过光学手段选择一个波长，这样就可以快速地探测多个波长。此外，由于采用了这样一种结构，其中，设置了多个干涉滤光器31-39使得从光源3中发出的光线L按顺序被传输，就可用一个简单的结构来探测多个波长。
根据具有上述作用的本实施例，就有可能使用分光装置来测试多个样品和多个项目，例如，验血。
现在，将要介绍按照本发明的第二个实施例的分光装置。图5是按照第二实施例的分光装置2的示意图。在图5中，相同的标号被用于与图1中所显示的分光装置1的相同的那些部件，关于它们的介绍将被省略。
分光装置2是通过用光电数乘器51-59来代替光电二极管41-49作为光电探测方法的例子来探测由各个干涉滤光器31-39传输的光线的。在用光线组成荧光的情况下，当光强度非常小的时候，由于很难通过光电二极管41-49来探测光线，光线就由光电乘数器51-59来探测。在这里，从光源3中发出的光L在样品单元S处的运动方向改变了90°的原因是防止从光源3中发出的光线L直接射入分光部分13。因此，就提高了探测各个光线部分的稳定性。在这里，分光装置2也具有与分光装置1相类似的作用。
根据分光装置1和2，九种波长类型的光线部分通过九个干涉滤光器来探测，所述的干涉滤光器允许具有不同波长的光线通过。但是，由本发明的分光装置探测的不同波长的数量并不局限于此，但是不同波长的数量可以通过改变干涉滤光器的数量来允许具有不同波长的光线通过而任意设定。
此外，分光装置1和2通过透镜11使得从样品单元S发出的光变成平行光，并且使它们入射到干涉滤光器中，但是，当在某个特定波长上的干涉滤光器的吸收很大时，或者从光源发出的光强度或者一个样品在特定的波长上很小时，通过在那个滤光器上聚焦就可以获及有效的光谱。例如，在本实施例中，可以通过在340纳米的干涉滤光器31上聚焦来提高探测光的数量，并且与由另外的干涉滤光器探测到的光强度之间的差别可以变得很小。
按照本发明的分光装置中，多个干涉滤光器把它们各自的入射光分光成反射光部分和传输光部分，反射光部分被变成入射光进入位于下一步骤中的干涉滤光器，并且从光源中发出的光按照顺序被传输到多个干涉滤光器，由此，就可以探测多个波长。本发明的发明人已经发现组成一个干涉滤光器的非传导性层具有相对令人满意的特性以反射不同波长的光线部分，而不是传输通过干涉滤光器的该波长的光线部分。相应地，具有相对高强度的一束入射光也进入位于后面步骤中的干涉滤光器，并且可以以较高的探测效率来探测多个波长。
此外，根据基于本发明的分光装置，射入各个干涉滤光器的入射光被分光成传输光部分和反射光部分，并且反射光部分变成入射光进入位于下面步骤中的干涉滤光器，因此，就可以快速地探测多个波长。
按照本发明的分光方法，就可以快速地以高探测频率来探测多个波长。
另外，按照上述实施例的分光装置包括多个光电探测器，这些光电探测器被设置成使得上述的光以光速按时间顺序入射，并且，每个上述的光电探测器，具有一个光电传感器和一个被固定在光电传感器的光线入射端的干涉滤光器，各个干涉滤光器的传输波长和反射波长带是不同的，并且，在后面步骤中的干涉滤光器的传输波长被包含在前面步骤中的干涉滤光器的反射波长带中。
在这里，在不考虑干涉滤光器的传输波长的情况下，一个具有一个孔阑的全反射镜可以被设置在其光入射表面端。
此外，如果多个光电探测器是沿一圆形来设置的，则通向该圆形内部的空气进入通道就变得狭窄了，因此，就可以抑制由空气波动所导致的光电探测器的输出波动。
此外，如果一个红外截止滤光片被设置在光电探测器的近旁，就可以抑制由红外线导致的噪音的产生，并且，如果组成光电探测器的圆柱体的内表面是黑色的，就可以抑制由圆柱体的内部反射所导致的噪音。
这在下文中会详细叙述。
图6是基于另外一个实施例的分光装置的平面示意图。与上述的分光装置相似，这个分光装置包括多个光电探测器D1-D22。在这里，聚焦在第一级光电探测器D1上，这被当作第一光电探测器，而下一级光电探测器D2被当作第二光电探测器。由于除了干涉滤光器的特性外多个光电探测器D1-D22的各部分是完全相同的，因此，在此仅以光电探测器D1为例来介绍。
图7是沿着第一光电探测器D1的光轴剖视时该光电探测器D1的截面图。
光电探测器D1具有一个第一光电二极管(第一光电传感器)PD1，一个第一干涉滤光器DF1被固定在该第一光电二极管PD1的光入射端。第一干涉滤光器DF1呈盘形，并且它的侧部圆周表面与圆柱体CY1的内表面相接触，并且被安装在该圆柱体CY1内。圆柱体CY形成一个支架，也即，第一圆柱体CY1容纳了第一光电二极管PD1并且具有一个开口，第一圆柱体CY1的开口被第一干涉滤光器PD1堵住。
圆柱体CY1的光线入射表面端是向内弯曲的，并且第一干涉滤光器DF1的光线入射表面的圆周面与这个弯曲部分CY’相接触，由此，第一干涉滤光器DF1被沿着光轴方向设置。第一光电二极管PD1被连接到了第一干涉滤光器DF1的光发射表面上。圆柱体CY1容纳了第一干涉滤光器DF1和第一光电二极管PD1，其中，它的内表面受过非反射的处理。换句话说，圆柱体CY1的内表面已经被漆成黑色了。也即，圆柱体CY1的内壁的颜色是黑色的，换句话说，就可以抑制不需要的反射以进行精确的探测。
在这里，一个第n级的光电探测器是第一光电探测器D1向第n级光电探测器的转换。对于第二光电探测器D2来说，这个第二光电探测器D2具有一个第二光电二极管(第二光电传感器(PD2))和一个被固定在第二光电二极管(PD2)的光线入射端的第二干涉滤光器(DF2)。
现在，将再次参阅图6。
第二光电探测器D2被设置成使得从第一干涉滤光器DF1中发出的反射光变成入射的，而且第一干涉滤光器DF1的传输波长(λT1)与它的反射波长带(ΔλR1)不相同，并且，第二干涉滤光器(DF2)的传输波长(λT2)被包含在第一干涉滤光器DF1的反射波长带(ΔλR1)中。
第三光电探测器D3被设置成使得从第二干涉滤光器(DF2)中反射的光被变成入射的，并且具有一个第三光电二极管(PD3)以及一个被固定在第三光电二极管(PD3)的光线入射端的第三干涉滤光器(DF3)。第二干涉滤光器(DF2)的传输波长(λT2)与反射波长带(ΔλR2)是不同的，并且第三干涉滤光器(DF3)的传输波长(λT3)被包含在第二干涉滤光器的反射波长带(ΔλR2)中。
通过使用“n”，(它是一个大于或等于1的整数)，这种关系可以作如下的表述。也即，第n+1个光电探测器(Dn+1)被设置成使得从第n个干涉滤光器(DFn)发出的反射光变成入射的，并且第n个干涉滤光器(DFn)的传输波长(λTn)与反射波长带(ΔλRn)是不同的，第n+1个干涉滤光器(DFn+1)的传输波长(λTn+1)被包含在第n个干涉滤光器(DFn)的反射波长带(ΔλRn)中。
一束射入分光装置的光线以一个入射角θ入射到光电探测器D1中，由光电探测器D1反射的光以一个入射角θ入射到下一级的光电探测器D2，并且由光电探测器D2反射的光线进一步以一个入射角θ入射进入下一级的光电探测器D3。也即，射入第一干涉滤光器的入射角θ是在0 °到10°之间，射入第二干涉滤光器(DF2)的入射角θ也在0°到10°之间。在本实施例中，θ＝7.5°。这是因为，如果入射角θ超过10°，射入干涉滤光器的波长的传递系数就下降了，并且发生波长转换。
集中看一下第一、第二和第三光电探测器D1，D2和D3。第一、第二和第三光电探测器D1，D2和D3被设置成使得第一、第二和第三干涉滤光器DF1、(DF2)和(DF3)的光线入射表面的法线交叉于一个点Q。通过这样的设置，多个光电探测器渐渐地形成一个圆，并且该圆的内部空间渐渐地对外部封闭，因此，来自外部空气中的灰尘和波动的影响就可以被抑制以进行精确的探测。
换句话说，这种分光装置包括了多个光电探测器Dn(n是一个等于1或者大于1的整数)，这些光电探测器被设置成使得光线以光速按时间顺序入射，并且光电探测器Dn每个都具有一个光电二极管PDn和一个被固定在光电二极管PDn的光线入射端的干涉滤光器DFn，每个干涉滤光器DFn的传输波长λTn和反射波长带ΔλRn是不同的，并且后一级的干涉滤光器DFn+1的传输波长λTn+1被包含在前面一级干涉滤光器DFn的发射波长带ΔλRn中，另外，这些光电探测器D1-D23被排列成一个圆形，可以进行精确的探测。在这里，为了形成一个圆，光电探测器D1-D23被设置成使得通向各个光电探测器D1-D23的光线入射表面的法线经过一个点。虽然在本实施例中设置了23个光电探测器，实际上，它的数量精确取决于光谱里所需的诸波长的数量。此外，当光电探测器的数量很小的时候，在光电探测器的位置上设置了遮光材料。
在本实施例中，虽然除了干涉滤光器的结构以外光电探测器D1-D23是完全相同的，但是一个具有一个孔阑的全反射镜可以被设置在干涉滤光器的光线入射表面侧。例如，虽然所有的光电探测器D1-D23可以被这种镜型光电探测器来取代，但是仅仅在光强度变得较弱的地方，后级的光电探测器D15-D23可以被全反射镜型光电探测器所取代。在这里，将作详细介绍，但是前提是，作为代表的第一光电探测器D1是一个全反射镜型光电探测器。
图8是当一个全反射镜型第一光电探测器D1沿着其光轴剖视时的截面图。
图9以分解开的方式表示了其内部各部件的光电探测器D1。
与图6中所示的光电探测器D1的区别在于一个全反射镜M1被设置在干涉滤光器DF1的光线入射表面侧，并且一个保持件弯曲部分CY’与全反射镜M1的光线入射表面的外圆周部分相接触。其它的结构和图6中所示的是相同的。
换句话说，在这个分光装置中，一个具有光圈AP1的全反射镜M1被连接到第一干涉滤光器DF1的光线入射表面。
所述的全反射镜M1由一个玻璃盘g1和形成在玻璃盘g1上的金属反射薄膜m1所组成。金属反射薄膜m1是由铝构成的并且具有一个用于光线入射的孔阑AP1。虽然金属反射薄膜m1可以通过蒸气沉积方法形成在玻璃盘g1上，它也可以通过湿电镀(Wet Plating)的方法形成。所述的玻璃盘g1形成在干涉滤光器DF1的光线入射表面上。
射入金属反射薄膜m1的孔阑AP1中的具有特定波长λT1的光线传输通过玻璃盘g和干涉滤光器DF1并且到达光电二极管PD1的光线入射表面，即一个光电探测区域。在所述的光电探测区域进行了一个光电转换，并且从光电二极管PD1中输出一个取决于入射光强度的信号强度的电信号。
入射到金属反射薄膜m1上的光的波长带ΔλR1被反射并且到达下面一级的光电探测器D2。
换句话说，本分光装置包括多个光电探测器D1-D23，这些光电探测器被设置成使得光以光速按时间顺序入射，并且，当把光电探测器D1作为光电探测器D1-D23(D15-D23)的代表来进行介绍的时候，这个光电探测器D1具有一个光电二极管PD1、一个被固定在光电二极管PD1光线入射端的干涉滤光器DF1以及一个具有一个孔阑AP1，并固定在干涉滤光器DF1的光线入射端的全反射镜M1。
在这种情况下，一束具有能被光电探测器D1探测到的光强度的光线通过光圈AP1的内部，并且通过利用全反射镜M1来有效地反射剩余的光线，就可以在后级探测器中有效地抑制探测灵敏性的下降。
这种全反射镜型光电探测器D1也可以被应用于如图1所示的分光装置中。
图10是显示一个实施例的示意图，其中，在如图1所示的分光装置中，应用了全反射镜型光电探测器D1-D5……。奇数级的光电探测器D1，D3，D5…排成一排以形成一个第一光电探测器阵列，偶数级的光电探测器D2，D4…排成一排以形成一个第二光电探测器阵列。第一和第二光电探测器阵列相互面对。在本实施例中，由透镜11引起的转换位置被设置在第二光电探测器D2上，当该位置朝后面级一侧移动并超过该转换位置时，光就变得更加发散。可以把该光束变成平行光使得光的发散几乎不发生。上述孔阑的直径可以在后面级一侧并超过转换位置处被放大以满足光的发散。另外，孔阑直径可以是相同的。
图11是如图10中所示的第三光电探测器D3的放大截面图。虽然除了干涉滤光器DF3的特性之外第三探测器D3的结构与第一探测器D1是相同的，但是第三探测器D3包括从光线入射端开始的一个由金属反射薄膜m3和玻璃盘g3组成的全反射镜M3、一个第三干涉滤光器DF3和一个光电二极管PD3，并且这些部件被容纳在圆柱体CY3中。圆柱体CY3的前端部分是向内弯曲的，并且弯曲部分CY3’的内部表面与全反射镜M3的外圆周面相接触。传输通过全反射镜M3的孔阑AP3的光的波长部分λT3到达光电二极管PD3，并且入射到金属反射薄膜m3上的光的波长带ΔλR3被反射。
在这里，如图12所示，分光装置可以进一步包括一个设置在射入第一干涉滤光器DF1中的光路中的红外线截止过滤器。
因此，依靠干涉滤光器，即使它具有传输红外线区域的波长的特性，也可以防止把这部分探测为噪音。
另外，如图13所示，分光装置可以进一步包括一个设置在射入第二干涉滤光器DF2中的光路上的红外线截止过滤器。
而且，虽然上述的光电传感器PDn是一个光电二极管，但这也可能是一个光电乘法器。
工业上的适用性本发明可以被用作一个分光装置和一种应用在例如验血中的分光方法。
权利要求
1.一种用于探测多个具有不同波长的光线组成部分的分光装置，包括多个干涉滤光器，它们在从其传输通过的多个光组成部分的波片上是不同的，并且从光源中发出的光顺序传输至它们，以及多个光电探测装置，它们对应于多个所述干涉滤光器，并用于探测传输通过相应干涉滤光器的光线组成部分，其中，每个所述的干涉滤光器把一束入射光分成一束被反射的光和一束被传输的光并且使得这束反射光作为入射光射入设置在下一级的干涉滤光器，由此，从所述光源中发出的光按序被传输入多个所述的干涉滤光器。
2.一种用于探测多个不同波长的光组成部分的分光方法，其中，多个所述干涉滤光器在从其传输通过的多个光组成部分的波片上是不同的，进入每个干涉滤光器的入射光被分成一束反射光和一束传输光，并且，反射光被变成入射光射入下一级的干涉滤光器，由此，从光源中发出的光被按序传输到多个所述的干涉滤光器中以探测通过各个干涉滤光器的光束。
3.一种分光装置，包括，一个第一光电探测器，它具有一个第一光电传感器和一个被固定在所述第一光电传感器的光入射端的第一干涉滤光器，以及，一个第二光电探测器，它被设置成使得从所述的第一干涉滤光器中发出的反射光被变成入射的，并具有一个第二光电传感器和一个被固定在所述第二光电传感器的光入射端的第二干涉滤光器，其中，所述第一干涉滤光器的传输波长与反射波长带是不同的，并且所述第二干涉滤光器的传输波长被包含在所述第一干涉滤光器的反射波长带中。
4.如权利要求3所述的分光装置，其特征在于，进入所述第一干涉滤光器的光的入射角是在0°与10°之间，并且，进入所述第二干涉滤光器的光入射角也在0°与10°之间。
5.如权利要求3所述的分光装置，其特征在于，它进一步包括一个第三光电探测器，该光电探测器被设置成使得从所述第二干涉滤光器中发出的反射光被变成入射的，并具有一个第三光电传感器和一个被固定在所述第三光电传感器光入射端的第三干涉滤光器，其中，所述第二干涉滤光器的传输波长与发射波长带是不同的，并且所述第三干涉滤光器的传输波长被包含在所述第二干涉滤光器的反射波长带中。
6.如权利要求5所述的分光装置，其特征在于，所述第一、第二和第三光电探测器被设置成使得所述第一、第二和第三干涉滤光器的光入射表面的法线交叉于一点。
7.如权利要求3所述的分光装置，其特征在于，它进一步包括一个设置在进入所述第一干涉滤光器的入射光的光路上的红外截止滤光片。
8.如权利要求3所述的分光装置，其特征在于，一个具有一孔阑的全反射镜被连接到所述第一干涉滤光器的光入射表面。
9.如权利要求3所述的分光装置，其特征在于，它包括一个第一圆柱体，该圆柱体容纳所述第一光电传感器并且具有一个开口，其中，第一圆柱体的开口被所述第一干涉滤光器堵住。
10.如权利要求9所述的分光装置，其特征在于，所述第一圆柱体的内壁的颜色是黑色的。
11.一种分光装置，包括多个光电探测器，它们被设置成使得所述的光以光速按时间顺序射入，其中，每个所述的光电探测器具有一个光电传感器和一个被固定在光电传感器的光入射端的干涉滤光器，各个干涉滤光器的传输波长带和反射波长带是不同的，并且，所述的后级干涉滤光器的传输波长被包含在所述的前级干涉滤光器的反射波长带中。
12.如权利要求11所述的分光装置，其特征在于，所述的多个光电探测器被沿着一个圆排列。
13.如权利要求12所述的分光装置，其特征在于，所述的光电探测器被设置成使得各个光电探测器的光入射表面的法线通过同一点。
14.一种分光装置，包括多个光电探测器，它们被设置成使得所述的光能够按时间顺序以光速入射，其中，每个所述的光电探测器具有一个光电传感器、一个被固定在所述光电传感器的光入射端的干涉滤光器以及一个具有一个孔阑、被固定在所述干涉滤光器的光入射端的全反射镜。
15.如权利要求3到14中任何一项所述的分光装置，其特征在于，所述光电传感器是一个光电二极管或一个光电子放大管。
全文摘要
从光源(3)中发出的光线L传输通过样品单元(S)并且射入分光部分(13)。所述分光部分(13)包括传输不同波长的光组份的干涉滤光器(31－39)，以及相应于各自的干涉滤光器的光电二极管(41－49)。组成一个干涉滤光器的非传导性薄膜具有相对令人满意的特性来反射非被传输的波长的光组份的那些光组份。在每个干涉滤光器中，一入射光被分成一传输光组份和一反射光组份。通过把反射光变成入射光射入下一级的干涉滤波器中，就可以探测具有九种波长类型的光组份。
文档编号G01J3/51GK1514930SQ02811479
公开日2004年7月21日 申请日期2002年8月13日 优先权日2001年8月13日
发明者山内一德 申请人:浜松光子学株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
