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(In Japanese)分光用デバイス、分光器、及び分光測定方法 NEW_EN

Patent code P190016316
File No. S2018-0287-N0
Posted date Aug 27, 2019
Application number P2018-007666
Publication number P2019-128157A
Date of filing Jan 19, 2018
Date of publication of application Aug 1, 2019
Inventor
  • (In Japanese)菅 哲朗
  • (In Japanese)大下 雅昭
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人電気通信大学
Title (In Japanese)分光用デバイス、分光器、及び分光測定方法 NEW_EN
Abstract (In Japanese)
【課題】
 小型且つ高分解能な分光器に適用可能な分光用デバイスを提供する。
【解決手段】
 本発明を適用した分光用デバイス55は、受光面RSを有する板状の回転部55Bと、支持部材80に固定可能に形成された固定部55Aと、回転部55Bの外縁端部5rの少なくとも一部に接続され、回転部55Bと固定部55Aとを接続する接続部62と、回転部55Bの受光面RSと電気的に接続された電極部30と、を備える。回転部55Bは、受光面RSの上下方向(Z方向)に回転し、受光面RSに所定の波長の光Linが照射された際に表面プラズモン共鳴が生じる。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来の化学分析などに使用されてきた分光装置は、大型で、測定するために、分光装置が設置された分析室などに測定対象の試料を持ち込む必要があった。近年、測定対象を分析室に持ち込むことなく、現場や任意の場所で分析を行うリアルタイム計測や、所定のエリアの測定及び監視を常時行うモニタリング計測への関心が高まりつつある。関心の高まりに加え、分光器に用いられる光学素子やセンサの設計や製造技術の進展もあって、種々の小型な分光器が提案されている。

例えば、非特許文献1には、回折格子を備えた小型分光器が開示されている。非特許文献1に開示された小型分光器では、側面に入射スリットが形成された箱の内部の所定の位置に、レンズ、ミラー、回折格子、検出器が設けられる。レンズは、入射スリットから筐体の内部に入射して拡散した光をコリメートする。ミラーは、レンズによってコリメートされた入射光を回折格子に向けて反射させる。回折格子は、ミラーによって反射された光を、波長ごとに異なる角度で反射させる。互いに異なる角度で反射された反射光は、試料の互いに異なる位置に照射される。試料に照射された光には、試料の光学情報が加わる。試料の光学情報が付加されかつ試料から透過した光は、検出器に入射する。検出器で検出された光の強度分布と試料に照射する前の光の強度分布との差を得ることにより、試料の光学情報が検出される。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、分光用デバイス、分光器、及び分光測定方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
受光面を有する板状の回転部と、
支持部材に固定可能に形成された固定部と、
前記回転部の外縁端部の少なくとも一部に接続され、前記回転部と前記固定部とを接続する接続部と、
前記回転部の前記受光面と電気的に接続された電極部と、
を備え、
前記回転部は、前記受光面の上下方向に回転し、前記受光面に所定の波長の光が照射された際に表面プラズモン共鳴が生じる、
分光用デバイス。

【請求項2】
 
前記回転部は、前記受光面外にあり且つ前記受光面に平行な第1方向に沿う第1回転軸を中心に回転する、
請求項1に記載の分光用デバイス。

【請求項3】
 
前記受光面に平行で、前記受光面外にあり且つ前記受光面に平行な第1方向に沿う第1回転軸に直交する第2回転軸を有し、
前記回転部は前記第2回転軸を中心として回転する、
請求項1または2に記載の分光用デバイス。

【請求項4】
 
前記接続部は前記固定部より小さい幅を有し、前記回転部の外周端縁と前記固定部の前記回転部側の端縁との間を蛇腹状に折り返しつつ延びる、
請求項1から3の何れか一項に記載の分光用デバイス。

【請求項5】
 
前記接続部は前記回転部より薄い、請求項4記載の分光用デバイス。

【請求項6】
 
前記受光面に平行で且つ前記第1回転軸に直交する第2回転軸を有し、
前記回転部は前記第2回転軸を中心として回転し、
前記接続部は前記回転部の外周端縁における前記第1方向の両端に対向する前記固定部の端縁と前記回転部の外周端縁における前記第1方向の中央部とを接続する、
請求項4又は5に記載の分光用デバイス。

【請求項7】
 
前記受光面は、
半導体基板と、
前記半導体基板に積層され、前記半導体基板との界面でショットキー障壁を構成し、前記所定の波長の光が照射された際に前記表面プラズモン共鳴を起こす金属層と、
を備え、
前記電極部は前記金属層と電気的に接続される、
請求項1から6の何れか一項に記載の分光用デバイス。

【請求項8】
 
請求項1から7の何れか一項に記載の分光用デバイスと、
前記固定部を支持する支持部材と、
前記回転部を前記受光面の上下方向に回転させる回転機構と、
前記受光面に前記所定の波長の光を照射する光源と、
を備える、
分光器。

【請求項9】
 
前記光源から出射された前記所定の波長の光をコリメートし、前記受光面に照射するコリメートレンズを備える、
請求項8に記載の分光器。

【請求項10】
 
前記回転機構は、前記回転部と間隔をあけて配置され、前記回転部に所定の周波数の音波を出力するスピーカーを備え、
前記回転部は前記スピーカーから出力された前記音波によって前記受光面の上下方向に所定の周期で回転する、
請求項8又は9に記載の分光器。

【請求項11】
 
請求項8から10の何れか一項に記載の分光器を用いた分光測定方法であって、
前記回転部の回転角度を変化させることによって前記受光面への前記所定の波長の光の入射角度を変化させると共に前記受光面に入射する前記光の入射波長を変化させつつ、前記電極部から出力される光電流値を得た後、前記入射波長と前記入射角度と前記光電流値との関係から、前記分光用デバイスにおける前記入射波長と前記表面プラズモン共鳴が生じる共鳴角度と前記光電流値との関係を示すデバイス特性マトリクスを取得するデバイス特性マトリクス取得工程と、
前記回転角度を変化させることによって測定対象の光学情報を含む光の前記受光面への入射角度を変化させつつ、前記電極部から出力され且つ前記光学情報を含む光電流値を得た後、前記デバイス特性マトリクス取得工程で取得した前記デバイス特性マトリクスと前記光学情報を含む光電流値を要素とする光電流ベクトルとを用いて、前記回転部に入射し且つ前記光学情報を含む光の前記入射波長ごとのパワーを要素とする入射光ベクトルを算出する入射光ベクトル算出工程とを備える、
分光測定方法。

【請求項12】
 
前記デバイス特性マトリクス取得工程及び前記入射光ベクトル算出工程において、
前記受光面の上下方向に前記回転部を一定の時間周期で回転させることによって、前記回転角度を前記回転部の回転時間に換えて変化させる、
請求項11に記載の分光測定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018007666thum.jpg
State of application right Published


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