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公開番号2025118680
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2025068657,2023094448
出願日2025-04-18,2018-10-12
発明の名称ダイクロイックミラーアレイ
出願人株式会社日立ハイテク
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類G01J 3/36 20060101AFI20250805BHJP(測定;試験)
要約【課題】入射光の高感度、高精度、及び独立した多色検出を提供する。
【解決手段】m個(m≧2)のダイクロイックミラーをX軸の正方向に沿って互いに平行に順番に配列する第1のグループと、n個(n≧2)のダイクロイックミラーをX軸の負方向に沿って互いに平行に順番に配列する第2のグループを備える。m+n≧6であり、DA2～DAmのX座標が正であり、DB2～DBnのX座標が負である。DA1～DAmの入射面及びDB1～DBnの入射面がXZ平面に垂直であり、DA1～DAmの入射面の法線をXZ平面に投影した直線のXZ平面における傾きが負であり、DB1～DBnの入射面の法線をXZ平面に投影した直線のXZ平面における傾きが正である。DA1のZ座標が、DB1のZ座標よりも小である。当該ダイクロイックミラーアレイは、少なくとも1つの入射光を少なくともm+n-1個の出射光に分割する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
右手系ＸＹＺ直交座標系において、
ｍ個（ｍ≧２）のダイクロイックミラーＤＡ１～ＤＡｍが、Ｚ軸から見たときにＸ軸の正方向に沿って互いに平行に順番に配列する第１のグループと、
ｎ個（ｎ≧２）のダイクロイックミラーＤＢ１～ＤＢｎが、Ｚ軸から見たときにＸ軸の負方向に沿って互いに平行に順番に配列する第２のグループと、を備え、
ｍ＋ｎ≧６であり、
前記ＤＡ２～ＤＡｍのＸ座標が正であり、
前記ＤＢ２～ＤＢｎのＸ座標が負であり、
前記ＤＡ１～ＤＡｍの入射面及び前記ＤＢ１～ＤＢｎの入射面がＸＺ平面に垂直であり、
前記ＤＡ１～ＤＡｍの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが負であり、
前記ＤＢ１～ＤＢｎの前記入射面の法線を前記ＸＺ平面に投影した直線の前記ＸＺ平面における傾きが正であり、
前記ＤＡ１及び前記ＤＢ１は、前記Ｚ軸の正方向に沿って相互に近接して配置され、
前記ＤＡ１のＺ座標が、前記ＤＢ１のＺ座標よりも小であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１～ＤＡｍの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝－Ｘと平行であり、
前記ＤＢ１～ＤＢｎの前記入射面の法線が、直線Ｚ＝Ｘと平行であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項３】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線と前記Ｚ軸とのなす角をθ
０
とすると、
前記ＤＡ１～ＤＡｍは、入射角θ
０
における透過スペクトルが互いに異なり、
前記ＤＢ１～ＤＢｎは、入射角θ
０
における透過スペクトルが互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項４】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ダイクロイックミラーの前記入射面の法線と前記Ｚ軸とのなす角をθ
０
とし、
前記ＤＡ１～ＤＡ（ｍ－１）及び前記ＤＢ１～ＤＢ（ｎ－１）をサブグループとすると、前記サブグループの前記ダイクロイックミラーは、入射角θ
０
における透過スペクトルがそれぞれ互いに異なることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項５】
請求項４に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１～ＤＡ（ｍ－１）及び前記ＤＢ１～ＤＢ（ｎ－１）の入射角θ
０
における透過スペクトルのカットオン波長又はカットオフ波長をそれぞれλ（ＤＡ１）～λ（ＤＡ（ｍ－１））及びλ（ＤＢ１）～λ（ＤＢ（ｎ－１））とし、
λ（ＤＡ２）～λ（ＤＡ（ｍ－１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＡ）とし、
λ（ＤＢ１）～λ（ＤＢ（ｎ－１））のうちの任意のひとつをλ（ＤＢ）とすると、
λ（ＤＡ）＜λ（ＤＡ１）＜λ（ＤＢ）、又は、λ（ＤＡ）＞λ（ＤＡ１）＞λ（ＤＢ）
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項６】
請求項５に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記カットオン波長又はカットオフ波長が、透過率が略５０％であり、波長に対する透過率の変化が最も急峻な波長であることを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項７】
請求項６に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＡ２）＜λ（ＤＡ３）＜・・・＜λ（ＤＡ（ｍ－１））、又は、λ（ＤＡ２）＞λ（ＤＡ３）＞・・・＞λ（ＤＡ（ｍ－１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項８】
請求項６に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
λ（ＤＢ１）＜λ（ＤＢ２）＜・・・＜λ（ＤＢ（ｎ－１））、又は、λ（ＤＢ１）＞λ（ＤＢ２）＞・・・＞λ（ＤＢ（ｎ－１））
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項９】
請求項１に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
前記ＤＡ１～ＤＡｍのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＢ１～ＤＢｎのＺ座標が互いに異なり、
前記ＤＡ１～ＤＡｍ及び前記ＤＢ１～ＤＢｎの、
前記入射面の法線とＺ軸のなす角度をθ
０
、
基材の屈折率の平均をｎ
０
、
前記ＸＺ平面に平行な断面における、前記基材の幅の平均をα、前記基材の厚さの平均をβとし、
ＤＡｊ（２≦ｊ≦（ｍ－１））及びＤＡ（ｊ＋１）の、並びにＤＢｋ（２≦ｋ≦（ｎ－１））及びＤＢ（ｋ＋１）の
Ｘ軸方向の配列間隔の平均をｘ、
Ｚ軸方向の配列間隔の平均をｚとすると、
前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように、θ
０
、ｎ
０
、α、β、ｘ、ｚが所定の関係を満足することを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
【請求項１０】
請求項９に記載のダイクロイックミラーアレイにおいて、
ｃｏｓ（θ
０
）＊α≦ｘ≦２＊ｃｏｓ（θ
０
）＊α＋ｓｉｎ（θ
０
）＊β
を満たすことを特徴とするダイクロイックミラーアレイ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダイクロイックミラーアレイに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイクロイックミラーアレイは、異なる分光特性（入射光に対する透過光及び反射光の波長依存性）を有する複数のダイクロイックミラーを互いに平行に、同一方向に沿って、略等間隔に配列したものである。ダイクロイックミラーアレイは、例えばキャピラリアレイＤＮＡシーケンサや、生化学自動分析装置など、サンプルから発せられる光を検出して分析を行う光検出装置に搭載される。
【０００３】
ダイクロイックミラーアレイに入射した光束は、各ダイクロイックミラーの配列順に反射と透過を繰り返すことにより、異なる波長帯を有する複数の光束（分割光）に分割される。ダイクロイックミラーアレイによる分割光は、例えばＣＣＤセンサなどにより検出（多色検出）される。あるいは、各ダイクロイックミラーに入射した異なる波長帯を有する複数の光束は、各ダイクロイックミラーで反射と透過を繰り返すことにより、異なる波長帯を重ね合わせた単数の光束に統合される。
【０００４】
ダイクロイックミラーアレイを用いた光検出装置として、特許文献１には、「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、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」が開示されている（請求項１参照）。
【０００５】
一般に、複数の発光点の間隔を固定して考えると、集光レンズの焦点距離が短いほど高感度検出が可能になる。一方で、最大光路長が短いほど独立検出（低クロストーク検出）が可能になる。これは、最大光路長が長くなると、分割光の上記センサに投影されるスポットの最大サイズが拡大し、隣り合う発光点由来の上記スポットが互いに交じり合ってクロストークを発生するためである。すなわち、ダイクロイックミラーアレイを含む光検出装置を小型化することで、複数の入射光の高感度且つ独立な多色検出が可能となる。
【０００６】
特許文献２には、小型化且つ高感度、低クロストークを実現する光検出装置として、「Ｍ≧２として，Ｍ個の発光点が配列した発光点アレイからの発光をそれぞれ個別に集光して光束とするＭ個の集光レンズが配列した集光レンズアレイと，前記Ｍ個の光束が再集光されずに並列に入射される少なくとも１個のセンサと，を有し，前記Ｍ個の発光点の有効径の平均をｄ，前記Ｍ個の集光レンズの焦点距離の平均をｆ，前記Ｍ個の集光レンズの間隔の平均をｐ，前記Ｍ個の集光レンズと前記センサの最大光路長の平均をｇ，とするときｄ，ｆ，ｐ，ｇが前記Ｍ個の発光を低クロストーク又は高感度に検出できるように予め定められた所定の関係を満足する，発光検出装置」が開示されている（請求項１参照）。
【０００７】
一方、ダイクロイックミラーアレイを小型化するのに伴い、各ダイクロイックミラーの厚さの影響が無視できなくなり、ダイクロイックミラーアレイによって複数の分割光に分割できる入射光束の上限幅である開口幅が減少してしまう。
【０００８】
特許文献３には、ダイクロイックミラーを小型化して最大光路長を縮小すると同時に、開口幅を拡大するために、「Ｎ≧２として、番号１，２，・・・，Ｎの複数のダイクロイックミラーを、第１の方向に，番号順に配列したダイクロイックミラーアレイであって、前記複数のダイクロイックミラーの正面の法線ベクトルが、前記第１の方向の正の成分と、前記第１の方向と垂直な第２の方向の負の成分の和から構成され、前記複数の法線ベクトルが互いに略平行であり、０≦θ
０
≦９０°として、前記複数の法線ベクトルと前記第２の方向と反対方向のなす角度の平均をθ
０
、前記ダイクロイックミラーの基材の屈折率の平均をｎ
０
、前記ダイクロイックミラーの基材の幅の平均をα、前記ダイクロイックミラーの基材の厚さの平均をβ、前記ダイクロイックミラーの間隔の平均をｘ、２≦ｎ≦Ｎとして、番号ｎのダイクロイックミラーの前記第２の方向の端を、番号ｎ－１のダイクロイックミラーの前記第２の方向の端に対して、前記第２の方向と反対方向にずらす距離の平均をｙｚ、とするとき、θ
０
、ｎ
０
、α、β、ｘ、ｙｚが、前記ダイクロイックミラーアレイの開口幅を拡大又は光路長を縮小できるように，予め定められた所定の関係を満足する、ダイクロイックミラーアレイ」が開示されている（請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－２４２１１７号公報
国際公開第２０１７／１４５２３０号
国際公開第２０１７／１４５２３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、分析対象となる色数ＣＮ１の光をそれぞれ検出して精度良く計測するためには、光検出装置が検出可能な色数ＣＮ２が、ＣＮ２≧ＣＮ１でなければならない。また、色数ＣＮ１の光を検出する際に、ＣＮ２－ＣＮ１が大きくなるほど、光検出装置の検出精度は高くなる。従って、分析精度を維持、向上させるためには、光検出装置が検出可能な色数ＣＮ２を増大させる必要がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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