(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発光する光の熱成分である赤外線波長領域を透過し、前記波長より短い波長領域を反射する長波長透過フィルター複数ｎ（ｎは２以上の整数）枚から少なくとも構成され、
光源からの光路上に第１の長波長透過フィルターを配設し、その第１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の長波長透過フィルターを配設し、以下同様に第ｎ−１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｎの長波長透過フィルターを配設し、
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターの透過光をそれぞれ必要に応じて熱成分を吸収するため入射させる熱線遮光板を配設し、
光源からの入射光は、ｎ個の長波長透過フィルターを順次反射し、最終の第ｎの長波長透過フィルターの反射光はｎ回熱成分を除去された出射光であることを特徴とする熱除去組フィルター。
【請求項２】
前記光源からの入射光の光路の延長線と前記ｎ回熱成分を除去された出射光の光路とが一致することを特徴とする請求項１記載の熱除去組フィルター。
【請求項３】
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度を９０度以下の所定角度にすることを特徴とする請求項１又は２記載の熱除去組フィルター。
【請求項４】
光源から発光する光の熱成分である赤外線波長領域を透過し、前記波長より短い波長領域を反射する長波長透過フィルターｎ枚（ｎは１以上の整数）と、紫外光領域を反射し、それ以上の長い波長領域を透過する紫外光反射フィルター複数ｍ枚（ｍは２以上の整数）とから少なくとも構成され、
光源からの光路上に第１の紫外光反射フィルターを配設して、そこで反射する紫外光領域と透過するそれ以上の波長領域とに分離し、
その第１の紫外光反射フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の紫外光反射フィルターを配設し、以下同様に第ｍ−１の紫外光反射フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｍの紫外光反射フィルターを配設し、
前記第１の紫外光反射フィルターの透過光の光路上にその光を受光する第１の長波長透過フィルターを配設し、その第１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の長波長透過フィルターを配設し、以下同様に第ｎ−１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｎの長波長透過フィルターを配設し、
その最終に配設した第ｎの長波長透過フィルターの反射光の光路の延長線は、前記第ｎの紫外光反射フィルターの最終の反射光の光路の延長線と一致させるように配列させ、
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターの透過光及び第２〜第ｍの紫外光反射フィルターの透過光をそれぞれ必要に応じて熱成分を吸収するため入射させる熱線遮光板を配設し、
光源からの入射光は、長波長透過フィルターを順次にｎ回反射し、ｎ回熱成分を除去された波長領域と、紫外光反射フィルターを順次ｍ回反射し、（ｍ−１）回熱成分を除去された紫外光領域とを加えた出射光であることを特徴とする熱除去組フィルター。
【請求項５】
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度と、第２〜第ｍの紫外光反射フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度とを９０度以下の所定角度にすることを特徴とする請求項４記載の熱除去組フィルター。
【請求項６】
前記光源からの入射光の光路の延長線と前記出射光の光路とが一致することを特徴とする請求項４又は５記載の熱除去組フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
光源から発光する光のうち、有害となる熱成分を効率良く取り除く熱除去組フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量の光源を用いる装置においては、熱量が大きく熱による部品やシステムの破壊をおこすことがある。特に、光束が集光する部位は局所的に熱エネルギーが高くなりシステムや部品の破壊が起こりやすい。或は微少な光量を利用する分野であっても光の中に含まれる熱成分が全体のシステム、被検体などに損傷を与えることがある。例えば、システムが顕微鏡である場合は、照明用光源が大容量であれば、顕微鏡や、フィルターなどの部品に破損が起きる問題がある。光源が小さければ、顕微鏡も部品も壊れないが、観察しようとしする試料（被検体）が熱に弱いもの（例えば生体試料、微生物、半導体）であれば被検体を壊してしまう問題があった。
【０００３】
そこで、従来よりそのような熱による傷害を防ぐために、利用しようとする光或は光源から予め、熱成分を除去しておくための以下に示す▲１▼▲２▼▲３▼の各種のフィルターが考えられた。
【０００４】
▲１▼熱成分になる波長帯の光を吸収し除去する熱吸収フィルター。
【０００５】
硝材に吸収物算を溶かし込んだ透過型吸収フィルターは、光を吸収して熱を生じる。このため大量の光を受けた場合、或はフィルター上に光が集光した場合は、フィルター自体が簡単に破損してしまうことが多くあった。
【０００６】
▲２▼不要な熱成分を反射で除去する多層膜透過型フィルター。
【０００７】
従来から、以上のような多層膜透過型フィルターが考案され、種々公開されているが、その平均的な熱除去フィルターの特性を図９に示す。
【０００８】
必要な可視領域を透過して、熱成分となる赤外線を反射するので▲１▼のような吸収熱による破損は生じない。しかしながら図９に示すＡ領域のように反射しきれない熱成分がある。
【０００９】
このように多層膜フィルターを透過で用いた場合、その多層膜の原理的にも透過で阻止できる領域が限られてしまう。
【００１０】
いずれにしても熱成分が透過して漏れ、熱除去が不完全となってしまうことが多くあった。
【００１１】
▲３▼不要な熱成分を透過により除去する反射型フィルター。
【００１２】
従来のこの反射型フィルターで熱成分を除去するには、長波長の透過帯の透過率の性能、及びリップル（図１０に示すＢ領域参照）の消去が不完全であるので、これによって透過しきれてなかった熱成分が、利用しようとする光の中に熱としてかなり加わっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは以下の通りである。まず、多層膜干渉を利用した長波長透過フィルター（図５参照）を用い、フィルター自体の熱による破損は起きず、破損に伴うシステムへの障害を心配する必要がないものとした。（図５に示すようにリップルの深さが５％、最大でも１０％未満となるように設計されていればよい。）
【００１４】
このフィルターを複数枚使うことで、広範囲な熱線領域に対し充分な熱阻止性能を有する組フィルターを構成し熱除去が容易に達成できることである。
【００１５】
また、紫外光反射フィルターと組合せて紫外光から可視光までの領域に対し、熱線を除去する組フィルターを構成することを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の熱除去組フィルターは、光源から発光する光の熱成分である赤外線波長領域を透過し、前記波長より短い波長領域を反射する長波長透過フィルター複数ｎ（ｎは２以上の整数）枚から少なくとも構成され、
光源からの光路上に第１の長波長透過フィルターを配設し、その第１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の長波長透過フィルターを配設し、以下同様に第ｎ−１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｎの長波長透過フィルターを配設し、
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターの透過光をそれぞれ必要に応じて熱成分を吸収するため入射させる熱線遮光板を配設し、
光源からの入射光は、ｎ個の長波長透過フィルターを順次反射し、最終の第ｎの長波長透過フィルターの反射光はｎ回熱成分を除去された出射光であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記光源からの入射光の光路の延長線と前記ｎ回熱成分を除去された出射光の光路とが一致することを特徴とする。
【００１８】
また、前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度を９０度以下の所定角度にすることを特徴とする。
【００１９】
また、光源から発光する光の熱成分である赤外線波長領域を透過し、前記波長より短い波長領域を反射する長波長透過フィルターｎ枚（ｎは１以上の整数）と、紫外光領域を反射し、それ以上の長い波長領域を透過する紫外光反射フィルター複数ｍ枚（ｍは２以上の整数）とから少なくとも構成され、
光源からの光路上に第１の紫外光反射フィルターを配設して、そこで反射する紫外光領域と透過するそれ以上の波長領域とに分離し、
その第１の紫外光反射フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の紫外光反射フィルターを配設し、以下同様に第ｍ−１の紫外光反射フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｍの紫外光反射フィルターを配設し、
前記第１の紫外光反射フィルターの透過光の光路上にその光を受光する第１の長波長透過フィルターを配設し、その第１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第２の長波長透過フィルターを配設し、以下同様に第ｎ−１の長波長透過フィルターの反射光の光路上にその光を受光する第ｎの長波長透過フィルターを配設し、
その最終に配設した第ｎの長波長透過フィルターの反射光の光路の延長線は、前記第ｎの紫外光反射フィルターの最終の反射光の光路の延長線と一致させるように配列させ、
前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターの透過光及び第２〜第ｍの紫外光反射フィルターの透過光をそれぞれ必要に応じて熱成分を吸収するため入射させる熱線遮光板を配設し、
光源からの入射光は、長波長透過フィルターを順次にｎ回反射し、ｎ回熱成分を除去された波長領域と、紫外光反射フィルターを順次ｍ回反射し、（ｍ−１）回熱成分を除去された紫外光領域とを加えた出射光であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記第１〜第ｎの長波長透過フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度と、第２〜第ｍの紫外光反射フィルターのそれぞれの入射光とその反射光の光路間の角度とを９０度以下の所定角度にすることを特徴とする。
【００２１】
また、前記光源からの入射光の光路の延長線と前記出射光の光路とが一致することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００２３】
（第１の構成例）
図１は熱除去組フィルターの第１の構成例１０を示す。
【００２４】
第１の構成例１０は、長波長透過フィルター１が２枚と、熱線遮光板３が２枚とから構成される。この構成では、２枚の長波長透過フィルター１ａ，１ｂの間を入射光からの光路は図のように４回反射して出射光となる。この出射光は長波長透過フィルター１ａ，１ｂで４回熱成分を除去されたことになる。それらの熱成分はそれぞれ２枚の熱線遮光板３ａ，３ｂに吸収される。
【００２５】
この第１の構成例１０は実質的に長波長透過フィルター１が４枚（ｎ＝４）、熱線遮光板３が４枚に相当する。
【００２６】
なおここで、長波長透過フィルター１の波長対透過率特性例を図５に示す。
【００２７】
以上の第１の構成例１０は以下のように動作する。
【００２８】
図の入射光側にある光源から発光される光が入射すると、その光路はまず第１の長波長フィルター１ａへ入射する。
【００２９】
その入射光の長波長領域は透過して、その熱線はその背後にある熱線遮光板３ａの中に吸収される。一方、入射光の前記波長より短い波長領域は反射光となり第２の長波長透過フィルター１ｂへ入射する。
【００３０】
ここでも同様に、その入射光の長波長領域は透過して、その熱線はその背後にある熱線遮光板３ｂの中に吸収され、一方入射光の前記領域は反射光となり第３の長波長透過フィルター１ａへ入射する。
【００３１】
以上の入射／反射を図１中の▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の位置で繰返し、最後に▲４▼の位置から４回熱成分を除去された波長より短い波長領域の出射光が出力される。
【００３２】
なお、この第１の構成例１０では、第１の長波長透過フィルターと第３の長波長透過フィルターは連続した１つのフィルター３ａとし、第２の長波長透過フィルターと第４の長波長透過フィルターは連続した１つのフィルター３ｂとしているのが特徴であり、コンパクトな設計とすることが可能である。もちろん、それぞれ分離した４つのフィルターとしてもよい。熱線遮光板３も同様である。
【００３３】
以上の第１の構成例１０の熱除去組フィルターの出力した光特性を図６に示す。図から解るように８００ｎｍ程度以上から長波長領域の熱成分が除去されることを示す。
【００３４】
（第２の構成例）
次に、熱除去組フィルター第２の構成例２０を図２に示す。
【００３５】
第２の構成例２０は、長波長透過フィルター１が４枚と、熱線遮光板３が４枚とから構成される。
【００３６】
この構成例２０は４枚の長波長透過フィルター１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの間を入射光からの光路は図のように４回反射して出射光となる。この出射光は４枚のフィルター１ａ〜１ｄでそれぞれ４回熱成分を除去されることになる。それらの熱成分はそれぞれ４枚の熱線遮光板３ａ〜３ｄに吸収される。
【００３７】
この第２の構成例２０は長波長透過フィルター１が４枚（ｎ＝４）の場合に相当する。
【００３８】
なおここで、長波長透過フィルター１の波長対透過率特性は、第１の構成例１０の場合と同じフィルターであり図５に示す。
【００３９】
以上の第２の構成例２０は以下のように動作する。
【００４０】
図の入射光側にある光源から発光される光が入射すると、その光路はまず、第１の長波長透過フィルター１ａへ入射する。
【００４１】
その入射光の長波長領域は透過して、その熱線は熱線遮光板３ａの中に吸収される。一方、入射光の波長より短い波長領域は反射光となり、第２の長波長透過フィルター１ｂへ入射する。
【００４２】
その入射光の長波長領域は透過して、その熱線はその背後にある熱線遮光板３ｂの中に吸収され、一方入射光の前記領域は反射光となり第３の長波長透過フィルター１ｃへ入射する。
【００４３】
以上の入射／反射を図２中の長波長透過フィルター１ａ〜１ｄ毎に繰返し、最後に第４の長波長透過フィルター１ｄの反射光が４回熱成分を除去された波長より短い波長領域の出射光として出力される。
【００４４】
以上の図２（ａ）の第２の構成例２０は入射光の光路の延長線上に出射光の光路があるのが特徴である。このように入射光と出射光の光路が同一光路上にある構成は、光学システム或は装置に組込み設計を行う際、コンパクトな小型化・軽量化を実現することが可能となる。
【００４５】
また、図２（ａ）は各フィルター１ａ〜１ｄにおける入射光と反射光とのなす角度θはそれぞれ９０度の場合を示したが、図２（ｂ）にはその角度θが９０度より狭い場合を示してある。ここではθ＝６０度としている。
【００４６】
以上のように角度θを少なくした方が偏光分離の性能が良くなる。図２（ｂ）に示すように斜入射の調整が容易に行え偏光の度合を調整できる特徴がある。
【００４７】
なお、この第２の構成例２０の熱除去組フィルターの出力した光特性は図６に示すものと同様である。８００ｎｍ以上の熱成分が完全に除去されている。
【００４８】
次に図３、図４に紫外光から前記長波長までの領域を取り出し、長波長領域の熱線を除去する組フィルターの第３の構成例３０と第４の構成例４０とを示す。
【００４９】
（第３の構成例）
第３の構成例３０は、紫外光反射フィルター２が３枚と、長波長透過フィルター１が１枚と、熱線遮光板３が３枚とから構成される。
【００５０】
この構成例３０は最初に第１の紫外光反射フィルター２ａにより光源の紫外光とそれ以上の長い波長とに分離する。
【００５１】
次に、フィルター２ａにより反射された紫外光は第２及び第３の紫外光反射フィルター２ｂ，２ｃにより２回反射して出射光となる。この紫外光はフィルター２ｂ，２ｃにより２回熱成分を除去されたことになる。それらの熱成分は２枚の熱線遮光板３ｂ，３ｃにより吸収される。
【００５２】
一方、フィルター２ａにより透過した紫外光以上の長い波長は第１の長波長透過フィルター１ａにより反射させ、その光路延長線上に前記紫外光の最終出射光の光路を一致させて紫外光とそれ以上の波長領域を出射光として取り出す組フィルターとする。なお、フィルター１ａの透過熱成分は熱線遮光板３ｄにより吸収される。
【００５３】
以上の第３の構成例３０は紫外光反射フィルター２は（ｍ＝３）、長波長透過フィルター１は（ｎ＝１）の場合に相当する。
【００５４】
なおここで、紫外光反射フィルター２の波長対透過率特性例を図７に示す。
【００５５】
次に、第３の構成例３０の動作を説明する。
【００５６】
図の入射光側にある光源から発光される光が入射すると、その光路はまず第１の紫外光反射フィルター２ａへ入射する。
【００５７】
その入射光はフィルター２ａで反射する紫外光とそのフィルター２ａを透過する可視光とに分離される。
【００５８】
次に、反射し分離された紫外光は第２の紫外光反射フィルター２ｂへ入射し、その反射光を第３の紫外光反射フィルター２ｃへ入射させ、フィルター２ｂを透過する長波長領域の熱線はフィルター２ｂの背後の熱線遮光板３ｂに吸収される。
【００５９】
次に、第３の紫外光反射フィルター２ｃへ入射した前段の反射光の紫外光領域はそのフィルター２ｃで反射し、出射光となり、フィルター２ｃを透過する熱線はフィルター２ｃの背後にある熱線遮光板３ｃに吸収される。
【００６０】
一方、第１の紫外光反射フィルター２ａで透過し分離された紫外光以上の長い波長は、第１の長波長透過フィルター１ａで受光する。その透過した長波長領域の熱線はフィルター１ａの背後の熱線遮光板３ｄに吸収され、フィルター１ａの反射光である可視光の光路は前記紫外光の最終出射光の光路に一致するように各フィルターを配置する。図３に示すように出射光はそれぞれ熱除去された「可視光＋紫外光」となる。なお、本実施例では、紫外光以上の長い波長を「可視光」の場合としている。
【００６１】
（第４の構成例）
第４の構成例４０は、図７に示された波長透過率特性の紫外光反射フィルター２が３枚と、図５に示された波長透過率特性の長波長透過フィルター１が２枚（実質的には３枚であり、第１と第３のフィルター１が１枚に連続している場合の実施例）と、熱線遮光板３が２枚とから構成される。
【００６２】
この構成例４０は最初に第１の紫外光反射フィルター２ａにより光源の紫外光と紫外光以上の長い波長の光を分離する。なお、この実施例では、紫外光以上の長い波長を「可視光」として説明する。
【００６３】
次に、フィルター２ａにより反射された紫外光は第２及び第３の紫外光反射フィルター２ｂ，２ｃにより２回反射して出射光となる。この紫外光はフィルター２ｂ，２ｃにより２回熱成分を除去されたことになる。これらの熱成分は２枚の熱線遮光板３ｂ，３ｄにより吸収される。
【００６４】
一方、フィルター２ａにより透過した可視光は第１の長波長透過フィルター１ａに入射し、その反射光は第２の長波長透過フィルター１ｂに入射すると共に、フィルター１ａを透過した熱線はその背後の熱線遮光板３ｄに吸収される。（熱線遮光板は前述した紫外光の熱線遮光板３ｄと連続している。）
【００６５】
次に、第２の長波長透過フィルター１ｂに入射した可視光は反射され、第３の長波長透過フィルター（この実施例では連続した第１の長波長透過フィルター１ａ）へ入射すると共に、フィルター１ｂを透過した熱線は熱線遮光板３ｂ（この実施例では前述した紫外光の熱線遮光板３ｂと連続している）に吸収される。
【００６６】
次に、第３の長波長透過フィルター（ここではフィルター１ａ）を透過した熱線は熱線遮光板３ｄ（この実施例では前述した紫外光の熱線遮光板３ｄと連続している）に吸収されると共に、可視光領域の反射光は、前述した紫外光の最終出射光の光路に一致するように各フィルターを配置する。図４に示すように出射光はそれぞれ熱除去された「可視光＋紫外光」となる。
【００６７】
次に、以上の第４の構成例４０の熱除去組フィルターの出力した光特性図を図８に示す。図から解るように８００ｎｍ程度以上から長波長領域に熱成分が総て除去されていることを示す。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の熱除去組フィルターは次のような効果を奏する。
【００６９】
すなわち、大容量電力の光源を使用するシステム、装置、或は光束が集光する部分位置がある場合、熱による部品やシステムの破壊を防止することができる。
【００７０】
また、微少な光量を利用する分野であっても、光の中に含まれる赤外線などの熱成分が光学部品や被検体などに損傷を与えてそのシステム全体が動作しなくなる場合にもこの熱除去組フィルターを必要と考えられる箇所に配設しておけば、熱に弱い被検体（例えば生体試料、微生物、半導体）を無傷で検査することが可能となる。
【００７１】
とくに、この熱除去組フィルターは小型・軽量・コンパクトに設計することが可能であり、必要とする任意の波長の光源に適用することができる。また熱線遮光板もその処理すべき電力によりその大きさ・配置を組フィルターの外側に容易に設計することができる構成である。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱除去組フィルターの第１の構成例を示す図である。
【図２】熱除去組フィルターの第２の構成例を示す図である。（入射光の光路延長線上に出射光の光路がある場合）（ａ）は入・出射光路間角度９０度の場合、（ｂ）は入・出射光路間角度９０度より小の場合。
【図３】紫外光及び紫外光以上の長い波長領域の熱除去組フィルターの第３の構成例を示す図である。
【図４】紫外光及び紫外光以上の長い波長領域の熱除去組フィルターの第４の構成例を示す図である。
【図５】熱除去組フィルターに用いる長波長透過フィルターの特性図である。
【図６】第１及び第２の構成例（図１、図２）の熱除去組フィルターの出力した光特性図である。
【図７】熱除去組フィルターに用いる紫外光反射フィルターの特性図である。
【図８】第４の構成例（図４）の熱除去組フィルターの出力した光特性図である。
【図９】従来の透過型熱除去フィルターの平均的な特性図である。
【図１０】従来の反射型熱除去フィルターの一例の特性図である。
【符号の説明】
１  長波長透過フィルター
２  紫外光反射フィルター
３  熱線遮光板
１０  熱除去組フィルター第１の構成例
２０  熱除去組フィルター第２の構成例
３０  紫外光及び紫外光以上の長い波長領域の熱除去組フィルター第３の構成例
４０  紫外光及び紫外光以上の長い波長領域の熱除去組フィルター第４の構成例
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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