(57)【要約】【課題】異なる波長の光を選択的に取り出し又は特定の波長の光を選択的に除くことができる波長フィルタを提供する。【解決手段】波長フィルタ３１は複数の偏光子３２ａ〜３２ｄの間に位相板３３ａ〜３３ｃが光路に沿って配置される。各位相板は透過面が複数の領域に区分され、各領域はそれぞれ透過スペクトル波長の異なる波長板として機能するように所定の異なる厚さを有する。各位相板の同じ縦横位置（ｉ，ｊ）にある各領域の厚さは、ｄij、２ｄij、４ｄijの公比２の等比数列に設定される。従って、波長フィルタに白色光を入射させると、各領域の縦横位置毎に異なる透過波長即ち異なる色の光が出射される。これにより、異なる波長の光を選択して合成し、又は光源の光から特定の波長だけを取り除くことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の偏光子と前記偏光子の間に配置した位相板とを有し、前記位相板が透過面において互いに異なる厚さを有する複数の領域に区分されていることを特徴とする波長フィルタ。  
【請求項２】
２つの偏光子と前記偏光子の間に配置した位相板とを１ブロックとして、光路に沿って配置したｋ個（ｋ：２以上の整数）のブロックからなり、前記各ブロックの前記位相板が、それぞれ透過面において互いに異なる厚さを有する複数の領域に区分され、前記各領域が、それぞれ前記各位相板の同じ縦横位置に設けられ、互いに同じ縦横位置にある前記各領域の厚さが公比２の等比数列をなすことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項３】
前記各位相板がそれぞれ１枚の水晶板で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長フィルタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の波長フィルタと、前記波長フィルタの入射側又は出射側に配置されたシャッタ手段とを備え、前記シャッタ手段が、前記波長フィルタの前記各領域の縦横位置毎に、前記波長フィルタに入射又はそれから出射する光を選択的に遮断することを特徴とする光学装置。
【請求項５】
前記シャッタ手段が、前記波長フィルタの前記各領域と同じ縦横位置に配置された複数の液晶セルからなる液晶シャッタであることを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記波長フィルタ及び前記シャッタ手段の出射側に配置された重畳レンズを更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光の波長を制御する波長フィルタ及びそれを用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望の波長領域の光を透過するために様々なバンドパスフィルタが使用されている。例えば、複屈折板を用いて狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタとしてリオフィルタが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。図６は、リオフィルタの基本的構成を示している。同図に示すように、リオフィルタ１は、透過軸２a1〜２d1の平行な偏光子２ａ〜２ｄの間にそれぞれ複屈折板３ａ〜３ｃを、それらの結晶光学軸３a1〜３c1が前記偏光子の透過軸２a1〜２d1と４５°をなすように配置する。複屈折板３ａ〜３ｃは、厚さｄi が２ｉ−１ｄ（ｉ＝１〜３）となるように構成される。複屈折板には、方解石や水晶等の一軸性結晶が用いられる。
【０００３】
上記リオフィルタは、使用する複屈折板によって透過スペクトルが特定の波長に固定される。そこで、複屈折板に代えて液晶セルを２枚の偏光子の間に挟んだ波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタが知られている（例えば、特許文献１，３を参照）。図７に示すように、このバンドパスフィルタ１１は、偏光子１２ａ〜１２ｄに挟まれた液晶セル１３ａ〜１３ｃへの印加電圧を適当に設定することにより、透過スペクトル波長を変化させることができる。特に図７のバンドパスフィルタは、透過軸１２a1、１２b1を直交させて配置した所謂クロスニコルの偏光子１２ａ、１２ｂ間の液晶セル１３ａと、透過軸１２b1〜１２d1を平行に配置した所謂平行ニコルの偏光子１２ｂ〜１２ｄで挟んだ２枚の液晶セル１３ｂ、１３ｃとを組み合わせることにより、可視領域に残る２つの単色光のうち一方を除去するように構成されている。
【０００４】
更に、図７の構成において液晶セルにカラーフィルタを組み合わせた波長可変フィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。図８に示すように、この波長可変フィルタ２１は、偏光子２２ａ〜２２ｄに挟まれた各液晶セル２３ａ〜２３ｃにそれぞれ位相差フィルム即ちカラーフィルタ２４ａ〜２４ｃが重ねて配置される。このカラーフィルタによって、透過スペクトルから不要なピークを吸収し、観測波長域即ち該カラーフィルタの透過波長域内に１つのピークのみを現出させることができる。
【０００５】
他方、住宅等の室内照明や植物栽培用の照明、車両や飛行機等の計器の照明には、その目的又は用途に適した様々な色を用いることが好ましい。一般に、このような照明の目的では、それに適した色のカラーフィルタが光源に直接用いられている。また、分光光度計等を使用する分光分析の分野では、異なる波長の光を測定するために、透過波長の異なる複数の単色光フィルタを光軸に対して垂直にかつ同一平面に配置する手法が一般的である（例えば、特許文献５，６を参照）。更に、フォトダイオードアレイの光入射面にそれぞれ光透過特性の異なるフィルタ素子を接着した受光センサが知られている（例えば、特許文献７を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６７１２７号公報
【特許文献２】特許第３０００６６９号公報
【特許文献３】特許第３１０２０１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１１５２０８号公報
【特許文献５】特開平６−５０８８０号公報
【特許文献６】特開２０００−３０４６１５号公報
【特許文献７】特開２００１−５０８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のリオフィルタや波長可変フィルタは、所望の１つの単色光のみを透過させることを目的とし、同時に波長の異なる複数の単色光を透過させたり、特定の１つ又は複数の波長の光を除くことはできない。また、上述した分光分析に使用される従来の波長フィルタは、単に個別のフィルタ同士を互いに接着したり受光素子やフレーム上に固定したものである。そのため、各フィルタを高精度に組み付けることは面倒かつ困難である。更に、特に照明に使用するためのフィルタは、光源の高熱に十分耐え得るだけの耐熱性が要求される。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの光源又は入射光から同時に波長の異なる複数の光を透過させることができる高精度の波長フィルタを提供することにある。
【０００９】
更に本発明の目的は、かかる波長フィルタを用いて、異なる波長の光を選択的に取り出し又は特定の波長の光を選択的に除くことができる光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、上記目的を達成するために、複数の偏光子とそれらの間に配置した位相板とを有し、該位相板が透過面において互いに異なる厚さを有する複数の領域に区分された波長フィルタが提供される。
【００１１】
位相板が、領域毎に位相差の異なる波長板として機能する多分割波長板を構成するので、１つの波長フィルタで同時に波長の異なる複数の光を透過させることができる。
【００１２】
更に本発明によれば、２つの偏光子と該偏光子の間に配置した位相板とを１ブロックとして、光路に沿って配置したｋ個（ｋ：２以上の整数）のブロックからなり、各ブロックの位相板が、それぞれ透過面において互いに異なる厚さを有する複数の領域に区分され、それら各領域が、それぞれ各位相板の同じ縦横位置に設けられ、互いに同じ縦横位置にある各領域の厚さが公比２の等比数列をなす波長フィルタが提供される。
【００１３】
各ブロックの位相板がそれぞれ領域毎に位相差の異なる波長板として機能する多分割波長板を構成する。従って、各位相板を、互いに同じ縦横位置の領域毎にリオフィルタと同様に所定の厚さに設定しかつ配置することによって、各領域毎により急峻な狭帯域特性が得られる。
【００１４】
或る実施例では、各位相板がそれぞれ１枚の水晶板で形成されるので、例えばフォトリソグラフィを用いたウエットエッチングによって、前記各領域をそれぞれ所定の厚さに高精度にかつ比較的簡単に加工することができる。
【００１５】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の波長フィルタと、該波長フィルタの入射側又は出射側に配置されたシャッタ手段とを備え、該シャッタ手段が、波長フィルタの各領域と同じ縦横位置毎に、波長フィルタに入射又はそれから出射する光を選択的に遮断する光学装置が提供される。これにより、光源から波長フィルタを透過した各波長の光を前記領域毎に選択して遮断し又は通過させ、又は特定の波長だけを除いて出射させることができる。
【００１６】
或る実施例では、前記シャッタ手段が、波長フィルタの各領域と同じ縦横位置に配置された複数の液晶セルからなる液晶シャッタであることにより、機械的な制御手段を用いる必要がないので、選択的に光を遮断する動作を比較的高速でかつ簡単に高精度に制御でき、かつ装置全体を小型化することができる。
【００１７】
別の実施例では、波長フィルタ及びシャッタ手段の出射側に配置された重畳レンズを更に備えることにより、互いに異なる波長で出射された複数の光を１つの光に合成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長フィルタの好適な実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明による波長フィルタの実施例を示している。同図に示すように、本実施例の波長フィルタ３１は、平行に配置された複数の偏光子３２ａ〜３２ｄを有する。前記偏光子間には、それらと平行にそれぞれ第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃが光軸４に沿って配置されている。本実施例では、２枚の前記偏光子とその間に挟まれた前記位相板とを１ブロックとして、３つのブロックを透過順に即ち光路に沿って多段に配置して構成されている。別の実施例では、透過順に４つ以上の多段ブロックを配置することもできる。
【００１９】
第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃは、略正方形をなす１枚の水晶板で形成されている。図２（Ａ）〜図４（Ａ）に示すように、各位相板３３ａ〜３３ｃは、それぞれ透過面を縦横３×３に等分した略正方形の領域３３ａ11〜３３ａ33，３３ｂ11〜３３ｂ33，３３ｃ11〜３３ｃ33に区分されている。前記各領域は、それぞれ波長板として機能するように所定の厚さに形成されている。別の実施例では、前記各領域を正方形以外に長方形、三角形、六角形等の多角形や円形等の様々形状に設けることができる。
【００２０】
図２（Ｂ）〜（Ｄ）に示す第１位相板３３ａの各領域３３ａ11〜３３ａ33は、互いに異なる厚さｄ１11〜ｄ１33を有する。図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示す第２位相板３３ｂの各領域３３ｂ11〜３３ｂ33は、互いに異なる厚さｄ２11〜ｄ２33を有する。図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示す第３位相板３３ｃの各領域３３ｃ11〜３３ｃ33は、互いに異なる厚さｄ３11〜ｄ３33を有する。従って、第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃは、それぞれ前記各領域が位相差の異なる波長板として機能する多分割波長板を構成する。
【００２１】
これら第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃは、同じ縦横位置（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ＝１〜３）にある各領域の厚さが、従来のリオフィルタと同様に透過順にｄij、２ｄij、４ｄijに、即ち公比２の等比数列をなす２ｈ−１ｄij（ｈ，ｉ，ｊ＝１〜３）に設定される。４つ以上のブロックを配置した多段構造では、各ブロックについて前記各領域の厚さを透過順に２ｈ−１ｄij（ｈ＝１〜ｋ（ｋ：４以上の整数）；ｉ，ｊ＝１〜３）にする。また、前記各位相板がその透過面を縦横ｍ×ｎ個の領域に区分したものである場合、同じ縦横位置（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）にある各領域の厚さは、透過順に２ｈ−１ｄij（ｈ＝１〜ｋ，ｋ：３以上の整数）に設定する。
【００２２】
偏光子３２ａ〜３２ｄは、従来のリオフィルタと同様に、その透過軸３４ａ〜３４ｄを平行にした平行ニコルに配置される。第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃは、前記各領域の結晶光学軸３５ａ〜３５ｃが前記各偏光子の透過軸３４ａ〜３４ｄと４５°の角度をなすように配置される。波長フィルタ３１は、第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃの前記各領域の厚さを上述したように設定することにより、縦横位置を同じくする前記領域毎に透過波長の異なる多分割波長フィルタを構成する。この波長フィルタ３１に例えば白色光が入射すると、前記各領域の縦横位置毎に光路に沿って前記波長フィルタを透過した光が、異なる色の光となって出射される。
【００２３】
前記各位相板は、例えばフォトリソグラフィ技術を利用して１枚の水晶板をウエットエッチングすることにより、簡単にかつ正確な寸法に形成することができる。前記各位相板と偏光子とは、公知の接着剤を用いて互いに接着することができる。このようにして、高精度の多分割波長フィルタを実現することができる。
【００２４】
上記実施例の波長フィルタ３１は、第１〜第３位相板３３ａ〜３３ｃの同じ縦横位置にある前記各領域の厚さを、透過順に公比２の等比数列をなすように設定した。本発明によれば、公比２の等比数列をなす前記各領域の厚さは、透過順に配置する必要が無く、例えば透過方向とは逆の順に等比数列をなすように配置したり、２ｄij：ｄij：４ｄij等のように透過順に関係なくランダムに配置することができる。
【００２５】
図５は、図１の波長フィルタ３１を用いた光学装置の実施例を示している。本実施例の光学装置４１は、例えば照明装置の一部として使用するためのものである。波長フィルタ３１の入射側及び出射側に第１及び第２レンズアレイ４２，４３が配置されている。出射側の第２レンズアレイ４３と波長フィルタ３１との間には、液晶シャッタ４４が配置されている。第２レンズアレイ４３の出射側には重畳レンズ４５が配置されている。更に、光学装置４１の入射側には、例えば白色光を発生する光源４６が配置される。別の実施例では、液晶シャッタ４４を波長フィルタ３１の入射側と第１レンズアレイ４２との間に配置することができる。
【００２６】
第１及び第２レンズアレイ４２、４３は所謂フライアイレンズで、波長フィルタ３１の各位相板３３ａ〜３３ｃの前記各領域と同じ縦横位置に複数の小凸レンズが配列されている。光源４６からの光は、第１レンズアレイ４２、波長フィルタ３１及び第２レンズアレイ４３を前記各領域の縦横位置毎にそれぞれ光路を透過して、互いに波長の異なる複数の２次光源像を形成し、これらが重畳レンズ４５により重畳されて、照度分布を均一化した１つの光となる。
【００２７】
液晶シャッタ４４は、波長フィルタ３１の各位相板３３ａ〜３３ｃの前記各領域と同じ縦横位置に複数の液晶セルが配列されている。前記各液晶セルは、個別にオンオフを制御可能であり、波長フィルタ３１から出射される光を前記領域毎に選択して遮断し又は通過させることができる。液晶シャッタ４４を通過した光は、第２レンズアレイ４３を経て、重畳レンズ４５によって１つの光に合成される。
【００２８】
この合成された光の色は、液晶シャッタ４４により選択した前記各領域の透過波長によって決定される。別の場合には、液晶シャッタ４４の特定の１つの前記液晶セルを遮断することによって、光源４６の光から特定の波長だけを取り除くことができる。このように本発明の光学装置４１は、機械的な制御機構を必要としないので、光を遮断又は通過させるオンオフ動作を比較的高速でかつ簡単に高精度に制御することができる。また、装置全体を小型化することができる。
【００２９】
以上、本発明についてその好適な実施例を用いて詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、前記各位相板は、個別に形成した小波長板を相互に接合して一体化することにより、多分割波長板を構成することもできる。また、前記各位相板には、水晶以外に従来公知の一軸性結晶材料を用いることができる。図５の光学装置は、第１レンズアレイに代えてコリメータを使用し、平行光を波長フィルタに入射させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による波長フィルタの実施例の構成図。
【図２】（Ａ）図は図１の第１位相板の斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）図はそれぞれ縦行の各領域を示す説明図。
【図３】（Ａ）図は図１の第２位相板の斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）図はそれぞれ縦行の各領域を示す説明図。
【図４】（Ａ）図は図１の第３位相板の斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）図はそれぞれ縦行の各領域を示す説明図。
【図５】本発明の波長フィルタを用いた光学装置の構成図。
【図６】リオフィルタの基本的構成を示す図。
【図７】液晶セルを用いた波長フィルタの従来例の構成図。
【図８】液晶セルを用いた波長フィルタの別の従来例の構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１…リオフィルタ、２，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ，３２ａ〜３２ｄ…偏光子、２ａ１〜２ｄ１，１２ａ１，１２ｂ１，３ａ１〜３ｃ１，３４ａ〜３４ｄ…透過軸、３５ａ〜３５ｃ…光学結晶軸、３ａ〜３ｃ…複屈折板、１１…バンドパスフィルタ、１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ…液晶セル、２１…波長可変フィルタ、３１…波長可変フィルタ、３３ａ〜３３ｃ…位相板、３３ａ11〜３３ａ33，３３ｂ11〜３３ｂ33，３３ｃ11〜３３ｃ33…領域、４２，４３…レンズアレイ、４４…液晶シャッタ、４５…重畳レンズ、４６…光源。
【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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