波长可变滤光器
阅读：937发布：2020-05-13
专利汇可以提供波长可变滤光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 波长 可变滤光器。提供一种能够在不使用带通滤光器的情况下从450nm~1100nm的宽度的波长选择性地透射期望的波长的光的波长可变滤光器。波长可变滤光器（200）是，一种波长可变滤光器，具有：n+1个（n为整数）偏光板101），被配置在同一光轴（111）上；n个单元，被配置在偏光板（101）之间，按照入射光透射的顺序在光轴（111）上排列 水 晶双折射板（102）、超宽带四分之一波片（103）和超宽带二分之一波片104）而构成；以及框体（201），在内部保持偏光板（101）和单元，n个各水晶双折射板（102）的厚度在将最薄的水晶双折射板的厚度设为d时为2i-1d（i=1~n），波长可变滤光器具备：筒状的旋转体，在内部保持超宽带二分之一波片（104）并且能够在框体（201）的内部以光轴（111）为中心进行旋转；以及 旋转机 构，使旋转体旋转。，下面是波长可变滤光器专利的具体信息内容。
1.一种波长可变滤光器，具有：
n+1个偏光板，被配置在同一光轴上，其中，n为整数；
n个单元，被配置在所述偏光板之间，按照入射光透射的顺序在所述光轴上排列水晶双折射板、超宽带四分之一波片和超宽带二分之一波片而构成；以及
框体，在内部保持所述偏光板和所述单元，
所述波长可变滤光器的特征在于，
所述n个各水晶双折射板的厚度在将最薄的水晶双折射板的厚度设为d时为2i-1d，其中，i=1~n，
所述波长可变滤光器具备：
筒状的旋转体，在内部保持所述超宽带二分之一波片并且能够在所述框体的内部以所述光轴为中心进行旋转；以及
旋转机构，使所述旋转体旋转。
2.根据权利要求1所述的波长可变滤光器，其中，所述旋转机构为设置在所述框体的外部的步进电动机。
3.根据权利要求1所述的波长可变滤光器，其中，所述旋转机构为与所述旋转体邻接地设置的超声波电动机。
4.根据权利要求1所述的波长可变滤光器，其中，所述旋转机构为以能旋转的方式设置在所述框体的外周的环状构件、附加于所述环状构件的磁铁、以及附加于所述旋转体的磁铁。
波长可变滤光器
技术领域
[0001] 本发明涉及使用了超宽带波片的波长可变滤光器。
背景技术
[0002] 作为波长可变滤光器的一种，已知有利奥滤光器（Lyot filter）。
[0003] 在利奥滤光器中，例如如图8所示的那样，在透射轴平行的4个偏光板801a至801d之间，分别作为相位元件的双折射板802a至802c被配置为其晶体光学轴与透射轴成45度。作为双折射板802a至802c的材料，使用方解石或水晶等单轴性晶体。双折射板802的厚度以成为前一个双折射板802的厚度的2倍的方式即以当将双折射板802a的厚度设为d时双折射板802b的厚度为2d而双折射板802c的厚度为4d的方式构成。透射双折射板802a至802c的光谱（spectrum）的各光学相位差dΔn（d为厚度，Δn为双折射率）在将λO设为特定波长时分别为λO、2λO、4λO。因此，当重合透射它们的光谱时，在作为特定波长的λO处得到锐利的峰值。
[0004] 然而，以往的利奥滤光器是导入波长宽度为1nm的光而在0.01nm~0.03nm的窄带中精密地进行调整的滤光器。因此，在对波长较大地不同的多个波长的光进行观测的情况下，必须使用其数目的带通滤光器来适当更换，需要繁杂的作业。
发明内容
[0007] 发明要解决的课题本发明是鉴于以上那样的情况而完成的。即，本发明的目的在于提供一种能够在不使用带通滤光器的情况下从450nm~1100nm的宽度的波长选择性地透射期望的波长的光的波长可变滤光器。
[0008] 用于解决课题的方案为了解决以上的课题，本发明的波长可变滤光器是，一种波长可变滤光器，具有：n+1个偏光板，被配置在同一光轴上，其中，n为整数；n个单元，被配置在偏光板之间，按照入射光透射的顺序在光轴上排列水晶双折射板、超宽带四分之一波片和超宽带二分之一波片而构成；以及框体，在内部保持偏光板和单元，所述波长可变滤光器的特征在于，n个各水晶双折射板的厚度在将最薄的水晶双折射板的厚度设为d时为2i-1d，其中，i=1~n，所述波长可变滤光器具备：筒状的旋转体，在内部保持超宽带二分之一波片并且能够在框体的内部以光轴为中心进行旋转；以及旋转机构，使旋转体旋转。
[0009] 旋转机构为设置在框体的外部的步进电动机也可。
[0013] 图1是示出了本发明的波长可变滤光器200所具备的光学系统100的图。
[0014] 图2是示出了本发明的波长可变滤光器200的构造的剖面图。
[0015] 图3是示出了使超宽带二分之一波片104以光轴为中心旋转的旋转机构的第一实施方式的图。
[0016] 图4是示出了使超宽带二分之一波片104以光轴为中心旋转的旋转机构的第二实施方式的图。
[0017] 图5是示出了使超宽带二分之一波片104以光轴为中心旋转的旋转机构的第三实施方式的图。
[0018] 图6是示出了透射水晶双折射板102后的光的干涉的图。
[0019] 图7是示出了透射本发明的波长可变滤光器200后的光的波长的峰值的移动的图。
[0020] 图8是示出了以往的利奥滤光器的光学系统的图。
具体实施方式
[0021] 以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的波长可变滤光器的一个实施方式。
[0022] 图1是示出了本发明的波长可变滤光器200所具备的光学系统100的图。再有，光从图1中的左侧入射。如所图示的那样，光学系统100由偏光板101a至101f、以及配置在偏光板101a至101f之间的单元构成。关于配置在偏光板101a至101f之间的单元，按照入射光透射的顺序，排列作为相位元件的水晶双折射板102、超宽带四分之一波片103和超宽带二分之一波片104来构成。再有，偏光板101a至101f、水晶双折射板102a至102e、超宽带四分之一波片103a至103e、以及超宽带二分之一波片104a至104e在同一光轴111上平行地配置。
[0023] 关于偏光板101a至101f，能够根据期望的透射波长范围来使用公知的各种偏光板。例如，可举出如市售的线栅（wire grid）偏光板那样从可见区到红外区具有偏振作用的偏光板。此外，偏光板101a至101f以透射轴为平行的方式即以成为平行尼科耳棱镜（parallel Nicol）的方式配置。
[0024] 水晶双折射板102a至102e的厚度与以往的利奥滤光器同样即构成为在将最薄的水晶双折射板的厚度设为d时为2i-1d（i=1~n）。具体地，在将水晶双折射板102a的厚度设为d时，水晶双折射板102b的厚度为2d，水晶双折射板102c的厚度为4d，水晶双折射板102d的厚度为8d，水晶双折射板102e的厚度为16d。在此，成为基准的厚度d根据适合的期望的波长来任意地决定也可。此外，水晶双折射板102a至102e被构成为晶体光学轴相对于偏光板101a至101f的透射轴成45度。
[0025] 再有，在图1中示出了从左按顺序配置具有薄的水晶双折射板102的单元的方式，但是，单元的顺序并不限定于此。在后述的图2中，为越是具有厚的水晶双折射板102的单元而越是靠中心地配置的方式。越是具有厚的水晶双折射板102的单元而越是靠中心地配置，由此，除了能够减少波长可变滤光器200的重心的偏向之外，还能够通过增加厚度来提高温度要求变得严格的水晶双折射板102的温度的稳定性。
[0026] 接着，一边参照图2一边对本发明的波长可变滤光器200的构造进行说明。
[0027] 图2是示出了本发明的波长可变滤光器200的构造的剖面图。如所图示的那样，波长可变滤光器200具备：光学系统100、框体201、玻璃板202、玻璃板203、以及使超宽带二分之一波片104a至104e以光轴111为中心旋转的旋转机构。光从图2中的左侧入射。再有，关于旋转机构，一边参照图3至图5一边在后面进行叙述，因此，在图2中省略。此外，关于用于保持偏光板101a至101f、水晶双折射板102a至102e、超宽带四分之一波片103a至103e、以及超宽带二分之一波片104a至104e的内部构造，也一边参照图3一边在后面进行叙述，因此，在图2中省略。
[0028] 框体201为前后开口的筒状的构件，在内部保持光学系统100之后，由折射液填满内部。关于框体201的材料，并不被特别限定，从合成树脂、不锈钢等各种材料任意地选择也可。再有，作为填满框体201的内部的折射液，例如可举出硅油。
[0029] 玻璃板202和玻璃板203被固定在框体201的前后的开口，对框体201的内部进行密封。再有，为了防止在框体201的内部填满的折射液从固定了玻璃板202和玻璃板203的部位的缝隙漏出，优选的是，玻璃板202和玻璃板203与油封等密封构件一起分别被固定在框体201的前后的开口。
[0030] 在图2所示的光学系统100中，具有最厚的水晶双折射板102e的第五单元被配置在中心，具有第二厚的水晶双折射板102d的第四单元被配置在第五单元的左邻，具有第三厚的水晶双折射板102c的第三单元被配置在第五单元的右邻。而且，具有最薄的水晶双折射板102a的第一单元被配置在左端，具有第二薄的水晶双折射板102b的第二单元被配置在右端。像这样，越是具有厚的水晶双折射板102的单元越是靠中心地配置，由此，除了能够减少波长可变滤光器200的重心的偏向之外，还能够通过增加厚度来提高温度要求变得严格的水晶双折射板102的温度的稳定性。
[0031] 接着，一边参照图3一边对使超宽带二分之一波片104a至104e以光轴111为中心旋转的旋转机构的第一实施方式进行说明。再有，图3仅示出了第一单元和其周边，但是，其他的单元也为同样的方式。
[0032] 图3是示出了使超宽带二分之一波片104a以光轴111为中心旋转的旋转机构的第一实施方式的图。如所图示的那样，波长可变滤光器200具备步进电动机301、光传感器（photo sensor）302、旋转体303、轴承304、以及油封305。
[0033] 步进电动机301为使旋转体303旋转的驱动电动机，被设置于框体201的外部。
[0034] 光传感器302为用于检测旋转体303的旋转角度的传感器，被设置于框体201的外部。
[0035] 旋转体303为用于保持超宽带二分之一波片104a的筒状构件，外周的一部分被形成为圆盘状。在旋转体303的外周的一部分形成的圆盘状的部位露出到框体201的外面，在外周部形成有齿轮。这样的齿轮与在步进电动机301的轴附加的小齿轮（pinion gear）306啮合。关于旋转体303的材料，并不被特别限定，从合成树脂、钛等各种材料任意地选择也可。
[0036] 轴承304被设置于框体201的内部，以能旋转的方式保持旋转体303。
[0037] 油封305为用于防止折射液从框体201漏出的密封构件，与轴承304邻接地设置。
[0038] 旋转体303能够通过轴承304在框体201的内部以光轴111为中心进行旋转。因此，通过驱动步进电动机301，从而能够使在内部保持有超宽带二分之一波片104a的旋转体303以光轴111为中心旋转。
[0039] 再有，步进电动机301关于旋转体303的每一个而各一个地具备，由此，个别地使各个旋转体303旋转也可，经由齿轮通过一个步进电动机301使全部旋转体303旋转也可。
[0040] 关于在框体201的内部保持偏光板101a、水晶双折射板102a和超宽带四分之一波片103a的构造，并不被特别限定，例如，如图3所示的那样由在框体201的内部设置的环状的保持构件310保持也可。这方面在图4和图5中也是同样的。
[0041] 接着，一边参照图4一边对使超宽带二分之一波片104a至104e以光轴111为中心旋转的旋转机构的第二实施方式进行说明。再有，图4仅示出了第一单元和其周边，但是，其他的单元也为同样的方式。
[0042] 图4是示出了使超宽带二分之一波片104a以光轴111为中心旋转的旋转机构的第二实施方式的图。如所图示的那样，波长可变滤光器200具备超声波电动机401、光传感器402、旋转体403、以及轴承304。
[0043] 超声波电动机401为使旋转体403旋转的驱动电动机，与旋转体403邻接地设置于框体201的内部。
[0044] 光传感器402为用于检测旋转体403的旋转角度的传感器，被设置于框体201的内部。
[0045] 旋转体403为用于保持超宽带二分之一波片104a的筒状构件。关于旋转体403的材料，并不被特别限定，从合成树脂、钛等各种材料任意地选择也可。
[0046] 轴承304被设置于框体201的内部，以能旋转的方式保持旋转体403。
[0047] 旋转体403能够通过轴承304在框体201的内部以光轴111为中心进行旋转。因此，通过驱动超声波电动机401，从而能够使在内部保持有超宽带二分之一波片104a的旋转体403以光轴111为中心旋转。
[0048] 再有，超声波电动机401关于旋转体403的每一个而各一个地具备。
[0049] 接着，一边参照图5一边对使超宽带二分之一波片104a至104e以光轴111为中心旋转的旋转机构的第三实施方式进行说明。再有，图5仅示出了第一单元和其周边，但是，其他的单元也为同样的方式。
[0050] 图5是示出了使超宽带二分之一波片104a以光轴111为中心旋转的旋转机构的第三实施方式的图。如所图示的那样，波长可变滤光器200具备环状构件501、附加于环状构件501的磁铁502、旋转体503、附加于旋转体503的磁铁504、光传感器402、以及轴承304。
[0052] 光传感器402为用于检测旋转体503的旋转角度的传感器。
[0053] 旋转体503为用于保持超宽带二分之一波片104a的筒状构件，在其一部分附加有磁铁504。关于旋转体503的材料，并不被特别限定，从合成树脂、钛等各种材料任意地选择也可。
[0054] 轴承304被设置于框体201的内部，以能旋转的方式保持旋转体503。
[0055] 旋转体503能够通过轴承304在框体201的内部以光轴111为中心进行旋转，环状构件501和旋转体503通过附加于环状构件501的磁铁502和附加于旋转体503的磁铁504同步地进行旋转。因此，通过步进电动机等使环状构件501旋转，由此，能够使在内部保持有超宽带二分之一波片104a的旋转体503以光轴111为中心旋转。
[0056] 再有，环状构件501、磁铁502和磁铁504关于旋转体503的每一个而各一个地具备。
[0057] 接着，对本发明的波长可变滤光器200的工作进行说明。
[0058] 本发明的波长可变滤光器200通过旋转机构使超宽带二分之一波片104a至104e旋转，由此，能够从450nm~1100nm的宽度的波长选择性地透射期望的波长的光。
[0059] 具体地，入射到波长可变滤光器200的光首先入射到偏光板101a。接着，透射偏光板101a而成为直线偏振光的光入射到配置为晶体光学轴相对于偏光板101a的透射轴成45度的水晶双折射板102a。透射水晶双折射板102a后的光成为具有波长和水晶双折射板102a的厚度D1所对应的倾斜度的直线偏振光或椭圆偏振光（包含圆偏振光的情况）。接着，透射水晶双折射板102a后的光入射到超宽带四分之一波片103a。透射超宽带四分之一波片103a后的光成为具有入射到超宽带四分之一波片103a时的倾斜度和旋转方向（关于旋转方向，圆偏振光或椭圆方向的情况）所对应的倾斜度的直线偏振光。接着，透射超宽带四分之一波片103a后的光入射到超宽带二分之一波片104a。在此，二分之一波片对入射的光的振动方向（偏振面）赋予π（=λ/2）的相位差，此外，在以入射的光的偏振面相对于二分之一波片的高速轴（或低速轴）为θ度的方位角入射时，使其振动方向旋转（2×θ度）。因此，关于透射超宽带二分之一波片104a后的光，倾斜度根据超宽带二分之一波片104a的旋转角度发生变化。接着，透射超宽带二分之一波片104a后的光入射到偏光板101b。以后，重复同样的变化。
[0060] 接着，对使超宽带二分之一波片104a至104e旋转的角度进行说明。
[0061] 使超宽带二分之一波片104旋转的角度与对应的水晶双折射板102的厚度对应，即与包含该超宽带二分之一波片104的单元的水晶双折射板102的厚度对应。例如，在使超宽带二分之一波片104a旋转5度时，使超宽带二分之一波片104b旋转10度，使超宽带二分之一波片104c旋转20度，使超宽带二分之一波片104d旋转40度，使超宽带二分之一波片104e旋转80度。
[0062] 当更具体地说明时，使水晶双折射板102的厚度2倍2倍地变厚，由此，透射光波形的波峰的数目2倍2倍地增加，此外，波峰的宽度变小（干涉条纹的波峰的间隔与水晶双折射板的厚度成反比例）。其结果是，当重叠这些双折射板102时，如图6所示的那样，光仅在波峰重叠之处透射，由此，剩下窄带的波峰，在波峰不重叠之处，波谷抵消波峰，因此，光不透射。例如，如果在波长为600nm时透射光的峰值到来，则得到以600nm为中心的窄带的光。而且，当使超宽带二分之一波片104以与对应的水晶双折射板102的厚度对应即与包含该超宽带二分之一波片104的单元的水晶双折射板102的厚度对应的角度旋转时，如图7所示的那样，能够使透射光的峰值逐渐地移动。
[0063] 根据以上说明了的本发明的波长可变滤光器200，能够在不更换内部的光学元件的情况下选择性地透射期望的波长的光。再有，关于单元的数目，并不限定于5个，能够根据期望的透射光量或波长纯度而任意地增减。例如，如果增加单元的数目并且与此对应地增加偏光板101的数目，则透射的波长的宽度变窄，能够得到波长纯度更高的光。
[0064] 以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述的实施方式，当然能够在不偏离本发明的意思的范围内进行各种改变。
[0065] 例如，关于偏光板101、水晶双折射板102和超宽带四分之一波片103，使邻接的构件彼此紧贴而进行整体化也可。通过使邻接的偏光板101、水晶双折射板102和超宽带四分之一波片103紧贴而整体化，从而除了能够进一步小型化波长可变滤光器200之外，还能够使漫射的光变得容易通过。
[0066] 此外，例如，也可以将光传感器302设置于框体201的内部。
[0067] 产业上的可利用性本发明的波长可变滤光器能够在从可见区到红外区的超宽带中仅使期望的波长的光选择性地透射，因此，能够作为光谱仪来使用。此外，也能够作为在宽范围中连续地光谱观测来使用各种物质的色彩，因此，能够基于所检测的波长的数据来进行物质的特定或缺陷等的检测。进而，如果使卤素灯（halogen lamp）等白色光源入射，则也能够用作仅使任意的波长的光透射来进行照射的光源。
[0068] 附图标记的说明100 光学系统
101 偏光板
102 水晶双折射板
103 超宽带四分之一波片
104 超宽带二分之一波片
111 光轴
200 波长可变滤光器
201 框体
202 玻璃板
203 玻璃板
301 步进电动机
302 光传感器
303 旋转体
304 轴承
305 油封
306 小齿轮
310 保持构件
401 超声波电动机
402 光传感器
403 旋转体
501 环状构件
502 磁铁
503 旋转体
504 磁铁
801 偏光板
802 双折射板。
101 偏光板
102 水晶双折射板
103 超宽带四分之一波片
104 超宽带二分之一波片
111 光轴
200 波长可变滤光器
201 框体
202 玻璃板
203 玻璃板
301 步进电动机
302 光传感器
303 旋转体
304 轴承
305 油封
306 小齿轮
310 保持构件
401 超声波电动机
402 光传感器
403 旋转体
501 环状构件
502 磁铁
503 旋转体
504 磁铁
801 偏光板
802 双折射板。
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