色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置
【課題】 より簡易の構成で光束の色調が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 色調調整装置（１０）は、入力光束（ＩＬ）を波長ごとに分散する分散素子（１１）と、分散素子（１１）で分散された光束を結像する第１結像光学系（１２）と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率（Ｔ）を可変する透過率可変素子（１３２）を複数配置した透過率可変部（１３）と、透過率可変部（１３）を通過した複数の光束を合成し出力光束（ＯＬ）を射出する合成光学系（１４）とを備える。
【解決手段】 色調調整装置（１０）は、入力光束（ＩＬ）を波長ごとに分散する分散素子（１１）と、分散素子（１１）で分散された光束を結像する第１結像光学系（１２）と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率（Ｔ）を可変する透過率可変素子（１３２）を複数配置した透過率可変部（１３）と、透過率可変部（１３）を通過した複数の光束を合成し出力光束（ＯＬ）を射出する合成光学系（１４）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長成分を含む光束の色調調整が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な機器の検査に単色光または所望の分光特性を持った光が必要である。このうち、単色光については白色光源などの光を分光器に導くことにより比較的簡単に作ることができる。一方、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの検査には、所定の波長分布を持った光が使用される。所定の波長分布を持った光を形成する方法として、従来、多層膜を用いたフィルタが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、多層膜を用いたフィルタの場合、比較的安価に作ることができるが、自由にスペクトル分布を作ることは難しい。また、蒸着により多層膜を形成したフィルタは同じものを数多く作る場合、コストを下げることができるが、多くの種類のものを少量作る場合はコストが高くなる。また、特に開発の段階での評価では多くの種類の分光特性を持ったフィルタが要求される。
【０００４】
特許文献１に開示された色調調整装置は上記の問題点を克服するためのものである。当該色調調整装置は、入力光を互いに直交する振動方向を持った２つの直線偏光に分離する偏光子と、その偏光子で分離された直線偏光の各々を分光して形成したスペクトラム像を液晶空問変調素子により偏光変調し、偏光変調した直線偏光を合波して偏光子に再入射させる液晶空間変調素子を用いたゼロ分散型分光器とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７０８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では多層膜を用いない色調調整装置が開示されているが、その色調調整装置は偏光現像を利用し、偏光子などの偏光装置が配置されているため、全体装置が大型化になる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、より簡易の構成で光束の色調が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
第１の観点の色調調整装置は、入力光束を波長ごとに分散する分散素子と、分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系とを備える。
【０００９】
第２の観点の光源装置は、所定の波長幅を有する光源と、光源から射出された光束を入射光束とする第１観点の色調調整装置とを備える。
【００１０】
第３の観点のスペクトル測定装置は、所定の波長幅の光束を発する被検物の波長ごとのスペクトルを測定するスペクトル測定装置である。当該スペクトル測定装置は被検物から光束を波長ごとに分散する分散素子と、分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、出力光束の光量を検出する光量検出器と、光量検出器の光量検出結果に基づいて透過率可変部の透過率可変素子を可変する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、色調調整後の光束の光量が多く、より簡易の構成で光束の色調が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の色調調整装置１０を説明するための図である。 （ａ）は、本実施形態の色調調整装置１０において、入射光束ＩＬを例として説明する図である。 （ｂ）は、色調調整装置１０において、入射光束ＩＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。 （ｃ）は、色調調整装置１０において、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の形状を示した断面図である。 （ｄ）は、色調調整装置１０において、エレクトロクロミック素子１３を射出した直後の光束ＯＬ’の形状を示した断面図である。 （ｅ）は、色調調整装置１０において、射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。
【図２】（ａ）は、エレクトロクロミック素子１３をＺ軸方向から見た平面図である。 （ｂ）は、（ａ）に示されたエレクトロクロミック材１３２と光束の波長との対応関係を示した図である。
【図３】第１の実施例の色調調整装置１０において、色調調整の一例を示した図である。
【図４】第２の実施例の色調調整装置２０において、色調調整の一例を示した図である。
【図５】第３の実施例の光源装置３０において、光学系の概要を示した図である。
【図６】第４の実施例の光源装置３０’において、光学系の概要を示した図である。
【図７】第５の実施例のスペクトル測定装置４０において、光学系の概要を示した図である。
【図８】第６の実施例のスペクトル測定装置４０’において、光学系の概要を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜色調調整装置１０＞
＜＜色調調整装置１０の概要＞＞
色調調整装置１０の概要について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態の色調調整装置１０を説明するための図である。図１（ａ）は、入射光束ＩＬを例として説明する図である。図１（ｂ）は入射光束ＩＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。図１（ｃ）は、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の形状を示した断面図である。図１（ｄ）はエレクトロクロミック素子１３を射出した直後の光束ＯＬ’の形状を示した断面図である。図１（ｅ）は射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。
【００１４】
図１（ａ）に示された色調調整装置１０は、透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３を備える。また、このエレクトロクロミック素子１３の入射光束ＩＬ側には分散素子１１であるプリズムＰ及び結像光学系１２が設けられている。また、エレクトロクロミック素子１３の射出光束ＯＬ側にはコリメータ１４１及び合成素子１４２であるプリズムＰより構成された合成光学系１４が設けられている。
【００１５】
透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３は図１（ａ）に示されたようにＹ軸方向で並んでいる複数のエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）がＺ軸方向で光学窓１３１ａ及び光学窓１３１ｂに挟んで構成されている。エレクトロクロミック素子１３については図２を参照しながら後述する。プリズムＰ（１１）及びエレクトロクロミック素子１３は、結像光学系１２の焦点に設けられ、エレクトロクロミック素子１３及びプリズムＰ（１４２）は、コリメータ１４１の焦点に設けられる。
【００１６】
結像光学系１２及びコリメータ１４１は同じ形状で同じ屈折率を持ったテレセントリック光学系が好ましい。この結像光学系１２及びコリメータ１４１が同じ凸レンズであると、本実施形態の色調調整装置１０は、エレクトロクロミック素子１３の中心を通過するＹ軸に対して対称な配置となる。なお、図１（ａ）では分散素子１１及び合成素子１４２として同じ形状で同じ屈折率を持つプリズムＰが用いられているが、回折格子が用いられてもよい。
【００１７】
図１（ａ）に示されたように、入射光束ＩＬはプリズムＰ（１１）の入射面Ｓ１１から色調調整装置１０に入射する。本実施形態の入射光束ＩＬは、例えばその波長が４５０ｎｍ〜８００ｎｍである白色光が用いられる。
【００１８】
プリズムＰ（１１）に入射する入射光束ＩＬは、図１（ｂ）に示されたように波長と光強度（光量）との関係が山形の連続な分布である。この入射光束ＩＬは、図１（ａ）に示されたようにプリズムＰ（１１）の分散作用によって波長ごとに分散される。プリズムＰ（１１）の射出面Ｓ１２から射出された各波長の光束は、結像光学系１２によりエレクトロクロミック素子１３上に結像し、集光される。本実施例では、点線でエレクトロクロミック材１３２ｂに入射される波長λｂの光束を示し、一点鎖線でエレクトロクロミック材１３２ｄに入射される波長λｄの光束を示し、破線でエレクトロクロミック材１３２ｆに入射される波長λｆの光束を示している。ここで、入射光束ＩＬが点線、一点鎖線及び破線の三本の光に分割されているが、実際は入射光束ＩＬに含まれた波長の数量によって複数の光束に分割される。すなわち、光束がエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｂからエレクトロクロミック材１３２ｆまでの範囲で任意のエレクトロクロミック材１３２を照射することができる。また、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の断面形状は、図１（ｃ）に示されたように長軸がＹ軸方向で伸びている。ここで、説明のため光束ＩＬ’の断面形状が幅広く描かれているが、実際にはＹ軸方向の直線である。また、例えば光束ＩＬ’の端部Ａは波長が８００ｎｍ前後である赤色光に対応し、光束ＩＬ’の端部Ｂは波長が４５０ｎｍ前後の紫色光に対応する。図１（ｃ）では説明のため、赤色側を白で紫色側を黒で描いてある。
【００１９】
エレクトロクロミック素子１３に入射した光束ＩＬ’は、エレクトロクロミック素子１３の透過率を、エレクトロクロミック材１３２に与える電圧を符号も含めて変化することで、光量が調整される。例えば、エレクトロクロミック素子１３は、波長λｂ、つまり、赤色に対応するエレクトロクロミック材１３２ｂに与える電圧を、符号を含めて変化させることで、波長λｂの光束の光量を調整することができる。これにより、エレクトロクロミック素子１３を透過した直後の光束ＯＬ’の断面形状は、図１（ｄ）に示されたように波長λｂに対応される部分の光量が変化される。
【００２０】
エレクトロクロミック素子１３を透過した光束ＯＬ’はコリメータ１４１を透過し、コリメータ１４１を通過した光束ＯＬ’はプリズムＰ（１４２）の入射面Ｓ２１に入射する。その後、図１（ａ）に示されたようにプリズムＰ（１４２）の合成作用によって、再び合成されて射出面Ｓ２２から射出光束ＯＬとなって射出される。このとき、射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係は図１（ｅ）のグラフに示されたものとなる。つまり、波長と光強度（光量）との関係は波長λｂの光強度（光量）が変更されている。人間の眼で観察すれば、射出光束ＯＬは赤色の波長λｂの光強度（光量）が変更されたので、入射光束ＩＬよりも青っぽい白色として観察される。
以上説明したように、色調調整装置１０は、エレクトロクロミック素子１３を使って入射光束ＩＬの色調を調整して別の色調の射出光束ＯＬを射出することができる。
【００２１】
次に、エレクトロクロミック素子１３について、図２を参照しながら詳述する。
図２は、エレクトロクロミック素子１３と光の波長との対応関係を説明するための図である。図２（ａ）は、エレクトロクロミック素子１３をＺ軸方向から見た平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示されたエレクトロクロミック材１３２と光の波長との対応関係を示した図である。
【００２２】
図２（ａ）に示されたように、エレクトロクロミック素子１３はＹ軸方向で並んでいる複数のエレクトロクロミック材１３２を備える。本実施形態ではエレクトロクロミック素子１３は７つのエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）で描かれている。各エレクトロクロミック材１３２のＹ軸方向の間隔は例えば１０ミクロンメートル程度である。また、各エレクトロクロミック材１３２は、Ｘ軸方向で二つの電極１３３にそれぞれ挟まれている。
【００２３】
図２（ａ）に示されたエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２は、電圧をかけることで、光の透過率を調整できる特性を持つ材料である。本実施形態では、エレクトロクロミック特性を示す有機／金属ハイブリッドポリマーが用いられる。この有機／金属ハイブリッドポリマーは、金属イオンと有機分子とが数珠つなぎになった新しいタイプの材料である。
【００２４】
エレクトロクロミック材１３２はその両側に設けられた電極１３３によって電圧の符号と強度とを任意かつ独立に変化することができ、エレクトロクロミック材１３２の透過率はエレクトロクロミック材１３２に印加される電圧の符号（プラスマイナス）も含めた変化に基づいて変化する。
【００２５】
一方、図１（ｃ）又は図２（ｂ）に示されるように、エレクトロクロミック素子１３に入射する光束ＩＬ’は、Ｙ軸方向に赤色から紫色に分散される。このため、エレクトロクロミック素子１３に入射した光は、各波長の光が通過する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ｂ〜１３２ｆ）に対応させることができる。そして、エレクトロクロミック材１３２は印加される電圧によってそれぞれの透過率が調整される。例えば、エレクトロクロミック材１３２ｂは入射光束ＩＬに含まれた波長λｂが８００ｎｍ前後である赤色光に対応し、その赤色光の光量を調整することができる。また、エレクトロクロミック材１３２ｆは入射光束ＩＬに含まれた波長λｆが４５０ｎｍ前後である紫色光に対応し、その紫色光の光量を調整することができる。
【００２６】
各エレクトロクロミック材１３２に入射する光の波長域と、現在設定されている透過率の情報は、記憶装置（不図示）によって記録、管理されている。これらの情報を記録装置から演算装置（不図示）は受け取り、所望の透過率に変更するためには、符号も含めていくらの電圧を印加すればよいかを計算し、その計算結果に基づき電極１３３に電圧が与えられる。
【００２７】
つまり、エレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）に印加される電圧を調整することで、所望の波長域の光量を調整することができる。なお、印加電圧に対する透過率変化の感度は波長によって異なるため、各エレクトロクロミック材１３２に対応する波長域での透過率変化の感度情報も記録装置に記録しておき、演算装置で波長情報と合わせて印加電圧を計算する際に使用できるようにする。
以下、色調調整装置１０について図３に示された光路を参照しながら、より詳しく説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
図３は、第１の実施例の色調調整装置１０において、色調調整の一例を示した図である。
＜＜色調調整装置１０の構成＞＞
【００２９】
図３に示された色調調整装置１０は、透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３を備える。また、このエレクトロクロミック素子１３入射光束ＩＬ側には分散素子１１及び結像光学系１２が設けられている。また、エレクトロクロミック素子１３の射出光束ＯＬ側にはコリメータ１４１及び合成素子１４２より構成された合成光学系１４が設けられている。図３では、分散素子１１及び合成素子１４２として回折格子を使用している。
色調調整装置１０の色調調整について、図３を参照しながら説明する。
【００３０】
＜＜色調調整装置１０の色調調整＞＞
図３に示されたように、入射光束ＩＬは−Ｚ側から色調調整装置１０の分散素子１１に垂直に入射する。第１の実施例では、入射光束ＩＬは互いに異なる波長λ１、λ２からなる光である。
【００３１】
図３に示されたように、入射光束ＩＬは波長λ１および波長λ２を含んでいるため、分散素子１１から射出するときに光束が波長のλ１である光Ｌλ１及び波長のλ２である光Ｌλ２に分けられて結像光学系１２に入射される。なお、一点鎖線で波長のλ１である光Ｌλ１を示し、破線で波長のλ２である光Ｌλ２を示す。このとき、エレクトロクロミック素子１３が結像光学系１２の焦点に設けられるため、波長λ１の光は全てエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｃに集光され、波長λ２の光は全てエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｅに集光される。
【００３２】
そして、必要に応じてエレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅに印加される電圧を符号も含めて調整し、エレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅの透過率を変化させることで、対応する波長域の光に対して光量調整を行った射出光束ＯＬが得られる。
【００３３】
例えば、図示しない制御部により図３に示されたエレクトロクロミック材１３２ｃに印加される電圧を透過率がｎ％になるように調整する。これにより、エレクトロクロミック材１３２ｃから射出する光Ｌλ１の強度（光量）が入射時のｎ％に調整できる。各エレクトロクロミック材に印加される電圧は別々に調整できるため、エレクトロクロミック材１３２ｅに対応する光Ｌλ２には異なる透過率変化を与えられる。
【００３４】
エレクトロクロミック素子１３を透過した光束はコリメータ１４１に入射される。エレクトロクロミック素子１３はコリメータ１４１の焦点に設けられているため、エレクトロクロミック素子１３を通過した光束はコリメータ１４１によって再び平行光となる。
【００３５】
最後、平行光となって合成素子１４２に入射された光束は、合成素子１４２により射出光束ＯＬになって色調調整装置１０から射出される。
【００３６】
以上の説明により、色調調整装置１０は入射光束ＩＬに含まれた波長の異なる光が通過する各エレクトロクロミック材１３２に印加される電圧を個別に調整することで、各エレクトロクロミック材１３２の透過率を個別に変化させることができる。すなわち、各エレクトロクロミック材１３２を通過する波長域の光の強度（光量）を個別に調整することができる。これにより、所望の色調の射出光束ＯＬが形成できる。
【００３７】
（第２の実施例）
第２の実施例の色調調整装置２０について図４を参照しながら説明する。
なお、第１の実施例と同じ構成要素については、同符号を付しその説明を省略する。
【００３８】
＜＜色調調整装置２０の構成＞＞
図４は、第２の実施例の色調調整装置２０の一例を示した図である。第２の実施例の色調調整装置２０は、図４に示されたように第１の実施例と同じ構成である分散素子１１及び結像光学系１２を備えている。分散素子１１の配置位置も第１の実施例と同じに結像光学系１２の焦点である。また、分散素子１１の入射光束ＩＬ側にはハーフミラー１５が設けられ、結像光学系１２の射出光束ＯＬ側には透過率可変部である反射型エレクトロクロミック素子１６が設けられている。また、反射型エレクトロクロミック素子１６は第１の実施例と同じように結像光学系１２の焦点位置に設けられているが、その構成が第１の実施例のエレクトロクロミック素子１３と異なっている。このため、以下、反射型エレクトロクロミック素子１６の構成について詳述する。
【００３９】
反射型エレクトロクロミック素子１６は、図４に示されたようにＹ軸方向で並んでいる７個のエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）がＺ軸方向で光学窓１３１a及び反射素子である平面鏡１３４に挟んで構成されている。平面鏡１３４は例えばガラスにアルミ蒸着したものである。また、第２の実施例の反射型エレクトロクロミック素子１６の各エレクトロクロミック材１３２は、ＸＹ平面においてＸ軸方向で二つの電極１３３にそれぞれ挟まれている（図２（ａ）を参照）。
【００４０】
このような構成によれば、結像光学系１２を通過して反射型エレクトロクロミック素子１６に入射した各波長の光束は、その光束の結像する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率を、平面鏡での反射前後での影響を考慮して印加電圧を変化させることで調整し、反射型エレクトロクロミック素子１６の入射光束ＩＬに対して光量の調整が行われる。これにより、第２の実施例でも所望の色調をもつ射出光束ＯＬを形成できる。
【００４１】
また、第２の実施例の色調調整装置２０は、第１の実施例の色調調整装置１０と比べれば、Ｚ軸方向により短縮されている。以下、色調調整装置２０の色調調整について、光路を参照しながら詳述する。
【００４２】
＜＜色調調整装置２０の色調調整＞＞
第２の実施例の色調調整装置２０の色調調整は、図４に示されたように入射光束ＩＬが＋Ｚ軸方向に沿って色調調整装置２０のハーフミラー１５に入射する。第２の実施例でも、入射光束ＩＬは波長λ１および波長λ２を含んでいる。
【００４３】
図４に示されたように、ハーフミラー１５を透過した光束は垂直に分散素子１１に入射する。入射光束ＩＬは互いに異なる波長λ１および波長λ２を含んでいるため、分散素子１１から射出するときに光束が波長のλ１である光Ｌλ１及び波長のλ２である光Ｌλ２に分けられて結像光学系１２に入射される。なお、一点鎖線で波長のλ１である光Ｌλ１を示し、破線で波長のλ２である光Ｌλ２を示す。このとき、反射型エレクトロクロミック素子１６が結像光学系１２の焦点に設けられるため、波長λ１の光は全て反射型エレクトロクロミック素子１６のエレクトロクロミック材１３２ｃに集光され、波長λ２の光は全て反射型エレクトロクロミック素子１６のエレクトロクロミック材１３２ｅに集光される。
【００４４】
このとき、図示しない制御部によりエレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅに印加される電圧を調整することで、エレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅの透過率を任意に変化させることができる。したがって、エレクトロクロミック材１３２ｃに集光された波長λ１の光及びエレクトロクロミック材１３２ｅに集光された波長λ２の光束が反射型エレクトロクロミック素子１６で光量調整が行われる。
【００４５】
但し、反射型エレクトロクロミック素子１６では、波長λ１の光及び波長λ２の光が平面鏡１３４で反射されることで２度通過することになる。そのため、例えばエレクトロクロミック材１３２ｃで透過率が５０％で設定されると、波長λ１の光が平面鏡１３４に届くまでに５０％減衰されて、さらに反射鏡１３４で反射された波長λ１の光が射出されるまでに５０％減衰され、往復で２５％に減衰される。
【００４６】
そして、エレクトロクロミック材１３２で光量調整の行われた光束は平面鏡１３４反射され再び結像光学系１２に入射される。また、平面鏡１３４の反射光は元の光Ｌλ１及びＬλ２の反対側から結像光学系１２に入射するため、結像光学系１２により再び平行光となって分散素子１１に入射する。このときの入射光は最初の入射光束ＩＬの反対側から分散素子１１に入射するため、分散素子１１は第１の実施例で説明された合成素子１４２（図３を参照）の役割をする。したがって、波長の異なる光束は分散素子１１により合成され、−Ｚ軸方向に沿って分散素子１１から射出する。
【００４７】
その後、分散素子１１から射出した光束はハーフミラー１５に反射され、＋Ｙ軸方向に向かう射出光束ＯＬとなって色調調整装置２０から射出する。
【００４８】
以上の説明によれば、色調調整装置２０は入射光束ＩＬに含まれた波長の異なる光が通過する各エレクトロクロミック材１３２に印加される電圧を調整することで、対応する波長域の光の透過率を変化させることができる。したがって、必要な色調の射出光束ＯＬが得られる。
【００４９】
＜光源装置３０＞
（第３の実施例）
第３の実施例の光源装置３０について、図５を参照しながら説明する。
図５は、第３の実施例の光源装置３０における光学系の概要を示した図である。以下の図５の説明において、図１〜図４に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５０】
図５に示された光源装置３０は、図３に示された第１の実施例の色調調整装置１０に光源３１が付属している。このため、色調調整装置１０と同一の部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５１】
光源３１から出射した入射光束ＩＬは、図示はしていないがコリメータで平行光にし、＋Ｚ軸方向に向かって色調調整装置２０に入射する。色調調整装置２０内での光路は第１の実施例の色調調整装置２０の色調調整で説明された光路と同じであるため、ここで説明を省略する。光源装置３０の光源３１としては連続スペクトルを持つ白色光源でもよい。白色光源を用いた場合では、白色光に含んでいる様々な光がエレクトロクロミック素子１３エレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）にそれぞれ対応される。例えば、波長λｂの赤色光がエレクトロクロミック材１３２ｂに対応され、波長λｆの紫色光がエレクトロクロミック材１３２ｆに対応される（図２（ｂ）を参照）。
【００５２】
（第４の実施例）
第４の実施例の光源装置３０’について、図６を参照しながら説明する。
図６は、第４の実施例の光源装置３０’における光学系の概要を示した図である。以下の図６の説明において、図４に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５３】
図６に示された光源装置３０’は、図４に示された第２の実施例の色調調整装置２０に光源３１が付属している。また、第４の実施例で用いられる光源３１は第３の実施例に説明された光源３１と同じく構成であり、第３の実施例と同じく図示はしていないが、光源から発した光束をコリメータで平行光にしてから色調調整装置２０に入射させる。
【００５４】
＜スペクトル測定装置４０＞
（第５の実施例）
第５の実施例のスペクトル測定装置４０について、図７を参照しながら説明する。
図７は、第５の実施例のスペクトル測定装置４０において、光学系の概要を示した図である。以下の図７の説明において、図１〜図３、図５に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５５】
図７に示されたスペクトル測定装置４０は、図３に示された色調調整装置１０に、光量検出器４２、制御部４３が付属されている。スペクトル被検物４１はある波長の光を発している検査対象物である。スペクトル被検物４１は色調調整装置１０の−Ｚ側に配置され、スペクトル被検物４１から発した光束は、図示はしていないがコリメータで平行光にしてから、色調調整装置１０に入射する。スペクトル被検物４１からの光束は折り曲げミラー、光ファイバーなどを介してもよいが、最終的に平行光にして色調調整装置１０に入射させる。光量検出器４２は色調調整装置２０の射出光束ＯＬ側に設けられる。光量検出器４２はＣＣＤ、ＣＭＯＳなどで構成される。制御部４３は演算装置及び記憶装置などを含んでおり、エレクトロクロミック素子１３及び光量検出器４２に接続される。制御部４３は光量検出器４２の出力結果に基づいてエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２に印加される電圧の電圧を調整する。すなわち、エレクトロクロミック材１３２の透過率を調整することができる。
【００５６】
また、他の部分の構成は図３に示された色調調整装置１０と同じであるため、説明を省略する。以下、スペクトル測定装置４０によりスペクトルを測定する原理について説明する。
【００５７】
まず、スペクトル被検物４１から放出された入射光束ＩＬが色調調整装置１０に入射する。このとき、色調調整装置１０を通過して光量が変化された光束が合成素子１４２により合成されて色調調整装置１０を射出する（第５の実施例の色調調整を参照）。合成素子１４から射出した射出光束ＯＬは光量検出器４２に入射し光量検出器４２によって射出光束ＯＬの光量Ｉｔｏｔａｌが測定される。このとき、波長λの光束の光量をＩλ、分散素子１１が分光したスペクトル上、波長λの位置に配置されたエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率をＴλとすると、色調調整後に合成した光束の光量Ｉｔｏｔａｌは数式（１）で求められる。
【数１】
…（１）
【００５８】
そして、エレクトロクロミック素子１３上の測定しようとする波長λに対応する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率ＴλのみをＴ’λに変化させる。エレクトロクロミック材１３２の透過率がＴ’λに調整された後の射出光束ＯＬの光量Ｉ’ｔｏｔａｌを光量検出器４２により測定する。その光量Ｉ’ｔｏｔａｌは数式（２）で表現できる。
【数２】
…（２）
【００５９】
数式（１）と数式（２）とを合わせると、数式（３）となり、
【数３】
…（３）
【００６０】
最後に、数式（３）を整理すれば、数式（４）に示されたように測定しようとする波長λに対応する光束の光量Ｉλが求められる。
【数４】
…（４）
【００６１】
（第６の実施例）
第６の実施例のスペクトル測定装置４０’について、図８を参照しながら説明する。
図８は、第６の実施例のスペクトル測定装置４０’において、光学系の概要を示した図である。図８に示されたスペクトル測定装置４０’は、図４に示された色調調整装置２０に、光量検出器４２、制御部４３が付属されている。図示はしていないが、被検物からの光束をコリメータで平行光にしてから色調調整装置２０に入射させることは、第５の実施例と同様である。
【００６２】
また、第６の実施例の光量検出器４２、制御部４３は第５の実施例のスペクトル測定装置４０で説明された光量検出器４２、制御部４３と同じである。さらに、第６の実施例のスペクトル測定装置４０’によりスペクトルを測定する原理は、第５の実施例で説明されたスペクトル測定原理と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０ … 色調調整装置
１１ … 分散素子
１２ … 結像光学系
１３ … エレクトロクロミック素子
１３１ａ、１３１ｂ … 光学窓
１３２、１３２ａ〜１３２ｇ … エレクトロクロミック材
１３３ … 電極
１３４ … 平面鏡
１４ … 合成光学系
１４１ … コリメータ、 １４２ … 合成素子
１５ … ハーフミラー
１６ … 反射エレクトロクロミック素子
３０、３０’ … 光源装置
３１ … 光源
４０、４０’ … スペクトル測定装置
４１ … 光量被検物
４２ … 光量検出器
４３ … 制御部
ＩＬ … 入射光束
Ｉλ … 波長λの光束の光量
Ｉｔｏｔａｌ、Ｉ’ｔｏｔａｌ … 射出光束ＯＬの光量
Ｌλ１ … 波長λ１の光、 Ｌλ２ … 波長λ２の光
Ｔλ、Ｔ’λ … 透過率
ＯＬ … 射出光束
Ｐ … プリズム
λ１、λ２ … 波長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多波長成分を含む光束の色調調整が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な機器の検査に単色光または所望の分光特性を持った光が必要である。このうち、単色光については白色光源などの光を分光器に導くことにより比較的簡単に作ることができる。一方、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの検査には、所定の波長分布を持った光が使用される。所定の波長分布を持った光を形成する方法として、従来、多層膜を用いたフィルタが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、多層膜を用いたフィルタの場合、比較的安価に作ることができるが、自由にスペクトル分布を作ることは難しい。また、蒸着により多層膜を形成したフィルタは同じものを数多く作る場合、コストを下げることができるが、多くの種類のものを少量作る場合はコストが高くなる。また、特に開発の段階での評価では多くの種類の分光特性を持ったフィルタが要求される。
【０００４】
特許文献１に開示された色調調整装置は上記の問題点を克服するためのものである。当該色調調整装置は、入力光を互いに直交する振動方向を持った２つの直線偏光に分離する偏光子と、その偏光子で分離された直線偏光の各々を分光して形成したスペクトラム像を液晶空問変調素子により偏光変調し、偏光変調した直線偏光を合波して偏光子に再入射させる液晶空間変調素子を用いたゼロ分散型分光器とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７０８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では多層膜を用いない色調調整装置が開示されているが、その色調調整装置は偏光現像を利用し、偏光子などの偏光装置が配置されているため、全体装置が大型化になる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、より簡易の構成で光束の色調が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
第１の観点の色調調整装置は、入力光束を波長ごとに分散する分散素子と、分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系とを備える。
【０００９】
第２の観点の光源装置は、所定の波長幅を有する光源と、光源から射出された光束を入射光束とする第１観点の色調調整装置とを備える。
【００１０】
第３の観点のスペクトル測定装置は、所定の波長幅の光束を発する被検物の波長ごとのスペクトルを測定するスペクトル測定装置である。当該スペクトル測定装置は被検物から光束を波長ごとに分散する分散素子と、分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、出力光束の光量を検出する光量検出器と、光量検出器の光量検出結果に基づいて透過率可変部の透過率可変素子を可変する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、色調調整後の光束の光量が多く、より簡易の構成で光束の色調が行われる色調調整装置、光源装置及びスペクトル測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の色調調整装置１０を説明するための図である。 （ａ）は、本実施形態の色調調整装置１０において、入射光束ＩＬを例として説明する図である。 （ｂ）は、色調調整装置１０において、入射光束ＩＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。 （ｃ）は、色調調整装置１０において、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の形状を示した断面図である。 （ｄ）は、色調調整装置１０において、エレクトロクロミック素子１３を射出した直後の光束ＯＬ’の形状を示した断面図である。 （ｅ）は、色調調整装置１０において、射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。
【図２】（ａ）は、エレクトロクロミック素子１３をＺ軸方向から見た平面図である。 （ｂ）は、（ａ）に示されたエレクトロクロミック材１３２と光束の波長との対応関係を示した図である。
【図３】第１の実施例の色調調整装置１０において、色調調整の一例を示した図である。
【図４】第２の実施例の色調調整装置２０において、色調調整の一例を示した図である。
【図５】第３の実施例の光源装置３０において、光学系の概要を示した図である。
【図６】第４の実施例の光源装置３０’において、光学系の概要を示した図である。
【図７】第５の実施例のスペクトル測定装置４０において、光学系の概要を示した図である。
【図８】第６の実施例のスペクトル測定装置４０’において、光学系の概要を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜色調調整装置１０＞
＜＜色調調整装置１０の概要＞＞
色調調整装置１０の概要について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態の色調調整装置１０を説明するための図である。図１（ａ）は、入射光束ＩＬを例として説明する図である。図１（ｂ）は入射光束ＩＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。図１（ｃ）は、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の形状を示した断面図である。図１（ｄ）はエレクトロクロミック素子１３を射出した直後の光束ＯＬ’の形状を示した断面図である。図１（ｅ）は射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係を示したグラフである。
【００１４】
図１（ａ）に示された色調調整装置１０は、透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３を備える。また、このエレクトロクロミック素子１３の入射光束ＩＬ側には分散素子１１であるプリズムＰ及び結像光学系１２が設けられている。また、エレクトロクロミック素子１３の射出光束ＯＬ側にはコリメータ１４１及び合成素子１４２であるプリズムＰより構成された合成光学系１４が設けられている。
【００１５】
透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３は図１（ａ）に示されたようにＹ軸方向で並んでいる複数のエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）がＺ軸方向で光学窓１３１ａ及び光学窓１３１ｂに挟んで構成されている。エレクトロクロミック素子１３については図２を参照しながら後述する。プリズムＰ（１１）及びエレクトロクロミック素子１３は、結像光学系１２の焦点に設けられ、エレクトロクロミック素子１３及びプリズムＰ（１４２）は、コリメータ１４１の焦点に設けられる。
【００１６】
結像光学系１２及びコリメータ１４１は同じ形状で同じ屈折率を持ったテレセントリック光学系が好ましい。この結像光学系１２及びコリメータ１４１が同じ凸レンズであると、本実施形態の色調調整装置１０は、エレクトロクロミック素子１３の中心を通過するＹ軸に対して対称な配置となる。なお、図１（ａ）では分散素子１１及び合成素子１４２として同じ形状で同じ屈折率を持つプリズムＰが用いられているが、回折格子が用いられてもよい。
【００１７】
図１（ａ）に示されたように、入射光束ＩＬはプリズムＰ（１１）の入射面Ｓ１１から色調調整装置１０に入射する。本実施形態の入射光束ＩＬは、例えばその波長が４５０ｎｍ〜８００ｎｍである白色光が用いられる。
【００１８】
プリズムＰ（１１）に入射する入射光束ＩＬは、図１（ｂ）に示されたように波長と光強度（光量）との関係が山形の連続な分布である。この入射光束ＩＬは、図１（ａ）に示されたようにプリズムＰ（１１）の分散作用によって波長ごとに分散される。プリズムＰ（１１）の射出面Ｓ１２から射出された各波長の光束は、結像光学系１２によりエレクトロクロミック素子１３上に結像し、集光される。本実施例では、点線でエレクトロクロミック材１３２ｂに入射される波長λｂの光束を示し、一点鎖線でエレクトロクロミック材１３２ｄに入射される波長λｄの光束を示し、破線でエレクトロクロミック材１３２ｆに入射される波長λｆの光束を示している。ここで、入射光束ＩＬが点線、一点鎖線及び破線の三本の光に分割されているが、実際は入射光束ＩＬに含まれた波長の数量によって複数の光束に分割される。すなわち、光束がエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｂからエレクトロクロミック材１３２ｆまでの範囲で任意のエレクトロクロミック材１３２を照射することができる。また、エレクトロクロミック素子１３に入射する直前の光束ＩＬ’の断面形状は、図１（ｃ）に示されたように長軸がＹ軸方向で伸びている。ここで、説明のため光束ＩＬ’の断面形状が幅広く描かれているが、実際にはＹ軸方向の直線である。また、例えば光束ＩＬ’の端部Ａは波長が８００ｎｍ前後である赤色光に対応し、光束ＩＬ’の端部Ｂは波長が４５０ｎｍ前後の紫色光に対応する。図１（ｃ）では説明のため、赤色側を白で紫色側を黒で描いてある。
【００１９】
エレクトロクロミック素子１３に入射した光束ＩＬ’は、エレクトロクロミック素子１３の透過率を、エレクトロクロミック材１３２に与える電圧を符号も含めて変化することで、光量が調整される。例えば、エレクトロクロミック素子１３は、波長λｂ、つまり、赤色に対応するエレクトロクロミック材１３２ｂに与える電圧を、符号を含めて変化させることで、波長λｂの光束の光量を調整することができる。これにより、エレクトロクロミック素子１３を透過した直後の光束ＯＬ’の断面形状は、図１（ｄ）に示されたように波長λｂに対応される部分の光量が変化される。
【００２０】
エレクトロクロミック素子１３を透過した光束ＯＬ’はコリメータ１４１を透過し、コリメータ１４１を通過した光束ＯＬ’はプリズムＰ（１４２）の入射面Ｓ２１に入射する。その後、図１（ａ）に示されたようにプリズムＰ（１４２）の合成作用によって、再び合成されて射出面Ｓ２２から射出光束ＯＬとなって射出される。このとき、射出光束ＯＬの波長と光強度（光量）との関係は図１（ｅ）のグラフに示されたものとなる。つまり、波長と光強度（光量）との関係は波長λｂの光強度（光量）が変更されている。人間の眼で観察すれば、射出光束ＯＬは赤色の波長λｂの光強度（光量）が変更されたので、入射光束ＩＬよりも青っぽい白色として観察される。
以上説明したように、色調調整装置１０は、エレクトロクロミック素子１３を使って入射光束ＩＬの色調を調整して別の色調の射出光束ＯＬを射出することができる。
【００２１】
次に、エレクトロクロミック素子１３について、図２を参照しながら詳述する。
図２は、エレクトロクロミック素子１３と光の波長との対応関係を説明するための図である。図２（ａ）は、エレクトロクロミック素子１３をＺ軸方向から見た平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示されたエレクトロクロミック材１３２と光の波長との対応関係を示した図である。
【００２２】
図２（ａ）に示されたように、エレクトロクロミック素子１３はＹ軸方向で並んでいる複数のエレクトロクロミック材１３２を備える。本実施形態ではエレクトロクロミック素子１３は７つのエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）で描かれている。各エレクトロクロミック材１３２のＹ軸方向の間隔は例えば１０ミクロンメートル程度である。また、各エレクトロクロミック材１３２は、Ｘ軸方向で二つの電極１３３にそれぞれ挟まれている。
【００２３】
図２（ａ）に示されたエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２は、電圧をかけることで、光の透過率を調整できる特性を持つ材料である。本実施形態では、エレクトロクロミック特性を示す有機／金属ハイブリッドポリマーが用いられる。この有機／金属ハイブリッドポリマーは、金属イオンと有機分子とが数珠つなぎになった新しいタイプの材料である。
【００２４】
エレクトロクロミック材１３２はその両側に設けられた電極１３３によって電圧の符号と強度とを任意かつ独立に変化することができ、エレクトロクロミック材１３２の透過率はエレクトロクロミック材１３２に印加される電圧の符号（プラスマイナス）も含めた変化に基づいて変化する。
【００２５】
一方、図１（ｃ）又は図２（ｂ）に示されるように、エレクトロクロミック素子１３に入射する光束ＩＬ’は、Ｙ軸方向に赤色から紫色に分散される。このため、エレクトロクロミック素子１３に入射した光は、各波長の光が通過する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ｂ〜１３２ｆ）に対応させることができる。そして、エレクトロクロミック材１３２は印加される電圧によってそれぞれの透過率が調整される。例えば、エレクトロクロミック材１３２ｂは入射光束ＩＬに含まれた波長λｂが８００ｎｍ前後である赤色光に対応し、その赤色光の光量を調整することができる。また、エレクトロクロミック材１３２ｆは入射光束ＩＬに含まれた波長λｆが４５０ｎｍ前後である紫色光に対応し、その紫色光の光量を調整することができる。
【００２６】
各エレクトロクロミック材１３２に入射する光の波長域と、現在設定されている透過率の情報は、記憶装置（不図示）によって記録、管理されている。これらの情報を記録装置から演算装置（不図示）は受け取り、所望の透過率に変更するためには、符号も含めていくらの電圧を印加すればよいかを計算し、その計算結果に基づき電極１３３に電圧が与えられる。
【００２７】
つまり、エレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）に印加される電圧を調整することで、所望の波長域の光量を調整することができる。なお、印加電圧に対する透過率変化の感度は波長によって異なるため、各エレクトロクロミック材１３２に対応する波長域での透過率変化の感度情報も記録装置に記録しておき、演算装置で波長情報と合わせて印加電圧を計算する際に使用できるようにする。
以下、色調調整装置１０について図３に示された光路を参照しながら、より詳しく説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
図３は、第１の実施例の色調調整装置１０において、色調調整の一例を示した図である。
＜＜色調調整装置１０の構成＞＞
【００２９】
図３に示された色調調整装置１０は、透過率可変部であるエレクトロクロミック素子１３を備える。また、このエレクトロクロミック素子１３入射光束ＩＬ側には分散素子１１及び結像光学系１２が設けられている。また、エレクトロクロミック素子１３の射出光束ＯＬ側にはコリメータ１４１及び合成素子１４２より構成された合成光学系１４が設けられている。図３では、分散素子１１及び合成素子１４２として回折格子を使用している。
色調調整装置１０の色調調整について、図３を参照しながら説明する。
【００３０】
＜＜色調調整装置１０の色調調整＞＞
図３に示されたように、入射光束ＩＬは−Ｚ側から色調調整装置１０の分散素子１１に垂直に入射する。第１の実施例では、入射光束ＩＬは互いに異なる波長λ１、λ２からなる光である。
【００３１】
図３に示されたように、入射光束ＩＬは波長λ１および波長λ２を含んでいるため、分散素子１１から射出するときに光束が波長のλ１である光Ｌλ１及び波長のλ２である光Ｌλ２に分けられて結像光学系１２に入射される。なお、一点鎖線で波長のλ１である光Ｌλ１を示し、破線で波長のλ２である光Ｌλ２を示す。このとき、エレクトロクロミック素子１３が結像光学系１２の焦点に設けられるため、波長λ１の光は全てエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｃに集光され、波長λ２の光は全てエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２ｅに集光される。
【００３２】
そして、必要に応じてエレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅに印加される電圧を符号も含めて調整し、エレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅの透過率を変化させることで、対応する波長域の光に対して光量調整を行った射出光束ＯＬが得られる。
【００３３】
例えば、図示しない制御部により図３に示されたエレクトロクロミック材１３２ｃに印加される電圧を透過率がｎ％になるように調整する。これにより、エレクトロクロミック材１３２ｃから射出する光Ｌλ１の強度（光量）が入射時のｎ％に調整できる。各エレクトロクロミック材に印加される電圧は別々に調整できるため、エレクトロクロミック材１３２ｅに対応する光Ｌλ２には異なる透過率変化を与えられる。
【００３４】
エレクトロクロミック素子１３を透過した光束はコリメータ１４１に入射される。エレクトロクロミック素子１３はコリメータ１４１の焦点に設けられているため、エレクトロクロミック素子１３を通過した光束はコリメータ１４１によって再び平行光となる。
【００３５】
最後、平行光となって合成素子１４２に入射された光束は、合成素子１４２により射出光束ＯＬになって色調調整装置１０から射出される。
【００３６】
以上の説明により、色調調整装置１０は入射光束ＩＬに含まれた波長の異なる光が通過する各エレクトロクロミック材１３２に印加される電圧を個別に調整することで、各エレクトロクロミック材１３２の透過率を個別に変化させることができる。すなわち、各エレクトロクロミック材１３２を通過する波長域の光の強度（光量）を個別に調整することができる。これにより、所望の色調の射出光束ＯＬが形成できる。
【００３７】
（第２の実施例）
第２の実施例の色調調整装置２０について図４を参照しながら説明する。
なお、第１の実施例と同じ構成要素については、同符号を付しその説明を省略する。
【００３８】
＜＜色調調整装置２０の構成＞＞
図４は、第２の実施例の色調調整装置２０の一例を示した図である。第２の実施例の色調調整装置２０は、図４に示されたように第１の実施例と同じ構成である分散素子１１及び結像光学系１２を備えている。分散素子１１の配置位置も第１の実施例と同じに結像光学系１２の焦点である。また、分散素子１１の入射光束ＩＬ側にはハーフミラー１５が設けられ、結像光学系１２の射出光束ＯＬ側には透過率可変部である反射型エレクトロクロミック素子１６が設けられている。また、反射型エレクトロクロミック素子１６は第１の実施例と同じように結像光学系１２の焦点位置に設けられているが、その構成が第１の実施例のエレクトロクロミック素子１３と異なっている。このため、以下、反射型エレクトロクロミック素子１６の構成について詳述する。
【００３９】
反射型エレクトロクロミック素子１６は、図４に示されたようにＹ軸方向で並んでいる７個のエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）がＺ軸方向で光学窓１３１a及び反射素子である平面鏡１３４に挟んで構成されている。平面鏡１３４は例えばガラスにアルミ蒸着したものである。また、第２の実施例の反射型エレクトロクロミック素子１６の各エレクトロクロミック材１３２は、ＸＹ平面においてＸ軸方向で二つの電極１３３にそれぞれ挟まれている（図２（ａ）を参照）。
【００４０】
このような構成によれば、結像光学系１２を通過して反射型エレクトロクロミック素子１６に入射した各波長の光束は、その光束の結像する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率を、平面鏡での反射前後での影響を考慮して印加電圧を変化させることで調整し、反射型エレクトロクロミック素子１６の入射光束ＩＬに対して光量の調整が行われる。これにより、第２の実施例でも所望の色調をもつ射出光束ＯＬを形成できる。
【００４１】
また、第２の実施例の色調調整装置２０は、第１の実施例の色調調整装置１０と比べれば、Ｚ軸方向により短縮されている。以下、色調調整装置２０の色調調整について、光路を参照しながら詳述する。
【００４２】
＜＜色調調整装置２０の色調調整＞＞
第２の実施例の色調調整装置２０の色調調整は、図４に示されたように入射光束ＩＬが＋Ｚ軸方向に沿って色調調整装置２０のハーフミラー１５に入射する。第２の実施例でも、入射光束ＩＬは波長λ１および波長λ２を含んでいる。
【００４３】
図４に示されたように、ハーフミラー１５を透過した光束は垂直に分散素子１１に入射する。入射光束ＩＬは互いに異なる波長λ１および波長λ２を含んでいるため、分散素子１１から射出するときに光束が波長のλ１である光Ｌλ１及び波長のλ２である光Ｌλ２に分けられて結像光学系１２に入射される。なお、一点鎖線で波長のλ１である光Ｌλ１を示し、破線で波長のλ２である光Ｌλ２を示す。このとき、反射型エレクトロクロミック素子１６が結像光学系１２の焦点に設けられるため、波長λ１の光は全て反射型エレクトロクロミック素子１６のエレクトロクロミック材１３２ｃに集光され、波長λ２の光は全て反射型エレクトロクロミック素子１６のエレクトロクロミック材１３２ｅに集光される。
【００４４】
このとき、図示しない制御部によりエレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅに印加される電圧を調整することで、エレクトロクロミック材１３２ｃ及び１３２ｅの透過率を任意に変化させることができる。したがって、エレクトロクロミック材１３２ｃに集光された波長λ１の光及びエレクトロクロミック材１３２ｅに集光された波長λ２の光束が反射型エレクトロクロミック素子１６で光量調整が行われる。
【００４５】
但し、反射型エレクトロクロミック素子１６では、波長λ１の光及び波長λ２の光が平面鏡１３４で反射されることで２度通過することになる。そのため、例えばエレクトロクロミック材１３２ｃで透過率が５０％で設定されると、波長λ１の光が平面鏡１３４に届くまでに５０％減衰されて、さらに反射鏡１３４で反射された波長λ１の光が射出されるまでに５０％減衰され、往復で２５％に減衰される。
【００４６】
そして、エレクトロクロミック材１３２で光量調整の行われた光束は平面鏡１３４反射され再び結像光学系１２に入射される。また、平面鏡１３４の反射光は元の光Ｌλ１及びＬλ２の反対側から結像光学系１２に入射するため、結像光学系１２により再び平行光となって分散素子１１に入射する。このときの入射光は最初の入射光束ＩＬの反対側から分散素子１１に入射するため、分散素子１１は第１の実施例で説明された合成素子１４２（図３を参照）の役割をする。したがって、波長の異なる光束は分散素子１１により合成され、−Ｚ軸方向に沿って分散素子１１から射出する。
【００４７】
その後、分散素子１１から射出した光束はハーフミラー１５に反射され、＋Ｙ軸方向に向かう射出光束ＯＬとなって色調調整装置２０から射出する。
【００４８】
以上の説明によれば、色調調整装置２０は入射光束ＩＬに含まれた波長の異なる光が通過する各エレクトロクロミック材１３２に印加される電圧を調整することで、対応する波長域の光の透過率を変化させることができる。したがって、必要な色調の射出光束ＯＬが得られる。
【００４９】
＜光源装置３０＞
（第３の実施例）
第３の実施例の光源装置３０について、図５を参照しながら説明する。
図５は、第３の実施例の光源装置３０における光学系の概要を示した図である。以下の図５の説明において、図１〜図４に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５０】
図５に示された光源装置３０は、図３に示された第１の実施例の色調調整装置１０に光源３１が付属している。このため、色調調整装置１０と同一の部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００５１】
光源３１から出射した入射光束ＩＬは、図示はしていないがコリメータで平行光にし、＋Ｚ軸方向に向かって色調調整装置２０に入射する。色調調整装置２０内での光路は第１の実施例の色調調整装置２０の色調調整で説明された光路と同じであるため、ここで説明を省略する。光源装置３０の光源３１としては連続スペクトルを持つ白色光源でもよい。白色光源を用いた場合では、白色光に含んでいる様々な光がエレクトロクロミック素子１３エレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）にそれぞれ対応される。例えば、波長λｂの赤色光がエレクトロクロミック材１３２ｂに対応され、波長λｆの紫色光がエレクトロクロミック材１３２ｆに対応される（図２（ｂ）を参照）。
【００５２】
（第４の実施例）
第４の実施例の光源装置３０’について、図６を参照しながら説明する。
図６は、第４の実施例の光源装置３０’における光学系の概要を示した図である。以下の図６の説明において、図４に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５３】
図６に示された光源装置３０’は、図４に示された第２の実施例の色調調整装置２０に光源３１が付属している。また、第４の実施例で用いられる光源３１は第３の実施例に説明された光源３１と同じく構成であり、第３の実施例と同じく図示はしていないが、光源から発した光束をコリメータで平行光にしてから色調調整装置２０に入射させる。
【００５４】
＜スペクトル測定装置４０＞
（第５の実施例）
第５の実施例のスペクトル測定装置４０について、図７を参照しながら説明する。
図７は、第５の実施例のスペクトル測定装置４０において、光学系の概要を示した図である。以下の図７の説明において、図１〜図３、図５に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明する。
【００５５】
図７に示されたスペクトル測定装置４０は、図３に示された色調調整装置１０に、光量検出器４２、制御部４３が付属されている。スペクトル被検物４１はある波長の光を発している検査対象物である。スペクトル被検物４１は色調調整装置１０の−Ｚ側に配置され、スペクトル被検物４１から発した光束は、図示はしていないがコリメータで平行光にしてから、色調調整装置１０に入射する。スペクトル被検物４１からの光束は折り曲げミラー、光ファイバーなどを介してもよいが、最終的に平行光にして色調調整装置１０に入射させる。光量検出器４２は色調調整装置２０の射出光束ＯＬ側に設けられる。光量検出器４２はＣＣＤ、ＣＭＯＳなどで構成される。制御部４３は演算装置及び記憶装置などを含んでおり、エレクトロクロミック素子１３及び光量検出器４２に接続される。制御部４３は光量検出器４２の出力結果に基づいてエレクトロクロミック素子１３のエレクトロクロミック材１３２に印加される電圧の電圧を調整する。すなわち、エレクトロクロミック材１３２の透過率を調整することができる。
【００５６】
また、他の部分の構成は図３に示された色調調整装置１０と同じであるため、説明を省略する。以下、スペクトル測定装置４０によりスペクトルを測定する原理について説明する。
【００５７】
まず、スペクトル被検物４１から放出された入射光束ＩＬが色調調整装置１０に入射する。このとき、色調調整装置１０を通過して光量が変化された光束が合成素子１４２により合成されて色調調整装置１０を射出する（第５の実施例の色調調整を参照）。合成素子１４から射出した射出光束ＯＬは光量検出器４２に入射し光量検出器４２によって射出光束ＯＬの光量Ｉｔｏｔａｌが測定される。このとき、波長λの光束の光量をＩλ、分散素子１１が分光したスペクトル上、波長λの位置に配置されたエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率をＴλとすると、色調調整後に合成した光束の光量Ｉｔｏｔａｌは数式（１）で求められる。
【数１】
…（１）
【００５８】
そして、エレクトロクロミック素子１３上の測定しようとする波長λに対応する位置にあるエレクトロクロミック材１３２（１３２ａ〜１３２ｇ）の透過率ＴλのみをＴ’λに変化させる。エレクトロクロミック材１３２の透過率がＴ’λに調整された後の射出光束ＯＬの光量Ｉ’ｔｏｔａｌを光量検出器４２により測定する。その光量Ｉ’ｔｏｔａｌは数式（２）で表現できる。
【数２】
…（２）
【００５９】
数式（１）と数式（２）とを合わせると、数式（３）となり、
【数３】
…（３）
【００６０】
最後に、数式（３）を整理すれば、数式（４）に示されたように測定しようとする波長λに対応する光束の光量Ｉλが求められる。
【数４】
…（４）
【００６１】
（第６の実施例）
第６の実施例のスペクトル測定装置４０’について、図８を参照しながら説明する。
図８は、第６の実施例のスペクトル測定装置４０’において、光学系の概要を示した図である。図８に示されたスペクトル測定装置４０’は、図４に示された色調調整装置２０に、光量検出器４２、制御部４３が付属されている。図示はしていないが、被検物からの光束をコリメータで平行光にしてから色調調整装置２０に入射させることは、第５の実施例と同様である。
【００６２】
また、第６の実施例の光量検出器４２、制御部４３は第５の実施例のスペクトル測定装置４０で説明された光量検出器４２、制御部４３と同じである。さらに、第６の実施例のスペクトル測定装置４０’によりスペクトルを測定する原理は、第５の実施例で説明されたスペクトル測定原理と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０ … 色調調整装置
１１ … 分散素子
１２ … 結像光学系
１３ … エレクトロクロミック素子
１３１ａ、１３１ｂ … 光学窓
１３２、１３２ａ〜１３２ｇ … エレクトロクロミック材
１３３ … 電極
１３４ … 平面鏡
１４ … 合成光学系
１４１ … コリメータ、 １４２ … 合成素子
１５ … ハーフミラー
１６ … 反射エレクトロクロミック素子
３０、３０’ … 光源装置
３１ … 光源
４０、４０’ … スペクトル測定装置
４１ … 光量被検物
４２ … 光量検出器
４３ … 制御部
ＩＬ … 入射光束
Ｉλ … 波長λの光束の光量
Ｉｔｏｔａｌ、Ｉ’ｔｏｔａｌ … 射出光束ＯＬの光量
Ｌλ１ … 波長λ１の光、 Ｌλ２ … 波長λ２の光
Ｔλ、Ｔ’λ … 透過率
ＯＬ … 射出光束
Ｐ … プリズム
λ１、λ２ … 波長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光束を波長ごとに分散する分散素子と、
前記分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、
前記結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、
前記透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、
を備える色調調整装置。
【請求項２】
前記合成光学系は、
前記第１結像光学系とは異なる位置に配置され、前記透過率可変部を通過した光束をコリメートする第２結像光学系と、
前記分散素子と同一の構成であり、前記複数の光束を合成する合成素子と、
を含む請求項１に記載の色調調整装置。
【請求項３】
前記合成光学系は、
前記透過率可変部を通過した光束を反射する反射素子を含み、
前記反射素子で反射された複数の光束は、前記透過率可変部を通過し前記第１結像光学系でコリメートされ、前記分散素子で複数の光束を合成し出力光束を射出する請求項１に記載の色調調整装置。
【請求項４】
前記入力光束と前記出力光束とをハーフミラー等で分岐させる手段を備える請求項３に記載の色調調整装置。
【請求項５】
前記分散素子は、光学プリズム又は回折格子を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項６】
前記透過率可変部は、電界付加によって前記透過率可変素子の透過率を可変させるエレクトロクロミック素子を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項７】
前記第１結像光学系は、透過率可変部側にテレセントリックである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項８】
所定の波長幅を有する光源と、
前記光源から射出された光束を入射光束とする請求項１から請求項７のいずれか一項の色調調整装置と、
を備える光源装置。
【請求項９】
所定の波長幅の光束を発する被検物の波長ごとのスペクトルを測定するスペクトル測定装置において、
前記被検物から光束を波長ごとに分散する分散素子と、
前記分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、
前記結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、
前記透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、
前記出力光束の光量を検出する光量検出器と、
前記光量検出器の光量検出結果に基づいて前記透過率可変部の透過率可変素子を可変する制御部と、
を備えるスペクトル測定装置。
【請求項１０】
前記分散素子は、光学プリズム又は回折格子を含む請求項９に記載のスペクトル測定装置。
【請求項１１】
前記透過率可変部は、電界付加によって前記透過率可変素子の透過率を可変させるエレクトロクロミック素子を含む請求項９又は請求項１０に記載のスペクトル測定装置。
【請求項１】
入力光束を波長ごとに分散する分散素子と、
前記分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、
前記結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、
前記透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、
を備える色調調整装置。
【請求項２】
前記合成光学系は、
前記第１結像光学系とは異なる位置に配置され、前記透過率可変部を通過した光束をコリメートする第２結像光学系と、
前記分散素子と同一の構成であり、前記複数の光束を合成する合成素子と、
を含む請求項１に記載の色調調整装置。
【請求項３】
前記合成光学系は、
前記透過率可変部を通過した光束を反射する反射素子を含み、
前記反射素子で反射された複数の光束は、前記透過率可変部を通過し前記第１結像光学系でコリメートされ、前記分散素子で複数の光束を合成し出力光束を射出する請求項１に記載の色調調整装置。
【請求項４】
前記入力光束と前記出力光束とをハーフミラー等で分岐させる手段を備える請求項３に記載の色調調整装置。
【請求項５】
前記分散素子は、光学プリズム又は回折格子を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項６】
前記透過率可変部は、電界付加によって前記透過率可変素子の透過率を可変させるエレクトロクロミック素子を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項７】
前記第１結像光学系は、透過率可変部側にテレセントリックである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の色調調整装置。
【請求項８】
所定の波長幅を有する光源と、
前記光源から射出された光束を入射光束とする請求項１から請求項７のいずれか一項の色調調整装置と、
を備える光源装置。
【請求項９】
所定の波長幅の光束を発する被検物の波長ごとのスペクトルを測定するスペクトル測定装置において、
前記被検物から光束を波長ごとに分散する分散素子と、
前記分散素子で分散された光束を結像する第１結像光学系と、
前記結像光学系による結像面上で分散された複数の光束に対応して、透過率を可変する透過率可変素子を複数配置した透過率可変部と、
前記透過率可変部を通過した複数の光束を合成し出力光束を射出する合成光学系と、
前記出力光束の光量を検出する光量検出器と、
前記光量検出器の光量検出結果に基づいて前記透過率可変部の透過率可変素子を可変する制御部と、
を備えるスペクトル測定装置。
【請求項１０】
前記分散素子は、光学プリズム又は回折格子を含む請求項９に記載のスペクトル測定装置。
【請求項１１】
前記透過率可変部は、電界付加によって前記透過率可変素子の透過率を可変させるエレクトロクロミック素子を含む請求項９又は請求項１０に記載のスペクトル測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２６６４７６（Ｐ２０１０−２６６４７６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５０９１（Ｐ２００９−１１５０９１）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]