JP2002122712A - フィルタリング装置 - Google Patents

フィルタリング装置

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JP2002122712A
JP2002122712A JP2001172101A JP2001172101A JP2002122712A JP 2002122712 A JP2002122712 A JP 2002122712A JP 2001172101 A JP2001172101 A JP 2001172101A JP 2001172101 A JP2001172101 A JP 2001172101A JP 2002122712 A JP2002122712 A JP 2002122712A
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filtering
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Seung Pil Chang
承必 張
Hyuk Soo Lee
▲ひょっく▼洙 李
Yong Jin Choi
庸振 崔
Hyung Wook Jeon
兄旭 全
Jung Young Son
廷榮 孫
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタの厚さを調節することによって、所
望の強さ分布を有するレーザ光線を容易に提供できる連
続型ＮＤフィルタを提供する。 【解決手段】 フィルタリング装置３は、光吸収性材料
からなる第１レンズ１０と、透明材料からなり第１レン
ズ１０に結合される第２レンズ１１とを含み、第１レン
ズ１０のビーム放射面１２ｂは予め決められた光密度分
布関数によって曲線形状をなして、第１レンズ１０は中
央部から周辺部へ行くほど厚さが変化し、第２レンズ１
１のビーム入射面１３ａは第１レンズ１０のビーム放射
面１２ｂと整合するように同一の曲線形状を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルタリング装
置に関し、特にフィルタの断面形状を調節することによ
って、光ビームの強さ分布を精密に制御できる連続型中
性密度フィルタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガウシアン強さ分布を有するゼロ次レー
ザ光線は、公知のように、レーザ光線を焦点合せした
後、空間的フィルタリングを行うことによって得られ
る。そのようなレーザ光線の強さ分布を変化させるため
に、通常、空間的フィルタ、帯域通過フィルタ、偏光フ
ィルタ、中性密度（Neutral Density:ND）フィルタなど
の多様なフィルタが使用されている。空間的フィルタ
は、集束ビームの一部だけを極小のピンホール内に通過
させることによって、レーザ光線を調節する。帯域通過
フィルタは、予め決められた範囲の波長を有するレーザ
光線だけを通過させることによって、レーザ光線を調節
する。偏光フィルタは、レーザ光線の偏光特性を用い
て、該レーザ光線の量及び偏光度を調節する。ＮＤフィ
ルタは、全波長に対して一様な特性を有する光密度関数
を用いて、レーザ光線の全体強さを調節する。このＮＤ
フィルタは、過度なレーザエネルギーによる望ましくな
い結果や光学機器の損傷を防止するのに主に使用されて
いる。
【０００３】一般に、ＮＤフィルタは、レーザ光線の制
御方式によって、２つのタイプに大別される。第一のタ
イプは、透過されるべき光ビームの量を調節する反射型
ＮＤフィルタであり、一連の反射型ＮＤフィルタを使用
すると、全体的なフィルタリング効果はフィルタの総密
度値によって左右される。第二のタイプは、レーザ光線
を吸収して該光線の強さを制御する吸収型ＮＤフィルタ
であり、この吸収型ＮＤフィルタの特性は、フィルタを
構成する材料やフィルタの厚さにより左右される。
【０００４】また、ＮＤフィルタは、その製造方式によ
って一体型ＮＤフィルタ、可変型ＮＤフィルタ、階段型
ＮＤフィルタ、連続型ＮＤフィルタに区分できる。一体
型ＮＤフィルタは、例えばサングラスのように全体が一
つのフィルタ値を有するもので、ほとんどのＮＤフィル
タはこれに属する。可変型ＮＤフィルタは、その長さに
よってフィルタの密度が連続的に変わるものである。こ
の可変型ＮＤフィルタの形状が球形である場合、フィル
タの密度は円周方向に変化する。このような可変型ＮＤ
フィルタは、主にビームスプリッタとして使用されてい
る。また、階段型ＮＤフィルタにおいて、フィルタの密
度は予め決められた全ての領域に対して一様である。
【０００５】連続型ＮＤフィルタは、その形状が球形の
場合、直径方向にフィルタの密度が変化するものであ
る。公知のように、連続型ＮＤフィルタは、ビームの全
体的な強さを調節するよりはビームの強さ分布を変更さ
せる用途として使用される。このような連続型ＮＤフィ
ルタは、フィルタの媒質に任意の材料をコーティングす
るか染料を拡散させて製造することができる。しかしな
がら、従来のコーティング方法では、レーザ光線の強さ
がレンズ形状の光密度分布関数を有するようにする連続
型ＮＤフィルタを製造することは非常に困難である。ま
た、連続型ＮＤフィルタの媒質に添加する材料（染料）
を拡散する拡散方式の場合には、拡散速度のみによって
フィルタの連続光密度関数が定められるので、ユーザの
望む光密度分布を有する連続型ＮＤフィルタを製造する
ことはほとんど不可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、フィルタの厚さを調節することによって、所望
の強さ分布を有する光線を容易に提供できる連続型ＮＤ
フィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の好適な一つの実施態様によれば、透過光
ビームの強さ分布を調節するフィルタリング装置であっ
て、光吸収性材料からなる第１レンズと、透明材料から
なり、前記第１レンズに結合される第２レンズとを含
み、前記第１レンズの第１表面は予め決められた光密度
分布関数により定められる曲線形状をなして、前記第１
レンズは中央部から周辺部へ行くほど厚さが変化し、前
記第２レンズの第１表面は、前記第１レンズの前記曲線
形状を有する前記第１表面と整合するように同一の曲線
形状を有することを特徴とするフィルタリング装置が提
供される。
【０００８】本発明の他の好適実施態様によれば、所定
の光学特性を有する光学素子を製造するシステムであっ
て、光ビームを発射する光源と、前記光ビームをフィル
タリングして、前記フィルタリング済みの光ビームの強
さ分布が予め決められた形状によって表されるフィルタ
リング手段と、前記フィルタリング済みの光ビームを前
記光学素子に記録する手段とを含み、前記フィルタリン
グ手段が、光吸収性材料からなる第１レンズと、前記第
１レンズに結合され透明材料からなる第２レンズとを有
し、前記第１レンズの第１表面が予め決められた光密度
分布関数によって曲線形状をなして前記第１レンズの中
央部から周辺部へ行くほど厚さが変化し、前記第２レン
ズの第１表面が前記第１レンズの前記曲線形状を有する
前記第１表面と整合するように同一の曲線形状を有する
ことを特徴とする光学素子製造システムが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施態様につ
いて、光ビームがレーザ光線の場合に関して図面を参照
しながらより詳しく説明する。なお、本発明は、この好
適実施例に限定されるものではない。
【００１０】図１は、本発明によるフィルタリング装置
を組み込むレンチキュラ板形成システムの構成を略示す
る。レンチキュラ板は、立体表示装置などの多様な表示
装置に使用することができ、半球形の単位セルよりなる
アレイで構成される。
【００１１】同図において、レンチキュラ板形成システ
ムは、光源１、ビーム拡大器及びコリメータ２、フィル
タリング装置３及び焦点調整レンズ４を含む。光源１は
レーザ光線をビーム拡大器及びコリメータ２に向けて発
射する。
【００１２】ビーム拡大器及びコリメータ２は、光源１
から入射するレーザ光線を通過させて、ガウシアン強さ
分布を有するレーザ光線を形成する。
【００１３】フィルタリング装置３は、入射レーザ光線
をフィルタリングして、ガウシアン強さ分布を図２に示
したような光密度分布に変化させるように制御する。こ
のフィルタリング装置３は、レーザ光線の強さ分布を各
部分によって連続的に制御できる連続型ＮＤフィルタで
構成されることができる。
【００１４】焦点調整レンズ４は、感光性材料６でコー
ティングされた感光板５に入射レーザ光線を集束して感
光板５上に半球型レンズを形成する働きを果たす。感光
板５は、位置決め器８の制御のもとに上下左右に移動
し、こうして、半球型レンズよりなるアレイを感光板５
上に形成することができる。
【００１５】連続型ＮＤフィルタ３は、ビーム拡大器及
びコリメータ２からの入射レーザ光線を通過させ、フィ
ルタの中央部分における減衰量を大きくして周辺部へ行
くほど減衰量を少なくするように構成されることが望ま
しい。連続型ＮＤフィルタ３における減衰率に関する詳
細は図３を参照して後述する。
【００１６】本発明の連続型ＮＤフィルタは、レーザ光
線の吸収量が吸収型フィルタの厚さに比例するという点
を利用することによって実現することができる。以下、
前述したようなレーザ光線の強さ分布を調節するための
連続型ＮＤフィルタの設計原理に対しては、添付図面を
参照して詳記する。
【００１７】図２は、連続型ＮＤフィルタの光密度分布
を示したグラフであって、フィルタの中央部から周辺部
へ行くほど光密度が減少される。図２に示したような光
密度分布を有するようにレーザ光線を調節する場合、感
光板５上に記録されるべきレーザ光線の強さ分布関数Ｆ
（Ｋx，Ｋy）は、下記式（２）のように表わすことがで
きる。
【００１８】
【数２】
【００１９】ここで、Ｋx及びＫyはｘ軸及びｙ軸上の波
数、ｄは集束レーザ光線の直径、Ａ（ｘ，ｙ）は光密度
分布関数、Ｉ0はビーム強さの定数である。
【００２０】上記式（２）において、光密度分布関数Ａ
（ｘ，ｙ）は、レーザ光線の強さ分布関数Ｆ（Ｋx，
Ｋy）にユーザの望むビームの強さ分布値を代入し、逆
フーリエ変換を行った後、公知のガウシアン式に分ける
ことによって求めることができる。本発明によれば、ユ
ーザの望む連続型ＮＤフィルタ３の光密度分布関数Ａ
（ｘ，ｙ）は、フィルタを構成する材料の厚さによって
決定され得る。
【００２１】図３及び図５は各々、本発明の第１の好適
実施例による連続型ＮＤフィルタ３の断面図及び正面図
であり、図４は図３の組立状態を例示する側面図であ
る。
【００２２】本発明による連続型ＮＤフィルタ３は、第
１及び第２レンズ１０及び１１を有する吸収型ＮＤフィ
ルタである。第１レンズ１０は光吸収型レンズであり、
第２レンズ１１は光透過型レンズである。第１レンズ１
０のビーム放射面１２ｂは所望の光密度分布関数Ａ
（ｘ，ｙ）によって曲線形状を取ることができ、一方、
ビーム入射面１２ａはフラットである。詳述すると、本
発明の好適実施態様において、第１レンズ１０の厚さ
は、従来のフィルタと異なり、一定ではない。第２レン
ズ１１は、第１レンズ１０から放射するビームの形状変
形を防ぐために、第１レンズ１０のビーム放出面１２ｂ
と同一の曲線形状を有するビーム入射面１３ａを有し、
フラットなビーム放射面１３ｂを有する。図３からわか
るように、第１レンズ１０は凸状レンズであって、レー
ザ光線の減衰量が中央部分で最も大きく、レンズの周辺
部へ行くほどビームの減衰量が徐々に減少される。
【００２３】従って、第１レンズ１０は、ガウシアン密
度分布を図２に示したように滑らかな楕円形状に変換さ
せようとする時、有用に使用することができる。この場
合、フィルタリング後のレーザ光線の集束を防止するた
めに、第２レンズ１１は凹状レンズで構成されなければ
ならない。このため、これらの両レンズ１０及び１１は
同一の屈折率を有しなければならない。
【００２４】図４に示すように、第１レンズ１０及び第
２レンズ１１は結合されてフィルタを形成する。また、
これらの両レンズ１０及び１１は、光学接触方式または
両レンズと同一の屈折率を有する接着剤、例えばノーラ
ンド（Norland）接着剤を使用して結合することができ
る。こうして、フィルタの厚さが全体的に一様となるの
で、入射ビームは屈折せず直進する。すなわち、第１レ
ンズ１０及び第２レンズ１１は、同一の屈折率を有する
ので、入射ビームの方向に関係なく使用することができ
る。
【００２５】図６及び図７は各々、本発明の第２の好適
実施例によるフィルタリング装置の断面図及び正面図で
ある。本発明によるフィルタリング装置３０は、吸収式
連続型ＮＤフィルタであって、第１レンズ１７及び第２
レンズ１８を有する。図６に示すように、第１レンズ１
７のビーム放射面１７ｂは所望の光密度分布関数Ａ
（ｘ，ｙ）によって曲線形状を取ることができ、一方、
ビーム入射面１７ａはフラットである。同図において、
第１レンズ１７のビーム放射面１７ｂは、前述した第１
の実施例とは異なり凹形状を有する。この場合、第２レ
ンズ１８はフィルタリング後のレーザ光線の発散を防止
するために凸形状を取らなければならない。このため、
両レンズ１７及び１８は同一の屈折率を有しなければな
らない。第１レンズ１７及び第２レンズ１８は、第１実
施例と同様の方式で結合されてフィルタを形成する。
【００２６】図８は、本発明の第２の好適実施例による
光密度分布を例示するグラフてある。同図から、フィル
タリング装置３０は、第１実施例によるフィルタリング
装置３とは反対の光密度分布曲線９ａを示すことがわか
る。詳しくは、同図において、レーザ光線の減衰量は中
央部分で最も小さく、レンズの周辺部へ行くほど徐々に
増加する。
【００２７】本発明の第１及び第２実施例によるフィル
タリング装置３及び３０は、透明プラスチック、例えば
ポリカーボネートなど、ガラス、例えば一般のレンズに
使用されているガラス、またはこれらと類似する特性を
有する材料に光を吸収するための染料を添加することに
よって実現することができる。また、光吸収性材料をフ
ィルタリング装置３及び３０の製造の際に用いることも
できる。この場合、染料または光吸収性材料の光吸収特
性は、レーザ光線の全波長に対して比較的一様であるこ
とが望ましい。
【００２８】第１及び第２実施例によるフィルタリング
装置３及び３０において、フィルタの厚さはユーザの望
む光密度分布関数Ａ（ｘ，ｙ）によって定められる。こ
れによって、フィルタリング装置の厚さを変化させなが
ら光吸収度を調節することによって、レーザ光線の強さ
分布が調節できる。
【００２９】上記において、二つのレンズを組み合わせ
てフィルタを形成することに対して例示したが、光吸収
レンズの両面が凸形状であり、二つの非光吸収レンズが
各々対応する表面に結合され、全体フィルタが同一の厚
さを有するようにすることができる。その結果、本発明
はユーザの望む形状にフィルタリング装置の厚さを簡単
に調節することによって光強さ分布を制御することがで
きる。またフィルタの形状はレンズの曲面と類似の形状
を呈しているので、レンズの作製と同様にして製造する
ことができる。
【００３０】また、上記において、本発明の好適な実施
の態様について説明したが、本発明の特許請求の範囲を
逸脱することなく、当業者は種々の変形をなし得るであ
ろう。また本発明は、入射される光の強さが一定である
場合に、カメラ用の連続ＮＤフィルタへの応用も可能で
ある。
【００３１】
【発明の効果】従って、本発明によれば、ユーザの望む
レーザ光線の強さ分布関数及び光密度分布関数に基づい
てフィルタの厚さを決定することによって、連続的な光
密度を変化させることができるフィルタリング装置を簡
単に製造することができ、レンチキュラ製造産業の発展
に寄与し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィルタリング装置を組み込むレ
ンチキュラ板形成システムの概略的な模式図である。
【図２】連続型ＮＤフィルタの光密度分布を示した図で
ある。
【図３】本発明の第１好適実施例による連続型ＮＤフィ
ルタの断面図である。
【図４】図３の組立状態を例示する側面図である。
【図５】本発明の第１好適実施例による連続型ＮＤフィ
ルタの正面図である。
【図６】本発明の第２好適実施例によるフィルタリング
装置の断面図である。
【図７】図６のフィルタリング装置の正面図である。
【図８】本発明の第２好適実施例による光密度分布を例
示するグラフである。
【符号の説明】
１ 光源 ３、３０ フィルタリング装置 １０ 第１レンズ １１ 第２レンズ １２ａ、１３ａ、１７ａ、１８ａ ビーム入射面 １２ｂ、１３ｂ、１７ｂ、１８ｂ ビーム放射面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崔 庸振 大韓民国ソウル特別市蘆原区恭陵洞230 現代アパート７棟201号 (72)発明者 全 兄旭 大韓民国ソウル特別市蘆原区上溪８洞 住 公アパート1109棟706号 (72)発明者 孫 廷榮 大韓民国京畿道城南市分堂区歐美洞111 ハヤンマウル韓一ビラ104棟301号 Ｆターム(参考） 2H042 AA06 AA08

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過光ビームの強さ分布を調節するフィ
    ルタリング装置であって、 光吸収性材料からなる第１レンズと、 透明材料からなり、前記第１レンズに結合される第２レ
    ンズとを含み、 前記第１レンズの第１表面は、予め決められた光密度分
    布関数により定められる曲線形状をなして、前記第１レ
    ンズは中央部から周辺部へ行くほど厚さが変化し、 前記第２レンズの第１表面は、前記第１レンズの前記曲
    線形状を有する前記第１表面と整合するように同一の曲
    線形状を有することを特徴とするフィルタリング装置。
  2. 【請求項２】 前記第１レンズ及び前記第２レンズの第
    ２表面の形状がフラットである、請求項１記載のフィル
    タリング装置。
  3. 【請求項３】 前記第１レンズの前記第１表面が凸形状
    を有し、前記第２レンズの前記第１表面が凹形状を有す
    る、請求項１記載のフィルタリング装置。
  4. 【請求項４】 前記第１レンズの前記第１表面が凹形状
    を有し、前記第２レンズの前記第１表面が凸形状を有す
    る、請求項１記載のフィルタリング装置。
  5. 【請求項５】 透明材料からなる第３レンズをさらに含
    み、 前記第１レンズの前記第２表面が予め決められた光密度
    分布関数により定められる曲線形状をなし、前記第３レ
    ンズの第１表面が前記第１レンズの前記曲線形状を有す
    る前記第２表面と整合するように同一の曲線形状を有す
    る、請求項１記載のフィルタリング装置。
  6. 【請求項６】 前記光吸収性材料が、光吸収性染料が添
    加された材料である、請求項１記載のフィルタリング装
    置。
  7. 【請求項７】 前記光吸収材料が、プラスチックまたは
    ガラスのいずれか一つである、請求項６記載のフィルタ
    リング装置。
  8. 【請求項８】 前記光吸収性材料が、前記透過光ビーム
    のすべての波長に対して差異の小さい光吸収特性を有す
    る、請求項６記載のフィルタリング装置。
  9. 【請求項９】 前記第２レンズの屈折率が、前記第１レ
    ンズの屈折率と同一である、請求項１記載のフィルタリ
    ング装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１レンズと前記第２レンズが、
    光接触方式または前記第１レンズ及び前記第２レンズと
    同一の屈折率を有する接着剤のいずれか一つを用いて結
    合される、請求項１記載のフィルタリング装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１レンズと前記第２レンズが、
    前記フィルタリング装置の厚さと一様となるように結合
    される、請求項１０記載のフィルタリング装置。
  12. 【請求項１２】 前記光密度分布関数が、所定の前記透
    過光ビームの強さ分布の関数Ｆ（Ｋx，Ｋy）により下記
    式（１）： 【数１】 （式中、Ｋx及びＫyは各々ｘ軸及びｙ軸上の波数、ｄは
    集束ビームの直径、Ｉ0は前記ビーム強度の定数）によ
    り求められる、請求項１記載のフィルタリング装置。
  13. 【請求項１３】 前記フィルタリング装置が、連続中性
    密度フィルタである、請求項１記載のフィルタリング装
    置。
  14. 【請求項１４】 所定の光学特性を有する光学素子を製
    造するシステムであって、 光ビームを発射する光源と、 前記光ビームをフィルタリングして、前記フィルタリン
    グ済みの光ビームの強さ分布が予め決められた形状によ
    って表されるフィルタリング手段と、 前記フィルタリング済みの光ビームを前記光学素子に記
    録する手段とを含み、 前記フィルタリング手段が、光吸収性材料からなる第１
    レンズと、前記第１レンズに結合され透明材料からなる
    第２レンズとを有し、前記第１レンズの第１表面が予め
    決められた光密度分布関数によって曲線形状をなして前
    記第１レンズの中央部から周辺部へ行くほど厚さが変化
    し、前記第２レンズの第１表面が前記第１レンズの前記
    曲線形状を有する前記第１表面と整合するように同一の
    曲線形状を有することを特徴とする光学素子製造システ
    ム。
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