JP2005038627A

JP2005038627A - 光源装置とこれに用いる反射部材

Info

Publication number: JP2005038627A
Application number: JP2003197311A
Authority: JP
Inventors: Takeo Omori; 健雄大森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】紫外光から可視光までの広い波長帯域の光を高い効率で供給可能な光源装置および光源装置に使用できる反射部材を提供すること。
【解決手段】照明光を供給する光源１と、少なくとも２枚の反射面２、３とを有し、第１の反射面２は第１の波長帯域の前記照明光を反射し、第２の反射面３は第２の波長帯域の前記照明光を反射して射出光とする構成の光源装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、反射鏡に回転楕円体面を用い、反射鏡の第１の焦点位置に照明光を供給する光源を配置し、第２の焦点位置に反射された照明光をライトガイドファイバの端面に集光する光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２８３６２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の開示例では、ライトガイドファイバ端面が高温となることを防ぐために、反射鏡に誘電体多層膜を形成し、光源からの赤外線を透過し、可視光や紫外光を反射して集光するように構成している。
【０００５】
しかしながら、誘電体多層膜を用いた反射膜では広い範囲の波長帯域の光を高い反射率で反射することが困難である。そこで紫外光のみ、あるいは可視光のみを高い反射率で反射させるために、これら波長帯域を選択的に反射させる誘電体多層膜を付着した反射鏡が別々に用いられている。このため、紫外光と可視光とを同時に、あるいは選択的に使用して照明をする際には、紫外光用、可視光用にそれぞれ光源装置を用意しなければならないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、紫外光から可視光までの広い波長帯域の光を高い効率で供給可能な光源装置および光源装置に使用できる反射部材を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、照明光を供給する光源と、少なくとも２枚の反射面とを有し、第１の反射面は第１の波長帯域の前記照明光を反射し、第２の反射面は第２の波長帯域の前記照明光を反射して射出光とすることを特徴とする光源装置を提供する。
【０００８】
また、本発明にかかる光源装置では、前記第１および第２の反射面は、それぞれ楕円鏡からなり、前記それそれの楕円鏡の焦点位置が略同じ位置になるように配置され、前記それぞれの楕円鏡には、それぞれ定められた波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する誘電体膜を有し、前記光源は、前記それぞれの楕円鏡の第１、または第２の焦点位置近傍に配置され、前記照明光は、前記それぞれの楕円鏡で反射されて第２、または第１の焦点位置近傍に集光して前記射出光とすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明にかかる光源装置は、前記第１の反射面は少なくとも２３０ｎｍから３００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第１の誘電体膜より構成され、前記第２の反射面は少なくとも５００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第２の誘電体膜によって構成され、前記２枚の反射面全体では、少なくとも２３０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明にかかる光源装置は、前記反射面で反射された照明光の波長帯域に対応する光量調整手段が前記射出光の光軸に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかる光源装置は、前記反射面で反射された照明光の波長選択手段が前記射出光の光軸に配置されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、少なくとも２枚の反射面を有する反射部材であって、第１の反射面は少なくとも２３０ｎｍから３００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第１の誘電体膜より構成され、第２の反射面は少なくとも５００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第２の誘電体膜によって構成され、前記２枚の反射面全体では、少なくとも２３０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上であることを特徴とする反射部材を提供する。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態にかかる光源装置について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態にかかる光源装置を示す図である。
【００１５】
図１において、光源１と、２枚の楕円鏡２、および楕円鏡３で光源装置１０が構成されている。楕円鏡２、および楕円鏡３は、それぞれ第一焦点ａから第二焦点ｂまでの距離が同じであり、第一焦点ａ同士、および第二焦点ｂ同士がほぼ同じ位置になるよう配置されている。光源１の発光部は、第一焦点ａにあり、ここを発した光は楕円鏡２、および楕円鏡３で反射後、第二焦点ｂに集光する。
【００１６】
光源１は、例えば、水銀ランプで紫外光４（実線で示す）と可視光５（破線で示す）を射出している。楕円鏡２は、ガラス基板に紫外光４を反射して可視光５を透過する後述する誘電体多層膜を付着したもので、光源１から射出された光のうち、紫外光の光束４を反射して集光点６に集光させ、可視光５を透過させている。
【００１７】
楕円鏡３は、ガラス基板に可視光５を反射する後述する誘電体多層膜を付着したもので、楕円鏡２を透過した可視光５を反射している。反射した可視光５は、再び楕円鏡２を透過し、集光点６に集光される。従って、光源装置１０は、紫外光４と可視光５の集光点が一致している。
【００１８】
光源装置１０の集光点６に集光された光束は、集光点６の位置に、例えばライトガイドファイバ１８の端面を配置し、不図示の光学系に導かれて照明光として用いられる。
【００１９】
本第１実施の形態における２枚の楕円鏡の一例に関し説明する。楕円鏡２は、波長が２３０ｎｍから３６０ｎｍまでの帯域の反射率が９５％以上となるように楕円状のガラス基板に誘電体多層膜を成膜したものである。楕円鏡２の誘電体多層膜は、ハフニュウムの酸化物を主成分とする高屈折率層とケイ素の酸化物を主成分とする低屈折率層とを交互に積層したものである。楕円鏡３は、波長が３６０ｎｍから８００ｎｍまでの帯域の反射率が９５％以上となるように楕円状のガラス基板に誘電体多層膜を成膜したものである。楕円鏡３の誘電体多層膜は、チタンの酸化物を主成分とする高屈折率膜とケイ素の酸化物を主成分とする低屈折率層とを交互に積層したものである。このような楕円鏡２および楕円鏡３を用いることによって、光源１から射出された光のうち波長が２３０ｎｍから８００ｎｍまでの帯域の光を高い効率で集光点６に集光することができる。
【００２０】
このように、本第１実施の形態にかかる光源装置１０によれば、光源装置１０は、紫外光を反射する反射面と、可視光を反射する反射面の２つの反射面によって、１つの光源からの照明光を広い波長帯域にわたって高い効率で供給することが可能となる。さらに、光源１を楕円の焦点の１つ（第二焦点ｂ）に配置し、２つの反射面を反射光が楕円のもう一つの焦点（第一焦点ａ）に集光するように配置することにより、ガイドファイバ１８への照明光を効率よく集光できる。
【００２１】
なお、第１実施の形態は光源装置に関するものであるが、楕円鏡２および楕円鏡３を一つの反射部材として用いることによって、紫外光から可視光までの広い波長帯域の光を高い反射率で反射する反射部材として使用することも可能である。
【００２２】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態に付いて図面を参照して説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施の形態にかかる光源装置を示す図であり、第１の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を用い説明を省略する。
【００２４】
図２の光源装置２０は、図１の光源装置１０における集光点６の近傍に、２つの楕円鏡２、および楕円鏡３で反射された照明光の波長帯域に対応した光量調整フィルタ７を追加して構成されている。光量調整フィルタ７は例えばメッシュ状の金属の薄板で、メッシュの大きさや密度の異なるフィルタが複数個用意され、適宜交換することでライトガイドファイバ１８に入射する入射光量の調整を行うことを可能としている。
【００２５】
なお、光量調整フィルタ７はメッシュ状の金属の薄板以外に、ガラス基板に金属薄膜や誘電体多層膜を付けたいわゆるＮＤフィルタを用いても良い。
【００２６】
このように、本第２実施の形態では、楕円鏡で反射し集光する照明光の波長帯域に対応した光量調整フィルタを設けることによって、照明光の波長帯域に応じた効率の良い光量調整が可能となる。
【００２７】
なお、誘電体多層膜は、第１実施の形態に記載したものに限定されない。紫外線を含む短波長帯域の照明光を反射させる反射鏡の高屈折率層の物質としては、ハフニウム（Ｈｆ）の酸化物あるいはランタン（Ｌａ）のフッ化物等を使用できる。また、低屈折率層としては、ケイ素の酸化物あるいはマグネシウム（Ｍｇ）のフッ化物等を使用することができる。
【００２８】
可視光を含む長波長帯域の照明光を反射させる反射鏡の高屈折率層の物質としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）の酸化物あるいはチタン（Ｔｉ）とランタン（Ｌａ）を含む酸化物を使用できる。低屈折率層の物質としては、短波長域と同様にケイ素の酸化物あるいはマグネシウム（Ｍｇ）のフッ化物を使用することができる。さらに、多層膜を構成する誘電体層の中や多層膜の初層あるいは最終層に金、銀、アルミニウム等の金属膜を設ける構成としても良い。
【００２９】
（第３実施の形態）
次に、本発明にかかる第３実施の形態に付いて図面を参照して説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施の形態にかかる光源装置を示す図であり、第１実施の形態の光源装置１０における集光点６と、ライトガイドファイバ１８との間に、波長選択、および光量調整機能を持つ光学系を配置して構成されている。図３では、紫外光４の一部の波長域の光束を選択的に取り出している様子を示している。第１および第２の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付し説明を省略する。
【００３１】
集光点６に集光された紫外光４および可視光５の光束は、レンズ８によりほぼ平行な光束に変換され、ダイクロイックミラー９に入射される。ダイクロイックミラー９は、紫外光４の光束を反射し、可視光５の光束を透過する特性を有している。
【００３２】
可視光５の光束は、反射鏡１５で反射されたのち、シャッタ１６で遮断される。一方、紫外光４の光束は波長選択フィルタ１１にて、紫外光４のうち、一部の波長域の光が選択的に透過して取り出される。波長選択フィルタ１１は、波長選択フィルタ１１を通過する波長帯域を前もって狭くして置いた方が、選択する波長の透過率を高く、かつ半値幅を狭くすることができる。従って、ダイクロイックミラー９にて、紫外光４と可視光５の光束に分けて、それぞれの光路中に波長選択フィルタ１１を置く構成とすることで、選択波長の高透過率と狭い半値幅の透過光を得ることが可能となる。
【００３３】
波長選択フィルタ１１を通過した光束は、反射鏡１２、ダイクロイックミラー１３で反射して、光量調整フィルタ７に入射し、適宜光量調整されたのち、レンズ１４により集光されてライトガイドファイバ１８に導かれる。
【００３４】
ダイクロイックミラー１３は、ダイクロイックミラー９と同様、紫外光４の光束を反射し、可視光５の光束を透過し、紫外光４の光路と可視光５の光路とを合成するためのミラーである。
【００３５】
一方、可視光５の一部の波長域の光を選択的に取り出す場合は、シャッタ１０を紫外光４の光路に挿入して紫外光４の光束を遮断すると共に、シャッタ１６を可視光５の光路から外すことで得られる。可視光５の光束は、波長選択フィルタ１７にて、可視光５のうち、一部の波長域の光が選択的に取り出される。
【００３６】
波長選択フィルタ１７を通過した光束はダイクロイックミラー１３を透過して、光量調整フィルタ７に入射し、適宜光量調整されたのち、レンズ１４により集光されてライトガイドファイバ１８に導かれる。
【００３７】
紫外光４と可視光５の全ての波長域の光束を同時にライトガイドファイバ１８に入射する場合は、シャッタ１０、およびシャッタ１６と、波長選択フィルタ１１、および波長選択フィルタ１７とをそれぞれの光路から外せば達成できる。
【００３８】
なお、波長選択フィルタ１１と波長選択フィルタ１７は、取り出す波長域の異なるものを複数個用意して、それぞれの光路中で適宜交換しても良い。
【００３９】
以上、全ての実施の形態において、光源装置は２つの楕円鏡を用いた構成にて説明をしたが、複数の楕円鏡を用いて、複数の波長帯域の光をそれぞれ反射するように構成しても良い。また楕円鏡に限らず、球面鏡、放物面鏡を用いたものでも同様の効果を得ることが出来る。また、光源と波長帯域についても、広い波長帯域の光を発する光源からの光を二つ以上の波長帯域に分けて構成すれば良いので、水銀ランプからの光を紫外光と可視光に分ける構成に限られないのは言うまでもない。又、２枚の反射鏡ではなく、１枚の反射鏡の表面と裏面にそれぞれ反射波長帯域の異なる誘電体多層膜を付着したもので構成しても良い。
【００４０】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
上述のように、本発明では、紫外光から可視光までの広い波長帯域の光を高い効率で供給可能な光源装置および光源装置に使用できる反射部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる光源装置を示す図である。
【図２】本発明の第２実施の形態にかかる光源装置を示す図である。
【図３】本発明の第３実施の形態にかかる光源装置を示す図である。
【符号の説明】
１光源
２、３楕円鏡
４紫外光
５可視光
６集光点
７光量調整フィルタ
８、１４レンズ
９、１３ダイクロイックミラー
１０、１６シャッタ
１１、１７波長選択フィルタ
１２、１５反射鏡
１８ライトガイドファイバ

Claims

照明光を供給する光源と、
少なくとも２枚の反射面とを有し、
第１の反射面は第１の波長帯域の前記照明光を反射し、第２の反射面は第２の波長帯域の前記照明光を反射して射出光とすることを特徴とする光源装置。
前記第１および第２の反射面は、それぞれ楕円鏡からなり、
前記それそれの楕円鏡の焦点位置が略同じ位置になるように配置され、
前記それぞれの楕円鏡は、それぞれ定められた波長帯域の光を反射して他の波長帯域の光を透過する誘電体膜を有し、
前記光源は、前記それぞれの楕円鏡の第１、または第２の焦点位置近傍に配置され、
前記照明光は、前記それぞれの楕円鏡で反射されて第２、または第１の焦点位置近傍に集光して前記射出光とすることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
前記第１の反射面は少なくとも２３０ｎｍから３００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第１の誘電体膜より構成され、
前記第２の反射面は少なくとも５００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第２の誘電体膜によって構成され、
前記２枚の反射面全体では、少なくとも２３０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射部材。
前記反射面で反射された照明光の波長帯域に対応する光量調整手段が前記射出光の光軸に配置されていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の光源装置。
前記反射面で反射された照明光の波長選択手段が前記射出光の光軸に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
少なくとも２枚の反射面を有する反射部材であって、
第１の反射面は少なくとも２３０ｎｍから３００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第１の誘電体膜より構成され、
第２の反射面は少なくとも５００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上である第２の誘電体膜によって構成され、
前記２枚の反射面全体では、少なくとも２３０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の反射率が９０％以上であることを特徴とする反射部材。