JP2009294316A - 光学フィルタ及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 透過させる光の波長帯幅及び波長域を、重ね合わせの調整をすることなく変化させることが可能な光学フィルタ及び光学装置を提供すること。
【解決手段】光学フィルタ１は、第１の遮断波長よりも短い波長の光を透過する第１の多層膜２と、第２の遮断波長よりも長い波長の光を透過する第２の多層膜４と、を備える。第１の遮断波長は、第１の多層膜２において多層膜が延在する面内の第１の方向Ｄ１に沿って増加するように変化する。第２の遮断波長は、第２の多層膜において多層膜が延在する面内の第２の方向Ｄ２に沿って増加するように変化する。第１及び第２の多層膜２、４は、第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２が交差するように重ね合わされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学フィルタ及び光学装置に関する。

所定の波長帯域の入射光を透過させる光学フィルタとして、例えば特許文献１に記載の光学フィルタが知られている。特許文献１に記載の光学フィルタでは、遮断波長よりも長い波長の光を透過させる第１の干渉フィルタと、遮断波長よりも短い波長の光を透過させる第２の干渉フィルタとを重ね合わせることで、特定の波長帯幅及び波長域の光を透過することができる。特許文献１に記載の光学フィルタでは、第１の干渉フィルタの遮断波長は一方向に沿って単純に増加するように変化しており、また第２の干渉フィルタの遮断波長も一方向に沿って単純に増加するように変化しており、第１及び第２の干渉フィルタは遮断波長の増加する方向が一致するように重ね合わされている。
特開平２−１３２４０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学フィルタでは、２枚のフィルタである第１及び第２の干渉フィルタを、それらの遮断波長が単純に増加する方向である一方向に沿ってずらして重ね合わせることで、所望の波長帯幅及び所望の波長域の光を透過する。したがって、透過させる入射光の波長帯幅及び波長域が変わるたびに、第１及び第２の干渉フィルタの重ねあわせ方を調整しなければならない。

本発明は、透過させる光の波長帯幅及び波長域を、重ね合わせの調整をすることなく変化させることが可能な光学フィルタ及び光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学フィルタは、入力した光のうち第１の遮断波長よりも短い波長の光を選択的に透過させて出力する第１の多層膜と、入力した光のうち第２の遮断波長よりも長い波長の光を選択的に透過させて出力する第２の多層膜と、を備え、第１の多層膜において、第１の遮断波長は多層膜が延在する面内の第１の方向に沿って増加するように変化し、第２の多層膜において、第２の遮断波長は多層膜が延在する面内の第２の方向に沿って増加するように変化し、第１及び第２の多層膜は、第１及び第２の方向が交差するように重ね合わされていることを特徴とする。

上記光学フィルタによれば、第１の多層膜は短波長透過フィルタとして機能することができ、第２の多層膜は長波長透過フィルタとして機能することができるため、第１及び第２の多層膜を組み合わせることにより上記光学フィルタは第２の遮断波長よりも長く且つ第１の遮断波長よりも短い波長の光を透過することができる。また、第１の多層膜において遮断波長が増加する第１の方向と第２の多層膜において遮断波長が増加する第２の方向とが交差するように、第１及び第２の多層膜は重ね合わされている。そのため、上記光学フィルタは、これ一つで様々な透過波長帯域を有することとなる。その結果、上記光学フィルタでは、入射光のフィルタへの入射位置を変えるだけで透過させる光の波長帯幅及び波長域を変化させることが可能となる。ここで、第１及び第２の方向が交差するとは、第１の方向を表す方向ベクトルと第２の方向を表す方向ベクトルとのなす角が０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さいことをいう。

また、第１の多層膜における第１の遮断波長の変化は連続的であり、第２の多層膜における第２の遮断波長の変化は連続的であってもよい。あるいは、第１の多層膜における第１の遮断波長の変化は離散的であり、第２の多層膜における第２の遮断波長の変化は離散的であってもよい。

また、第１及び第２の多層膜は、第１及び第２の方向が直交するように重ね合わされていてもよい。ここで、第１及び第２の方向が直交するとは、第１の方向を表す方向ベクトルと第２の方向を表す方向ベクトルとのなす角が９０°であることをいう。

本発明に係る光学装置は、上記光学フィルタを介して入力された光を検出する光学装置であって、光学フィルタは、当該光学装置の光軸に対して移動可能に備えられていることを特徴とする。

この光学装置では、上記光学フィルタを介して入射光を検出するため、入射光の光学フィルタへの入射位置を変えることにより、透過させる光の波長帯幅及び波長域を変化させることが可能となる。

本発明によれば、透過させる光の波長帯幅及び波長域を、重ね合わせの調整をすることなく変化させることが可能な光学フィルタ及び光学装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図４を参照して、本実施形態に係る光学フィルタ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光学フィルタ１の断面構成を説明するための図である。光学フィルタ１は、ガラス基板３上に形成された第１の多層膜２と、ガラス基板５上に形成された第２の多層膜４とを備える。光学フィルタ１は、第１の多層膜２が形成されたガラス基板３と第２の多層膜４が形成されたガラス基板とが積層されてなる。

図２に第１の多層膜２の上面図を示す。第１の多層膜２は、入力した光のうち第１の遮断波長λ_１よりも短い波長の光を選択的に透過させて出力するＳＷＰＦ（Short Wavelength Pass Filter）である。第１の多層膜２では、第１の遮断波長λ_１は多層膜が延在する面内の第１の方向Ｄ１に沿って単調に且つ連続的に増加するように変化する。

例えば、第１の多層膜２上の３箇所の位置Ａ１、Ａ２、Ａ３における第１の遮断波長λ_１を考える。３箇所の位置Ａ１〜Ａ３は、第１の方向Ｄ１に沿ってこの順で第１の多層膜２上に位置する。図２に示すように、位置Ａ１における第１の遮断波長λ_１の値はλ_１１であり、位置Ａ２における第１の遮断波長λ_１の値はλ_１１よりも大きいλ_１２であり、位置Ａ３における第１の遮断波長λ_１の値はλ_１２よりも大きいλ_１３である。

すなわち、位置Ａ１では、図２のグラフＧ１に示されるように、第１の遮断波長λ_１１よりも短い波長の光を透過する。位置Ａ２では、図２のグラフＧ２に示されるように、第１の遮断波長λ_１２（＞λ_１１）よりも短い波長の光を透過する。位置Ａ３では、図２のグラフＧ３に示されるように、第１の遮断波長λ_１３（＞λ_１１、λ_１２）よりも短い波長の光を透過する。ここで、グラフＧ１〜Ｇ３は、横軸が入射する光の波長を、縦軸が第１の多層膜２の透過率をそれぞれ表す。

一方、第１の多層膜２の第１の遮断波長λ_１は、第１の方向Ｄ１と直交する方向に沿って見た場合に一定の値を示す。すなわち、第１の多層膜２の位置Ａ１を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線上の第１の遮断波長λ_１は、位置Ａ１と同じλ_１１の値を示す。第１の多層膜２の位置Ａ２を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線上の第１の遮断波長λ_１は、位置Ａ２と同じλ_１２の値を示す。第１の多層膜２の位置Ａ３を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線上の第１の遮断波長λ_１は、位置Ａ３と同じλ_１３の値を示す。

図３に第２の多層膜４の上面図を示す。第２の多層膜４は、入力した光のうち第２の遮断波長λ_２よりも長い波長の光を選択的に透過させて出力するＬＷＰＦ（Long Wavelength Pass Filter）である。第２の多層膜４では、第２の遮断波長λ_２は多層膜が延在する面内の第２の方向Ｄ２に沿って単調に且つ連続的に増加するように変化する。

例えば、第２の多層膜４上の３箇所の位置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３における第２の遮断波長λ_２を考える。３箇所の位置Ｂ１〜Ｂ３は、第２の方向Ｄ２に沿ってこの順で第２の多層膜４上に位置する。図３に示すように、位置Ｂ１における第２の遮断波長λ_２の値はλ_２１であり、位置Ｂ２における第２の遮断波長λ_２の値はλ_２１よりも大きいλ_２２であり、位置Ｂ３における第２の遮断波長λ_２の値はλ_２２よりも大きいλ_２３である。

すなわち、位置Ｂ１では、図３のグラフＧ４に示されるように、第２の遮断波長λ_２１よりも長い波長の光を透過する。位置Ｂ２では、図３のグラフＧ５に示されるように、第２の遮断波長λ_２２（＞λ_２１）よりも長い波長の光を透過する。位置Ｂ３では、図３のグラフＧ６に示されるように、第２の遮断波長λ_２３（＞λ_２１、λ_２２）よりも長い波長の光を透過する。ここで、グラフＧ４〜Ｇ６は、横軸が入射する光の波長を、縦軸が第２の多層膜４の透過率をそれぞれ表す。

一方、第２の多層膜４の第２の遮断波長λ_２は、第２の方向Ｄ２と直交する方向に沿って見た場合に一定の値を示す。すなわち、第２の多層膜４の位置Ｂ１を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線上の第２の遮断波長λ_２は、位置Ｂ１と同じλ_２１の値を示す。第２の多層膜４の位置Ｂ２を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線上の第２の遮断波長λ_２は、位置Ｂ２と同じλ_２２の値を示す。第２の多層膜４の位置Ｂ３を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線上の第２の遮断波長λ_２は、位置Ｂ３と同じλ_２３の値を示す。

第１及び第２の多層膜２、４はそれぞれ、例えば複数のＳｉＯ_２層及びＮｂ_２Ｏ_５層を積層して構成されており、各層の厚さを変えることで第１及び第２の遮断波長λ_１、λ_２の値を変化させている。

図４に第１及び第２の多層膜２、４を重ね合わせることによって得られる光学フィルタ１の上面図を示す。第１及び第２の多層膜２、４は、図４に示されるように、第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２が直交するように重ね合わされる。図５〜図８を参照して、図４に示した光学フィルタ１の９つの位置Ｃ１〜Ｃ９での波長に対する透過率のグラフを示す。ここで、図５〜図８に示す各グラフは、横軸が入射する光の波長を、縦軸が光学フィルタ１の透過率をそれぞれ表す。

図５（ａ）に示すグラフＧ１４は、光学フィルタ１の位置Ｃ１での入射波長に対する透過率を表す。図５（ｂ）に示すグラフＧ２４は、光学フィルタ１の位置Ｃ２での入射波長に対する透過率を表す。図５（ｃ）に示すグラフＧ３４は、光学フィルタ１の位置Ｃ３での入射波長に対する透過率を表す。

光学フィルタ１の位置Ｃ１では、第１の多層膜２の位置Ａ１を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ１を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図５（ａ）に示すグラフＧ１４は、図２に示したグラフＧ１と図３に示したグラフＧ４とを重ね合わせることで得られる。

ここで、図６に、グラフＧ１とグラフＧ４とを重ね合わせることでグラフＧ１４が得られることを説明するための図を示す。図６（ａ）は、第１の多層膜２の位置Ｃ１での透過率のグラフであるグラフＧ１を表す。図６（ｂ）は、第２の多層膜４の位置Ｃ１での透過率のグラフであるグラフＧ４を表す。図６（ｃ）は、第１及び第２の多層膜２、４を重ね合わせることにより、光学フィルタの位置Ｃ１における透過率がグラフＧ１とグラフＧ４との重ね合わせによって得られることを示すグラフＧ１４を表す。図６（ｃ）に示すグラフＧ１４から明らかなように、光学フィルタ１の位置Ｃ１に光が入射した場合、λ_２１より長く且つλ_１１よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ１を透過することができる。

再び図５に戻る。光学フィルタ１の位置Ｃ２では、第１の多層膜２の位置Ａ２を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ１を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図５（ｂ）に示すグラフＧ２４は、図２に示したグラフＧ２と図３に示したグラフＧ４とを重ね合わせることで得られる。そして、光学フィルタ１の位置Ｃ２に光が入射した場合、λ_２１より長く且つλ_１２よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ２を透過することができる。

光学フィルタ１の位置Ｃ３では、第１の多層膜２の位置Ａ３を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ１を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図５（ｃ）に示すグラフＧ３４は、図２に示したグラフＧ３と図３に示したグラフＧ４とを重ね合わせることで得られる。そして、光学フィルタ１の位置Ｃ３に光が入射した場合、λ_２１より長く且つλ_１３よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ３を透過することができる。

図７（ａ）に示すグラフＧ１５は、光学フィルタ１の位置Ｃ４での入射波長に対する透過率を表す。図７（ｂ）に示すグラフＧ２５は、光学フィルタ１の位置Ｃ５での入射波長に対する透過率を表す。図７（ｃ）に示すグラフＧ３５は、光学フィルタ１の位置Ｃ６での入射波長に対する透過率を表す。

光学フィルタ１の位置Ｃ４では、第１の多層膜２の位置Ａ１を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ２を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図７（ａ）に示すグラフＧ１５は、図２に示したグラフＧ１と図３に示したグラフＧ５とを重ね合わせることで得られる。ここでは、λ_１１＜λ_２２であるため、光学フィルタ１の位置Ｃ４に光が入射した場合、何れの波長の光も光学フィルタ１の位置Ｃ４を透過することができない。

光学フィルタ１の位置Ｃ５では、第１の多層膜２の位置Ａ２を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ２を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図７（ｂ）に示すグラフＧ２５は、図２に示したグラフＧ２と図３に示したグラフＧ５とを重ね合わせることで得られる。そして、光学フィルタ１の位置Ｃ５に光が入射した場合、λ_２２より長く且つλ_１２よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ５を透過することができる。

光学フィルタ１の位置Ｃ６では、第１の多層膜２の位置Ａ３を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ２を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図７（ｃ）に示すグラフＧ３５は、図２に示したグラフＧ３と図３に示したグラフＧ５とを重ね合わせることで得られる。そして、光学フィルタ１の位置Ｃ６に光が入射した場合、λ_２２より長く且つλ_１３よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ６を透過することができる。

図８（ａ）に示すグラフＧ１６は、光学フィルタ１の位置Ｃ７での入射波長に対する透過率を表す。図８（ｂ）に示すグラフＧ２６は、光学フィルタ１の位置Ｃ８での入射波長に対する透過率を表す。図８（ｃ）に示すグラフＧ３６は、光学フィルタ１の位置Ｃ９での入射波長に対する透過率を表す。

光学フィルタ１の位置Ｃ７では、第１の多層膜２の位置Ａ１を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ３を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図８（ａ）に示すグラフＧ１６は、図２に示したグラフＧ１と図３に示したグラフＧ６とを重ね合わせることで得られる。ここでは、λ_１１＜λ_２３であるため、光学フィルタ１の位置Ｃ７に光が入射した場合、何れの波長の光も光学フィルタ１の位置Ｃ７を透過することができない。

光学フィルタ１の位置Ｃ８では、第１の多層膜２の位置Ａ２を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ３を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図８（ｂ）に示すグラフＧ２６は、図２に示したグラフＧ２と図３に示したグラフＧ６とを重ね合わせることで得られる。ここでは、λ_１２＜λ_２３であるため、光学フィルタ１の位置Ｃ８に光が入射した場合、何れの波長の光も光学フィルタ１の位置Ｃ８を透過することができない。

光学フィルタ１の位置Ｃ９では、第１の多層膜２の位置Ａ３を通る第１の方向Ｄ１と直交する直線と、第２の多層膜４の位置Ｂ３を通る第２の方向Ｄ２と直交する直線とが重なり合っている。そのため、図８（ｃ）に示すグラフＧ３６は、図２に示したグラフＧ３と図３に示したグラフＧ６とを重ね合わせることで得られる。そして、光学フィルタ１の位置Ｃ９に光が入射した場合、λ_２３より長く且つλ_１３よりも短い波長の光のみが光学フィルタ１の位置Ｃ９を透過することができる。

次に、図９を参照して、第１及び第２の多層膜２、４の製造方法について説明する。例えばまず、図９に示すように、複数の基板３を基板ホルダＨ上に載置する。そして、基板ホルダＨ上に載置された基板３上に所望の形状のマスクを配置して、基板３上に多層膜を成膜する。これにより、第１の多層膜２が得られる。また、基板３に代わって基板５を基板ホルダＨ上に載置することで、第２の多層膜４が得られる。

光学フィルタ１によれば、第１の多層膜２はＳＷＰＦとして機能することができ、第２の多層膜４はＬＷＰＦとして機能することができるため、第１及び第２の多層膜２、４を組み合わせることにより光学フィルタ１は第２の遮断波長λ_２よりも長く且つ第１の遮断波長λ_１よりも短い波長の光を透過することが可能となる。

また、第１の多層膜２において第１の遮断波長λ_１が増加する第１の方向Ｄ１と第２の多層膜４において第２の遮断波長λ_２が増加する第２の方向Ｄ２とが交差するように、第１及び第２の多層膜２、４は重ね合わされている。

そのため、光学フィルタ１の中でその位置により様々な透過波長帯域を呈することが可能となる。その結果、この光学フィルタ１では、入射光のフィルタ１への入射位置を変えるだけで透過させる光の波長帯幅及び波長域を変化させることが可能となる。

具体的には、例えば図５（ａ）及び図５（ｃ）に示したように、光学フィルタ１の位置Ｃ１に光を入射させることでλ_２１より長く且つλ_１１より短い波長帯域の光を透過させることができるのに対し、光学フィルタ１の光の入射位置を位置Ｃ３に変化させることでλ_２１より長く且つλ_１３（＞λ_１１）より短い波長帯域の光を透過させることができるようになる。この場合、光学フィルタ１上で位置Ｃ１から位置Ｃ３に光の入射させる位置を変えることで、透過波長帯域の幅及び長波長側の透過限界波長を変えることができる。

あるいは、例えば図５（ｃ）及び図８（ｃ）に示したように、光学フィルタ１の位置Ｃ３に光を入射させることでλ_２１より長く且つλ_１３より短い波長帯域の光を透過させることができるのに対し、光学フィルタ１の光の入射位置を位置Ｃ９に変化させることでλ_２３（＞λ_２１）より長く且つλ_１３より短い波長帯域の光を透過させることができるようになる。この場合、光学フィルタ１上で位置Ｃ３から位置Ｃ９に光の入射させる位置を変えることで、透過波長帯域の幅及び短波長側の透過限界波長を変えることができる。

あるいは、例えば図５（ａ）及び図８（ｃ）に示したように、光学フィルタ１の位置Ｃ１に光を入射させることでλ_２１より長く且つλ_１１より短い波長帯域の光を透過させることができるのに対し、光学フィルタ１の光の入射位置を位置Ｃ９に変化させることでλ_２３（＞λ_２１）より長く且つλ_１３（＞λ_１１）より短い波長帯域の光を透過させることができるようになる。この場合、光学フィルタ１上で位置Ｃ１から位置Ｃ９に光の入射させる位置を変えることで、透過波長帯域の幅を一定に保ったまま波長域を長波長側に移動させることができる。

このように、光学フィルタ１では、第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせ方をその都度変えることなく光を入射させる位置を変えるだけで、透過波長帯の幅、透過波長域、及び透過波長限界等を変化させることが可能となる。

これにより、光学フィルタ１では、第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせ方を一度調整して設定してしまった後は、その後重ね合わせ方を透過波長帯域を変えるたびに調整するという煩雑な手間を経なくてもよいため、効率的な使用が可能となる。また、透過波長帯域を変えるたびに第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせ方を調整した場合には、調整のたびに調整ずれを生じるおそれがある。これに対し、光学フィルタ１では、第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせ方を一度設定するだけでよいため、調整ずれによって生じる透過波長帯の幅及び波長域のずれの発生機会を抑制することも可能となる。

また、第１及び第２の多層膜２、４では、遮断波長λ_１、λ_２が連続的に変化するので、図５〜図８に示した位置Ｃ１〜位置Ｃ９の間において位置を連続的に変化させることで透過波長帯の幅、透過波長域、及び透過波長限界等を連続的に変化させることができる。

図１０を参照して、本実施形態に係る光学フィルタ１の変形例の構成を説明する。図１０は、本実施形態に係る光学フィルタの変形例１Ａの断面構成を説明するための図である。変形例に係る光学フィルタ１Ａでは、ガラス基板３の両主面それぞれに第１及び第２の多層膜２、４が形成されている。

続いて、図１１を参照して、光学フィルタ１を備えた光学装置である蛍光顕微鏡１０の構成を説明する。図１１は、標本２０の蛍光観察に用いられる蛍光顕微鏡１０の構成を示す図である。

蛍光顕微鏡１０には、蛍光観察用の落射照明装置（１１〜１７）の他に、観察系（１、２１、２３、２４）が設けられている。標本２０は、例えば２種類の蛍光物質で標識された生物標本（ＤＮＡや蛋白質など）であり、ステージ１８上に載置されている。そして、標本２０は、落射照明装置（１１〜１７）によって照明されると、四方八方に２種類の蛍光を発生する。

観察系（２１〜２４）は、光軸２０ａに沿って標本２０側から順に、無限遠系の対物レンズ２１と、光学フィルタ１と、第２対物レンズとして機能する結像レンズ２３と、カメラ２４とが配置された構成となっている。蛍光顕微鏡１０における光学フィルタ１は、標本２０から発生する２種類の蛍光の波長域を透過する特性の波長選択フィルタとして機能する。

また、光学フィルタ１は、蛍光顕微鏡１０の光軸２０ａに対して移動可能に備えられている。したがって、透過させたい波長帯の幅及び波長域に応じて、光学フィルタ１を光軸２０ａに対して移動する。

標本２０の蛍光観察時、標本２０から発生した２種類の蛍光は、対物レンズ２１と後述のビームスプリッタ１６と光学フィルタ１と結像レンズ２３を介してカメラ２４の撮影面に集光される。このとき、カメラ２４の撮影面には、対物レンズ２１と結像レンズ２３の作用によって、２種類の蛍光に基づく標本２０の蛍光像が形成される。撮影面の蛍光像は、カメラ２４によって撮影され、標本２０の蛍光画像として取り込まれる。

落射照明装置（１１〜１７）は、光軸１０ａに沿って順に、光源１１と、開口絞り１２と、スペクトル可変フィルタ１３と、リレーレンズ１４と、励起フィルタ１５と、ビームスプリッタ１６とが配置され、かつ、スペクトル可変フィルタ１３に駆動部１７が接続された構成となっている。

また、落射照明装置（１１〜１７）は、光軸１０ａが観察系（１、２１、２３、２４）の光軸２０ａに対して直交する向きで、観察系（１、２１、２３、２４）の対物レンズ２１と光学フィルタ１との間に組み込まれる。このとき、光軸２０ａ上には、落射照明装置（１１〜１７）のビームスプリッタ１６が配置される。標本２０の蛍光観察時、光源１１からの照明光は、開口絞り１２とスペクトル可変フィルタ１３とリレーレンズ１４と励起フィルタ１５を透過し、ビームスプリッタ１６で反射して、対物レンズ２１を介して標本２０上に導かれる。

さらに、落射照明装置（１１〜１７）では、対物レンズ２１の瞳面に共役な基準面がリレーレンズ１４によって規定され、この基準面の近傍に、光源１１と開口絞り１２とスペクトル可変フィルタ１３とが近接して配置されている。

光源１１は、例えば光ガイドに導かれた水銀やキセノンなどの多波長光源などであり、紫外線や可視光線などの照明光を対物レンズ２１側の開口絞り１２に向けて射出する。開口絞り１２は、リレーレンズ１４の光路中に固定的に配置された光学素子である。この開口絞り１２には、落射照明装置（１１〜１７）の光軸１０ａ上に細長いスリット形状（長方形）の開口１２ａが設けられている。開口１２ａの長手方向は、紙面に垂直である。

開口絞り１２の開口１２ａを通過した照明光は、次に、スペクトル可変フィルタ１３に入射する。このとき、スペクトル可変フィルタ１３の開口絞り１２側の面には、開口絞り１２の開口１２ａの像（以下「スリット像」という）が形成される。

落射照明装置（１１〜１７）では、スペクトル可変フィルタ１３に駆動部１７が接続され、この駆動部１７を手動操作することにより、スペクトル可変フィルタ１３を一方向（Ａ）に沿ってスライドさせることができるようになっている。一方向（Ａ）は、光軸１０ａの方向とスリット像の長手方向との双方に垂直な方向であり、照明光の光路に交差している。駆動部１７を操作してスペクトル可変フィルタ１３を一方向（Ａ）にスライドさせると、開口絞り１２からの照明光がスペクトル可変フィルタ１３に入射する位置が一方向（Ａ）に沿って相対的に変化する。スペクトル可変フィルタ１３は、スリット像を形成する照明光のスペクトルを調整するために設けられた光学素子であり、スペクトル調整後の照明光をリレーレンズ１４側へ透過させる。

スペクトル可変フィルタ１３を一方向（Ａ）にスライドさせることにより、スペクトル可変フィルタ１３の分光特性（特定の狭波長域）の連続的な分布に応じて、スペクトル可変フィルタ１３を透過する照明光Ｌ_０のスペクトルを容易に調整（選択）することができる。

スペクトル可変フィルタ１３を透過してスペクトル調整された照明光Ｌ_０は、次に、リレーレンズ１４に入射する。リレーレンズ１４は、対物レンズ２１の瞳面に共役な基準面を規定する光学系であるので、その基準面の近傍に配置されたスペクトル可変フィルタ１３からの照明光Ｌ_０は、リレーレンズ１４の作用によって対物レンズ２１の瞳面に集光される。

ただし、リレーレンズ１４を透過した照明光は、観察系（１、２１、２３、２４）の光軸２０ａ上に導かれる前に、つまり、落射照明装置（１１〜１７）の光軸１０ａ上を進行している間に、励起フィルタ１５を透過する。この励起フィルタ１５は、予め定められた２つの異なる狭波長域で照明光を透過するフィルタである。励起フィルタ１５の２つの狭波長域のうち一方は、標本２０の中の一方の蛍光物質を励起するために適切な狭波長域であり、２つの狭波長域のうち他方は、標本２０の中の他方の蛍光物質を励起するために適切な狭波長域である。

励起フィルタ１５を透過した照明光は、異なる狭波長域の２つの照明光Ｌ_１，Ｌ_２を含むものとなる。この２つの照明光Ｌ_１，Ｌ_２は、励起フィルタ１５に入射する照明光Ｌ_０の一部である。そして、２つの照明光Ｌ_１，Ｌ_２が対物レンズ２１の瞳面に集光され、対物レンズ２１を通過した後、標本２０に照射される。

標本２０の中では、一方の蛍光物質が例えば照明光Ｌ_１によって励起され、自身の蛍光発生効率（照明光の光量に対する蛍光の光量の比率）に応じた光量の蛍光を発生する。同様に、他方の蛍光物質は例えば照明光Ｌ_２によって励起され、自身の蛍光発生効率に応じた光量の蛍光を発生する。

これら２種類の蛍光は、上記した観察系（１、２１、２３、２４）のカメラ２４に導かれ、カメラ２４によって２種類の蛍光に基づく標本２０の蛍光像が撮影され、標本２０の蛍光画像として取り込まれる。このように、蛍光顕微鏡１０は、入射光Ｌ_０に応じて得られる蛍光を光学フィルタ１を介してカメラ２４において検出する光学装置である。

光学フィルタ１は、標本２０から発生する蛍光の波長域を透過する波長選択フィルタとして機能するため、標本２０から発生する蛍光の波長域に対応する光学フィルタ１の位置に蛍光が入射可能となるよう光軸２０ａに対して移動することができる。すなわち、蛍光顕微鏡１０では、光学フィルタ１が、第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせ方を変えることなく、蛍光の波長域に合わせて位置を変えるだけで所望の波長選択フィルタとして機能することができる。また、蛍光顕微鏡１０ではスペクトル可変フィルタ１３を用いているが、スペクトル可変フィルタ１３により透過する光を変更しなくても蛍光観察は可能である。

図１２に、実施形態に係る光学フィルタ１の実施例を用いて得た透過率を示す。図１２（ａ）に示すグラフＳ１は光学フィルタ１のＣ１近傍に光が入射した場合を、図１２（ａ）に示すグラフＳ２は光学フィルタ１のＣ４近傍に光が入射した場合を、図１２（ａ）に示すグラフＳ３は光学フィルタ１のＣ７近傍に光が入射した場合を、それぞれ表す。図１２（ｂ）に示すグラフＳ４は光学フィルタ１のＣ２近傍に光が入射した場合を、図１２（ｂ）に示すグラフＳ５は光学フィルタ１のＣ５近傍に光が入射した場合を、図１２（ｃ）に示すグラフＳ６は光学フィルタ１のＣ８近傍に光が入射した場合を、それぞれ表す。図１２（ｃ）に示すグラフＳ７は光学フィルタ１のＣ３近傍に光が入射した場合を、図１２（ｃ）に示すグラフＳ８は光学フィルタ１のＣ６近傍に光が入射した場合を、図１２（ｃ）に示すグラフＳ９は光学フィルタ１のＣ９近傍に光が入射した場合を、それぞれ表す。

図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すグラフＳ１〜Ｓ９から、１つの光学フィルタにおいて光を入射させる位置を変えることで様々に異なる透過波長帯幅及び透過波長域を得られることが明らかである。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、第１の多層膜２における第１の遮断波長λ_１の変化、及び第２の多層膜４における第２の遮断波長λ_２の変化は何れも離散的であってもよい。また、第１及び第２の多層膜２、４における遮断波長λ_１、λ_２の変化は、一方が連続的で他方が離散的あってもよい。

また、第１及び第２の多層膜２、４の重ね合わせは、第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２が直交するように重ね合わされる場合に限られず、第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２が交差するように重ね合わされていればよい。したがって、同じ第１の多層膜２及び第２の多層膜４を備える場合であっても、その重ね合わせ方、すなわち第１及び第２の方向Ｄ１、Ｄ２の交差のさせ方によって、光学フィルタにおいて得られる透過波長帯幅及び波長域の分布を変えることができる。また、第１及び第２の多層膜２、４は、ＳｉＯ_２層及びＮｂ_２Ｏ_５層からなる場合に限られず、他の材料からなっていてもよい。

また、光学フィルタを備える光学装置は蛍光顕微鏡に限られず、例えば他の顕微鏡であっても、あるいは分光器、色測定装置（色度計）、２次光カットフィルタ、光測定装置などでもよい。

本実施形態に係る光学フィルタ１の断面構成を説明するための図である。 第１の多層膜の上面図である。 第２の多層膜の上面図である。 第１及び第２の多層膜を重ね合わせることによって得られる光学フィルタの上面図である。 図４に示した光学フィルタの各位置での波長に対する透過率のグラフである。 第１の多層膜と第２の多層膜とを重ね合わせることで光学フィルタの透過率が得られることを説明するための図である。 図４に示した光学フィルタの各位置での波長に対する透過率のグラフである。 図４に示した光学フィルタの各位置での波長に対する透過率のグラフである。 第１及び第２の多層膜の製造方法について説明するための図である。 本実施形態に係る光学フィルタの変形例の断面構成を説明するための図である。 実施形態に係る光学フィルタを備えた蛍光顕微鏡の構成を示す図である。 実施形態に係る光学フィルタ１の実施例を用いて得た透過率を示すグラフである。

符号の説明

１、１Ａ…光学フィルタ、２…第１の多層膜、４…第２の多層膜、３、５…ガラス基板、１０…蛍光顕微鏡、１０ａ…光軸、１１…光源、１２…開口絞り、１２ａ…開口、１３…スペクトル可変フィルタ、１４…リレーレンズ、１５…励起フィルタ、１６…ビームスプリッタ、１７…駆動部、１８…ステージ、２０…標本、２０ａ…光軸、２１…対物レンズ、２３…結像レンズ、２４…カメラ。

Claims (5)

1. 入力した光のうち第１の遮断波長よりも短い波長の光を選択的に透過させて出力する第１の多層膜と、
   入力した光のうち第２の遮断波長よりも長い波長の光を選択的に透過させて出力する第２の多層膜と、を備え、
   前記第１の多層膜において、前記第１の遮断波長は多層膜が延在する面内の第１の方向に沿って増加するように変化し、
   前記第２の多層膜において、前記第２の遮断波長は多層膜が延在する面内の第２の方向に沿って増加するように変化し、
   前記第１及び第２の多層膜は、前記第１及び第２の方向が交差するように重ね合わされていることを特徴とする光学フィルタ。
2. 前記第１の多層膜における前記第１の遮断波長の変化は連続的であり、
   前記第２の多層膜における前記第２の遮断波長の変化は連続的であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記第１の多層膜における前記第１の遮断波長の変化は離散的であり、
   前記第２の多層膜における前記第２の遮断波長の変化は離散的であることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
4. 前記第１及び第２の多層膜は、前記第１及び第２の方向が直交するように重ね合わされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の光学フィルタ。
5. 請求項１〜４の何れか一項記載の光学フィルタを介して入力した光を検出する光学装置であって、
   前記光学フィルタは、当該光学装置の光軸に対して移動可能に備えられていることを特徴とする光学装置。
   

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