JPH03282417A

JPH03282417A - 波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ

Info

Publication number: JPH03282417A
Application number: JP8103790A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Uchida; 龍男内田
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-12
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3102012B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、オプティカル・バンドパスフィルタに係り、
特に偏光子間に液晶をサンドインチ状に配置した波長可
変型オプティカル・バンドパスフィルタに関する。

（従来の技術）従来、比較的鋭い透過スペクトルを有するバンドパスフ
ィルタとしてリオーフィルタ（Ｌｙｏｔ−Ｆ　ｉ　１　
ｔ　ｅ　ｒ）が知られている。このリオ・フィルタは、
今から５０年程前にフランスの天文学者リオ（Ｌｙｏｔ
）が考案したナロー・バンドパスフィルタであり、太陽
単色像の研究等に利用されている。このリオ・フィルタ
は、２枚の平行偏光子で挟んだ一軸性結晶を多段に積層
することによって、特定の波長の比較的鋭い透過スペク
トルを有するバンドパスフィルタを構成することができ
る。即ち、このリオ・フィルタは、第３図に示すように
、厚さ２’　ｄ　（ｉ＝０．１．２．・・・）の複屈折
板（−軸性結晶）Ｂ、、Ｂ、、・・・と平行偏光子Ｐ、
　Ｐ、・・・から構成される。

このリオ・フィルタの透過率は、Ｔ＝ｎｃｏｓ”　（２”　　πΔｎｄ／λ）　　・（１
）−Ｉで与えられ、Δｎｄはりタープ−ジョン（常光と異常光
との位相差）、Δｎは屈折率異方性、ｄは複屈折板の厚
さ、ｋは積層した複屈折板の数である。ここで、 Δｎｄ＝λ。　　　　　　　　　　　　・・・（２）と
すると、平行偏光子Ｐで挟んだすべての複屈折板Ｂ＋　
、Ｂｚ　、　・・・の透過スペクトルのピークは、次の
波長で重なることになる。

λ＝ω、λ０．λ。／２．λ。／３　・・・（３）第４
図（ａ）　〜（ｃ）はそれぞれｋを１，２及び３とした
場合の透過率を、λ／λ。で表したものである。

二のように、透過スペクトルの幅は、ｋの増加と共に減
少する。

（発明が解決しようとする課Ｂ）しかしながら、上記したバンドパスフィルタにおいては
、複屈折板（−軸性結晶）を用いるため、透過スペクト
ルは特定の波長に固定されてしまい、任意に変化させる
ことができない。また、一般に複屈折板の屈折率異方性
Δｎが正の波長分散を有するために、可視６１誠に隣接
する透過バンドが含まれてしまい、バンドパスフィルタ
としての機能が損なわれてしまうといった問題があった
。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、液晶への印加電
圧を適当に設定することにより、波長を可変にすること
ができる波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ
を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、隣接する透過帯域を遮断し
、可視領域に２つの透過帯域が含まれることのない波長
可変型バンドパスフィルタを提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、波長可変型オプ
ティカル・バンドパスフィルタにおいて、偏光子と、該
偏光子間に挟まれる液晶と、該液晶に印加される電圧源
とを設けるようにしたものである。

また、平行偏光子で挟んだ液晶と偏光子がクロスして配
置されるクロスニコルで挟んだ液晶を重ねて配置するよ
うにしたものである。

例えば、第１図に示すように、偏光子がクロスして配置
されるクロスニコルで挟んだ液晶を入力側に１枚配置し
、平行偏光子で挟んだ液晶を出力側に重ねて配置する。

また、第６図に示すように、平行偏光子で挟んだ液晶を
入力側に２枚配置し、偏光子がクロスして配置されるク
ロスニコルで挟んだ液晶を出力側に１枚配置するように
したものである。

（作用）本発明によれば、上記のように構成したので、フィルタ
の透過スペクトルが急峻な、狭帯域特性を得ることがで
きる。また、液晶への印加電圧を適当に設定することに
より、容易に透過スペクトルの波長を変化させることが
できる。

また、隣接する透過帯域は完全に遮断され、可視領域に
２つの透過帯域が含まれることはなくなる。

更に、表示に用いる場合には、任意の色相の、しかも高
い色純度を得ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す波長可変型オプティカル
・バンドパスフィルタの構成図である。

この図に示すように、前記したリオ・フィルタの複屈折
板に代えて液晶ＬＣ，，ＬＣ，，ＬＣ。

を用い、ＥＣＢ　（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎ
ｔｒｏｌｌｅｄＢ　ｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型液晶
セルで置き換えると、実効的なΔｎの値は印加電圧によ
って変化させることができる。従って、積層したＥＣＢ
セルのΔｎの値を上記（２）式の条件を満足させるよう
に変化させる。即ち、（Δｎｄ）、＝２”　　−λｏ　　（ｊ−１，２，３−
）を満足させながら変化させると、ピーク波長λ。

を任意に選択することができる。

ここで、（Δｎｄ）Ｊは、ｊ番目のＥＣＢセル（第１図
参照）のΔｎｄの値である。これを液晶リオ・フィルタ
と呼ぶことにする。液晶としては、株式会社チッソ製の
Ｌ　Ｉ　Ｘ０Ｎ−ＣＲ４１を用いるものとして、いくつ
かの代表的なピーク波長λ。

の値に対する可視領域の範囲（４００〜７００ｎｍ）を
第４図の上部に実線示している。ただし、液晶のΔｎの
値は波長５５０ｎｍの値を用い、４００〜７００　ｎｓ
＋の範囲でこの値は波長によって変化しない（波長分散
をもたない）ものとした。これより、セルの枚数を３枚
以上にすると、可視領域において特性のよいバンドパス
フィルタを得ることができる。

しかし、−ｇに液晶のΔｎの波長分散は無視できない程
大きく、例えば今回用いた前記ＬＩＸＯＮ−ＧＲ４１は
第５図に示すような典型的な波長特性を持っている。こ
の場合には、ΔｎをΔｎ（λ）と置き、第４図の横軸は
λ／λ。を、Δｎ（λ）・λ。／Δｎ（λ。）・λで書
き換えて考える必要がある。ＬＩＸＯＮ−ＣＲ４１につ
いて、第４図の上部に実線で示した可視領域を、Δｎの
波長特性を考慮して補正すると、可視領域は点線の部分
も含むことになる。

ここで、Δｎ（λ）は測定結果（第５図参照）に基づき
Ｃａｕｃｈｙの分散式を用いて次のように計算している
。

Δｎ　（λ）　＝０．１９２　＋２９２４／λ２＋２．
２３７　ｘｌＯ”　／λ４補正した可視領域を見てわかるように、λ。を６４５ｎ
ｍなどの長波長に設定すると、可視領域において、隣接
する透過域が一部含まれてしまい、バンドパスフィルタ
としての正常な機能を果たせなくなる。

この問題を解決するために、クロスニコルで挟んだＥＣ
Ｂセルを、第１図に示すように、液晶リオ・フィルタに
付加する。これを修正型液晶リオ・フィルタと呼ぶこと
にする。

このタイプの修正型液晶リオ・フィルタの透過率は、Ｔ＝ｓｉｎ”　〔π（Δｎｄ）ｃ／λ）・ｎｃｏｓ”　
（２真−１πΔｎｄ／λ）　　　・（４）で表される。

ここで、（Δｎｄ）ｃはクロスニコルで挟んだＥＣＢセ
ルのΔｎｄを意味し、（Δｎｄ）ｅ　−（ｍ＋　１／２
）　λ、　　　−（５）となるように設定する。この場
合は、すべてのＥＣＢセルの透過スペクトルのピークは
、λ＝λ。、λ。／３．λ。１５．・・・　・・・（６
）で重なることになる。第２図（ａ）　、　（ｂ）の実
線は、それぞれｍ＝１．２とした場合（平行偏光子で挟
んだ液晶の数には２とした）の修正型液晶リオ・フィル
タの透過特性の計算値を示したものである。

この場合は、λ。をどのような値に設定しても、可視領
域の範囲に隣接する透過域が含まれることはない。

このように構成した修正型液晶リオ・フィルタの光学特
性を測定した。第２図（ａ）　、　（ｂ）にそれぞれλ
。を４７ｏｎ−及び５１８ｎ■とじた場合の測定結果を
一点鎖線で示している。

この図から明らかなように、はぼ設計通りの結果が得ら
れており、また、その表示色を色度図においておいて評
価した結果、高い色純度が得られることが確認された。

第６図は本発明の他の実施例を示す波長可変型オフティ
カル・バンドパスフィルタの構成図である。

ここでは、第６図に示すように、クロスニコルで挟んだ
ＥＣＢセル（Ｐ、ＬＣｓ　、Ｐ）を、２組（ｋ＝２）の
平行偏光子で挟んだ液晶（Ｐ、ＬＣ，、Ｐ、ＬＣｌ　）
に付加した。つまり、出力側にクロスニコルで挟んだＥ
ＣＢセル１枚を配置した。

第７図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）はそれぞれｍ＝
０．　１２（すべてに＝２）とした場合の修正型液晶リ
オ・フィルタの透過特性を示している。

この場合も、λ。をどのような値に設定しても、可視領
域の範囲に隣接する透過域が含まれることはない。

このように、平行偏光子で挟んだＥＣＢセル２枚とクロ
スニコルで挟んだもの１枚で特性が良好な狭帯域バンド
パスフィルタを得ることができる。

また、図示しないが、上記の他に、以下のような実施態
様を挙げることができる。

（１）平行偏光子で挟んだ液晶と偏光子がクロスして配
置されるクロスニコルで挟んだ液晶を重ねて配置するこ
とをもって足りる。即ち、平行偏光子で挟んだ液晶を１
枚或いは複数枚配置し、偏光子がクロスして配置される
クロスニコルで挟んだ液晶を少なくとも１枚配置するよ
うに構成することができる。

（２）偏光子がクロスして配置されるクロスニコルで挟
んだ液晶を入力側に１枚配置し、平行偏光子で挟んだ液
晶を１枚或いは複数枚出力側に重ねて配置するように構
成することができる。

（３）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側に配置し、偏光
子がクロスして配置されるクロスニコルで挟んだ液晶を
出力側に１枚或いは複数枚配置するように構成すること
ができる。

（４）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側及び出力側に配
置し、偏光子がクロスして配置されるクロスニコルで挟
んだ液晶を中間に１枚配置するように構成することがで
きる。

（５）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側及び出力側にそ
れぞれ１枚配置し、偏光子がクロスして配置されるクロ
スニコルで挟んだ液晶を中間に１枚配置するように構成
することができる。

なお、本発明は、高い色純度を有するセグメントタイプ
のマルチカラーデイスプレィとして用いて好適である。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以下、詳細に説明したように、本発明によれば、次のよ
うな効果を奏することができる。

（１）フィルタの透過スペクトルが急峻な、狭帯域特性
を得ることができる。

（２）ＥＣＢ型液晶セルへの印加電圧を適当に設定する
ことにより、透過スペクトルの波長を可変にすることが
できる。

（３）隣接する透過帯域は完全に遮断され、可視領域に
２つの透過帯域が含まれることがない。

（４）表示に用いる時には、任意の色相の、しかも高い
色純度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す波長可変型オプティカル
・バンドパスフィルタの構成図、第２図はそのオプティ
カル・バンドパスフィルタの透過特性を示す図、第３図
は従来のオプティカル・バンドパスフィルタの構成図、
第４図は液晶を用いたオプティカル・バンドパスフィル
タの透過特性を示す図、第５図はＬ　Ｉ　Ｘ０Ｎ−ＧＲ
４１の波長分散を示す図、第６図は本発明の他の実施例
を示す波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタの
構成図、第７図は本発明の他の実施例を示す波長可変型
オプティカル・バンドパスフィルタの透過特性を示す図
を示す図である。Ｐ・・・偏光子、ＬＣ。ＬＣ。ＬＣ。・・・液晶。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタに
おいて、（ａ）偏光子と、（ｂ）該偏光子間に挟まれる液晶と、（ｃ）該液晶に印加される電圧源とを具備する波長可変
型オプティカル・バンドパスフィルタ。
（２）前記電圧源の調整によって透過スペクトルの波長
を任意に制御してなる請求項１記載の波長可変型オプテ
ィカル・バンドパスフィルタ。
（３）平行偏光子で挟んだ液晶と偏光子がクロスして配
置されるクロスニコルで挟んだ液晶を重ねて配置してな
る請求項１記載の波長可変型オプティカル・バンドパス
フィルタ。
（４）前記偏光子がクロスして配置されるクロスニコル
で挟んだ液晶を入力側に１枚配置し、平行偏光子で挟ん
だ液晶を出力側に重ねて配置してなる請求項１記載の波
長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ。
（５）前記偏光子がクロスして配置されるクロスニコル
で挟んだ液晶を入力側に１枚配置し、平行偏光子で挟ん
だ液晶を出力側に２枚重ねて配置してなる請求項１記載
の波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ。
（６）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側に配置し、偏光
子がクロスして配置されるクロスニコルで挟んだ液晶を
出力側に１枚配置してなる請求項１記載の波長可変型オ
プティカル・バンドパスフィルタ。
（７）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側に２枚配置し、
偏光子がクロスして配置されるクロスニコルで挟んだ液
晶を出力側に１枚配置してなる請求項１記載の波長可変
型オプティカル・バンドパスフィルタ。
（８）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側及び出力側に配
置し、偏光子がクロスして配置されるクロスニコルで挟
んだ液晶を中間に１枚配置してなる請求項１記載の波長
可変型オプティカル・バンドパスフィルタ。
（９）平行偏光子で挟んだ液晶を入力側及び出力側にそ
れぞれ１枚配置し、偏光子がクロスして配置されるクロ
スニコルで挟んだ液晶を中間に１枚配置してなる請求項
１記載の波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタ
。