JPH046502A - 可変色フィルタ装置 - Google Patents

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〕 この発明は、照明、光学機器などに用いられる可変色フ
ィルタ装置（または、光学フィルタ機構）に関する。

〔従来の技術〕

照明などの用途において、光に着色するためにカラーフ
ィルタが多用されている。また、各種の光学機器におい
ても、限定された波長域の光を取り出すために、フィル
タが使用されている。

もし、１枚の基材上に、いくつかの色のフィルタをスト
ライプ状や扇状に作製することが簡単にできれば、フィ
ルタを可動式にして、使用位置を変えるだけで簡単に可
変色フィルタ装置（機構）ができる、第６図は、そのよ
うな可変色フィルタ装置の１例を模式的に表す。この可
変色フィルタ装置９は、１枚の基材９０上に複数の色の
フィルタ９１，９２，９３．９４，９５．９６および９
７が１列に形成されてなっており、光源３からの光に対
して横（図中、たとえば、矢印Ａ、Ｂ方向）にずらせば
、波長域の異なる透過光４が得られる。

塗装などでガラスに着色するならば、このような多色フ
ィルタ群は簡単に作製でき、吸収型の色ガラスを継ぎ合
わせても同じである。しかし、このような吸収型の着色
材料を用いると、透過すべき波長域にも吸収が残るため
、低効率になる。

光学多層薄膜を使用すると、その選択反射効果によって
、波長選択を行う已とになるが、透過域にほとんど吸収
がないので、効率のよいフィルタができる。しかし、一
般に、光学多層薄膜（または光学多層膜）によってカラ
ーフィルタを形成するときには、色の種類に応じて、そ
の膜構成を全く変えなければならないことが多く、多色
フィルタを一挙に１枚の基材上に形成することにかなり
の困難が伴う。

光学多層膜によるショートパスフィルタとロングパスフ
ィルタを同一基材上に重ねて形成し、なおかつ、両者の
透過域が多少重複するようにすると、吸収による損失の
ほとんどない、一定の波長域のみを透過する効率のよい
フィルタを作製することができるのは、すでに公知であ
る。第７図にその１例の分光特性を示す。第７図の横軸
は波長、縦軸は透過率、１はショートパスフィルタ、２
はロングパスフィルタである。このように作製されたフ
ィルタにより、その透過域に応じた特有の透過光色を得
ることができる。もし、このようなショートパスフィル
タとロングパスフィルタの組み合わせを、その透過波長
域、つまり、透過光色をいろいろ変えて１枚の基材上に
ならべて形成することができれば、前記のような可変色
フィルタ装置を簡単に得ることができる。

真空蒸着などで膜を形成するときに、マスクなどをかけ
て１枚の基材上に段階的または連続的に膜厚差をつける
ことは比較的簡単である。このようにすると、１枚の基
材上に段階的または連続的に透過波長域の異なるフィル
タ群を作製することができる。第８図にみるように、こ
のような特性のショートパスフィルタ群５０１とロング
パスフィルタ群５０２を１枚の基材５０３上にその部分
５１．５２，５３．５４，５５．５６および５７ごとの
透過波長域が重複するように重ねて形成すると、第９図
にみるように、部分５１．５２．５３．５４，５５．５
６および５７ごとに透過波長域が連続的または段階的に
異なるフィルタ群を形成することができる。そして、そ
の使用位置（部分）を調整するだけで、段階的もしくは
連続的な可変色装置が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この装置では、ショートパスフィルタとロング
パスフィルタの組み合わせが固定しているため、実現で
きる透過光の色の種類に限りがある。

そこで、この発明は、透過波長域とその幅を独立に制御
することができる可変色フィルタ装置を提供することを
課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、請求項１から３までの各発
明にかかる可変色フィルタ装置は、ショートパスフィル
タとロングパスフィルタの重ね台わせにより、全体の分
光透過特性を得る可変色フィルタ装置において、連続的
または段階的に透過波長域を変えたショートパスフィル
タ群と、連続的または段階的に透過波長域を変えたロン
グパスフィルタ群とを別々に備え、ショートパスフィル
タ群とロングパスフィルタ群との重ね合わせ方を変える
ことにより、前記両フィルタ群の分光透過特性の組み合
わせを変えるようになっていることを特徴とする 請求項２の発明にかかる可変色フィルタ装置は、前記シ
ョートパスフィルタ群およびロングパスフィルタ群のう
ちの少なくとも一方が、１枚の基材上に連続的または段
階的に透過波長域を変えて形成されたものである。

請求項３の発明にかかる可変色フィルタ装置は、前記シ
ョートパスフィルタ群およびロングパスフィルタ群のう
ちの少な（とも一方が、透過波長域の異なる複数の個別
のフィルタを、透過波長域が段階的に変わるようにホル
ダーに並べたものである。

〔作　　　用〕

この発明によれば、透過波長が連続的または段階的に異
なる、ショートパスフィルタ群とロングパスフィルタ群
を同一の基材上に形成するのではなく、別々（たとえば
、別個の基材上）に形成する。このようなフィルタ群を
２枚とも可動式にすると、両者の位置関係を調節するこ
とによって、上記ショートパスフィルタ群とロングパス
フィルタ群との重ね合わせ方を変えることができ、自由
にショートパスフィルタとロングパスフィルタの特性の
組み合わせを選択することができる。これにより、透過
帯域とその幅を独立に制御することができ、可視光域全
般にわたる色彩調節が可能になる。

〔実　施　例〕

以下に、この発明を、その実施例を表す図面を参照しな
がら、詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる可変色フィルタ装置の１実
施例を表す。この可変色フィルタ装置は、段階的に透過
波長域を変えたショートパスフィルタ群ｌと、段階的に
透過波長域を変えたロングパスフィルタ群２とを別々に
備えている。ショートパスフィルタ群１とロングパスフ
ィルタ群２とのうちの一方または両方を光源３からの光
に対して横（図中、たとえば、矢印Ａ、Ｂ方向）にずら
せば、これら両フィルタ群１および２の重ね合わせ方が
変わり、前記両フィルタ群１および２の分光透過特性の
組み合わせが変わるようになっている。これにより、波
長域の異なる透過光４が得られる。

ショートパスフィルタ群１は、たとえば、１枚の細長い
長方形の基材１０１を長辺方向に等間隔（等間隔である
必要はない）に区分し、各区域に真空蒸着法によって光
学多層薄膜を形成するときにマスクで段階的に膜厚分布
をつけることにより、長辺方向に沿って段階的に透過波
長域が変わるようにして得られる。また、ショートパス
フィルタ群１としては、段階的に透過波長域を変えた複
数の個別のフィルタを組み合わせたフィルタ群を用いる
こともできる。このようなフィルタ群は、たとえば、透
過波長域の異なる複数のフィルタを、透過波長域が段階
的に変わるように横１列または円周上に並べて保持でき
るホルダに装着して作られる。このようなフィルタ群は
、全体的に交換することもできるだけではなく、また、
フィルタ群全体ではなくその中の１以上のフィルタを適
宜他のフィルタと入れ替えることもできる。ロングパス
フィルタ群２もショートパスフィルタ群と同様にして得
られる。１０２は基材である。各フィルタ群のフィルタ
の数は、２以上であれば特に限定はない。

基材としては、たとえば、石英ガラスなどが使用される
が°、これに限定するものではない。

第１図に示す実施例で用いられているショートパスフィ
ルタ群１は、たとえば、第２図（ａ）にみるような分光
透過特性を示す。これらの図にみるように、ショートパ
スフィルタ群１は、第１図において左端から右端にかけ
て１列に並んだ７つのショートパスフィルタ１１，１２
，１３，１４，１５．１６および１７を有しており、こ
の順番にカット波長が段階的に大きくなっている。

第１図に示す実施例で用いられているロングパスフィル
タ群２は、たとえば、第２図（ｂ）にみるような分光透
過特性を示す。これらの図にみるように、ロングパスフ
ィルタ群２は、第１図において左端から右端にかけて１
列に並んだ７つのロングパスフィルタ２１，２２，２３
，２４，２５．２６および２７を有しており、この順番
にカット波長が段階的に大きくなっている。

これらのショートパスフィルタ群１とロングパスフィル
タ群２とを重ね合わせるのであるが、両フィルタ群１お
よび２のうちの少なくとも一方を矢印Ａ、Ｂ方向に適宜
スライドさせることにより、ショートパスフィルタ群と
ロングパスフィルタ群の重ね合わせ方を変えることがで
きる。たとえば、ショートパスフィルタ１６およびロン
グパスフィルタ２４とが重なり合っているのを、ロング
パスフィルタ群２を動かし、ショートパスフィルタ１６
とロングパスフィルタ２５とが重なり合うようにするこ
とができる。

また、ショートパスフィルタ群およびロングパスフィル
タ群のうちの一方または両方を変えることによっても、
ショートパスフィルタ群とロングパスフィルタ群の重ね
合わせ方を変えることができる。たとえば、第１図に示
す装置において、ショートパスフィルタ群１の代わりに
、第３図（ａ）にみるような分光透過特性を示すショー
トパスフィルタ群７を用いたり、ロングパスフィルタ群
２の代わりに、第３図（ｂｌにみるような分光透過特性
を示すロングパスフィルタ群６を用いたりするのである
。第３図に示すフィルタ群は、第２図に示すものよりも
カット波長の間隔が狭く設定されている。ショートパス
フィルタ群７は、段階的に透過波長域が変化している複
数のショートパスフィルタ７１．７２．７３．７゛４．
７５．７６および７７が１枚の基材上に１列に並んで形
成されてなっている。ロングパスフィルタ群６は、段階
的に透過波長域が変化している複数のロングパスフィル
タ６１．６２．６３．６４．６５．６６および６７が１
枚の基材上に１列に並んで形成されてなっている。

第４図は、この発明にかかる可変色フィルタ装置の別の
１実施例を表す。この可変色フィルタ装置は、連続的に
透過波長域を変えたショートパスフィルタ群１０と、連
続的に透過波長域を変えたロングパスフィルタ群２０と
を別々に備えている。ショートパスフィルタ群１０とロ
ングパスフィルタ群２０とのうちの一方または両方を光
源３からの光に対して横（図中、たとえば、矢印Ａ、　
　Ｂ方向）にずらせば、これら両フィルタ群１０および
２０の重ね合わせ方が変わり、前記両フィルタ群１０お
よび２０の分光透過特性の組み合わせが変わるようにな
っている。これにより、波長域の異なる透過光４が得ら
れる。

ショートパスフィルタ群１０は、たとえば、１枚の細長
い長方形の基材１１０上に真空蒸着法によって光学多層
ａｌ膜を形成するときに、マスクで連続的に膜厚分布を
つけることにより、長辺方向に沿って連続的に透過波長
域が変わるようにして得られる。ロングパスフィルタ群
２０も同様にして得られる。１２０は基材である。

フィルタ群の一方または両方が、連続的に透過波長域を
変えて形成されたものである場合、分光特性が基材上で
連続的に変化しているので、広い面積にわたって光が透
過するような使用方法では、部分ごとに色ムラが発生す
る。したがって、フィルタの使用面積を最小にするため
、たとえば、第４図にみるように、光源３の反射鏡から
反射した光が焦点Ｐを結ぶような特性に設計された器具
において、焦点４位置が両フィルタ群１０および２０の
間（より好ましくは中間点）にくるように、また、両フ
ィルタ群の間隔ができるだけ小さくなるように両フィル
タ群１０および２０を設定するのが好ましい。

フィルタ群の一方または両方が、段階的に透過波長域を
変えて形成されたものである・場合も、光源から入射し
た光線が、指定のフィルタの中に納まってはみださない
ことが好ましい。たとえば、第５図（ｂｌにみるように
、光がフィルタ１２および２２からはみ出すと、隣のフ
ィルタの色に着色した迷光になる。この迷光は、照射光
の周辺に異なった色の部分を作ることになり、非常にま
ずい効果を示すことになる。

フィルタを最大限に活用するには、第５図（ａ）にみる
ように、光線が各フィルタ、たとえばフィルタ１２およ
び２２の寸法内にぎりぎりに納まるようにするのが好ま
しい。このようにするためには、２枚のフィルタ群１お
よび２の間隔を機械的に許される限り小さくし、焦点Ｐ
を２枚のフィルタ群の中間点に設定することが望ましい
ことになる。当然、これらの要素は、光源から放射され
る光線の焦点距離と、照射角に依存することになるが、
２枚のフィルタ群の間隔の限度寸法は小さければ小さい
程良いと一般に言える。

この発明は、上記図示したものに限定されない、たとえ
ば、ショートパスフィルタ群とロングパスフィルタ群と
はどちらが光源側に配置されてもよい。段階的に透過波
長域が変わるとは、カット波長が順次長く　（または短
く）なることのみを意味するものではなく、カット波長
域が不連続に変わるのであれば順次長くなったり短くな
ったりする必要はない。ショートパスフィルタ群とロン
グパスフィルタ群とは、これらのいずれか一方が、連続
的に透過波長域の変わるフィルタ群であり、他方が、段
階的に透過波長域の変わるフィルタ群であるような組み
合わせであってもよい。

以下に、この発明の具体的な実施例を示すが、この発明
は下記実施例に限定されない。実施例１および２は照明
用フィルタの例、実施例３および４はカメラ用フィルタ
の例、実施例５は分光器の例である。

実施例１− ショートパスフィルタ群の基材として６０鶴×３００ｆ
ｉの石英ガラスを用いた。その石英ガラス上に、長辺方
向に沿って特性が段階的に変化する複数のショートパス
フィルタを形成した。これらのショートパスフィルタは
、左端から右１ｆｉ（一端から他端。以下同様）に向か
って、透過率が５０％になる波長（以後、この波長をカ
ット波長と言う）が４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｒ
＋ｍ、　　６００ｎｍ、６５０ｎｍになるようにした。

以下、これらのショートパスフィルタを、それぞれ、フ
ィルタ５ＡＳＢ、ＳＣ，ＳＤおよびＳＥと言う。

ロングパスフィルタ群も同し寸法・材質の基材上に、カ
ット波長が左端から右端に向かって４５０ｎＩＩｌ、５
００ｎｍ、　５５０ｎＩ６．６００ｒ＋ｎ＋、６５０ｎ
ｍの各ロングパスフィルタが１列に並ぶようにして形成
した。以下、これらのロングパスフィルタを、それぞれ
、フィルタＬＡ、ＬＢ、ＬＣ，ＬＤおよびＬＥと言う。

ショートパスフィルタおよびロングパスフィルタはいず
れも真空蒸着法によって作製し、マスクによって膜厚分
布をつけ、特性の差の分布を得た。透過域の透過率が９
２％以上、反射域の透過率が５％以下になるようにし、
反射域と透過域の変化が幅３０ｎｍ以下の帯域幅に納ま
るような特性にした。

これら２枚のフィルタ群をショートパスフィルタひとつ
分だけ左にずらして重ね合わせると、得られる特性は、
左側から以下のようになる（丸かっこ内はショートパス
フィルタとロングパスフィルタの組み合わせである。以
下同様）。このとき４５０ｎｍショートパスフィルタＳ
Ａと６５０ｎｍロングパスフィルタＬＥははみ出す。

になる。このとき、４５０ｎｍ、　　５００ｎｒｒｌシ
ヨートパスフイルタＳＡ、ＳＢと、６００，６５０ｎｒ
ｒｌロングパスフイルタＬＤ、ＬＥは、はみ出す。

次にショートパスフィルタ群をさらにひとつ左にずらす
と、得られる特性は左から、以下のようこれらのショー
トバスフィルタ群とロングパスフィルタ群をスライド式
のホルダーに装着して、７５Ｗスポツト照明器具の前面
に装着した。フィルタの組み合わせと、使用部位を適当
に変えることにより、はぼ可視光域全域の色彩を得るこ
とができた。

その結果、以下の波長域を使用することによって、主要
な７色の透過光色を得ることができた。

一実施例２− 両フィルタ群の基材として、それぞれ、６０日Ｘ３００
ｍ以上の石英ガラスを用いた。

基材上にその長辺方向に沿って特性が連続的に変化する
ショートパスフィルタ群を形成した。フィルタ群は左端
から右端に向かって、カット波長が４５０ｎｍから６５
ｏｎ−まで連続的に変化するようにした。

ロングパスフィルタ群も基材上に、カット波長が左端か
ら右端に向かって４５０ｎｍから６５０ｎｍに連続的に
変化するように形成した。

フィルタ群はどちらも、真空蒸着によって作製し、マス
クにより、膜厚を制御して特性の差をつけた。透過域の
透過率が９２％以上、反射域の透過率が５％以下になる
ようにし、反射域と透過域の変化が幅３０ｎｍ以下の帯
域幅に納まるような特性にした。

この２枚のフィルタ群の作用は、実施例１に示した特性
に類似しているが、特性が連続的に分布しているので、
連続的に設定方法と使用位置を変化させて使用すること
ができ、透過光の色彩も連続的に変化する。

これらのフィルタ群をスライド式のホルダーに装着して
、７５Ｗスポツト照明器具の前面に装着した。フィルタ
の組み合わせと、使用部位を適当に変えることにより、
はぼ可視光域全域の色彩を得ることができた。その結果
、実施例１と同様の設定方法で７色の透過光色を得るこ
とができた。

この実施例では、上述のように、光源からの光の焦点が
、ショートパスフィルタ群とロングパスフィルタ群との
間に位置するように装置を設定するのが好ましい。

一実施例３− ショートパスフィルタ群およびロングパスフィルタ群を
それぞれ１枚の基材に同工程で形成するのではなく、別
工程で作製した複数のフィルタを組み合わせて実施例１
と同じ特性のフィルタ群を作製した。このために個別の
複数のフィルタを装着する連続式のホルダを使用した。

装置全体をねじ込み式によりカメラのレンズに装着でき
るようにした。この方式でも実施例１と同じ着色効果が
得られるが、フィルタを個別に適当に交換できるので、
波長範囲の設定の自由度が増大する。また、フィルタの
順序を必ずしも、１方向に特性が変化するような向きに
並べる必要はなく、その場の要求に合わせて適当な数の
フィルタを適当な順序に装着すればよい。

一実施例４一 実施例２で使用した連続的に変化する特性のフィルタを
用い、可動式ホルダ全体をねじ込み式によりカメラのレ
ンズに装着できるようにした。この方式でも実施例２と
類似の着色効果が得られた。映像上にフィルタの分布に
応じた色の差が発生するので通常の使用には不適当であ
るが、特殊撮影用には有用な効果となる。スチルカメラ
にも使用できるが、連続的に色調を変えることができる
ので、特にビデオカメラなど動画撮影に使用すると特徴
ある効果を得ることができる。

一実施例５− ショートパスフィルタ群の基材は２０ｗＸ２２０１の石
英ガラスを用いた。その長辺方向の両端に１０＋＋ｎの
余白を残し、中央の２００ｆｉの部分に、特性が連続的
に変化するショートパスフィルタ群を形成した。フィル
タは、左端から右端に向かって、カント波長が４００ｎ
ｓ＋から８００ｎｍまで変化するようにした。ここで、
長辺方向のカット波長の変化率は、２ｎｓ／ｍとなるの
で、基材ガラスの縁に５酊ごとにＬｏｎｅ単位で目盛り
を打った。

ロングパスフィルタ群も同じ寸法・材質の基材上に、カ
ット波長が左端から右端に向かって４００ｎｎから８０
０ｎｍまで連続的に変化するようにした。同じように目
盛りを付けた。

フィルタはどちらも、透過域の透過率が９２％以上、反
射域の透過率が２％以下になるようにし、反射域と透過
域の変化が幅３０ｎｍ以下の帯域幅に納まるような特性
にした。

この２枚のフィルタ群を、そのまま重ね合わせると、右
端から左端に透過波長域が４００ｎｓから８００ｎｍま
で連続的に変化する特性が得られ、その各部分の各透過
波長光に対する透過率は、はぼ２５％前後であった。こ
れは、両方のフィルタのカット波長が重なるからであり
、フィルタをずらし、重ね方を変えると透過域の幅を変
えることができる。

各部分において、ショートパスフィルタのカット波長が
ロングパスフィルタのそれより４０ｎｍ長くなるような
位置にフィルタ群をずらすと、右端から左端に、４００
から８００ｎｍ透過波長が連続的に変化し、なおかつ、
その各部分における、透過の帯域幅は約１０ｎｍ、透過
率はほぼ９０％であった。

これにより、入射光を分光するのと同等の効果を得るこ
とができた。通常のプリズムやグレーティティングなど
の分光方法では、分光は放射状に得られるが、この方式
では、平行光線として得ることができる。また、部分ご
との分光の幅は、２枚のフィルタのずらせ方によって変
えることができる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる可変色フィルタ装置は、以上にのべた
ようなものであるので、透過帯域とその幅を独立に制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる可変色フィルタ装置の１実
施例の模式斜視図、第２図（ａｌおよび第３図（ａ）は
それぞれショートパスフィルタ群の分光特性を表すグラ
フ、第２図（ｂｌおよび第３図（ｂ）はそれぞれロング
パスフィルタ群の分光特性を表すグラフ、第４図は、こ
の発明にかかる可変色フィルタ装置の別の１実施例の模
式斜視図、第５図は、焦点とフィルタ群との位置関係を
表す模式断面図、第６図は、従来のカラーフィルタの１
例を表す模式斜視図、第７図はロングパスフィルタおよ
びショートパスフィルタの分光特性を表すグラフ、第８
図は従来のロングパスおよびショートパスフィルタを表
し、同図（ａｌは模式斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）
中、−点鎖線で描かれた内部分の拡大断面図、第９図は
、その分光特性を表すグラフである。 １．７．１０・・・ショートパスフィルタ群　２゜６．
２０・・・ロングパスフィルタ群 第６図 第７因 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 λ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ショートパスフィルタとロングパスフィルタの重ね
   合わせにより、全体の分光透過特性を得る可変色フィル
   タ装置において、連続的または段階的に透過波長域を変
   えたショートパスフィルタ群と、連続的または段階的に
   透過波長域を変えたロングパスフィルタ群とを別々に備
   え、ショートパスフィルタ群とロングパスフィルタ群と
   の重ね合わせ方を変えることにより、前記両フィルタ群
   の分光透過特性の組み合わせを変えるようになっている
   ことを特徴とする可変色フィルタ装置。 ２　ショートパスフィルタ群およびロングパスフィルタ
   群のうちの少なくとも一方が、１枚の基材上に連続的ま
   たは段階的に透過波長域を変えて形成されたものである
   請求項１記載の可変色フィルタ装置。 ３　ショートパスフィルタ群およびロングパスフィルタ
   群のうちの少なくとも一方が、透過波長域の異なる複数
   の個別のフィルタを、透過波長域が段階的に変わるよう
   にホルダーに並べたものである請求項１記載の可変色フ
   ィルタ装置。