光学元件的制作方法

本发明涉及控制对象光透过条件的光学元件。

背景技术：

以将来自散射光源的散射光等扩散光作为控制对象的光并从对象光选择性地取出特定的波长区域、特定的入射角度的光成分等的形式，作为控制对象光透过条件的光学元件例如是使用利用了电介质多层膜的干涉滤光片即带通滤光片(例如参照专利文献1、2)

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开平10-300915号公报

专利文献2：日本专利申请公开2009-290414号公报

技术实现要素：

由光学元件选择性地从扩散光取出特定的波长区域、特定的入射角度的光成分是困难的。例如，在使用以上所述的带通滤光片来从对象光即扩散光取出特定的波长区域的光成分的情况下，扩散光包含各种各样的角度成分的性质将成为问题。这个原因就在于对于构成带通滤光片的电介质多层膜来说，角度依存性存在于光透过的波长特性，且通频带(transmission band)或者反射带的波长区域由光的入射角而发生变化。因此，在相对于扩散光使用带通滤光片的情况下，例如将准直器(collimator)设置于滤光片的前段等情况、光学系统的结构会发生复杂化。

作为从扩散光取出特定的波长区域、入射角度的光成分的用途，具体地来说是考虑半导体激光(LD)的滤波、激光雷达系统、激光测距系统等。在如此情况下，就现有手法而言是使用组合了多个透镜和光学部件的光元件，但是近年来伴随于其用途扩展到对汽车等的搭载、对小型综合激光器的应用等各种各样用途而要求有一种耐环境性以及耐振动性等可靠性高并且以简单的结构(构成)形成的低廉的光学元件。

本发明就是为了解决以上所述的技术问题而做出的不懈努力之结果，其目的在于提供一种耐环境性等可靠性高并且能够以简单结构控制对象光透过条件的光学元件。

解决技术问题的手段

为了达到上述目的，本发明所涉及的光学元件的特征在于具备：光学块(optical block)，透过条件控制的对象光沿着光透过轴的方向透过；由干涉滤光片构成的第1波长选择滤光片，在光学块的内部被设置于以法线相对于光透过轴成角度α的形式设定的第1滤光面；由干涉滤光片构成的第2波长选择滤光片，相对于第1波长选择滤光片位于光透过轴的后方侧，被设置于在光学块的内部以法线相对于光透过轴成角度α并且相对于第1滤光面非平行且倾斜方向以逆方向成角度2α的形式进行设定的第2滤光面；光学块从光透过轴的前方侧按顺序组合入射侧块(block)、第1滤光块、第2滤光块、以及出射侧块的4个块来构成，这4个块分别是以具有互相相对的第1面以及第2面而第2面的法线相对于光透过轴成角度α的形式由相同材料形成的相同形状的块，入射侧块的第1面成为光入射面，入射侧块的第2面与第1滤光块的第2面相连接，第1滤光块的第1面与第2滤光块的第1面相连接，第2滤光块的第2面与出射侧块的第2面相连接，出射侧块的第1面成为光出射面，第1波长选择滤光片被形成于第1滤光块的第2面上或者入射侧块的第2面上，第2波长选择滤光片被形成于第2滤光块的第2面上或者出射侧块的第2面上。

就以上所述的光学元件而言是用由使规定波长的对象光透过的材料构成的光学块、被一体设置于光学块内部的2个波长选择用的干涉滤光片即第1波长选择滤光片以及第2波长选择滤光片来构成将在光学块上的规定轴设定为光透过轴(光轴)的光学元件。另外，关于第1以及第2波长选择滤光片的相对于光学块的配置结构是在法线相对于光透过轴成角度α的第1滤光面上配置第1波长选择滤光片，另外，在法线相对于光透过轴成角度α而相对于第1滤光面非平行且倾斜方向以逆方向成角度2α的第2滤光面上配置第2波长选择滤光片。

就这样通过以在光学块内部互相成角度2α的形式配置并固定第1以及第2波长选择滤光片，从而就能够实现耐环境性等可靠性高并且稳定地控制对象光的透过条件为可能的光学元件。另外，因为通过组合使用在被非平形地配置的第1以及第2波长选择滤光片各自上的光透过的波长特性从而在改变对象光的入射角度的时候的在第1以及第2波长选择滤光片上的光透过特性的角度依存性的不同，所以例如能够适宜实现使在对象光当中特定的波长区域、入射角度的光成分选择性地透过等的对象光的透过条件的控制。

另外，就上述结构的光学元件而言，关于第1以及第2波长选择滤光片被一体设置的光学块具体地来说由相同材料、以相同形状被形成的入射侧块、第1滤光块、第2滤光块以及出射侧块的4个块构成了光学块。另外，在如此结构的光学块上，将入射侧块的第1面设定为光入射面，将入射侧块的第2面连接于第1滤光块的第2面，将第1滤光块的第1面连接于第2滤光块的第1面，将第2滤光块的第2面连接于出射侧块的第2面，将出射侧块的第1面设定为光出射面。

再有，在如此结构中，将第1滤光块的第2面以及输入侧块的第2面的连接面作为被设定于光学块内部的第1滤光面，而设置第1波长选择滤光片，另外，将第2滤光块的第2面以及出射侧块的第2面的连接面作为被设定于光学块内部的第2滤光面，而设置第2波长选择滤光片。就这样将相同材料、相同形状的4个块作为构成部件，通过构成支撑第1以及第2波长选择滤光片的光学块从而能够以简单的结构实现量产性高且价廉的光学元件。

发明效果

根据本发明的光学元件，由对象光透过的光学块、被一体设置于光学块内部的第1以及第2波长选择滤光片构成光学元件，在法线相对于光透过轴成角度α的第1滤光面上配置第1波长选择滤光片，另外，在以法线相对于光透过轴成角度α并且相对于第1滤光面非平行且倾斜方向以逆方向成角度2α的第2滤光面上配置第2波长选择滤光片，通过组合以相同材料和相同形状被形成的入射侧块、第1滤光块、第2滤光块以及出射侧块并构成光学块从而耐环境性等可靠性提高另外以简单的结构控制对象光的透过条件成为可能。

附图说明

图1是表示光学元件的一个实施方式结构的侧面图。

图2是分解表示构成被用于图1所表示的光学元件的光学块的4个块的侧面图。

图3是表示图1所表示的光学元件结构的立体图。

图4是表示将图1所表示的光学元件作为光学快门来进行使用的情况下的关于快门动作的示意图。

图5是表示使用了块(block)驱动装置的光学元件结构的示意图。

图6是表示使用了光学系统驱动装置的光学元件结构的示意图。

图7是表示光学元件所涉及的光透过波长特性的图表。

图8是表示单一的波长选择滤光片所涉及的光透过波长特性的图表。

图9是表示第1以及第2波长选择滤光片、以及包含这些滤光片的光学元件的光透过波长特性的图表。

图10是表示波长选择滤光片的光透过波长特性的图表。

图11是表示波长选择滤光片的光透过波长特性的图表。

图12(a)以及(b)是表示光学元件的制造方法的一个例子的示意图。

图13(a)以及(b)是表示光学元件的制造方法的一个例子的示意图。

图14是表示波长选择滤光片结构的一个例子的示意图。

图15是表示反射防止膜结构的一个例子的示意图。

图16(a)以及(b)是表示光学元件的制造方法的另一个例子的示意图。

图17(a)以及(b)是表示光学元件的制造方法的另一个例子的示意图。

图18(a)以及(b)是表示光学元件的制造方法的另一个例子的示意图。

图19(a)～(d)是表示光学元件的缝隙(aperture)的使用方式例子的示意图。

具体实施方式

以下是与附图一起就本发明所涉及的光学元件的实施方式进行详细说明。还有，在附图的说明过程中将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。另外，图面的尺寸比率与说明对象物并不一定相一致。

图1是表示本发明所涉及的光学元件的一个实施方式结构的侧面图。图2是分解表示构成被用于图1所表示的光学元件的光学块的4个块的侧面图。另外，图3是表示图1所表示的光学元件结构(立体结构)的立体图。还有，在以下所述各图中为了便于说明而对应于必要表示xyz直角坐标系。

本实施方式所涉及的光学元件1A是一种将规定波长的光设定为透过条件控制的对象光并将规定轴作为光透过轴Ax来构成的光学元件，并且是通过具备光学块10、第1波长选择滤光片23、第2选择滤光片24来构成。光学块10是由使包含透过条件控制的对象光的波长的波长区域的光透过的材料构成，并且是以对象光沿着光透过轴Ax的方向透过的形式被构成。还有，在图1中光透过轴Ax的方向与z轴的正方向相一致。另外，被本光学元件1A控制的对象光的透过条件例如是透过光学块10的对象光的波长、入射角等。

第1波长选择滤光片23是由具有规定光透过波长特性(波长选择特性)的干涉滤光片构成，并被设置于被设定于光学块10内部的第1滤光面13。第1滤光面13是以其法线相对于光透过轴Ax成角度α的形式被设定。

第2波长选择滤光片24是由具有规定光透过波长特性的干涉滤光片构成，并相对于第1波长选择滤光片23位于光透过轴Ax的后方侧且被设置于被设定于光学块10内部的第2滤光面14。第2滤光面14是以随着其法线相对于光透过轴Ax成角度α并且相对于第1滤光面13非平行且倾斜方向以逆方向成角度2α的形式被设定。

在此，表示第1以及第2波长选择滤光片23,24被配置的第1以及第2滤光面13,14的相对于光透过轴Ax的倾斜角度的角度α是以滤光面13,14成为非平行的形式作为正角度(α＞0°)被设定。另外，第1以及第2滤光面13,14的倾斜方向如以上所述为逆方向(在图1的例子中为x轴的正方向、负方向)。第1以及第2波长选择滤光片23,24被配置的非平行的第1以及第2滤光面13,14被设定于并非透镜面或曲面的平面。

图2是就图1所表示的光学元件1A特别是就一体性地支撑被用于光学元件1A的第1以及第2波长选择滤光片23,24的光学块10表示其具体的一个构成例子。

光学块10上的前方侧的面即光入射面11是以相对于光透过轴Ax成为垂直的平面的形式被形成，在光入射面11上形成相对于规定波长对象光的反射防止膜21。另外，光学块10上的后方侧的面即光出射面12也同样是以相对于光透过轴Ax成为垂直的平面的形式被形成，在光出射面12上形成相对于规定波长对象光的反射防止膜22。此时，光学块10的光入射面11和光出射面12成为互相平行的面。还有，关于光入射面11和光出射面12上的反射防止膜21,22等反射控制膜，如果不需要则也可以做成不设置的结构。

本构成例子中的光学块10具体地来说正如图2在z轴方向上分解其结构来进行表示那样是从光透过轴Ax的前方侧(光入射面11侧)按顺序组合入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45的4个块来构成。这4个块30、35、40以及45分别是以互相相对并且非平行的第1面以及第2面的形式由相同材料形成的相同形状的块。

在这些块30、35、40以及45上，各个块的第1面是以其法线与光透过轴Ax相一致并且相对于光透过轴Ax成为垂直面的形式被形成。另外，各个块的第2面是以其法线相对于光透过轴Ax成角度α的形式被形成。此时，块的第2面相对于垂直于光透过轴Ax的平面成为以角度α在x轴方向上进行倾斜的平面。

入射侧块30的第1面31成为光入射面11，在第1面31上形成反射防止膜21。入射侧块30的第2面32与第1滤光块35的第2面37相连接，其连接面成为被设定于光学块10内部的第1滤光面13。在图2中，第1波长选择滤光片23被形成于第1滤光块35的第2面37上。另外，第1滤光块35的第1面36与第2滤光块40的第1面41相连接。

第2滤光块40的第2面42与出射侧块45的第2面47相连接，其连接面成为被设定于光学块10内部的第2滤光面14。在图2中，第2波长选择滤光片24被形成于第2滤光块40的第2面42上。出射侧块45的第1面46成为光出射面12，在第1面46上形成反射防止膜22。另外，在如此结构中，第1以及第2波长选择滤光片23,24例如是由具有相同波长特性(光透过波长特性)的带通滤光片来构成的。

还有，在上述构成(结构)中，关于第1以及第2波长选择滤光片的形成位置一般来说第1波长选择滤光片23如果是被形成于第1滤光块35的第2面37上或者入射侧块30的第2面32上的话即可。同样，第2波长选择滤光片24如果是被形成于第2滤光块40的第2面42上或者出射侧块45的第2面47上的话即可。

接着，就本实施方式所涉及的光学元件1A的效果作如下说明。

就图1～图3所表示的光学元件1A而言，是用由使规定波长λ的对象光透过的光学材料构成的光学块10、相对于光学块10被一体设置的2个波长选择用的干涉滤光片即第1波长选择滤光片23、第2波长选择滤光片24来构成光学元件1A。在该光学元件1A中，光学块10上的规定轴(例如光学块10的中心轴或者对称轴等)是作为光透过轴Ax被设定的。另外，关于相对于第1以及第2波长选择滤光片23,24的光学块10的配置结构，作为结构是将第1波长选择滤光片23配置于法线相对于光透过轴Ax成角度α的第1滤光面13，另外，将第2波长选择滤光片24配置于法线相对于光透过轴Ax成角度α并且非平行且倾斜方向相对于第1滤光面13以反方向成角度2α的第2滤光面14。

就这样通过以在光学块10内部互相成角度2α的形式配置第1以及第2波长选择滤光片23,24并将其固定于光学块10，从而实现耐环境性以及耐振动性等信赖性高且稳定控制对象光的透过条件成为可能的光学元件1A。另外，因为通过组合使用在被非平形地配置的第1以及第2波长选择滤光片23,24各自上的光透过的波长特性从而在改变对象光的入射角度的时候的在第1以及第2波长选择滤光片上的光透过特性的角度依存性的不同，所以例如能够适宜实现使在对象光当中特定的波长区域、入射角度的光成分选择性地透过等的对象光的透过条件的控制。

另外，就上述结构的光学元件1A而言，关于第1以及第2波长选择滤光片23,24被一体设置的光学块10具体地来说由相同材料、以相同形状被形成的入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45的4个块构成了光学块10。另外，在如此结构的光学块上，将入射侧块30的第1面31设定为光入射面，将入射侧块30的第2面32连接于第1滤光块35的第2面37，将第1滤光块35的第1面36连接于第2滤光块40的第1面41，将第2滤光块40的第2面42连接于出射侧块45的第2面47，将出射侧块45的第1面46设定为光出射面12。

再有，在如此结构中，将第1滤光块35的第2面37以及输入侧块30的第2面32的连接面作为被设定于光学块10内部的第1滤光面13，并设置第1波长选择滤光片(第1干涉滤光片)23。另外，将第2滤光块40的第2面42以及出射侧块45的第2面47的连接面作为被设定于光学块10内部的第2滤光面14，并设置第2波长选择滤光片(第2干涉滤光片)。就这样将相同材料、相同形状的4个块30、35、40以及45作为构成部件，通过构成一体支撑第1以及第2波长选择滤光片23,24的光学块10从而以简单的结构实现量产性高且价廉的光学元件1A成为可能。

在上述构成(结构)的光学元件1A中，入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45的第1面优选以相对于各个光透过轴Ax成为垂直的平面的形式被形成。在此情况下，对应于入射块30第1面31的光入射面11以及对应于出射块45第1面46的光出射面12无论哪一个都是相对于光透过轴Ax成为垂直的平面。在如此结构中，例如能够在光入射面11上不被折射并使对象光向光学块10内部入射。

另外，在上述构成(结构)的光学元件1A中其构成为由光学块10来对第1以及第2波长选择滤光片23,24实行一体化支撑。就如此结构而言，与分开来个别设置第1以及第2波长选择滤光片23,24的构成等相比较相对作为构造体的刚性变高，另外，变得第1以及第2波长选择滤光片23,24的相对位置不发生变化。由此，就光学元件1A而言其耐环境性以及耐振动性等长期可靠性会有所提高。另外，就如此结构而言通过在光学元件1A制作时由4个块来组合光学块10，从而固定波长选择滤光片23,24的非平行的配置。为此，在将光学元件1A配置于对象光的光路上的时候没有必要实行滤光片的对准等。

作为光学块10优选使用透过规定波长λ对象光的玻璃块。作为玻璃块的材料例如可以列举合成石英、熔融石英、BK7等光学玻璃材料、塑料等固体有机材料、蓝宝石、氟化钙、氟化镁等陶瓷材料等。一般来说关于光学块10的材料，以固体来一体保持波长选择滤光片23,24是可能的，只要相对于包含对象光波长λ的目的波长区域为透明的材料即可。

关于光学元件1A中的第1以及第2波长选择滤光片23,24，具体地来说例如在光学元件1A中第1波长选择滤光片23以及第2波长选择滤光片24能够使用是具有相同波长选择特性(光透过波长特性)的带通滤光片的结构。就这样通过将相同特性的带通滤光片作为第1以及第2波长选择滤光片23,24来使用，从而就能够适宜且容易地构成及制作光学元件1A。

另外，作为第1以及第2波长选择滤光片23,24也可以使用具有互相不同的波长选择特性的干涉滤光片。另外，作为干涉滤光片除了透过规定波长区域的光的带通滤光片之外还可以使用例如短通滤光片、长通滤光片等。另外，如此干涉滤光片例如能够由电介质多层膜来构成。在此情况下，作为构成电介质多层膜的材料一般来说能够使用被用于光学薄膜成膜的材料，例如可以列举TiO₂、HfO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、Y₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、MgF₂、CaF等。

另外，在上述实施方式的光学元件1A中，位于光透过轴Ax的前方侧并设置有第1波长选择滤光片23的第1滤光面13是以位于光学块10内部的形式被设定。在如此结构中，相对于对象光入射角度变化的在第1波长选择滤光片23上的光透过波长特性的变化变大，因此，能够适宜实现对象光的透过条件控制。还有，在上述实施方式中，关于第2滤光面14也同样是以位于光学块10内部的形式被设定。

另外，关于第1以及第2波长选择滤光片23,24被配置的滤光面13,14所成的角度2α，例如为小于30°，优选设定在不过分大的角度。即，在增大波长选择滤光片23,24彼此的角度的情况下，对象光的对应于角度变化的透过率的减少效应变大，与此相反，将光学元件1A编入光学系统的时候的配置角度变得非常苛刻。另外，如果波长选择滤光片23,24彼此的角度变大的话则一体保持那些构件的光学块10将会大型化，并且光学系统中的光学元件1A的占有区域会增大。关于第1以及第2滤光面13,14的倾斜角度α优选这几点也被考虑后恰当地作出设定。

另外，光学元件1A也可以以下所述形式构成，即，被做成相对于规定波长对象光的反射防止膜被形成于光学块10上的光入射面11即入射侧块30的第1面31以及光出射面12即出射侧块45的第1面46当中的至少一方。在图1中所表示的结构是将为了提高光利用效率的反射防止膜21,22形成于光入射面11以及光出射面12双方。但是，对于如此反射防止膜来说如果不要的话则做成不设置的结构也是可以的。

上述结构的光学元件1A例如也可以以下所述形式构成，即，作为使在对象光当中规定入射条件的光成分(例如具有特定的波长以及入射角度的持有定向性的光成分)选择性地透过的缝隙(aperture)而起作用。另外，光学元件1A也可以以下所述形式构成，即，作为使在对象光当中规定波长区域的光成分选择性地透过的带通滤光片而起作用。以上所述的光学元件1A对于在元件单体上所具有的这些功能、用途以及其效果来说将在后面做具体陈述。

另外，光学元件1A也可以以下所述形式构成，即，作为通过变更在第1以及第2波长选择滤光片23,24被一体设置的光学块10上的光透过轴Ax与相对于光学块10的对象光的光入射轴的相对角度从而切换在光学块10上的对象光透过的ON/OFF的光学快门而起作用。

即，就上述结构的光学元件1A而言，通过利用互相非平行地进行配置的第1波长选择滤光片23以及第2波长选择滤光片24各自上的光透过波长特性的组合并通过变更光学块10上的光透过轴Ax与对象光的光入射轴的相对角度θ，从而作为光学块10上的对象光的透过条件能够适宜切换其透过的ON/OFF。

例如，将对象光的波长设定为λ，在光透过轴Ax与光入射轴相一致(相对角度θ＝0°)的时候以第1以及第2波长选择滤光片23,24一起透过波长λ的对象光的形式设定各个波长选择滤光片上的光透过波长特性。此时，光学元件1A对于对象光的透过来说是处于ON的状态。相对于此，在光透过轴Ax与光输入轴成相对角度θ的时候以光学元件1A对于对象光的透过来说成为OFF状态的形式恰当设定对象光的透过的用于ON/OFF切换的相对角度(切换角度)θ。由此，图1～图3所表示的结构的光学元件1A成为如作为光学快门来行使功能那样。还有，关于相对角度θ的变更与对象光的透过的ON状态/OFF状态切换的关系，所谓以上所述的关系也可以相反地进行设定。另外，对于对象光的透过的OFF状态来说并没有必要光的透过率为0％，光以不会对光学系统的功能产生影响的程度的透过率来透过是被允许的。

图4是表示将图1～图3所表示的光学元件1A作为光学快门来进行使用的情况下的关于快门动作的示意图。在此，在图1中表示了光学块10上的光透过轴Ax与相对于光学块10的波长λ对象光的光入射轴相一致并且对象光透过光学元件1A的ON状态，但是在图4中表示了以光透过轴(点划线)A线与光入射轴(实现箭头)成角度θ的形式变更相对角度并且对象光成为不透过光学元件1A的OFF状态。

此时，因为第1以及第2滤光面13,14的相对于光透过轴Ax的倾斜方向成为逆方向，所以第1波长选择滤光片23被配置的第1滤光面13的法线与对象光的光入射轴所成的角度成为φ＝α+θ，另外，第2波长选择滤光片24被配置的第2滤光面14的法线与对象光的光入射轴所成的角度成为φ＝α-θ。然后，就这样根据切换光透过轴Ax与光入射轴的相对角度θ的时候的第1以及第2波长选择滤光片23,24各自上的光透过波长特性的变化，切换光学元件1A上的对象光的透过ON/OFF。

就上述结构的光学元件1A而言，如果变更波长选择滤光片23,24被设置的光学块10上的光透过轴Ax与相对于光学块10的对象光的光入射轴的相对角度θ的话则波长选择滤光片23,24各自上的光透过波长特性就会发生变化。于是，就如以上所述第1以及第2波长选择滤光片23,24被非平地配置的结构而言，第1波长选择滤光片23上的光透过特性和第2波长选择滤光片24上的光透过特性相对于相对角度θ变更以不同的波长条件进行变化。

因此，通过恰当组合如此第1波长选择滤光片23以及第2波长选择滤光片24各自上的光透过特性、以及其变化，从而就能够适宜控制元件整体上的光透过波长特性，并且适宜实现作为光学快门而起作用的光学元件1A上的对象光的透过ON/OFF切换成为可能。

特别是在将光学元件1A作为光学快门的情况下，不是利用1个波长选择滤光片上的光透过特性的变化而是利用2个波长选择滤光片23,24各自的光透过特性的变化的组合，并实行对象光的ON/OFF控制。就如此结构而言，能够减小为了切换对象光的透过的ON/OFF而成为必要的光透过轴Ax与光入射轴的相对角度θ的变更量，由此，高速条件下的对象光的ON/OFF控制以及光学元件1A的长期可靠性的确保成为可能。另外，就上述结构的光学元件1A而言，构成部件的小型化也是可能的，期待着例如对被机械臂安装的加工激光头内实行的光学快门的设置等、对各种各样用途的应用。

在将上述结构的光学元件1A作为光学元件快门来进行使用的情况下，能够使用的结构是对于光学块10上的光透过轴Ax与对象光的光入射轴的相对角度θ的变更来说具体地来说例如通过驱动光学块10并变更光透过轴的方向从而变更光透过轴与光入射轴的相对角度的结构。或者，能够使用的结构是通过驱动将对象光导光到光学块10的导光光学系统并变更光入射轴的方向从而变更光透过轴与光入射轴的相对角度的结构。

图5是表示使用了块(block)驱动装置的作为光学快门的光学元件1A结构的示意图。在本构成例中，相对于光学元件1A的光学块10设置将ON/OFF控制的对象光导光到光学块10的导光光学系统50。另外，可以是相对于光学块10设置驱动光学块10并变更光透过轴的方向的块驱动装置56，由该驱动装置56来变更光学块10上的光透过轴与对象光的光入射轴的相对角度θ的结构。

另外，相对于块驱动装置56设置例如由计算机等构成的控制装置52。控制装置52通过控制凭靠块驱动装置56的光学块10驱动动作从而控制光学元件1A上的对象光的透过的ON/OFF动作。另外，相对于控制装置52连接被用于相关于对象光ON/OFF控制的信息的向操作者显示的显示装置53、以及在由操作者来输入对于ON/OFF控制来说为必要的信息和指示等的时候被使用的输入装置54。

图6是表示使用了光学系统驱动装置的作为光学快门的光学元件1A结构的示意图。在本构成例中，可以是相对于对对象光实施导光的导光光学系统50设置驱动导光光学系统50并变更光入射轴的方向的光学系统驱动装置57，由该驱动装置57来变更光学块10上的光透过轴与对象光的光入射轴的相对角度θ的结构。另外，控制装置52通过控制凭靠光学系统驱动装置57的导光光学系统50驱动动作从而控制光学元件1A上的对象光的透过的ON/OFF动作。另外，相对于控制装置52连接显示装置53以及输入装置54。

就这样在将光学元件1A适用于光学快门的情况下，通过设置驱动光学块10的块驱动手段即块驱动装置56或者驱动对象光的导光光学系统50的光学系统驱动手段即光学系统驱动装置57，从而适宜实现光透过轴Ax与光入射轴的相对角度θ的变更、以及取决于该变更的对象光的透过的ON/OFF控制就成为可能。还有，在结构为驱动导光光学系统50来变更光入射轴的方向的结构的情况下，作为由光学系统驱动装置57驱动的导光光学系统50的光学部件例如由反射镜、棱镜以及透镜等。另外，也可以制成使用块驱动装置和光学系统驱动装置双方来驱动光学块10和导光光学系统50双方的结构。

特别是就上述结构的光学元件1A而言，因为如以上所述对象光的ON/OFF控制所必要的光透过轴与光入射轴的相对角度θ的变更量变小，所以能够减小由驱动装置来驱动光学块10或者导光光学系统50的时候的驱动量。另外，就这样通过光学块10或者导光光学系统50的驱动量变小，从而对象光的ON/OFF切换过程中的可动部磨损等的发生被抑制，并且长期使用过程中的快门的可靠性以及耐久性等提高。还有，关于驱动装置56,57的动作控制，也可以做成不设置控制装置52而由操作者的手动操作等来使驱动装置工作的结构。

已就上述实施方式所涉及的光学元件1A的具体的结构(构成)例子以及其光学特性作了说明。在此，将对象光的波长被设定为λ＝532nm；第1以及第2波长选择滤光片23,24各自上的倾斜度被设定为α＝10°；波长选择滤光片23,24的所成的角度被设定为2α＝20°的情况下的光学元件1A的特性作为一个例子来进行说明。另外，作为第1以及第2波长选择滤光片23,24是使用相同特性的带通滤光片。

还有，以下所述的图7～图11的图表所表示的光透过波长特性无论哪一个都是取决于模拟实验结果的特性。另外，以下的说明过程中，关于光学块10上的相对于光透过轴Ax的对象光的光入射轴的倾斜角度θ，在前方侧的第1波长选择滤光片23上将第1滤光面13的法线与光入射轴所成的角度变化到φ＝α+θ的方向设定为角度θ的正方向，并且将变化到φ＝α-θ的方向设定为角度θ的负方向。

图7是表示光学元件1A所涉及的光透过波长特性的图表。在图7的图表中横轴表示波长(nm)，纵轴表示光的透过率(％)。另外，在图7中曲线A1表示光透过轴与光入射轴的相对角度(相对于光学块10的对象光的入射角度)为θ＝0.0°的情况下的光透过特性，曲线A2表示θ＝+0.4°或者-0.4°的情况下的光透过特性，曲线A3表示θ＝+0.8°或者-0.8°的情况下的光透过特性，曲线A4表示θ＝+1.0°或者-1.0°的情况下的光透过特性。

如图7的图表所示，在对象光的光入射轴与光学块10上的光透过轴(光学块10的中心轴)Ax相一致(或者为平行)的θ＝0.0°的情况下，光学元件1A相对于波长λ＝532nm的对象光显示出大致100％的透过率。相对于此，如果增大相对于光透过轴Ax的光入射轴的倾斜角度θ的话则对象光的透过率减小，在角度θ＝±0.8°的情况下透过率成为1％以下。

就这样根据上述结构的光学元件1A，通过少许变更光透过轴Ax与光入射轴的相对角度θ，从而就能够适宜控制对象光的透过的ON/OFF或者透过的光成分的选择等透过条件。另外，就如此光学元件1A而言，光学块10的光入射面11以及光出射面12的面积就这样成为透过条件控制的有效面积。因此，即使是对象光的光束直径大的那样的情况也同样能够适宜控制对象光的透过条件。

图8是表示在光学元件1A中作为第1以及第2波长选择滤光片23,24而被使用的单一波长选择滤光片所涉及的光透过波长特性的图表。在图8中，左端的曲线B1表示光入射轴的倾斜角度(光透过轴与光入射轴的相对角度)为θ＝+1.0°的情况下的光透过特性，曲线B2表示θ＝+0.8°的情况下的光透过特性，曲线B3表示θ＝+0.4°的情况下的光透过特性，中央的曲线B4表示θ＝0.0°的情况下的光透过特性，曲线B5表示θ＝-0.4°的情况下的光透过特性，曲线B6表示θ＝-0.8°的情况下的光透过特性，右端的曲线B7表示θ＝-1.0°的情况下的光透过特性。

如图8的图表所示，在使光入射轴的倾斜角度θ以正方向进行变化的情况下因为朝向波长选择滤光片的对象光的入射角度φ(按照图4)，所以带通滤光片上的透过波长带向短波长侧位移。另外，在使光入射轴的倾斜角度θ以负方向进行变化的情况下因为对象光的入射角度φ减小，所以带通滤光片上的透过波长带向长波长侧位移。

图9是表示第1以及第2波长选择滤光片23,24、以及包含这些滤光片的光学元件1A整体所涉及的光透过波长特性的图表。在此，表示了在以正方向将光入射轴的倾斜角度θ设定成+1.0°的情况下的光透过特性。另外，在图9中曲线C1表示第1波长选择滤光片23上的光透过特性(滤光片1)，曲线C2表示第2波长选择滤光片24上的光透过特性(滤光片2)。另外，曲线C3表示包含第1以及第2波长选择滤光片23,24的光学元件1A整体上的光透过特性(滤光片1+2)。

如图9的图表所示，在使光入射轴的倾斜角度θ以正方向进行变化的时候，朝向第1波长选择滤光片23的对象光的入射角度增加并成为φ＝α+θ，其透过波长带向短波长侧位移。另外，此时，朝向第2波长选择滤光片24的对象光的入射角度减小并成为φ＝α-θ，其透过波长带向长波长侧位移。因此，对于这第1以及第2波长选择滤光片23,24上的光透过特性被合成的光学元件1A整体上的光透过特性来说成为波长选择滤光片23,24中的一方透过波长带被另一方透过波长带消除，其结果如图9的曲线C3所示作为整体在光学元件1A上的透过波长带消失。就上述结构的光学元件1A而言，由如此光透过波长特性的变化来实现对对象光的透过条件的控制。

另外，就以上所述的光学元件1A而言，通过制成在光学块10中对第1以及第2波长选择滤光片23,24实施一体化的结构从而实现刚性高的滤光片构造体，但是如以上所述在将第1以及第2波长选择滤光片23,24配置于光学块10内部的情况下，由此除了结构的效应之外也能够还获得如以下所述那样的光学效应。

图10是表示在将波长选择滤光片(第1波长选择滤光片23或者第2波长选择滤光片24)配置于玻璃制的光学块10内部的情况下的光透过波长特性的图表。在图10中，曲线D1表示光入射轴的倾斜角度为θ＝0°的情况下的光透过特性，曲线D2表示θ＝+5°的情况下的光透过特性，曲线D3表示θ＝-5°的情况下的光透过特性。

另外，图11是表示在将波长选择滤光片配置于空气中的情况下的光透过波长特性的图表。在图11中，曲线D6表示光入射轴的倾斜角度为θ＝0°的情况下的光透过特性，曲线D7表示θ＝+5°的情况下的光透过特性，曲线D8表示θ＝-5°的情况下的光透过特性。

如图10以及图11的图表所示，在以θ＝±5°的范围使光入射轴的倾斜角度进行变化的情况下，就将波长选择滤光片配置于玻璃中的结构而言，透过波长带在波长528nm～535nm的范围内进行变化。另外，就将波长选择滤光片配置于空气中的结构而言，透过波长带在波长529nm～534nm的范围内进行变化。即，通过将波长选择滤光片配置于玻璃块的内部，从而相对于光入射轴的倾斜角度θ的变化的透过波长带的波长位移量变大。因此，如果是将第1以及第2波长选择滤光片23,24配置于光学块10内部的结构的话则变得各个波长选择滤光片上的光透过波长特性的变化、以及由该变化引起的对象光的透过条件的控制效果被强调。例如，就如此结构而言，能够使特定的入射角之外的对象光较强地衰减并且不使其透过的形式进行处理。

关于上述实施方式所涉及的光学元件1A的具体构成(结构)例子以及其制造方法等，参照图2以及图12～图18来进行说明。图12以及图13是就光学元件的制造方法的一个例子进行表示的示意图。在本构成例子中，首先，作为各个倾斜角度为α＝10°的倾斜基板准备光学块10中的成为入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45的相同材料、以及相同形状的4个块。这4个块例如如图12(a)所示是作为具有第1面61以及第2面62的棒状棱镜构件60来进行准备。

接着，如图12(b)所示，将涂层涂布于4个棱镜构件60当中成为第1滤光块35的棱镜构件60的第2面(棱镜斜面)62上、以及成为第2滤光块40的棱镜构件60的第2面62上，并分别形成成为第1以及第2波长选择滤光片23,24的电介质多层膜的波长选择滤光片(干涉滤光片)63。

在此，图14是表示作为第1以及第2波长选择滤光片23,24被使用的波长选择滤光片的结构的一个例子的示意图。在图14中是就构成波长选择滤光片的各层表示了它们的材料以及物理膜厚(nm)。就图14所表示的波长选择滤光片而言，通过将膜厚60nm的TiO₂膜111以及膜厚94nm的SiO₂膜112各7层形成于成为基体的块100上，在其之上形成1层膜厚120nm的TiO₂膜121，再在其之上形成膜厚94nm的SiO₂膜131以及膜厚60nm的TiO₂膜132各7层，从而构成了波长选择滤光片。

在结束了棱镜构件60的第2面62上的波长选择滤光片63的形成之后，如图13(a)所示粘接波长选择滤光片63被形成的棱镜构件60即棱镜构件64的第2面、波长选择滤光片63没有被形成的棱镜构件60即棱镜构件65的第2面并做成块构件66而准备好了2个那样的块构件66。这2个块构件66分别构成光学块10的前方侧部分以及后方侧部分。

接着，如图13(b)所示通过粘结2个块构件66彼此并以由切割线67所表示的形式以恰当的尺寸切割出块构件，从而获得由入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45构成的光学块10、第1以及第2波长选择滤光片23,24被一体化的光学元件1A。还有，在各个块(棱镜构件)的粘结过程中所使用的是例如粘结剂、或者光胶(optical contact)等。

另外，也可以如图2所示将为了提高光利用率的反射防止膜21,22形成于4个块构件当中成为光入射面11的入射侧块30的第1面31上、以及成为光出射面12的出射侧块45的第1面46上。另外，如此的反射防止膜的形成与波长选择滤光片的形成相同优选在切割光学元件之前的块构件、或者棱镜构件的阶段来实行。

在此，图15是表示作为反射防止膜21,22被使用的反射防止膜(反射防止滤光片)的结构的一个例子的示意图。在图15中是就构成反射防止膜的各层表示了它们的材料以及物理膜厚(nm)。就图15所表示的反射防止膜而言，通过将膜厚80nm的Al₂O₃膜151、膜厚136nm的HfO₂膜152以及膜厚98nm的MgF₂膜153各1层形成于成为基体的块100上，从而构成了反射防止膜。

还有，在以上所述的构成例中已就使用预先加工成规定尺寸的4个块来组成光学块10的结构(构成)作了说明，但是并不限定于该结构，例如使用以下所述方法也是可能的，即，在对波长选择滤光片等实施成膜并粘贴于块之后以滤光片的倾斜角度成为规定角度的形式相对于光学块实行凭借研磨等的加工的方法。另外，在以上所述的构成(结构)例中已经表示了使用棒状的棱镜构件来制造多个光学元件1A的构成(结构)，但是并不限定于这样的构成，也可以作为一种使用以规定大小被切割出来的棱镜构件来制造单一的光学元件1A的构成。

图16、图17以及图18是表示光学元件的制造方法的其他例子的示意图。在本构成例子中，首先，作为以阵列状形成并排列了多个棱镜的棱镜阵列基板来分别准备光学块10中的成为入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45的相同材料以及相同形状的4个块。这4个阵列基板例如如图16(a)所示是作为具有平面状的第1面71以及成为锯齿状的面(棱镜阵列面)的第2面72的棱镜阵列构件70而被准备的。

接着，如图16(b)所示，将涂层涂布于4个棱镜构件70当中成为第1滤光块35的棱镜构件70的第2面(棱镜斜面)72上、以及成为第2滤光块40的棱镜构件70的第2面72上，并分别形成成为第1以及第2波长选择滤光片23,24的电介质多层膜的波长选择滤光片(干涉滤光片)73。

在完成了棱镜构件70的形成之后，如图17(a)所示粘接波长选择滤光片73被形成的棱镜阵列构件70即棱镜阵列构件74的第2面、波长选择滤光片73没有被形成的棱镜阵列构件70即棱镜阵列构件75的第2面并做成块阵列构件76而准备好了2个这样的块阵列构件76。这2个块阵列构件76分别构成光学块10的前方侧部分以及后方侧部分。

接着，如图17(b)所示粘结2个块阵列构件76彼此。再有，如图18(a)、(b)所示关于被粘结的块阵列构件76，如由切割线77进行表示的那样通过以恰当的尺寸切割出块构件，从而获得由入射侧块30、第1滤光块35、第2滤光块40以及出射侧块45构成的光学块10、第1以及第2波长选择滤光片23,24被一体化的光学元件1A。

还有，在本构成例中表示了将块阵列切割成单一的块并做成光学元件1A的构成，但是并限定于这样的构成，如图18(a)所示也可以就这样以块阵列的状态做成作为光学元件阵列1B而起作用的作为光学元件的构成。就如此块阵列形状的光学元件而言，与块形状的光学元件相比较成为平板形状，节省空间是可能的。

接着，就上述实施方式以及构成例所涉及的光学元件1A的功能和用途作进一步如下说明。就使用了被非平行地设置于光学块10内部的第1以及第2波长选择滤光片23,24的上述构成(结构)的光学元件1A而言，是利用相关于图7～图11已在上文叙述过的光学特性从而就能够对对象光的透过条件作各种各样的控制。

例如，就图7所表示的光透过波长特性而言，在光学块10上的光透过轴Ax与对象光的光入射轴的相对角度为θ＝0°附近，特定波长λ＝532nm的光成分的透过率变高。为此，在以单体来使用该光学元件1A的情况下，能够作为使特定的波长区域且特定的入射角度的光成分选择性地透过并将其他波长区域以及其他入射角度的光成分排除在外的光学滤光片来性行使其功能。

如果使用这样的光学元件1A的话则例如从凭靠散射光源的对象光简便地切割出接近于单色且定向性高的光线是可能的。就这样从扩散光切割出具有定向性的单色光线的技术能够被期待广泛应用的有例如由复杂的机构构成的分光计的结构的简化、二维分光计的实现、简易单色光源的实现、或者不使用复杂的透镜系统就切割出平行光(collimated light)从而实现焦点深度深的摄像的构成等。另外，以上所述的光学元件1A是一种使用了玻璃块等光学块10的固体结构体，对于振动多的环境例如在野外的使用等来说还能够确保可靠性。

如此的光学元件1A能够作为在对象光当中切割出特定波长区域的光成分的带通滤光片来进行利用。在此，在现有的带通滤光片上具有电介质多层膜滤光片以及吸收型滤光片(所谓有色玻璃滤光片)2种滤光片。吸收型滤光片不依存于对象光的入射角度就可使特定波长带的光透过。然而，就如此吸收型滤光片而言，透过波长带的半值高度窄的滤光片的实现是困难的，透过后的光持有一定程度宽度的波长成分。

另外，电介质多层膜滤光片其透过波长带的设计自由度高，另外，缩窄透过波长带的半值高度也是可能的，但是透过带的波长区域依存于对象光的入射到滤光片的入射角度进行变化。为此，在由电介质多层膜滤光片来过滤对象光的情况下，透过后的光的波长成分由扩散光的入射角度而会变得有所不同。相对于此，就组合被非平行地配置的2个波长选择滤光片23,24来进行使用的上述构成(结构)的光学元件1A而言，既保持透过波长带的半值高度等的设计自由度又切割出仅特定波长以及入射角度的光成分是可能的。

另外，光学元件1A能够作为在对象光当中切割出特定入射条件(例如特定的入射角度范围)的光成分的缝隙(aperture)来进行利用。就现有的缝隙(aperture)而言，切割出具有定向性的光是可能的，但是例如由于散射光源位置与缝隙位置相近等的配置关系或者缝隙直径的大小等而在切割为可能的角度成分以及光量等等方面会有限制。特别是因为缝隙遮挡扩散光的大部分并且只用通过开口部分的光线，所以光利用效率低下。相对于此，就上述构成的光学元件1A而言，因为元件的有效直径以及有效面积就这样作为开口而起作用，所以与现有的缝隙相比较相对能够提高光利用效率。

图19(a)～(d)是就光学元件1A的作为缝隙的使用方式的例子进行表示的示意图。在图19(a)所表示的构成例中，由光学元件1A从包含多波长光成分的散射光即对象光Lin中持有定向性地取出特定波长区域的光Lout。另外，在图19(b)所表示的构成例中，相对于提供具有角度扩展的对象光Lin的LD等光源80设置光学元件1A并取出仅狭窄角度范围的光Lout。

在图19(c)所表示的构成例中，相对于显示装置81以各个光学元件对应于显示装置81上的像素的形式配置多个光学元件被排列成阵列状的光学元件阵列1B，从而实现在表示上持有定向性的显示。另外，在图19(d)所表示的构成例中，相对于光电二极管等光检测器82设置光学元件1A，由光学元件1A来对散射光等对象光Lin实施滤光，由光检测器82只检测特定的入射角度的光Lout。

在此，关于光学元件1A的尺寸，例如在图3所表示的立体结构中，x轴方向的宽度为30mm，y轴方向的宽度为30mm，z轴方向的宽度为20mm。如此光学元件作为一般的光学部件编入到各种光学系统是可能的。还有，关于光学元件的尺寸等的元件构成条件，对应于其具体的用途等也可以不限于上述内容来做适当设定。

本发明所涉及的光学元件并不是限定于以上所述的实施方式以及构成例的光学元件，只要不脱离本发明的宗旨各种各样的变形都是可能的。例如，关于构成光学元件的第1以及第2波长选择滤光片所涉及的光透过波长特性以及取决于该第1以及第2波长选择滤光片的光学元件的功能等并不限定于以上所述的构成(结构)，具体地来说可以使用各种各样的构成(结构)。

本发明所涉及的光学元件的构成(结构)为具备：(1)光学块(optical block)，透过条件控制的对象光沿着光透过轴的方向透过；(2)第1波长选择滤光片，由在光学块的内部被设置于以法线相对于光透过轴成角度α的形式进行设定的第1滤光面的干涉滤光片构成；(3)第2波长选择滤光片，由被设置于相对于第1波长选择滤光片位于光透过轴的后方侧并在光学块的内部法线以相对于光透过轴成角度α而非平行且倾斜方向相对于第1滤光面以逆方向成角度2α的形式进行设定的第2滤光面的干涉滤光片构成；(4)光学块是从光透过轴的前方侧按顺序组合入射侧块、第1滤光块、第2滤光块、以及出射侧块的4个块来构成的，这4个块分别是以具有互相相对的第1面以及第2面并且以第2面的法线相对于光透过轴成角度α的形式由相同材料形成的相同形状的块，(5)入射侧块的第1面成为光入射面，入射侧块的第2面与第1滤光块的第2面相连接，第1滤光块的第1面与第2滤光块的第1面相连接，第2滤光块的第2面与出射侧块的第2面相连接，出射侧块的第1面成为光出射面，(6)第1波长选择滤光片被形成于第1滤光块的第2面上或者入射侧块的第2面上，第2波长选择滤光片被形成于第2滤光块的第2面上或者出射侧块的第2面上。

在上述构成(结构)的光学元件中，入射侧块、第1滤光块、第2滤光块以及出射侧块的第1面优选以相对于光透过轴成为垂直的平面的形式被形成。在此情况下，对应于入射侧块第1面的光入射面以及对应于出射侧块第1面的光出射面无论哪一个都相对于光透过轴成为垂直的平面。就如此构成而言，例如不在光入射面进行折射，并且能够使对象光入射到光学块的内部。

另外，关于第1以及第2波长选择滤光片，光学元件能够做成的构成(结构)是第1波长选择滤光片以及第2波长选择滤光片为具有相同波长选择特性的带通滤光片。就这样通过将相同特性的带通滤光片设定为第1以及第2波长选择滤光片，从而就能够适宜而且容易地构成光学元件。另外，作为第1以及第2波长选择滤光片也可以使用具有互相不同的波长选择特性的干涉滤光片。另外，作为干涉滤光片除了带通滤光片之外还可以使用例如短通滤光片、长通滤光片等。

另外，光学元件也可以被做成构成(结构)为相对于规定波长对象光的反射防止膜被形成于光学块上的光入射面即入射侧块的第1面以及光出射面即出射侧块的第1面当中的至少一方。还有，还可以做成构成(结构)是对于如此的反射防止膜来说如果不需要的话则可不设置。

上述构成(结构)的光学元件例如也可以被做成的构成(结构)是作为使在对象光当中规定的入射条件的光成分选择性地透过的缝隙(aperture)而起作用。另外，光学元件也可以被做成的构成(结构)是作为择性地使在对象光当中规定的波长区域的光成分透过的带通滤光片而起作用。或者，光学元件也可以被做成的构成(结构)是作为光学快门而起作用，所述光学快门通过变更在第1以及第2波长选择滤光片被一体设置的光学块上的光透过轴与相对于光学块的对象光的光入射轴的相对角度从而作为在光学块上的对象光的透过条件来切换透过的ON/OFF。

产业上的利用可能性

本发明作为耐环境性等可靠性高另外能够以简单的构成(结构)控制对象光的透过条件的光学元件来进行利用是可能的。

符号说明

1A.光学元件

10.光学块

11.光入射面

12.光出射面

13.第1滤光面

14.第2滤光面

21、22.反射防止膜

23.第1波长选择滤光片

24.第2波长选择滤光片

Ax.光透过轴

1B.光学元件阵列

30.入射侧块

31.第1面

32.第2面

35.第1滤光块

36.第1面

37.第2面

40.第2滤光块

41.第1面

42.第2面

45.出射侧块

46.第1面

47.第2面

50.导光光学系统

52.控制装置

53.显示装置

54.输入装置

56.块驱动装置

57.光学系统驱动装置

60、64、65.棱镜构件

61.第1面

62.第2面

63.波长选择滤光片

66.块构件

67.切割线

70、74、75.棱镜阵列构件

71.第1面

72.第2面

73.波长选择滤光片

76.块阵列构件

77.切割线