干渉フィルター

干渉フィルター、ダイクロイックフィルター、または薄膜フィルターは、一部の波長(色) の光を反射し、他の波長を透過する光学フィルターです。対象となるすべての波長をほとんど吸収しません。干渉フィルターには、ハイパス、ローパス、バンドパス、またはバンド除去があります。これらは、科学的な用途だけでなく、建築照明や劇場照明にも使用されます。

干渉フィルタは、屈折率の異なる誘電体材料の複数の薄い層で構成されています。金属層が含まれる場合もあります。干渉フィルタは、薄膜境界での入射波と反射波の間に生じる干渉効果により、波長選択性を備えています。動作原理はファブリ・ペロー・エタロンに似ています。

ダイクロイックミラーとダイクロイックリフレクターは同じタイプのデバイスですが、通過させる光の色ではなく、反射する光の色によって特徴付けられます。誘電体ミラーは同じ原理で動作しますが、反射のみに焦点を当てています。

ダイクロイック フィルターは薄膜干渉の原理を利用して、水面の油膜と同じように色を生成します。光が斜めに油膜に当たると、光の一部は油の上面で反射され、一部は水と接触している下面から反射されます。下面から反射する光はわずかに長い経路を進むため、一部の光の波長はこの遅延によって強化され、他の波長は打ち消される傾向があり、目に見える色が生成されます。フィルターによって透過される色は、入射角が増加するにつれて青方偏移を示します。誘電体ミラーを参照してください。

ダイクロイックミラーまたはフィルターでは、干渉を生成するために油膜を使用する代わりに、屈折率の異なる光学コーティングの交互の層がガラス基板上に構築されます。異なる屈折率の層間のインターフェイスは位相反射を生成し、特定の波長の光を選択的に強化し、他の波長と干渉します。層は通常、真空蒸着によって追加されます。層の厚さと数を制御することで、フィルターの通過帯域の周波数を調整し、必要に応じて広くしたり狭くしたりできます。不要な波長は吸収されるのではなく反射されるため、ダイクロイックフィルターは動作中にこの不要なエネルギーを吸収せず、同等の従来のフィルター（通過帯域のエネルギーを除くすべてのエネルギーを吸収しようとする）ほど熱くなりません。（効果の数学的説明については、 ファブリ・ペロー干渉計を参照してください。）

白色光が意図的にさまざまな色帯域に分離されている場合(たとえば、カラービデオ プロジェクターまたはカラー テレビ カメラ内)、同様のダイクロイック プリズムが代わりに使用されます。ただし、カメラの場合、単一の CCD アレイ上の個々のピクセルをフィルター処理するために、吸収フィルター アレイを使用するのが現在では一般的です。

ダイクロイックフィルターは白色光源からの光をフィルタリングして、人間が色彩の彩度が高いと認識できる光を作り出すことができます。このようなフィルターは建築^[1]や劇場の用途で人気があります。

コールドミラーとして知られるダイクロイックリフレクターは、一般に光源の背後で使用され、可視光を前方に反射しながら、目に見えない赤外線を器具の背面から通過させます。このような配置により、照射対象物の加熱を抑えながら強い照明が可能になります。多くの石英ハロゲンランプには、この目的でダイクロイックリフレクターが組み込まれています。これは、もともとスライドプロジェクターでスライドが溶けるのを防ぐために設計されたものですが、現在では家庭や商業施設の屋内照明に広く使用されています。これにより、余分な赤が除去されて白色度が向上しますが、埋め込み式または密閉型の照明器具で使用すると、それらの照明器具に赤外線が入り込むため、重大な火災の危険があります。これらの用途には、非クールビーム ( ALUまたはSilverback ) ランプを使用する必要があります。ダイクロイックリフレクターライトでの使用に適さない埋め込み式または密閉型の照明器具は、IEC 60598 の No Cool Beam シンボル で識別できます。

蛍光顕微鏡では、ダイクロイック フィルターがビーム スプリッターとして使用され、励起周波数の照明をサンプルに向け、次に分析装置で同じ励起周波数を除去し、特定の発光周波数を通過させます。

一部のLCD プロジェクターでは、プリズムの代わりに二色フィルターを使用して、ランプからの白色光を 3 つの LCD ユニットに通す前に 3 つの色に分割します。

古いDLPプロジェクターは、通常、カラー ホイールを介して白色光源を送信します。カラー ホイールは、二色性フィルターを使用して、(モノクロ)デジタル マイクロミラー デバイスを介して送信された色を高速に切り替えます。新しいプロジェクターでは、レーザーまたは LED 光源を使用して、必要な光波長を直接放射する場合があります。

これらはレーザー高調波分離器として使用されます。選択的なスペクトル反射と透過によって、周波数倍増レーザー システムのさまざまな高調波成分を分離します。

ダイクロイック フィルターは、高出力照明製品のゴボを作成するためにも使用されます。画像は、最大 4 つの色のダイクロイック フィルターを重ねて作成されます。

写真引き伸ばし機のカラーヘッドは、二色性フィルターを使用してプリントの色のバランスを調整します。

芸術的なガラスジュエリーは、ダイクロイックフィルターとして機能するように作られることがあります。フィルターによって選択される光の波長は光の入射角によって変化するため、このようなジュエリーはしばしば虹彩効果を持ち、例えばイヤリングが揺れると色が変わります。ダイクロイックフィルターのもう一つの興味深い用途は空間フィルタリングです。^[2]

ドルビーラボは、インフィテックからライセンスを受けた技術を使用して、3D映画の上映にダイクロイックフィルターを使用しています。ドルビー3Dメガネの左レンズは、赤、緑、青の周波数の特定の狭い帯域を透過し、右レンズは赤、緑、青の周波数の異なるセットを透過します。プロジェクターは、左目と右目用の画像を表示するために、一致するフィルターを使用します。^[3]

通常の照明にロングパスダイクロイックフィルターを適用すると、昆虫の誘引を防ぐことができます。場合によっては、このようなフィルターは他の野生生物の誘引を防ぎ、環境への悪影響を軽減することができます。^[4]

ダイクロイック フィルターは、従来のフィルターより寿命がはるかに長いです。色は、硬い微細層の構造に固有のものであり、フィルターの寿命中に「退色」することはありません (たとえば、ゲル フィルターとは異なります)。ダイクロイック フィルターは、任意の通過帯域周波数を通過させ、選択した量のストップバンド周波数をブロックするように製造できます。ストップバンド内の光は吸収されるのではなく反射されるため、ダイクロイック フィルターの加熱は従来のフィルターよりはるかに少なくなります。ダイクロイック フィルターは、極めて高いレーザー損傷しきい値を実現でき、世界で最も強力なレーザーであるNational Ignition Facilityのすべてのミラーに使用されています。

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•  この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。2022 年 1 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。
• M. バス著『光学ハンドブック』（第 2 版）pp. 42.89-42.90（1995 年）

• マクラウド、H. アンガス (2010)。薄膜光学フィルタ(第 4 版)。テイラー & フランシス。ISBN 978-1420073027。
• モレノ、イワン。アライザ、JJ;アベンダノ・アレホ、M (2005)。 「薄膜空間フィルター」。光学文字。30 (8): 914–6。Bibcode :2005OptL...30..914M。土井：10.1364/OL.30.000914。PMID  15865397。