(57)【要約】【課題】チューナブルフィルタの入射光利用効率を向上させる。【解決手段】ビームディスプレーサと、波長分散型分光部と、光学素子と、反射型空間変調部と、を備え、光学素子は、反射型空間変調部が反射した一対の反射光を波長分散型分光部に再入射させ、波長分散型分光部は、一対の反射光をそれぞれ合波して一対の平行光束を出射し、ビームディスプレーサは、一対の平行光束が再入射され、一対の平行光束を互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する２対の直線偏光に分岐し、更に、分岐された２対の直線偏光のうち、一対の平行光束のそれぞれにおけるビームディスプレーサから出射された一対の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を、重畳して出射させるチューナブルフィルタが提供される。【選択図】図１ａ
2010032785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された平行光束を、互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する一対の直線偏光に分岐して出射するビームディスプレーサと、
前記一対の直線偏光の各々を互いに異なる領域に入射させて、波長に応じて分光された前記一対の直線偏光のそれぞれを互いに平行な分光面に一対の分光として展開する波長分散型分光部と、
前記波長分散型分光部の出射面に一方の焦点を有し、前記一対の分光が入射されて波長毎に他方の焦点に収束させる光学素子と、
前記光学素子の前記他方の焦点を含む焦点面に配されて、前記一対の分光の偏光状態を波長帯域毎に変調しつつ反射する反射型空間変調部と、
を備え、
前記光学素子は、前記反射型空間変調部が反射した前記一対の反射光を前記波長分散型分光部に再入射させ、
前記波長分散型分光部は、前記一対の反射光をそれぞれ合波して一対の平行光束を出射し、
前記ビームディスプレーサは、前記一対の平行光束が再入射され、前記一対の平行光束を互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する２対の直線偏光に分岐し、更に、分岐された２対の直線偏光のうち、前記一対の平行光束のそれぞれにおける前記ビームディスプレーサから出射された前記一対の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を、重畳して出射させる
チューナブルフィルタ。
【請求項２】
前記ビームディスプレーサから出射されて前記波長分散型分光部に入射する前記一対の直線偏光の一方の光路上に配され、当該一方の偏光方向を９０度回転させる往路用偏光面回転素子と、
前記波長分散型分光部から出射されて前記ビームディスプレーサに再入射する前記一対の平行光束の光路上に配され、前記反射型空間変調部において変調後の楕円偏光の楕円軸方向を９０度回転させる復路用偏光面回転素子と、
を更に備える請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項３】
前記ビームディスプレーサから出射されて前記波長分散型分光部に入射する前記一対の直線偏光の各々の偏光方向は、前記波長分散型分光部の波長分散方向に対して互いに等しい角度をなす請求項１または請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項４】
前記反射型空間変調部は、
前記焦点面の上に直線的に配列されて、前記分光の偏光状態を波長帯域毎に変調する複数の液晶素子と、
外部からの駆動信号に応じて前記液晶素子の各々の変調量を個別に変化させる液晶素子ドライバと
を含む請求項１から請求項３までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項５】
前記ビームディスプレーサは、前記光学素子の光軸からはずれた領域に前記一対の分光を入射する、請求項１から請求項４までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項６】
前記ビームディスプレーサは、複屈折結晶からなる請求項１から請求項５までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項７】
前記ビームディスプレーサおよび前記波長分散型分光部の間に配され、
前記一対の直線偏光を収束させる焦点を有する光学系と、
前記光学系の焦点の周囲に生じる迷光を遮断するスリットと、
を更に備える請求請１から請求項６のいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載のチューナブルフィルタと、
スペクトル分布を有する出射光を前記チューナブルフィルタに入射させる光源部と
を備える光源装置。
【請求項９】
前記光源部は、スーパコンティニュアム光源である請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載のチューナブルフィルタと、
前記チューナブルフィルタからの出射光を測定する光量測定部と
を備え、
前記反射型空間変調部により変調された波長領域と、前記光量測定部により測定された出射光の強度とに基づいて、前記チューナブルフィルタに入射された入射光のスペクトル分布を測定するスペクトル分布測定装置。
【請求項１１】
入射された平行光束を、互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する一対の直線偏光に分岐して出射する入射側偏光分岐素子と、
前記一対の直線偏光の各々を互いに異なる領域に入射させて、波長に応じて分光された前記一対の直線偏光のそれぞれを互いに平行な分光面に一対の分光として展開する波長分散型分光部と、
前記波長分散型分光部の出射面に一方の焦点を有し、前記一対の分光を入射されて波長毎に他方の焦点に収束させる入射側光学素子と、
前記入射側光学素子の前記他方の焦点を含む焦点面に配されて、前記一対の分光の偏光状態を波長帯域毎に変調しつつ透過する透過型空間変調部と、
前記透過型空間変調部の出射面に一方の焦点を有し、前記透過型空間変調部の出射光を平行に進行する一対の分光にする出射側光学素子と、
前記一対の分光の各々を合波して一対の平行光束にする合波部と、
前記一対の平行光束を入射されて、前記一対の平行光束を互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する２対の直線偏光に分岐し、更に、分岐された２対の直線偏光のうち、前記一対の平行光束のそれぞれにおける前記入射側偏光分岐素子から出射された前記一対の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を、重畳して出射させる出射側偏光分岐素子と
を備えるチューナブルフィルタ。
【請求項１２】
前記入射側偏光分岐素子から出射されて前記波長分散型分光部に入射する前記一対の直線偏光の一方の光路上に配され、当該一方の偏光方向を９０度回転させる入射側偏光面回転素子と、
前記合波部から出射されて前記出射側偏光分岐素子に入射する前記一対の平行光束の光路上に配され、前記透過型空間変調部において変調後の楕円偏光の楕円軸方向を９０度回転させる出射側偏光面回転素子と、
を更に備える請求項１１に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１３】
前記入射側偏光分岐素子から出射されて前記波長分散型分光部に入射する前記一対の直線偏光の各々の偏光方向は、前記波長分散型分光部の波長分散方向に対して互いに等しい角度をなす請求項１１または請求項１２に記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１４】
前記透過型空間変調部は、
前記焦点面の上に直線的に配列されて、前記分光の偏光状態を波長帯域毎に変調する複数の液晶素子と、
外部からの駆動信号に応じて前記液晶素子の各々の変調量を個別に変化させる液晶素子ドライバと
を含む請求項１１から請求項１３までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１５】
前記入射側光学素子は、当該光学素子の光軸からはずれた領域に前記一対の分光を入射される、請求項１１から請求項１４までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１６】
前記入射側偏光分岐素子は、複屈折結晶からなる請求項１１から請求項１５までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１７】
前記出射側偏光分岐素子は、複屈折結晶からなる請求項１１から請求項１６までのいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１８】
前記入射側偏光分岐素子および前記波長分散型分光部の間に配され、
前記一対の直線偏光を収束させる焦点を有する光学系と、
前記光学系の焦点の周囲に生じる迷光を遮断するスリットと、
を更に備える請求請１１から請求項１７のいずれかに記載のチューナブルフィルタ。
【請求項１９】
請求項１１から請求項１８までのいずれかに記載のチューナブルフィルタと、
スペクトル分布を有する出射光を前記チューナブルフィルタに入射させる光源部と
を備える光源装置。
【請求項２０】
前記光源部は、スーパコンティニュアム光源である請求項１７に記載の光源装置。
【請求項２１】
請求項１１から請求項１８までのいずれかに記載のチューナブルフィルタと、
前記チューナブルフィルタからの出射光を測定する光量測定部と
を備え、
前記透過型空間変調部により変調された波長領域と、前記光量測定部により測定された出射光の強度とに基づいて、前記チューナブルフィルタに入射された入射光のスペクトル分布を測定するスペクトル分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューナブルフィルタ、光源装置およびスペクトル分布測定装置に関する。より詳細には、各波長領域の直線偏光を変調して所定のスペクトル分布を得るチューナブルフィルタと、それを含む光源装置およびスペクトル分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続スペクトラム光に分光変調を加え、所定のスペクトラムを有する光に変換し出力する任意スペクトラム発生光源がある（例えば、特許文献１を参照）。この光源は、内蔵分光素子で形成した発光源スペクトラム像位置に、偏光板と透過型液晶素子アレイを有する光ビーム透過率についての空間変調素子を設置して、分光特性を変調させた上で再度内蔵分光素子によって波長合波して、所定のスペクトラムを有する光として出力する。また、反射型空間変調素子を利用した波長選択スイッチング装置がある（例えば、特許文献２を参照）。
【０００３】
一方、近年スーパコンティニュアム（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）光源が実用に供されるようになって来た（例えば、非特許文献１参照）。スーパコンティニュアム光源は、連続スペクトラムを持つ白色光源であるが、幾何光学的にはほぼ点光源とみなせ、かつ出力光に含まれる任意の単波長光が長いコヒーレンス長を有しているといった特徴を有する。
【特許文献１】特開平１１−１０１９４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１１５３７７号公報
【非特許文献１】Ｓｌｉｃｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  ｃｈｉｒｐｅｄ−ｐｕｌｓｅ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ：  ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ  Ｖｏｌ．１３，  Ｎｏ．１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光源は、入力光のうち一方向の直線偏光成分しか使わないので、非特許文献１の光源を用いたとしても、入力光に対する出力光のエネルギー効率が低くなるという課題がある。また、特許文献２の波長選択スイッチング装置においては収束発散光束が液晶素子に隣接配置された偏光素子内を通過する。このため、空間変調素子の変調が正確に反映された出力光を出射させるには、光束ＮＡを小さくしなければならないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、入射された平行光束を、互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する一対の直線偏光に分岐して出射するビームディスプレーサと、一対の直線偏光の各々を互いに異なる領域に入射させて、波長に応じて分光された一対の直線偏光のそれぞれを互いに平行な分光面に一対の分光として展開する波長分散型分光部と、波長分散型分光部の出射面に一方の焦点を有し、一対の分光が入射されて波長毎に他方の焦点に収束させる光学素子と、光学素子の他方の焦点を含む焦点面に配されて、一対の分光の偏光状態を波長帯域毎に変調しつつ反射する反射型空間変調部と、を備え、光学素子は、反射型空間変調部が反射した一対の反射光を波長分散型分光部に再入射させ、波長分散型分光部は、一対の反射光をそれぞれ合波して一対の平行光束を出射し、ビームディスプレーサは、一対の平行光束が再入射され、一対の平行光束を互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する２対の直線偏光に分岐し、更に、分岐された２対の直線偏光のうち、一対の平行光束のそれぞれにおけるビームディスプレーサから出射された一対の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を、重畳して出射させるチューナブルフィルタが提供される。
【０００６】
また、本発明の第２の形態として、上記チューナブルフィルタと、スペクトル分布を有する出射光をチューナブルフィルタに入射させる光源部とを備える光源装置が提供される。
【０００７】
本発明の第３の形態として、上記チューナブルフィルタと、チューナブルフィルタからの出射光を測定する光量測定部とを備え、反射型空間変調部により変調された波長領域と、光量測定部により測定された出射光の強度とに基づいて、チューナブルフィルタに入射された入射光のスペクトル分布を測定するスペクトル分布測定装置が提供される。
【０００８】
更に、本発明の第４の形態として、入射された平行光束を、互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する一対の直線偏光に分岐して出射する入射側偏光分岐素子と、一対の直線偏光の各々を互いに異なる領域に入射させて、波長に応じて分光された一対の直線偏光のそれぞれを互いに平行な分光面に一対の分光として展開する波長分散型分光部と、波長分散型分光部の出射面に一方の焦点を有し、一対の分光を入射されて波長毎に他方の焦点に収束させる入射側光学素子と、入射側光学素子の他方の焦点を含む焦点面に配されて、一対の分光の偏光状態を波長帯域毎に変調しつつ透過する透過型空間変調部と、  透過型空間変調部の出射面に一方の焦点を有し、透過型空間変調部の出射光を平行に進行する一対の分光にする出射側光学素子と、一対の分光の各々を合波して一対の平行光束にする合波部と、一対の平行光束を入射されて、一対の平行光束を互いに偏光方向が直交し且つ互いに間隔をおいて平行に進行する２対の直線偏光に分岐し、更に、分岐された２対の直線偏光のうち、一対の平行光束のそれぞれにおける入射側偏光分岐素子から出射された一対の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光を、重畳して出射させる出射側偏光分岐素子とを備えるチューナブルフィルタが提供される。
【０００９】
更に、本発明の第５の形態として、上記チューナブルフィルタと、スペクトル分布を有する出射光をチューナブルフィルタに入射させる光源部とを備える光源装置が提供される。
【００１０】
本発明の第６の形態として、上記チューナブルフィルタと、前記チューナブルフィルタからの出射光を測定する光量測定部とを備え、前記透過型空間変調部により変調された波長領域と、前記光量測定部により測定された出射光の強度とに基づいて、前記チューナブルフィルタに入射された入射光のスペクトル分布を測定するスペクトル分布測定装置が提供される。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【実施例１】
【００１３】
図１ａおよび図１ｂは、一実施形態に係るチューナブルフィルタ１００と、それを含む光源装置２００の構造を模式的に示す図である。なお、図１ａおよび図１ｂは、光源装置２００の光軸に対して直交する方向であって、互いに直交する方向から光源装置２００を見た様子をそれぞれ示す。
【００１４】
また、図１ａおよび図１ｂのそれぞれの左側には、ビームディスプレーサ１１０に対する入力光１０の入射面上のレイアウトを示す。更に、図中において、各光束の進行方向を白抜きの矢印により示す。
【００１５】
光源装置２００は、光源部１０１とチューナブルフィルタ１００とを備える。更に、チューナブルフィルタ１００は、ビームディスプレーサ１１０、光学系１２０、波長分散型分光部１３０、光学素子１４０および反射型空間変調部１５０を含む。
【００１６】
光源部１０１から出射された入力光１０は、ビームディスプレーサ１１０、光学系１２０、波長分散型分光部１３０および光学素子１４０を経て反射型空間変調部１５０で反射される。また、反射された入力光１０は、光学素子１４０、波長分散型分光部１３０および光学系１２０を順次経て、ビームディスプレーサ１１０に再入射された後、出力光２０として出射される。
【００１７】
光源部１０１は、例えばスーパコンティニュアム光源を用いることができる。スーパコンティニュアム光源は、超短パルスレーザを非線形媒質中で伝播させて広帯域にわたる白色連続光を発生させる光源であり、広帯域な連続スペクトラムを有する白色光を発生する。また、幾何光学的にはほぼ点光源と見做すことができる。したがってコリメータを併用し細い白色平行光束を作り出すことができる。
【００１８】
ただし、光源部１０１がスーパコンティニュアム光源に限定されるわけではなく、スペクトル分布を有する平行光束を発生する任意の光源を用いることができる。また、光源部１０１とチューナブルフィルタ１００とを分離できるようにして、様々な光源部１０１を装着できるようにしてもよい。
【００１９】
図２ａおよび図２ｂは、ビームディスプレーサ１１０の作用を説明する図である。図２ａおよび図２ｂの各図は、依然として光源装置２００の光軸に対して直交する方向ではあるが、図１ａおよび図１ｂとは異なる角度から見た様子を示している。
【００２０】
また、図２ａおよび図２ｂにおいて、各図の左側に、入力光１０の入射面を、右側に入射面と直交する方向から見た様子をそれぞれ示す。また、入力光１０、出力光２０および直線偏光１１、１２、２１１、２１２、２２１、２２２の各々の進行方向を白抜き矢印により示す。更に、直線偏光１１、１２、２１１、２１２、２２１、２２２の各々における偏光方向を往復矢印または黒丸印により示す。
【００２１】
図示のように、ビームディスプレーサ１１０の一方の面に入射した入力光１０は、偏光方向が互いに直交する一対の直線偏光１１、１２に分岐される。更に、直線偏光１１、１２は、ビームディスプレーサ１１０の他方の面から、一定の間隔で互いに平行に出射される。このようなビームディスプレーサ１１０は、例えばカルサイト等の複屈折結晶単体からなるものでもよいし、あるいは複屈折結晶２個を貼り合わせて形成したサバール板（サバールプリズム）でもよい。
【００２２】
なお、ビームディスプレーサ１１０の入力光１０に対する入射面および出射面は、互いに平行をなす。これにより、当該出射面側から平行光束が逆に入射した場合も、入射光を直線偏光に分岐させて、一定の間隔で平行に進行する一対の直線偏光を出射する。図示の例では、直線偏光２１１、２１２、２２１、２２２および出力光２０がこれに相当するが、これらについては後述する。
【００２３】
また、半導体レーザ等の発光素子は、発光波長に近い光が入射すると、発光波長が安定しなくなる。そこで、入力光１０が、ビームディスプレーサ１１０は表面反射により光源部１０１に戻らないように、光源部１０１の出射端面とビームディスプレーサ１１０の入射面とは、わずかに傾けて設置することが好ましい。
【００２４】
再び図１ａおよび図１ｂを参照する。光学系１２０は、入力光１０の入射方向に沿って順次配列された第１光学素子１２２、スリット部材１２４および第２光学素子１２６を含む。第１光学素子１２２および第２光学素子１２６はそれぞれ正のパワーを有して、第１光学素子１２２および第２光学素子１２６の間に共通の焦点を持つように配される。
【００２５】
これにより、第１光学素子１２２に入射した一対の直線偏光１１、１２は、第２光学素子１２６から出射されて再び間隔をおいて平行に進行する。このとき、直線偏光１１、１２は、光学系１２０の次に配される波長分散型分光部１３０に入射した場合に、互いに重なる領域が生じない間隔をもって入射する。具体的には、光学系１２０の光軸を中心とした円周上において、９０度をなす位置に光束主光線を合わせて直線偏光１１、１２を入射させている。
【００２６】
また、第１光学素子１２２および第２光学素子１２６の共通の焦点は、スリット部材１２４のスリット内に配される。これにより、一対の直線偏光１１、１２周辺に生じた迷光は遮断される。スリット部材１２４に形成されるスリットは矩形に限られず、ピンホール等でもよい。
【００２７】
なお、ビームディスプレーサ１１０の出射する直線偏光１１、１２は互いに平行に進行する。従って、この段階で直線偏光１１、１２の間隔および光束径が適切であれば、上記の光学系１２０を省略することもできる。
【００２８】
波長分散型分光部１３０はグレーティング等により形成され、入射した平行光束を、特定の波長分散方向に沿って、波長成分に応じた分光角度で偏光させる。これにより、一対の直線偏光１１、１２は、波長分散方向に空間的に広がりを有する２つのスペクトラム像に分光される。また、一対の分光は互いに波長分散方向に平行な分光面の上、即ち、図１ａの紙面に平行に進行する。なお、この実施形態では波長分散型分光部１３０として透過型を用いたが、反射型を用いてもよい。
【００２９】
図３は、波長分散型分光部１３０に入射する直線偏光１１、１２の態様を模式的に示す図である。図示のように、波長分散型分光部１３０は、一定の方向に平行に形成されたグレーティングを有する。これに対して、波長分散型分光部１３０に入射する一対の直線偏光１１、１２は、いずれも偏光方向が、グレーティングの溝方向に４５°傾斜している。これにより、直線偏光１１、１２は、波長分散型分光部１３０から等価な回折効率で回折される。
【００３０】
波長分散型分光部１３０に入射する一対の直線偏光１１、１２の偏光方向を上記のように入射させるには、例えば、直線偏光１１、１２を出射するビームディスプレーサ１１０によるビーム分岐方向が波長分散型分光部１３０の波長分散方向と４５度をなすようにビームディスプレーサ１１０と波長分散型分光部１３０とを配すればよい。これにより、直線偏光１１、１２の偏光方向は、波長分散型分光部１３０に対してどちらも４５度をなす。なお、図３に示す反射光２１、２２については後述する。
【００３１】
再び図１ａ、図１ｂを参照する。光学素子１４０は、正のパワーを有して、一方の焦点を波長分散型分光部１３０上に有する。これにより、波長分散型分光部１３０から平行に出射された一対の分光を、他方の焦点上に収束させる。また、波長分散型分光部１３０から出射された分光の各々は、光学素子１４０の光軸をはずれた領域に入射される。
【００３２】
反射型空間変調部１５０は、複数の液晶素子１５１を配列してなる液晶素子アレイ１５２と、液晶素子１５１を個別に駆動する液晶素子アレイ駆動部１５４とを含む。液晶素子アレイ１５２は、分光が収束される光学素子１４０の他方の焦点を含む焦点面上に線状に配される。
【００３３】
液晶素子アレイ駆動部１５４は、外部から供給される駆動信号に応じて、個々の液晶素子１５１を個別に駆動して、当該液晶素子１５１に入射した光に対する偏光変調作用を生じさせる。偏光変調作用とは偏光に対するリターデーションの付加、あるいは、偏光面の回転を意味する。これにより、液晶素子１５１の各々において、直線偏光１１、１２の双方の偏光状態を変調することができる。本実施形態において、反射型空間変調部１５０は反射型であり、変調された直線偏光１１、１２は、反射光２１、２２として出射される。
【００３４】
図４は、反射型空間変調部１５０に入射する直線偏光１１、１２の態様を模式的に示す図である。図１ａ、図１ｂに示したように、光学素子１４０に対して、その光軸をはずれた位置に波長帯域毎に平行光束として入射された分光は、反射型空間変調部１５０の液晶素子アレイ１５２にスペクトラム像を形成する。スベクトラム像を形成した分光は、液晶素子１５１のいずれかに波長帯域毎に入射する。
【００３５】
ここで、２つの分光は、共通の波長分散型分光部１３０において分光されて、平行に出射され、光学素子１４０に平行に入射して集光される。このため、直線偏光１１、１２の各分光について、同じ周波数帯域の分光は同じ液晶素子１５１に入射される。すべての液晶素子１５１の各軸は、図４に両矢印で示すように液晶素子配列方向に直交するか、あるいは平行であるようにそろえてある。一方、直線偏光１１、直線偏光１２の偏光方向は、液晶素子配列方向に対してともに４５度をなすので、それぞれが液晶素子１５１から受ける偏光変調作用は等価となる。なお、図４においては直線偏光１１、直線偏光１２が途中通過する光学素子から若干の偏光変調作用を受けていることを示すためにわずかに楕円偏光化しているように描いてある。
【００３６】
また、変調された分光は、光学素子１４０の焦点において反射される。このとき、反射光２１、２２は、液晶素子１５１の各々から再び分岐して出射され、一対の反射光２１、２２となる。反射光２１、２２の各々は、光学素子１４０に再入射される。
【００３７】
反射光２１、２２は、各々が光学素子１４０の一方の焦点面に収束し光源像を形成してから反射されて出射されるので、光学素子１４０を透過した後に平行光束となり、各主光線が光学素子１４０の他方の焦点に収束する。この焦点には、波長分散型分光部１３０が配される。
【００３８】
即ち、光学系収差による誤差を無視すれば、反射型空間変調部１５０に入射する直線偏光１１、１２と、反射型空間変調部１５０に反射されて出射する反射光２１、２２とは、反射型空間変調部１５０の反射面法線に対してなす角度がいずれの波長帯域においても等しい。従って、どの波長要素についても、反射型空間変調部１５０から出射された反射光２１、２２は、波長分散型分光部１３０上おいて光学素子１４０の光軸について直線偏光１１、１２と対称な位置に戻る。
【００３９】
これにより、直線偏光１１、１２が分光された場合と同様に、反射光２１、２２は波長分散型分光部１３０の合波作用を受け、ふたたびスペクトル分布を有する平行光束に戻って波長分散型分光部１３０から出射される。また、波長分散型分光部１３０において、反射光２１、２２が入射する領域が相互に重なることがない。
【００４０】
再び図３を参照すると、反射光２１、２２は、波長分散型分光部１３０に対して、当初の偏光方向が、いずれもグレーティング溝に対して同じ４５度をなす。これにより、反射光２１、２２は、波長分散型分光部１３０から同じ回折効率で回折されて合波作用を受ける。反射光２１、２２の各々は反射型空間変調部１５０により波長帯域毎に変調された偏光成分を含む。
【００４１】
再び図１ａ、図１ｂを参照すると、波長分散型分光部１３０により形成された一対の平行光束は、光学系１２０の光学素子１２６によりスリット部材１２４に収束し光源像が形成され、光学素子１２２により再び平行に進行する平行光束とされる。これらの平行光束は、反射光２１、２２として、ビームディスプレーサ１１０に再入射する。
【００４２】
再び図２ａ、図２ｂを参照すると、反射光２１、２２は、互いに平行に進行しつつ、ビームディスプレーサ１１０に対して入力光１０と逆の方向に再入射される。ビームディスプレーサ１１０に入射する反射光２１、２２の間隔は、直線偏光１１、１２の間隔と等しい。
【００４３】
ビームディスプレーサ１１０に入射した一方の反射光２１は、偏光方向が互いに直交する一対の直線偏光２１１、２１２に分岐される。このとき、反射型空間変調部１５０による偏光変調に応じて分岐比率が決まるので、直線偏光２１１、２１２の各々は、反射型空間変調部１５０により周波数帯域毎に受けた変調に応じたスペクトル分布を有する。
【００４４】
同様に、他方の反射光２２も偏光方向が互いに分岐する一対の直線偏光２２１、２２２に分岐される。これら直線偏光２２１、２２２も、反射型空間変調部１５０により周波数帯域毎に受けた変調に応じたスペクトル分布を有する。
【００４５】
ここで、反射光２１から分岐した直線偏光２１１、２１２のうち、直線偏光２１１は直線偏光１１と平行な偏光方向を有する一方、直線偏光２１２は直線偏光１１と直交する偏光方向を有する。また、反射光２２から分岐した直線偏光２２１、２２２のうち、直線偏光２２１は直線偏光１２と直交する偏光方向を有する一方、直線偏光２２２は直線偏光１２と平行な偏光方向を有する。
【００４６】
これら２対の直線偏光２１１、２１２、２２１、２２２は、入力光１０の入射した面から、入力光１０に対して平行に出射される。ただし、光軸をはずれた位置で光学素子１４０に入射した後に反射型空間変調部１５０に反射された反射光２１、２２の光路は、入力光１０の入射位置とは異なる位置から出射される。
【００４７】
更に、反射光２１、２２相互の間隔は、ひとつの光束がビームディスプレーサ１１０において分岐された場合に出射される平行光束の間隔に等しい。従って、ビームディスプレーサ１１０に入射した反射光２１から分岐された直線偏光２１２は、反射光２２から分岐された直線偏光２２１と同じ光路に出射される。従って、直線偏光２１２、２２１は互いに合波されて出力光２０として出射される。すなわち、ビームディスプレーサ１１０は、一対の反射光２１、２２のそれぞれにおけるビームディスプレーサ１１０から出射された一対の直線偏光１１、１２の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光２１２、２２１を、重畳して出射する。
【００４８】
直線偏光２１２、２２１の各々は、反射型空間変調部１５０により受けた変調を反映したスペクトル分布を有するので、出力光２０も、反射型空間変調部１５０により受けた変調を反映したスペクトル分布を有する。こうして、光源部１０１から出射された入力光１０に、任意のスペクトル分布を形成した出力光２０を出射させることができる。なお、合波されることのない直線偏光２１１、２２２は、出力光２０と平行に、不要光としてビームディスプレーサ１１０から出射される。
【００４９】
また、チューナブルフィルタ１００の用途は、光源装置２００に限られるわけではない。例えば、チューナブルフィルタ１００に、反射型空間変調部１５０を制御すると共に、出力光２０の光強度を測定する光量測定部を含む演算部を設けることにより、スペクトル分布測定装置を形成することもできる。
【００５０】
この場合、反射型空間変調部１５０により入力光１０にかける変調量を変化させながら出力光２０の光強度を測定することにより、反射型空間変調部１５０により変調された波長領域と、光量測定部により測定された出射光の強度とに基づいて、測定対象から前記チューナブルフィルタに入射された光のスペクトル分布を測定することができる。これにより、アダマール変換分光法等として知られるマルチプレックス分光法を実行できる。このようなスペクトル分布測定装置は、機械的な可動部がなく構造が簡単になる。
【００５１】
以上のような構造により、上記のチューナブルフィルタ１００は、グレーティング等の波長分散型分光部１３０に対して、一対の直線偏光１１、１２を平行に入射させることができる。また、共通の液晶素子アレイ１５２により、一対の直線偏光１１、１２の双方を変調できるので、部品コストが低減されると共に、液晶素子アレイ駆動部１５４の制御も簡潔になる。更に、出力光２０の光路は、入力光１０の光路と空間的に重ならないので、光源部１０１を安定に動作させることが容易になる。
【実施例２】
【００５２】
図５ａおよび図５ｂは、図１ａおよび図１ｂに対応させて、他の構造を有する光源装置２０１を模式的に示す図である。なお、以下に説明する部分を除くと、この光源装置２０１は、図１ａから図４までに示した光源装置２００と共通の構造を有するので、共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
【００５３】
光源装置２０１は、入力光１０に対するビームディスプレーサ１１０の出射面に配された往路用ダブルフレネルロムプリズム１６２および復路用ダブルフレネルロムプリズム１６４を備える点において固有の構造を有する。ダブルフレネルロムプリズムが広波長帯域で１／２波長板と同等の偏光動作をすることを利用し、ダブルフレネルロムプリズムを構成する４面すべてに直交する平面と入射する直線偏光方向とのなす角度を４５度に設定することで、偏光面を光軸周りに９０度回転させる。
【００５４】
図６ａおよび図６ｂは、図２ａおよび図２ｂに対応させて、光源装置２０１におけるビームディスプレーサ１１０の作用と、ビームディスプレーサ１１０を伝播する光束の偏光方向の関係を示す図である。光源装置２０１においては、ビームディスプレーサ１１０において入力光１０から分岐された一方の直線偏光１２が、ビームディスプレーサ１１０から出射されて光学系１２０に入射するまでの光路上に配された往路用ダブルフレネルロムプリズム１６２を有する。これにより、直線偏光１２の偏光面が９０度回転され、直線偏光１１、１２の偏光方向は互いに平行になる。
【００５５】
また、光源装置２０１は、他方の直線偏光１１が、ビームディスプレーサ１１０に再入射する直前の光路上に配された復路用ダブルフレネルロムプリズム１６４を備える。これにより、ビームディスプレーサ１１０に再入射する反射光２１の楕円偏光軸方向が９０度回転される。
【００５６】
図７は、光源装置２０１の波長分散型分光部１３０に入射する直線偏光１１、１２および反射光２１、２２の態様を説明する図である。波長分散型分光部１３０において、直線偏光１１、１２および反射光２１、２２が相互に重なり合わないことは、実施例１について既に説明した。
【００５７】
一方、直線偏光１１、１２は、波長分散型分光部１３０上で、互いに偏光方向が平行であり、隣接した領域に入射する。これにより、直線偏光１１、１２に対する波長分散型分光部１３０の回折効率は等価になる。また、反射型空間変調部１５０の直線偏光１１、１２に対する作用も等価になる。なお、波長分散型分光部１３０の分光面に対する直線偏光１１、１２の分光方向の設定は、回折効率が高くなる方を選択することが好ましい。
【００５８】
同様に、同様に、反射光２１、２２も、波長分散型分光部１３０上で、互いに偏光方向が平行であり、隣接した領域に入射する。反射光２１、２２に対する波長分散型分光部１３０の回折効率も等価になる。
【００５９】
図８は、反射型空間変調部１５０に入射する直線偏光１１、１２および反射光２１、２２の態様を模式的に示す図である。すべての液晶素子１５１の各軸は、図８に両矢印で示すように液晶素子配列方向に対して４５度をなすようにそろえてある。一方、直線偏光１１、直線偏光１２の偏光方向は、液晶素子配列方向に対して直交または平行をなすので、それぞれが液晶素子１５１から受ける偏光変調作用は等価となる。
【００６０】
以上説明したように、一対の直線偏光１１、１２を共通の反射型空間変調部１５０により変調する独特の構造により、簡潔な構造のチューナブルフィルタ１００を形成できる。更に、反射型空間変調部１５０を用いることにより、部品数を削減することもできる。
【００６１】
このようなチューナブルフィルタ１００は、例えば、光源部１０１としてスーパコンテュニュアム光源等の白色光源を用いて、任意のスペクトル分布を発生する光源装置２００として用いることができる。また、空間変調素子により変調された波長領域と、出力光の強度を測定する測定部とを組み合わせて、スペクトル分布測定装置を形成することもできる。このように、往路用ダブルフレネルロムプリズム１６２および復路用ダブルフレネルロムプリズム１６４を設けることにより、チューナブルフィルタ１００における光学的な対称性を更に向上させ、出力光２０におけるスペクトル分布の偏光依存性を抑制することができる。
【００６２】
また、上記いずれの実施形態においても、反射型空間変調部１５０として反射型の液晶素子アレイ１５２を用いたが、透過型の空間変調部を用いてチューナブルフィルタ１００を形成することもできる。この場合、透過型の空間変調部を透過した透過光に対して、光学素子１４０、波長分散型分光部１３０、光学系１２０およびビームディスプレーサ１１０に対応する出射側光学素子、合波部、光学系およびビームディスプレーサをそれぞれ光学的に共役に配する。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】光源装置２００全体の構造を模式的に示す図である。
【図１ｂ】光源装置２００全体の構造を他の視点から模式的に示す図である。
【図２ａ】ビームディスプレーサ１１０の作用を模式的に示す図である。
【図２ｂ】ビームディスプレーサ１１０の作用を他の視点から模式的に示す図である。
【図３】波長分散型分光部１３０の作用を模式的に示す図である。
【図４】反射型空間変調部１５０の作用を模式的に示す図である。
【図５ａ】光源装置２０１全体の構造を模式的に示す図である。
【図５ｂ】光源装置２０１全体の構造を他の視点から模式的に示す図である。
【図６ａ】ビームディスプレーサ１１０の作用を模式的に示す図である。
【図６ｂ】ビームディスプレーサ１１０の作用を他の視点から模式的に示す図である。
【図７】波長分散型分光部１３０の作用を模式的に示す図である。
【図８】反射型空間変調部１５０の作用を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  入力光
２０  出力光
１１、１２、２１１、２１２、２２１、２２２  直線偏光
２１、２２  反射光
１００  チューナブルフィルタ
１０１  光源部
１１０  ビームディスプレーサ
１２０  光学系
１２２、１２６、１４０  光学素子
１２４  スリット部材
１３０  波長分散型分光部
１５０  反射型空間変調部
１５１  液晶素子
１５２  液晶素子アレイ
１５４  液晶素子アレイ駆動部
１６２  往路用ダブルフレネルロムプリズム
１６４  復路用ダブルフレネルロムプリズム
２００、２０１  光源装置
【図１ａ】
2010032785.tif 000003
【図１ｂ】
2010032785.tif 000004
【図２ａ】
2010032785.tif 000005
【図２ｂ】
2010032785.tif 000006
【図３】
2010032785.tif 000007
【図４】
2010032785.tif 000008
【図５ａ】
2010032785.tif 000009
【図５ｂ】
2010032785.tif 000010
【図６ａ】
2010032785.tif 000011
【図６ｂ】
2010032785.tif 000012
【図７】
2010032785.tif 000013
【図８】
2010032785.tif 000014