(57)【要約】【課題】光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にする。【解決手段】光源１３から発せられる光の入射角度を変化させるように揺動可能に配置され、該光を入射角度あるいは入射位置に応じて反射率の異なる反射率特性を有する石英ガラス３と、石英ガラス３により反射された光を反射して石英ガラス３に戻すミラーペア５と、石英ガラス３の揺動角度にかかわらず、石英ガラス３により２回目以降に反射された光を同一の光路を通して射出させる折返しミラー７およびビームスプリッタ９とを備える光量調整器１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられる光の入射角度を変化させるように揺動可能に配置され、該光の入射角度あるいは入射位置に応じて反射率の異なる反射率特性を有する揺動反射部材と、
該揺動反射部材により反射された前記光を反射して該揺動反射部材に戻す折返し反射部材と、
前記揺動反射部材の揺動角度にかかわらず、該揺動反射部材により２回目以降に反射された光を同一の光路を通して射出させる光路調整光学系と
を備える光量調整器。
【請求項２】
前記光路調整光学系が、前記揺動反射部材により２回目以降に反射された前記光の光路に直交する光路調整反射面を備える光路調整反射部材と、前記光源と前記揺動反射部材との間に配置され、前記光路調整反射部材により反射された前記光を分岐させる光路分岐部材とを備える請求項１に記載の光量調整器。
【請求項３】
前記折返し反射部材が、前記光の入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性を有する請求項１または請求項２に記載の光量調整器。
【請求項４】
前記揺動反射部材が、異なる反射率特性を有する材料からなる複数の揺動反射面を有する請求項１から請求項３に記載の光量調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光量調整器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光のパワー調整を行う光学素子として、ＮＤフィルタ（減光フィルタ）が多く用いられているが、フェムト秒レーザなどパルスレーザの出力は非常に大きいため、レーザパワーを適当に調整する際に破損や劣化してしまうという問題がある。この問題を解決する手段として、楔形状の複数のプレートに光を入射し、フレネル反射による減光を
利用して光のパワー調整を行う装置（アッテネータ）が知られている（非特許文献１参照）。
【０００３】
非特許文献１に記載のアッテネータは、楔形状のプレートを２枚組み合わせたものを対称的に２組配置し、これら４枚のプレートに入射する光に対してプレートの揺動角度を変更することで、光の入射角度に応じた透過率に基づいて調光するようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋ．Ｂｅｎｎｅｔｔ  ａｎｄ  Ｒ．Ｌ．  Ｂｙｅｒ、「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  ｗｅｄｇｅｄ−ｐｌａｔｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ」、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ、１５  Ｊｕｌｙ  １９８０、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．１４、Ｐ．２４０８−２４１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載のアッテネータによれば、光を楔形状のプレートに入射すると、プレートを透過して出射される光の光束の断面が楕円形状に変形してしまうという問題がある。例えば、顕微鏡等で用いる光のパワー調整を行った場合に光束の断面が楕円形状に変形してしまうと、分解能が低下してしまうという不都合がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にすることができる光量調整器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、光源から発せられる光の入射角度を変化させるように揺動可能に配置され、該光の入射角度あるいは入射位置に応じて反射率の異なる反射率特性を有する揺動反射部材と、該揺動反射部材により反射された前記光を反射して該揺動反射部材に戻す折返し反射部材と、前記揺動反射部材の揺動角度にかかわらず、該揺動反射部材により２回目以降に反射された光を同一の光路を通して射出させる光路調整光学系とを備える光量調整器を提供する。
【０００８】
本発明によれば、光源から発せられ揺動反射部材および折返し反射部材を介した後、揺動反射部材において２回目以降に反射された光は、揺動反射部材による反射回数だけ入射角度あるいは入射位置に応じた反射率特性に基づいて光量が低下する。そして、揺動反射部材において２回目以降に反射された光は、光路調整光学系によって同一の光路を通して射出される。
【０００９】
この場合に、揺動反射部材の揺動角度を変更するだけで、揺動反射部材における光の入射角度に応じて、すなわち、光の反射率に応じて、減光量を調整することができる。また、光量を調整するにあたっては、光の透過作用を利用していないので、出射された光の光束の断面形状が変形してしまうということがない。したがって、光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にすることができる。さらに、光量が異なる光を同一の光路から取り出すことができる。
【００１０】
上記発明においては、前記光路調整光学系が、前記揺動反射部材により２回目以降に反射された前記光の光路に直交する光路調整反射面を備える光路調整反射部材と、前記光源と前記揺動反射部材との間に配置され、前記光路調整反射部材により反射された前記光を分岐させる光路分岐部材とを備えることとしてもよい。
【００１１】
このように構成することで、光源から出射され揺動反射部材および折返し反射部材を介して揺動反射部材において２回目以降に反射された光が、光路調整反射部材によって折り返されて同一光路を戻り、光路分岐部材によって分岐される。これにより、光量が異なる光を同一の光路から容易に取り出すことができる。
【００１２】
また、折返し反射部材により揺動反射部材に戻した光を光路調整反射部材によってさらに同一光路に沿って逆方向に戻すことで、揺動反射部材において少なくとも４回以上減光することができる。すなわち、光路を折り返してさらに往復させることで、実質的には、４つの揺動反射部材間で反射させるのと同じ量の減光を狭い範囲で実現することができる。したがって、コンパクトな構成で、揺動反射部材を僅かに揺動させるだけで光量を大きく変更することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記折返し反射部材が、前記光の入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性を有することとしてもよい。
このように構成することで、折返し反射部材により、揺動反射部材によって減光された光をさらに折返し反射部材の反射率特性に基づき減光することができる。したがって、減光可能な範囲を大きくすることができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記揺動反射部材が、異なる反射率特性を有する材料からなる複数の揺動反射面を有することとしてもよい。
このように構成することで、光を入射する揺動反射面を反射ごとに変えることで、揺動反射面ごとの異なる反射率特性に応じて光量を調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光量調整器の概略構成図である。
【図２】図１の揺動反射部材の揺動前後にわたる光路を示した図である。
【図３】図１の揺動反射部材の光の入射角度とエネルギー反射率との関係を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態の第１の変形例に係る光量調整器を示す概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態の第２の変形例に係る光量調整器の揺動前の揺動反射部材による光路を示した図である。
【図６】図５の揺動反射部材の揺動後の光路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る光量調整器１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光量調整器１は、図１および図２に示すように、光源１３から発せられた光を反射する石英ガラス（揺動反射部材）３と、石英ガラス３により反射された光を反射して石英ガラス３に戻すミラーペア（折返し反射部材）５と、石英ガラス３により２回反射された光を同一光路に沿って折り返す折返しミラー（光路調整反射部材）７と、折返しミラー７により折り返された光を分岐させるビームスプリッタ（光路分岐部材）９とを備えている。
【００１８】
石英ガラス３は、例えば、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率が１．４５７の性質を有する板状のガラス部材であって、回転軸を中心に揺動可能に配置されている。また、石英ガラス３は、図３に示すように、光の入射角度に応じて反射率が異なる反射率特性を有している。同図において、横軸は入射角度（°）を示し、縦軸はエネルギー反射率（％）を示している。この石英ガラス３は、揺動角度を変えることで、光源１３から発せられた光の入射角度、すなわち、反射率を変更するようになっている。
【００１９】
なお、図３に示す反射率特性は、石英ガラス３の媒質自身による特性である。すなわち、例えば、石英ガラス３の表面に反射膜を設けたような場合の特性ではない。また、石英ガラス３の表面に反射膜を設けてもよい。この場合、より好ましい反射率特性を得ることができる。
【００２０】
ミラーペア５は、１組の第１の固定ミラー４および第２の固定ミラー６によって構成されている。第１の固定ミラー４および第２の固定ミラー６は、石英ガラス３に対向して所定の角度に固定された状態で配置されている。第１の固定ミラー４は、石英ガラス３によって反射された光を第２の固定ミラー６に向けて反射する位置に配置されている。また、第２の固定ミラー６は、第１の固定ミラー４から入射されてきた光を石英ガラス３に向けて反射する位置に配置されている。
【００２１】
折返しミラー７およびビームスプリッタ９は、石英ガラス３の揺動角度にかかわらず、石英ガラス３において２回反射された光を同一の光路を通して射出させる光路調整光学系を構成するものである。折返しミラー７は、ミラーペア５を介して石英ガラス３において２回反射された光の光路上に配置されている。この折返しミラー７は、光路に直交する折返し反射面７ａを備え、入射した光を同一光路に沿って折り返すようになっている。よって、入射した光を同一光路に沿って折り返すには、折返しミラー７が少なくともあればよい。ただし、入射光と出射光の光路が同一であると、出射光を取り出すことができない。よって、次に述べるビームスプリッタ９が必要になる。
【００２２】
ビームスプリッタ９は、光源１３と石英ガラス３との間の光路上に配置されている。このビームスプリッタ９は、光源１３から出射された光を透過し、折返しミラー７により同一光路に沿って戻された光を反射して光路を約９０°偏向するようになっている。
【００２３】
このように構成された本実施形態に係る光量調整器１の作用について説明する。以下、揺動前（光源１３から出射された光の入射角度が４５°）の石英ガラス３に対して、揺動後（光源１３から出射された光の入射角度が５５°）の石英ガラス３を符号３´として示す。また、揺動前の石英ガラス３による光路を符号Ｎで示し、揺動後の石英ガラス３´による光路を符号Ｕで示す（図２参照）。
【００２４】
本実施形態に係る光量調整器１においては、光源１３から発せられた光は、ビームスプリッタ９を透過して石英ガラス３に入射角度４５°で入射される（入射位置Ｒ１）。そして、石英ガラス３の入射位置Ｒ１において反射された光は（光路Ｎ）、第１の固定ミラー４および第２の固定ミラー６を順に反射されて、再び石英ガラス３に入射角度４５°で戻される（入射位置Ｒ２）。
【００２５】
石英ガラス３の入射位置Ｒ２に戻された光は、折返しミラー７に向けて反射され、折返し反射面７ａに対して垂直に入射される。そして、折返しミラー７により垂直に反射されて同一光路Ｎを逆方向に戻り、石英ガラス３の入射位置Ｒ２、第２の固定ミラー６および第１の固定ミラー４を介して、石英ガラス３の入射位置Ｒ１からビームスプリッタ９へと導かれる。ビームスプリッタ９に戻された光は、光路を９０°偏向させられて、光源１３に向かう光路Ｎとは別の光路を通って射出される。
【００２６】
この光量調整器１において、光源１３から発せられた光は、石英ガラス３において入射角度４５°の反射を往復で４回繰り返してビームスプリッタ９から射出される。したがって、ビームスプリッタ９から出射される光の光量は、石英ガラス３における１回の反射率の値の４乗となる。具体的には、Ｐ偏光の光の反射率は２×１０−９程度、Ｓ偏光の光の反射率は４．５×１０−５程度となる（図３参照）。したがって、光源１３から発せられた光が大出力の光であっても、大きく減光することができる。
【００２７】
これに対し、図２に示すように、石英ガラス３を１０°揺動して、光源１３から出射された光を石英ガラス３に入射角度５５°で入射させると（入射位置Ｒ１´）、石英ガラス３の入射位置Ｒ１´において反射された光は（光路Ｕ）、第１の固定ミラー４および第２の固定ミラー６を介して、再び石英ガラス３に入射角度５５°で戻される（入射位置Ｒ２´）。
【００２８】
そして、石英ガラス３により２回目に反射された光は、折返しミラー７において光路Ｎの光の反射位置とは異なる位置で垂直に反射され、光路Ｕを逆方向に戻る。そして、石英ガラス３の入射位置Ｒ２´、第２の固定ミラー６および第１の固定ミラー４を介して、石英ガラス３の入射位置Ｒ１´から光路Ｎと同一光路を通ってビームスプリッタ９へと導かれる。これにより、ビームスプリッタ９において、揺動後の石英ガラス３´による光が揺動前の石英ガラス３による光と同一方向に分岐され同一光路を通って射出される。
【００２９】
この場合、光源１３から発せられた光は、石英ガラス３´において入射角度５５°の反射を往復で４回繰り返してビームスプリッタ９から射出される。また、Ｐ偏光の光は、入射角度５５°ではブリュースター角（偏光角）となる（図３参照）。したがって、ビームスプリッタ９から出射される光のＰ偏光の光の反射率は５．７×１０−１９程度、Ｓ偏光の光の反射率は２．５×１０−４程度となり、４５°で入射した場合と比較して、減光量を調整することができる。
【００３０】
光量調整器１によれば、石英ガラス３，３´による反射回数だけ入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性に基づいて光量が低下する。また、折返しミラー７およびビームスプリッタ９により、異なる揺動角度の石英ガラス３，３´によって反射した光を同一の光路から取り出すことができる。
【００３１】
この場合に、石英ガラス３の揺動角度を変更するだけで、石英ガラス３に入射される光の入射角度に応じて、すなわち、光の反射率に応じて、減光量を調整することができる。また、ミラーペア５により石英ガラス３に１度戻した光を、折返しミラー７によりさらに同一光路を往復させるので、実質的には４枚の石英ガラス間で反射させるのと同じ量の減光を狭い範囲で実現することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る光量調整器１では、光量の調整にあたっては、光の透過作用を利用していない。すなわち、光量調整器１では、平面による反射作用を利用している。そのため、光の透過作用を利用して光量を調整する場合のように、透過する部材の形状に応じて出射された光の光束の断面形状が変形してしまうということがない。例えば、断面が円形状の光束が減光後に楕円形状の断面に変形するということがない。したがって、光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にすることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る光量調整器１によれば、石英ガラス３を揺動するだけで、光束の断面形状を一定に保ったまま光量を可変にすることができる。また、コンパクトな構成で、１つの石英ガラス３を僅かに揺動させるだけで光量を大きく変更することができる。
【００３４】
なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、石英ガラス３の入射位置Ｒ１における反射率と入射位置Ｒ２における反射率とが等しいこととしたが、第１の変形例としては、石英ガラス３が入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性を有する材料からなる複数の揺動反射面を有することとしてもよい。例えば、図４に示すように、石英ガラス３において、入射位置Ｒ２の部分に反射率１００％の揺動反射ミラー面（揺動反射面）１０３ａを設けることとしてもよい。これは、揺動反射部材としての石英ガラス３が、光の入射位置に応じて反射率の異なる反射率特性を有しているということもできる。
【００３５】
このような構成において、揺動後の石英ガラス３´（入射角度５５°）により入射位置Ｒ１における反射と入射位置Ｒ２における反射を往復で２回ずつ繰り返した場合、ビームスプリッタ９から出射される光のＰ偏光の光の反射率は７．５×１０−１０程度、Ｓ偏光の光の反射率は１．６％程度となる（図３参照）。したがって、入射位置Ｒ１，Ｒ２がともに石英ガラスの反射面からなる場合と比較して、減光量を緩和することができる。すなわち、反射位置ごとに揺動反射面の反射率特性を変えることで、揺動反射面ごとの異なる反射率特性に応じて光量を調整することができる。
【００３６】
また、第２の変形例としては、折返しミラー７により、光源１３から出射された光を同一光路上を戻すこととしたが、例えば、往路と復路とを空間的に異なる場所を通過させることとしてもよい。この場合、例えば、図５および図６に示すように、石英ガラス（揺動反射部材）２０３を異なる反射率特性を有する４つの揺動反射面２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄによって構成し、また、折返しミラー（光路調整反射部材）２０７がアルファベットのＶ字状に組み合わせた２つの折返し反射面２０７Ａ，２０７Ｂを備えることとすればよい。なお、図５に示す揺動前（入射角度４５°）の石英ガラス２０３に対して、図６において揺動後（入射角度５５°）の石英ガラス２０３を符号２０３´として示す。また、揺動前の石英ガラス２０３による光路を符号Ｎで示し、揺動後の石英ガラス２０３´による光路を符号Ｕで示す。
【００３７】
この場合、光源１３から出射された光は石英ガラス２０３の揺動反射面２０３ａにおいてミラーペア５に向けて反射され、ミラーペア５から戻された光は石英ガラス２０３の揺動反射面２０３ｂにおいて折返しミラー７に向けて反射される。折返しミラー２０７においては、石英ガラス２０３からの光が折返し反射面２０７Ａ，２０７Ｂにおいて順に直角に反射され、往路に対して直交する方向にずれて平行に折り返される。そして、折り返された光は石英ガラス２０３の揺動反射面２０３ｃにおいてミラーペア５に向けて反射され、ミラーペア５から戻された光は石英ガラス２０３の揺動反射面２０３ｄにおいてビームスプリッタ９に向けて反射される。したがって、石英ガラス２０３における４回の反射を全て異なる反射率にすることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態においては、揺動反射部材として石英ガラス３，２０３を例示して説明したが、入射角度あるいは入射位置に応じて反射率の異なる反射率特性を有するものであればよく、これに限定されるものではない。通常光学系で使用される硝材は全て利用可能であり、結晶でももちろんよい。
【００３９】
また、折返し反射部材としてミラーペア５（第１の固定ミラー４および第２の固定ミラー６）を例示して説明したが、折返し反射部材を２つ以上の固定ミラーによって構成することとしてもよい。また、ミラーペア５が入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性を有する材料によって構成されていることとしてもよい。また、本実施形態においては、光路調整反射部材として折返しミラー７を例示して説明したが、これに代えて、入射角度に応じて反射率の異なる反射率特性を有する材料によって構成された光路調整反射部材を採用することとしてもよい。
また、本実施形態においては、揺動反射部材３において片道２回反射させることとしたが、２回以上反射させることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  光量調整器
３、２０３  石英ガラス（揺動反射部材）
５  ミラーペア（折返し反射部材）
７，２０７  折返しミラー（光路調整反射部材）
９  ビームスプリッタ（光路分岐部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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