(57)【要約】【課題】簡易な構成で高速かつ比較的広い範囲で光路長を変更する。【解決手段】光源１３から発せられた光を反射し、揺動角度を変化させてその反射方向を変更可能な揺動ミラー１５と、揺動ミラー１５により反射された光を順に反射して揺動ミラー１５に戻す固定ミラー１７Ａ，１７Ｂと、揺動ミラー１５の揺動角度にかかわらず、揺動ミラー１５により２回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１９およびビームスプリッタ２１とを備える光路長調整器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】
光源から発せられた光を反射し、揺動角度を変化させてその反射方向を変更可能な揺動ミラーと、
該揺動ミラーにより反射された前記光を順に反射して該揺動ミラーに戻す２つ以上の固定ミラーと、
前記揺動ミラーの揺動角度にかかわらず、該揺動ミラーにより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
を備える光路長調整器。
【請求項２】
前記光路調整光学系が、前記揺動ミラーにより２回目以降に反射された前記光の光路に直交する反射面を備える折返しミラーと、前記光源と前記揺動ミラーとの間に配置され、前記折返しミラー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に記載の光路長調整器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光路長調整器と、
前記揺動ミラーにより２回目以降に反射された前記光を通過させて分散を補償する分散補償部材とを備え、
該分散補償部材が、前記揺動ミラーにおいて反射された前記光の光路に交差する方向に異なる分散補償量を有する分散補償器。
【請求項４】
前記分散補償部材が三角プリズムより構成され、前記光路に交差する方向に沿って厚さが変化するように配置されている請求項３に記載の分散補償器。
【請求項５】
前記分散補償部材が厚さが異なる複数の平行平板によって構成され、前記光路に交差する方向に沿って厚さが段階的に変化するように配置されている請求項３に記載の分散補償器。
【請求項６】
前記分散補償部材が異なる分散特性を有する材料からなる複数の平行平板を前記光路に交差する方向に配置して構成されている請求項３に記載の分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路長調整器およびこれを用いた分散補償器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光路長の変更を簡単に行うことができる光路長調整器が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の光路長調整器は、互いに平行に配置された２つの平面鏡からなる二重鏡を共通軸を中心として回転可能に配置し、光源から発せられた光を各平面鏡で順に反射して反射鏡へと導くものである。この光路長調整器は、二重鏡を回転させて平面鏡に入射させる光源からの光の入射角度を変えることで、回転の前後における光路長を変化させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１６３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光路長調整器によれば、光路長が２つの平面鏡間の直線距離に応じて決定され、回転の前後における光路長の変更量が二重鏡の回転角度に依存する。そのため、平面鏡間の距離を大きくすれば二重鏡を微小回転させるだけで光路長を大きく変更することができるが、二重鏡全体が大型化しこれを回転するために大きな駆動力が必要になるという問題がある。また、回転速度を大きくすれば光路長を大きく変更することができるが、二重鏡全体の回転速度には限界がある。
【０００５】
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、簡易な構成で高速かつ比較的広い範囲で光路長を変更することができる光路長調整器およびこれを用いた分散補償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】
【０００６】
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、光源から発せられた光を反射し、揺動角度を変化させてその反射方向を変更可能な揺動ミラーと、該揺動ミラーにより反射された前記光を順に反射して該揺動ミラーに戻す２つ以上の固定ミラーと、前記揺動ミラーの揺動角度にかかわらず、該揺動ミラーにより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路長調整器を提供する。
【０００７】
本発明によれば、揺動ミラーを揺動させて、光源から発せられた光の反射方向を変更すると、該揺動ミラーおよび２以上の固定ミラーを介して揺動ミラーにより２回目以降に反射されるまでの光路が変動し、その光路長が変化する。そして、揺動ミラーの揺動角度にかかわらず、揺動ミラーにおいて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から取り出される。すなわち、揺動ミラーを揺動させるだけで、光路長の異なる光を同一の光路から取り出すことができる。
【０００８】
この場合に、２つ以上の固定ミラー間で光を順に反射して揺動ミラーに戻すことで光路が折り返されるので、実質的には、大きく離れた２枚の揺動ミラー間で反射させるのと同じだけの光路長の変動を狭い範囲で実現することができる。すなわち、揺動ミラーおよび各固定ミラー間の距離を大きくすることなく光路長を大きく変動させることができる。また、揺動ミラーを僅かに揺動させるだけで光路長を大きく変更することができる。したがって、コンパクトな構成で、光路長を高速にかつ広範囲にわたって変更することができる。
【０００９】
上記発明においては、前記光路調整光学系が、前記揺動ミラーにより２回目以降に反射された前記光の光路に直交する反射面を備える折返しミラーと、前記光源と前記揺動ミラーとの間に配置され、前記折返しミラー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。
【００１０】
このように構成することで、光源から出射され揺動ミラーおよび２つ以上の固定ミラーを介して揺動ミラーにおいて２回目以降に反射された光が、折返しミラー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、光路長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。
【００１１】
本発明は、上記本発明の光路長調整器と、前記揺動ミラーにより２回目以降に反射された前記光を通過させて分散を補償する分散補償部材とを備え、該分散補償部材が、前記揺動ミラーにおいて反射された前記光の光路に交差する方向に異なる分散補償量を有する分散補償器を提供する。
【００１２】
本発明によれば、光路長調整器において、同一の揺動ミラーにおいて２回反射された光は、相互に平行に配置した２枚の揺動ミラー間で光を反射させる場合と同様に、揺動ミラーの角度に応じて並進移動させられ、一定の角度で出射される。したがって、揺動ミラーを揺動することで、光が分散補償部材を通過する位置を光路に交差する方向に沿って変更することができる。これにより、分散補償部材において波長ごとに光路長を調整して分散を補償することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記分散補償部材が三角プリズムより構成され、前記光路に交差する方向に沿って厚さが変化するように配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、光が三角プリズムを通過する位置の波長ごとの屈折率の差に応じて分散を補償するができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記分散補償部材が厚さが異なる複数の平行平板によって構成され、前記光路に交差する方向に沿って厚さが段階的に変化するように配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、光が通過する平行平板の厚さに応じて異なる量だけ分散を補償することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記分散補償部材が異なる分散特性を有する材料からなる複数の平行平板を前記光路に交差する方向に配置して構成されていることとしてもよい。
このように構成することで、光が通過する平行平板ごとの分散特性に応じて異なる量だけ分散を補償することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成で高速かつ比較的広い範囲で光路長を変更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】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光路長調整器およびこれを用いた分散補償器の概略構成図である。
【図２】図１の基本姿勢の揺動ミラーによる光路を示した図である。
【図３】図１の揺動後の揺動ミラーによる光路を示した図である。
【図４】図１の基本姿勢の揺動ミラーによる光路および揺動後の揺動ミラーによる光路を示した別の図である。
【図５】本発明の一実施形態の第１の変形例に係る分散補償部材を示す概略構成図である。
【図６】本発明の一実施形態の第２の変形例に係る分散補償部材を示す概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態の第３の変形例に係る分散補償部材を示す概略構成図である。
【図８】本発明の一実施形態の第４の変形例に係る光路分岐部材を示す概略構成図である。
【図９】本発明の一実施形態の第５の変形例に係る光路調整光学系を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る光路長調整器１およびこれを用いた分散補償器１０について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る分散補償器１０は、図１に示すように、光源１３から発せられた光の光路長を調整する光路長調整器１と、該光路長調整器１において光路長を調整された光を通過させて分散を補償する三角プリズム（分散補償部材）３とを備えている。
【００１９】
光路長調整器１は、光源１３から発せられた光を反射する揺動可能な揺動ミラー１５と、揺動ミラー１５により反射された光を順に反射して揺動ミラー１５に戻す第１の固定ミラー１７Ａおよび第２の固定ミラー１７Ｂと、揺動ミラー１５において２回目に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１９と、折返しミラー１９によって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）２１とを備えている。
【００２０】
これら光源１３、第１の固定ミラー１７Ａ、第２の固定ミラー１７Ｂ、折返しミラー１９およびビームスプリッタ２１は、揺動ミラー１５の同一反射面側に設けられ、光源１３側から順にビームスプリッタ２１、第２の固定ミラー１７Ｂ、第１の固定ミラー１７Ａ、折返しミラー１９の順に配置されている。なお、前記三角プリズム３は、第１の固定ミラー１７Ａと折返しミラー１９との間に配置されている。
【００２１】
揺動ミラー１５は、例えば、ガルバノミラーであって、回転軸Ｃを中心に揺動可能に配置されている。この揺動ミラー１５は、光源１３から発せられた光を反射して第１の固定ミラー１７へと導くようになっている。また、揺動ミラー１５は、揺動角度を変えることで、光源１３から発せられた光の反射方向、すなわち、固定ミラー１７Ａへの光の入射位置を変更するようになっている。図１において、揺動ミラー１５が回転軸Ｃを中心としてＸ軸に平行でかつＹ軸に直交する状態を揺動ミラー１５の基本姿勢とし、揺動後の揺動ミラー１５を揺動ミラー１５´として示す。
【００２２】
第１の固定ミラー１７Ａおよび第２の固定ミラー１７Ｂは、揺動ミラー１５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１７Ａは、揺動ミラー１５によって反射された光を第２の固定ミラー１７Ｂ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１７Ｂは、第１の固定ミラー１７Ａから入射されてきた光を揺動ミラー１５に向けて反射する位置に配置されている。以下、第１の固定ミラー１７Ａおよび第２の固定ミラー１７Ｂを合わせて固定ミラー１７Ａ，１７Ｂという。
【００２３】
折返しミラー１９およびビームスプリッタ２１は、揺動ミラー１５の揺動角度にかかわらず、揺動ミラー１５において２回反射された光を同一の光路から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１９は、固定ミラー１７Ａ，１７Ｂを介して揺動ミラー１５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１９は、光路に直交する折返し反射面（反射面）１９ａ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。
【００２４】
ビームスプリッタ２１は、光源１３と揺動ミラー１５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２１は、光源１３から発せられた光を透過し、折返しミラー１９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。
【００２５】
三角プリズム３は、光が通過する位置の波長ごとの屈折率の差に応じて分散を補償するものである。この三角プリズム３は、揺動ミラー１５と折返しミラー１９との間の光路上に設けられ、揺動ミラー１５において２回反射された光が通過するようになっている。また、三角プリズム３は、光路に交差する方向に沿って厚さが変化するように配置されている。すなわち、三角プリズム３は、揺動ミラー１５において反射された光の光路に交差する方向に沿って異なる分散補償量を有している。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係る光路長調整器１および分散補償器１０の作用について説明する。以下、基本姿勢の揺動ミラー１５による光路を符号Ｎで示し、揺動後の揺動ミラー１５´による光路を符号Ｕで示す。
本実施形態に係る分散補償器１０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２１を通過して、揺動ミラー１５により第１の固定ミラー１７Ａに向かって反射される。そして、第１の固定ミラー１７Ａおよび第２の固定ミラー１７Ｂを順に反射されて揺動ミラー１５に戻り、揺動ミラー１５において再度反射されて三角プリズム３へと導かれる。
【００２７】
揺動ミラー１５から三角プリズム３へと導かれた光は、三角プリズム３を通過して折返しミラー１９の折返し反射面１９ａに対して垂直に入射される。そして、折返しミラー１９により垂直に反射されて同一光路Ｎを逆方向に戻り、三角プリズム３、揺動ミラー１５、第２の固定ミラー１７Ｂおよび第１の固定ミラー１７Ａを介して、揺動ミラー１５からビームスプリッタ２１へと導かれる。ビームスプリッタ２１に戻された光は、光路Ｎが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。
【００２８】
この分散補償器１０において、揺動ミラー１５が基本姿勢の状態では、例えば、図２に示すように、揺動ミラー１５においてＸ軸に対して４５°の反射角で反射された光は、第１の固定ミラー１７Ａにおいて反射面に直交する方向に対して２２．５°の角度で入射され、第２の固定ミラー１７Ｂにおいて反射面に直交する方向に対して２２．５°の角度で反射される。そして、第２の固定ミラー１７Ｂにより反射された光が揺動ミラー１５に戻ると、揺動ミラー１５において再度Ｘ軸に対して４５°の反射角で出射される。
【００２９】
これに対し、図３に示すように、揺動ミラー１５をＸ軸に対して２．５°傾けると、光源１３から発せられた光は、基本姿勢の揺動ミラー１５による反射方向に対して５°傾斜して、すなわち、揺動後の揺動ミラー１５´によりＸ軸に対して４０°の反射角で反射される。
【００３０】
この結果、第１の固定ミラー１７Ａおよび第２の固定ミラー１７Ｂへの入射角が変わる。具体的には、第１の固定ミラー１７Ａにおいて反射面に直交する方向に対して１７．５°の角度で入射され、第２の固定ミラー１７Ｂにおいて反射面に直交する方向に対して２７．５°の角度で反射される。したがって、固定ミラー１７Ａ，１７Ｂを介して揺動ミラー１５´により２回反射されるまでの光路が光路Ｎから光路Ｕに変動し、光路が変動することで光路長が変化する。
【００３１】
この場合に、固定ミラー１７Ａ，１７Ｂ間で光を順に反射して揺動ミラー１５に戻すことで光路Ｎ，Ｕが折り返されるので、実質的には、大きく離れた２枚の平行な揺動ミラー間で反射させるのと同じだけの光路長の変動を狭い範囲で実現することができる。すなわち、揺動ミラー１５および固定ミラー１７Ａ，１７Ｂ間の距離を大きくすることなく光路長を大きく変動させることができる。また、揺動ミラー１５を僅かに揺動させるだけで光路長を大きく変更することができる。
【００３２】
また、固定ミラー１７Ａ，１７Ｂを介して揺動後の揺動ミラー１５´に戻った光は、揺動ミラー１５´において、基本姿勢の揺動ミラー１５における２回目の反射とは異なる位置で、かつ、同じ反射角度（Ｘ軸に対して４５°）で反射される。
【００３３】
すなわち、図４に示すように、揺動ミラー１５において２回反射された光は、相互に平行に配置した２枚の揺動ミラー間で光を反射させる場合と同様に、揺動ミラー１５の角度に応じて並進移動させられ、かつ、揺動ミラー１５の揺動角度に関係なく一定の角度（本実施形態においては、Ｘ軸に対して４５°。）で出射される。
【００３４】
したがって、揺動ミラー１５を揺動することで、光が三角プリズム３を通過する位置を光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って変更することができる。三角プリズム３は光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って光路長が異なるので、揺動ミラー１５により光が三角プリズム３を通過する位置を変えることで、波長ごとに光路長を調整して分散を補償することができる。
【００３５】
揺動後の揺動ミラー１５´により、光路Ｎに平行する光路Ｕを通って三角プリズム３を通過した光は、折返しミラー１９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、三角プリズム３、揺動ミラー１５´、第２の固定ミラー１７Ｂおよび第１の固定ミラー１７Ａを介して、揺動ミラー１５´に戻された光は、揺動ミラー１５´から光路Ｎと同一光路を通ってビームスプリッタ２１へと導かれる。これにより、ビームスプリッタ２１において、揺動後の揺動ミラー１５´による光が揺動前の揺動ミラー１５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。
【００３６】
したがって、揺動ミラー１５を揺動させるだけで、光路長の異なる光を同一の光路から取り出すことができる。また、三角プリズム３において、波長ごとに光路長を調整して分散を補償することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係る光路長調整器１およびこれを用いた分散補償器１０によれば、揺動ミラー１５を揺動させるだけで、光路長を高速にかつ広範囲にわたって変更することができる。また、三角プリズム３において所望の量だけ分散を補償することができる。
【００３８】
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、分散補償部材として三角プリズム３を例示して説明したが、第１の変形例としては、分散補償部材として、厚さが異なる、言い換えれば、光を通過させる距離が異なる複数の平行平板を採用することとしてもよい。この場合、光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って平行平板の厚さ（光が通過する距離）が段階的に変化するように配置することとすればよい。例えば、図５に示すように、光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って厚さが薄い順に並行平板１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄを配置することとで、光が通過する並行平板１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄの厚さに応じて異なる量だけ分散を補償することができる。
【００３９】
また、第２の変形例としては、分散補償部材として、異なる分散特性を有する材料からなる複数の平行平板を採用することとしてもよい。この場合、光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って分散特性が変化するように配置することとすればよい。例えば、図６に示すように、光路Ｎ，Ｕに交差する方向に沿って異なる分散特性を有する材料からなる平行平板２０３Ｅ，２０３Ｆ，２０３Ｇ，２０３Ｈを配置することで、光が通過する平行平板２０３Ｅ，２０３Ｆ，２０３Ｇ，２０３Ｈごとの分散特性に応じて分散を補償することができる。
【００４０】
また、第３の変形例としては、分散補償部材を偶数個の三角プリズムによって構成することとしてもよい。例えば、図７に示すように、２つの三角プリズム３０３Ａ，３０３Ｂを光路に交差する方向に沿って厚さが変化するように、かつ、互いに点対称となるように組み合わせて配置することとすればよい。このようにすることで、光が通過する屈折率に応じて波長ごとに三角プリズム３Ａから異なる方向に出射されたとしても、三角プリズム３Ａに対して点対称に配置された三角プリズム３Ｂから波長ごとに平行に出射することができる。したがって、波長ごとに折返しミラー１９の角度を調整しなくても全ての波長を同一光路に沿って戻すことができる。
【００４１】
また、本実施形態においては、光路分岐部材としてビームスプリッタ２１を例示して説明したが、第４の変形例としては、光路分岐部材を偏光光分割素子および波長板によって構成することとしてもよい。例えば、図８に示すように、ビームスプリッタ２１に代えて、偏光ビームスプリッタ４２１およびλ／４波長板４２３を配置し、光源１３から発せられ偏光ビームスプリッタ４２１を透過してλ／４波長板４２３を往復して戻る光を偏光ビームスプリッタ４２１によって分岐することとすればよい。このようにすることで、ビームスプリッタ２１によって光の一部を分岐させる場合と比較して光の損失を防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、光路調整光学系が折返しミラー１９およびビームスプリッタ２１により構成されていることとしたが、第５の変形例としては、例えば、図９に示すように、光路調整光学系をアルファベットのＶ字状に組み合わせた２つの折返しミラー５１９Ａ，５１９Ｂによって構成することとしてもよい。折返しミラー５１９Ａ，５１９Ｂにより、揺動ミラー１５において２回目に反射された光を順に直角に反射して、行きの光路に対して直交する方向にずらして平行に折り返すことで、ビームスプリッタを用いることなく光路長の異なる光を最終的に同一光路に導くことができる。
【００４３】
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、２つの固定ミラー１７Ａ，１７Ｂを例示して説明したが、２つ以上の固定ミラーを用いることとしてもよい。また、本実施形態においては、揺動ミラー１５において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。また、固定ミラー１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ異なる角度で固定されていてもよく、揺動ミラー１５において反射された光を順に反射して揺動ミラー１５に戻し、揺動ミラー１５において複数回反射させることができればよい。また、折返しミラー１９は、揺動ミラー１５の揺動角度にかかわらず揺動ミラー１５において複数回反射された光を同一光路通して射出することができればよく、固定する必要はない。
【符号の説明】
【００４４】
１  光路長調整器
３  三角プリズム（分散補償部材）
１０  分散補償器
１３  光源
１５  揺動ミラー
１７Ａ，１７Ｂ  固定ミラー
１９  折返しミラー
２１  ビームスプリッタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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