(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長領域に亘る光源光を発する光源と、
前記光源光の一部を通過させるスリットと、
前記光源光を波長分散させる波長分散素子と、
前記光源光が照射される平面領域において、波長分散方向に対応する方向とこれに直交する方向に沿って２次元的に分割された複数の分割領域から選択された一つ以上の特定領域が、他の領域と異なるように、前記光源光を反射または透過させる変調素子と、
前記変調素子の前記特定領域を制御することにより、前記直交する方向に対応した複数の出力領域にそれぞれ前記光源光を導く制御部と
を備え、
前記スリットの長手方向が、前記波長分散素子で波長分散する光の波長分散方向と直交するように配置されている多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項２】
前記変調素子は、前記特定領域の偏光状態が、他の領域の偏光状態と異なるように前記光源光に変調作用を与えて反射する反射型液晶素子アレイであって、
前記反射型液晶素子アレイで反射された前記光源光のうち、所定方向の偏光成分を反射し、他の方向の偏光成分を透過する偏光ビームスプリッタ
を更に備える請求項１に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項３】
前記制御部は、出力光の強度を調整する場合には、前記特定領域において単位時間当たりの前記変調作用を与える割合と与えない場合の割合を調整することにより制御する請求項２に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項４】
前記波長分散素子によって波長分散される分散方向に直交する方向に対応して配置されるように、前記偏光ビームスプリッタの反射側よりも後段に複数設けられる出力光伝送デバイスを備える請求項２または３に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項５】
前記光源で発せられた前記光源光が、前記スリット及び前記偏光ビームスプリッタを通過し、前記波長分散素子で波長分散され、前記反射型液晶素子アレイで反射した後に、再び波長分散素子を経由して前記偏光ビームスプリッタに到達し、さらに前記偏光ビームスプリッタで反射した前記光源光が前記出力光伝送デバイスのいずれかに入射するように、前記光源光、前記スリット、前記波長分散素子、前記反射型液晶素子アレイ、前記偏光ビームスプリッタ及び前記出力光伝送デバイスが配置される請求項４に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項６】
前記スリットと前記偏光ビームスプリッタの間に、前記光源光のうち所定方向の直線偏光成分のみを透過する第１偏光フィルタを備える請求項５に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッタと前記出力光伝送デバイスの間に、前記光源光のうち所定方向の直線偏光成分のみを透過する第２偏光フィルタを備える請求項５または６に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項８】
前記光源で発せられた前記光源光が、前記偏光ビームスプリッタを通過し、前記反射型液晶素子アレイで反射した後に、再び前記偏光ビームスプリッタに到達し、さらに前記偏光ビームスプリッタで反射した前記光源光が前記波長分散素子で波長分散され、波長分散された前記光源光の一部が前記スリットを通過して前記出力光伝送デバイスのいずれかに入射するように、前記光源光、前記スリット、前記波長分散素子、前記反射型液晶素子アレイ、前記偏光ビームスプリッタ及び前記出力光伝送デバイスが配置される請求項４に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項９】
前記光源と前記偏光ビームスプリッタの間に、前記光源光のうち所定方向の直線偏光成分のみを透過する第１偏光フィルタを備える請求項８に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１０】
前記偏光ビームスプリッタと前記波長分散素子の間に、前記光源光のうち所定方向の直線偏光成分のみを透過する第２偏光フィルタを備える請求項８または９に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１１】
前記反射型液晶素子アレイの受光面近傍に、前記複数の分割領域を互いに区切るマスクを備える請求項２から１０のいずれか１項に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１２】
前記反射型液晶素子アレイは、前記複数の分割領域の境界に、前記特定領域の偏光状態と同一の偏光状態にならない不感帯領域を備える請求項２から１１のいずれか１項に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１３】
前記変調素子は前記特定領域のマイクロミラー角度が、他の領域のマイクロミラー角度と異なるように設定されるマイクロミラーアレイである請求項１に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１４】
前記制御部は、出力光の強度を調整する場合には、前記特定領域において、前記他の領域のマイクロミラー角度と同じ角度に設定する単位時間当たりの割合を調整することにより制御する請求項１３に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１５】
前記マイクロミラーアレイの受光面近傍に、前記複数の分割領域を互いに区切るマスクを備える請求項１３または１４に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１６】
前記マイクロミラーアレイは、前記複数の分割領域の境界に、前記特定領域のマイクロミラー角度にならない不感帯領域を備える請求項１３から１５のいずれか１項に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１７】
前記変調素子は、前記特定領域の偏光状態が、他の領域の偏光状態と異なるように前記光源光に変調作用を与えて透過する透過型液晶素子アレイである請求項１に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１８】
前記制御部は、出力光の強度を調整する場合には、前記特定領域において単位時間当たりの前記変調作用を与える割合と与えない場合の割合を調整することにより制御する請求項１７に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項１９】
前記透過型液晶素子アレイの受光面近傍に、前記複数の分割領域を互いに区切るマスクを備える請求項１７または１８に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【請求項２０】
前記透過型液晶素子アレイは、前記複数の分割領域の境界に、前記特定領域の偏光状態と同一の偏光状態にならない不感帯領域を備える請求項１７から１９のいずれか１項に記載の多チャンネルスペクトラム光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多チャンネルスペクトラム光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、所望の選択されたスペクトルの照明光が照射されるチューナブル光源が知られている。ここで示されるチューナブル光源以外にも、例えば変調素子としてマイクロミラーアレイデバイスを用いた光源装置が知られている。マイクロミラーアレイデバイスは、複数のマイクロミラーが二次元的に配列されており、個々のマイクロミラーの反射方向を２方向に制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５０６４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロミラーアレイデバイスを用いた従来のスペクトラム光源装置は、２次元的に配列されるマイクロミラーのうち、一辺の方向を波長分散方向に取って波長選択に用い、もう一辺の方向について有効反射領域面積を調整することにより光量アッテネーションを行っていた。したがって、ひとつの装置でひとつの出力チャンネルしか持つことができなかった。すなわち、同時に複数の異なるスペクトラム出力光を出力することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の多チャンネルスペクトラム光源装置は、所定の波長領域に亘る光源光を発する光源と、光源光の一部を通過させるスリットと、光源光を波長分散させる波長分散素子と、光源光が照射される平面領域において、波長分散方向に対応する方向とこれに直交する方向に沿って２次元的に分割された複数の分割領域から選択された一つ以上の特定領域が、他の領域と異なるように、光源光を反射または透過させる変調素子と、変調素子の特定領域を制御することにより、直交する方向に対応した複数の出力領域にそれぞれ光源光を導く制御部とを備える。
【０００６】
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また、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１のレイアウトによるスペクトラム光源装置の原理を説明する概念図である。
【図２】第２のレイアウトによるスペクトラム光源装置においてλ１の波長を出力する原理を説明する概念図である。
【図３】第２のレイアウトによるスペクトラム光源装置においてλ２の波長を出力する原理を説明する概念図である。
【図４】実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。
【図５】実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の光学系内の結像関係を示す図である。
【図６】実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の各光束チャンネルの主光線の通過様態を示す図である。
【図７】実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。
【図８】実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の光学系内の結像関係を示す図である。
【図９】実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の各光束チャンネルの主光線の通過様態を示す図である。
【図１０】実施例３に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。
【図１１】実施例４に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。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。
【０００９】
まず、本実施形態の具体的な説明に先立って、本実施形態に係るスペクトラム光源装置の原理について説明する。図１は、第１のレイアウトによるスペクトラム光源装置の原理を説明する概念図である。
【００１０】
一定の波長領域に亘って発光する光源によって照射される照射領域１１０１のうち、スリット１１０２を通過するスリット光１１０３が、波長分散素子である回折格子１１０４に到達する。回折格子１１０４は、種々の波長が混在する光を、波長に対応した角度で反射、分散させる。回折格子１１０４としては、例えば反射型平面グレーティングが用いられ、その表面の溝形状は、入射される入射光の入射角に対する反射角に応じて、その反射方向の波長が規定されるように形成されている。よって、スリット光１１０３が回折格子１１０４に入射すると、その表面で回折作用を受け、反射角に応じたその方向に特有の波長を有する回折光として反射、分散する。
【００１１】
スリット光１１０３は、例えば、図示するように、波長λ１の反射光である第１反射光１１０５、波長λ２の反射光である第２反射光１１０６、波長λ３の反射光である第３反射光１１０７に分散する。それぞれの反射光は、反射型液晶素子アレイ１１０８の方向へ分散される。第１反射光１１０５、第２反射光１１０６、第３反射光１１０７はスリット光であるので、それぞれスリット状に反射型液晶素子アレイ１１０８の第１領域１１０９、第２領域１１１０、第３領域１１１１に到達する。それぞれの領域は、反射型液晶素子アレイ１１０８の平面領域において、行方向に短冊形状をなし、ｎ１×ｎ２（ｎ１、ｎ２は共に自然数であり、ｎ１が行方向。）個の反射型液晶素子が対応する。なお、図では便宜上３つの波長で示しているが、分散される波長は連続的に変化するものであっても良い。
【００１２】
反射型液晶素子アレイ１１０８は、複数の反射型液晶素子が２次元的に配列されているもので、それぞれの液晶素子は、制御部により入射光に与えるリターデーション量が独立的に変化するように制御される。具体的には、光源光が照射される平面領域において、波長分散方向に対応する方向とこれに直交する方向に沿って２次元的に分割された複数の分割領域から選択された一つ以上の特定領域の偏光状態が他の領域の偏光状態と異なるように、個々の反射型液晶素子が独立的に制御される。これにより、反射型液晶素子アレイ１１０８の特定領域で反射された光源光は、他の領域で反射された光源光と異なる偏光状態を有することになる。例えば液晶プロジェクタに用いられるものと同様である。
【００１３】
制御部は、出力させたい波長光が到達する特定領域の反射型液晶素子を駆動して、特定領域の偏光状態が他の領域の変更状態と異なるように反射させる。図では、波長λ１の第１反射光１１０５が照射される領域である第１領域１１０９の一部の領域に対応する反射型液晶素子を駆動して、波長λ１の偏光状態を他の波長の偏光状態と異ならせている。反射型液晶素子アレイ１１０８の近傍であって、反射光路側に設置されている偏光素子は、特定領域で反射された偏光状態の光のみを透過させるように偏光方向が決められている。したがって、波長λ１の光源光のみが出力光１１１２として出力光学系１１１３に到達し、スペクトラム光源装置は、選択された波長λ１のみの光を出力する光源として機能する。また、第１領域１１０９を波長分散方向とは直交する方向に複数の領域に分割すれば、多チャンネル化することができる。図では左端に対応する１チャンネルに、波長λ１の光源光を出力する様子を示している。
【００１４】
同様に、特定領域として第２領域１１１０に対応する反射型液晶素子を駆動して、波長λ２の偏光状態を他の波長の偏光状態と異ならせれば、波長λ２のみの光を出力させることができ、特定領域として第３領域１１１１に対応する反射型液晶素子を駆動して、波長λ３の偏光状態を他の波長の偏光状態と異ならせれば、波長λ３のみの光を出力させることができる。このように、スペクトラム光源装置は、反射型液晶素子アレイ１１０８の選択する領域に応じて任意の波長の光を、複数のチャンネルに独立的に出力させることができる。
【００１５】
図２は、第２のレイアウトによるスペクトラム光源装置においてλ１の波長を出力する原理を説明する概念図である。光源１２０１は所定の波長領域に亘る光源光１２１０を発する。ここでは白色光を発するものとする。光源光１２１０は、反射型液晶素子アレイ１２０２上の反射面である平面領域に、光を照射する照射領域１２１１を形成する。
【００１６】
反射型液晶素子アレイ１２０２は、上記の反射型液晶素子アレイ１１０８と同様のデバイスである。図２において、制御部は、行方向の短冊形状である第１領域１２０３に属する反射型液晶素子を駆動して、第１領域１２０３の一部の領域に照射された光源光１２１０の偏光状態を他の領域に照射された光源光１２１０の偏光状態と異ならせている。反射型液晶素子アレイ１２０２の近傍であって、反射光路側に設置されている偏光素子は、特定領域で反射された偏光状態の光のみを透過させるように偏光方向が決められている。したがって、第１領域１２０３の一部の領域で反射された光源光のみが、白色反射光１２１３として第１の角度で回折格子１２０６の受光面に入射する。
【００１７】
回折格子１２０６は、上記の回折格子１１０４と同様の素子である。したがって、白色反射光１２１３が回折格子１２０６に入射すると、その表面で回折作用を受け、反射角に応じたその方向に特有の波長を有する回折光として反射する。例えば、赤色領域の波長λ１の回折光１２２３、緑色領域の波長λ２の回折光１２２４、青色領域の波長λ３の回折光１２２５を含むように入射光を分散させる。
【００１８】
回折格子１２０６で反射され分散された回折光は、それぞれスリット１２０７の方向へ向かう。このとき、スリット１２０７は、回折格子１２０６に対して相対的に位置決めされており、固定のスリット開口を有する。したがって、回折光のうち、特定の波長の回折光のみがこのスリット開口を通過することができる。図２においては、波長λ１の回折光１２２３がスリット開口を通過することができる。
【００１９】
スペクトラム光源装置に設けられる出力光学系は、スリット１２０７に対して相対的に位置決めされて設置されている。具体的には、スリット１２０７のスリット開口を通過する回折光が、最も好ましく出力光学系に入射するように設置されている。例えば、当該回折光が出力光学系の入射面に対して垂直かつ中心近傍で入射することが好ましい。
【００２０】
続けて、λ１とは異なるλ２の波長の出力光を出力させる場合について説明する。図３は、第２のレイアウトによるスペクトラム光源装置においてλ２の波長を出力する原理を説明する概念図である。図２と同じ要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
λ２の波長の出力光を出力させる場合は、制御部は、行方向の短冊形状である第２領域１２０４の一部の領域に属する反射型液晶素子を駆動して、第２領域１２０４に照射された光源光１２１０の偏光状態を他の領域に照射された光源光１２１０の偏光状態と異ならせている。選択された特定領域の偏光状態は、第１領域１２０３の一部の領域が選択された場合であっても、第２領域１２０４の一部の領域が選択された場合であっても同じであるので、ここでは第２領域１２０４の一部の領域で反射された光源光のみが、白色反射光１２１４として偏光素子を透過する。偏光素子を透過した白色反射光１２１４は、第２の角度で回折格子１２０６の受光面に入射する。
【００２２】
反射型液晶素子アレイ１２０２に対して回折格子１２０６は相対的に位置決めされている。したがって、白色反射光１２１４は、白色反射光１２１３と同様に回折格子１２０６の反射面へ入射するが、その入射角が異なる。すなわち、第１の角度ではなく第２の角度で回折格子１２０６の受光面に入射する。上述のように、回折格子１２０６の表面の溝形状は、反射型液晶素子アレイ１２０２の方向から入射される入射光の入射角に対する反射角に応じて、その反射方向の波長が規定されるように形成されているので、白色反射光１２１４による回折作用は、入射角が異なる分、分散する方向が白色反射光１２１３の場合に比べてシフトする。
【００２３】
スリット１２０７は、回折格子１２０６に対して相対的に位置決めされており、そのスリット開口を通過できる回折光は、回折格子１２０６に対して所定の角度で反射されたもののみである。図２の場合、分散する方向が図１の場合に比べてシフトしているので、赤色領域の波長λ１の回折光１２３３、緑色領域の波長λ２の回折光１２３４、青色領域の波長λ３の回折光１２３５のうち、回折光１２３４のみがスリット１２０７のスリット開口を通過し、その他の波長の回折光はスリット１２０７により阻止される。
【００２４】
逆に言えば、スリット１２０７のスリット開口から波長λ１の出力光が出力されるような反射型液晶素子アレイ１２０２の対応領域として第１領域１２０３を定め、同様に、波長λ２に対応して第２領域１２０４を定める。したがって、出力させる出力光の波長は、反射型液晶素子アレイ１２０２の短冊領域と対応するので、制御部は、対応する短冊領域の反射型液晶素子を駆動制御することにより、任意の波長の出力光を出力させることができる。また、対応波長領域において、波長分散方向に直交する方向にも複数に領域を分割すれば、多チャンネル化することができる。図２では右端に対応する第１のチャンネルから波長λ１の出力光を出力する様子を示し、図３では左端に対応する第３のチャンネルから波長λ２の出力光を出力する様子を示している。
【００２５】
さらには、第２のレイアウトでは、いずれの波長の出力光が出力される場合であっても、スリット１２０７のスリット開口を通過する回折光は一定の角度であるので、回折光を出力光学系に理想的に入射させることができる。回折光を出力光学系の入射面に対して垂直かつ中心近傍で入射させることができれば、スペクトラム光源装置の出力光に波長分布角度むら、波長に依存する強度分布むらである色むらが生じにくい。
【００２６】
これまで説明した原理を適用した具体的な実施例を、以下に図を用いて説明する。
【００２７】
（実施例１）
図４は、実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。本実施例は、上述の第１のレイアウトに則る。光源１０１はキセノンランプであり、アーク１０１１像を投影する凹面ミラー１０１２、開口絞り１０１３、及び光源正レンズ１０１４から構成される。キセノンランプが発する可視光域の波長分布は、太陽光の波長分布に近い。熱線反射フィルタ１０２は、光源１０１の発する熱量等に応じて設置される。特に出力光として熱線波長領域が不要の場合には、所定の分光特性を有する熱線反射フィルタ１０２を設置し、後続の光学系等の熱負荷を軽減する。光源１０１と熱線反射フィルタ１０２は、光源部１を構成する。
【００２８】
スリット３０１は、機械的な駆動等によりスリット幅を変化することができるスリット開口を備える。アーク１０１１は、スリット３０１の最大スリット幅いっぱいに像を形成する。第１正レンズ系３０２で、スリット３０１からの発散光束をコリメートする。コリメート光束は、第１偏光フィルタ２０１を通過することで直線偏光化される。第１偏光フィルタ２０１の直線偏光の向きは、偏光ビームスプリッタ２０２を透過する向きに合わせて設定されており、第１偏光フィルタ２０１を通過した光束は、偏光ビームスプリッタ２０２を透過する。第１偏光フィルタ２０１は必須の要素ではないが、第１偏光フィルタ２０１を設置すれば、偏光ビームスプリッタ２０２との作用により、広い波長範囲にわたって純度の高い直線偏光を作り出すことができる。第１偏光フィルタ２０１を透過する偏光方向とは直交する方向の偏光成分が、漏れ光としてわずかに存在する。この漏れ光成分のほとんどは、偏光ビームスプリッタ２０２を透過することができずに反射され、トラップ２０４で吸収される。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ２０２を透過した光束は、第２正レンズ系３０３を通過することによってスリット３０１の像を形成する。像面位置には、迷光遮断絞り３０４を設置する。つまり、スリット３０１の面と迷光遮断絞り３０４の面は、物体面と像面の関係にある。迷光遮断絞り３０４は、スリット３０１のスリット幅が最大となっているときでも、スリット３０１の像がけられない長方形開口を備える。なお、迷光遮断絞り３０４は必須の要素ではないが、迷光を除去する機能を担って出力光のＳ／Ｎ比を向上させる。
【００３０】
次いで、迷光遮断絞り３０４からの発散光束を第３正レンズ系３０５によりコリメートして回折格子３０６へ導く。回折格子３０６へ到達した発散光束は、その表面で回折作用を受け、反射角に応じたその方向に特有の波長を有する回折光として反射、分散する。回折格子３０６としては、例えば反射型平面グレーティングが用いられる。反射、分散された光束は、第４正レンズ系３０７を透過することにより、反射型液晶素子アレイ４の受光面４０１に光源光のスペクトラム像を形成する。形成されたスペクトラム像は、スリット３０１の像でもある。
【００３１】
スリット３０１、第１正レンズ系３０２、第２正レンズ系３０３、迷光遮断絞り３０４、第３正レンズ系３０５、回折格子３０６、及び第４正レンズ系３０７は、波長分散系３を構成する。波長分散系３は、非点収差が所定の範囲に収まるように光学設計されており、波長分散方向のみならず、これに直交する方向についても所定の解像性能を有している。屈折レンズを用いて光学系を構成すれば、非点収差を所定の範囲内に収めることは、比較的容易である。なお、波長分散素子の例としては、反射型平面グレーティングの他にも、透過型など他の形式のグレーティングを用いることもできるし、波長分散プリズムを用いることもできる。
【００３２】
反射型液晶素子アレイ４は、その受光面４０１が波長分散系３のスペクトラム像面となるように配置される。ドライバ５は、制御部からの指示に応じて単位波長領域及び出力チャンネルに対応する領域に含まれる複数の反射型液晶素子を駆動する。具体的には、矢印４０２に沿う列方向が波長分散方向に対応し、さらに個々の領域が単位波長領域に対応する。また、波長分散方行に直交する方向である矢印４０３に沿う方向が出力させる出力チャンネルに対応する。図では、４×４のマトリックス状に領域が定められていることを示すが、例えば左の列から右の列まで順に矢印４０２方向に、中心波長がλ１、λ２、λ３、λ４である単位波長領域に対応し、上の行から下の行まで順に矢印４０３方向に、後述の第１チャンネル７０１、第２チャンネル７０２、第３チャンネル７０３、第４チャンネル７０４が対応する。したがって、出力チャンネルごとに所望のスペクトラム光が出力するよう、ドライバ５は受光面４０１上における出力チャンネルに対応した複数領域に含まれる複数の反射型液晶素子を駆動する。
【００３３】
選択された領域に含まれる複数の反射型液晶素子のそれぞれは、ドライバ５の駆動により、入射される直線偏光に独立的にリターデーションを与えて楕円偏光化する。反射型液晶素子アレイ４で反射された光束は、再び波長分散系３に進入して合波作用を受け、迷光遮断絞り３０４にスリット３０１像を再び形成する。次いで第２正レンズ系３０３によってコリメートされ、偏光ビームスプリッタ２０２へ入射する。
【００３４】
偏光ビームスプリッタ２０２によって反射される方向の直線偏光成分のみが、第２偏光フィルタ２０３を経て出力正レンズ系６へ向かう。反射型液晶素子アレイ４の受光面４０１において選択された特定領域で反射された光束は楕円偏光化されており、偏光ビームスプリッタ２０２に入射したときに、所定の比率で直交する偏光成分が反射光と透過光に分けられる。したがって、特定領域で反射された光束のうちの透過光成分と特定領域以外の領域で反射された光束は、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、第１偏光フィルタ２０１を経由して再び光源部１へ戻る。なお、第１偏光フィルタ２０１、偏光ビームスプリッタ２０２、第２偏光フィルタ２０３、及びトラップ２０４は、偏光分岐光学系２を構成する。図示するように、偏光分岐光学系２は、波長分散系３に包含される関係にある。
【００３５】
出力正レンズ系６を通過した光束は、その像面にスリット３０１の像を形成するが、これは受光面４０１の共役像でもある。したがって、この面においては、選択された単位波長の光束が選択されたチャンネル位置に、出力光として出力される。このチャンネルに合わせて、複数の出力光伝送デバイスを設置する。図において、第１チャンネル７０１、第２チャンネル７０２、第３チャンネル７０３、第４チャンネル７０４のそれぞれは出力光伝送デバイスであって、出力光学系７を構成する。出力光伝送デバイスとしては、例えば液体ライトガイドが採用される。液体ライトガイドは、一端に入力された光束が内部で反射を繰り返すうちに均質化されて他端から出力される性質を備える。また、可撓性を備えるので、出力光を照射対象まで導光する場合に好ましい。なお、波長分散系３は、非点収差が所定の範囲に収まるように光学設計がなされており、各チャンネルには対応する受光面４０１上の領域からの反射光しか入射せず、クロストークが発生しないように考慮されている。
【００３６】
図５は、実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の光学系内の結像関係を示す図である。図示するように、アーク１０１１像として発せられた出力光が出力光学系７に到達するまでに順に、スリット３０１、迷光遮断絞り３０４、受光面４０１、迷光遮断絞り３０４、及び出力光学系７の入射端面直前のそれぞれで結像していることがわかる。
【００３７】
図６は、実施例１に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の各光束チャンネルの主光線の通過様態を示す図である。図は、開口絞り１０１３の開口中心を通過する光線を主光線として、出力光学系７の各チャンネルの中心に集光する光束の主光線を代表例として示す。図からわかるように、偏光分岐光学系２、波長分散系３を往復する光路において、往路、復路ともに偏光ビームスプリッタ２０２上及び回折格子３０６上で各主光線が収斂するように光学系が設計されている。また受光面４０１に対する入射光、反射光のどの主光線も受光面４０１に対して垂直となるように光学設計がされている。もちろん反射型液晶素子での入射光束主光線は液晶面に垂直であることが望ましい。また、出力光学系７へ入射するときも、互いの主光線が平行となるように設計されている。したがって、出力光伝送デバイスの各々は平行に配列される。
【００３８】
以上のように構成される多チャンネルスペクトラム装置は、ひとつの装置で複数の独立した出力チャンネルを得ることができる。したがって、例えば１台の装置だけで例えば色度図上で微妙に異なる値を持つ色を同時に作り出し、目視によってその違いを確認することも簡単にできる。
【００３９】
（実施例２）
図７は、実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。本実施例は、上述の第２のレイアウトに則る。光源部１は、実施例１と同様に光源１０１と熱線反射フィルタ１０２から構成される。キセノンランプのアーク１０１１の像が、ロッドガラス８０１の入射端面に形成され、射出端面から照明光学系８０２へ出力される。ロッドガラス８０１は、例えば四角柱形状をなし、内部を通過する光の光強度分布を均一化する作用を有する。ロッドガラス８０１の材料は、耐熱性と透過率に優れた石英ガラスが適している。
【００４０】
照明光学系８０２から射出された光束は、反射型液晶素子アレイ４へ向けて進行する。  照明光学系８０２は、第１群光学系８０２１、開口絞り８０２２、第２群光学系８０２３から構成され、反射型液晶素子アレイ４の受光面４０１に対してテレセントリックとなるように光学設計されている。ロッドガラス８０１と照明光学系８０２で、均一化光学系８を構成する。
【００４１】
照明光学系８０２と受光面４０１の間には、光路順に、第１偏光フィルタ２０１と偏光ビームスプリッタ２０２が設置され、受光面４０１に入射する光を所定方向の直線偏光にする。第１偏光フィルタ２０１は必須の要素ではないが、第１偏光フィルタ２０１を設置すれば、偏光ビームスプリッタ２０２との作用により、広い波長範囲にわたって純度の高い直線偏光を作り出すことができる。第１偏光フィルタ２０１を透過する偏光方向とは直交する方向の偏光成分が、漏れ光としてわずかに存在する。この漏れ光成分のほとんどは、偏光ビームスプリッタ２０２を透過することができずに反射され、トラップ２０４で吸収される。
【００４２】
反射型液晶素子アレイ４は、その受光面４０１が、偏光ビームスプリッタ２０２を透過した光束を受ける。この段階の光束は未だ分光されておらず、白色光である。ドライバ５は、制御部からの指示に応じて単位波長領域及び出力チャンネルに対応する領域に含まれる複数の反射型液晶素子を駆動する。具体的には、矢印４０２に沿う列方向が波長分散方向に対応し、さらに個々の領域が単位波長領域に対応する。また、波長分散方行に直交する方向である矢印４０３に沿う方向が出力させる出力チャンネルに対応する。図では、４×４のマトリックス状に領域が定められていることを示すが、例えば左の列から右の列まで順に矢印４０２方向に、中心波長がλ１、λ２、λ３、λ４である単位波長領域に対応し、上の行から下の行まで順に矢印４０３方向に、第１チャンネル７０１、第２チャンネル７０２、第３チャンネル７０３、第４チャンネル７０４が対応する。したがって、出力チャンネルごとに所望のスペクトラム光が出力するよう、ドライバ５は受光面４０１上における出力チャンネルに対応した複数領域に含まれる複数の反射型液晶素子を駆動する。
【００４３】
選択された領域に含まれる複数の反射型液晶素子のそれぞれは、ドライバ５の駆動により、入射される直線偏光に独立的にリターデーションを与えて楕円偏光化する。反射型液晶素子アレイ４で反射された光束は、再び偏光ビームスプリッタ２０２へ入射する。
【００４４】
偏光ビームスプリッタ２０２によって反射される方向の直線偏光成分のみが、第２偏光フィルタ２０３を経て出力正レンズ系６へ向かう。反射型液晶素子アレイ４の受光面４０１において選択された特定領域で反射された光束は楕円偏光化されており、偏光ビームスプリッタ２０２に入射したときに、所定の比率で直交する偏光成分が反射光と透過光に分けられる。したがって、特定領域で反射された光束のうちの透過光成分と特定領域以外の領域で反射された光束は、偏光ビームスプリッタ２０２を透過し、第１偏光フィルタ２０１を経由して再び光源部１へ戻る。なお、第１偏光フィルタ２０１、偏光ビームスプリッタ２０２、第２偏光フィルタ２０３、及びトラップ２０４は、偏光分岐光学系２を構成する。
【００４５】
第２偏光フィルタ２０３を透過した光束は、第４正レンズ系３０７によりコリメートされて回折格子３０６へ入射する。回折格子３０６へ到達した発散光束は、その表面で回折作用を受け、反射角に応じたその方向に特有の波長を有する回折光として反射、分散する。回折格子３０６としては、例えば反射型平面グレーティングが用いられる。反射、分散された光束は、第３正レンズ系３０５を透過することにより、スリット３０１に光源光のスペクトラム像を形成する。第３正レンズ系３０５及び第４正レンズ系３０７の作用により、スリット３０１面と受光面４０１は共役関係となる。したがって、スリット３０１側から見た場合、スリット３０１の波長分散像が受光面４０１上に形成されるが、受光面４０１を反射した光束のうち反射位置におけるスリット３０１の像を形成している波長光のみがスリット３０１のスリット開口を通過できると言える。
【００４６】
スリット３０１、第３正レンズ系３０５、第４正レンズ系３０７、及び回折格子３０６は、波長分散系３を構成する。波長分散系３は、非点収差が所定の範囲に収まるように光学設計されており、波長分散方向のみならず、これに直交する方向についても所定の解像性能を有している。屈折レンズを用いて光学系を構成すれば、非点収差を所定の範囲内に収めることは、比較的容易である。なお、波長分散素子の例としては、反射型平面グレーティングの他にも、透過型など他の形式のグレーティングを用いることもできるし、波長分散プリズムを用いることもできる。
【００４７】
さらに、出力正レンズ系６によってスリット３０１の共役像を形成する。出力正レンズ系６は、スリット３０１の像をテレセントリックに結像する。出力正レンズ系６の像面は受光面４０１の共役像でもある。したがって、この面においては、選択された単位波長の光束が選択されたチャンネル位置に、出力光として出力される。このチャンネルに合わせて、複数の出力光伝送デバイスを設置する。図において、第１チャンネル７０１、第２チャンネル７０２、第３チャンネル７０３、第４チャンネル７０４のそれぞれは出力光伝送デバイスであって、出力光学系７を構成する。出力光伝送デバイスとしては、例えば液体ライトガイドが採用される。液体ライトガイドは、一端に入力された光束が内部で反射を繰り返すうちに均質化されて他端から出力される性質を備える。また、可撓性を備えるので、出力光を照射対象まで導光する場合に好ましい。なお、波長分散系３は、非点収差が所定の範囲に収まるように光学設計がなされており、各チャンネルには対応する受光面４０１上の領域からの反射光しか入射せず、クロストークが発生しないように考慮されている。
【００４８】
図８は、実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の光学系内の結像関係を示す図である。図示するように、光源１０１で発せられた出力光が出力光学系７に到達するまでに順に、受光面４０１、スリット３０１、及び出力光学系７の入射端面直前のそれぞれで結像していることがわかる。
【００４９】
図９は、実施例２に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の各光束チャンネルの主光線の通過様態を示す図である。図は、開口絞り１０１３の開口中心を通過する光線を主光線として、出力光学系７の各チャンネルの中心に集光する光束の主光線を代表例として示す。図からわかるように、偏光分岐光学系２内において各主光線は光軸に平行であり、受光面４０１に対する入射光、反射光のどの主光線も受光面４０１に対して垂直になるよう光学系が設計されている。もちろん反射型液晶素子での入射光束主光線は液晶面に垂直であることが望ましい。また、出力光学系７へ入射するときも、互いの主光線が平行となるように設計されている。したがって、出力光伝送デバイスの各々は平行に配列される。
【００５０】
以上のように構成される多チャンネルスペクトラム装置は、ひとつの装置で複数の独立した出力チャンネルを得ることができる。したがって、例えば１台の装置だけで例えば色度図上で微妙に異なる値を持つ色を同時に作り出し、目視によってその違いを確認することも簡単にできる。また、このレイアウトによれば、回折光が出力光学系７の入射面に対して垂直かつ中心近傍で入射するのでより好ましい。
【００５１】
上記の実施例においては、変調素子として反射型液晶素子アレイ４を用いた。反射型液晶素子アレイ４は、ある単位波長領域、チャンネルに対応する短冊領域に含まれる個々の反射型液晶素子を制御することにより、偏光ビームスプリッタ２０２へ入射させる反射光の、直交成分の比率を制御して光強度を調整することができる。すなわち、偏光ビームスプリッタ２０２でより多く反射されるように直交する直線偏光成分を増やせば、出力される光強度は大きくなる。このような方式を階調変調方式ということにする。階調変調方式により、特定領域全体に直交成分比率の調整を行えば出力光の光強度の調整を行うことができる。
【００５２】
光強度の調整は、上記の階調変調方式の他に時間変調方式、面積変調方式がある。時間変調方式は、ある単位波長領域、チャンネルに対応する短冊領域に含まれる反射型液晶素子を、単位時間内に、入射される直線偏光にリターデーションを与えて楕円偏光化する場合とそうでない場合を所定の比率で繰り返すことにより、出力される光強度を調整する。つまり、偏光ビームスプリッタ２０２へ入射させる反射光の直交成分の比率を、個々の反射型液晶素子の連続的な駆動により変更する。
【００５３】
面積変調方式は、ある単位波長領域、チャンネルに対応する短冊領域に含まれる反射型液晶素子のうち、入射される直線偏光にリターデーションを与えて楕円偏光化する素子とそうでない素子の個数を変更することにより出力される光強度を調整する。つまり、偏光ビームスプリッタ２０２へ入射させる反射光の直交成分の比率を、リターデーションを与える反射型液晶素子の面積比率により変更する。なお、反射型液晶素子アレイ４を用いる上記実施例１および実施例２の多チャンネルスペクトラム装置においては、階調変調方式および時間変調方式が比較的良好な結果が得られる。
【００５４】
（実施例３）
図１０は、実施例３に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。本実施例は、図７に示した第２実施例における反射型液晶素子アレイ４の代わりに、マイクロミラーアレイ９を用いる。変調素子受光面を照射する光源光を矢印９０２および矢印９０３に沿って２次元的に選択する点では、マイクロミラーアレイ９であっても同様に適用できる。光学系については、図７に示した第２実施例に対して偏光分岐光学系２がなくなったのが異なるのみで、その他は同じであるので動作詳細説明は省略する。
【００５５】
光量変調は時間変調方式を採用する。すなわち、ある出力チャンネルのある単位波長領域について光量変調を行う場合、出力チャンネルの単位波長領域に対応するマイクロミラーアレイ受光面９０１上の領域に存在する複数のマイクロミラーを一斉に駆動する。具体的には、出力光路側と廃棄光路側の２方向に対して交互に向け、所定の単位時間内における出力光路側に向けている時間の積分値と、廃棄光路側に向けている時間の積分値との比率を調整することで、短冊形開口像に対応する波長光の出力量を制御する。この方法によればマイクロミラーアレイ受光面９０１上の領域における光量減衰変調が一様になされ、出力チャンネル入射開口面上における光強度分布に波長差を生じにくくする。
【００５６】
この他面積変調方式により、出力光の光強度の調整を行うこともできる。面積変調方式の場合は、ある単位波長領域、チャンネルに含まれるマイクロミラーについて、出力光学系７の方向へ角度設定をする個数と廃棄光路側へ角度設定をする個数を変更することにより、出力される光強度を調整する。つまり、出力光学系７へ反射する反射光の割合をマイクロミラーの面積比率により変更する。ただし、マイクロミラーアレイ受光面９０１上の領域における光量減衰変調がより一様になされ、出力チャンネル入射開口面上における光強度分布波長差をより生じにくくする点においては、時間変調方式の方が好ましい。
【００５７】
（実施例４）
図１１は、実施例４に係る多チャンネルスペクトラム光源装置の概略構成図である。本実施例は、図７に示した第２実施例における反射型液晶素子アレイ４の代わりに、透過型液晶素子アレイ４１を用いる。変調素子受光面を照射する光源光を２次元的に選択する点では、透過型液晶素子アレイ４１であっても同様に適用できる。透過型液晶素子アレイ４１は、複数の透過型液晶素子が２次元的に配列されているもので、それぞれの液晶素子は、制御部によりドライバ５を介して、透過光に与えるリターデーション量が独立的に変化するように制御される。光学系については、図７に示した第２実施例に対して偏光分岐光学系２がなくなったのが異なるのみで、その他は同じであるので動作詳細説明は省略する。
【００５８】
透過型液晶素子アレイ４１を用いる場合は、反射型液晶素子アレイ４を用いるときに併せて設置していた偏光分岐光学系２の代わりに、透過型液晶素子アレイ４１の前後に第３偏光フィルタ４１４と第４偏光フィルタ４１５を設ける。均一化光学系８からの光源光は、第３偏光フィルタ４１４によって直線偏光化されてから透過型液晶素子アレイ４１に入射する。透過型液晶素子アレイ４１を透過し楕円偏向化された透過光は、第４偏光フィルタ４１５を通過できる直線偏光成分のみが波長分散系３の方向へ投射される。
【００５９】
ドライバ５は、制御部からの指示に応じて単位波長領域及び出力チャンネルに対応する領域に含まれる複数の透過型液晶素子を駆動する。具体的には、矢印４１２に沿う列方向が波長分散方向に対応し、さらに個々の領域が単位波長領域に対応する。また、波長分散方行に直交する方向である矢印４１３に沿う方向が出力させる出力チャンネルに対応する。図では、４×４のマトリックス状に領域が定められていることを示すが、例えば左の列から右の列まで順に矢印４１２方向に、中心波長がλ１、λ２、λ３、λ４である単位波長領域に対応し、上の行から下の行まで順に矢印４１３方向に、第１チャンネル７０１、第２チャンネル７０２、第３チャンネル７０３、第４チャンネル７０４が対応する。したがって、出力チャンネルごとに所望のスペクトラム光が出力するよう、ドライバ５は受光面４１１上における出力チャンネルに対応した複数領域に含まれる複数の透過型液晶素子を駆動する。なお、変調方式は、反射型液晶素子アレイ４の方式と同様である。
【００６０】
以上のように構成される多チャンネルスペクトラム装置は、ひとつの装置で複数の独立した出力チャンネルを得ることができる。したがって、例えば１台の装置だけで例えば色度図上で微妙に異なる値を持つ色を同時に作り出し、目視によってその違いを確認することも簡単にできる。
【００６１】
上記の各実施例においては、反射型液晶素子アレイ４、マイクロミラーアレイ９、透過型液晶素子アレイ４１を４×４の領域に分割して説明した。例えば、この分割領域を明確に区切るマスクを受光面４０１、受光面９０１または受光面４１１上に設けても良い。このようなマスクを設けることにより、出力光学系７において、クロストークをさけることができる。マスクを設けるのではなく、分割領域間の素子に光源光を廃棄する不感帯を設定しても同様の効果が得られる。つまり、反射型液晶素子アレイ４、透過型液晶素子アレイ４１は、分割領域の境界に、特定領域の偏光状態と同一の偏光状態にならない不感帯領域を設ける。マイクロミラーアレイ９であれば、分割領域の境界に、特定領域のマイクロミラー角度にならない不感帯領域を設ける。
【００６２】
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。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。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。
【符号の説明】
【００６３】
１  光源部、２  偏光分岐光学系、３  波長分散系、４  反射型液晶素子アレイ、５  ドライバ、６  出力正レンズ系、７  出力光学系、８  均一化光学系、９  マイクロミラーアレイ、４１  透過型液晶素子アレイ、１０１  光源、１０２  熱線反射フィルタ、２０１  第１偏光フィルタ、２０２  偏光ビームスプリッタ、２０３  第２偏光フィルタ、２０４  トラップ、３０１  スリット、３０２  第１正レンズ系、３０３  第２正レンズ系、３０４  迷光遮断絞り、３０５  第３正レンズ系、３０６  回折格子、３０７  第４正レンズ系、４０１  受光面、４０２、４０３  矢印、４１１  受光面、４１２、４１３  矢印、４１４  第３偏光フィルタ、４１５  第４偏光フィルタ、７０１  第１チャンネル、７０２  第２チャンネル、７０３  第３チャンネル、７０４  第４チャンネル、８０１  ロッドガラス、８０２  照明光学系、９０１  受光面、９０２、９０３  矢印、１０１１  アーク、１０１２  凹面ミラー、１０１３  開口絞り、１０１４  光源正レンズ、１１０１  照射領域、１１０２  スリット、１１０３  スリット光、１１０４  回折格子、１１０５  第１反射光、１１０６  第２反射光、１１０７  第３反射光、１１０８  反射型液晶素子アレイ、１１０９  第１領域、１１１０  第２領域、１１１１  第３領域、１１１２  出力光、１１１３  出力光学系、１２０１  光源、１２０２  反射型液晶素子アレイ、１２０３  第１領域、１２０４  第２領域、１２０６  回折格子、１２０７  スリット、１２１０  光源光、１２１１  照射領域、１２１３、１２１４  白色反射光、１２２３、１２２４、１２２５  回折光、１２３３、１２３４、１２３５  回折光、８０２１  第１群光学系、８０２２  開口絞り、８０２３  第２群光学系
【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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【図１０】
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【図１１】
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