(57)【要約】  光学デバイス（１００）は、レーザ光源（１１１〜１１３）と、偏光板（１２１〜１２３）と、積層波長板（１３０）と、を備えている。レーザ光源（１１１〜１１３）は、それぞれ異なる波長の光を出射する。積層波長板（１３０）は、複数の波長板（１３１〜１３３）を含み、通過する光の各偏光成分に位相差を生じさせる。偏光板（１２１〜１２３）は、レーザ光源（１１１〜１１３）によって出射されて積層波長板（１３０）へ入射する各光の偏光方向の間の角度が、各光の波長の相違による積層波長板（１３０）における方位角の相違を補償する角度となるように、各光の偏光方向を調整する。
2013077204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長の光を出射する複数の光源と、
直列に設けられた複数の波長板により構成され、前記複数の光源によって出射された各光を通過させ、通過する光の各偏光成分に位相差を生じさせる積層波長板と、
前記複数の光源によって出射されて前記積層波長板へ入射する各光の偏光方向の間の角度が、前記各光の波長の相違による前記積層波長板における方位角の相違を補償する角度となるように、前記各光の偏光方向を調整する偏光調整部と、
を備えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記複数の波長板は、
遅相軸が所定方向に設定された第１波長板と、
前記第１波長板の後段に設けられ、遅相軸が前記所定方向とは異なる方向に設定された第２波長板と、
前記第２波長板の後段に設けられ、遅相軸が前記所定方向に設定された第３波長板と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記複数の光源は、波長λ１の光を出射する光源と、前記波長λ１とは異なる波長λ２の光を出射する光源と、を含み、
前記第１波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記第２波長板は、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記第１波長板および前記第２波長板の各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記偏光調整部は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との各偏光方向の間の角度Ψ（λ１，λ２）が下記の式を満たすように、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との偏光方向を調整することを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
【数１】
2013077204.tif 000024
【請求項４】
前記屈折率Δｎ１（λ）は、ａ１＋ｂ１／λ2＋ｃ１／λ4＋ｄ１／λ6＋，…（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，…は前記第１波長板の材料に固有の係数）によって近似され、
前記屈折率Δｎ２（λ）は、ａ２＋ｂ２／λ2＋ｃ２／λ4＋ｄ２／λ6＋，…（ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，…は前記第２波長板の材料に固有の係数）によって近似されることを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第２波長板は、前記各光の各偏光成分に与える位相差が印加電圧に応じて変化する液晶セルであることを特徴とする請求項３または４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記積層波長板を通過した光のうちの所定の偏光成分のみを透過させる偏光子を備えることを特徴とする請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記偏光調整部は、前記複数の光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の光源のうちの対応する光源によって出射された光のうちの所定の透過偏光方向の偏光成分のみを前記積層波長板へ透過させる複数の偏光子であり、
前記複数の偏光子のそれぞれの前記透過偏光方向は、前記積層波長板へ透過する各光の偏光方向の間の角度が前記方位角の相違を補償する角度となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記偏光調整部によって偏光方向が調整された各光を、前記各光の偏光方向を保持しつつ合波する合波部をさらに備え、
前記合波部によって合波され、前記積層波長板を通過した光を出力することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、偏光方向を調整した光を出力する光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光源などの光源から出射された光の各偏光成分に所定の位相差（リタデーション）を与えることで、光源から出射された光の偏光方向を調整し、偏光方向を制御した光を出力する波長板が知られている。波長板には、たとえば、各偏光成分にλ／２（λは光の波長）の位相差を与えるλ／２波長板や、各偏光成分にλ／４の位相差を与えるλ／４波長板などがある。波長板は、たとえば、偏光方向に応じた透過量で光を透過させる偏光板等を用いたアッテネータ（減衰器）などに利用される。また、広帯域の波長板を実現するために、複数の波長板を組み合わせた積層波長板が知られている（たとえば、下記特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０７０６９０号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０９１７６８号
【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、上述した従来技術では、複数の波長成分を含む光が積層波長板へ入射すると、積層波長板からの出力光における偏光方向が波長成分ごとにばらつくという問題がある。このため、たとえば、積層波長板および偏光板等を用いたアッテネータにおいて、出力光の減衰量が波長成分（光の色）ごとにばらつくという問題がある。【０００５】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、波長成分ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる光学デバイス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】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる光学デバイスの一側面では、それぞれ異なる波長の光を出射する複数の光源と、前記複数の光源によって出射された各光を通過させる直列に設けられた複数の波長板を含み、前記複数の波長板を通過する光の各偏光成分に位相差を生じさせる積層波長板と、前記複数の光源によって出射されて前記積層波長板へ入射する各光の偏光方向の間の角度が、前記各光の波長の相違による前記積層波長板における方位角の相違を補償する角度となるように、前記各光の偏光方向を調整する偏光調整部と、を備える。【０００７】
このように、各光の偏光方向を波長に応じてあらかじめ調整しておくことで、各光の波長の相違による積層波長板のリタデーションの相違を補償し、出力光の波長成分ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、波長成分ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態にかかる光学デバイスの構成例を示す図である。
【図２】図２は、光学デバイスの変形例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した光学デバイスにおける透過光量特性の一例を示すグラフ（その１）である。
【図４−１】図４−１は、各波長に対応する偏光板の透過偏光方向を同一にした（各波長で透過偏光方向を傾けなかった）と仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。
【図４−２】図４−２は、図２に示した光学デバイスにおける透過光量特性の一例を示すグラフ（その２）である。
【図４−３】図４−３は、積層波長板に代えて単一の液晶セルを設けて各偏光板の透過偏光方向を同一にしたと仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。
【図４−４】図４−４は、積層波長板に代えて単一の液晶セルを設けて各偏光板の透過偏光方向をずらしたと仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。
【図５】図５は、積層波長板の動作の一例を示す図である。
【図６】図６は、方位角に対する積層波長板のリタデーションの特性の一例を示すグラフである。
【図７−１】図７−１は、波長に対する積層波長板のリタデーションの特性の一例を示すグラフである。
【図７−２】図７−２は、波長に対する積層波長板の方位角の特性の一例を示すグラフである。
【図８−１】図８−１は、各波長に対応する偏光板における透過偏光方向積層波長板の遅相軸方向の一例を示す図（その１）である。
【図８−２】図８−２は、各波長に対応する偏光板における透過偏光方向積層波長板の遅相軸方向の一例を示す図（その２）である。
【図９−１】図９−１は、合波部の構成例を示す図である。
【図９−２】図９−２は、合波部の変形例１を示す図である。
【図９−３】図９−３は、合波部の変形例２を示す図である。
【図９−４】図９−４は、合波部の変形例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光学デバイスの実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態）
（実施の形態にかかる光学デバイスの構成）
図１は、実施の形態にかかる光学デバイスの構成例を示す図である。図１に示すように、光学デバイス１００は、レーザ光源１１１〜１１３と、偏光板１２１〜１２３と、積層波長板１３０と、を備えている。光学デバイス１００は、レーザ光源１１１〜１１３によって出射されたレーザ光の各偏光成分に所定の位相差を与えることで、レーザ光の偏光方向を調整し、偏光方向を制御した光を出力する光デバイスである。
【００１２】
レーザ光源１１１〜１１３は、それぞれ異なる波長のレーザ光を出射する。たとえば、レーザ光源１１１は、青色（波長が４５０［ｎｍ］）のレーザ光を出射する。レーザ光源１１２は、緑色（波長が５１２［ｎｍ］）のレーザ光を出射する。レーザ光源１１３は、赤色（波長が６５０［ｎｍ］）のレーザ光を出射する。
【００１３】
レーザ光源１１１〜１１３から出力されたレーザ光は、それぞれ偏光板１２１〜１２３へ入射する。レーザ光源１１１〜１１３のそれぞれは、たとえば、各波長のレーザ光を直接発光するレーザ装置でもよいし、ＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第二高調波発生）方式のレーザ装置などでもよい。
【００１４】
偏光板１２１〜１２３は、レーザ光源１１１〜１１３によって出射されて積層波長板１３０へ入射する各光の偏光方向の間の角度が所定の角度になるように、各光の偏光方向を調整する偏光調整部である。所定の角度とは、各光の波長の相違による、積層波長板１３０における方位角の相違を補償する角度である（後述）。
【００１５】
偏光板１２１は、レーザ光源１１１から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向１２１ａの直線偏光成分のみを透過させて積層波長板１３０へ出射する偏光子である。偏光板１２２は、レーザ光源１１２から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向１２２ａの直線偏光成分のみを透過させて積層波長板１３０へ出射する偏光子である。
【００１６】
偏光板１２３は、レーザ光源１１３から出射されたレーザ光のうちの透過偏光方向１２３ａの直線偏光成分のみを透過させて積層波長板１３０へ出射する偏光子である。偏光板１２１〜１２３が透過させる直線偏光成分の透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａは、レーザ光源１１１〜１１３の各波長に応じてそれぞれ異なる方向に設計されている。透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａの詳細については後述する。
【００１７】
なお、レーザ光源１１１〜１１３が直線偏光のレーザ光を出射する場合は、レーザ光源１１１〜１１３からの各レーザ光の偏光方向が、それぞれ透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａとほぼ一致するように、レーザ光源１１１〜１１３の角度を調整しておいてもよい。これにより、偏光板１２１〜１２３における光損失を抑えることができる。また、この場合は、偏光板１２１〜１２３を省いた構成とすることも可能である。この場合は、レーザ光源１１１〜１１３の角度を調整する部材が、各光の偏光方向を調整する偏光調整部となる。
【００１８】
積層波長板１３０は、レーザ光源１１１〜１１３から出射されて偏光板１２１〜１２３を透過した光の直交する各偏光成分に所定の位相差（リタデーション）を与える波長板として動作する。たとえば、積層波長板１３０は、偏光板１２１〜１２３からの光の各偏光成分にλ／４（λは光の波長）の位相差を与えるλ／４板、または、偏光板１２１〜１２３からの光の各偏光成分にλ／２の位相差を与えるλ／２板として動作する。
【００１９】
積層波長板１３０は、直列に設けられた波長板１３１〜１３３を含む。波長板１３１〜１３３のそれぞれは、通過する各光の直交する各偏光成分に所定の位相差を生じさせる複屈折素子である。波長板１３１は、偏光板１２１〜１２３から出射された各光を波長板１３２へ通過させる第１波長板である。波長板１３２は、波長板１３１から出射された各光を波長板１３３へ通過させる第２波長板である。波長板１３３は、波長板１３２から出射された各光を後段へ出射する第３波長板である。たとえば、波長板１３１，１３３はλ／４板であり、波長板１３２はλ／２板である。
【００２０】
遅相軸方向１３１ａ，１３２ａ，１３３ａは、それぞれ波長板１３１〜１３３の遅相軸の方向である。遅相軸（スロー軸）は、波長板において複屈折の屈折率が最も高い軸である。図１に示す例では、積層波長板１３０がλ／４板として動作するように遅相軸方向１３１ａ，１３２ａ，１３３ａが設計されている。具体的には、遅相軸方向１３１ａ，１３３ａは、同一の方向（所定方向とする）に設定されている。遅相軸方向１３２ａは、遅相軸方向１３１ａ，１３３ａ（所定方向）と異なる方向に設定されている。
【００２１】
偏光方向１４１〜１４３は、積層波長板１３０から出射された光におけるそれぞれ青色、緑色、赤色の波長成分における偏光方向を示している。積層波長板１３０がλ／４板として動作するように遅相軸方向１３１ａ，１３２ａ，１３３ａが設計されているため、偏光方向１４１〜１４３はそれぞれ円偏光となる。
【００２２】
また、偏光板１２１〜１２３の後段に、偏光板１２１〜１２３から出射された各光を、各光の偏光方向を保持しつつ合波する合波部を設けてもよい。合波部は、たとえば、偏光板１２１〜１２３と積層波長板１３０との間や、積層波長板１３０の後段に設けることができる。合波部の構成例については後述する（たとえば図９−１〜図９−４参照）。
【００２３】
図２は、光学デバイスの変形例を示す図である。図２において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、図１に示した積層波長板１３０の後段に偏光板２１０を設けることで、光学デバイス１００にアッテネータ（減衰器）の機能を持たせることができる。
【００２４】
この場合は、たとえば、積層波長板１３０がλ／２板として動作するように波長板１３１〜１３３の遅相軸方向１３１ａ，１３２ａ，１３３ａが設計される。これにより、積層波長板１３０から出射された光における各波長成分の偏光方向１４１〜１４３はそれぞれ直線偏光となる。
【００２５】
また、たとえば、波長板１３２を液晶セルによって実現する。液晶セルは、印加電圧に応じてダイレクタの方向が変化し、通過する光の各偏光成分に生じさせる位相差が変化する。これにより、波長板１３２の印加電圧を変化させることで、積層波長板１３０から出射される光における各波長成分の偏光方向１４１〜１４３を変化させることができる。
【００２６】
偏光板２１０は、積層波長板１３０から出射された光のうちの偏光方向２１１の直線偏光成分（所定の偏光成分）のみを透過させて後段へ出射する偏光子である。これにより、波長板１３２の印加電圧により偏光方向１４１〜１４３を変化させることで、偏光板２１０を透過する光の強度を変化させることができる。
【００２７】
なお、波長板１３２に適用する液晶セルには、たとえばネマティック液晶を用いることができる。または、波長板１３２に適用する液晶セルには、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ：強誘電性液晶）を用いることができる。これにより、偏光方向の制御を高速に行うことができる。
【００２８】
図２に示した光学デバイス１００においては、たとえば、偏光板１２１〜１２３と積層波長板１３０との間や、積層波長板１３０と偏光板２１０との間や、偏光板２１０の後段に合波部（たとえば図９−１〜図９−４参照）を設けることができる。
【００２９】
（光学デバイスにおける透過光量特性）
図３は、図２に示した光学デバイスにおける透過光量特性の一例を示すグラフ（その１）である。図３において、横軸は、液晶セルによって実現された波長板１３２に印加する電圧［Ｖ］を示している。縦軸は、積層波長板１３０から出射された光の偏光板２１０における透過光量（透過率）を示している。
【００３０】
図３に示す例では、図２に示した光学デバイス１００において、青色のレーザ光に対応する偏光板１２１の透過偏光方向１２１ａが、所定方向（波長板１３１，１３３の遅相軸方向１３１ａ，１３３ａ）に対して−１０［ｄｅｇ］傾けられているとする。また、緑色のレーザ光に対応する偏光板１２２の透過偏光方向１２２ａが所定方向と平行になっているとする。また、赤色のレーザ光に対応する偏光板１２３の透過偏光方向１２３ａが、所定方向に対して１２［ｄｅｇ］傾けられているとする。これら傾けた角度の算出方法については後述する。
【００３１】
透過特性３０１は、波長板１３２への印加電圧に対する青色の光の偏光板２１０における透過光量の特性である。透過特性３０２は、波長板１３２への印加電圧に対する緑色の光の偏光板２１０における透過光量の特性である。透過特性３０３は、波長板１３２への印加電圧に対する赤色の光の偏光板２１０における透過光量の特性である。
【００３２】
波長板１３２への印加電圧を変化させることで、積層波長板１３０において各偏光成分に生じる位相差（リタデーション）が変化し、積層波長板１３０から出射される光の偏光方向１４１〜１４３が変化する。このため、透過特性３０１〜３０３のように、波長板１３２への印加電圧を変化させることで、積層波長板１３０から出射される光の偏光板２１０における透過光量を変化させることができる。たとえば、波長板１３２への印加電圧を、透過特性３０１〜３０３の透過光量が単調に変化する電圧範囲３１０において制御することで、出力光の光強度を簡単に制御することができる。
【００３３】
また、光学デバイス１００によれば、偏光板１２１〜１２３の透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａの調整により、透過特性３０１〜３０３のように、波長板１３２への印加電圧の変化に対して、各波長成分の透過光量が一様に変化する。このため、各波長成分の強度比の変化を抑えつつ、出力光の光強度を制御することができる。
【００３４】
図４−１は、各波長に対応する偏光板の透過偏光方向を同一にした（各波長で透過偏光方向を傾けなかった）と仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。図４−１において、図２または図３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図４−１においては、縦軸の透過光量を、偏光板２１０からの出力光を受光した場合の受光電力［ｍＡ］によって示している（図４−２〜図４−４においても同様）。
【００３５】
偏光板１２１〜１２３の透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａを同一にしたと仮定すると、図４−１の透過特性３０１〜３０３のように、波長板１３２への印加電圧の変化に対して、各波長成分の透過光量の変化がばらつく。このため、出力光の光強度を制御すると、各波長成分の強度比が変化してしまう。
【００３６】
たとえば、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各光の強度比により色が調整された光を光学デバイス１００から出力する場合に、積層波長板１３０において各波長成分の強度比が変化すると、光学デバイス１００から意図しない色の光が出力されてしまう。
【００３７】
図４−２は、図２に示した光学デバイスにおける透過光量特性の一例を示すグラフ（その２）である。図４−２において、図２または図３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図４−２においては、図３と同じ条件において、縦軸の透過光量を、偏光板２１０からの出力光を受光した場合の受光電力［ｍＡ］によって示している。また、図４−２においては、図４−１と同様に横軸の電圧を２［Ｖ］〜５［Ｖ］まで図示している。
【００３８】
図４−２の透過特性３０１〜３０３に示すように、偏光板１２１〜１２３の透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａをずらした光学デバイス１００によれば、たとえば電圧範囲３１０において、各波長成分の透過光量を一様に変化させることができる。このため、各波長成分の強度比の変化を抑えつつ出力光の光強度を制御することができる。
【００３９】
たとえば、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各光の強度比により色が調整された光を光学デバイス１００から出力する場合に、各波長成分の強度比の変化を抑えることができる。このため、意図通りの色の光を出力することができる。
【００４０】
図４−３は、積層波長板に代えて単一の液晶セルを設けて各偏光板の透過偏光方向を同一にしたと仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。図４−３において、図４−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２に示した積層波長板１３０に代えて単一の液晶セルを設けるとともに、偏光板１２１〜１２３の透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａを同一（各波長で透過偏光方向を傾けない）にしたと仮定する。
【００４１】
この場合は、図４−３の透過特性３０１〜３０３のように、波長板１３２への印加電圧の変化に対して、各波長成分の透過光量の変化がばらつく。このため、出力光の光強度を制御すると、各波長成分の強度比が変化してしまう。
【００４２】
図４−４は、積層波長板に代えて単一の液晶セルを設けて各偏光板の透過偏光方向をずらしたと仮定した場合の透過光量特性の一例を参考として示すグラフである。図４−４において、図４−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２に示した積層波長板１３０に代えて単一の液晶セルを設けるとともに、偏光板１２１〜１２３の透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａをずらしたと仮定する。
【００４３】
具体的には、青色のレーザ光に対応する偏光板１２１の透過偏光方向１２１ａが、所定方向に対して−７［ｄｅｇ］傾けられているとする。また、緑色のレーザ光に対応する偏光板１２２の透過偏光方向１２２ａが所定方向と平行になっているとする。また、赤色のレーザ光に対応する偏光板１２３の透過偏光方向１２３ａが、所定方向に対して−４［ｄｅｇ］傾けられているとする。この場合も、図４−４の透過特性３０１〜３０３のように、波長板１３２への印加電圧の変化に対して、各波長成分の透過光量の変化がばらつく。このため、出力光の光強度を制御すると、各波長成分の強度比が変化してしまう。
【００４４】
図４−１〜図４−４に示したように、積層波長板１３０を備えた光学デバイス１００においては、透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａをずらすことで、印加電圧に対して各波長成分の偏光方向（透過光量）を一様に変化させることができるという効果を得ることができる。
【００４５】
（積層波長板の動作）
図５は、積層波長板の動作の一例を示す図である。図５において、図１または図２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図５において、ｘ軸は、上記の所定方向（０［ｄｅｇ］）に対応している。ｚ軸は、光の進行方向に対応している。図５に示す波長板１３１，１３３のリタデーションはともにγ１であるとする。また、波長板１３１，１３３における所定方向と遅相軸方向１３１ａ，１３３ａとの間の方位角（アジマス角）はともにΨ１であるとする。
【００４６】
波長板１３２のリタデーションはγ２であるとする。また、波長板１３２の所定方向と遅相軸方向１３２ａとの間の方位角はΨ２であるとする。ここでは、波長板１３１，１３３の遅相軸方向１３１ａ，１３３ａの方向を基準の０［ｄｅｇ］と定義する。この場合は、波長板１３１，１３３の方位角Ψ１は０［ｄｅｇ］となる。したがって、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψは、Ψ＝Ψ２−Ψ１＝Ψ２となる。
【００４７】
図５に示す積層波長板１３０は、波長板１３１〜１３３からなる積層波長板１３０を１つの波長板として仮想的に図示したものである。遅相軸方向１３０ａは、積層波長板１３０の仮想的な遅相軸の方向を示している。積層波長板１３０のリタデーションをΓｅとする。積層波長板１３０の遅相軸方向１３０ａと所定方向との間の方位角をΨｅとする。
【００４８】
積層波長板１３０のリタデーションΓｅおよび方位角Ψｅは、波長板１３１〜１３３のリタデーションγ１，γ２および方位角Ψとジョーンズマトリクスとに基づく計算により下記（１）式および（２）式のように示すことができる。
【００４９】
【数１】
2013077204.tif 000003
【００５０】
【数２】
2013077204.tif 000004
【００５１】
上記（１）式および（２）式において、波長板ｘ（波長板１３１〜１３３）のリタデーションγｘは、通過する光の波長によって下記（３）式のように変化する。下記（３）式において、Δｎｘは、波長板ｘの屈折率（複屈折）である。一般的に、波長板の屈折率ｎはｎ＝ｎｅ−ｎｏとなる。ｎｅは波長板の進相軸（ファースト軸）の方向の屈折率である。進相軸は、複屈折の屈折率が最も低い軸である。ｎｏは波長板の遅相軸の方向の屈折率である。Δｎｘは、たとえば波長板ｘの材料や通過する光の波長λによって決まる。Δｎｘの波長依存性については後述する。ｄｘは、波長板ｘの厚さである。
【００５２】
【数３】
2013077204.tif 000005
積層波長板１３０を広帯域で使用するためには、積層波長板１３０のリタデーションΓｅが波長板ｘの波長の違いによる屈折率変化の影響を受けなければよいので、たとえば下記（４）式を満たせばよい。
【００５３】
【数４】
2013077204.tif 000006
【００５４】
たとえば、γ１＝π／２またはγ１＝３π／２と、γ２＝πと、を満たす場合に、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψによらず、上記（４）式を満たす。γ１＝π／２またはγ１＝３π／２と、γ２＝πと、を上記（１）式および（２）式に代入すると、下記（５）式および（６）式のようになる。
【００５５】
【数５】
2013077204.tif 000007
【００５６】
【数６】
2013077204.tif 000008
【００５７】
したがって、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψを変化させることで、任意のリタデーションΓｅを実現することができる。たとえば、積層波長板１３０をλ／２板として使用する場合はリタデーションΓｅ＝π×（２ｎ−１）とすればよい。このためには、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψを、４５［ｄｅｇ］または１３５［ｄｅｇ］、すなわちπ／４×（２ｎ−１）とすればよい（ｎは自然数）。
【００５８】
また、積層波長板１３０をλ／４板として使用する場合はリタデーションΓｅ＝π／２×（２ｎ−１）とすればよい。このためには、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψを、２２．５［ｄｅｇ］、６７．５［ｄｅｇ］、１１２．５［ｄｅｇ］または１５７．５［ｄｅｇ］、すなわちπ／８×（２ｎ−１）とすればよい。
【００５９】
ただし、上記のように、波長板ｘ（波長板１３１〜１３３）のリタデーションγｘは波長依存性を有する。これに対して、上記のように、波長板を積層させることにより、波長板１３１〜１３３のリタデーションγｘの波長依存性があっても、積層波長板１３０から出射される光に対して任意のリタデーションΓｅ（たとえばλ／２やλ／４）を与えることができる。
【００６０】
まず、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各光のうちの１つの光に対して、所望のリタデーションΓｅを与えるように波長板１３１〜１３３を設計する。ここではλ／４のリタデーションΓｅを与えることとする。また、レーザ光源１１１の波長（青色）をλＢ、レーザ光源１１２の波長（緑色）をλＧ、レーザ光源１１３の波長（赤色）をλＲとする。たとえば、波長λＢ，λＧ，λＲのうちの、中間の波長である波長λＧの光に対して所望のリタデーションΓｅを与えるように波長板１３１〜１３３を設計する。これにより、各波長におけるずれを小さくすることができる。
【００６１】
波長λＧの光に対して所望のリタデーションΓｅを与えるために、γ１＝π／２または３π／２、かつγ２＝πを満たすように波長板１３１〜１３３を設計する。具体的には、波長板１３１，１３３については、上記（３）式と、λ＝λＧと、γ＝π／２または３π／２と、から導かれる下記（７）式の条件を満たすように、屈折率Δｎおよび厚さｄを設計する。γ１（Ｇ）は、波長板１３１，１３３における波長λＧの光に対するリタデーションである。
【００６２】
【数７】
2013077204.tif 000009
【００６３】
また、波長板１３２については、上記（３）式と、λ＝λＧと、γ＝πと、から導かれる下記（８）式の条件を満たすように、屈折率Δｎおよび厚さｄを設計する。γ２（Ｇ）は、波長板１３２における波長λＧの光に対するリタデーションである。
【００６４】
【数８】
2013077204.tif 000010
【００６５】
また、上記（７）式および（８）式において、屈折率Δｎも波長λに応じて変化する。たとえば、屈折率Δｎは、Ｃａｕｃｈｙ（コーシー）の分散公式から、Δｎ＝ａ＋ｂ／λ2＋ｃ／λ4＋ｄ／λ6…と近似することができる。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，…は、波長板の材料に固有の係数である。以下の説明においては、たとえば屈折率Δｎをａ＋ｂ／λ2＋ｃ／λ4（第３項まで）によって近似する。したがって、上記（３）式は下記（９）式のように近似することができる。
【００６６】
【数９】
2013077204.tif 000011
【００６７】
ここで、波長板１３１，１３３における係数ａ，ｂ，ｃをそれぞれａ１，ｂ１，ｃ１とする。波長板１３１，１３３の厚さｄをｄ１とする。波長板１３２における係数ａ，ｂ，ｃをそれぞれａ２，ｂ２，ｃ２とする。波長板１３２の厚さｄをｄ２とする。
【００６８】
この場合は、波長λＢの光に対する波長板１３１，１３３のリタデーションγ１（Ｂ）は下記（１０）式のようになる。また、波長λＢの光に対する波長板１３２のリタデーションγ２（Ｂ）は下記（１１）式のようになる。
【００６９】
【数１０】
2013077204.tif 000012
【００７０】
【数１１】
2013077204.tif 000013
【００７１】
また、波長λＲの光に対する波長板１３１，１３３のリタデーションγ１（Ｒ）は下記（１２）式のようになる。また、波長λＲの光に対する波長板１３２のリタデーションγ２（Ｒ）は下記（１３）式のようになる。
【００７２】
【数１２】
2013077204.tif 000014
【００７３】
【数１３】
2013077204.tif 000015
【００７４】
ここで、上記（１）式および（２）式を変形すると、下記（１４）式および（１５）式のようになる。
【００７５】
【数１４】
2013077204.tif 000016
【００７６】
【数１５】
2013077204.tif 000017
【００７７】
上記（１４）式および（１５）式に、上記（１０）式〜（１３）式によるγ１およびγ２を代入すると、下記（１６）式および（１７）式のようになる。
【００７８】
【数１６】
2013077204.tif 000018
【００７９】
【数１７】
2013077204.tif 000019
【００８０】
ところで、上記のように、λ／４のリタデーションΓｅを得るには、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψをπ／８×（２ｎ−１）とすればよい。また、λ／２のリタデーションΓｅを得るには、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψをπ／４×（２ｎ−１）とすればよい。したがって、これらのうちの所望のリタデーションΓｅに対応するいずれかの方位角Ψの値と、波長λＢまたは波長λＲを上記（１６）式および（１７）式のλに代入することで、波長λＢまたは波長λＲにおける積層波長板１３０のリタデーションΓｅおよび方位角Ψｅの値が求まる。
【００８１】
（方位角に対する積層波長板のリタデーションの特性）
図６は、方位角に対する積層波長板のリタデーションの特性の一例を示すグラフである。図６において、横軸は、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψを示している。縦軸は、積層波長板１３０のリタデーションΓｅを示している。リタデーション特性６００は、方位角Ψに対するリタデーションΓｅの特性を示している。リタデーション特性６００に示すように、積層波長板１３０のリタデーションΓｅは、波長板１３１，１３３と波長板１３２との間の方位角Ψに応じて０〜２πに変化する。
【００８２】
（波長に対する積層波長板のリタデーションの特性）
図７−１は、波長に対する積層波長板のリタデーションの特性の一例を示すグラフである。図７−１において、横軸は光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は積層波長板１３０のリタデーションΓｅを示している。リタデーション特性７１１は、従来の積層構造をもたない単一のλ／４板の波長λに対するリタデーションΓｅの特性である。
【００８３】
リタデーション特性７１２は、波長板１３１〜１３３を含みλ／４板として動作する積層波長板１３０における波長λに対するリタデーションΓｅの特性である。リタデーション特性７１３は、理想的なリタデーションΓｅの特性であり、波長λに対して一定のリタデーションである。
【００８４】
図７−１の例では、上記のように、透過偏光方向１２２ａを傾けなくても波長λＧの光に対して所望のリタデーションを与えるように波長板１３１〜１３３を設計している。このため、リタデーション特性７１２に示すように、波長λＧに対応する５１２［ｎｍ］付近においてリタデーションΓｅが理想的なリタデーション特性７１３に最も近付いている。
【００８５】
図７−２は、波長に対する積層波長板の方位角の特性の一例を示すグラフである。図７−２において、横軸は光の波長λ［ｎｍ］を示している。縦軸は積層波長板１３０の方位角Ψｅである。方位角特性７２１は、波長λに対する積層波長板１３０の方位角Ψｅの特性である。方位角特性７２２は、理想的な方位角Ψｅであり、４５［ｄｅｇ］である。
【００８６】
上記のように、透過偏光方向１２２ａを傾けなくても波長λＧの光に対して所望のリタデーションを与えるように波長板１３１〜１３３を設計している。このため、方位角特性７２１に示すように、波長λＧに対応する５１２［ｎｍ］付近において方位角Ψｅが理想的な方位角特性７２２に最も近付いている。
【００８７】
これに対して、たとえば、波長λＲに対応する６５０［ｎｍ］付近では、積層波長板１３０の方位角Ψｅと理想的な方位角特性７２２との間に１２［ｄｅｇ］程度のオフセット７２３が存在する。このため、上記のように、波長λＲに対応する透過偏光方向１２３ａは、所定方向に対して−１２［ｄｅｇ］傾くように設計される。また、波長λＢに対応する４５０［ｎｍ］付近では、積層波長板１３０の方位角Ψｅと理想的な方位角特性７２２との間に−１０［ｄｅｇ］程度のオフセットが存在する。このため、上記のように、波長λＢに対応する透過偏光方向１２１ａは、所定方向に対して１０［ｄｅｇ］傾くように設計される。
【００８８】
図１のように積層波長板がλ／４板として動作する場合のリタデーションΓｅは広帯域に渡ってπ／２に近い値となる（たとえば図７−１参照）。そして、上記のように得られた方位角Ψｅに基づいて、波長λＢ，λＲに対応する偏光板１２１，１２３の透過偏光方向１２１ａ，１２３ａの所定方向に対する傾きが設計される。
【００８９】
たとえば、図１に示したように、出射光の偏光方向１４１〜１４３が円偏光となる場合について説明する。
【００９０】
図８−１は、各波長に対応する偏光板における透過偏光方向積層波長板の遅相軸方向の一例を示す図（その１）である。図８−１は、上から波長λＢ、波長λＧ及び波長λＲに対応する偏光板１２１〜１２３を示し、それぞれにおける透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａおよび積層波長板１３０の遅相軸方向１３０ａを示している。
【００９１】
図８−１に示すように波長λＧのレーザ光に対応する偏光板１２２の透過偏光方向１２２ａを基準として、所定方向（０［ｄｅｇ］）と平行に設計する。そして、図７−２より、波長λＲ（６５０［ｎｍ］）において所定方向（０［ｄｅｇ］）と遅相軸方向１３０ａとの間の方位角Ψｅは、３３［ｄｅｇ］であることがわかる。直線偏光を円偏光に変換するためには入射直線偏光方向に対し、λ／４板の遅相軸が４５［ｄｅｇ］である必要があるため、この場合は、赤色のレーザ光に対応する偏光板１２３の透過偏光方向１２３ａと遅相軸方向１３０ａとの差が４５［ｄｅｇ］となるように、透過偏光方向１２３ａは所定方向に対して−１２（＝３３−４５）［ｄｅｇ］傾くように設計される。つまり、前述した図７−２における積層波長板１３０の方位角Ψｅと理想的な方位角特性７２２との間に発生した１２［ｄｅｇ］程度のオフセット７２３だけ、透過偏光方向１２３ａを傾ける。
【００９２】
同様に波長λＢ（４５０［ｎｍ］）において、図７−２より、方位角Ψｅ＝５５［ｄｅｇ］が得られたとすると、青色のレーザ光に対応する偏光板１２１の透過偏光方向１２１ａと遅相軸方向１３０ａとの差が４５［ｄｅｇ］となるように、透過偏光方向１２１ａは所定方向に対して１０［ｄｅｇ］傾くように設計される。
【００９３】
一方、図２のように積層波長板がλ／２板として動作する場合、入射直線偏光方向とλ／２板の遅相軸がなす角との倍の角度だけ回転した直線偏光が透過することになる。次に図２に図示したように、出射した各波長の偏光方向１４１〜１４３を９０［ｄｅｇ］方向で揃えた場合について説明する。
【００９４】
図８−２は、各波長に対応する偏光板における透過偏光方向積層波長板の遅相軸方向の一例を示す図（その２）である。図８−２は、図８−１と同様に上から波長λＢ、波長λＧ及び波長λＲに対応する偏光板１２１〜１２３を示し、それぞれにおける透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａおよび積層波長板１３０の遅相軸方向１３０ａを示している。
【００９５】
図８−１と同じく、波長λＧにおける方位角Ψｅ＝４５［ｄｅｇ］、波長λＲにおける方位角Ψｅ＝３３［ｄｅｇ］とが得られたとすると、波長λＧのレーザ光に対応する偏光板１２２の透過偏光方向１２２ａは０［ｄｅｇ］に設計され、波長λＲのレーザ光に対応する偏光板１２３の透過偏光方向１２３ａは、遅相軸（＝方位角Ψｅ）とのなす角度の倍の角度を回転させた時に角度が９０［ｄｅｇ］方向となるよう、つまり、透過偏光方向１２３ａと９０［ｄｅｇ］方向とのなす角度（この場合は、結果として１１４［ｄｅｇ］）が、透過偏光方向１２３ａと遅相軸（＝方位角Ψｅ）方向とのなす角度（この場合は、結果として５７［ｄｅｇ］）の２倍となるように、透過偏光方向１２３ａを配置する。よって、透過偏光方向１２３ａは、−２４［ｄｅｇ］に設計される。
【００９６】
同様に波長λＢにおける方位角Ψｅ＝５５［ｄｅｇ］が得られたとすると、波長λＢのレーザ光に対応する偏光板１２１の透過偏光方向１２１ａは、遅相軸（＝方位角Ψｅ）を基準に倍の角度回転した場合の角度が９０［ｄｅｇ］となるよう、つまり、透過偏光方向１２１ａと９０［ｄｅｇ］方向とのなす角度（この場合は、結果として７０［ｄｅｇ］）が、透過偏光方向１２１ａと遅相軸（＝方位角Ψｅ）方向とのなす角度（この場合は、結果として３５［ｄｅｇ］）の２倍となるように、透過偏光方向１２１ａを配置する。よって、透過偏光方向１２１ａは、２０［ｄｅｇ］に設計される。
【００９７】
（各波長に対応する各偏光方向の関係）
以上のことから、λ／４板として動作する積層波長板１３０へ入射する各光の偏光方向の間の角度、具体的には透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａの間の角度は以下のようになる。すなわち、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各光のうちの、波長λ１の光と波長λ２の光との各偏光方向の間の角度Ψ（λ１，λ２）が下記（１８）式および（１９）式を満たすように透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａを調整する。これにより、各光の波長の相違による、積層波長板１３０における方位角Ψｅの相違を補償することができる。
【００９８】
【数１８】
2013077204.tif 000020
【００９９】
【数１９】
2013077204.tif 000021
【０１００】
上記（１８）式および（１９）式は、上記（１６）式および（１７）式において、λ＝λ１としたΨｅ（λ１）と、λ＝λ２としたΨｅ（λ２）と、の差によって導くことができる。たとえば、緑色（波長が５１２［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２２ａと、赤色（波長が６５０［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２３ａと、の間の角度Ψ（λ１，λ２）は、上記（１８）式および（１９）式において、λ１＝５１２［ｎｍ］、λ２＝６５０［ｎｍ］とすることで算出することができる。青色（波長が４５０［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２１ａについても同様に算出することができる。
【０１０１】
また、上記（１８）式および（１９）式において、波長板１３１，１３３の屈折率Δｎ１（λ）は、上記のＣａｕｃｈｙの分散公式から、ａ１＋ｂ１／λ2＋ｃ１／λ4＋ｄ１／λ6…によって近似することができる。また、波長板１３２の屈折率Δｎ２（λ）は、ａ２＋ｂ２／λ2＋ｃ２／λ4＋ｄ２／λ6…によって近似することができる。
【０１０２】
すなわち、波長板１３１，１３３の材料に固有の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，…Ａｍ（ｍは自然数）とすると、波長板１３１，１３３の屈折率Δｎ１（λ）は、Ａ１＋Ａ２／λ2＋Ａ３／λ4＋Ａ４／λ6…＋Ａ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。また、波長板１３２の材料に固有の係数をＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍとすると、波長板１３２の屈折率Δｎ２（λ）は、Ｂ１＋Ｂ２／λ2＋Ｂ３／λ4＋Ｂ４／λ6…＋Ｂ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。
【０１０３】
同様に、λ／２板として動作する積層波長板１３０へ入射する各光の偏光方向の間の角度、具体的には透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａの間の角度は以下のようになる。すなわち、レーザ光源１１１〜１１３から出射される各光のうちの、波長λ１の光と波長λ２の光との各偏光方向の間の角度Ψ（λ１，λ２）が下記（２０）式および（２１）を満たすように透過偏光方向１２１ａ〜１２３ａを調整する。これにより、各光の波長の相違による、積層波長板１３０における方位角Ψｅの相違を補償することができる。
【０１０４】
【数２０】
2013077204.tif 000022
【０１０５】
【数２１】
2013077204.tif 000023
【０１０６】
上記（２０）式および（２１）式は、上記（１６）式および（１７）式において、λ＝λ１としたΨｅ（λ１）と、λ＝λ２としたΨｅ（λ２）と、の差によって導くことができる。たとえば、緑色（波長が５１２［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２２ａと、赤色（波長が６５０［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２３ａと、の間の角度Ψ（λ１，λ２）は、上記（２０）式および（２１）式において、λ１＝５１２［ｎｍ］、λ２＝６５０［ｎｍ］とすることで算出することができる。青色（波長が４５０［ｎｍ］）の光の偏光方向となる透過偏光方向１２１ａについても同様に算出することができる。
【０１０７】
また、上記（２０）式および（２１）式において、波長板１３１，１３３の屈折率Δｎ１（λ）は、上記のＣａｕｃｈｙの分散公式から、ａ１＋ｂ１／λ2＋ｃ１／λ4＋ｄ１／λ6…によって近似することができる。また、波長板１３２の屈折率Δｎ２（λ）は、ａ２＋ｂ２／λ2＋ｃ２／λ4＋ｄ２／λ6…によって近似することができる。
【０１０８】
すなわち、波長板１３１，１３３の材料に固有の係数をＡ１，Ａ２，Ａ３，…Ａｍ（ｍは自然数）とすると、波長板１３１，１３３の屈折率Δｎ１（λ）は、Ａ１＋Ａ２／λ2＋Ａ３／λ4＋Ａ４／λ6…＋Ａ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。また、波長板１３２の材料に固有の係数をＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂｍとすると、波長板１３２の屈折率Δｎ２（λ）は、Ｂ１＋Ｂ２／λ2＋Ｂ３／λ4＋Ｂ４／λ6…＋Ｂ（ｍ）／λ＾（２（ｍ−１））によって近似することができる。
【０１０９】
（合波部の構成例）
図９−１は、合波部の構成例を示す図である。図９−１に示すように、光学デバイス１００に設ける合波部は、たとえばファイバカプラ９１０によって実現することができる。図９−１に示す例では、合波部が偏光板１２１〜１２３と積層波長板１３０との間に設けられる場合について説明する（図９−２〜図９−４においても同様）。
【０１１０】
ファイバカプラ９１０は、たとえば、偏光保持ファイバ９１１〜９１３と、コンバイナ９１４と、偏光保持ファイバ９１５と、を備えている。偏光保持ファイバ９１１〜９１３，９１５は、たとえば、入射されたレーザ光の偏光状態を保持して出射するＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ）である。
【０１１１】
偏光保持ファイバ９１１には、偏光板１２１から出射された青色のレーザ光（Ｂ）が入射する。偏光保持ファイバ９１１は、入射した青色のレーザ光（Ｂ）を、偏光状態を保持しつつコンバイナ９１４へ出射する。偏光保持ファイバ９１２には、偏光板１２２から出射された緑色のレーザ光（Ｇ）が入射する。偏光保持ファイバ９１２は、入射した緑色のレーザ光（Ｇ）を、偏光状態を保持しつつコンバイナ９１４へ出射する。
【０１１２】
偏光保持ファイバ９１３には、偏光板１２３から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）が入射する。偏光保持ファイバ９１３は、入射した赤色のレーザ光（Ｒ）を、偏光状態を保持しつつコンバイナ９１４へ出射する。コンバイナ９１４は、偏光保持ファイバ９１１〜９１３から出射された各レーザ光を合波する合波器である。コンバイナ９１４は、合波したレーザ光を偏光保持ファイバ９１５へ出射する。
【０１１３】
偏光保持ファイバ９１５は、コンバイナ９１４から出射されたレーザ光を、偏光状態を保持しつつ出射する。偏光保持ファイバ９１５から出射されるレーザ光は、赤色、緑色および青色の各光を含むレーザ光となる。また、偏光保持ファイバ９１５から出射されるレーザ光は積層波長板１３０へ入射する。図９−１に示したファイバカプラ９１０により、偏光板１２１〜１２３から出射された各レーザ光を、それぞれの偏光方向を保持したまま合波して積層波長板１３０へ出射することができる。
【０１１４】
図９−２は、合波部の変形例１を示す図である。図９−２において、図９−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図９−２に示すように、光学デバイス１００に設ける合波部は、ダイクロイックミラーを用いた合波部９２０によって実現することができる。合波部９２０は、ミラー９２１と、ダイクロイックミラー９２２，９２３と、を備えていてもよい。
【０１１５】
ミラー９２１は、偏光板１２３から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）を反射させてダイクロイックミラー９２２へ出射する。ダイクロイックミラー９２２は、偏光板１２２から出射された緑色のレーザ光（Ｇ）を反射させてダイクロイックミラー９２３へ出射する。また、ダイクロイックミラー９２２は、ミラー９２１から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）を透過させてダイクロイックミラー９２３へ出射する。
【０１１６】
ダイクロイックミラー９２３は、偏光板１２１から出射された青色のレーザ光（Ｂ）を反射させて後段へ出射する。また、ダイクロイックミラー９２３は、ダイクロイックミラー９２２から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）および緑色のレーザ光（Ｇ）を透過させて後段へ出射する。ダイクロイックミラー９２２，９２３のそれぞれは、たとえば誘電体多層膜によって実現することができる。
【０１１７】
ダイクロイックミラー９２３から出射されるレーザ光は、赤色、緑色および青色の各光を含むレーザ光となる。また、ダイクロイックミラー９２３から出射されるレーザ光は積層波長板１３０へ入射する。図９−２に示したダイクロイックミラーを用いた合波部９２０により、偏光板１２１〜１２３から出射された各レーザ光を、それぞれの偏光方向を保持したまま合波して積層波長板１３０へ出射することができる。
【０１１８】
図９−３は、合波部の変形例２を示す図である。図９−３において、図９−２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図９−３に示すように、ダイクロイックミラーを用いた合波部９２０は、図９−２に示した構成においてミラー９２１を省いた構成としてもよい。
【０１１９】
ダイクロイックミラー９２２は、偏光板１２３から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）を反射させてダイクロイックミラー９２３へ出射する。また、ダイクロイックミラー９２２は、偏光板１２２から出射された緑色のレーザ光（Ｇ）を透過させてダイクロイックミラー９２３へ出射する。このように、偏光板１２３から出射された赤色のレーザ光（Ｒ）と、偏光板１２２から出射された緑色のレーザ光（Ｇ）と、をダイクロイックミラー９２２へ入射することによって図９−２に示したミラー９２１を省いた構成としてもよい。
【０１２０】
図９−４は、合波部の変形例３を示す図である。図９−４に示すように、光学デバイス１００に設ける合波部は、ホログラムカプラ９４０によって実現してもよい。ホログラムカプラ９４０は、波長ごとに回折角が異なるように記憶されたボリュームホログラムである。偏光板１２１〜１２３から出射された各レーザ光は、ホログラムカプラ９４０において集光する。そして、偏光板１２１〜１２３から出射された各レーザ光は、ホログラムカプラ９４０を通過する際に、波長に応じた角度で回折することで同じ方向で出射される。
【０１２１】
図９−４に示したホログラムカプラ９４０により、偏光板１２１〜１２３から出射された各レーザ光を、それぞれの偏光方向を保持したまま合波して積層波長板１３０へ出射することができる。
【０１２２】
以上説明したように、光学デバイスによれば、波長成分ごとの偏光方向のばらつきを抑えることができる。また、たとえば、波長成分ごとに所定のリタデーションを得られるように波長成分ごとに最適化した複数の波長板を設ける構成に比べて、装置の大型化を抑えることができる。
【０１２３】
なお、上述した実施の形態においては、複数の光源の一例としてレーザ光源１１１〜１１３を挙げたが、複数の光源はレーザ光源１１１〜１１３に限らない。たとえば、複数の光源は、互いに異なる波長のレーザ光を出射する２つ、または４つ以上の光源であってもよい。また、レーザ光の波長についても、４５０［ｎｍ］（青色）、５１２［ｎｍ］（緑色）、６５０［ｎｍ］（赤色）に限らず任意の波長を用いることができる。
【０１２４】
また、上述した実施の形態においては、各色の偏光板の偏光軸を最適な角度に回転させたが、それぞれ透過偏光方向１２１ａ，１２２ａ，１２３ａとほぼ一致するように、各レーザ光源の角度を調整してもよい。これにより、偏光板１２１〜１２３における光損失を抑えることができる。また、この場合は、偏光板１２１〜１２３を省いた構成とすることも可能である。この場合は、レーザ光源１１１〜１１３の角度を調整する部材が、各光の偏光方向を調整する偏光調整部となる。
【０１２５】
また、光学デバイス１００にアッテネータの機能を持たせる構成について説明したが、光学デバイス１００を適用可能な装置はこれに限らない。たとえば、図１に示した光学デバイス１００は、プロジェクタなどに適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上のように、この発明にかかる光学デバイスは、複数の波長の光を所定の偏光方向で出力する光学デバイスに有用であり、特に、偏光方向に応じて光強度を変化させるアッテネータなどに適している。【０１２７】
アッテネータは、たとえば、自動車や航空機をはじめとしたヘッドアップディスプレイに使用することができ、運転・操縦時の環境の明るさの変化に応じて表示の明るさを変更するのに有用である。本発明に基づいたアッテネータを用いることで光源側の各出力を調整するよりも容易に、色調はそのままで高速に全体の光量を調整することができる。また、複数の光源波長に対して共通して利用可能なため、構成を小型化できる。【０１２８】
本光学デバイスをアッテネータとして使用する場合、積層波長板をλ／２板として作用させ、電圧印加時の出射直線偏光が偏光板と垂直になるような設計とすることによって暗状態を得ることができる。このとき明状態では波長毎に出射される偏光方向が異なるので光源強度を調整することによって色味を調整する。
【符号の説明】
【０１２９】
１００  光学デバイス
１１１〜１１３  レーザ光源
１２１〜１２３，２１０  偏光板
１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ  透過偏光方向
１３０  積層波長板
１３０ａ，１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ  遅相軸方向
１３１〜１３３  波長板
１４１〜１４３，２１１  偏光方向
３０１〜３０３  透過特性
３１０  電圧範囲
６００，７１１〜７１３  リタデーション特性
７２１，７２２  方位角特性
７２３  オフセット
９１０  ファイバカプラ
９１１〜９１３，９１５  偏光保持ファイバ
９１４  コンバイナ
９２０  合波部
９２１  ミラー
９２２，９２３  ダイクロイックミラー
９４０  ホログラムカプラ
【図１】
2013077204.tif 000025
【図２】
2013077204.tif 000026
【図３】
2013077204.tif 000027
【図４−１】
2013077204.tif 000028
【図４−２】
2013077204.tif 000029
【図４−３】
2013077204.tif 000030
【図４−４】
2013077204.tif 000031
【図５】
2013077204.tif 000032
【図６】
2013077204.tif 000033
【図７−１】
2013077204.tif 000034
【図７−２】
2013077204.tif 000035
【図８−１】
2013077204.tif 000036
【図８−２】
2013077204.tif 000037
【図９−１】
2013077204.tif 000038
【図９−２】
2013077204.tif 000039
【図９−３】
2013077204.tif 000040
【図９−４】
2013077204.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月19日(2013.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長の光を出射する複数の光源と、
直列に設けられた複数の波長板により構成され、前記複数の光源によって出射された各光を通過させ、通過する光の各偏光成分に位相差を生じさせる積層波長板と、
前記複数の光源によって出射されて、同一の前記積層波長板へ入射する各光の偏光方向の間の角度が、前記各光の波長の相違による前記積層波長板における方位角の相違を補償する角度となるように、前記各光の偏光方向を調整する偏光調整部と、
を備えることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記複数の波長板は、
遅相軸が所定方向に設定された第１波長板と、
前記第１波長板の後段に設けられ、遅相軸が前記所定方向とは異なる方向に設定された第２波長板と、
前記第２波長板の後段に設けられ、遅相軸が前記所定方向に設定された第３波長板と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記複数の光源は、波長λ１の光を出射する光源と、前記波長λ１とは異なる波長λ２の光を出射する光源と、を含み、
前記第１波長板は、厚みｄ１と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ１（λ）と、を有し、
前記第２波長板は、厚みｄ２と、通過する光の波長λにより変化する屈折率Δｎ２（λ）と、を有し、
前記第１波長板および前記第２波長板の各遅相軸の間の角度をΨとした場合に、
前記偏光調整部は、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との各偏光方向の間の角度Ψ（λ１，λ２）が下記の式を満たすように、前記波長λ１の光と前記波長λ２の光との偏光方向を調整することを特徴とする請求項２に記載の光学デバイス。
【数１】
2013077204.tif 000042
【請求項４】
前記屈折率Δｎ１（λ）は、ａ１＋ｂ１／λ２＋ｃ１／λ４＋ｄ１／λ６＋，…（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，…は前記第１波長板の材料に固有の係数）によって近似され、
前記屈折率Δｎ２（λ）は、ａ２＋ｂ２／λ２＋ｃ２／λ４＋ｄ２／λ６＋，…（ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，…は前記第２波長板の材料に固有の係数）によって近似されることを特徴とする請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第２波長板は、前記各光の各偏光成分に与える位相差が印加電圧に応じて変化する液晶セルであることを特徴とする請求項３または４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記積層波長板を通過した光のうちの所定の偏光成分のみを透過させる偏光子を備えることを特徴とする請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記偏光調整部は、前記複数の光源にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の光源のうちの対応する光源によって出射された光のうちの所定の透過偏光方向の偏光成分のみを前記積層波長板へ透過させる複数の偏光子であり、
前記複数の偏光子のそれぞれの前記透過偏光方向は、前記積層波長板へ透過する各光の偏光方向の間の角度が前記方位角の相違を補償する角度となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記偏光調整部によって偏光方向が調整された各光を、前記各光の偏光方向を保持しつつ合波する合波部をさらに備え、
前記合波部によって合波され、前記積層波長板を通過した光を出力することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光学デバイス。
【国際調査報告】
2013077204.tif 000043
2013077204.tif 000044
2013077204.tif 000045
2013077204.tif 000046