(57)【要約】【課題】高コスト化を招くことなく透過ピーク波長の設定分解能を向上させた波長可変フィルタを提供する。【解決手段】偏光子の相互間に配置された液晶セル３００と、この液晶セル３００に印加する交流電圧の振幅を振幅制御部２２１により制御して透過光のピーク波長を可変とする波長制御部２２０とを備えた波長可変フィルタにおいて、波長制御部２２０は、前記交流電圧の周波数を制御して透過ピーク波長を可変とする周波数制御部２２２を備え、この周波数制御部２２２から出力される周波数情報と、振幅制御部２２１から出力される振幅情報とを乗算器２２４により乗算し、アンプ２２５にて増幅することにより、液晶セル３００に印加する矩形波交流電圧を生成する。これにより、波長可変フィルタの透過ピーク波長の設定分解能を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光子の相互間に配置された液晶セルに印加する交流電圧の振幅を制御して透過光のピーク波長を可変とする波長制御手段を備えた波長可変フィルタにおいて、
前記波長制御手段は、前記交流電圧の周波数を制御して前記ピーク波長を可変とする周波数制御手段を備えたことを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載した波長可変フィルタにおいて、
前記波長制御手段は、
前記交流電圧の振幅情報と前記周波数制御手段から出力される周波数情報とを乗算して、前記液晶セルに印加する矩形波交流電圧を生成する手段を備えたことを特徴とする波長可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を用いて透過ピーク波長を可変とした波長可変フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の波長可変フィルタは種々提供されている。
例えば、図１０は特許文献１や非特許文献１に記載されたものと同等の波長可変フィルタの全体構成図であり、いわゆる修正型液晶リオフィルタ（Lyot-filter）と呼ばれているものである。
図１０において、１１〜１４は偏光子、２１〜２３は偏光子１１〜１４の相互間に配置された液晶セル、３１〜３３は液晶セル２１〜２３に交流電圧ｖ１〜ｖ３をそれぞれ印加する電圧源である。
【０００３】
液晶セル２１〜２３には、ネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セル（ＥＣＢセル）が使用されており、互いに平行な偏光子１１，１２の間に、光軸と透過軸との角度が４５°になるように液晶セル２１を配置して第１平行ニコル液晶セルが構成される。同様に、互いに平行な偏光子１２，１３の間に液晶セル２２を配置して第２平行ニコル液晶セルが構成されると共に、所望の波長以外の透過光を排除するために、互いに垂直な偏光子１３，１４の間に液晶セル２３を配置して垂直ニコル液晶セルが構成されている。
何れの場合においても、液晶セルは、応答性を向上させるために位相差フィルム（図中では特に図示していない）と重ね合わされて光学補償されるベンド配向の液晶セル（ＯＣＢセル）として用いることが好ましい。
この液晶可変フィルタでは、液晶セル２１〜２３（第１，第２平行ニコル液晶セル、垂直ニコル液晶セル）に印加される交流電圧ｖ１〜ｖ３の振幅をリオフィルタの複屈折条件に適合するように制御することで、鋭いピークを有する透過光のスペクトルを得ると共に、上記交流電圧ｖ１〜ｖ３の組合せを変化させて透過ピーク波長を可変としている。ここで、交流電圧ｖ１〜ｖ３としては、例えば周波数が１ｋＨｚの矩形波交流電圧が用いられる。
【０００４】
なお、図１１は、上記波長可変フィルタの透過ピーク波長を総合特性として６００ｎｍに設定した場合の、各液晶セル２１〜２３の透過特性（それぞれチャンネルＣＨ１〜ＣＨ３とする）を示した図である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６７１２７号公報（段落［０００５］，［０００６］、図５等）
【非特許文献１】内田龍男，「液晶を用いた波長可変フィルター」，応用物理第６４巻第５号，１９９５年，ｐ.４５１〜ｐ.４５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２は、液晶セルの透過ピーク波長と印加電圧（周波数：１ｋＨｚ）との関係を示している。一般に、印加電圧と透過ピーク波長とはリニアの関係になく、図示するように、印加電圧が低い場合には僅かな電圧差で透過ピーク波長が大きく変化する。
すなわち、波長可変フィルタに交流電圧を印加する代表的な駆動ユニットは、１２ｂｉｔのＤ/Ａコンバータを備え、最大で±１０Ｖｆs（ｆs：サンプリング周波数）の分解能による電圧出力が可能であるが、透過ピーク波長を所定値に設定するための分解能が特に低電圧領域において十分ではない。例えば、現状の電圧分解能では出力電圧の最小幅が（１０／４０９６）Ｖ≒０．００２４Ｖ程度であり、この駆動ユニットを用いて波長可変フィルタを駆動したとしても、波長の設定分解能は１ｎｍ程度に過ぎない。
【０００７】
透過ピーク波長を更に高精度に測定するためには、Ｄ/Ａコンバータの分解能を上げるこことが考えられるが、これは、装置全体のコストを上昇させる原因となる。
前述した特許文献１等には、波長の設定分解能を向上させる技術が開示されておらず、その実現が要請されていた。
そこで本発明の解決課題は、高コスト化を招くことなく波長の設定分解能を向上させた波長可変フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る波長可変フィルタは、偏光子の相互間に配置された液晶セルに印加する交流電圧の振幅を制御して透過光のピーク波長を可変とする波長制御手段を備えた波長可変フィルタにおいて、
前記波長制御手段は、前記交流電圧の周波数を制御して前記ピーク波長を可変とする周波数制御手段を備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る波長可変フィルタは、請求項１に記載した波長可変フィルタにおいて、
前記波長制御手段は、
前記交流電圧の振幅情報と前記周波数制御手段から出力される周波数情報とを乗算して、前記液晶セルに印加する矩形波交流電圧を生成する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液晶セルに印加する交流電圧の振幅制御に加えて周波数制御を併用することにより、波長可変フィルタの透過ピーク波長を高精度に設定することができる。
特に、振幅制御では印加電圧の低電圧領域で透過ピーク波長の設定分解能が悪いのに対し、振幅制御用のＤ/Ａコンバータの分解能を上げる等の手段を講じなくても、周波数制御の併用によって透過ピーク波長の設定分解能を向上させることが可能である。
また、本発明においては波長可変フィルタの構造を変更することなく既存のものに適用可能であり、構造の複雑化を招くおそれもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
前後するが、まず、図３は、例えば図１０の液晶セル２３に対し、周囲温度が２０℃において透過ピーク波長が６００ｎｍとなるように印加電圧の振幅を１．３８Ｖに固定し、その周波数を１ｋＨｚから段階的に増加させたときの透過ピーク波長と透過光強度との関係を示している。
【００１２】
図３から明らかなように、印加電圧の周波数を高くしていくと透過ピーク波長は長波長側に移動していく。この現象は、図３のように印加電圧が比較的低い場合ばかりでなく、印加電圧を高くした場合にも生じるものであり、印加電圧を１０Ｖとした図４の例でも、周波数を高くするほど透過ピーク波長が長波長側に移動していくことが確認されている。
すなわち、波長可変フィルタに使用される液晶セルにおいて、印加する交流電圧（例えば矩形波電圧）の振幅が一定であっても、周波数を変化させていくと透過ピーク波長が変化することが再現性よく確認されている。
本発明は上記の点に着目してなされたものである。
【００１３】
ここで、図５は、最小分解能における電圧幅が０．０１Ｖであり、かつ周波数が１ｋＨｚに固定された信号発生器を用いて波長可変フィルタを駆動した場合の分光特性（総合特性）であり、図１０における液晶セル２３に対しては印加電圧を出発電圧から０．０１Ｖずつ低下させ、他の液晶セルに対しては透過ピーク波長が６００ｎｍとなるように印加電圧を固定した場合の分光特性を示している。
一方、図６は、印加電圧を固定するべき液晶セルに対しては透過ピーク波長が６００ｎｍになるように印加電圧を固定し、図１０における液晶セル２３の印加電圧の周波数を１ｋＨｚから６０ｋＨｚまで２０ｋＨｚ刻みで変化させた場合の波長可変フィルタの分光特性である。
【００１４】
図５，図６を比較すると、液晶セルに対する印加電圧の周波数を変化させれば（図６）、振幅を変化させた場合（図５）とほぼ同等に透過ピーク波長を変化させることができる。言い換えれば、最小分解能における電圧幅が０．０１Ｖという高精度な駆動ユニットを用いるのに代えて、印加電圧の周波数を制御すれば透過ピーク波長の設定分解能を高めることができ、このような周波数の制御は、例えばダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）によって高精度かつ容易に実現可能である。
【００１５】
さて、図１は、本実施形態に係る波長可変フィルタの主要部を示すブロック図であり、主として波長可変フィルタを構成する液晶セル３００の透過ピーク波長を制御するために矩形波交流電圧を印加する駆動ユニット２００の構成を示している。
この駆動ユニット２００には、タッチパネル等により入力操作を行う操作部１００と、交流電圧が印加される液晶セル３００と、温度補償用に周囲温度を測定する温度センサ４００とが接続されており、前記操作部１００の出力信号と、温度センサ４００から温度入力回路２３０を介して取り込まれた温度検出信号とが、ＣＰＵ等からなる装置制御部２１０に入力されている。なお、この実施形態における温度補償動作については後述する。
【００１６】
装置制御部２１０には波長制御部２２０が接続されており、この波長制御部２２０は、液晶セル３００を備えた波長可変フィルタの透過ピーク波長を高分解能で設定するために、液晶セル３００に対する印加電圧の振幅を制御する振幅制御部２２１と、印加電圧の周波数を制御する周波数制御部２２２とを備えている。
【００１７】
図２は、上記波長制御部２２０の構成を示すブロック図である。
この波長制御部２２０において、振幅制御部２２１はＤ／Ａコンバータ２２１ａを備えており、装置制御部２１０からのディジタル信号に応じたアナログ信号を印加電圧の振幅情報として出力する。
また、周波数制御部２２２は、シフトレジスタからなる周波数レジスタ２２２ａと、加算器及びラッチからなるアキュムレータ２２２ｂと、セレクタ２２２ｃと、レジスタ２２２ｄとを備え、その全体は、例えば周知のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）によって構成されている。
【００１８】
周波数制御部２２２の動作を説明すると、装置制御部２１０からの信号に基づいて周波数レジスタ２２２ａが印加電圧の周波数を設定し、この周波数設定値は、アキュムレータ２２２ｂの後段のラッチからの前回出力と共に前段の加算器に入力される。そして、クロックごとに加算結果がラッチされ、ラッチの出力の所定ビットがアドレスとしてセレクタ２２２ｃに送られる。セレクタ２２２ｃからは、上記アドレスに対応して周波数設定値に比例した信号が出力され、この信号がレジスタ２２２ｄを介し周波数情報としてアナログスイッチ２２３に出力される。
上記アナログスイッチ２２３をオンすることにより、レジスタ２２２ｄからの周波数情報と振幅制御部２２１からの振幅情報とが乗算器２２４により乗算されて矩形波信号が生成され、この矩形波信号をアンプ２２５により所定値に増幅して液晶セル３００に対する印加電圧が生成されるものである。
なお、図２に示した周波数制御部２２２の構成はあくまで一例であり、装置制御部２１０からの指令に応じて所望の周波数情報を出力可能であれば、いかなる構成であっても良い。
【００１９】
この実施形態では、液晶セル３００への印加電圧が矩形波であるため、ＤＤＳとしては周波数情報のみを出力できればよく、正弦波を出力させる場合のようにアキュムレータ２２２ｂの出力をアドレスとして正弦波データを読み出す必要がないので、正弦波データ用に大容量の波形メモリを備える必要もない。
ＤＤＳを用いた前記周波数制御部２２２において、周波数設定値の分解能を上げることは容易であり、液晶セル３００に印加する矩形波交流電圧の周波数を例えば１Ｈｚ刻みできめ細かく制御することも可能である。これにより、振幅制御のみによる場合に比べて、図３、図４、図６等に示した透過ピーク波長の設定分解能を大幅に向上させることができる。
【００２０】
次に、図１の温度センサ４００、温度入力回路２３０、装置制御部２１０等によって実行される温度補償動作について簡単に説明する。
図７，図８は、液晶セルの透過ピーク波長の温度依存性を説明するために透過ピーク波長と透過光強度との関係を示した図であり、図７は周囲温度が２０℃の場合、図８は５０℃の場合である。なお、何れの場合も液晶セルへの印加電圧は１．３８Ｖ、１ｋＨｚに設定されている。
これらの図から明らかなように、液晶セルの一般的な傾向として、周囲温度が上昇すると透過ピーク波長が短波長側に移動する傾向があるので、この温度依存性を何らかの方法によって補償する必要がある。
【００２１】
そこで、一つの温度補償方法として、周囲温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，……において所定の透過ピーク波長λを得るために液晶セルに印加した電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，……を予め測定し、ある周囲温度、例えばＴ１を基準として各温度Ｔ２，Ｔ３，……における差電圧（Ｖ２−Ｖ１），（Ｖ３−Ｖ１），……を求めておき、この差電圧を補正電圧として実際の印加電圧に対し加算（または減算）する方法が考えられる。
【００２２】
図９は、周囲温度と上記の補正電圧との関係の一例を示しており、周囲温度に応じて予め求めた補正電圧を３次多項式により近似した例である。
この多項式を図１の装置制御部２１０に記憶させておき、温度センサ４００及び温度入力回路２３０を介して入力された周囲温度に応じて補正電圧を計算し、振幅制御部２２１により設定される印加電圧の振幅に上記補正電圧を加算または減算して出力すれば、周囲温度の変化に関わらず所望の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の主要部を示すブロック図である。
【図２】図１の主要部を示すブロック図である。
【図３】液晶セルに対する印加電圧の周波数に応じた透過ピーク波長と透過光強度との関係を示す図である。
【図４】液晶セルの透過ピーク波長と印加電圧の周波数との関係を示す図である。
【図５】液晶セルに対する印加電圧の周波数を一定とし、振幅を可変とした場合の分光特性を示す図である。
【図６】液晶セルに対する印加電圧の振幅を一定とし、周波数を可変とした場合の分光特性を示す図である。
【図７】液晶セルの透過ピーク波長の温度依存性を示す図である。
【図８】液晶セルの透過ピーク波長の温度依存性を示す図である。
【図９】本発明の実施形態において温度補償を行うための、周囲温度と補正電圧との関係を示す図である。
【図１０】特許文献１等に記載された従来技術を示す構成図である。
【図１１】図１０に示した波長可変フィルタの総合特性及び液晶セルの透過特性図である。
【図１２】液晶セルの透過ピーク波長と印加電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００：操作部
２００：駆動ユニット
２１０：装置制御部
２２０：波長制御部
２２１：振幅制御部
２２１ａ：Ｄ／Ａコンバータ
２２２：周波数制御部
２２２ａ：周波数レジスタ
２２２ｂ：アキュムレータ
２２２ｃ：セレクタ
２２２ｄ：レジスタ
２２３：アナログスイッチ
２２４：乗算器
２２５：アンプ
２３０：温度入力回路
３００：液晶セル
４００：温度センサ
【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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【図１２】
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