(57)【要約】【課題】  単一の光学素子を用い、複数の波長を含む光から所望の波長の光を固定位置で選択的に取り出す。【解決手段】  波長選択フィルタ装置は、表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子と、複数の波長を含む光を固定の入射角で前記光学素子に入射させる光学系と、前記光学素子を前記表面と垂直な軸の回りに回転させる回転手段と、前記光学素子の回転角と前記回折格子により選択される波長の対応関係に基づいて、前記回転角を制御する制御部と、を有し、前記回転角の制御により前記光学素子への入射光から所望の波長の光を取り出す。【選択図】図４
2017129821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子と、
複数の波長を含む光を固定の入射角で前記光学素子に入射させる光学系と、
前記光学素子を前記表面と垂直な軸の回りに回転させる回転手段と、
前記光学素子の回転角と前記周期的な屈折率変化によって選択される波長の対応関係に基づいて、前記回転角を制御する制御部と、
を有し、前記回転角の制御により、前記光学素子への入射光から所望の波長の光を取り出すことを特徴とする波長選択フィルタ装置。
【請求項２】
前記光学素子の回転角と波長との対応関係を記述したテーブルまたは関係式を保持する記憶部、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の波長選択フィルタ装置。
【請求項３】
前記周期的な屈折率変化によって選択された波長の光を固定の空間位置で検出する検出手段、
をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択フィルタ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転手段から供給される回転情報と、前記検出手段で検出される光強度とに基づいて、前記光強度と前記光学素子の回転角をマッピングすることを特徴とする請求項３に記載の波長選択フィルタ装置。
【請求項５】
前記検出手段はモノクロＣＣＤセンサであることを特徴とする請求項４に記載の波長選択フィルタ装置。
【請求項６】
表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子に複数の波長を含む光を所定の入射角で入射しながら、前記光学素子を前記表面と垂直な軸の回りに回転して、回転角と前記周期的な屈折率変化による反射波長の対応関係をあらかじめ取得し、
前記光学素子を、前記屈折率変化の方向が入射光の入射方向と平行または垂直となる基準状態に設定し、
前記回転角と前記反射波長の対応関係に基づいて、前記基準状態からの前記光学素子の回転を制御することで、前記光学素子に入射する入射光から特定波長の光を選択的に取り出す、
ことを特徴とする波長選択フィルタリング方法。
【請求項７】
前記特定波長の光を固定の空間位置で検出する、
ことを特徴とする請求項６に記載の波長選択フィルタリング方法。
【請求項８】
表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子に、複数の波長を含む光を所定の入射角で入射し、
前記光学素子を前記表面と垂直な軸周りに回転させて、一定の角度ごとにピーク波長を測定し、
前記ピーク波長の値が最小になる角度を基準角に設定する
ことを特徴とする光学素子のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長選択フィルタリングの技術に関し、特にフィルタ素子の面内方向での回転を利用した波長選択フィルタリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の波長を取り出す波長選択の技術は、カラーフィルタや小型分光器等に適用されている。既存の技術として、光を回折格子（グレーティング）に通して波長ごとに分解し、スリットの位置を変化させることで特定の波長を取り出すモノクロメータがある。また、光の波長程度の周期構造を有するフォトニック結晶に光を入射すると特定の波長帯域の光りが遮断（反射）されるフォトニックバンドギャップを利用する技術もある。フォトニック結晶を用いたものは波長選択性が高く、研究が進められている。
【０００３】
反射（または透過）波長は、センサ等の素子の表面に形成された周期的な構造物のピッチ幅や材質によって決定される。そのため、一般的には１つの素子で特定の波長しか取り出すことができない。周期構造への入射光の角度を変えることで反射波長を制御する手法が知られているが、入射光の角度に応じて反射光の位置が変化するため、波長検出のたびに検出器の位置を調整する必要がある。
【０００４】
別の手法として、ＣＣＤセンサ上に周期幅の異なる素子をアレイ状に並べて配置し、直接波長と強度の対応関係を取得して、分光器として動作させる構成もある。しかし、ピッチ幅の異なる構造物をアレイ上に集積するため、高分解能の検出は期待できない。
【０００５】
また、回折格子を格子面と垂直な軸の回りに回転し、回折格子からの反射光を特定の空間位置へ伝搬させて複数の波長を選択する構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５２７４４３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的な波長選択フィルタでは、一つの素子につき一つの波長しか取り出せないという問題がある。入射角を変えて反射波長を変化させる手法では、目的とする波長に応じて光学系の配置を変える必要がある。回折格子を格子面と垂直な軸回りに回転させる上記文献の構成では、複数の波長の中から所望の波長の光だけを選択的に取り出すことは行われていない。
【０００８】
そこで、単一の素子を用いて単一の検出位置で所望の波長を選択的に取り出すことのできる波長選択フィルタリングの構成と手法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一つの側面では、波長選択フィルタ装置は、
表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子と、
複数の波長を含む光を固定の入射角で前記光学素子に入射させる光学系と、
前記光学素子を前記表面と垂直な軸の回りに回転させる回転手段と、
前記光学素子の回転角と前記周期的な屈折率変化によって選択される波長の対応関係に基づいて、前記回転角を制御する制御部と、
を有し、前記回転角の制御により、前記光学素子への入射光から所望の波長の光を取り出すことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の側面では、波長選択フィルタリング方法を提供する。この方法は、
表面に周期的な屈折率変化を有する光学素子に複数の波長を含む光を所定の入射角で入射しながら、前記光学素子を前記表面と垂直な軸の回りに回転して、回転角と前記周期的な屈折率変化による反射波長の対応関係をあらかじめ取得し、
前記光学素子を、前記屈折率変化の方向が入射光の入射方向と平行または垂直となる基準状態に設定し、
前記回転角と前記反射波長の対応関係に基づいて、前記基準状態からの前記光学素子の回転を制御することで、前記光学素子に入射する入射光から特定の波長の光を選択的に取り出す、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成と手法により、入射光学系の配置を変えることなく、単一の素子の回転操作のみで所望の波長の光を選択的に取り出すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の波長選択の基本概念を説明する図である。
【図２】図１の手法による波長選択特性を示す図である。
【図３】図２のグラフの一部を示す図である。
【図４】実施形態の波長選択フィルタ装置の基本構成図である。
【図５】実施形態で用いるフィルタ素子の一例を示す図である。
【図６】実施形態の波長選択フィルタリングの原理を説明する図である。
【図７】フィルタ素子の回転角に応じた共鳴波長の変化の数値計算結果を示す図である。
【図８】フィルタ素子の回転角に応じたピーク波長を実測する測定系の概略図である。
【図９】フィルタ素子の回転にともなうピーク位置の変化を示す図である。
【図１０】フィルタ素子の回転角の関数として測定されたピーク波長をプロットした図である。
【図１１】図７の数値計算と図１０の実測値との整合性を示す図である。
【図１２】実施形態のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。
【図１３】実施形態の波長選択フィルタ方法のフローチャートである。
【図１４】実施形態のフィルタ素子を用いた別の波長選択フィルタ装置の概略図である。
【図１５】実施形態の波長選択フィルタリング技術の別の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、実施形態における波長選択の基本概念を説明する図である。実施形態では、多数の波長を含む光を、固定の入射角θ'で単一のフィルタ素子１０に入射させる。フィルタ素子１０を、フィルタ面と垂直な軸Ｎの回りに回転することで、回転角φに応じた波長の光を固定位置で選択的に取り出す。たとえば、フィルタ素子１０を回転台（回転ステージ）１２上に配置し、回転台１２の回転によりフィルタ素子１０を軸Ｎの回りに回転させることで、回転角に応じた波長の光を固定の空間位置に反射させることができる。なお、図１および以下の説明で、フィルタ素子１０は、表面に周期的な屈折率変化を有する任意の光学素子の一例である。
【００１４】
図２及び図３は、図１の手法による波長選択の特性を示す。図３は、図２の波長範囲から５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲を取り出して示す図である。図２及び図３の測定では、フィルタ素子１０を回転台１２の上に任意の方向に向けて配置し、便宜上、最初の配置位置を初期角度として、回転台１２を手動で時計回りの方向におおよそ１０°の間隔で回転させている。フィルタ素子１０からの反射光を固定の空間位置で光ファイバに入力し、可視領域に感度を有する分光器により分光測定した。
【００１５】
回転にしたがって、鋭いピークの共鳴波長がほぼ一定の間隔で長波長側にシフトしており、回転角と共鳴波長の間に強い相関があることがわかる。後述するように、回転の基準位置をあらかじめコリメートしておき、回転制御を正確に行うことで、波長検出、光学測定、光通信用のチューナーなど、多様な応用が可能になるはずである。なお、図２の９００ｎｍよりも長波長側に現れる小さなピークは、異なる次数での回折光である。
【００１６】
図４は、実施形態の波長選択フィルタ装置１００の基本構成図である。波長選択フィルタ装置１００は、フィルタ素子１０と、フィルタ素子１０をフィルタ面と垂直な軸回りに回転させる回転台１２と、回転を制御する制御ユニット２０を有する。フィルタ素子１０は、波長選択手段としてその入射面に回折格子を有する。図４では図示を省略するが、フィルタ素子１０の入射側には固定の入射角でフィルタ素子１０に光を入射させる入射光学系が配置されている。また、固定の空間位置に、フィルタ素子１０からの反射光を検出する検出器１９が配置されてもよい。
【００１７】
制御ユニット２０は、回転台１２の回転を制御する回転制御部２１と、回転角と波長を対応関係を記述した回転角−波長テーブル２２を有する。制御ユニット２０は、たとえばマイクロプロセッサとメモリで実現することができる。回転角−波長テーブル２２に替えて、回転角と波長の関係を表わす関係式を記憶しておいてもよい。
【００１８】
回転台１２は、たとえばモータ等の回転手段を内蔵し、回転制御部２１により回転速度と回転角が制御される。フィルタ素子１０を回転する手段はモータ内蔵の回転台１２に限定されず、圧電素子による超音波駆動など、任意の構成を採用することができる。
【００１９】
フィルタ素子１０に所定の入射角θ'で光が入射すると、回転角に応じた波長が選択されて、特定の空間位置に反射される。入射光の種類は限定されず、白色光源からの光であってもよいし、試料を透過した、または試料で反射された測定光であってもよい。あるいは複数の波長を有する信号源からの信号光であってもよい。
【００２０】
図４の構成によると、フィルタ素子１０の回転角の制御のみで所望の波長を取り出すことができる。回転操作のみで波長が選択されるので、段階的な波長選択だけではなく、無段階のアナログ的な波長選択も可能である。
【００２１】
フィルタ素子１０への入射光の位置、角度や、フィルタ素子１０からの反射光の反射位置、角度等は変わらないので、波長ごとに検出器や光学系の配置を変更する必要がない。
【００２２】
また、フィルタ素子１０の格子材料や周期幅、ピッチ、入射角等を制御することで、取り出したい波長成分の中心波長を大きく変化させることができる。
【００２３】
図５は、フィルタ素子１０の一例を示す図である。図５（Ａ）はフィルタ素子１０の斜視図、図５（Ｂ）はｘｚ面と平行な断面図である。
【００２４】
フィルタ素子１０は、周期的な繰り返し構造を有する回折格子（グレーティング）１０６を有する導波モード共鳴（Guide Mode Resonance：ＧＭＲ）フィルタである。一例として、石英基板１０１上に、厚さ２００ｎｍの誘電体薄膜１０２を堆積し、一定の繰り返し周期で溝１０３を形成する。誘電体薄膜１０２は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）である。溝１０３は、電子線ビームによる描画、フォトリソグラフィ法等により形成される。隣接する溝１０３と溝１０３の間は突起１０５となっており、複数の突起１０５、あるいは複数の溝１０３が一定間隔で並ぶ。この周期的な格子の配列方向をｘ方向とする。なお、溝１０３は中空であるが、溝１０３を、誘電体薄膜１０２を構成する物質より低屈折率の物質で埋めてもよい。
【００２５】
実施形態では、溝１０３のｘ方向の長さをピッチ（Ｐ）と称し、突起１０５のｘ方向の長さをＬ、隣接する突起１０５のｘ方向の中心間距離を周期幅Λとする。周期幅Λはたとえば５００ｎｍ、ピッチＰは２５０ｎｍ、突起１０５のｘ方向の長さＬは２５０ｎｍ、溝１０３の深さｄは１２０ｎｍである。
【００２６】
後述する図６の例では、フィルタ素子１０の回折格子１０６の配列方向の端部に、肉眼または一般的な拡大鏡で認識可能な大きさの位置合わせマーク１０７が形成されている。位置合わせマーク１０７は、回折格子１０６の形成と同時に描画またはパターニングすることができる。波長選択の動作時に、フィルタ素子１０を基準状態に設定するために、位置合わせマーク１０７を、波長選択フィルタ装置１００の入射光学系で決まる入射方向に合わせてもよい。
＜波長選択の原理＞
領域ε１（すなわち空気）の誘電率をε１、領域ε２の平均誘電率をεｇ、領域ε３（すなわち石英基板１０１）の誘電率をε３とする。回折格子１０６が存在する領域ε２(ｘ)では、ｘ方向に屈折率が周期的に変化する。
【００２７】
周期的な屈折率変化を有する平面導波路（すなわち回折格子１０６）に、白色光のような全帯域の波長を含む光が入射すると、特定の共鳴波長だけが透過、または反射する現象が生じる。このような構造を持つ光学素子をＧＭＲフィルタと呼ぶ。
【００２８】
周期的な屈折率変化を有するフィルタ素子１０において、共鳴波長は式（１）の条件を満たす形で現れる。ＴＥ偏光（電界が基板１０１と平行）の場合の共鳴波長は式（２）、ＴＭ偏光（電界が基板１０１と垂直）の場合の共鳴波長は、式（３）を解くことで求められる。
【００２９】
【数１】
2017129821.tif 000003
ここで、βは伝搬定数、ｉは回折次数、ｋは波数（２π／λ））、εgは領域ε２（ｘ）の平均誘電率、θは試料内部での屈折角である。また、κi、γi、δiは、それぞれ、
【００３０】
【数２】
2017129821.tif 000004
で与えられる。これらの固有値方程式の解を得ることで，ＴＭ偏光、ＴＥ偏光のそれぞれの共鳴波長を求めることができる。
【００３１】
次に、一定の入射角θ'で光を入射した状態で、フィルタ素子１０を回転させることを考える。図６は、見かけの周期幅の変化を説明する図である。たとえば、入射光の入射方向が格子の配列方向（Ｘ方向）と平行な場合を基準状態とし、このときの回転角φを０°とする。上述した位置合わせマーク１０７を入射光の入射方向に合わせることによって基準状態とすることができる。
【００３２】
基準状態（φ＝０）では、入射光からみるとフィルタ素子１０の周期幅Λは、隣接する突起１０５の中心間距離に一致する。この状態から、フィルタ素子１０を角度αだけ回転すると、入射光にとってフィルタ素子１０の周期幅は見かけ上、周期幅Λ'に変化する。この見かけの周期幅Λ'は式（４）で与えられる。
【００３３】
【数３】
2017129821.tif 000005
さらに、回転にともなう共鳴波長の変化を考える。式（４）を式（１）に代入すると、式（５）が得られる。
【００３４】
【数４】
2017129821.tif 000006
フィルタ素子１０の回転角φに伴う共鳴変化の波長を求めるために式（２）、（３）、（５）を用いて解を求める。
【００３５】
図７は、ＴＥモード、ｉ＝−１の場合に上記の数値計算によって得られた結果を示す。図７の横軸は回転角（φ）、縦軸は正規化処理を行った共鳴波長である。数値計算のパラメータとして、以下の値を用いる。
【００３６】
√ε１＝１．０、
√ε３＝１．４５７、
√εg＝１．７６、
Λ＝５００ｎｍ、
√εg＊ｓｉｎθ＝√ε１＊ｓｉｎθ'＝√ε１＊ｓｉｎ４０°＝０．６４２７
数値計算で用いるこれらのパラメータは、後述する実験（実測）でのパラメータと対応付けている。
【００３７】
図７の数値計算によると、基準状態（φ＝０）、すなわち光の入射方向が回折格子１０６の配列方向（ｘ方向）に平行なときに最小の共鳴波長の値を示し、回転角に応じて共鳴波長は徐々に増大していく。これにより、フィルタ素子１０の回転によって共鳴波長を制御することが可能であるという予測が得られる。
＜実証実験＞
図８は、実験に用いる測定系の概略図である。白色光源３１からの白色光ＷＬを、コリメートレンズ３６を介してミラー３２に入射し、４０°の固定入射角でフィルタ素子１０に入射させる。フィルタ素子１０からの反射光を、ポストクランプで固定位置に保持された光ファイバ３３により図示しない分光器に導く。回転台１２を回転させ、回転角ごとに分光器で得られる値を記録する。
（１）予備実験
まず、予備実験として、フィルタ素子１０の回転角をφ＝−８０°からφ＝−７０°に変化させたときのピーク波長の変化の様子を測定し、記録する。予備実験では、偏光板を介さないでフィルタ素子１０に光を入射し、反射光を測定する。
【００３８】
図９の上側のグラフはφ＝−８０°のときの測定結果、下側のグラフはφ＝−７０°のときの測定結果である。いずれのグラフも横軸は波長、縦軸は強度である。偏光板を介さない場合、全部で４つのピーク波長が現れる。これらのピークは、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の各々において、回折次数ｉ＝＋１とｉ＝−１に起因するピークである。グラフの左側（短波長側）のＴＭモードのピークとＴＥモードのピークが，ｉ＝−１、グラフの右側（長波長側）のＴＥモードとＴＭモードのピークはｉ＝＋１に起因する。図９では４つのピークが観察されるが、入射光の光路に偏光板を挿入することで、ＴＥ偏光とＴＭ偏光のいずれか一方のピーク波長だけを取り出すことができる。
【００３９】
回転による影響に着目する。図９の上側のグラフと下側のグラフのピーク位置を比較すると、ＴＥ偏波もＴＭ偏波も、回転にしたがってピーク波長がシフトすることがわかる。この結果から、フィルタ素子１０の回転によってピーク波長を効率良く選択できることが確認される。
（２）本実験
次に、本実験を行う。本実験では、図７の数値計算と対応づけるために、ＴＥモード、ｉ＝−１のピーク波長の位置に着目する。
【００４０】
図１０は、フィルタ素子１０を−９０°＜φ＜＋９０°の範囲で回転させたときのピーク波長の値をプロットしたグラフである。測定では、フィルタ素子１０を１０°ごとに回転して、ピーク波長の値を記録した。この実験結果から、ピーク波長の値はフィルタ素子１０の回転角にしたがって変化し、図７の数値計算で予測されたのと同じ振る舞いをすることがわかる。
【００４１】
数値計算では、フィルタ素子１０の回転にともなう見かけの周期幅Λの変化を固有値方程式に代入（導入）することで、ピーク波長の変化をシミュレートした。実証実験では、フィルタ素子１０を実際に回転することで、回転角に応じてピーク波長が変化することを観察した。
【００４２】
図１１は、図７の数値計算の変化の傾向と、図１０の実験結果の変化の傾向を比較する図である。図中、白丸は数値計算の結果を示し、黒い三角形は実験結果を示している。また、各ピーク波長は、正規化した値で示されている。
【００４３】
図１１に示されるように、回転にともなうピーク波長の変化の傾向は、数値計算と実験結果でよく整合している。式（１）を参照するなら、共鳴波長λは、フィルタ素子１０の回折格子１０６の周期幅Λ（見かけの周期幅）を変えることで変化するという原理とも一致する。
＜キャリブレーション＞
図７、１０、１１から、フィルタ素子１０の回転角を制御することで、所望の共鳴波長を選択できることが確認された。この原理を実際の波長選択に適用する場合、基準状態、すなわちどこを回転角φ＝０°に設定するかを決める必要がある。フィルタ素子１０に位置合わせマーク１０７が形成されていない場合、波長選択の開始時にフィルタ素子１０はどの方向に向いているかわからないからである。
【００４４】
一つの方法として、図１０のように回折次数ｉ＝−１に着目し、回転角φを変化させたときにピーク波長の値が最小となる点を基準状態、すなわちφ＝０°と設定する。この場合は、フィルタ素子１０の回折格子１０６の配列方向（ｘ方向）が入射光の入射方向と平行になる位置が基準状態（φ＝０°）となる。この方法で決定された基準状態は、図６の基準状態と一致する。
【００４５】
基準状態が決まったならば、あらかじめ回転角φと共鳴波長の関係を測定して、回転角φと共鳴波長の対応関係を取得する。対応関係はテーブルの形式で記録されてもよいし、関数式で表して記憶しておいてもよい。関数式を用いる場合は、離散的な回転制御に替えて回転角をアナログ的に変化させて所望の波長の光を取り出すこともできる。
【００４６】
図１０で最小となるピーク波長の値は、フィルタ素子１０の回折格子１０６の平均屈折率εgと周期幅Λの少なくとも一方を調整することで調整可能である（式（１）参照）。
【００４７】
実際の波長選択では、図４に示した波長選択フィルタ装置１００の回転台１２にフィルタ素子１０を設置して、動作前にキャリブレーションを行う。あるいは、あらかじめフィルタ素子１０の回折格子１０６の配列方向の端部に位置合わせマーク１０７を形成しておき、位置合わせマーク１０７を光の入射方向に合わせてもよい。
【００４８】
回転角と波長の対応関係をあらかじめ記録した回転角−波長テーブル２２（または関係式）を用い、回転制御部２１でフィルタ素子１０の回転角を制御して所望の波長を取り出す。
【００４９】
図１２は、実施形態の波長選択のキャリブレーション方法のフローチャートである。まずフィルタ素子（たとえばＧＭＲフィルタ）を回転台にセットする（Ｓ１１）。白色光を固定の入射角でフィルタ素子に入射する（Ｓ１２）。フィルタ素子（または回転台）を回転させながら、フィルタ素子の格子面からの反射光の分光スペクトルを取得する（Ｓ１３）。分光スペクトルのピーク波長が最小となる回転位置を基準状態（φ＝０°）に設定し、そのときのフィルタ素子または回転台の回転位置とピーク波長を取得する（Ｓ１４）。基準状態から所定の回転角°ごとにピーク波長を測定し、回転角と波長の対応関係を記録する（Ｓ１５；回転角−波長テーブルの作成）。
【００５０】
この方法により、作製したフィルタ素子１０を波長選択フィルタ装置１００に適用することができる。
【００５１】
図１３は、実施形態の波長選択フィルタ方法のフローチャートである。まず、波長選択フィルタ装置１００において、フィルタ素子１０を基準状態（φ＝０°）に設置する（Ｓ２１）。たとえば、回転台１２に設置されたフィルタ素子１０に形成されている位置合わせマーク１０７を入射光の方向に合わせる。位置合わせ時には、動作時と同じ入射光学系を用いて位置合わせ用に所定の入射角で可視光線を入射してもよい。フィルタ素子１０に位置合わせマークが形成されていない場合は、図１２の方法でフィルタ素子１０を基準位置にキャリブレーションする。
【００５２】
フィルタ素子１０が基準状態に設定されると、波長選択フィルタ装置１００の制御ユニット２０は、選択したい波長に対応する回転角を回転角−波長テーブル２２から読み出す（Ｓ２２）。選択すべき複数の波長があらかじめ決められている場合は、制御ユニット２０は波長選択フィルタ装置１００の動作開始を指示する入力信号に応じて、選択される波長の各々に対応する回転角を読み出す。
【００５３】
制御ユニット２０は、回転台１２の回転（回転角度、回転速度を含む）を制御して、フィルタ素子１０を読み出された角度位置へと回転する（Ｓ２３）。回転台１２がモータ駆動の場合はモータの回転が制御され、圧電素子による超音波駆動の場合は印加電圧が制御される。回転されたフィルタ素子１０からの反射光を固定の空間位置で検出して、選択された波長の光を抽出する（Ｓ２４）。
【００５４】
この方法により、光学システムの位置や構成を変えずに、所望の波長の光を精度良く選択することができる。
【００５５】
図１４は、フィルタ素子１０の別の適用例として波長選択フィルタ装置２００を示す。図１４の例では、フィルタ素子１０の反射光のスポット位置に、モノクロＣＣＤセンサ１８が配置されている。モノクロＣＣＤセンサ１８は、カラーＣＣＤセンサと異なり、各画素１８１の上にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のカラーフィルタが配置されていないので、感度が高い。
【００５６】
波長選択フィルタ装置２００は、フィルタ素子１０と、フィルタ素子１０を搭載して回転させる回転台１２と、モノクロＣＣＤセンサ１８と、モータ１５と、制御ユニット５０を有する。制御ユニット５０は、モノクロＣＣＤセンサ１８の出力と、モータ１５に接続されている。
【００５７】
制御ユニット５０は、バス５５を介して相互に接続されるプロセッサ５１と、メモリ５２と、入出力インタフェース５３と、ディスプレイ５４を有する。制御ユニット５０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で実現されてもよい。プロセッサ５１は、回転制御部５１１と、スペクトルマッパ５１２を有する。メモリ５２は、回転角−波長テーブル５２２を有する。
【００５８】
回転制御部５１１は、入出力インタフェース５３を介してモータ１５に角度位置指令を出力し、モータ１５から角度データを取得する。角度位置指令には、基準状態からの回転角（φ）や回転速度が含まれる。スペクトルマッパ５１２は、モノクロＣＣＤセンサ１８から出力される各ピクセル１８１の強度情報を取得し、ピクセルごとに光強度を回転角φの関数としてマッピングする。
【００５９】
フィルタ素子１０への入射光は、たとえば試料を透過した、または試料で反射された測定光である。測定光は、たとえば、ポンプ−プローブ法で用いられる白色プローブ光であり、ポンプ光の照射により試料に生じた変化の情報を乗せている。図示は省略するが、試料の出射側にコンデンサレンズを配置し、コンデンサレンズの瞳共役位置にコリメート光学素子を配置することで、試料からの測定光を固定の入射角θ'でフィルタ素子１０に入射することができる。
【００６０】
モータ１５によりフィルタ素子１０を回転させながら、フィルタ素子１０からの反射光を固定位置に配置されたモノクロＣＣＤセンサ１８で検出する。モータ１５における現在の角度情報は制御ユニット５０に入力され、メモリ５２に保存される。モノクロＣＣＤセンサ１８の各ピクセル１８１からの出力強度は、モータ１５からの角度情報と同期して制御ユニット５０に入力され、メモリ５２に保存される。
【００６１】
スペクトルマッパ５１２は、メモリ５２に保存された情報に基づいて、モノクロＣＣＤセンサ１８のピクセル１８１ごとに、フィルタ素子１０の回転角φの関数として出力強度をマッピングする。フィルタ素子１０の回転角と波長は相関するので、スペクトルマッパ５１２によりマッピングされたデータは、波長の関数としての強度情報を表わす。これにより、試料の二次元画像を得ることができる。すなわち、高感度のモノクロＣＣＤセンサ１８を用いて、カラー画像と等値の測定画像を得ることができる。生成された二次元画像はディスプレイ５４に表示されてもよい。
【００６２】
図１５は、実施形態のフィルタ素子１０の別の適用例を示す。図１５では、フィルタ素子１０を光通信用のチューナーに適用する。フィルタ素子１０の回転角を調節することで所望の波長の光信号を取り出すことができる。この場合も、フィルタ素子１０の基準状態（φ＝０°）をあらかじめ決定し、回転角と波長の対応関係を取得し、記録しておく。これにより、簡単な手法で精度良く所望の波長信号を取り出すことができる。
【００６３】
実施形態のフィルタ素子１０とこれを用いた波長選択フィルタ装置は、上述した例に限定されず、医療分野での非接触の測定や、ガス等の分析にも適用可能である。回転角の精度は、ギヤやステッピングモータ等の組合せで向上することができる。モーターにエンコーダと組み合わせて角度制御を行ってもよい。また、フィルタ素子１０の回転角と反射波長の対応関係は、波長選択フィルタ装置（１００または２００）の外部から取得してもよい。
【００６４】
上述した構成と手法により、単一のフィルタ素子の回転操作のみで所望の波長をデジタル的あるいはアナログ的に取り出すことが可能になる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  フィルタ素子（光学素子）
１２  回転台
１５  モータ
１８  モノクロＣＣＤセンサ
２０、５０  制御ユニット（制御部）
２１，５１１  回転制御部
２２、５２２  回転角−波長テーブル
５２  メモリ（記憶部）
１００、２００  波長選択フィルタ装置
１０６  回折格子
５１２  スペクトルマッパ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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