(57)【要約】【課題】波長フィルタの高い光透過率及び光利用効率を実現し、装置の長大化を防止して小型化を可能にする。【解決手段】波長フィルタ５１は偏光ビームスプリッタ３２とその側面に対向配置した反射型位相素子３３，５３とを備える。偏光ビームスプリッタに入射したｓ偏光は、偏光分離膜３６で反射されて反射型位相素子３３に入射し、反射ミラー３８により位相子３７部分を往復しかつｐ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタに再入射し、偏光分離膜を通過して反射型位相素子５３に入射し、反射ミラー５５により位相子５４部分を往復しかつｓ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタに再入射し、偏光分離膜で反射されて出射する。１つの偏光分離膜が透過順に配置した３つの偏光子として機能し、それらの間にそれぞれ２つ分の位相子を配置した構成と等価の波長フィルタが実現される。【選択図】図１
2009237146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光をその偏光方向によって反射又は透過させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの反射方向に配置した反射型位相素子とを備え、
前記反射型位相素子が、位相子とその背後に設けた反射ミラーとを有し、前記偏光ビームスプリッタからの反射光が前記反射ミラーで反射されて前記位相子を往復して透過しかつ前記偏光ビームスプリッタを透過するように配置されていることを特徴とする波長フィルタ。
【請求項２】
入射光をその偏光方向によって反射又は透過させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの反射方向に配置した第１の反射型位相素子と、前記偏光ビームスプリッタを挟んで前記第１の反射型位相素子の反対側に配置した第２の反射型位相素子とを備え、
前記第１の反射型位相素子が、第１位相子とその背後に設けた第１反射ミラーとを有し、前記偏光ビームスプリッタからの反射光が前記第１反射ミラーで反射されて前記第１位相子を往復して透過しかつ前記偏光ビームスプリッタを透過するように配置され、
前記第２の反射型位相素子が、第２位相子とその背後に設けた第２反射ミラーとを有し、前記第１の反射型位相素子からの反射光が前記偏光ビームスプリッタを透過した後、前記第２反射ミラーで反射されて前記第２位相子を往復して透過しかつ前記偏光ビームスプリッタにより反射されるように配置されていることを特徴とする波長フィルタ。
【請求項３】
複数の請求項２記載の波長フィルタを光路に沿って配置したことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項４】
請求項２記載の波長フィルタと請求項１記載の波長フィルタとを光路に沿って配置したことを特徴とする波長フィルタ。
【請求項５】
隣接する複数の請求項２記載の波長フィルタの間に配置した中間位相子を更に備えることを特徴とする請求項３記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
隣接する請求項２記載の波長フィルタと請求項１記載の波長フィルタとの間に配置した中間位相子を更に備えることを特徴とする請求項４記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記中間位相子の位相差が（１８０°＋３６０°×ｎ）、（ｎ：非負整数）であることを特徴とする請求項５又は６記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記中間位相子の位相差が（３６０°＋３６０°×ｎ）、（ｎ：非負整数）であることを特徴とする請求項５又は６記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
光の入射端に配置した偏光子を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１０】
光の入射端に配置した偏光変換素子（ＰＳコンバータ）を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１１】
前記反射型位相素子の前記位相子が固定位相子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１２】
前記反射型位相素子の前記位相子が可変位相子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１３】
前記偏光ビームスプリッタが、２つの二等辺直角プリズムをそれらの斜辺面で互いに接合し、かつ前記斜辺面の間に偏光分離層を設けたキュービック型であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１４】
前記偏光ビームスプリッタがワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか記載の波長フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光の波長を特定の値及び／又は範囲に固定して又は可変的に制御するための波長フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望の波長領域の光を透過するために様々なバンドパスフィルタが使用されている。例えば、複屈折板を用いて狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタとしてリオフィルタが知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。図１７は、リオフィルタの基本的構成を示している。同図に示すように、リオフィルタ１は、透過軸の平行な偏光子２ａ〜２ｄの間にそれぞれ複屈折板３ａ〜３ｃを、それらの結晶光学軸３a1〜３c1が前記偏光子の透過軸２a1〜２d1と４５°をなすように配置する。複屈折板３ａ〜３ｃには、方解石や水晶等の一軸性結晶が用いられ、その厚さｄi は２ｉ−１ｄ（ｉ＝１〜３）となるように構成される。特許文献１では、リオフィルタが、背面に反射鏡を配設した液晶表示パネルにおいてＲＧＢの三原色の色純度を高くするために、該液晶表示パネルの表面に積層されている。このリオフィルタを構成するプラスチックフィルムは、液晶表示パネルの背面側から反射される光の透過スペクトルのピークがＲＧＢに対応するように、その光学位相差を決定する。
【０００３】
上記リオフィルタは、使用する複屈折板によって透過スペクトルが特定の波長に固定される。そこで、複屈折板に代えて液晶セルを２枚の偏光子の間に挟んだ波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。このバンドパスフィルタの構成を図１８に示す。同図において、バンドパスフィルタ１１は、偏光子１２ａ〜１２ｄに挟まれた液晶セル１３ａ〜１３ｃへの印加電圧を適当に設定することにより、透過スペクトル波長を変化させる。特に図１８のバンドパスフィルタは、透過軸１２a1、１２b1を直交させて配置した所謂クロスニコルの偏光子１２ａ、１２ｂ間の液晶セル１３ａと、透過軸１２b1〜１２d1を平行に配置した所謂平行ニコルの偏光子１２ｂ〜１２ｄで挟んだ２枚の液晶セル１３ｂ、１３ｃとを組み合わせることにより、可視領域に残る２つの単色光のうち一方を除去するように構成されている。
【０００４】
更に、図１８と同様の構成において、偏光子の間に液晶セルと位相差フィルムとからなる複合層を挟んだ波長可変フィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。この波長可変フィルタの構成を図１９に示す。同図において、波長可変フィルタ２１は、偏光子２２ａ〜２２ｄに挟まれた各液晶セル２３ａ〜２３ｃにそれぞれ位相差フィルム２４ａ〜２４ｃが重ねて配置されている。この位相差フィルムによって、液晶セルのセル厚を必要最小限に抑え、それによるリタデーション値の減少を補充し、液晶の応答性低下を回避しつつ、狭半値幅の透過率ピークを発生させる。また、液晶セルのセル厚を透過順にｄ、２ｄ、１．５ｄに設定することにより、１つの電圧印加装置を共有して全液晶セルに同じ制御電圧を印加し、透過スペクトルの波長を調整することができる。同様に、液晶セルと複屈折フィルムからなるリタデーション板とを２枚の偏光子の間に配置した波長可変液晶フィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。この波長可変液晶フィルタは、半値幅について液晶と複屈折性フィルムの複屈折の波長分散を組み合わせて、透過率の極大値を示す近傍において波長に対するリタデーションの傾斜が一定になるように調整することにより、可視領域で半値幅を一定にしかつ波長を可変にする。
【０００５】
他方、偏光子としては、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのプラスチックベースをヨウ素などの偏光二色性の有機物質で染色し、延伸処理して吸収軸を揃えた偏光フィルムのような吸収型の偏光板が広く使用されている。更に、例えば透過基板上に金属細線を透過波長よりも短い一定ピッチで格子状に配設した反射型のワイヤグリッド偏光板が知られている（例えば、特許文献６，７を参照）。
【０００６】
また、偏光子として偏光ビームスプリッタを用いたリオフィルタが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。偏光ビームスプリッタは、二等辺直角プリズムの斜辺面に誘電体多層膜からなる偏光膜を被覆し、該斜面に別の二等辺直角プリズムを貼り合わせて立方体形状にしたキュービックビームスプリッタであり、透過率が高い特徴がある。偏光ビームスプリッタには、上述した立方体形状のもの以外に、ガラス基板の表面に偏光膜を被覆したプレートビームスプリッタ等がある。
【０００７】
【非特許文献１】今井英樹外，「リオフィルターによる５３０３Åコロナ輝線撮像システム」，国立天文台報，大学研究共同利用機関法人自然科学研究機構国立天文台，１９９９年，第４巻，ｐ．１５７−１６２
【特許文献１】特許第３０００６６９号公報
【特許文献２】特許第３１０２０１２号公報
【特許文献３】特開２０００−２６７１２７号公報
【特許文献４】特開２００５−１１５２０８号公報
【特許文献５】特開２００６−３１７６４５号公報
【特許文献６】特開２００５−１４１８４０号公報
【特許文献７】特表２００６−５０７５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタにおいて、偏光子に偏光フィルムなどの吸収型偏光板を用いた場合、入射する自然光の５０％が最初の偏光子に吸収されるため、光透過率が大幅に低下し、最大でも５０％しか得られないという問題がある。２つの偏光子及びその間に挟まれた複屈折板を１ブロックとして、これを光路に沿って多段に配置すると、透過スペクトルをより急峻にして狭帯域な透過特性が得られる反面、各段毎に偏光子により吸収ロスが発生するため、光透過率がより一層低下する。しかも、液晶セルは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜等での反射により透過光量に損失を生じるため、液晶セルを用いた波長可変フィルタは、更に光透過率が低下するという問題がある。
【０００９】
これら吸収型偏光板に対し、ワイヤグリッド偏光板のような反射型偏光子を用いた場合には、反射された不要な光が迷光となってフィルタ特性を劣化させ、分解能を低下させるなどの問題を生じる虞がある。また、キュービック型の偏光ビームスプリッタは、それ自体が光軸方向に厚さを有するので、非特許文献１に記載されるようにリオフィルタの偏光子に用いて直列に配置すると、フィルタ全体を長大化させるという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光透過率を高めて光利用効率を向上させることができ、しかもフィルタ特性を劣化させることがなく、多段構造にしても装置全体の長大化を防止しかつ小型化を可能にする波長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】
【００１１】
本発明によれば、上記目的を達成するために、入射光をその偏光方向によって反射又は透過させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタの反射方向に配置した反射型位相素子とを備え、該反射型位相素子が、位相子とその背後に設けた反射ミラーとを有し、偏光ビームスプリッタからの反射光が反射ミラーで反射されて位相子を往復して透過しかつ偏光ビームスプリッタを透過するように配置された波長フィルタが提供される。
【００１２】
偏光ビームスプリッタに入射した光はｐ偏光の透過光とｓ偏光の反射光とに分割され、ｐ偏光の透過光は、そのまま偏光ビームスプリッタを通過して出射する。ｓ偏光の反射光は反射型位相素子に入射し、位相子を透過して反射ミラーに入射し、該反射ミラーにより反射されて位相子を再度透過する。このように位相子を往復透過する間に、１８０°の位相差が与えられ、ｓ偏光からｐ偏光に変換される。この波長フィルタは、１つの偏光ビームスプリッタが、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係をもって透過順に配置した２つの偏光子として機能し、それらの間に、反射型位相素子の位相子２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子を配置したフィルタ構成と等価である。従って、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、この偏光子が、従来の樹脂を用いた吸収型偏光子ではなく、偏光ビームスプリッタで構成されるので、高い光透過率が得られ、光利用効率を向上させることができる。更に、透過率の向上によって、少なくともその分は光源の出力を下げても同じ光量が維持されるので、光源ランプの寿命を延長させることができる。また、偏光子に用いるべき樹脂の分だけ、環境に影響し得る産業廃棄物を削減できるという効果も得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、入射光をその偏光方向によって反射又は透過させる偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタの反射方向に配置した第１の反射型位相素子と、偏光ビームスプリッタを挟んで第１の反射型位相素子の反対側に配置した第２の反射型位相素子とを備え、第１の反射型位相素子が、第１位相子とその背後に設けられた第１反射ミラーとを有し、偏光ビームスプリッタからの反射光が第１反射ミラーで反射されて第１位相子を往復して透過しかつ偏光ビームスプリッタを透過するように配置され、第２の反射型位相素子が、第２位相子とその背後に設けられた第２反射ミラーとを有し、第１の反射型位相素子からの反射光が偏光ビームスプリッタを透過した後、第２反射ミラーで反射されて第２位相子を往復して透過しかつ偏光ビームスプリッタにより反射されるように配置されている波長フィルタが提供される。
【００１４】
偏光ビームスプリッタに入射した光は、ｓ偏光成分が反射されて第１の反射型位相素子に入射し、反射ミラーによる反射によってその位相子を往復して透過し、該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｐ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタをそのまま通過して第２の反射型位相素子に入射する。第２の反射型位相素子に入射したｐ偏光は、反射ミラーによる反射によって、その位相子を往復して透過し、該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｓ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタにより反射されて出射する。この波長フィルタは、１つの偏光ビームスプリッタが透過順に配置した３つの偏光子として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が互いに透過軸を直交させたクロスニコルの関係に配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、各反射型位相素子の位相子２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子を配置したフィルタ構成と等価である。従って、位相子とそれを挟む２つの偏光子とを１ブロックとして、２個のブロックを光路に沿って配置した従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、各ブロックの偏光子が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光ビームスプリッタで構成されるので、高い光透過率が得られ、光利用効率を向上させることができる。
【００１５】
或る実施例では、偏光ビームスプリッタと第１及び第２の反射型位相素子とをそれぞれ備える複数の前記波長フィルタを光路に沿って配置することにより、多段構造のリオフィルタと同等の透過特性が得られ、高い光透過率を維持しながら、透過スペクトルが急峻でより狭帯域特性の波長フィルタを実現することができる。
【００１６】
別の実施例では、偏光ビームスプリッタとその反射方向に配置した１つの反射型位相素子を備える前記波長フィルタと、偏光ビームスプリッタと第１及び第２の反射型位相素子とを備える前記波長フィルタとを光路に沿って配置することにより、同様に多段構造のリオフィルタと同等の透過特性が得られ、高い光透過率を維持しながら、透過スペクトルが急峻でより狭帯域特性の波長フィルタを実現することができる。
【００１７】
また別の実施例では、これらの多段構造に配置した波長フィルタにおいて、隣接する偏光ビームスプリッタと偏光ビームスプリッタ間の光路に中間位相子を更に配置することにより、高い光透過率を維持しながら、より多段構造の波長フィルタを実現でき、しかも設計の自由度が増大する。
【００１８】
この場合、前記中間位相子の位相差が（１８０°＋３６０°×ｎ）、（ｎ：非負整数）であると、１／２波長板として透過光の偏光方向を１８０°回転させることができる。また、前記中間位相子の位相差が（３６０°＋３６０°×ｎ）、（ｎ：非負整数）であると、透過光をそのままの偏光方向で通過させることができる。
【００１９】
別の実施例では、光の入射端に配置した偏光子を更に備えることにより、偏光ビームスプリッタに入射する光の偏光方向を揃え、かつ不要光を排除できるので、波長フィルタの性能を向上させることができる。更に別の実施例では、光の入射端に偏光変換素子を配置することにより、１００％の光量を維持しながら光の偏光方向を揃えて偏光ビームスプリッタに入射させることができる。その結果、元の光量を維持しながら光源の出力を半分程度に低下させることができるので、光源ランプの寿命を格段に延長させることが可能になる。
【００２０】
或る実施例では、反射型位相素子の位相子が固定位相子であることにより、透過帯域を特定の波長又は波長範囲に固定した波長フィルタが得られる。別の実施例では、反射型位相素子の位相子が可変位相子であることにより、透過帯域を所望の波長又は波長範囲に変更可能な波長フィルタが得られる。
【００２１】
或る実施例では、偏光ビームスプリッタが、２つの二等辺直角プリズムをそれらの斜辺面で互いに接合しかつそれら斜辺面の間に偏光分離層を設けたキュービック型である。別の実施例では、偏光ビームスプリッタがワイヤグリッド偏光板である。いずれも、ｐ偏光及びｓ偏光の双方に高い透過率を発揮し、本発明の波長フィルタに使用するのに好都合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長フィルタの好適な実施例を詳細に説明する。尚、各図において、類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して表すことにする。
図１（Ａ）は、本発明による波長フィルタの基本構成要素の実施例を示している。同図に示す波長フィルタの基本構成要素３１は、偏光ビームスプリッタ３２と反射型位相素子３３とからなる。偏光ビームスプリッタ３２は、それぞれ同一形状・寸法の二等辺直角プリズムからなる入射側の第１プリズム３４と出射側の第２プリズム３５とを有し、互いに対向する斜辺面を接合して立方体形状に形成したキュービック型である。第１、第２プリズム３４，３５の接合した前記斜辺面の間には、例えば誘電体多層膜からなる偏光分離膜３６が設けられている。
【００２３】
反射型位相素子３３は、前記第１プリズムの側面３４ｂに対向して配置される位相子３７と、その背面に設けた反射ミラー３８とを有する。位相子３７は、或る実施例では、図２（Ａ）に示すように、透過スペクトルを特定の波長に固定した水晶等の複屈折板で構成される。別の実施例では、位相子３７が、図２（Ｂ）に示すように、液晶層３９ａを２枚の基板３９ｂで挟んだ液晶セル３９からなり、該液晶セルへの印加電圧を制御することによって透過スペクトルの波長を可変にすることができる。更に別の実施例では、位相子３７が、波長可変の液晶セル４０と波長固定の複屈折板４１とを積層して構成され、それらの組合せによって透過スペクトルの波長をより好適に調整制御することができる。また、反射ミラー３８は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの金属膜や誘電体多層膜で形成される。
【００２４】
第１プリズム３４の入射面３４ａに垂直な光軸４に沿って入射した光は、偏光分離膜３６によってｐ偏光（図中、上下方向の短い矢印で示す）の透過光とｓ偏光（図中、小円で示す）の反射光とに分割される。ｐ偏光の透過光は、不要光として、偏光分離膜３６をそのまま通過し、第１プリズム３４の入射面３４ａに対向する第２プリズム３５の出射面３５ａから光軸４と平行に出射する。ｓ偏光の反射光は、偏光分離膜３５により光軸４に垂直な向きに反射され、第１プリズム３４の前記入射面に直交する側面３４ｂから出射し、反射型位相素子３３に入射する。
【００２５】
反射型位相素子３３に入射したｓ偏光は、反射ミラー３８で入射方向に反射されることによって位相子３７を往復して透過し、第１プリズム３４ａにその側面３４ｂから入射する。前記ｓ偏光は、反射ミラー３８により反射される際にｐ偏光に変換され、かつ位相子３７を往復することにより該位相子２つ分の位相差が与えられる。前記反射型位相素子から反射されたｐ偏光は、偏光分離膜３６をそのまま通過し、第２プリズム３５の出射面３５ａに直交する側面３５ｂから出射する。
【００２６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の基本構成要素３１を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、この波長フィルタの基本構成要素３１は、１つの偏光分離膜３６が、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係をもって透過順に配置した２つの偏光子３６１，３６２として機能し、該２つの偏光子の間に、位相子３７の往復位相差に等しい位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させるようにした位相子３３´を配置したフィルタ構成と等価である。例えば位相子３７が１／４波長板の場合、反射型位相素子３３は１／２波長板として機能するから、第２プリズム３５の側面３５ｂから出射されるｐ偏光の位相差Γは、位相子３７の位相差をΓ1 とすると、その２倍の２Γ1 である。特に、偏光子３６１，３６２が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例の波長フィルタの基本構成要素によれば、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られると同時に、高い光透過率及び光利用効率の向上を実現することができる。
【００２７】
図３（Ａ）は、本発明による波長フィルタの基本構成要素の別の実施例を示している。本実施例の波長フィルタの基本構成要素４２は、偏光ビームスプリッタ４３と反射型位相素子３３とからなる。本実施例は、偏光ビームスプリッタ４３が透過基板上に金属細線を格子状に配設したワイヤグリッド偏光板である点において、図１の実施例と異なる。このワイヤグリッド偏光板は、前記金属細線が、入射する光のｐ偏光成分を透過させかつｓ偏光成分を反射するようにその配向を選択して、透過光の波長よりも短い一定ピッチで配置される。
【００２８】
図１の実施例と同様に、光軸４に沿って偏光ビームスプリッタ４３に入射した光は、ｐ偏光の透過光とｓ偏光の反射光とに分割される。ｐ偏光の透過光は、不要光として、偏光ビームスプリッタ４３をそのまま通過して光軸４と平行に出射する。ｓ偏光の反射光は、偏光ビームスプリッタ４３により光軸４に垂直な向きに反射され、反射型位相素子３３に入射する。反射型位相素子３３に入射したｓ偏光は、反射ミラー３８で入射方向に反射されることによって位相子３７を往復して透過する。前記ｓ偏光は、反射ミラー３８により反射される際にｐ偏光に変換され、かつ位相子３７を往復することにより該位相子２つ分の位相差が与えられる。前記反射型位相素子から反射されたｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ４３をそのまま通過して、光軸４に垂直な向きに出射される。
【００２９】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の基本構成要素４２を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、この波長フィルタの基本構成要素４２は、偏光ビームスプリッタ４３を構成する１つのワイヤグリッド偏光板が、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係をもって透過順に配置した２つの偏光子４３１，４３２として機能し、該２つの偏光子の間に、位相子３７の往復位相差に等しい位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させるようにした位相子３３´を配置したフィルタ構成と等価である。特に、偏光子４３１，４３２が、従来の吸収型偏光子ではなく、ワイヤグリッド偏光板で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、図１の実施例と同様に、本実施例の波長フィルタの基本構成要素によれば、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られると同時に、高い光透過率及び光利用効率の向上を実現することができる。
【００３０】
図４（Ａ）は、図１の基本構成要素からなる本発明による波長フィルタの第１実施例を示している。第１実施例の波長フィルタ５１は、キュービック型の偏光ビームスプリッタ３２と、その入射側に配置した偏光子５２とを備える。更に波長フィルタ５１は、偏光ビームスプリッタ３２の第１プリズム３４の側面３４ｂに対向配置した反射型位相素子３３と、それとは反対側の第２プリズム３５の側面３５ｂに対向配置した反射型位相素子５３とを備える。偏光ビームスプリッタ３２及び反射型位相素子３３は図１（Ａ）のそれらと同一の構成を有するので、詳細な説明は省略する。反射型位相素子５３は、反射型位相素子３３と同様に、前記第２プリズムの側面３５ｂに対向して配置される位相子５４と、その背面に設けた反射ミラー５５とを有する。
【００３１】
偏光子５２は、偏光フィルムのような吸収型偏光板からなり、光軸４に沿って入射する光のｐ偏光成分を吸収し、ｓ偏光成分を透過させる性質を有する。偏光子５２を透過したｓ偏光は、入射面３４ａから第１プリズム３４に入射し、偏光分離膜３６により光軸４に垂直な向きに反射されて前記第１プリズムの側面３４ｂから出射し、反射型位相素子３３に入射する。前記反射型位相素子に入射したｓ偏光は、位相子３７を透過し、反射ミラー３８で入射方向に反射され、再び位相子３７を透過して第１プリズム３４に側面３４ｂから入射する。前記ｓ偏光は、反射ミラー３８により反射されて位相子３７を往復することによって該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｐ偏光に変換される。側面３４ｂから入射したｐ偏光は、偏光分離膜３６をそのまま通過し、第２プリズム３５の側面３５ｂから出射して反射型位相素子５３に入射する。
【００３２】
反射型位相素子５３に入射したｐ偏光は、位相子５４を透過し、反射ミラー５５で入射方向に反射され、再び位相子５４を透過して、側面３５ｂから第２プリズム３５に入射する。前記ｐ偏光は、反射ミラー５５により反射されて位相子５４を往復することにより該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｓ偏光に変換される。第２プリズム３５に入射したｓ偏光は、偏光分離膜３６により光軸４に垂直な向きに反射され、第１プリズム３４の入射面３４ａに対向する第２プリズム３５の出射面３５ａから光軸４と平行に出射する。
【００３３】
図４（Ｂ）は、波長フィルタ５１の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ５１は、１つの偏光分離膜３６が透過順に配置した３つの偏光子３６１〜３６３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が互いに透過軸を直交させたクロスニコルの関係に配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７，５４の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３´，５３´を配置したフィルタ構成と等価である。例えば、位相子３７，５４を（９０°＋３６０°×ｎ）、（ｎ：非負整数）の位相差に設計すると、位相子３３´，５３´の位相差即ち位相子３７，５４の往復位相差は（１８０°＋３６０°×ｎ）となる。
【００３４】
従って、波長フィルタ５１は、各位相子３３´，５３´及びそれらを挟む２つの偏光子３６１〜３６３をそれぞれ１ブロックとして、２個のブロックを光路に沿って配置した従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、各偏光子３６１〜３６３が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例の波長フィルタによれば、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られると同時に、高い光透過率及び光利用効率の向上を実現することができる。また、位相子３７、５４を、図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成すると、所望の透過波長に対応するように位相差を調整可変にすることができる。
【００３５】
反射型位相素子３３の往復位相差が５４０°となりかつ反射型位相素子５３の往復位相差が９００°となるように、位相子３７，５４を設計した波長フィルタ５１について、波長５５０nmの光透過率をシミュレーションした。このシミュレーションでは、各位相子３７，５４を、それぞれ図２（Ｃ）に示す波長可変の液晶セル４０と波長固定の複屈折板４１との積層構造とした。その結果を図５に示す。同図には、比較のために、吸収型の偏光フィルムを用いた従来構造のリオフィルタの光透過率、及び本発明の波長フィルタ５１において透過光の損失が無い理想状態の光透過率を併せて示す。
【００３６】
本発明の波長フィルタ５１は、入射光が最初の吸収型偏光板５２により偏光分離されているので、透過光の損失が無い理想状態でも、図５に一点鎖線で示すように、波長５５０nm付近で最大５０％の透過率である。従来構造のリオフィルタは、偏光フィルムからなる偏光子を通過する毎に吸収損失が発生するので、同図に破線で示すように、最大約３６％程度の透過率しか得られない。本実施例では、反射型位相素子３３，５３を構成する液晶セルによる吸収損失があるにも拘わらず、最大約４３％の高い透過率を実現することができる。
【００３７】
更に、本実施例の波長フィルタ５１について、光の三原色ＲＧＢと色の三原色のイエロー（Ｙ）及びシアン（Ｃ）の各波長に対応するように、位相子３７，５４の往復位相差を調整して、各波長の光透過率をシミュレーションした。その結果を図６（Ａ）に示す。比較のために、偏光フィルムを用いた従来構造のリオフィルタについても、同様に光透過率をシミュレーションした。その結果を図６（Ｂ）に示す。両図から分かるように、いずれの波長においても、本実施例の波長フィルタ５１は、従来構造のリオフィルタに比して高い透過率を実現し得ることが分かった。このように本発明によれば、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、本実施例によれば、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止することができる。
【００３８】
図７（Ａ）は、本発明による波長フィルタの第２実施例を示している。本実施例の波長フィルタ５１´は、図４に示す第１実施例の変形例であり、偏光ビームスプリッタ３２の出射側に位相子５６と偏光子５７とが光路に沿って配置されている点で、波長フィルタ５１と異なる。本実施例では、反射型位相素子３３，５３の往復位相差及び位相子５６の位相差をそれぞれΓ1 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ1 ）、Γ2 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ2 ）、Γ3 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ3 ）に設定し、所望の透過波長で偏光面を９０°回転させるように構成する。他の構成は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、偏光子５２を入射した光がｓ偏光として偏光ビームスプリッタ３２の第２プリズム３５の出射面３５ａから出射するまでの進行は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、説明を省略する。偏光ビームスプリッタ３２から出射したｓ偏光は、位相子５６を透過してｐ偏光に変換され、更に偏光子５７を透過して出射する。
【００４０】
図７（Ｂ）は、波長フィルタ５１´の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ５１´は、１つの偏光分離膜３６が光軸４に沿って透過順に配置した３つの偏光子３６１〜３６３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係に配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７，５４の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３´，５３´を配置し、更に位相子５６と偏光子５７とを透過順に配置したフィルタ構成と等価である。
【００４１】
従って、波長フィルタ５１´は、各位相子３３´，５３´，５６及びそれらを挟む２つの偏光子３６１〜３６３，５７をそれぞれ１ブロックとして、３個のブロックを光路に沿って配置した従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、偏光子３６１〜３６３が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例においても、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。また、位相子３７，５４を図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成し、かつ／又は位相子５６に液晶セルを用いると、所望の透過波長に対応するように位相差を調整可変にすることができる。
【００４２】
図８（Ａ）は、本発明による波長フィルタの第３実施例を示している。本実施例の波長フィルタ５１''は、図４に示す第１実施例の別の変形例であり、偏光ビームスプリッタ３２の出射側に位相子５８と偏光子５９とが光路に沿って配置されている点で、第１実施例の波長フィルタ５１と異なる。本実施例では、反射型位相素子３３，５３の往復位相差をそれぞれΓ1 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ1 ）、Γ2 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ2 ）に設定し、所望の透過波長で偏光面を９０°回転させるように構成し、位相子５８の位相差をΓ3 ＝（３６０°＋３６０°×ｎ3 ）に設定する。他の構成は、第１実施例と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
偏光子５２に入射した光がｓ偏光として偏光ビームスプリッタ３２の第２プリズム３５の出射面３５ａから出射するまでの進行は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、説明を省略する。偏光ビームスプリッタ３２から出射したｓ偏光は、位相子５６を透過し、更に偏光子５７を透過して出射する。
【００４４】
図８（Ｂ）は、波長フィルタ５１''の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ５１''は、１つの偏光分離膜３６が光軸４に沿って透過順に配置した３つの偏光子３６１〜３６３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係に配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７，５４の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３´，５３´を配置し、更に位相子５８と偏光子５９とを透過順に配置したフィルタ構成と等価である。
【００４５】
従って、波長フィルタ５１''は、各位相子３３´，５３´，５８及びそれらを挟む２つの偏光子３６１〜３６３，５９をそれぞれ１ブロックとして、３個のブロックを光路に沿って配置した従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、偏光子３６１〜３６３が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例においても、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。また、位相子３７，５４を図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成し、かつ／又は位相子５８に液晶セルを用いると、所望の透過波長に対応するように調整することができる。
【００４６】
図９（Ａ）は、本発明による波長フィルタの第４実施例を示している。本実施例の波長フィルタ６１は、第１実施例の波長フィルタ５１を構成するキュービック型の偏光ビームスプリッタ３２と、その第１プリズム３４の側面３４ｂに対向配置した反射型位相素子３３と、それとは反対側に第２プリズム３５の側面３５ｂに対向配置した反射型位相素子５３とを一単位のフィルタ要素として、透過順に配置した第１フィルタ要素６２及び第２フィルタ要素６３と、その間に配置した位相子６４と、第１フィルタ要素６２の入射側に配置した偏光子５２とを備える。
【００４７】
本実施例では、反射型位相素子３３１，５３１，３３２，５３２の往復位相差をそれぞれΓ1 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ1 ）、Γ2 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ2 ）、Γ4 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ4 ）、Γ5 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ5 ）に設定して、所望の透過波長で偏光面を９０°回転させるように構成する。位相子６４は、位相差をΓ3 ＝（３６０°＋３６０°×ｎ3 ）に設定する。偏光子５２と第１、第２フィルタ要素６２，６３を構成するキュービック型の偏光ビームスプリッタ３２１，３２２及び反射型位相素子３３１，３３２、５３１，５３２とは、第１実施例のそれらと構成が同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００４８】
偏光子５２に入射した光がｓ偏光として第１フィルタ要素６２に入射し、偏光ビームスプリッタ３２１の第２プリズム３５１の出射面３５ａ１から出射するまでの進行は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、説明を省略する。第１フィルタ要素６２の偏光ビームスプリッタ３２１から出射したｓ偏光は、位相子６４を透過して、第２フィルタ要素６３の偏光ビームスプリッタ３２２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２２の入射面３４ａ２に入射したｓ偏光は、偏光分離膜３６２により反射されて第１プリズム３４２の側面３４ｂ２から反射型位相素子３３２に入射する。反射型位相素子３３２に入射したｓ偏光は、位相子３７２を透過し、反射ミラー３８２で入射方向に反射され、再び位相子３７２を透過して前記第１プリズムに側面３４ｂ２から入射する。前記ｓ偏光は、反射ミラー３８２により反射して位相子３７２を往復することにより該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｐ偏光に変換される。側面３４ｂ２から入射したｐ偏光は、偏光分離膜３６２をそのまま通過して、第２プリズム３５２の側面３５ｂ２から反射型位相素子５３２に入射する。
【００４９】
反射型位相素子５３２に入射したｐ偏光は、位相子５４２を透過し、反射ミラー５５２で入射方向に反射され、再び位相子５４２を透過して、側面３５ｂ２から第２プリズム３５２に入射する。前記ｐ偏光は、反射ミラー５５２により反射されて位相子５４２を往復することにより該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｓ偏光に変換される。第２プリズム３５２に入射したｓ偏光は、偏光分離膜３６２により反射されて、出射面３５ａ２から光軸４と平行に出射する。
【００５０】
図９（Ｂ）は、波長フィルタ６１の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ６１は、第１、第２フィルタ要素６２，６３において各偏光分離膜３６１，３６２がそれぞれ透過順に配置した３つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３として機能し、隣接する２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７１，３７２，５４１，５４２の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３１´，３３２´，５３１´，５３２´と位相子６４とを配置したフィルタ構成と等価である。前記第１、第２フィルタ要素の隣接する２つの偏光子は、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係に配置され、位相子６４を挟む２つの偏光子３６１３，３６２１は、透過軸を平行にした平行ニコルの関係に配置されている。
【００５１】
このように、波長フィルタ６１は、各位相子３３１´，３３２´，５３１´，５３２´，６４及びそれらを挟む２つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３をそれぞれ１ブロックとして、５個のブロックを光路に沿って配置した従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。特に、各偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例においても、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、本実施例によれば、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止することができる。また、位相子３７１，３７２，５４１，５４２を図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成し、かつ／又は位相子６４に液晶セルを用いると、所望の透過波長に対応するように調整することができる。
【００５２】
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による波長フィルタの第５実施例を示している。本実施例の波長フィルタ６１´は、図９に示す第４実施例の変形例であり、第１フィルタ要素６２に対して第２フィルタ要素６３が同じ向きではなく、光軸４に関して９０゜回転させた向きに配置されている点で、第４実施例の波長フィルタ６１と異なる。本実施例では、反射型位相素子３３１，５３１，３３２，５３２の往復位相差をそれぞれΓ1 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ1 ）、Γ2 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ2 ）、Γ4 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ4 ）、Γ5 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ5 ）に設定し、位相子６５の位相差をΓ3 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ3 ）に設定して、所望の透過波長で偏光面を９０°回転させるように構成する。尚、第１及び第２フィルタ要素６２、６３自体の構成は第４実施例と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５３】
偏光子５２に入射した光がｓ偏光として第１フィルタ要素６２に入射し、偏光ビームスプリッタ３２１の第２プリズム３５１の出射面３５ａ１から出射するまでの進行は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、説明を省略する。第１フィルタ要素６２の偏光ビームスプリッタ３２１から出射したｓ偏光は、位相子６５を透過し、その際にｐ偏光に変換されて、第２フィルタ要素６３の偏光ビームスプリッタ３２２に入射する。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ３２２の入射面３４ａ２に入射したｐ偏光は、偏光分離膜３６２により反射されて第１プリズム３４２の側面３４ｂ２から反射型位相素子３３２に入射する。該反射型位相素子の位相子３７２を透過したｐ偏光は、反射ミラー３８２で反射され、再び位相子３７２を透過して該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｓ偏光に変換された後、前記第１プリズムに入射し、偏光分離膜３６２をそのまま通過して、第２プリズム３５２の側面３５ｂ２から反射型位相素子５３２に入射する。該反射型位相素子の位相子５４２を透過したｓ偏光は、反射ミラー５５２で反射され、再び位相子５４２を透過して該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｐ偏光に変換された後、前記第２プリズムに入射し、偏光分離膜３６２で反射されて出射面３５ａ２から出射する。
【００５５】
図１０（Ｃ）は、波長フィルタ６１´の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ６１´は、第１、第２フィルタ要素６２，６３において各偏光分離膜３６１，３６２がそれぞれ透過順に配置した３つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が透過軸を互いに直交させたクロスニコルに配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７１，３７２，５４１，５４２の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３１´，３３２´，５３１´，５３２´と位相子６４とをそれぞれ配置したフィルタ構成と等価である。
【００５６】
このように、波長フィルタ６１´は、各位相子３３１´，３３２´，５３１´，５３２´，６４及びそれらを挟む２つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３をそれぞれ１ブロックとして、５個のブロックを光路に沿って配置したリオフィルタと同等の構成を有する。特に、各偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例においても、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止することができる。また、位相子３７１，３７２，５４１，５４２を図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成し、かつ／又は位相子５６を図２（Ｂ）、（Ｃ）と同様に液晶セルを用いて構成すると、所望の透過波長に対応するように調整することができる。
【００５７】
本実施例の波長フィルタ６１´について、光の三原色ＲＧＢと色の三原色のイエロー（Ｙ）及びシアン（Ｃ）の各波長に対応するように、各位相差Γ1 〜Γ5 を調整して、各波長の光透過率をシミュレーションした。その結果を図１１に示す。同図に示すように、いずれの波長についても、従来より高い透過率と比較的急峻で優れた狭帯域特性を得られることが分かる。このように本実施例によれば、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、本実施例によれば、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止することができる。
【００５８】
図１２（Ａ）は、本発明による波長フィルタの第６実施例を示している。本実施例の波長フィルタ７１は、図９に示す第４実施例の変形例であり、第２フィルタ要素６３から出射側の反射型位相素子５３２を省略した点で、第４実施例の波長フィルタ６１と異なる。本実施例では、反射型位相素子３３１，５３１，３３２の往復位相差をそれぞれΓ1 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ1 ）、Γ2 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ2 ）、Γ4 ＝（１８０°＋３６０°×ｎ4 ）に設定して、所望の透過波長で偏光面を９０°回転させるように構成し、位相子７２の位相差をΓ3 ＝（３６０°＋３６０°×ｎ3 ）に設定する。尚、第１フィルタ要素６２自体の構成は第４実施例と同一であり、第２フィルタ要素６３から出射側の反射型位相素子５３２を省略した構成は、図１の基本構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
偏光子５２に入射した光がｓ偏光として第１フィルタ要素６２に入射し、偏光ビームスプリッタ３２の第２プリズム３５の出射面３５ａから出射するまでの進行は、図４の波長フィルタ５１と同一であるので、説明を省略する。第１フィルタ要素６２の偏光ビームスプリッタ３２１から出射したｓ偏光は、位相子７２を透過して、偏光ビームスプリッタ３２２に入射する。偏光ビームスプリッタ３２２の入射面３４ａ２に入射したｓ偏光は、偏光分離膜３６２により反射されて第１プリズム３４２の側面３４ｂ２から反射型位相素子３３２に入射する。該反射型位相素子の位相子３７２を透過したｓ偏光は、反射ミラー３８２で反射されて再び位相子３７２を透過することにより、該位相子２つ分の位相差が与えられ、ｐ偏光に変換されて、前記第１プリズムに入射し、偏光分離膜３６２をそのまま通過して、第２プリズム３５２の側面３５ｂ２から出射する。
【００６０】
図１２（Ｂ）は、波長フィルタ７１の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ７１は、第１フィルタ要素６２の偏光分離膜３６１が透過順に配置した３つの偏光子３６１１〜３６１３として、偏光ビームスプリッタ３２２の偏光分離膜３６２が２つの偏光子３６２１，３６２２として機能し、かつ隣接する各２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７１，５４１，３７２の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３１´，５３１´，３３２´と位相子７２とをそれぞれ配置したフィルタ構成と等価である。前記第１フィルタ要素及び偏光ビームスプリッタ３２２の隣接する２つの偏光子は、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係に配置され、位相子６４を挟む２つの偏光子３６１３，３６２１は、透過軸を平行にした平行ニコルの関係に配置されている。
【００６１】
このように、波長フィルタ７１は、各位相子３３１´，５３１´，３３２´，６４及びそれらを挟む２つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１，３６２２をそれぞれ１ブロックとして、４個のブロックを光路に沿って配置したリオフィルタと同等の構成を有する。特に、各偏光子３６１１〜３６１３，３６２１，３６２２が、従来の吸収型偏光子ではなく、偏光分離膜３６で構成されるので、高い光透過率が得られる。従って、本実施例においても、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、本実施例によれば、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止できる。また、位相子３７１，５４１，３７２を図２（Ｂ）、（Ｃ）のように液晶セルを用いて構成し、かつ／又は位相子７２に液晶セルを用いると、所望の透過波長に対応するように調整することができる。
【００６２】
図１３（Ａ）は、本発明による波長フィルタの第７実施例を示している。本実施例の波長フィルタ８１は、図４に示す第１実施例の変形例であり、偏光子５２に代えて、ＰＳコンバータとも称する偏光変換素子８２を偏光ビームスプリッタ３２の入射側に配置した点で、第１実施例の波長フィルタ５１と異なる。
【００６３】
図１３（Ｂ）は、波長フィルタ８１の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ８１は、１つの偏光分離膜３６が透過順に配置した３つの偏光子３６１〜３６３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子が透過軸を互いに直交させたクロスニコルに配置され、隣接する各２つの偏光子の間に、位相子３７，５４の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３´，５３´をそれぞれ配置したフィルタ構成と等価である。
【００６４】
図１４（Ａ）（Ｂ）は、偏光変換素子８２の構成を概略的に示している。同図に示すように、偏光変換素子８２は、直方体形状の偏光ビームスプリッタ８３を有し、対向する斜辺面で接合した二等辺直角プリズムからなる入射側プリズム８４と出射側プリズム８５との間に誘電体多層膜からなる偏光分離膜８６が設けられている。入射側プリズム８４の側面には、それと同じ形状寸法の二等辺直角プリズム８７が出射側プリズム８５と同じ向きで一体に接合され、かつその斜辺面には反射ミラー８８が設けられている。更に、二等辺直角プリズム８７の前記入射側プリズムと接合された側面に垂直な側面には、広帯域の１／２波長板８９が設けられている。
【００６５】
図１４（Ｂ）に示すように、光軸４に沿って入射側プリズム８４に入射した光は、偏光分離膜８６によりｓ偏光（図中、上下方向の短い矢印で示す）の透過光とｐ偏光（図中、小円で示す）の反射光とに分割される。ｓ偏光の透過光は、そのまま偏光分離膜８６及び出射側プリズム８５を透過して出射する。ｐ偏光の反射光は、偏光分離膜８６により光軸４に垂直な向きに反射され、入射側プリズム８４を透過して二等辺直角プリズム８７に入射する。更にｐ偏光の反射光は、反射ミラー８８により光軸４に平行な向きに反射され、二等辺直角プリズム８７から１／２波長板８９を透過してｓ偏光に変換され、前記ｓ偏光の透過光と平行に出射する。
【００６６】
波長フィルタ８１は、偏光変換素子８２を用いることにより、上述した図４の波長フィルタ５１のように偏光子５２に不要光が吸収されることがない。従って、入射する光のｓ偏光成分はそのまま偏光ビームスプリッタ３２に入射し、ｐ偏光成分はｓ偏光に変換して偏光ビームスプリッタ３２に入射する。その結果、入射する光量が第１実施例の場合の２倍近くに増加するので、大幅に高い光透過率が得られ、入射光の利用効率が高くなる。偏光ビームスプリッタ３２に入射したｓ偏光がその出射面３５ａから出射されるまでの進行は、図４の第１実施例と同一であるので、説明は省略する。
【００６７】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による波長フィルタの第８実施例を示している。本実施例の波長フィルタ９１は、図１０に示す第５実施例の変形例であり、偏光子５２に代えて、偏光変換素子８２を第１フィルタ要素６２の入射側に配置した点で、第５実施例の波長フィルタ６１´と異なる。
【００６８】
図１５（Ｃ）は、波長フィルタ９１の構成を直線的な光路に沿って等価的に表したものである。同図に示すように、波長フィルタ９１は、第１、第２フィルタ要素６２，６３の偏光分離膜３６１，３６２がそれぞれ透過順に配置した３つの偏光子３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３として機能し、かつ隣接する２つの偏光子の間に、それぞれ位相子３７１，３７２，５４１，５４２の２つ分の位相差を与えかつ透過光の偏光面を９０°回転させる位相子３３１´，３３２´，５３１´，５３２´と位相子６５とをそれぞれ配置したフィルタ構成と等価である。前記第１、第２フィルタ要素の隣接する２つの偏光子は、透過軸を互いに直交させたクロスニコルの関係に配置され、位相子６５を挟む２つの偏光子３６１３，３６２１は、透過軸を平行にした平行ニコルの関係に配置されている。
【００６９】
波長フィルタ９１は、偏光変換素子８２を用いることにより、上述した図４の波長フィルタ５１のように偏光子５２に不要光が吸収されることがない。従って、入射する光のｓ偏光成分はそのまま第１フィルタ要素６２に入射し、ｐ偏光成分はｓ偏光に変換して第１フィルタ要素６２に入射する。その結果、入射する光量が第１実施例の場合の２倍近くに増加するので、大幅に高い光透過率が得られ、入射光の利用効率が高くなる。第１フィルタ要素６２に入射したｓ偏光が第２フィルタ要素６３から出射されるまでの進行は、図１０の第５実施例と同一であるので、説明は省略する。
【００７０】
本実施例の波長フィルタ８１について、光の三原色ＲＧＢと色の三原色のイエロー（Ｙ）及びシアン（Ｃ）の各波長に対応するように、前記各位相子の位相差を調整して、各波長の光透過率をシミュレーションした。その結果を図１６に示す。同図に示すように、いずれの波長についても、第５実施例の２倍ほど高い透過率とより急峻で優れた狭帯域特性を得られることが分かる。このように本実施例によれば、従来のリオフィルタと同等の機能、特性を確保しつつ、非常に高い透過率を実現して光利用効率を高めることができる。更に、本実施例によれば、より急峻な狭帯域特性を得るために多段構造に構成しても、各光学素子を直列に配置する従来構造のフィルタに比して、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化を有効に防止することができる。
【００７１】
以上、本発明についてその好適な実施例を用いて詳細に説明したが、本発明はその技術的範囲において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、図９のフィルタ要素や図１又は図３の基本構成要素を様々に組み合わせて、上記各実施例とは異なる構成の波長フィルタを、高い透過率を維持しつつ実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの基本構成要素の実施例を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）図はそれぞれ反射型位相素子の異なる実施例の構成を示す図。
【図３】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの基本構成要素の別の実施例を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図４】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第１実施例の光学構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図５】第１実施例の波長フィルタの透過率を従来技術と比較して示す線図。
【図６】（Ａ）図は第１実施例の波長フィルタの異なる波長における透過率を示す線図、（Ｂ）図は従来の偏光フィルタを用いた波長フィルタの異なる波長における透過率を示す線図。
【図７】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第２実施例の光学構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図８】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第３実施例の光学構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図９】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第４実施例の光学構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図１０−１】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第５実施例の光学構成を示す概略斜視図。
【図１０−２】（Ｂ）図は第５実施例の光学構成を示す図、（Ｃ）図はその等価的な構成を示す図。
【図１１】第５実施例の波長フィルタの透過率を示す線図。
【図１２】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第６実施例の光学構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図１３】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第７実施例の構成を示す図、（Ｂ）図はその等価的な構成を示す図。
【図１４】（Ａ）図は第７実施例に用いる偏光分離素子の実施例を示す斜視図、（Ｂ）図はその光学的構成を示す図。
【図１５−１】（Ａ）図は本発明の波長フィルタの第８実施例の光学構成を示す概略斜視図。
【図１５−２】（Ｂ）図は第８実施例の光学構成を示す図、（Ｃ）図はその等価的な構成を示す図。
【図１６】第８実施例の波長フィルタの透過率を示す線図。
【図１７】リオフィルタの基本的構成を示す図。
【図１８】液晶セルを用いた従来例の構成図。
【図１９】液晶セルを用いた別の従来例の構成図。
【符号の説明】
【００７３】
１…リオフィルタ、２ａ〜２ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ，３６１〜３６３，３６１１〜３６１３，３６２１〜３６２３，４３１，４３２，５２，５７，５９…偏光子、２a1〜２d1，１２a1〜１２d11…透過軸、３ａ〜３ｃ…複屈折板、３a1〜３c1…光学軸、４…光軸、１１…バンドパスフィルタ、１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３９…液晶セル、２１…波長可変フィルタ、２４ａ〜２４ｃ…位相差フィルム、３１，４２…基本構成要素、３２，３２１，３２２，４３，８３…偏光ビームスプリッタ、３３，３３１，３３２，５３，５３１，５３２…反射型位相素子、３３´，３３１´，３３２´，３７，３７１，３７２，５３´，５３１´，５３２´，５４，５４１，５４２，５６，５８，６５…位相子、３４，３４１，３４２…第１プリズム、３４ａ，３４ａ１，３４ａ２…入射面、３４ｂ，３４ｂ１，３４ｂ２…側面、３５，３５１，３５２…第２プリズム、３５ａ，３５ａ１，３５ａ２…出射面、３６，３６１，３６２，８６…偏光分離膜、３８，３８１，３８２，５５，５５１，５５２，８８…反射ミラー、３９ａ…液晶層、３９ｂ…基板、５１，５１´，５１''，６１，６１´，７１，８１，９１…波長フィルタ、６２…第１フィルタ要素、６３…第２フィルタ要素、８２…偏光変換素子、８４…入射側プリズム、８５…出射側プリズム、８７…二等辺直角プリズム、８９…１／２波長板。
【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１０−１】
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【図１０−２】
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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１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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