(57)【要約】【課題】部品点数を少なくし、装置の長大化・大型化を抑制でき、短波長域を含む広い波長域で透過スペクトルが急峻で狭帯域な特性を発揮し得る多段構造のリオフィルタと同等の波長可変フィルタを実現する。【解決手段】波長フィルタ３１は、２つの楔状複屈折板３３，３４からなり、上側及び下側主面間に一定の光学的厚さを有するバビネソレイユ位相板３２と、該上側主面及び下側主面に設けられた第１〜第４偏光子３５〜３８と上側及び下側反射ミラー３９〜４１とを備える。入射光は、第１〜第４偏光子と上側及び下側反射ミラーとの間で多重反射してバビネソレイユ位相板を透過し、出射する。バビネソレイユ位相板内部の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差は、２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び第２主面を有する位相差素子と、前記第１主面及び第２主面に設けられた複数の偏光子と反射ミラーとを備え、
前記位相差素子が、一端から他端に向けて厚さを薄くした楔状をなしかつ互いに対向させて配置した２枚の位相差板からなり、前記２枚の位相差板が、前記位相差素子の厚さを変化させるように相対的に変位可能であり、
前記位相差素子に入射した光が、該位相差素子内部を前記偏光子と前記反射ミラーとの間で前記主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、前記位相差素子から出射することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記位相差素子内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差Γｉが、前記光路を透過する光の波長に対してΓｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ、ｎ：２以上の整数）の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記位相差素子内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の少なくとも１つの位相差Γｊが、前記光路を透過する光の波長に対してΓｊ＝２ｊ−１×２π−π、（但し、ｊ＝１〜ｍ、ｍ：自然数）の関係を満足することを特徴とする請求項２記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記位相差素子内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子が平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記位相差素子への前記光の入射口と出射口とが互いに異なる前記主面に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記位相差素子への前記光の入射口と出射口とが一方の前記主面に設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であり、かつ全ての前記偏光子が前記位相差素子の一方の前記主面に設けられ、前記位相差素子の前記光の出射口が他方の前記主面に設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
前記位相差素子の端面に設けられた垂直反射ミラーを更に有し、前記位相差素子内部を透過する前記光が前記垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行す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可変フィルタ。
【請求項１０】
前記２板の位相差板が、平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、その傾斜面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１１】
前記２枚の位相差板が、平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、前記一方の面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１２】
前記２枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１３】
前記２枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに直交させて配置されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の波長フィルタ。
【請求項１４】
前記第１及び第２位相差素子の少なくとも一方が、少なくとも一方の前記位相差板と組み合わせた平行平板の位相差板を更に有することを特徴とする請求項１乃至１３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可変フィルタに関する。
【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１８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）、即ちｄ、２ｄ、４ｄ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１９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１９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１９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２０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。
【０００５】
また、位相差を調整できる位相素子として、バビネソレイユ補償板が知られている（例えば、特許文献５を参照）。バビネソレイユ補償板は、光学軸が平行な２枚の楔状複屈折板からなる複屈折素子とそれらとは光学軸方向が直交する平行平面板とを有し、楔状複屈折板を互いに摺動させて複屈折素子の厚さを調整することにより、位相差を制御することができる。一般にバビネソレイユ補償板は、例えば光磁気記録の再生において楕円偏光を直線偏光に戻したり所望の位相差を与えるため、複屈折層を有する光学材料のギャップ厚を測定するため、液晶表示装置において液晶セルの表示の着色を解消するための位相差補償素子として使用されている（例えば、特許文献６〜８を参照）。
【０００６】
【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】特開昭６３−１１３８３８号公報
【特許文献６】特開平３−４０２５２号公報
【特許文献７】特開平９−５０４０号公報
【特許文献８】実開平４−９０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、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ことに加えて、特に紫外域〜青色の短波長域の光を吸収する性質がある。そのため、上述したように液晶セルを用いた波長可変フィルタは、短波長域での透過率が大幅に低下するという問題がある。
【０００８】
更に、複数の液晶セルへの印加電圧を精密に制御するためには、液晶セル毎に独立した駆動制御回路が必要で、装置全体の構成及び制御が複雑になるという問題を生じる。しかも、液晶セルは、耐熱性が低く、透過波面収差が大きい等の問題がある。また、液晶セルは、その屈折率の印加電圧に対する応答が遅いため、印加電圧を連続的に変化させて透過波長を連続的に変化させることは、実用的に困難な場合がある。
【０００９】
また、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタは、２つの偏光子及びその間に挟まれた複屈折板又は液晶セル等の位相子を１ブロックとして、これを光路に沿って直列に配置して多段に構成する。そのため、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、部品点数が多くなり、フィルタ全体を長大化・大型化させるという問題がある。特に多段構造の可変波長フィルタは、光学的厚さ及び他の仕様の異なる複数の液晶セルが必要になるので、コストが増加する。
【００１０】
更に従来の波長フィルタは、偏光子として位相差フィルムのような吸収型偏光子を使用するので、光学的損失が大きい。これに対し、ワイヤグリット偏光子やフォトニック結晶偏光子、輝度向上フィルム等の反射型偏光子は、一般に低損失かつ広帯域な光学特性を有し、耐熱性に優れた特徴を有する。しかしながら、従来の各光学要素を光路に沿って直列に配置した多段構成の波長フィルタに反射型偏光子を用いると、不要な反射光が生じて迷光となるので、良好な光学特性を得られない。
【００１１】
本願発明者らは、バビネソレイユ補償板が水晶等の透過率が高い材料で形成され、複屈折素子の厚さを機械的に制御して位相差を調整するので、耐熱性が高く、短波長領域でも透過効率が高く、応答性が良い等の特徴に着目した。そして、上述した従来の問題点に鑑み、バビネソレイユ補償板を波長可変フィルタに適用することについて様々な検討を加えた結果、本発明を案出するに至ったものである。
【００１２】
そこで本発明の目的は、部品点数をできる限り少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制しつつ、多段構造のリオフィルタと同等に、透過スペクトルが急峻で狭帯域特性を発揮し得ると共に、バビネソレイユ補償板を利用することにより、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について、より簡単かつ高精度に透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、上記目的を達成するために、第１主面及び第２主面を有する位相差素子と、その第１主面及び第２主面に設けられた複数の偏光子と反射ミラーとを備え、該位相差素子が、一端から他端に向けて厚さを薄くした楔状をなしかつ互いに対向させて配置した２枚の位相差板からなり、該２枚の位相差板が、位相差素子の厚さを変化させるように相対的に変位可能であり、位相差素子に入射した光が、該位相差素子内部を偏光子と反射ミラーとの間で前記主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、位相差素子から出射する波長可変フィルタが提供される。
【００１４】
位相差素子内部を多重反射しながら透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差は、該２つの偏光子間の光路長によって決定され、該位相差に対応して透過スペクトルのピーク波長が設定される。そして、位相差素子は、それを構成する２枚の位相差板、即ち複屈折板を相対的に移動させることにより、第１主面と第２主面間の光学的厚さを変化させて、透過する光の波長を調整することができる。これにより、従来のリオフィルタと同様の構造において、透過スペクトル波長を自在に変化させ得る波長可変フィルタが実現される。
【００１５】
また、共通した１つの位相差素子の主面に設ける偏光子の数を増やすことによって、多段構造のリオフィルタと同等の構成が得られるから、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。特に、部品点数が従来よりも格段に減少することにより、製造過程や使用済の廃棄品が及ぼす環境への影響が少なくなるという側面からも、極めて有利である。
【００１６】
更に、水晶等からなる複屈折板を用いた位相差素子は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮するので、短波長域を含む広い波長域の光について、透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタを実現することができる。しかも、位相差素子は耐熱性が優れているので、液晶セルを用いた従来技術に比して、波長可変フィルタの耐熱性が大幅に向上する。
【００１７】
或る実施例では、位相差素子内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差Γｉが、該光路を透過する光の波長に対してΓｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ、ｎ：２以上の整数）の関係を満足することにより、常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様の可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００１８】
ここで更に、位相差素子内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の少なくとも１つの位相差Γｊが、光路を透過する光の波長に対してΓｊ＝２ｊ−１×２π−π、（但し、ｊ＝１〜ｍ、ｍ：自然数）の関係を満足することにより、可変波長域を拡大することができる。
【００１９】
更に別の実施例では、位相差素子内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子が平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置されていることにより、従来のリオフィルタと同様の可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００２０】
或る実施例では、位相差素子への光の入射口と出射口とが互いに異なる主面に設けられることにより、入射光と出射光とをインライン配置することができる。別の実施例では、位相差素子への光の入射口と出射口とが一方の主面に設けられることにより、入射光と出射光とを対向配置することができる。
【００２１】
或る実施例では、位相差素子の主面に設けられた偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、該偏光子に入射する光をその偏光方向によって選択的に反射できるので、別個の反射手段を追加する必要がなく、部品点数をより少なくできると共に、ｐ偏光及びｓ偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光利用効率を得ることができる。
【００２２】
別の実施例では、ワイヤグリッド偏光子である全ての偏光子が位相差素子の一方の主面に設けられ、位相差素子の光の出射口が他方の主面に設けられることにより、各偏光子から外部に透過する不要光を所望の出射光から確実に排除することができる。
【００２３】
また、或る実施例では、位相差素子の端面に設けられた垂直反射ミラーを更に有し、位相差素子内部を透過する光が垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行することにより、フィルタ全体を短くして小型化することができる。
【００２４】
別の実施例では、位相差素子を構成する２板の位相差板が、平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、その傾斜面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置されることにより、それらを互いに傾斜面に沿って相対的に動かして、位相差素子の光学的厚さを変化させることができる。更に別の実施例では、位相差素子を構成する平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、前記一方の面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置される。
【００２５】
或る実施例では、２枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに平行に配置されることにより、透過光をその偏光方向をそのまま維持して透過させることができる。別の実施例では、２枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに直交させて配置されることにより、透過光をその偏光方向を９０°回転させて透過させることができる。
【００２６】
また或る実施例では、位相差素子が、少なくとも一方の前記位相差板と組み合わせた平行平板の位相差板を更に有することにより、透過光の波長範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長可変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。
【００２８】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による波長フィルタの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１は、一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する位相子を備える。前記位相子は、バビネソレイユ位相板３２からなる位相差素子であり、同じ楔角θを有する２枚の楔状複屈折板３３，３４を備える。図１（Ｃ）に示すように、本実施例のバビネソレイユ位相板３２は、一方即ち上側の複屈折板３３が楔角θの楔板３３１と平行平板３３２とで構成され、他方即ち下側の複屈折板３４が楔角θの楔板のみで構成される。前記上側複屈折板の楔板３３１及び前記下側複屈折板は、平行平板の複屈折板の一方の面を研磨等により傾斜加工して、その傾斜面と平行平板面のままである反対側の面との間に所定の楔角θを画定するように形成したものである。また、前記上側及び下側複屈折板は水晶で形成され、又は他の類似の光学結晶材料で形成される。
【００２９】
バビネソレイユ位相板３２は、前記複屈折板が、それらの傾斜面を互いに対向させ、互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置される。図示しないマイクロメータ等からなるアクチュエータによって、下側の複屈折板３４を前記バビネソレイユ位相板の幅方向に上側の複屈折板３３に関して相対的に動かし、バビネソレイユ位相板３２の光学的厚さを変更して、透過光の波長を調整することができる。複屈折板３３，３４は、対向する傾斜面を互いに接触させかつそれらを摺動させながら、又は対向する傾斜面を互いに空隙を挟んで離隔した状態で、相対的に動かすことができる。添付図面は、説明を分かり易くするために、前記複屈折板の対向する傾斜面を互いに離隔した状態を示している。
【００３０】
楔板３３１と複屈折板３４とは、光学軸Ｏp1，Ｏp2が同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向されている。楔板３３１と平行平板３３２とは、光学軸Ｏp1，Ｏp3が互いに直交するようにかつそれぞれ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向される。
【００３１】
本実施例では、バビネソレイユ位相板３２の上面即ち上側複屈折板３３の上面の一方の端部（図中左側）３３ａ付近を光の入射口とし、かつ他方の端部（図中右側）３３ｂ付近を光の出射口とし、該バビネソレイユ位相板内部を光が図中左から右へ進行するようにする。前記バビネソレイユ位相板の上側主面即ち上側複屈折板３３の上面には、前記光入射口と光出射口との間に第１〜第４偏光子３５〜３８と上側反射ミラー３９，４０とが設けられる。前記バビネソレイユ位相板を透過する光の進行方向に沿って、第１及び第２偏光子３５，３６が連続して配置され、次に上側反射ミラー３９を挟んで第３偏光子３７と、更に上側反射ミラー４０を挟んで第４偏光子３８とが配置される。前記バビネソレイユ位相板の下側主面即ち下側複屈折板３４の下面には、その全面に下側反射ミラー４１が設けられる。
【００３２】
第１〜第４偏光子３５〜３８は、ワイヤグリッド偏光子からなる。ワイヤグリッド偏光子は、透明基板の表面に金属細線を周期的に透過波長よりも短い一定の周期で格子状に配列され、格子の周期方向と垂直な振動成分の光を反射し、かつ平行な振動成分の光を透過させるという特性を有する。本実施例では、波長フィルタ３１への入射光Ｌ1と上側複屈折板３３上面の法線とを含む平面（図１（Ｂ）の紙面）に対して垂直な直線偏光をｓ偏光として、図中黒丸点●で、平行な直線偏光をｐ偏光として、図中短い両端矢印で示す。前記第１〜第４偏光子は、その格子をバビネソレイユ位相板３２の長さ方向に整合させて、その周期方向が前記バビネソレイユ位相板の光学軸Ｏp1〜Ｏp3と４５°の角度をなし、かつ前記バビネソレイユ位相板の幅方向と一致するように配向する。前記各偏光子の格子の向きは、図１（Ａ）の平面図において多数の平行な細い横線で、図１（Ｃ）の端面図において多数の平行な細い縦線で表す。
【００３３】
前記各偏光子は、入射光をその偏光方向によって透過又は反射するように分光するものであれば、ワイヤグリッド偏光子以外の様々な公知の偏光子を用いることができる。このような偏光子として、例えばフォトニック結晶偏光子、樹脂材料からなる輝度向上フィルム等がある。前記各反射ミラーは、例えばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属膜を前記複屈折板の表面に蒸着等の方法で付着させることにより形成される。また、前記反射ミラーは、誘電体多層膜を積層することにより形成され、所望の直線偏光成分のみを選択的に反射して、他の直線偏光成分を反射しないように構成し、反射による損失をより少なくすることができる。
【００３４】
波長フィルタ３１への入射光Ｌ1は、前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、下側反射ミラー４１により該位相板の主面の法線方向に関して所定の角度φをもって反射される。反射光は第１偏光子３５に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過して、不要光として外部に出射する。ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、バビネソレイユ位相板３２の内部を多重反射しながら透過する。隣接する２つの前記偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。
【００３５】
第１偏光子３５から反射したｐ偏光は、バビネソレイユ位相板３２を透過し、その間にｓ偏光に変換され、下側反射ミラー４１により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びｐ偏光に変換され、第２偏光子３６に入射して反射する。次に、前記第２偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー３９とにより３度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を２度往復透過し、第３偏光子３７に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、ｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、２度繰り返して変換される。前記第３偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー４０とにより７度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を４度往復透過し、第４偏光子３８に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、４度繰り返して変換される。最後に、前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、再び下側反射ミラー４１に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にｐ偏光からｓ偏光に変換され、更にｓ偏光からｐ偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
【００３６】
バビネソレイユ位相板３２は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に１８０°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って隣接する２つの偏光子間、即ち第１偏光子３５と第２偏光子３６間、前記第２偏光子と第３偏光子３７間、及び前記偏光子３７と第４偏光子４０間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置される。このように２つの前記偏光子間の位相差が常に２πの整数倍となるので、波長可変フィルタ３１は、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。
【００３７】
別の実施例では、バビネソレイユ位相板３２の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を９０°に設定することができる。その場合、隣接する前記各２つの偏光子間で、前記バビネソレイユ位相板を透過する光の反射回数を２倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ３１は、同様に２つの前記偏光子間の位相差を常に２πの整数倍に設定して、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を得ることができる。
【００３８】
本実施例の波長可変フィルタ３１は、前記アクチュエータを駆動することにより、バビネソレイユ位相板３２を透過する光の波長が変化するので、透過スペクトル波長を自在に変化させることができる。特に水晶からなる複屈折板を用いたバビネソレイユ位相板３２は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮する。従って、短波長域を含む広い波長域の光について、透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタが実現される。しかも、バビネソレイユ位相板は耐熱性が優れているので、液晶セルを用いた従来技術に比して、波長可変フィルタ３１の耐熱性が大幅に向上する。
【００３９】
また、本実施例の波長可変フィルタ３１は、このようにバビネソレイユ位相板３２が共通化され、その主面に設けられる偏光子の数に拘わらず、１つだけで済むので、部品点数を大幅に少なくし、かつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。更に、共通の１つの前記バビネソレイユ位相板の主面に設ける偏光子の数を増やすことによって、より多段構成の波長可変フィルタが得られる。
【００４０】
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、波長可変フィルタ３１の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれバビネソレイユ位相板３２を透過して出射する光の光路に沿って図１（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ４における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ４における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、バビネソレイユ位相板３２の光学的厚さが基準値である場合を、破線は、該バビネソレイユ位相板をその光学的厚さを基準値よりも薄くした場合を表している。
【００４１】
入射後に、第１偏光子３５から反射した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図２（Ａ））。第２偏光子３６から反射した後の前記光路の位置Ｐ２は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図２（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第３偏光子３７から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図２（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｃ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、バビネソレイユ位相板３２から出射した後の位置Ｐ４では、更にこれを図２（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｄ））。
【００４２】
隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、波長フィルタ３１は、図２（Ｄ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。ここで、前記アクチュエータを駆動してバビネソレイユ位相板３２の光学的厚さを変化させると、透過特性は、図２（Ａ）〜（Ｄ）に破線で例示するように、ピーク波長が高波長側又は低波長側にシフトする。
【００４３】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１１は、光の入射口及び出射口がバビネソレイユ位相板３２の下面即ち下側複屈折板３４の下面の一方の端部（図中左側）３４ａ付近と、他方の端部（図中右側）３４ｂ付近に設けられる点において、第１実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー４１１は、前記光の入射口及び出射口の部分を空けて下側複屈折板３４下面に設けられる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００４４】
波長フィルタ３１１への入射光Ｌ1は、下側複屈折板３４下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過して第１偏光子３５に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過して、不要光として外部に出射する。ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、図１の実施例について説明したようにバビネソレイユ位相板３２内部を多重反射しながら透過して、最後の第４偏光子３８に入射する。前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にｓ偏光に変換されて、下側複屈折板３４下面の前記光出射口から外部に出射する。
【００４５】
本実施例では、前記光の出射口が、前記第１〜第４偏光子を配置した上側複屈折板３３とは反対側の下側複屈折板３４下面に設けられる。従って、出射光は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。
【００４６】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１２は、光の出射口がバビネソレイユ位相板３２の下面即ち下側複屈折板３４の下面の他方の端部（図中右側）３４ｂ付近に設けられる点において、第１実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー４１２は、前記光の出射口の部分を空けて下側複屈折板３４下面に設けられる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００４７】
波長フィルタ３１２への入射光Ｌ1は、図１の実施例と同様に、上側複屈折板３３上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、第１偏光子３５によりｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過して、不要光として外部に出射し、ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過し、最後の第４偏光子３８に入射する。前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にｓ偏光に変換されて、下側複屈折板３４下面の前記光出射口から外部に出射する。
【００４８】
本実施例も、前記光の出射口が、前記第１〜第４偏光子を配置した上側複屈折板３３とは反対側の下側複屈折板３４下面に設けられる。従って、出射光は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。
【００４９】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１３は、光の入射口がバビネソレイユ位相板３２の下面即ち下側複屈折板３４の下面の一方の端部（図中左側）３４ａ付近に設けられる点において、第１実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー４１３は、前記光の入射口の部分を空けて下側複屈折板３４下面に設けられる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５０】
波長フィルタ３１３への入射光Ｌ1は、下側複屈折板３４下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、第１偏光子３５によりｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過して、不要光として外部に出射し、ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過し、最後の第４偏光子３８に入射する。前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、下側反射ミラー４１３により反射されて前記バビネソレイユ位相板を往復透過し、上側複屈折板３３上面の前記光出射口から外部に出射する。
【００５１】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１４は、図５の変形例において、バビネソレイユ位相板３２上面に配置される第４偏光子４２が、ワイヤグリット偏光子の格子の周期方向を図１の第４偏光子３８のそれと直交する向きに配向した点において、第１実施例と異なる。
【００５２】
波長フィルタ３１４への入射光Ｌ1は、下側複屈折板３４下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、第１偏光子３５に入射してｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過して、不要光として外部に出射し、ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過する。下側反射ミラー４１３に反射されて最後の第４偏光子３８に入射したｐ偏光は、そのまま該第４偏光子を透過して外部に出射する。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５３】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１５は、第１〜第４偏光子３５〜３８及び上側反射ミラー３９，４０が上側の複屈折板３３から分離した別個の部品として、下側反射ミラー４１が下側の複屈折板３４から分離した別個の部品として構成されている点において、第１実施例と異なる。
【００５４】
これにより、本実施例は、前記第１〜第４偏光子と上側及び下側反射ミラーとに制限されることなく、バビネソレイユ位相板３２の駆動方向を選択することができ、かつ各構成要素を高い自由度をもって設計配置することができる。従って、波長フィルタ３１５への光の入射角、及び前記バビネソレイユ位相板を挟んで前記第１〜第４偏光子及び上側反射ミラーと下側反射ミラーとの反射間隔を、用途、使用条件等に応じて任意に設定することができる。
【００５５】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による波長フィルタの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ５１は、ワイヤグリッド偏光子からなる追加の偏光子５２をバビネソレイユ位相板３２の下側複屈折板３４の下面に有する点において、第１実施例と異なる。追加偏光子５２は、前記バビネソレイユ位相板の前記光路に沿って第１偏光子３５の直ぐ上流側に配置される。追加偏光子５２は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図１の前記偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、追加偏光子５２と第１偏光子３５とは、クロスニコルの関係に配置される。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５６】
波長フィルタ５１への入射光Ｌ1は、上側複屈折板３３上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、追加偏光子５２に入射してｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｐ偏光成分は前記追加偏光子を透過して、不要光として外部に出射する。ｓ偏光成分は、前記追加偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過する。
【００５７】
追加偏光子５２から反射したｓ偏光は、バビネソレイユ位相板３２を透過し、その間にｐ偏光に変換され、第１偏光子３５に入射して反射する。第１偏光子３５から反射したｐ偏光は、バビネソレイユ位相板３２を透過し、その間にｓ偏光に変換され、下側反射ミラー４１により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びｐ偏光に変換され、第２偏光子３６に入射して反射する。次に、前記第２偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー３９とにより３度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を２度往復透過し、第３偏光子３７に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、ｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、２度繰り返して変換される。前記第３偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー４０とにより７度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を４度往復透過し、第４偏光子３８に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、４度繰り返して変換される。最後に、前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、再び下側反射ミラー４１に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にｐ偏光からｓ偏光に変換され、更にｓ偏光からｐ偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
【００５８】
上述したように、バビネソレイユ位相板３２は、上側及び下側主面３２ａ，３２ｂ間を光が一度透過する間に１８０°の位相差が与えられる。従って、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って最初に隣接する２つの偏光子５２，３５間の位相差は１８０°である。この後段に続いて隣接する各２つの偏光子３５，３６間、３６，３７間、及び３７，４０間の位相差は、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置される。
【００５９】
このように隣接する偏光子間の位相差が２πの整数倍となる波長可変フィルタ５１において、その１つの位相差を１８０°とすることにより、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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。別の実施例では、追加偏光子を２つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γｊが、前記光路を透過する光の波長に対してΓｊ＝２ｊ−１×２π−π、（但し、ｊ＝１〜ｍ、ｍ：自然数）の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。
【００６０】
別の実施例では、追加偏光子５２を第４偏光子３８の後段に配置することができる。第４偏光子３８と追加偏光子５２とはクロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は１８０°である。この場合も、同様に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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。
【００６１】
図９（Ａ）〜（Ｅ）は、波長可変フィルタ５１の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図９（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれバビネソレイユ位相板３２を透過して出射する光の光路に沿って図８（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ５における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ５における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、バビネソレイユ位相板３２の光学的厚さが基準値である場合を、破線は、該バビネソレイユ位相板をその光学的厚さを基準値よりも薄くした場合を表している。
【００６２】
入射後に、追加偏光子５２を透過した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図９（Ａ））。第１偏光子３５から反射した後の前記光路の位置Ｐ２では、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図９（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第２偏光子３６から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図９（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図９（Ｃ））。更に次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第３偏光子３７から反射した後の前記光路の位置Ｐ４では、これを図９（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図９（Ｄ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／８波長の整数倍の波長でピークを有するから、バビネソレイユ位相板３２から出射した後の位置Ｐ５では、これを図９（Ｄ）に重ね合わせた透過特性を示す（図９（Ｅ））。
【００６３】
隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、波長フィルタ５１は、図９（Ｅ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。ここで、前記アクチュエータを駆動してバビネソレイユ位相板３２の光学的厚さを変化させると、透過特性は、図９（Ａ）〜（Ｅ）に破線で例示するように、ピーク波長が高波長側又は低波長側にシフトする。
【００６４】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ５１１は、追加偏光子５２１がバビネソレイユ位相板３２の下側複屈折板３４の下面に前記光路に沿って第２偏光子３６の直ぐ下流側に配置されている点において、第１実施例と異なる。追加偏光子５２１は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図１の前記偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、第２偏光子３６と追加偏光子５２１とは、クロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は１８０°である。追加偏光子５２１の下流側の第３，第４偏光子３７１，３８１は、該追加偏光子と平行ニコルの関係に配置されるように、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図１の前記偏光子のそれと直交する向きに配向される。
【００６５】
波長フィルタ５１１への入射光Ｌ1は、上側複屈折板３３上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板３２を透過し、下側反射ミラー４１１により反射されて第１偏光子３５に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子３５を透過し、不要光として外部に出射する。ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、バビネソレイユ位相板３２の内部を多重反射しながら透過する。
【００６６】
第１偏光子３５から反射したｐ偏光は、バビネソレイユ位相板３２を透過し、その間にｓ偏光に変換され、下側反射ミラー４１により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にｐ偏光に変換され、第２偏光子３６に入射して反射する。次に、前記第１偏光子から反射したｐ偏光は、バビネソレイユ位相板３２を透過し、その間にｓ偏光に変換され、追加偏光子５２１に入射する。追加偏光子５２１は、ｓ偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。
【００６７】
追加偏光子５２１から反射したｓ偏光は、上側反射ミラー３９１と下側反射ミラー４１２とにより３度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を２度往復透過し、第３偏光子３７１に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、ｓ偏光はｐ偏光に、更にｐ偏光からｓ偏光に、２度繰り返して変換される。前記第３偏光子から反射したｓ偏光は、前記上側反射ミラーと下側反射ミラー４１３とにより７度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を４度往復透過し、第４偏光子３８１に入射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にｓ偏光はｐ偏光に、更にｐ偏光からｓ偏光に、４度繰り返して変換される。第４偏光子３８１は、ｓ偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。第４偏光子３８１から反射したｓ偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にｐ偏光に変換されて、前記光出射口から外部に出射する。
【００６８】
本実施例においても、隣接する偏光子間の位相差が２πの整数倍となる波長可変フィルタ５１１において、その１つの位相差を１８０°とすることにより、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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。更に別の実施例では、追加偏光子を２つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γｊが、前記光路を透過する光の波長に対してΓｊ＝２ｊ−１×２π−π、（但し、ｊ＝１〜ｍ、ｍ：自然数）の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。
【００６９】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による波長フィルタの第３実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ６１は、バビネソレイユ位相板６２が上記各実施例よりも短い。バビネソレイユ位相板６２は、上記各実施例と同様に、水晶又は他の類似の光学結晶材料で形成され、同じ楔角θを有する２枚の楔状複屈折板６３，６４を備える。複屈折板６３，６４は、対向する傾斜面を互いに接触させかつそれらを摺動させながら、又は対向する傾斜面を互いに空隙を挟んで離隔した状態で、相対的に動かすことができる。図示しないマイクロメータ等からなるアクチュエータによって、下側の複屈折板６４を幅方向に上側の複屈折板６３に関して相対的に動かし、その光学的厚さを変更することにより、前記バビネソレイユ位相板の透過光の波長を調整することができる。
【００７０】
図１１（Ｃ）に示すように、バビネソレイユ位相板６２は、一方即ち上側の複屈折板６３が楔角θの楔板６３１と平行平板６３２とで構成され、他方即ち下側の複屈折板６４が楔角θの楔板のみで構成される。楔板６３１と複屈折板６４とは、光学軸Ｏp1，Ｏp2が同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向されている。楔板６３１と平行平板６３２とは、光学軸Ｏp1，Ｏp3が互いに直交するようにかつそれぞれ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向される。
【００７１】
本実施例では、バビネソレイユ位相板６２の下面及び上面、即ち下側複屈折板６４の下面及び上側複屈折板６３の上面の一方の端部（図中左側）６４ａ，６３ａ付近を光の入射口及び出射口とする。前記バビネソレイユ位相板の上側主面即ち上側複屈折板６３の上面には、第１〜第４偏光子６５〜６８と上側反射ミラー６９とが設けられる。前記光入射口から反対側の端部に向けて、第１、第４及び第２偏光子６５，６８，６６が連続して配置され、次に上側反射ミラー６９を挟んで第３偏光子３７が配置される。前記バビネソレイユ位相板の下側主面即ち下側複屈折板３４の下面には、前記光出射口の部分を空けて、他の部分の全面に下側反射ミラー７０が設けられる。更に本実施例は、バビネソレイユ位相板６２の光入射口とは反対側の端面に垂直反射ミラー７１が設けられている。
【００７２】
第１〜第４偏光子６５〜６８は、ワイヤグリッド偏光子からなる。前記第１〜第４偏光子は、ワイヤグリッド偏光子の格子をバビネソレイユ位相板６２の長さ方向に整合させ、その周期方向が前記バビネソレイユ位相板の光学軸Ｏp1〜Ｏp3と４５°の角度をなし、かつ前記バビネソレイユ位相板の幅方向と一致するように配向する。
【００７３】
波長フィルタ６１への入射光Ｌ1は、下側複屈折板６４下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板６２を透過して第１偏光子６５に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光成分は第１偏光子６５を透過し、不要光として外部に出射する。ｐ偏光成分は、前記第１偏光子により前記位相板の主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、後述するようにバビネソレイユ位相板６２内部を多重反射しながら透過する。
【００７４】
第１偏光子６５から反射したｐ偏光は、バビネソレイユ位相板６２を透過し、その間にｓ偏光に変換され、下側反射ミラー７０により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びｐ偏光に変換され、第２偏光子７６に入射して反射する。次に、前記第２偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー６９とにより３度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を２度往復透過し、第３偏光子６７に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、ｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、２度繰り返して変換される。前記第３偏光子から反射したｐ偏光は、前記下側反射ミラーと垂直反射ミラー７１と上側反射ミラー６９とにより８度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を４度往復透過し、第４偏光子６８に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にｐ偏光はｓ偏光に、更にｓ偏光からｐ偏光に、４度繰り返して変換される。最後に、前記第４偏光子から反射したｐ偏光は、再び下側反射ミラー７０に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にｐ偏光からｓ偏光に変換されかつｓ偏光からｐ偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
【００７５】
バビネソレイユ位相板６２は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に１８０°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置される。このように２つの前記偏光子間の位相差が常に２πの整数倍となるので、波長可変フィルタ３１は、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。更に、本実施例は、バビネソレイユ位相板６２を透過する光が前記端面で折り返されて双方向に進行するので、上記各実施例よりも更に部品点数を大幅に少なくでき、かつ特に装置の長さ寸法を小型化することができる。
【００７６】
別の実施例では、バビネソレイユ位相板６２の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を９０°に設定することができる。その場合、隣接する前記各２つの偏光子間で、前記バビネソレイユ位相板を透過する光の反射回数を２倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ６１は、同様に２つの前記偏光子間の位相差を常に２πの整数倍に設定して、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を得ることができる。
【００７７】
また、別の実施例において、波長可変フィルタ６１は、第２実施例の追加偏光子を備えることができる。これにより、同様に、可変波長域を広帯域化することができる。
【００７８】
上記各実施例のバビネソレイユ位相板３２，６２は、図１に関連して上述したように、２枚の複屈折板の一方が楔板と平行平板とから構成されている。このように平行平板の複屈折板を組み合わせることによって、バビネソレイユ位相板の位相差を０°から無限大までの広い範囲で自由に設定できるので、透過波長範囲を高い自由度をもって設計することができる。
【００７９】
別の実施例では、上記実施例と異なる様々な構成のバビネソレイユ位相板を用いることができる。図１２に示すバビネソレイユ位相板３２１は、図１の実施例から平行平板３３２を省略したものである。従って、上側の複屈折板３３は楔板だけで構成される。複屈折板３３，３４の光学軸Ｏp1，Ｏp2は、図１の実施例と同様に、同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向されている。この場合、前記第１〜第４偏光子及び前記上側反射ミラーは、楔板の平行平板面３３ｃ上に設けられる。このように２枚の楔板だけでバビネソレイユ位相板を構成することによって、部品点数を最小にし、フィルタ全体の構成を簡単にかつより小型にすることができる。
【００８０】
図１３に示すバビネソレイユ位相板３２２は、図１の実施例において、両複屈折板３３，３４をそれぞれ上下逆向きにし、上側複屈折板３３の平行平板３３２と下側複屈折板３４の平行平板面３４ｃとを対向させて配置している。楔板３３１及び複屈折板３４の光学軸Ｏp1，Ｏp2は同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して４５°の向きに配向され、平行平板３３２の光学軸Ｏp3は楔板３３１の光学軸Ｏp1に対して互いに直交するように配向される。この場合、前記第１〜第４偏光子及び前記上側反射ミラーは楔板３３１の傾斜面３３ｄ上に設けられ、前記下側反射ミラーは下側複屈折板３４の傾斜面上に設けられる。本実施例のバビネソレイユ位相板３２２は、位相差を調整する際に、両複屈折板３３，３４をその対向面の面方向と平行に、それらを前記対向面で摺接させた状態でも、より円滑に駆動することができる。
【００８１】
図１４に示すバビネソレイユ位相板３２３は、図１３の実施例において、図１２の実施例と同様に平行平板３３２を省略したものである。上側の複屈折板３３は楔板だけで構成され、その平行平板面３３ｃと下側複屈折板３４の平行平板面３４ｃとを対向させて配置される。これにより、バビネソレイユ位相板３２３の位相差を調整する際に、両複屈折板３３，３４をその対向する平行平板面の面方向と平行に、それらを前記平行平板面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。更に、２枚の楔板だけでバビネソレイユ位相板を構成することによって、部品点数を最小にし、フィルタ全体の構成を簡単にかつより小型にすることができる。
【００８２】
図１５に示すバビネソレイユ位相板３２４は、図１３の実施例において、各複屈折板３３，３４が、その傾斜面３３ｄ，３４ｄにそれぞれ同じ楔角θの楔状ガラス板７２，７３を貼り合わせて、平行平板に形成されている。これにより、前記第１〜第４偏光子、前記上側反射ミラー及び下側反射ミラーは、それぞれ平行平板面である楔板７２の上面及び楔板７３の下面に設けられるので、その位置合わせが簡単で製造が容易になる。また、複屈折板３３，３４は、バビネソレイユ位相板３２４の位相差を調整する際に、それらを対向面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。
【００８３】
図１６に示すバビネソレイユ位相板３２５は、図１５の実施例において、図１２の実施例と同様に上側複屈折板３３から平行平板３３２を省略したものである。これにより、部品点数を少なくし、構成を簡単にすることができる。上側複屈折板３３は、楔板３３１に楔状ガラス板７２を貼り合わせて平行平板に形成され、楔状ガラス板７３を貼り合わせて平行平板に形成した下側複屈折板３４と対向させて配置される。従って、複屈折板３３，３４は、バビネソレイユ位相板３２５の位相差を調整する際に、それらを対向面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。
【００８４】
図１７に示すバビネソレイユ位相板３２６は、図１２の実施例において、複屈折板３３，３４の光学軸Ｏp1，Ｏp2が、いずれも前記バビネソレイユ位相板の長さ方向と同じ向きに配向されている。一般に複屈折板は、その外周形状に関して光学軸を水平又は垂直な向きに配向すると、特に楔板の加工において製造が簡単になるので有利である。尚、この場合には、複屈折板３３，３４の光学軸の向きに対応して、バビネソレイユ位相板３２６の上側及び下側主面に設けられる偏光子の偏光軸を、図１の実施例の場合から４５°回転させた向きに配向する必要がある。
【００８５】
更に別の実施例では、図１５及び図１６の実施例において、複屈折板３３，３４をそれぞれ上下逆向きにし、かつそれらに貼り付けた楔状ガラス板７２，７３同士を対向させた向きに配置することができる。また、これら様々な構成のバビネソレイユ位相板は、図３乃至図８、図１０及び図１１の各実施例についても、同様に適用することができる。
【００８６】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、バビネソレイユ位相板は、従来から公知の様々な形態のものを同様に用いることができる。また、各偏光子及び反射ミラーは、バビネソレイユ位相板主面の上記各実施例以外の様々な位置に配置することができる。更に、前記偏光子及び反射ミラーの数を増やして、より多段の波長可変フィルタを構成することができる。また、バビネソレイユ位相板主面の各偏光子は、吸収型偏光板と反射ミラーとを組み合わせて構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第１実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）図はそれぞれ第１実施例の透過特性を示す線図。
【図３】（Ａ）図は、第１実施例の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図４】（Ａ）図は、第１実施例の別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図５】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図６】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図７】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図８】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第２実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図はその光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図はその入射側の端面図。
【図９】（Ａ）〜（Ｅ）図はそれぞれ第２実施例の透過特性を示す線図。
【図１０】（Ａ）図は、第２実施例の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図１１】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第３実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図はその光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図はその入射側の端面図。
【図１２】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１３】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の更に別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１４】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の更に別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１５】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の更に別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１６】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の更に別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１７】（Ａ）図は、バビネソレイユ位相板の更に別の実施例を示す側面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図１８】リオフィルタの基本的構成を示す図。
【図１９】液晶セルを用いた従来例の構成図。
【図２０】液晶セルを用いた別の従来例の構成図。
【符号の説明】
【００８８】
１…リオフィルタ、２ａ〜２ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ，３５〜３８，３７１，３８１，５２，５２１，６５〜６８…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，４３…液晶セル、２１，３１，３１１〜３１５，５１，５１１，６１…波長可変フィルタ、２４ａ〜２４ｃ…位相差フィルム、３２，３２１〜３２６，６２…バビネソレイユ位相板、３３，３４，６３，６４…楔状複屈折板、３３１，６３１…楔板、３３２，６３２…平行平板、３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，６３ａ，６４ａ…端部、３３ｃ，３４ｃ…平行平板面、３３ｄ，３４ｄ…傾斜面、３９〜４１，３９１，４１１〜４１３，７０，７１…反射ミラー、７２，７３…楔状ガラス板。
【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】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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