JP2010134346A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性が向上された光源装置を提供すること。
【解決手段】この光源装置１は、光源３と、光源３から照射された光Ｌ１のうち、所定の波長範囲の光を選択的に透過させる波長選択素子７と、波長選択素子７によって透過された光Ｌ２を互いに直交する２つの直線偏光成分である偏光成分Ｌ３，Ｌ４に分離する偏光分離素子８と、それぞれの偏光成分Ｌ３，Ｌ４の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、その角度範囲に応じて偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂとを備え、波長選択素子７は、所定の角度範囲に対するバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、偏光分離素子８に向けて透過させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定波長域の光を出力する光源装置に関するものであり、特にバンドパスフィルタを内蔵する光源装置に関する。

従来から、屈折率の異なる誘電体薄膜を交互に積層し、その中間のキャビティ層を中間の屈折率を有する誘電体薄膜で形成される干渉フィルタを利用した分光装置が知られている（下記特許文献１参照。）。この分光装置は、回動自在に設けられた干渉フィルタを有し、平行光線を干渉フィルタに入射させる際に干渉フィルタに対する入射角を変化させることによって透過波長を連続的に変化させている。

同様な構成を有するものとして、誘電体多層膜フィルタが設けられた回転テーブルを回転させることによって誘電体多層膜フィルタに対する平行光の入射角度を制御することによって、入射角度に応じた波長可変性を実現する波長可変フィルタが知られている（下記特許文献２参照。）。
特開昭６２−２２０３４号公報 特開２００４−１８４６７４号公報

ところで、上述した従来の構成においては、誘電体を積層したバンドパスフィルタによってより狭帯域の波長選択性を有する光源を実現しようとした場合には、バンドパスフィルタによって所望の波長域以外を遮断する必要がある。そのため、バンドパスフィルタの厚さが必然的に厚くなり、バンドパスフィルタへの平行光の入射角に応じて透過光の光軸がずれてしまう傾向にある。その結果、狭帯域で透過波長域を変化させようとした場合に光軸を調整する手段が必要になり装置が大型化してしまう。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性が向上された光源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光源装置は、所定の発光波長域を有する光源と、光源から照射された所定の発光波長域の光のうち、所定の波長範囲の光を選択的に反射もしくは透過させる波長選択素子と、波長選択素子によって反射もしくは透過された光を互いに直交する２つの直線偏光成分である第１及び第２の偏光成分に分離する偏光分離素子と、第１及び第２の偏光成分の少なくとも一方の光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、角度範囲に応じて該光の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタとを備え、波長選択素子は、所定の角度範囲に対応する透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、偏光分離素子に向けて反射もしくは透過させる。

このような光源装置によれば、波長選択素子によって光源から照射された所定の発光波長域の光のうちの所定の波長範囲の光が反射もしくは透過され、その光が偏光分離素子によって互いに直交する偏光成分を有する第１及び第２の偏光成分に分離され、それらの２つの偏光成分の少なくとも一方が、その光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置されたバンドパスフィルタに入射される。これにより、光軸に対するバンドパスフィルタの角度範囲に対応してバンドパスフィルタの透過波長域が設定され、この角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になる。ここで、バンドパスフィルタに入射する光は予め波長選択素子によって波長範囲が制限され、その波長範囲はバンドパスフィルタの透過波長域の範囲を少なくとも含むので、バンドパスフィルタの薄型化が可能になり、追加の補正機構を必要とすることなく出射光の光軸のずれを無くすことができる。

バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことが好適である。

この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

また、バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことも好適である。

この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

さらに、バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことも好ましい。

この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

またさらに、偏光分離素子からの光の光軸に対するバンドパスフィルタの角度を変更する回動機構をさらに備える、ことも好ましい。かかる回動機構を備えれば、バンドパスフィルタを回動させることで、発光波長域を適宜変更することが可能になる。

さらにまた、偏光分離素子は、ダイクロイックミラーである、ことも好ましい。こうすれば、単一の素子でバンドパスフィルタに入射する光の波長範囲を制限することができるので、装置の簡略化が容易になる。

本発明の光源装置によれば、出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性を向上させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図、図２は、図１の光源装置の主要な構成要素を概略的に示すブロック図である。

図１及び図２に示す光源装置１は、半導体検査装置等の各種検査装置において、特定の発光波長域（例えば、近赤外波長域）を有する光源として用いられる装置であり、放熱機構としてのヒートシンク２上に取り付けられた光源３と、その光源３から照射された光が入射されて、その光を変換して光ファイバ４を経由して外部出力する光変換光学系５と、光源３及び光変換光学系５を制御する制御系３０とから構成されている。ここで、図１においては、紙面上において光源３の光軸に沿った方向にＸ軸をとり、紙面上においてＸ軸に垂直な方向に沿ってＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向に沿ってＺ軸をとるものとする。

光源３は、発光波長域として可視光成分から赤外成分までの所定波長域を広く含むハロゲンランプ、白色ＬＥＤ等の光源装置であり、＋Ｘ軸方向に位置する光変換光学系５に向けて非偏光状態の拡散光を出射する。

まず、光変換光学系５の構成について説明する。この光変換光学系５には、光源３の近傍から＋Ｘ軸方向に沿って順に、コリメートレンズ６、波長選択素子７、及び偏光分離素子８が設けられている。

光源３からの拡散光はコリメートレンズ６によって平行光Ｌ１に変換され、波長選択素子７に入射する。波長選択素子７は、光源３の発光波長域を波長域として有する平行光Ｌ１のうち、所定の波長範囲（例えば、950nm〜1100nm）の光を選択するための素子であり、例えば、上記所定の波長範囲の光を透過し、その波長範囲以外の光を反射させるダイクロイックミラーである。この波長選択素子７はその反射面をＸ軸に対して傾斜させて配置されている。コリメートレンズ６から平行光Ｌ１が入射すると、波長選択素子７は、所定の波長範囲を有する光Ｌ２を偏光分離素子８に向けて＋Ｘ軸方向に透過させ、それ以外の波長成分の光を不必要な光として＋Ｙ軸方向に反射させてビームダンパー９で消失させる。なお、波長選択素子７が選択する波長範囲は、光源装置１から最終的に出力される光の波長可変範囲（例えば、950nm〜1100nm。以下、「想定波長範囲」と呼ぶ。）を少なくとも含むように設定されている。

この波長選択素子７を透過する光Ｌ２を受ける偏光分離素子８は、光Ｌ２を互いに直交する２つの直線偏光成分に分離するための光学素子であり、例えば、キューブ状の偏光ビームスプリッタ（PBS）が用いられる。具体的には、この偏光分離素子８は、光Ｌ２からＹ軸に沿った偏光方向を有する偏光成分Ｌ３（以下、「水平偏光成分」とも言う。）を分離して＋Ｘ軸方向に透過させると同時に、光Ｌ２からＺ軸に沿った偏光方向を有する偏光成分Ｌ４（以下「垂直偏光成分」とも言う。）を分離して−Ｙ軸方向に反射させる。

また、光変換光学系５には、波長選択素子７によって透過又は反射される偏光成分Ｌ３，Ｌ４の光軸上にそれぞれ、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが設けられている。これらのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂは、誘電体薄膜の積層構造を有するように形成されることで、試料面１１ａ，１１ｂに対する光の入射角に応じて透過波長域が異なるような性質を有し、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ間でＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれの入射角に対する透過波長域の特性が同一にされている。例えば、試料面１１ａ，１１ｂに対する光の入射角が０度の場合は、中心波長が約1100nmで半値幅が3nmの透過波長域の特性を有し、入射角を大きくするに従って透過波長域が短波長側にシフトする。

バンドパスフィルタ１０ａは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ（回動機構）１２ａ上にその試料面１１ａをＺ軸に沿わせるように搭載され、水平偏光成分Ｌ３の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ａは、θステージ１２ａを回動させることにより、その試料面１１ａの法線と水平偏光成分Ｌ３の光軸との角度（入射角）を任意の角度に変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ３はバンドパスフィルタ１０ａに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。

バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｙ軸に沿った回転軸を有するθステージ（回動機構）１２ｂ上にその試料面１１ｂをＹ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。具体的には、偏光分離素子８とバンドパスフィルタ１０ｂとの間には想定波長範囲のＳ偏光を全反射するミラー１３が配置され、−Ｙ軸方向に出射された垂直偏光成分Ｌ４を＋Ｘ軸方向に反射してバンドパスフィルタ１０ｂに入射するようにされている。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、その試料面１１ｂの法線と垂直偏光成分Ｌ４の光軸との角度（入射角）を任意の角度に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。

さらに、光変換光学系５には、バンドパスフィルタ１０ａによって透過された水平偏光成分Ｌ３の光軸に沿って、＋Ｘ軸方向に順に、偏光合成素子１４、ビームサンプラー１５、シャッタ１６、及び集光レンズ１７が配置されている。また、この偏光合成素子１４とバンドパスフィルタ１０ｂとの間には想定波長範囲のＳ偏光を全反射するミラー１８が設けられ、バンドパスフィルタ１０ｂを透過した垂直偏光成分Ｌ４がミラー１８によって反射されることにより、＋Ｙ軸方向に沿って偏光合成素子１４に入射するようにされている。

この偏光合成素子１４は、互いに直交する２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４を合波するための光学素子であり、例えば、キューブ状の偏光ビームスプリッタ（PBS）が用いられる。具体的には、この偏光合成素子１４は、Ｘ軸に沿って入射する水平偏光成分Ｌ３と、Ｙ軸に沿って入射する垂直偏光成分Ｌ４を合成して非偏光状態の合成光Ｌ５を生成して、＋Ｘ軸方向に出射させる。偏光合成素子１４によって合成された合成光Ｌ５は、その一部がビームサンプラー１５によって反射されて、パワーモニタ１９に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、合成光Ｌ５は、ビームサンプラー１５、シャッタ１６、集光レンズ１７を介して光ファイバ４に導光されることにより、外部に照射される。

次に、制御系３０の構成について説明すると、制御系３０は、光源３を給電する光源用電源３１と、θステージ１２ａ，１２ｂを回転駆動するステージ駆動回路３２と、光源用電源３１、ステージ駆動回路３２、及びパワーモニタ１９に接続された制御回路３３とから構成されている。

この制御回路３３にはコンピュータ端末３４が接続され、コンピュータ端末３４に対してパワーモニタ１９によってモニタされた光強度値が出力可能にされるとともに、コンピュータ端末３４からの制御信号に応じて光源用電源３１の出力を調整することにより、光源３の光量調整も可能にされる。

また、制御回路３３は、コンピュータ端末３４からの制御信号に応じて、θステージ１２ａ，１２ｂの回転角を制御する機能も有する。このとき、制御回路３３は、バンドパスフィルタ１０ａに対する水平偏光成分Ｌ３の入射角と、バンドパスフィルタ１０ｂに対する垂直偏光成分Ｌ４の入射角とが同一となり、かつ、これらの入射角が所定の角度範囲（例えば、０度〜４５度）になるようにθステージ１２ａ，１２ｂの回転角を変更制御する。この角度範囲は、光源装置１から最終的に出力される波長範囲である想定波長範囲に対応して定められる。このように、２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４の入射角を同一にすれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが、それぞれの入射角に応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が一致するように配置されることになる。すなわち、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを透過後の光成分Ｌ３，Ｌ４は同じスペクトルプロファイルになる。

以上説明した光源装置１によれば、偏光分離素子８によって分離された水平偏光成分Ｌ３がバンドパスフィルタ１０ａにＰ偏光として入射され、偏光分離素子８によって分離された垂直偏光成分Ｌ４がバンドパスフィルタ１０ｂに水平偏光成分Ｌ３と同じ入射角でＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを透過した光が合波されて外部に出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂのＰ偏光に関する入射角に対する透過波長域の特性は同一にされているので、その入射角を適宜設定することで、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

図３は、光源装置１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対する入射角θを変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。この結果より、垂直入射時（θ＝０°）のピーク波長が約1100nmとなっており、入射角θを大きくするに従ってピーク波長が短波長側にシフトし、入射角θが４５度で約975nmになっている。また、各入射角θにおいて安定した出力強度が得られており、想定波長範囲内に帯域幅の劣化も見られず、シングルピークでの狭帯域化が図られている。あわせて、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性も実現されている。

さらに、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに入射する偏光成分Ｌ３，Ｌ４は予め波長選択素子７によって波長範囲が制限され、その波長範囲はバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの透過波長域の範囲を少なくとも含むので、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの薄型化が可能になり、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを回動させても偏光成分Ｌ３，Ｌ４の光軸のずれを無くすことができる。

表１は、様々な基板厚ｔ[mm]を有するバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに関して、入射角θ［deg］毎の光軸のずれ量Ｄ［mm］を計算した結果を示している。表中、屈折角θ’［deg］はバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの試料面での屈折角を示しており、光軸ずれ量Ｄは入射光と透過光の光軸間の距離を示しており、光軸のずれ量Ｄは下記式（１）；
Ｄ＝ｔ×ｓｉｎ｛１−ｃｏｓθ／（ｎ×ｃｏｓθ’）｝ …（１）
によって計算される。ここで、ｎはバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの材料の屈折率であり、波長1000nmに対する屈折率として１．５０８と仮定した。

このように、基板厚ｔ＝0.5mmに比較して基板厚ｔ＝5mmの場合には光軸のずれ量Ｄが１０倍程度の値になっていることが分かる。例えば、波長選択素子７が存在している場合は基板厚ｔ＝0.5mmとすることができるが、波長選択素子７が存在しない場合は基板厚ｔ＝5mmとする必要があり、この場合は入射角θが0〜45度の範囲で変化すると、光軸のずれ量Ｄの変化が１０倍以上に増大してしまう。

ここで、本実施形態における利点を従来例及び比較例と比較しながらさらに説明する。

従来の特開昭６２−２２０３４号公報に開示された分光装置においては、光源からの光の偏光成分に分離せずにそのままバンドパスフィルタに入射させていた。図１０は、この従来の分光装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角θを変化した場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。このように、偏光成分を分離しない場合には、バンドパスフィルタへの入射角を大きくしていくと透過波長域のピークは短波長側にシフトしていくが、そのピーク値は低下し、帯域幅も拡大してしまっている。これは、図１１の出力強度の波長特性を概念的に示すグラフに示すように、バンドパスフィルタに入射するＰ偏光成分の波長特性ＣＰとＳ偏光成分の波長特性ＣＳとの短波長側における差異によって生じる波長分離と呼ばれる現象が原因であることが分かった。

また、図１２には、本発明の比較例である光源装置９０１の概略構成を示す平面図である。この光源装置９０１は、光源装置１の偏光分離素子８，偏光合成素子１４、ミラー１３，１８、バンドパスフィルタ１０ｂ、及びθステージ１２ｂを有さない点で光源装置１と異なる。つまり、光源装置９０１では、波長選択素子７を透過した光Ｌ２を非偏光状態のままでバンドパスフィルタ１０ａに入射させる。そして、制御回路３３は、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角を調整することで、光Ｌ２の透過波長域を所望の範囲に設定する。図１３は、図１２の電源装置９０１におけるバンドパスフィルタに対する入射角θを変化した場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。この場合も、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角θを０度から４５度まで大きくしていくと透過波長域のピークは100nmから970nm付近まで短波長側にシフトしていくが、そのピーク値は低下し、帯域幅も拡大してしまっている。

このような従来例及び比較例に対して、本実施形態の光源装置１では、２つの直線偏光成分を分離して、それぞれの偏光成分をバンドパスフィルタに対して同一の偏光状態及び同一の入射角で入射させることにより、100nm以上の波長範囲にわたって出力特性の安定化が実現された。

［実施形態２］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る光源装置１０１の概略構成を示す平面図である。この光源装置１０１の第１実施形態との相違点は、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ及びθステージ１２ａ，１２ｂの設置方向が異なる点である。

すなわち、バンドパスフィルタ１０ａは、Ｙ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ａ上にその試料面１１ａをＹ軸に沿わせるように搭載され、水平偏光成分Ｌ３の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ａは、θステージ１２ａを回動させることにより、水平偏光成分Ｌ３の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ３はバンドパスフィルタ１０ａに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。

また、バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ｂ上にその試料面１１ｂをＺ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、垂直偏光成分Ｌ４の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。

制御回路３３は、コンピュータ端末３４からの制御信号に応じて、バンドパスフィルタ１０ａに対する水平偏光成分Ｌ３の入射角と、バンドパスフィルタ１０ｂに対する垂直偏光成分Ｌ４の入射角とが同一となり、かつ、これらの入射角が所定の角度範囲（例えば、０度〜４５度）になるようにθステージ１２ａ，１２ｂの回転角を変更制御する。このように、同一の偏光状態で入射する２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４の入射角を同一にすれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが、それぞれの入射角に応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が一致するように配置されることになる。

従って、このような光源装置１０１によっても、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂのＳ偏光に関する入射角に対する透過波長域の特性は同一にされているので、その入射角を適宜設定することで、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

図５には、光源装置１０１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対する入射角θを変化させた場合の出力強度の波長特性を示す。この結果より、０度から４５度までの入射角範囲において安定した出力強度が得られており、想定波長範囲内に帯域幅の劣化も見られず、シングルピークでの狭帯域化がより一層図られている。さらには、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性も実現されている。

［実施形態３］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る光源装置２０１の概略構成を示す平面図である。この光源装置１０１の第１実施形態との相違点は、バンドパスフィルタ１０ｂ及びθステージ１２ｂの設置方向が異なり、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに異なる偏光状態で入射させる点である。

具体的には、バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ｂ上にその試料面１１ｂをＺ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、垂直偏光成分Ｌ４の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。

制御回路３３は、バンドパスフィルタ１０ａに対してＰ偏光で入射する水平偏光成分Ｌ３の入射角θＰと、バンドパスフィルタ１０ｂに対してＳ偏光で入射する垂直偏光成分Ｌ４の入射角θＳとを、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの両者の透過波長域のピークが一致するように、かつ、これらの入射角θＰ，θＳが所定の角度範囲（例えば、０度〜４５度）になるように変更制御する。このように、バンドパスフィルタ１０ａとバンドパスフィルタ１０ｂ間での異なる偏光状態に起因する透過波長特性の差を考慮して制御すれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂにおける入射角θＰ，θＳに応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が一致するようになり、出力における波長分離が回避される。

従って、このような光源装置２０１によっても、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂへの入射角θＰ，θＳの組み合わせを適切に設定することで、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。

図７には、光源装置２０１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対するそれぞれの入射角θＰ，θＳの組を変化させた場合の出力強度の波長特性を示す。この結果より、０度から４５度までの入射角範囲において安定した出力強度が得られている。また、想定波長範囲内の帯域幅は光源装置１，１０１の場合に対して中間的な値になっており、同様にシングルピークでの狭帯域化が図られている。ここでも、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性が実現されている。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、必ずしも２つの偏光成分を分離してそれらを合波する構成に限定されるものではない。

例えば、図８に示す本発明の変形例である光源装置３０１のような構成であってもよい。すなわち、偏光分離素子８によって分離された垂直偏光成分Ｌ４をビームダンパー３０２によって吸収し、水平偏光成分Ｌ３のみをバンドパスフィルタ１０ａを透過させることにより外部に照射させてもよい。同様に、垂直偏光成分Ｌ４のみを外部に照射させる構成であってもよい。この場合であっても、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角を適宜設定することで出力における波長分離が回避され、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になる。

また、図９に示す本発明の変形例である光源装置４０１にように、波長選択素子４０７によって反射された光Ｌ２を偏光分離素子８に入射させるように構成されていてもよい。例えば、波長選択素子４０７を、想定波長範囲を含む所定の波長範囲の光を反射し、その波長範囲以外の光を透過させるダイクロイックミラーとし、そのダイクロイックミラーの反射面をＹ軸に対して傾斜させて配置してもよい。この場合、光源３から＋Ｙ軸方向に照射された所定の波長範囲を有する光Ｌ２が、偏光分離素子８に向けて＋Ｘ軸方向に反射され、それ以外の波長成分の光が不必要な光として＋Ｙ軸方向に透過される。

本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、図１の光源装置の主要な構成要素を概略的に示すブロック図である。 図１の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図４の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図６の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 本発明の変形例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の変形例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 従来例の分光装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 図１０の出力強度の波長特性を概念的に示すグラフである。 本発明の比較例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図１２の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。

符号の説明

１，１０１，２０１，３０１，４０１…光源装置、３…光源、７，４０７…波長選択素子、８…偏光分離素子、１０ａ，１０ｂ…バンドパスフィルタ、１２ａ，１２ｂ…θステージ（回動機構）、Ｌ３…水平偏光成分、Ｌ４…垂直偏光成分。

Claims (6)

1. 所定の発光波長域を有する光源と、
   前記光源から照射された前記所定の発光波長域の光のうち、所定の波長範囲の光を選択的に反射もしくは透過させる波長選択素子と、
   前記波長選択素子によって反射もしくは透過された光を互いに直交する２つの直線偏光成分である第１及び第２の偏光成分に分離する偏光分離素子と、
   前記第１及び第２の偏光成分の少なくとも一方の光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、前記角度範囲に応じて該光の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタとを備え、
   前記波長選択素子は、前記所定の角度範囲に対応する前記透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、前記偏光分離素子に向けて反射もしくは透過させる、
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
4. 前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
   前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 前記偏光分離素子からの前記光の光軸に対する前記バンドパスフィルタの角度を変更する回動機構をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記偏光分離素子は、ダイクロイックミラーである、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光源装置。

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