JP2012018053A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることが可能な分光装置を提供すること。
【解決手段】この光源装置１は、入射光Ｌ２の光路上に直列に並んで設けられた２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを備えており、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂは、入射光Ｌ２を入射光の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させるフィルタ８１ａ〜８１ｈと、フィルタ８１ａ〜８１ｈを、入射光の入射角が変更可能なように支持する回転テーブル８０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定波長域の光を選択する分光装置に関するものであり、特に誘電体薄膜干渉フィルタを内蔵する分光装置に関する。

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。）。この波長可変フィルタは、回転テーブル上に４つのフィルタが回転対称に配置された構成を採用することにより、より広い波長範囲を持つ透過光の出力を実現している。

特開昭６２−２２０３４号公報 特開２００４−１８４６７４号公報

しかしながら、上述した従来の波長可変フィルタでは、フィルタを透過後の入射光の波長帯域幅を変更したい場合には、複数のフィルタを回転テーブルを回転させることによって使い分ける必要がある。そのため、波長帯域幅の可変範囲に応じてフィルタの枚数を増加させることが求められる結果、フィルタ構成が複雑化する傾向にあった。

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、簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることが可能な分光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、本発明の分光装置は、入射光の光路上に直列に並んで設けられた２つのフィルタ部を備えており、フィルタ部は、入射光を入射光の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させる誘電体薄膜干渉フィルタと、誘電体薄膜干渉フィルタを、入射光の入射角が変更可能なように支持する支持部材と、を有する。なお、「誘電体薄膜干渉フィルタ」とは、フィルタへの入射角度に応じてフィルタの性能を表す中心波長がシフトするフィルタのことをいう。

このような分光装置によれば、入射光が誘電体薄膜干渉フィルタに連続して透過され、その際に、２つの誘電体薄膜干渉フィルタに対する入射角に対応して、それぞれの誘電体薄膜干渉フィルタにおける入射光の透過波長帯域が選択される。ここで、支持部材によって２つの誘電体薄膜干渉フィルタにおける入射角が適宜変更されることで、最終的に出射される入射光の波長帯域幅を自在に調整することができる。このとき、２つの誘電体薄膜干渉フィルタの入射角の設定によって透過帯域幅を調整できるので、フィルタの構成が極めて簡略化される。その結果、簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることができる。

２つのフィルタ部のうちの一方のフィルタ部の誘電体薄膜干渉フィルタは、ハイパスフィルタであり、２つのフィルタ部のうちの他方のフィルタ部の誘電体薄膜干渉フィルタは、ローパスフィルタであることが好ましい。かかる構成を有すれば、ハイパスフィルタへ及びローパスフィルタの入射角を調整してそれぞれのフィルタに関する透過波長帯域を選択することによって、入射光の透過帯域幅の可変範囲をより広くすることができる。

また、２つのフィルタ部の少なくとも１つの誘電体薄膜干渉フィルタは、バンドパスフィルタであることも好ましい。こうすれば、バンドパスフィルタの入射角を調整して透過波長帯域を選択することによって、２つのフィルタ部を連続して透過した後の入射光の波長帯域幅を変化させることができる。

さらに、フィルタ部は、ｎ個（ｎは３以上の整数）の誘電体薄膜干渉フィルタと、誘電体薄膜干渉フィルタが主面上に立設され、主面に沿って所定点の周りを回転可能にされた平板状の支持部材とを備え、ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、光入射側或いは光出射側の端面が、支持部材の表面上の所定点と主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置されている、ことも好ましい。かかるフィルタ部を備えれば、この際、支持部材を主面の所定点を中心に回転させることによって、入射光が透過するｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタを交互に切り替えることができると共に、それぞれのｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタへの入射光の入射角も変化させることができる。従って、透過波長を連続的に変更することが可能になる。特に、誘電体薄膜干渉フィルタを、その端面が主面上の所定点と誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉が広い回転角の範囲で低減される。

ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面と端面とで形成されるそれぞれの交線が１つの内接円に接するように搭載されている、ことが好適である。この場合、それぞれの誘電体薄膜干渉フィルタの入射光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた支持部材の主面の面積に対して選択波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。

また、ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、主面上において内接円の外側に位置するように配置されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉をより一層低減することが出来る。

さらに、ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面上の所定点と主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線が互いに等角度を成すように配置されている、ことも好適である。かかる誘電体薄膜干渉フィルタを用いれば、それぞれの誘電体薄膜干渉フィルタの入射光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた支持部材の面積に対して選択波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。

またさらに、ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面上において所定点を中心にしてｎ回回転対称となるように配置されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、限られた支持部材の面積に対して選択波長の可変範囲をより一層広げることが出来る。

さらにまた、支持部材は、太陽歯車、遊星歯車、及び内歯車を含む遊星歯車機構であり、誘電体薄膜干渉フィルタは、遊星歯車に対して固定されている、ことも好適である。このような支持部材を備えることで、支持部材を小型化した上で誘電体薄膜干渉フィルタに対する入射光の入射角の可変範囲をより広くすることができる。

本発明によれば、簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることができる。

本発明の好適な一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１のフィルタ回転体の平面図である。 図１のフィルタ回転体の平面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、それぞれ、図２，３のフィルタの光透過率の波長特性を示すグラフである。 図２のフィルタへの光の入射状態を示す図であり、（ａ）は入射角が０度の場合、（ｂ）は入射角が２５度の場合、（ｃ）は入射角が５０度の場合を示す図である。 図１の光源装置の出力における光透過率の波長特性を示すグラフである。 （ａ）〜（ｈ）は、それぞれ、本発明の変形例のフィルタの光透過率の波長特性を示すグラフである。 本発明の変形例の光源装置の出力における光透過率の波長特性を示すグラフである。 本発明の変形例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の変形例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の変形例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の変形例であるフィルタ回転体の平面図であり、（ａ）は入射角が２０度の場合、（ｂ）は入射角が３５度の場合、（ｃ）は入射角が５０度の場合を示す図である。 本発明の変形例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の比較例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の比較例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の比較例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の比較例であるフィルタ回転体の平面図である。 本発明の比較例であるフィルタ回転体の平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る分光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。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

図１は、本発明の好適な一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。同図に示す光源装置１は、半導体検査装置等の各種検査装置において、特定の発光波長域を有する光源として用いられる装置である。この光源装置１は、光源からの光のうちの特定の波長域を選択する分光装置の一態様であり、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、キセノンランプ、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、２つのフィルタ回転体（フィルタ部）８Ａ，８Ｂ、ビームサンプラー９、シャッタ１０、及び集光レンズ１１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、350nm〜750nm）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をフィルタ回転体８Ａ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１２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、400nm〜700nm。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。

ここで、図２、３を参照して、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂの構造について詳細に述べる。なお、フィルタ回転体８Ｂの構造は、Ｘ軸に垂直であってフィルタ回転体８Ａ，８Ｂの中間点に位置する仮想平面Ｓ_１（図１）を基準にして、フィルタ回転体８Ａと面対称な構造を有するので、その説明を省略する。

フィルタ回転体８Ａは、Ｚ軸に沿った回転軸を有する回転機構８４によって回転可能に支持された円板状部材である回転テーブル（支持部材）８０と、回転テーブル８０の主面８０ａ上にその周縁に沿って回転対称となるように立設された４枚のフィルタ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄとによって構成されている。

これらのフィルタ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、光入射面８２と光出射面８３との間に公知の誘電体薄膜の積層構造を含む平板状の形状を有する、いわゆる誘電体薄膜干渉型フィルタである。このような構造により、フィルタ８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、光入射面８２に対する光の入射角に応じた波長範囲で光を選択的に透過することができる。そして、４枚のフィルタ８１ａ〜８１ｄ間で入射角に対する透過波長域の特性が異なるように、それぞれの誘電体薄膜の材料や膜厚が設定されている。

上記構成のフィルタ８１ａ〜８１ｄは、回転テーブル８０の主面８０ａに対して、その光入射面８２および光出射面８３がほぼ垂直になるように固定されている。詳細には、フィルタ８１ａ〜８１ｄの主面８０ａ上の中心点８５ａ〜８５ｄと主面８０ａの回転中心Ｃ_１とを結んだ線が、それぞれ、フィルタ８１ａ〜８１ｄの光入射面８２および光出射面８３に対して傾斜し、その傾斜角が互いに等しくなるように設定されている。さらに、それぞれの光出射面８３と主面８０ａとで形成される４つの交線８６ａ〜８６ｄが、１つの仮想的な内接円８７に接し、かつ、フィルタ８１ａ〜８１ｄの中心点８５ａ〜８５ｄがこの内接円８７の外側に位置するように設定されている。加えて、フィルタ８１ａ〜８１ｄは、その中心点８５ａ〜８５ｄと回転中心Ｃ_１とを結ぶ４つの線が互いに等角度、すなわち９０度を成すように配置されている。すなわち、４つのフィルタ８１ａ〜８１ｄは、主面８０ａ上において回転中心Ｃ_１を中心にして４回回転対称となるように配置されることになる。

また、フィルタ８１ａ〜８１ｄには、その中心点８５ａ〜８５ｄの近傍にその中心点８５ａ〜８５ｄと回転中心Ｃ_１とを結んだ線に対する光入射面８２および光出射面８３の傾斜角を微調整するためにシャフト部材やネジ部材等の回転軸部材８８ａ〜８８ｄが取り付けられていてもよい。

上記構造のフィルタ回転体８Ａは、主面８０ａがＸＹ平面に平行となり、主面８０ａ上の回転中心Ｃ_１と主面８０ａの周縁部との間に光Ｌ２が入射するように配置される。これにより、フィルタ８１ａ〜８１ｄのいずれかを光Ｌ２の光路上に位置するように回転させて選択的に光Ｌ２を入射させることが可能になるとともに、フィルタ８１ａ〜８１ｄに対する入射角を所定の角度範囲で変更可能にされる。この場合の各フィルタの入射角の可変範囲は、光Ｌ２のビーム径、フィルタの枚数、及びフィルタの形状や配置によって決まる。

図３を参照して、フィルタ回転体８Ｂは、フィルタ回転体８Ａに対して仮想平面Ｓ_１を基準にして対称な構造を有し、フィルタ８１ａ〜８１ｄに換えてフィルタ８１ｅ〜８１ｈが搭載されている。これらの２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂは、光Ｌ２の光路上に直列に並んで配置されている。

図４（ａ）〜（ｈ）には、それぞれのフィルタ８１ａ〜８１ｈの入射角毎の光透過率の波長特性を示している。

例えば、フィルタ８１ａは、光入射面８２に対する光の入射角が０度（垂直入射）の場合は、約700nm以上の透過波長域を有するハイパスフィルタとしての特性を有し、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し、入射角が５０度の場合は約610nm以上の透過波長域を有するハイパスフィルタとしての特性を有する。また、フィルタ８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、それぞれ、入射角が０度の場合に約610nm、約530nm、約460nm以上の透過波長域を有し、入射角が５０度の場合に約530nm、約460nm、約400nm以上の透過波長域を有するハイパスフィルタとなり、フィルタ８１ａとは異なる透過波長域特性を有する。つまり、入射角が０度の透過波長域を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従って透過波長域の境界波長が短くなり、入射角が４５度でその変化率は最大となり、それよりも大きくなると変化率は減少する。

一方で、フィルタ８１ｅは、光入射面８２に対する光の入射角が０度の場合は、約700nm以下の透過波長域を有するローパスフィルタとしての特性を有し、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し、入射角が５０度の場合は約610nm以下の透過波長域を有するローパスフィルタとしての特性を有する。また、フィルタ８１ｆ，８１ｇ，８１ｈは、それぞれ、入射角が０度の場合に約610nm、約530nm、約460nm以下の透過波長域を有し、入射角が５０度の場合に約530nm、約460nm、約400nm以下の透過波長域を有するローパスフィルタとなり、フィルタ８１ｅとは異なる透過波長域特性を有する。つまり、フィルタ８１ａ〜８１ｄと同様に、入射角が０度の透過波長域を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従って透過波長域の境界波長が短くなる。

図１に戻って、フィルタ回転体８Ａ，８ＢをＸ軸方向に透過されてきた光Ｌ２は、その一部がビームサンプラー９によって反射されて、パワーモニタ１３に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、光Ｌ２は、ビームサンプラー９、シャッタ１０、集光レンズ１１を介して光ファイバ４に導光されることにより、外部に出射される。

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、２つの回転機構８４を独立に回転駆動する駆動回路３２と、光源用電源３１、駆動回路３２、及びパワーモニタ１３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１３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、２つの回転機構８４の回転角を独立に制御する機能も有する。このとき、制御回路３３は、フィルタ８１ａ〜８１ｈに対する入射角が所定の角度になるように２つの回転機構８４の回転角を変更制御する。この回転角は、光源装置１から最終的に出力される発光波長域の中心波長及び帯域幅に対応して定められる。

図５を参照して、フィルタ８１ａの入射角の可変範囲について例示する。同図では、光Ｌ２のビーム径が5mm、フィルタ８１ａの主面８０ａに沿った幅及び厚さが11mm、2mm、回転中心Ｃ_１からフィルタ８１ａまでの最短距離Ｒ_１が16.6mmの場合のフィルタ８１ａへの光Ｌ２の入射状態を示している。まず、図５（ａ）には、フィルタ８１ａの入射角が０度の場合を示しており、このとき光Ｌ２の光路上には他のフィルタが位置しないために、フィルタ８１ａ〜８１ｄ間で干渉することはない。また、図５（ｂ）には、フィルタ８１ａ〜８１ｄを反時計回りに回転させてフィルタ８１ａへの入射角を２５度に設定した状態、図５（ｃ）には、フィルタ８１ａ〜８１ｄを反時計回りにさらに回転させてフィルタ８１ａへの入射角を５０度に設定した状態を示しており、どちらの場合もフィルタ８１ａ〜８１ｄ間で干渉することはない。図５（ｃ）の状態からさらに回転させると、フィルタ８１ｂが光Ｌ２の光路上に入ってきてしまうため、２つのフィルタ８１ａ，８１ｂ間で互いの透過特性が干渉し合って安定した発光波長が得られなくなる。従って、この場合の各フィルタ８１ａ〜８１ｄの入射角の可変範囲は０度〜５０度ということになる。同様な構成を有するフィルタ回転体８Ｂの各フィルタ８１ｅ〜８１ｈの入射角の可変範囲も０度〜５０度である。

図６には、本実施形態においてフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを連続して透過した光Ｌ２の透過率の波長特性を簡略化して示している。このように、それぞれのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂにおいてフィルタ８１ａ〜８１ｄ，８１ｅ〜８１ｈを切り替えながらそれらに関する入射角も制御することで、透過帯域を約４００ｎｍ〜７００ｎｍに収まる範囲でシフトさせることができるとともに、その透過帯域幅を最大３００ｎｍまでの範囲で自在に変更することができる。例えば、制御回路３３によって、フィルタ回転体８Ａのフィルタ８１ａの入射角が５０度になり、フィルタ回転体８Ｂのフィルタ８１ｅの入射角が０度になるように制御すれば、６１０〜７００ｎｍの範囲の帯域幅９０ｎｍの透過帯域が実現される。また、フィルタ回転体８Ａのフィルタ８１ｂの入射角が５０度になり、フィルタ回転体８Ｂのフィルタ８１ｅの入射角が０度になるように制御すれば、５３０〜７００ｎｍの範囲の帯域幅１７０ｎｍの透過帯域が実現される。

以上説明した光源装置１によれば、光源３からの光Ｌ２が、フィルタ回転体８Ａのフィルタ８１ａ〜８１ｄのうちの１枚のフィルタ、及びフィルタ回転体８Ｂのフィルタ８１ｅ〜８１ｈのうちの１枚のフィルタに連続して透過され、その際に、２つのフィルタに対する入射角に対応して、それぞれのフィルタにおける光Ｌ２の透過波長帯域が選択される。ここで、制御回路３３によって回転テーブル８０の回転が制御されることによって、２つのフィルタにおける入射角が適宜変更されることで、最終的に出射される光の波長帯域幅を自在に調整することができる。このとき、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂにおける入射角の設定によって透過帯域幅を調整できるので、設定したい帯域幅ごとにフィルタを用意する必要がなくなり、フィルタの構成が極めて簡略化される。その結果、簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることができる。

なお、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載されたフィルタの種類がハイパスフィルタ及びローパスフィルタの組み合わせで構成されているので、ハイパスフィルタへ及びローパスフィルタの入射角を調整してそれぞれのフィルタに関する透過波長帯域を選択することによって、入射光の透過帯域幅の可変範囲をより広げることができる。

また、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂでは、回転テーブル８０の主面８０ａに沿って光Ｌ２が入射されて、その光Ｌ２がフィルタ８１ａ〜８１ｈへの入射角に応じた波長範囲で選択的にフィルタ８１ａ〜８１ｈを透過されて出力される。この際、回転テーブル８０を主面８０ａの回転中心Ｃ_１を中心に回転させることによって、光Ｌ２が透過する４個のフィルタを交互に切り替えることができると共に、それぞれの４個のフィルタへの光の入射角も変化させることができる。従って、透過波長を連続的に変更することが可能になる。特に、フィルタ８１ａ〜８１ｄ，８１ｅ〜８１ｈを、その端面８２，８３が主面８０ａ上の回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｄ，８１ｅ〜８１ｈの主面８０ａ上の中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数のフィルタ間の干渉が広い回転角の範囲で低減される。その結果、選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。

特に、フィルタ８１ａ〜８１ｈを、その光入射面８２が主面８０ａ上の回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｈの中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、フィルタ８１ａ〜８１ｄ間、及びフィルタ８１ｅ〜８１ｈ間の干渉が広い回転角（入射角）の範囲で低減される結果、回転テーブル８０を大きくすること無しに発光波長の可変範囲を容易に広くすることができる。

また、フィルタ８１ａ〜８１ｈは、主面８０ａと光入射面８２又は光出射面８３とで形成されるそれぞれの交線８６ａ〜８６ｄが１つの内接円８７に接するように搭載されているので、それぞれのフィルタ８１ａ〜８１ｈの光の入射角の可変範囲を均等にすることができ、限られた回転テーブル８０の面積に対して出力波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。

また、フィルタ８１ａ〜８１ｈは、それぞれ、主面８０ａ上において内接円８７の外側に位置するので、フィルタ８１ａ〜８１ｄ間、及びフィルタ８１ｅ〜８１ｈ間の干渉をより一層低減することが出来る。

さらに、フィルタ８１ａ〜８１ｈは、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｈの中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線が互いに等角度を成しており、主面８０ａ上において回転中心Ｃ_１を中心にして４回回転対称となるように配置されているので、それぞれのフィルタ８１ａ〜８１ｈの光の入射角の可変範囲を均等にすることができ、限られた回転テーブル８０の面積に対して出力波長の可変範囲をさらに効率良く広げることが出来る。

ここで、本実施形態による出力波長の可変範囲の拡大効果を、比較例と比較することにより説明する。図１４及び図１５は、本発明の比較例であるフィルタ回転体の構造を示す平面図である。

図１４に示すフィルタ回転体９０８Ａは、フィルタ８１ａ〜８１ｄの主面８０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｄが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が1mm、回転中心Ｃ_１と中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線に対する光入射面８２の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ａを回転させた場合は、フィルタ８１ａ〜８１ｄ間で干渉を生じないためには、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度（図１４の実線で示す状態）〜２１度（図１４の点線で示す状態）に制限される。

また、図１５（ａ）に示すフィルタ回転体９０８Ｂは、フィルタ回転体９０８Ａの回転中心Ｃ_１からの最短距離を5mmに広げた場合の例である。この場合、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜２７度となりやや拡がるが、本実施形態のフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに比較するとかなり制限されている。

また、図１５（ｂ）に示すフィルタ回転体９０８Ｃは、フィルタ回転体９０８Ａに対して、フィルタ８１ａ〜８１ｄの幅及び厚さを18mm、2mmに変更し、回転中心Ｃ_１からの最短距離を32mmに広げた場合の例である。この場合、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜３９度と拡大されるが、本実施形態のフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに比較すると狭くなっている。それにもかかわらず、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂの回転テーブル８０の直径約30mmに比較して、フィルタ回転体９０８Ｃの回転テーブル８０の直径を102mm程度にかなり大きくする必要がある。

このように、フィルタ８１ａ〜８１ｄを回転中心Ｃ_１と中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線に沿って配置した場合は、隣接するフィルタ間の干渉によりフィルタ１枚あたりに割り当てられる入射角度に制約が発生してしまう。また、フィルタ８１ａ〜８１ｄへの入射角が０度を跨った正負の角度の範囲となるため（例えば、フィルタ回転体９０８Ａの場合、±２１度の範囲）、実質的な入射角変化量が角度可変範囲の半分の角度となってしまう。これに対して、フィルタ８１ａ〜８１ｄを回転中心Ｃ_１と中心点８５ａ〜８５ｄとを結ぶ線に傾斜させて配置した本実施形態の場合は、フィルタ１枚あたりに割り当てられる入射角度を効率的に広げることが出来ると共に、その入射角度の可変範囲を有効に利用して実質的な入射角を変化させることができる。さらに、本実施形態の場合は、そのようなメリットをフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを大型化することなく実現することができる。

ここで、図１において、波長選択素子７からビームダンパー１２に導かれる波長成分に関しても、フィルタ回転体および回転機構を含む同様な構成の波長選択機構を設けることで、異なる波長域の２つの波長の光を同時に出力可能となる。また、この場合に波長選択素子７をハーフミラーとすれば、同じ波長域において2つの波長の光を同時に出力可能となる。更にこの場合に、波長選択素子７の透過率を適宜選択して複数段配置し、それに対応して波長選択機構を設けることで、多波長出力を得ることも可能になる。

（変形例）
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、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載するフィルタの種類としてはバンドパスフィルタを採用しても良い。図７（ａ）〜（ｈ）には、本発明の変形例にかかるそれぞれのフィルタ８１ａ〜８１ｈの入射角毎の光透過率の波長特性を示している。

例えば、フィルタ８１ａは、光入射面８２に対する光の入射角が０度（垂直入射）の場合は、中心波長が約700nmで、帯域幅が約50nmの透過波長域を有するバンドパスフィルタとしての特性を有し、入射角を大きくするに従って中心波長が短波長側にシフトし、入射角が５０度の場合は中心波長が約610nmの透過波長域を有するバンドパスフィルタとしての特性を有する。また、フィルタ８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、それぞれ、入射角が０度の場合に中心波長が約610nm、約530nm、約460nmで、帯域幅が約50nmの透過波長域を有し、入射角が５０度の場合に中心波長が約530nm、約460nm、約400nmの透過波長域を有するバンドパスフィルタとなり、フィルタ８１ａとは異なる透過波長域特性を有する。つまり、入射角が０度の透過波長域を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従って透過波長域の中心波長が短くなり、入射角が４５度でその変化率は最大となり、それよりも大きくなると変化率は減少する。

また、フィルタ８１ｅ〜８１ｈは、それぞれ、フィルタ８１ａ〜８１ｄと同一の透過波長域を有するバンドパスフィルタとしての特性を有する。つまり、フィルタ８１ａ〜８１ｄと同様に、入射角が０度の透過波長域を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従って透過波長域の境界波長が短くなる。

図８には、上述したフィルタ８１ａ〜８１ｈを採用した場合に、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂを連続して透過した光Ｌ２の透過率の波長特性を簡略化して示している。このように、それぞれのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂにおいてフィルタ８１ａ〜８１ｄ，８１ｅ〜８１ｈを切り替えながらそれらに関する入射角も制御することで、透過帯域を約３７５ｎｍ〜７２５ｎｍに収まる範囲でシフトさせることができるとともに、その透過帯域幅を最大５０ｎｍまでの範囲で自在に変更することができる。例えば、制御回路３３によって、フィルタ回転体８Ａのフィルタ８１ａの入射角が５０度になり、フィルタ回転体８Ｂのフィルタ８１ｅの入射角が透過波長域の中心波長が620nmになるように制御すれば、５９５〜６３５ｎｍの範囲の帯域幅４０ｎｍの透過帯域が実現される。また、フィルタ回転体８Ａのフィルタ８１ｂの入射角が５０度になり、フィルタ回転体８Ｂのフィルタ８１ｆの入射角が透過波長域の中心波長が555nmになるように制御すれば、５３０〜５５５ｎｍの範囲の帯域幅２５ｎｍの透過帯域が実現される。

このような変形例によっても、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂにおける入射角が適宜変更されることで、最終的に出射される光の波長帯域幅を自在に調整することができる。従って、簡易なフィルタ構成で透過波長帯域幅の可変範囲を広げることができる。

また、本実施形態におけるフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載するフィルタの枚数としては特定の枚数に限定されるものではなく、想定波長範囲およびフィルタ回転体８Ａ，８Ｂの面積に応じて３以上の任意の枚数を選択してよい。

図９には、５枚のフィルタ８１ａ〜８１ｅを有するフィルタ回転体１０８の構造を示している。この場合、光Ｌ２のビーム径が5mm、フィルタ８１ａ〜８１ｅの主面８０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mm、回転中心Ｃ_１からフィルタ８１ａ〜８１ｅまでの最短距離Ｒ_１が15.3mmとなっており、フィルタ８１ａ〜８１ｅを反時計回りに回転させると、各フィルタ８１ａ〜８１ｅの入射角の可変範囲は０度〜４５度に設定される。

また、図１０には、６枚のフィルタ８１ａ〜８１ｆを有するフィルタ回転体２０８の構造を示している。この場合、光Ｌ２のビーム径が5mm、フィルタ８１ａ〜８１ｆの主面８０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mm、回転中心Ｃ_１からフィルタ８１ａ〜８１ｆまでの最短距離Ｒ_１が39.4mmとなっており、フィルタ８１ａ〜８１ｆを反時計回りに回転させると、各フィルタ８１ａ〜８１ｆの入射角の可変範囲は０度〜４５度に設定される。

また、図１１には、３枚のフィルタ８１ａ〜８１ｃを有するフィルタ回転体３０８の構造を示している。この場合、光Ｌ２のビーム径が10mm、フィルタ８１ａ〜８１ｃの主面８０ａに沿った幅及び厚さが18mm、2mm、回転中心Ｃ_１からフィルタ８１ａ〜８１ｃまでの最短距離Ｒ_１が3.16mmとなっており、フィルタ８１ａ〜８１ｃを反時計回りに回転させると、各フィルタ８１ａ〜８１ｃの入射角の可変範囲は０度〜５０度に設定される。

これに対して、図１６（ａ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｄは、フィルタ８１ａ〜８１ｅの主面８０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｅが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が1.38mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｅの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｄを回転させた場合は、フィルタ８１ａ〜８１ｅ間で干渉を生じないためには、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜９度に制限される。また、図１６（ｂ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｅは、フィルタ８１ａ〜８１ｅの主面８０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｅが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が16.38mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｅの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｅを回転させた場合は、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜２４度に制限される。さらに、図１６（ｃ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｆは、フィルタ８１ａ〜８１ｅの主面８０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｅが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が32mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｅの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｆを回転させた場合は、回転テーブル８０の径が大きくなるにも関わらず、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜２９度に制限される。このように、同じ枚数のフィルタを用いた図９のフィルタ回転体１０８に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。

また、図１７に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｇは、フィルタ８１ａ〜８１ｆの主面８０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｆが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が32mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｆの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｇを回転させた場合は、ビーム径が5mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜２３度に制限される。このように、同じ枚数のフィルタを用いた図１０のフィルタ回転体２０８に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。

また、図１８（ａ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｈは、フィルタ８１ａ〜８１ｃの主面８０ａに沿った幅及び厚さが18mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｃが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が0.577mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｃの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｈを回転させた場合は、ビーム径が10mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜３８度に制限され、図１１のフィルタ回転体３０８に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。また、図１８（ｂ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｉは、フィルタ８１ａ〜８１ｃの主面８０ａに沿った幅及び厚さが26mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｃが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が14.577mm、回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｃの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が０度となるように配置された例である。このフィルタ回転体９０８Ｉを回転させた場合は、ビーム径が10mmの光Ｌ２の入射角の可変範囲が０度〜５０度となるが、図１１のフィルタ回転体３０８に比較して回転テーブル８０の径が２倍以上に大きくなる。

フィルタ回転体８Ａ，８Ｂのフィルタ８１ａ〜８１ｄに関する入射角度の可変範囲は、フィルタ８１ａ〜８１ｄの傾斜角を変更することで様々な範囲に設定することができる。

例えば、入射角度の可変範囲に含まれる最小角度は０度に限定されるものではない。具体的には、図１２に示すように、フィルタ８１ａ〜８１ｆを、主面８０ａ上の回転中心Ｃ_１とフィルタ８１ａ〜８１ｆの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が大きくなるように配置して、フィルタ８１ａ〜８１ｆに関する入射角の可変範囲を例えば２０度〜５０度になるように設定してもよい。同図では、フィルタ８１ａ〜８１ｆの主面８０ａに沿った幅及び厚さが11mm、2mmであって、フィルタ８１ａ〜８１ｆが、回転中心Ｃ_１からの最短距離が16.6mmとなるように設定され、光Ｌ２のビーム径が5mmと設定された例を示している。このように、入射角度の可変範囲に含まれる最小角度を０度より大きくすることで、入射角度変化に対する透過波長域の変化を大きくすることができ、全体の波長可変範囲を大幅に広げることができる。例えば、本実施形態のフィルタ８１ａにおいて入射角を０度〜３０度で変化させた場合では、ピーク波長の変化幅は、例えば、最大ピーク波長に対して5.43％となる。それに対して、フィルタ８１ａの入射角を２０度〜５０度で変化させた場合では、ピーク波長の変化幅が11.18％となり、同じ入射角の変化で透過波長域の変化を大きくとることができることがわかる。

また、本実施形態のフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに換えて、図１３に示すような遊星歯車機構を用いたフィルタ回転体４０８を採用しても良い。このフィルタ回転体４０８は、フィルタ８１ａ〜８１ｄを支持する支持部材として、太陽歯車部４８０ａ、４つの遊星歯車部４８０ｂ、及び内歯車部４８０ｃとを有し、内歯車部４８０ｃがＸＹ平面に沿って固定され、太陽歯車部４８０ａが回転機構８４によって回転可能に支持されている。そして、４つのフィルタ８１ａ〜８１ｃが、それぞれ、その光入射面８２がＸＹ平面に垂直になるように４つの遊星歯車部４８０ｂに対して固定されている。例えば、入射する光Ｌ２のビーム径10mm、フィルタの幅25mm、厚さ2mm、フィルタ回転体４０８の全体の直径80mmの場合には、太陽歯車部４８０ａの歯数80、遊星歯車部４８０ｂの歯数20、内歯車部４８０ｃの歯数120と設計されたフィルタ回転体４０８を用いれば、各フィルタに対する光Ｌ２の入射角を０〜６０度の範囲で変化させながら、遊星歯車部４８０ｂの自公転運動によってフィルタ８１ａ〜８１ｃを切り替えて使用することが可能にされる。従って、このようなフィルタ回転体４０８を備える光源装置１によれば、フィルタを支持する支持部材を小型化した上で、誘電体薄膜干渉フィルタに対する入射光の入射角の可変範囲をより広くすることができる。尚、内歯車部を固定した場合について説明したが、太陽歯車部を固定しても良い。

本発明の分光装置の実施形態としては、上述した光源装置以外に、外部から入力された光のうちで所定の波長成分を分光するための分光装置であってもよいし、分光された光を検出する検出器を内蔵する光検出装置であってもよい。

本発明の上述した各実施形態で用いる誘電体薄膜干渉フィルタは、バンドパスフィルタやハイパスフィルタ、ローパスフィルタの他、ノッチフィルタ等を適用しても良い。

１…光源装置、８１ａ〜８１ｈ…誘電体薄膜干渉フィルタ、８６ａ〜８６ｄ…交線、８Ａ，８Ｂ，１０８，２０８，３０８，４０８…フィルタ回転体（フィルタ部）、８０…回転テーブル（支持部材）、８０ａ…主面、８２，８３…端面、８７…内接円、４８０ａ…太陽歯車部、４８０ｂ…遊星歯車部、４８０ｃ…内歯車部、Ｌ２…入射光。

Claims (8)

1. 入射光の光路上に直列に並んで設けられた２つのフィルタ部を備えており、
   前記フィルタ部は、
   前記入射光を前記入射光の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させる誘電体薄膜干渉フィルタと、
   前記誘電体薄膜干渉フィルタを、前記入射光の前記入射角が変更可能なように支持する支持部材と、
   を有する、
   ことを特徴とする分光装置。
2. 前記２つのフィルタ部のうちの一方の前記フィルタ部の前記誘電体薄膜干渉フィルタは、ハイパスフィルタであり、前記２つのフィルタ部のうちの他方の前記フィルタ部の前記誘電体薄膜干渉フィルタは、ローパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載の分光装置。
3. 前記２つのフィルタ部の少なくとも１つの前記誘電体薄膜干渉フィルタは、バンドパスフィルタである、
   ことを特徴とする請求項１記載の分光装置。
4. 前記フィルタ部は、
   ｎ個（ｎは３以上の整数）の前記誘電体薄膜干渉フィルタと、
   前記誘電体薄膜干渉フィルタが主面上に立設され、前記主面に沿って所定点の周りを回転可能にされた平板状の前記支持部材とを備え、
   前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、光入射側或いは光出射側の端面が、前記支持部材の前記表面上の前記所定点と前記主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分光装置。
5. 前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、前記主面上において前記内接円の外側に位置するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の分光装置。
6. 前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、前記主面上の前記所定点と前記主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線が互いに等角度を成すように配置されている、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の分光装置。
7. 前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、前記主面上において前記所定点を中心にしてｎ回回転対称となるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の分光装置。
8. 前記支持部材は、太陽歯車、遊星歯車、及び内歯車を含む遊星歯車機構であり、
   前記誘電体薄膜干渉フィルタは、前記遊星歯車に対して固定されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分光装置。