JP2012145546A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広げることができる分光装置を提供する。
【解決手段】分光装置１によれば、遊星歯車機構１０に支持された各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄの回転移動とそれ自体の回転との協働により、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ間の干渉が広い回転移動範囲で低減されると共に、広い角度範囲で入射角が変化させられる。従って、遊星歯車機構１０を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。
【選択図】図２

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、上述した特許文献２記載の複数フィルタを備える波長可変フィルタでは、回転テーブルの回転時における複数のフィルタ間の干渉によって、透過波長の可変範囲が広く取れない傾向にあった。これは、あるフィルタへの入射角を大きく取ろうとすると入射光が他のフィルタと干渉しやすいために、それぞれのフィルタに対する入射角の範囲が制限されてしまうことに起因している。

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、装置を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広げることができる分光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る分光装置は、光源からの光を光の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させる複数の誘電体薄膜干渉フィルタと、複数の誘電体薄膜干渉フィルタを支持する支持部と、を備え、複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、第１の軸線の周りを回転移動可能であると共に、第１の軸線の周りを回転移動する第２の軸線を中心にして回転可能なように、支持部によって支持される、ことを特徴とする。

このような分光装置によれば、光源から誘電体薄膜干渉フィルタに入射した光は、その入射角に応じた波長範囲で選択的に誘電体薄膜干渉フィルタを透過して出力される。このとき、支持部に支持された誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれが第１の軸線の周りを回転移動することによって、光が透過する複数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、誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれに対する光の入射角も変化させることができる。さらに、誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれが、第１の軸線の周りを回転移動する第２の軸線を中心にして回転することによって、回転移動による入射角の変化のみならず、誘電体薄膜干渉フィルタ自体の回転による入射角の変化をも生じさせることができる。その結果、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の回転移動とそれ自体の回転との協働により、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉が広い回転移動範囲で低減されると共に、広い角度範囲で入射角を変化させることができる。従って、支持部を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。

ここで、支持部は、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、第２の軸線を中心にして回転可能な遊星歯車に対して固定されていると好適である。この場合、遊星歯車は、太陽歯車の周囲を回転移動すると同時に、第２の軸線を中心にしてそれ自体が回転する。そして、誘電体薄膜干渉フィルタがこの遊星歯車に固定されることで、上記の作用効果がより容易かつ確実に発揮される。

また、複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、第２の軸線上に配置されてもよい。この場合、複数の誘電体薄膜干渉フィルのそれぞれがその回転中心である第２の軸線上に配置されるため、光の入射角を容易に制御することができる。

また、複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、第２の軸線から当該誘電体薄膜干渉フィルタの表面或いは裏面に対して垂直な方向にずれた位置に配置されてもよい。この場合、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉をより広い回転移動範囲で低減できる。その結果として、誘電体薄膜干渉フィルタの大きさや入射角の可変範囲の広さを保ったまま、支持部を小型化することができる。

また、複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、第２の軸線から当該誘電体薄膜干渉フィルタの表面或いは裏面に対して平行な方向にずれた位置に配置されてもよい。この場合、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉をより広い回転移動範囲で低減できる。その結果として、誘電体薄膜干渉フィルタの大きさや入射角の可変範囲の広さを保ったまま、支持部を小型化することができる。

また、光源からの光を互いに直交する第１及び第２の直線偏光成分に分離する偏光分離素子と、偏光分離素子によって分離された第１及び第２の直線偏光成分のうちのいずれかの直線偏光成分を、偏光分離素子に戻すように反射させるミラー部材と、偏光分離素子とミラー部材との間に設けられたフィルタ部と、偏光分離素子とミラー部材との間に設けられた１／４波長板とを備え、フィルタ部は、支持部によって支持された誘電体薄膜干渉フィルタを有してもよい。

上記構成によれば、光源からの光のうち偏光分離素子によって分離された直線偏光成分が、ミラー部材によって偏光分離素子に向けて戻されることにより、偏光分離素子とミラー部材との間に配置されたフィルタ部及び１／４波長板を往復して透過された後に、偏光分離素子を介して光源からの光と分離して取り出される。これにより、フィルタ部を構成する誘電体薄膜干渉フィルタに対する入射角に関わらず出力光の光軸ずれが低減される。よって、出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。

本発明によれば、装置を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広げることができる。

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（ａ）は図１中のフィルタ回転機構の平面図、図２（ｂ）は遊星歯車に対する誘電体薄膜干渉フィルタの位置関係を示す平面図である。 図３（ａ）は第２実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図、図３（ｂ）は遊星歯車に対する誘電体薄膜干渉フィルタの位置関係を示す平面図である。 図３のフィルタ回転機構の斜視図である。 図５（ａ）は第３実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図、図５（ｂ）は遊星歯車に対する誘電体薄膜干渉フィルタの位置関係を示す平面図である。 図６（ａ）は第４実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図、図６（ｂ）は遊星歯車に対する誘電体薄膜干渉フィルタの位置関係を示す平面図である。 図７（ａ）は第５実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図、図７（ｂ）は遊星歯車に対する誘電体薄膜干渉フィルタの位置関係を示す平面図である。 第６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。

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。

［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（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、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、及びフィルタ回転機構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、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をフィルタ回転機構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、400nm〜700nm）を少なくとも含むように設定されている。

ここで、図２を参照して、フィルタ回転機構８の構造について詳細に述べる。

図２（ａ）に示すように、フィルタ回転機構８は、Ｚ軸に平行な軸線（第１の軸線）Ａを有する遊星歯車機構（支持部）１０と、遊星歯車機構１０によって支持されて、ＸＹ平面に垂直に立設された４枚のバンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄとによって構成されている。なお、図２（ａ）では、遊星歯車機構１０のベース部８０（図１参照）の図示は、省略されている。

バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、表面１２と裏面１３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フィルタである。このような構造により、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、光Ｌ２の入射面となる表面１２又は裏面１３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枚のバンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ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。

例えば、バンドパスフィルタ１１ａは、入射面に対する光の入射角が０度の場合は、中心波長が約700nmで半値幅が数nm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し、入射角が５０度の場合は中心波長が約600nmの透過波長域の特性を有する。また、バンドパスフィルタ１１ｂ〜１１ｄ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、入射角が５０度の場合に中心波長が約520nm、約450nm、約390nmとなり、バンドパスフィルタ１１ａとは異なる透過波長域特性を有する。つまり、入射角が０度のピーク波長を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従ってピーク波長が短くなり、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。

遊星歯車機構１０は、軸線Ａに沿う駆動軸（図示せず）に連結された１個の太陽歯車１６と、太陽歯車１６の外周側に噛み合う４個の遊星歯車１７ａ〜１７ｄと、太陽歯車１６との間で遊星歯車１７ａ〜１７ｄを挟むようにして固定され、遊星歯車１７ａ〜１７ｄに噛み合う１個の内歯車１８とを有している。内歯車１８は、ＸＹ平面に沿ってベース部８０（図１参照）に固定され、太陽歯車１６は、ＸＹ平面に沿って回転可能となるようベース部８０によって支持されている。太陽歯車１６の軸線Ａは、光Ｌ２の光軸から所定長さ（例えば、太陽歯車１６の半径に遊星歯車１７ａの半径を加えた長さ）離間している。遊星歯車１７ａ〜１７ｄは、軸線Ａに平行な軸線（第２の軸線）Ｂａ〜Ｂｄを各々有しており、軸線Ａの周方向において等間隔に配置されている。各遊星歯車１７ａ〜１７ｄは、太陽歯車１６の回転に伴って、軸線Ａの周りでＸＹ平面に沿う軌道上を回転移動可能であると同時に、各々の軸線Ｂａ〜Ｂｄを中心にして回転可能になっている。

太陽歯車１６の歯数、各遊星歯車１７ａ〜１７ｄの歯数、内歯車１８の歯数において、以下の関係が成り立っている。
内歯車１８の歯数＝太陽歯車１６の歯数＋各遊星歯車１７ａ〜１７ｄ歯数×２

前述した各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、各遊星歯車１７ａ〜１７ｄに対して固定されている。より詳しくは、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、各々の中心点が各軸線Ｂａ〜Ｂｄ上に位置するように配置されている（図２（ｂ）の軸線Ｂａおよび中心点１５ａ参照）。各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄの表面１２および裏面１３は、回転移動の軌道に平行な面、すなわちＸＹ平面に対してほぼ垂直になるように配置されている。さらに、軸線Ｂａと軸線Ａとを含む平面が光Ｌ２の光軸に対して垂直になるとき（図２（ａ）に示す状態のとき）、バンドパスフィルタ１１ａの表面１２および裏面１３は、光Ｌ２の光軸に対して垂直になっている。また、軸線Ａを中心にしてバンドパスフィルタ１１ａに対向するバンドパスフィルタ１１ｃの表面１２および裏面１３も、光Ｌ２の光軸に対して垂直になっている。一方、軸線Ａの周方向においてバンドパスフィルタ１１ａ，１１ｃとは９０度ずれた位置に配置されるバンドパスフィルタ１１ｂ，１１ｄの表面１２および裏面１３は、光Ｌ２の光軸に対して平行になっている。

ここで、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄには、各軸線Ｂａ〜Ｂｄと軸線Ａとを含む平面に対する表面１２および裏面１３の傾斜角を微調整するためのシャフト部材やネジ部材等の回転軸部材が取り付けられてもよい。

上記構造のフィルタ回転機構８では、駆動軸の回転により太陽歯車１６が回転すると、各遊星歯車１７ａ〜１７ｄと共に各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄが軸線Ａの周りを回転移動する。さらに、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、その回転移動と同時に、各軸線Ｂａ〜Ｂｄを中心にして回転する。言い換えれば、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、軸線Ａの周りを公転すると同時に各軸線Ｂａ〜Ｂｄを中心にして自転する。

そして、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ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共に、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄに対する光Ｌ２の入射角を所定の角度範囲で変更可能になる。この場合の各バンドパスフィルタの入射角の可変範囲は、光Ｌ２のビーム径（幅）、バンドパスフィルタの枚数、及びバンドパスフィルタの形状や配置、各歯車の歯数等によって決まる。

図１に戻って、光変換光学系５には、フィルタ回転機構８によって透過された光Ｌ３の光軸に沿って、＋Ｘ軸方向に順に、ビームサンプラー２１、シャッタ２２、及び集光レンズ２３が配設されている。光Ｌ３は、その一部がビームサンプラー２１によって反射されて、パワーモニタ２４に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、光Ｌ３は、ビームサンプラー２１、シャッタ２２、集光レンズ２３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、フィルタ回転機構８の遊星歯車機構１０を駆動する駆動回路３２と、光源用電源３１、駆動回路３２、及びパワーモニタ２４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２４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、遊星歯車機構１０の太陽歯車１６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１１ａ〜１１ｄに対する光Ｌ２の入射角が所定の角度になるように太陽歯車１６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に対応して定められる。

図２（ａ）を参照して、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄの入射角の可変範囲について例示する。図２（ａ）に示す例では、フィルタ回転機構８の諸元は以下のとおりである。
光Ｌ２のビーム径：１０ｍｍ
バンドパスフィルタ数：４枚
バンドパスフィルタ幅：２５ｍｍ
バンドパスフィルタ厚：２ｍｍ
太陽歯車１６の歯数：８０
各遊星歯車１７ａ〜１７ｄの歯数：２０
内歯車１８の歯数：１２０
各歯車のモジュール：０．５

図２（ａ）では、バンドパスフィルタ１１ａへの光Ｌ２の入射角が０度の場合を実線で示している。また、太陽歯車１６を反時計回りに回転させて、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄを反時計回りに公転させると同時に時計回りに自転させることにより、バンドパスフィルタ１１ａへの光Ｌ２の入射角を変化させた場合を仮想線で示している。このように、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ間の干渉を所定の回転移動（公転）範囲で回避しつつ、各々の自転によって広い角度範囲で光Ｌ２の入射角を変化させることができる。上記の場合、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄにおける光Ｌ２の入射角の可変範囲は、０〜６０度となる。

このようにして、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ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、光源装置１の発光波長の可変域として０〜６０度の広い範囲が実現される。また、遊星歯車機構１０では、直径が７５ｍｍと小型化が図られている。

以上説明した光源装置１によれば、光源３から各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄに入射した光Ｌ２は、その入射角に応じた波長範囲で選択的に各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄを透過して出力される。このとき、遊星歯車機構１０に支持された各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄが軸線Ａの周りを回転移動することによって、光Ｌ２が透過するバンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄが交互に切り替えられると共に、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄに対する光Ｌ２の入射角が変化させられる。さらに、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄが、各軸線Ｂａ〜Ｂｄを中心にして回転することによって、回転移動による入射角の変化のみならず、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ自体の回転による入射角の変化が生じる。その結果、透過波長が連続的に変更される。特に、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄの回転移動とそれ自体の回転との協働により、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄ間の干渉が広い回転移動範囲で低減されると共に、広い角度範囲で入射角が変化させられる。従って、遊星歯車機構１０を大型化すること無く選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。

また、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄを支持する支持部が遊星歯車機構１０であり、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄは、各軸線Ｂａ〜Ｂｄを中心にして回転可能な各遊星歯車１７ａ〜１７ｄに対して固定されているため、上記の作用効果がより容易かつ確実に発揮される。特に、単一の駆動源で上記の作用効果が得られるため、装置構成を簡易にすることができ、装置の小型化にも適している。

また、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄがその回転中心である各軸線Ｂａ〜Ｂｄ上に配置されるため、光Ｌ２の入射角を容易に制御することができる。

［第２実施形態］
図３（ａ）は、第２実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図、図４は、フィルタ回転機構の斜視図である。第２実施形態に係る光源装置は、フィルタ回転機構の構成のみが第１実施形態の光源装置１と異なっている。第２実施形態のフィルタ回転機構８Ａが第１実施形態のフィルタ回転機構８と異なる点は、軸線Ａの周方向において等間隔に配置された５個の遊星歯車１７ａ〜１７ｅを有する遊星歯車機構１０Ａを備えた点と、これらの各遊星歯車１７ａ〜１７ｅに対して固定された５枚のバンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅを備えた点である。このフィルタ回転機構８Ａでは、軸線Ｂａと軸線Ａとを含む平面が光Ｌ２の光軸に対して垂直になるとき（図３（ａ）及び図４に示す状態）、バンドパスフィルタ１１ａの表面１２および裏面１３は、光Ｌ２の光軸に対して垂直になっており、他のバンドパスフィルタ１１ｂ〜１１ｅの表面１２および裏面１３も、光Ｌ２の光軸に対して垂直になっている。

図３（ａ）に示す例では、フィルタ回転機構８Ａの諸元は以下のとおりである。
光Ｌ２のビーム径：１０ｍｍ
バンドパスフィルタ数：５枚
バンドパスフィルタ幅：２５ｍｍ
バンドパスフィルタ厚：２ｍｍ
太陽歯車１６の歯数：８０
各遊星歯車１７ａ〜１７ｅの歯数：２０
内歯車１８の歯数：１２０
各歯車のモジュール：０．８

この場合、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅにおける光Ｌ２の入射角の可変範囲は、０〜６０度となる。

なお、フィルタ回転機構８Ａのように均等配置された奇数枚のバンドパスフィルタを有する場合、太陽歯車１６の軸線Ａを中心にして互いに対向するバンドパスフィルタは存在しないため、光Ｌ２の光軸が軸線Ａと交わるようにして遊星歯車機構１０Ａを配置しても複数のバンドパスフィルタ間の干渉を回避できる。このように、フィルタ回転機構８Ａの中心に光Ｌ２を入射させる構成を採用した場合、装置のコンパクト化を図ることができる。

［第３実施形態］
図５（ａ）は、第３実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図である。第３実施形態に係る光源装置は、フィルタ回転機構の構成のみが第２実施形態の光源装置と異なっている。第３実施形態のフィルタ回転機構８Ｂが第２実施形態のフィルタ回転機構８Ａと異なる点は、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの中心点１５ａ〜１５ｅが、各軸線Ｂａ〜Ｂｅから各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの表面１２および裏面１３に対して垂直な方向（図５（ａ）では−Ｘ軸方向）に所定距離ｄだけずれた位置に配置された点である（図５（ｂ）参照）。この変更に伴い、遊星歯車機構１０Ａは遊星歯車機構１０Ｂに変更されている。すなわち、フィルタ回転機構８Ｂの各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅは、各遊星歯車１７ａ〜１７ｅに対して表面１２および裏面１３に垂直な方向に偏心している。

図５（ａ）に示す例では、フィルタ回転機構８Ｂの諸元は以下のとおりである。
光Ｌ２のビーム径：１０ｍｍ
バンドパスフィルタ数：５枚
バンドパスフィルタ幅：２５ｍｍ
バンドパスフィルタ厚：２ｍｍ
太陽歯車１６の歯数：８０
各遊星歯車１７ａ〜１７ｅの歯数：２０
内歯車１８の歯数：１２０
各歯車のモジュール：０．５
各中心点１５ａ〜１５ｅの各軸線Ｂａ〜Ｂｅからのずれｄ：８ｍｍ

この場合、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅにおける光Ｌ２の入射角の可変範囲は、０〜６０度となる。特に、遊星歯車機構１０Ｂでは、直径が８１ｍｍと遊星歯車機構１０Ａに比して小型化が図られている。

本実施形態の光源装置によれば、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅは、各軸線Ｂａ〜Ｂｅから各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの表面１２および裏面１３に対して垂直な方向（図５（ａ）では−Ｘ軸方向）にずれた位置に配置されるため、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅ間の干渉をより広い回転移動範囲で低減できる。その結果として、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの大きさや入射角の可変範囲の広さを保ったまま、遊星歯車機構１０Ｂを小型化することができる。

［第４実施形態］
図６（ａ）は、第４実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図である。第４実施形態に係る光源装置は、フィルタ回転機構の構成のみが第２実施形態の光源装置と異なっている。第４実施形態のフィルタ回転機構８Ｃが第２実施形態のフィルタ回転機構８Ａと異なる点は、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの中心点１５ａ〜１５ｅが、各軸線Ｂａ〜Ｂｅから各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの表面１２および裏面１３に対して平行な方向（図６（ａ）では＋Ｙ軸方向）に所定距離ｄだけずれた位置に配置された点である（図６（ｂ）参照）。この変更に伴い、遊星歯車機構１０Ａは遊星歯車機構１０Ｃに変更されている。すなわち、フィルタ回転機構８Ｃの各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅは、各遊星歯車１７ａ〜１７ｅに対して表面１２および裏面１３に平行な方向に偏心している。

図６（ａ）に示す例では、フィルタ回転機構８Ｃの諸元は以下のとおりである。
光Ｌ２のビーム径：１０ｍｍ
バンドパスフィルタ数：５枚
バンドパスフィルタ幅：２５ｍｍ
バンドパスフィルタ厚：２ｍｍ
太陽歯車１６の歯数：８０
各遊星歯車１７ａ〜１７ｅの歯数：２０
内歯車１８の歯数：１２０
各歯車のモジュール：０．５
各中心点１５ａ〜１５ｅの各軸線Ｂａ〜Ｂｅからのずれｄ：８ｍｍ

この場合、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅにおける光Ｌ２の入射角の可変範囲は、０〜６０度となる。特に、遊星歯車機構１０Ｃでは、直径が８７ｍｍと遊星歯車機構１０Ａに比して小型化が図られている。

本実施形態の光源装置によれば、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅは、各軸線Ｂａ〜Ｂｅから各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの表面１２および裏面１３に対して平行な方向（図６（ａ）では＋Ｙ軸方向）にずれた位置に配置されるため、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅ間の干渉をより広い回転移動範囲で低減できる。その結果として、バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｅの大きさや入射角の可変範囲の広さを保ったまま、遊星歯車機構１０Ｃを小型化することができる。

［第５実施形態］
図７（ａ）は、第５実施形態に係る光源装置に適用されるフィルタ回転機構の平面図である。第５実施形態に係る光源装置は、フィルタ回転機構の構成のみが第１実施形態の光源装置１と異なっている。第５実施形態のフィルタ回転機構８Ｄが第１実施形態のフィルタ回転機構８と異なる点は、軸線Ｂａと軸線Ａとを含む平面が光Ｌ２の光軸に対して垂直になるとき（図７（ａ）に示す状態）、軸線Ａの周方向においてバンドパスフィルタ１１ａ，１１ｃとは９０度ずれた位置に配置されるバンドパスフィルタ１１ｂ，１１ｄの表面１２および裏面１３も、光Ｌ２の光軸に対して垂直になっている点である。この変更に伴い、遊星歯車機構１０は遊星歯車機構１０Ｄに変更されている。

図７（ａ）に示す例では、フィルタ回転機構８Ｄの諸元は以下のとおりである。
光Ｌ２のビーム径：１０ｍｍ
バンドパスフィルタ数：４枚
バンドパスフィルタ幅：２５ｍｍ
バンドパスフィルタ厚：２ｍｍ
太陽歯車１６の歯数：７２
各遊星歯車１７ａ〜１７ｄの歯数：２４
内歯車１８の歯数：１２０
各歯車のモジュール：０．５

この場合、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄにおける光Ｌ２の入射角の可変範囲は、０〜６０度となる。特に、遊星歯車機構１０Ｄでは、直径が７３ｍｍと遊星歯車機構１０と同様に小型化が図られている。さらには、フィルタ回転機構８Ｄでは、表面１２が常に光Ｌ２の入射面となるため、各バンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄの表裏の反転を考慮する必要がない。

［第６実施形態］
図８は、第６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８に示す第６実施形態に係る光源装置１Ｅは、フィルタ回転機構の構成は第１実施形態の光源装置１と同じであり、光変換光学系の構成が第１実施形態の光源装置１と異なっている。

より具体的には、第６実施形態の光変換光学系５Ｅ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、偏光分離素子４８、フィルタ回転機構８、１／４波長板５０、及び高反射ミラー（ミラー部材）５１が設けられている。この光源装置１Ｅでは、フィルタ回転機構８はフィルタ部に相当する。

偏光分離素子４８は、波長選択素子７を透過した光Ｌ２を受け、光Ｌ２を互いに直交する第１及び第２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）である。具体的には、この偏光分離素子４８は、光Ｌ２からＹ軸に沿った偏光方向を有する第１の偏光成分Ｌ５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第２の偏光成分Ｌ６を分離して＋Ｙ軸方向に反射させる。この偏光分離素子４８を透過した第１の偏光成分Ｌ５は、フィルタ回転機構８に入射すると同時に、偏光分離素子４８を反射した第２の偏光成分Ｌ６は、ビームダンパー５３に入射することにより消失する。

フィルタ回転機構８と高反射ミラー５１との間に配置された１／４波長板５０は、フィルタ回転機構８を＋Ｘ軸方向に透過してきた偏光成分Ｌ５を、水平偏光から円偏光に変換する。高反射ミラー５１は、円偏光に変換された偏光成分Ｌ５を、−Ｘ軸方向に沿って１／４波長板５０、フィルタ回転機構８、及び偏光分離素子４８に戻すように反射させる。そして、１／４波長板５０は、高反射ミラー５１によって反射された偏光成分Ｌ５を、円偏光から垂直偏光に変換する。垂直偏光に変換された偏光成分Ｌ５は、−Ｘ軸方向に沿って、再びフィルタ回転機構８を透過した後に偏光分離素子４８に入射し、偏光分離素子４８によって−Ｙ軸方向に反射されることによって光源３からの光Ｌ２と分離される。

さらに、光変換光学系５Ｅには、偏光分離素子４８に対して−Ｙ軸方向に順に並ぶように、ビームサンプラー５４、偏光解消板５５、シャッタ５６、及び集光レンズ５７が設けられている。偏光分離素子４８において−Ｙ軸方向に反射された偏光成分Ｌ５は、その一部がビームサンプラー５４によって反射されて、パワーモニタ５８に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、偏光成分Ｌ５は、ビームサンプラー５４、偏光解消板５５、シャッタ５６、集光レンズ５７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。この偏光解消板５５は、直線偏光である偏光成分Ｌ５をランダムな偏光成分（非偏光）に変更するための素子である。

このような光源装置１Ｅによれば、光源３からの光のうち偏光分離素子４８によって分離された直線偏光成分Ｌ５が、高反射ミラー５１によって偏光分離素子４８に向けて戻されることにより、偏光分離素子４８と高反射ミラー５１との間に配置されたフィルタ回転機構８及び１／４波長板５０を往復して透過された後に、偏光分離素子４８を介して光源３からの光と分離して取り出される。これにより、フィルタ回転機構８を構成するバンドパスフィルタ１１ａ〜１１ｄに対する入射角に関わらず出力光の光軸ずれが低減される。すなわち、偏光成分Ｌ５は、バンドパスフィルタ１１ａを表面１２側から入射して透過した後、高反射ミラー５１によって反射されて、バンドパスフィルタ１１ａを裏面１３側から再度入射して透過する。その結果、偏光分離素子４８に戻される際には偏光成分Ｌ５の光軸ずれはキャンセルされることになる。

また、偏光成分Ｌ５がフィルタ回転機構８を往復して透過することにより、バンドパスフィルタでの二乗の光阻止効果が得られ、従来に斜入射時に発生していた光阻止性能の低下を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、太陽歯車１６に駆動軸が連結されると共に内歯車１８が固定される場合について説明したが、これとは逆に、内歯車１８に駆動軸が連結されると共に太陽歯車１６が固定される構成としてもよい。また、上記実施形態では、バンドパスフィルタを支持する支持部として遊星歯車機構が用いられる場合について説明したが、誘電体薄膜干渉フィルタを自公転可能に支持する機構であればいかなる機構であってもよく、バンドパスフィルタの各々が別個の駆動源によって駆動されてもよい。

また、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の他、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ等を適用しても良い。

１，１Ｅ…光源装置、３…光源、８…フィルタ回転機構（フィルタ部）、１０…遊星歯車機構（支持部）、１１ａ〜１１ｅ…バンドパスフィルタ（誘電体薄膜干渉フィルタ）、１２…表面、１３…裏面、１６…太陽歯車、１７ａ〜１７ｅ…遊星歯車、１８…内歯車、４８…偏光分離素子、５０…１／４波長板、５１…高反射ミラー（ミラー部材）、Ａ…軸線（第１の軸線）、Ｂａ〜Ｂｅ…軸線（第２の軸線）、Ｌ５，Ｌ６…直線偏光成分。

Claims (6)

1. 光源からの光を前記光の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させる複数の誘電体薄膜干渉フィルタと、
   前記複数の誘電体薄膜干渉フィルタを支持する支持部と、を備え、
   前記複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、第１の軸線の周りを回転移動可能であると共に、前記第１の軸線の周りを回転移動する第２の軸線を中心にして回転可能なように、前記支持部によって支持される、
   ことを特徴とする分光装置。
2. 前記支持部は、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、前記第２の軸線を中心にして回転可能な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記載の分光装置。
3. 前記複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、前記第２の軸線上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の分光装置。
4. 前記複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、前記第２の軸線から当該誘電体薄膜干渉フィルタの表面或いは裏面に対して垂直な方向にずれた位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の分光装置。
5. 前記複数の誘電体薄膜干渉フィルタのそれぞれは、前記第２の軸線から当該誘電体薄膜干渉フィルタの表面或いは裏面に対して平行な方向にずれた位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の分光装置。
6. 前記光源からの前記光を互いに直交する第１及び第２の直線偏光成分に分離する偏光分離素子と、
   前記偏光分離素子によって分離された前記第１及び第２の直線偏光成分のうちのいずれかの直線偏光成分を、前記偏光分離素子に戻すように反射させるミラー部材と、
   前記偏光分離素子と前記ミラー部材との間に設けられたフィルタ部と、
   前記偏光分離素子と前記ミラー部材との間に設けられた１／４波長板とを備え、
   前記フィルタ部は、前記支持部によって支持された前記誘電体薄膜干渉フィルタを有する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の分光装置。

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