JP2014169889A - チューナブルフィルタおよび任意スペクトル分布を有する光源 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ出射光量の大きなチューナブルフィルタを提供する。
【解決手段】チューナブルフィルタは、偏光分岐部と、波長分散型分光素子と、反射型空間変調素子とを備え、偏光分岐部は、入射した入射光を反射光としての第１直線偏光と透過光としての第２直線偏光とに分離する第１分岐面を有する第１分離結合部材と、第２直線偏光を反射する第１反射面を有する第１反射部材と、第１直線偏光を反射する第２反射面を有する第２反射部材と、第２反射面で反射した第１直線偏光を透過すると共に第１反射面で反射した第２直線偏光を反射する第２分岐面を有する第２分離結合部材とを有し、反射型空間変調素子が反射した２つのスペクトル像の変調光を波長分散型分光素子および偏光分岐部に再入射することにより、反射型空間変調素子が変調した波長領域成分と、変調しなかった波長領域成分とを分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チューナブルフィルタおよび任意スペクトル分布を有する光源に関する。

従来、複屈折性結晶で構成した偏光ビームスプリッタを用いるチューナブルフィルタが知られている。例えば特許文献１には、入力光をウォラストンプリズムやノマルスキープリズムにより互いに直交する振動方向を有する２つの直線偏光に分岐し、それら２つの直線偏光を互いに独立して変調した後、１つの光にまとめて出力する構成のチューナブルフィルタが記載されている。

国際公開ＷＯ２００８／１４９６７７号公報

特許文献１に記載のチューナブルフィルタには、出射光量を大きくすることが困難であるという問題があった。

請求項１に記載のチューナブルフィルタは、光源から入射した入射光を、互いに直交する電場振動方向を有する第１直線偏光と第２直線偏光とに分岐する偏光分岐部と、前記偏光分岐部で分岐された前記第１直線偏光および前記第２直線偏光の各々により形成された像を、一方向について波長に応じた広がりを有する分散しているスペクトル像に分光する波長分散型分光素子と、前記第１直線偏光および前記第２直線偏光の各々に対応する２つの前記スペクトル像に対して互いに独立に、各波長領域の直線偏光を変調して反射する反射型空間変調素子とを備え、前記偏光分岐部は、前記光源中心から発せられた光束の中心光線とみなせる光線を以下主光線と呼ぶとき、前記入射光の光軸主光線を含む任意の仮想平面に対して垂直に且つ前記光軸主光線に対して第１の所定角度を有するように設けられた第１分岐面であって、入射した前記入射光を反射光としての前記第１直線偏光と透過光としての前記第２直線偏光とに分離する第１分岐面を有する第１分離結合部材と、前記仮想平面に対して垂直に且つ前記第１分岐面と第２の所定角度を成すように設けられ、前記第２直線偏光を反射する第１反射面を有する第１反射部材と、前記仮想平面に対して垂直に且つ前記第１分岐面と第３の所定角度を成すように設けられ、前記第１直線偏光を反射する第２反射面を有する第２反射部材と、前記第１分岐面に対して略平行に設けられ、前記第２反射面で反射した前記第１直線偏光を前記波長分散型分光素子に向けて透過すると共に前記第１反射面で反射した前記第２直線偏光を前記波長分散型分光素子に向けて反射する第２分岐面を有する第２分離結合部材とを有し、前記反射型空間変調素子が反射した前記２つのスペクトル像の変調光を前記波長分散型分光素子および前記偏光分岐部に再入射することにより、前記反射型空間変調素子が変調した波長領域成分と、変調しなかった波長領域成分とを分離することを特徴とする。
請求項９に記載の任意スペクトル分布を有する光源は、請求項１〜８のいずれか一項に記載のチューナブルフィルタと、前記入射光を発生させるレーザ励起光源と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型かつ出射光量の大きなチューナブルフィルタを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るチューナブルフィルタ１００の全体構成を示す模式図である。 図１に示した光源部３０およびその近傍の拡大図である。 図１に示した偏光分岐部１２０およびその近傍の拡大図である。 第１反射部材１２６の構成を示す模式図である。 第２の実施の形態に係る偏光分岐部２２０の構成を示す模式図である。 第３の実施の形態に係る出力部３６０の構成を示す模式図である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るチューナブルフィルタ１００の全体構成を示す模式図である。なお図１では、紙面の都合上、複数のレンズ等により構成される光学系を矢印記号により薄肉レンズとして図示している。また、光路を表す直線近傍に、当該光路を通る光束を、当該光束の向きを表す白抜きの矢印として図示している。

チューナブルフィルタ１００は、光源部３０から出射されたスペクトル幅を持った入射光を変調して、所定のスペクトル分布を有する出射光を出射する。つまり、チューナブルフィルタ１００は、入射光７０を発生させるレーザ励起光源である光源部３０と組み合わせることにより、任意スペクトル分布を有する光源を構成する。チューナブルフィルタ１００は、第１光学系１１０、偏光分岐部１２０、第２光学系１３０、分光部１４０、反射型空間変調素子１５０、変調素子ドライバ１５６および二分岐ライトガイド１６０を有する。

光源部３０から出射された入射光７０は、チューナブルフィルタ１００の第１光学系１１０に入射する。以下、光源部３０内の発光中心点から発せられる光束について記述することにし、また光束中心光線を主光線と呼ぶとき、第１光学系１１０は入射光７０を第１光学系１１０の光軸に平行な主光線が一致するような平行光束にコリメートし、偏光分岐部１２０に向けて出射する。偏光分岐部１２０はこの平行光束を、互いに直交する電場振動方向を有する第１直線偏光７２および第２直線偏光７３に分岐する。第１直線偏光７２および第２直線偏光７３は、所定の角度を成して偏光分岐部１２０から出射する。すなわち、偏光分岐部１２０は、第１直線偏光７２と第２直線偏光７３の進行方向を、図１の上下方向に分離する。以下の説明では、第１直線偏光７２の電場振動方向がｚ方向であり、第２直線偏光７３の電場振動方向がｙ方向であるものとする。なお、偏光分岐部１２０の構成については後に詳述する。

偏光分岐部１２０を出射した平行光束の第１直線偏光７２と第２直線偏光７３は、それぞれ第２光学系１３０に入射する。第２光学系１３０は、第１直線偏光７２を、主光線が第２光学系１３０の光軸に平行な収束光７４に変換し、分光部１４０に向けて出射する。第２光学系１３０は更に、第２直線偏光７３を、主光線が第２光学系１３０の光軸に平行な収束光７５に変換し、分光部１４０に向けて出射する。

分光部１４０は、スリット１４２、コリメータ光学系１４４、波長分散型分光素子１４６および集光光学系１４８を有する。分光部１４０は、スリット１４２に入射した収束光７４，７５が形成した像の各々を、ｚ方向について波長に応じた広がりを有する２つのスペクトル像に分光する。ここで、スリット１４２は第２光学系１３０の後側焦平面に配置される。また、コリメータ光学系１４４は、スリット１４２と波長分散型分光素子１４６とがそれぞれコリメータ光学系１４４の前側焦点、後側焦点位置と一致するように配置される。

分光部１４０において、第２光学系１３０を出射した収束光７４，７５は、スリット１４２に収束する。つまり、第２光学系１３０により、スリット１４２の開口面上に、入射光７０の偏光成分別に２つの光源部３０発光源共役像が形成される。スリット１４２は、波長分散型分光素子１４６の分光方向（ｚ方向）に細く、それと直角な方向（ｙ方向）に長い。スリット１４２の開口面上に形成される２つの光源部３０発光源共役像は、レーザ励起光源を光源として用いた場合それぞれ直径１ｍｍ内に収まる程度の大きさにすることが可能である。この場合、２つの共役像の中心点の間隔は５ｍｍ程度確保すればよく、スリット１４２の長辺方向（ｙ方向）の長さも６〜７ｍｍ程度でよい。

スリット１４２を通過した２つの光７６，７７は、コリメータ光学系１４４に入射する。コリメータ光学系１４４は正のパワーを有する光学系であり、その前側焦点がスリット１４２の開口中心となるように配置される。コリメータ光学系１４４に入射した２つの光７６，７７は、それぞれコリメータ光学系１４４によりコリメートされ、２つの平行光束７８，７９となって波長分散型分光素子１４６に入射する。波長分散型分光素子１４６は透過型の平面グレーティングであり、入射した光がｚ方向に波長に応じて広がるように配置される。波長分散型分光素子１４６に入射した２つの平行光束７８，７９はそれぞれ、波長分散型分光素子１４６により波長分散作用を受け、波長に応じて異なる角度で偏向する。つまり、２つの平行光束７８，７９はそれぞれ波長に応じたｚ方向への広がりを持って波長分散型分光素子１４６を出射する。

波長分散型分光素子１４６を出射した２つの平行光束７８，７９はそれぞれ、集光光学系１４８により主光線が集光光学系１４８の光軸に平行な収束光となり、反射型空間変調素子１５０に入射する。反射型空間変調素子１５０は、ｙ方向に並んで配置されている第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４を有する。波長分散型分光素子１４６は、集光光学系１４８の前側焦点位置に配置され、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４は、集光光学系１４８の後側焦点位置に配置される。反射型空間変調素子１５０に入射した２つの収束光は、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４の各々の上に像を結ぶ。第１液晶素子アレイ１５２上に結像した像は、第２直線偏光７３に対応しており、第２液晶素子アレイ１５４上に結像した像は、第１直線偏光７２に対応している。第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４は、例えばＬＣＯＳなどの反射型液晶デバイスであり、それぞれ、ｚ方向に並んで配された複数の液晶素子により形成される。

変調素子ドライバ１５６は、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４の複数の液晶素子の各々に印加する電圧を互いに独立して調整することにより、各液晶素子に入射する光の位相変化度合リターデーションを調節する。すなわち、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４で反射後、入射してきた経路を逆にたどって戻っていく光束の偏光状態（一般には楕円偏光になっている）を、各液晶素子に入射した光ごとに変える。この場合に、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４への入射光は、波長に応じて、複数の液晶素子が並んでいる方向（ｚ方向）に広がったスペクトル像なので、入射した光の波長に対応した位置にある液晶素子の位相変化量リターデーションを調整することにより、当該波長ごとに光の偏光状態を変調することができる。また、第１液晶素子アレイ１５２と第２液晶素子アレイ１５４とは、互いに独立して動作するので、例えばグレーティングの偏光特性など光学系の偏光状態透過特性に偏りが存在する場合、これを補償することもできる。

反射型空間変調素子１５０で反射された変調光８０，８１は、分光部１４０を経て偏光分岐部１２０に再入射される。これにより、変調光のうち、反射型空間変調素子１５０で偏光状態が変調された変調成分光と、変調されなかった非変調成分光とが偏光分岐部１２０から分岐して出射される。より詳細には下記の通りである。

まず、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４で変調されて反射された２つの変調光８０，８１のそれぞれは、集光光学系１４８により波長分散型分光素子１４６に再入射される。波長分散型分光素子１４６は、波長毎に分散していた変調光８０，８１を、それぞれ対応する２つの平行光束８２，８３に集める合波する。ここで、変調光８０から集光合波された平行光束８２は、偏光分岐部１２０において分離された第１直線偏光７２に対応している。この平行光束８２に関して、第１液晶素子アレイ１５２によって偏光状態が変調されなかった波長光の電場振動方向はｚ方向のままである。一方、第１液晶素子アレイ１５２によって偏光状態が変調された波長光の電場振動方向は、変調の度合に応じてｚ方向成分とｙ方向成分とが合成された状態となる。同様に、変調光８１から集光合波された平行光束８３は、偏光分岐部１２０において分離された第２直線偏光７３に対応している。この平行光束８３に関して、第２液晶素子アレイ１５４によって偏光状態が変調されなかった波長光の電場振動方向はｙ方向のままである。一方、第２液晶素子アレイ１５４によって偏光状態が変調された波長光の電場振動方向は、変調の度合に応じてｙ方向成分とｚ方向成分とが合成された状態となる。

波長分散型分光素子１４６により集められた合波されて形成された２つの平行光束８２，８３は、コリメータ光学系１４４によりスリット１４２上にそれぞれ集光され、スリット１４２を通過して第２光学系１３０に再入射する。第２光学系１３０に再入射した２つの光束は平行光束８６，８７となって、偏光分岐部１２０に再入射する。図１に示す実施形態においては、偏光分岐部１２０へ２つの平行光束８６，８７が再入射する光路は、偏光分岐部１２０から分岐して出射した第１直線偏光７２および第２直線偏光７３の光路にそれぞれ一致する。

偏光分岐部１２０に再入射した２つの平行光束８６，８７は、３つの光束８８，８９，９０となって偏光分岐部１２０から出射する。第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４により偏光状態の変調を受けなかった成分（電場振動方向がｙ方向の波長成分と、電場振動方向がｚ方向の波長成分とが含まれる）は、偏光分岐部１２０によって一つの光束８９にまとめられ、光源部３０から出射される出射光７０と同一の経路で、光源部３０に戻る。第１直線偏光７２のうち第２液晶素子アレイ１５４で偏光状態の変調を受けたことにより発生した電場振動方向がｙ方向の成分、および、第２直線偏光７３のうち偏光状態の変調を受けたことにより発生した電場振動方向がｚ方向の成分は、偏光分岐部１２０によって分離され、図１に示す光束８８，９０となり、それぞれ第１光学系１１０の光軸の外側に広がって進行する。

外側に広がって進行した光束９０，８８のそれぞれは、第１光学系１１０により集光され、二分岐ライトガイド１６０の第１端面１６２および第２端面１６４のそれぞれに入射する。二分岐ライトガイド１６０は複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバであり、第１端面１６２と第２端面１６４とのそれぞれに入射した２つの光束を一つの光にまとめた出射光９１を出射する。

以上で説明したチューナブルフィルタ１００において、二分岐ライトガイド１６０から出射する出射光のスペクトル分布は、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４によって受けた位相変化量リターデーション量に応じて決まるので、変調素子ドライバ１５６の出力により、このスペクトル分布を変化させることができ、チューナブルフィルタとしての作用を果たす。

（光源部３０の説明）
図２は、図１に示した光源部３０をｙ方向から（図１の下方から）見た図である。光源部３０は、光源反射部材３２、光源ピンホール３４、投影光学系３６、レーザ励起光源バルブ３７およびトラップ３９を備える。

レーザ励起光源バルブ３７内の励起レーザ集光点である発光点３８からは、所定波長範囲のスペクトル分布を有する光９２が発せられる。発光点３８の大きさは例えば数百μｍ程度であり、フィラメント光源やアーク光源（例えばキセノンランプ）に比べて小さい。発光点３８から発せられた光９２は、投影光学系３６に入射する。投影光学系３６により、発光点３８の共役像が形成される。この共役像が形成される位置には、共役像の周囲に存在する迷光（例えばフレア成分など）を遮断するための光源ピンホール３４が設置されている。光源ピンホール３４の開口径は、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４に形成されるスペクトル像の大きさが、第１液晶素子アレイ１５２および第２液晶素子アレイ１５４の有効範囲内に収まるように設定されている。

光源ピンホール３４を通過した光７０は、その先に設置されている光源反射部材３２に入射する。光源反射部材３２は光７０の光路を直角に折り曲げ、光源部３０の外部（第１光学系１１０）の方向に導く。一方、戻ってきた光束（図１の光束８９）は、光源部３０から出射する光と同一の光路を逆に向かって光源部３０に入射する。そして、光源反射部材３２によりレーザ励起光源バルブ３７の方向に導かれ、トラップ３９により吸収される。

（偏光分岐部１２０の説明）
図３は、図１に示した偏光分岐部１２０およびその近傍の拡大図である。偏光分岐部１２０は、第１分離結合部材１２２、第２分離結合部材１２４、第１反射部材１２６および第２反射部材１２８により構成されている。

第１分離結合部材１２２は、透明な平行平面板の片面にワイヤグリッド偏光子１２２２を設けたものである。以下、ワイヤグリッド偏光子１２２２を設けた面を第１ビームスプリッタ平面１２２４と呼び、他方の面を第１透過平面１２２６と呼ぶ。第１分離結合部材１２２は、第１光学系１１０から出射した光束の光軸主光線を含む所定の仮想平面に対して垂直に、且つ、第１光学系１１０の光軸に対して約４５度の角度をなすように配置される。この仮想平面は、第１光学系１１０から出射した光束の光軸主光線を含む仮想的な平面であり、上記光軸主光線を含む任意の平面を上記仮想平面とすることができる。第１光学系１１０から出射した光束は第１ビームスプリッタ平面１２２４に入射する。

ワイヤグリッド偏光子１２２２は、例えばアルミニウムの細いワイヤを第１ビームスプリッタ平面１２２４の全面に等間隔に多数配列したグレーティング状の光学素子であり、電場振動方向がグレーティング溝に平行な光は反射させ、電場振動方向がグレーティング溝に直交する光は透過させる機能を有する。本実施形態の第１分離結合部材１２２では、電場振動方向がｚ方向の成分が反射し、電場振動方向がｙ方向の成分が透過するように、ワイヤグリッド偏光子１２２２の方向が設定されている。

第１反射部材１２６は、反射膜を成膜した第１反射面１２６４を有する平面板である。第１反射面１２６４は、第１光学系１１０から出射した光束の光軸主光線を含む所定の仮想平面に対して垂直になるように、且つ、第１ビームスプリッタ平面１２２４と所定角度θを成すように設置される。また、第１反射面１２６４には、後述する第１開口絞り１２６２が設けられている。第２反射部材１２８は第１反射部材１２６と同様に構成された第２反射面１２８４を有する平面板である。第２反射面１２８４は、第１光学系１１０から出射した光束の光軸主光線を含む所定の仮想平面に対して垂直になるように、且つ、第１ビームスプリッタ平面１２２４と所定角度θを成すように設置される。つまり、第１反射面１２６４と第２反射面１２８４とは平行である。また、第２反射面１２８４には、後述する第２開口絞り１２８２が設けられている。

第２分離結合部材１２４は、透明な平行平面板の片面に、第１分離結合部材１２２と同様のワイヤグリッド偏光子１２４２を設けたものである。以下、ワイヤグリッド偏光子１２４２を設けた面を第２ビームスプリッタ平面１２４４と呼び、他方の面を第２透過平面１２４６と呼ぶ。第２分離結合部材１２４は、第１分離結合部材１２２と略平行になるように設けられており、第２ビームスプリッタ平面１２４４は第１反射面１２６４に、第２透過平面１２４６は第２反射面１２８４に、それぞれ対向する。つまり、第１ビームスプリッタ平面１２２４と第２ビームスプリッタ平面１２４４とは平行である。本実施形態では、電場振動方向がｙ方向である成分が透過反射し、電場振動方向がｚ方向である成分が反射透過するように、ワイヤグリッド偏光子１２４２の方向が設定されている。

以上のように構成された偏光分岐部１２０は、第１光学系１１０からの入射光７１に対し、次のように作用する。入射光７１は、第１ビームスプリッタ平面１２２４に入射し、偏光成分に応じて反射または透過されることにより、２つの光束（第１直線偏光７２，第２直線偏光７３）に分離される。２つの光束のうち、反射光である第１直線偏光７２は第２反射面１２８４に向かい、第２反射面１２８４で反射して第２透過平面１２４６に向かう。他方、透過光である第２直線偏光７３は第１反射面１２６４に向かい、第１反射面１２６４で反射して第２ビームスプリッタ平面１２４４に向かう。

第２ビームスプリッタ平面１２４４は、第２反射面１２８４で反射した第１直線偏光７２を第２光学系１３０および分光部１４０に向けて透過すると共に、第１反射面１２６４で反射した第２直線偏光７３を第２光学系１３０および分光部１４０に向けて反射する。このとき、偏光方向の異なる２つの光束（第１直線偏光７２および第２直線偏光７３）は、それぞれ角度δを成して出射する。

第１ビームスプリッタ平面１２２４と第２ビームスプリッタ平面１２４４とは平行である。また、第１反射面１２６４と第２反射面１２８４とは平行である。更に、以上の４つの平面はすべて、第１光学系１１０の光軸を含む所定の仮想平面に直交する。従って、第１光学系１１０の光軸上の光線について見ると、第２ビームスプリッタ平面１２４４から第２光学系１３０に向かって出射される２つの光線（第１直線偏光７２および第２直線偏光７３）は上記仮想平面内にあり、それら２つの光線の成す角度δは、第１ビームスプリッタ平面１２２４と第１反射面１２６４とが成す角度θの４倍となる。

第１光学系１１０は、後方焦点が、第２直線偏光７３の光軸主光線と第１反射面１２６４との交点（以下、第１反射点と称する）、および、第１直線偏光７２の光軸主光線と第２反射面１２８４との交点（以下、第２反射点と称する）、と一致するように配置される。また、第２光学系１３０は、前方焦点が第１反射点および第２反射点と一致するように、且つ、後方焦点がスリット１４２の開口中心と一致するように配置される。その結果、第１光学系１１０から出射した光線光束は、第１ビームスプリッタ平面１２２４との交点において２つに分岐し、第２光学系１３０を通過した後に、それぞれ光束７４，７５となりスリット１４２の開口部に光源部３０発光源共役像を結像する。

図４は、第１反射部材１２６の構成を示す模式図であり、図４（ａ）はｚ方向からの側面図、図４（ｂ）はその正面図である。なお、第２反射部材１２８の構成は、図４に示した第１反射部材１２６の構成と同一であるため、図示および説明を省略する。

第１反射部材１２６の第１反射面１２６４には、Ｕ字型の遮光部材である第１開口絞り１２６２が設けられている。第１開口絞り１２６２は、第１反射面１２６４と接する部分に開口部１２６８が設けられている。第１開口絞り１２６２は、第１反射面１２６４および上述した仮想平面に対して垂直に設けられており、光学系の開口絞りとして機能する。なお、開口部１２６８の形状および大きさは、波長分散型分光素子１４６の有効範囲外に光束が及ばないように決定されればよい。

上述した第１の実施の形態によるチューナブルフィルタによれば、次の作用効果が得られる。
（１）偏光分岐部１２０は、光源部３０から入射した入射光７０を、互いに直交する電場振動方向を有する第１直線偏光７２と第２直線偏光７３とに分岐する。波長分散型分光素子１４６は、偏光分岐部１２０で分岐された第１直線偏光７２および第２直線偏光７３の各々により形成された像を、一方向について波長に応じた広がりを有するスペクトル像に分光する。反射型空間変調素子１５０は、第１直線偏光７２および第２直線偏光７３の各々に対応する２つのスペクトル像に対して互いに独立に、各波長領域の直線偏光を変調して反射する。偏光分岐部１２０は、第１分離結合部材１２２と、第１反射部材１２６と、第２反射部材１２８と、第２分離結合部材１２４とを有する。第１分離結合部材１２２は、入射光７０の光軸主光線を含む任意の仮想平面に対して垂直に且つ光軸主光線に対して約４５度の角度を有するように設けられ、入射した入射光を反射光としての第１直線偏光７２と透過光としての第２直線偏光７３とに分離する第１ビームスプリッタ平面１２２４を有する。第１反射部材１２６は、仮想平面に対して垂直に且つ第１ビームスプリッタ平面１２２４と角度θを成すように設けられ、第２直線偏光７３を反射する第１反射面１２６４を有する。第２反射部材１２８は、仮想平面に対して垂直に且つ第１ビームスプリッタ平面１２２４と角度θを成すように設けられ、第１直線偏光７２を反射する第２反射面１２８４を有する。第２分離結合部材１２４は、第１ビームスプリッタ平面１２２４に対して略平行に設けられ、第２反射面１２８４で反射した第１直線偏光７２を波長分散型分光素子１４６に向けて透過すると共に第１反射面１２６４で反射した第２直線偏光７３を波長分散型分光素子１４６に向けて反射する第２ビームスプリッタ平面１２４４を有する。反射型空間変調素子１５０が反射した２つのスペクトル像の変調光は、波長分散型分光素子１４６および偏光分岐部１２０に再入射し、反射型空間変調素子１５０が変調した成分と、変調しなかった成分とが分離する。このようにしたので、出射光量の大きなチューナブルフィルタを提供することができる。これは、従来の複屈折性結晶を用いたチューナブルフィルタが、複屈折性結晶の大きさにより光源光束の最大径が制限されていたのに対し、光源光の有効光束最大径をより大きくすることができるためである。

（２）（１）に述べたように、従来の複屈折性結晶を用いたチューナブルフィルタに比べて本発明では光源光の有効光束最大径をより大きくすることにより出射光量の大きなチューナブルフィルタを提供することができるにもかかわらず、偏光分岐部１２０から射出される２つの偏光光束は大半が重なり合いながらわずかな角度をなして分離しているため、光束通過空間の体積を節約できる。変調後に偏光分岐部１２０へ戻って来てから出力される２つの偏光光束も同様であるので、やはり光束通過空間の体積を節約できる。さらに、第２反射部材１２８と第１ビームスプリッタ平面１２２４とが成す角度は、第１反射部材１２６と第１ビームスプリッタ平面１２２４とが成す角度θと等しい。ので、分岐される２光束が、図３紙面内方向において上下対称となるため、中心に光軸を設定した光学系においては、光学素子有効径が最小で済む。このことは光学系の小型化にさらに寄与する。したがって、簡潔な光学系を構成することができ、チューナブルフィルタ１００全体のサイズを小さくすることができる。

（３）光源部３０と偏光分岐部１２０との間に、光源部の発光点３８に焦点を合わせて配置された第１光学系１１０を備える。また、スリット１４２に焦点を合わせて配置された第２光学系１３０を備える。このようにしたので、偏光分岐部１２０において、各光束を平行光線として扱うことができる。その結果、第１分離結合部材１２２と第２分離結合部材１２４を透過する光線成分は、ほぼこれら部材の入射面内（面法線と入射光軸を含む平面）に収まるため、偏光分離特性についての最良の消光比を実現できる。

（４）第１反射面１２６４と第２直線偏光７３の光軸主光線との交点である第１反射点、および、波長分散型分光素子１４６と第２直線偏光７３の光軸主光線との交点である第２反射点は、それぞれ第２光学系１３０を介して波長分散型分光素子１４６の波長分散面と共役である。このようにしたので、開口絞りを前記第１反射点、前記第２反射点、または波長分散型分光素子１４６位置に設置すれば、波長分散型分光素子１４６を最小形状に納めることができ、コスト低減に寄与できる。

（５）第１光学系１１０は、光源部３０の光源ピンホール３４が第１光学系１１０の一方の焦点と略一致し、且つ、第１反射点および第２反射点が第１光学系１１０の他方の焦点と略一致するように配置される。第２光学系１３０は、第１反射点および第２反射点が第２光学系１３０の一方の焦点と略一致するように配置される。第１反射部材１２６と第２反射部材１２８は、偏光分離した２本の光束に対して互いに角度を持たせるよう機能している部材であるから、このようにしたことで、スリット１４２に対して、収束光７４と収束光７５とをテレセントリックにすることができる。
このようにしたので、反射型空間変調素子１５０により出射光のスペクトル分布を正確に制御することが可能になる。

（６）第１開口絞り１２６２は、第１反射面１２６４に垂直になるように配置され、第１反射面１２６４により反射される第２直線偏光７３の光束を制限する。第２開口絞り１２８４は、第２反射面に垂直になるように配置され、第２反射面１２８４により反射される第１直線偏光７２の光束を制限する。このようにしたので、波長分散型分光素子１４６の有効範囲外に光束が入射し迷光が発生することを抑制することができる。

（７）第１ビームスプリッタ平面１２２４および第２ビームスプリッタ平面１２４４には、それぞれワイヤグリッド型の偏向ビームスプリッタが形成される。このようにしたので扱える波長範囲がより限定される誘電体多層膜型偏光ビームスプリッタを用いる場合に比べて、より大きな広い波長帯域に対応することが可能になる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係るチューナブルフィルタについて説明する。このチューナブルフィルタは、第１の実施の形態に係るチューナブルフィルタ１００の偏光分岐部１２０を、これとは異なる偏光分岐部２２０に置き換えた構成を有し、その他の部分については第１の実施の形態と同様である。そこで、以下の説明では、主に偏光分岐部２２０について述べることとし、第１の実施の形態と同様の構成要素については第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、第２の実施の形態に係る偏光分岐部２２０の構成を示す模式図である。偏光分岐部２２０は、第１の実施の形態に係る偏光分岐部１２０の第１分離結合部材１２２および第２分離結合部材１２４を、それぞれ第３分離結合部材２２２および第４分離結合部材２２４で置き換えた構成を有している。

第３分離結合部材２２２は、第１直角プリズム２２２６と第２直角プリズム２２２８とを貼り合わせた、立方体形状を有する部材であり、その接合面には誘電体多層膜が形成されている。この接合面と他の各部材との位置関係は、第１の実施の形態における第１ビームスプリッタ平面１２２４と同一である。これにより、上記接合面は、第１の実施の形態における第１ビームスプリッタ平面１２２４と同様に機能する。ただし、光源光の入射方向は、＋ｘ方向ではなく−ｙ方向である。変調され光源部３０へ戻る光の出射方向についても同様である。つまり、本実施形態では、光源部３０は図５の紙面上方向に設置される。

第４分離結合部材２２４は、第３直角プリズム２２４６と第４直角プリズム２２４８とを貼り合わせた、立方体形状を有する部材であり、第３分離結合部材２２２と同様に、その接合面には誘電体多層膜が形成されている。また、この接合面と他の部材との位置関係は、第１の実施の形態における第２ビームスプリッタ平面１２４４と同一である。これにより、上記接合面は、第１の実施の形態における第２ビームスプリッタ平面１２４４と同様に機能する。

上述した第２の実施の形態によるチューナブルフィルタによれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態に係るチューナブルフィルタについて説明する。このチューナブルフィルタは、第１の実施の形態に係るチューナブルフィルタ１００の二分岐ライトガイド１６０を、これとは異なる出力部３６０に置き換えた構成を有し、その他の部分については第１の実施の形態と同様である。そこで、以下の説明では、主に出力部３６０について述べることとし、第１の実施の形態と同様の構成要素については第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、第３の実施の形態に係る出力部３６０の構成を示す模式図である。出力部３６０は、出力コリメータ３６２、出力結合部材３６４、出力集光系３６６およびライトガイド３６８を有する。

偏光分岐部１２０から出射した電場振動方向がｚｙ方向の光束９０および電場振動方向がｙｚ方向の光束８８は、それぞれ第１光学系１１０により集光され、光源の共役像３１０，３２０を形成する。出力コリメータ３６２は、２つの共役像３１０，３２０に焦点面を合わせて配置された、正のパワーを有する光学系である。出力コリメータ３６２により、光束９０および光束８８は平行光束９２，９３にコリメートされる。

出力結合部材３６４は、透明な平行平面板の片面にワイヤグリッド偏光子を形成した、第１分離結合部材１２２や第２分離結合部材１２４と同様の構成を有する部材である。以下、ワイヤグリッド偏光子が形成されている面を反射面３６４２と呼び、他方のワイヤグリッド偏光子が形成されていない面を透過面３６４４と呼ぶ。ワイヤグリッド偏光子の向きは、電場振動方向がｚ方向の偏光成分が透過し、電場振動方向がｙ方向の偏光成分が反射するように設定されている。

出力コリメータ３６２から出射した平行光束９２（電場振動方向がｚ方向）は、出力結合部材３６４の透過面３６４４に入射してこれを透過する。他方、出力コリメータ３６２から出射した平行光束９３（電場振動方向がｙ方向）は、出力結合部材３６４の反射面３６４２に入射してワイヤグリッド偏光子により反射する。これにより、出力結合部材３６４の反射面３６４２から、２つの平行光束９２，９３が結合して出射される。結合後の出射光束９４は、その先に配置された出力集光系３６６により集光され、ライトガイド３６８の入射端面に導かれる。ライトガイド３６８は、入射端面に入射した光束９４を、出射光９１として出射する。

上述した第３の実施の形態によるチューナブルフィルタによれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
第１反射部材１２６が第１ビームスプリッタ平面１２２４に対して成す角度と、第２反射部材１２８が第１ビームスプリッタ平面１２２４に対して成す角度と、は異なっていてもよい。これらの角度が異なる場合であっても、偏光分岐部１２０を構成する各部材の位置や角度、第２光学系１３０の向き等を調整することにより、第１の実施の形態と同様の働きをするチューナブルフィルタを構成することが可能である。同様に、第１ビームスプリッタ平面１２２４と第２ビームスプリッタ平面１２４４とは、厳密に平行である必要はない。

（変形例２）
上述した各実施形態において、波長分散型分光素子１４６は透過型の平面グレーティングとしたが、反射型、あるいはプリズムと一体化したグリズム型、または波長分散プリズムとしてもよい。

（変形例３）
第１の実施の形態および第２の実施の形態において、二分岐ライトガイド１６０を液体ライトガイドなど、２つの光束を結合させるそれ以外の部材で構成してもよい。

（変形例４）
光源部３０が有する光源反射部材３２は、直角プリズムの全反射プリズムとしてもよい。

（変形例５）
上述した各実施形態において、第１反射面１２６４および第２反射面１２８４を偏光ビームスプリッタにより構成し、２つの光束７２，７３のすべてを反射するのではなく、反射すべき偏光成分のみを反射し、それ以外の成分は透過させて廃棄するようにしてもよい。このようにすることで、偏光純度を高めることが可能となる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

３０…光源部、１００…チューナブルフィルタ、１１０…第１光学系、１２０、２２０…偏光分岐部、１２２…第１分離結合部材、１２４…第２分離結合部材、１２６…第１反射部材、１２８…第２反射部材、１３０…第２光学系、１４０…分光部、１５０…反射型空間変調素子、１５６…変調素子ドライバ、１６０…二分岐ライトガイド、２２２…第３分離結合部材、２２４…第４分離結合部材、３６０…出力部

Claims (9)

1. 光源から入射した入射光を、互いに直交する電場振動方向を有する第１直線偏光と第２直線偏光とに分岐する偏光分岐部と、
   前記偏光分岐部で分岐された前記第１直線偏光および前記第２直線偏光の各々により形成された像を、一方向について波長に応じた広がりを有する分散しているスペクトル像に分光する波長分散型分光素子と、
   前記第１直線偏光および前記第２直線偏光の各々に対応する２つの前記スペクトル像に対して互いに独立に、各波長領域の直線偏光を変調して反射する反射型空間変調素子とを備え、
   前記偏光分岐部は、
   前記光源中心から発せられた光束の中心光線とみなせる光線を以下主光線と呼ぶとき、前記入射光の光軸主光線を含む任意の仮想平面に対して垂直に且つ前記光軸主光線に対して第１の所定角度を有するように設けられた第１分岐面であって、入射した前記入射光を反射光としての前記第１直線偏光と透過光としての前記第２直線偏光とに分離する第１分岐面を有する第１分離結合部材と、
   前記仮想平面に対して垂直に且つ前記第１分岐面と第２の所定角度を成すように設けられ、前記第２直線偏光を反射する第１反射面を有する第１反射部材と、
   前記仮想平面に対して垂直に且つ前記第１分岐面と第３の所定角度を成すように設けられ、前記第１直線偏光を反射する第２反射面を有する第２反射部材と、
   前記第１分岐面に対して略平行に設けられ、前記第２反射面で反射した前記第１直線偏光を前記波長分散型分光素子に向けて透過すると共に前記第１反射面で反射した前記第２直線偏光を前記波長分散型分光素子に向けて反射する第２分岐面を有する第２分離結合部材とを有し、
   前記反射型空間変調素子が反射した前記２つのスペクトル像の変調光を前記波長分散型分光素子および前記偏光分岐部に再入射することにより、前記反射型空間変調素子が変調した波長領域成分と、変調しなかった波長領域成分とを分離することを特徴とするチューナブルフィルタ。
2. 請求項１に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記第２の所定角度と前記第３の所定角度とは等しいことを特徴とするチューナブルフィルタ。
3. 請求項２に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記光源と前記偏光分岐部との間に、前記光源に焦点を合わせて配置された第１光学系と、
   前記偏光分岐部と前記波長分散型分光素子との間に配置された第２光学系と、
   を備えることを特徴とするチューナブルフィルタ。
4. 請求項３に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記第１反射面と前記第２直線偏光の光軸主光線との交点である第１反射点、および、前記波長分散型分光素子第２反射面と前記第２１直線偏光の光軸主光線との交点である第２反射点は、それぞれ前記第２光学系を介して前記波長分散型分光素子の波長分散面と共役であり、
   前記第１光学系は、前記光源の発光中心点または前記発光中心点の共役像が前記第１光学系の一方の焦点と略一致し、且つ、前記第１反射点および前記第２反射点が前記第１光学系の他方の焦点と略一致するように配置され、
   前記第２光学系は、前記第１反射点および前記第２反射点が前記第２光学系の一方の焦点と略一致するように配置されることを特徴とするチューナブルフィルタ。
5. 請求項４に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記第１反射面に垂直になるように配置され、前記第１反射面により反射される前記第２直線偏光の光束を制限する第１開口絞りと、
   前記第２反射面に垂直になるように配置され、前記第２反射面により反射される前記第１直線偏光の光束を制限する第２開口絞りとを備えることを特徴とするチューナブルフィルタ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記反射型空間変調素子は、反射型液晶素子であることを特徴とするチューナブルフィルタ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記第１分岐面および前記第２分岐面には、それぞれワイヤグリッド型の偏向ビームスプリッタが形成されることを特徴とするチューナブルフィルタ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のチューナブルフィルタにおいて、
   前記２つのスペクトル像の変調光成分が前記偏光分岐部に再入射して分離された光を受光する二分岐ライトガイドを備えることを特徴とするチューナブルフィルタ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のチューナブルフィルタと、
   前記入射光を発生させるレーザ励起光源と、
   を備えることを特徴とする任意スペクトル分布を有する光源。
   

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