JP7188756B2 - 偏光状態制御装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、偏光状態制御装置及び偏光状態制御プログラムに係り、特に、リターダの位相遅れ量を制御する偏光状態制御装置及び偏光状態制御プログラムに関する。

従来、第１層から第３層の偏光回折層から構成される多層偏光回折格子が提案されている（特許文献１参照）。この多層偏光回折格子は、第１の偏光回折格子層と第２の偏光回折格子層との間の界面に沿って第１の偏光回折格子層の周期的分子構造に対してオフセットされている周期的分子構造を有している。また、第３の偏光回折格子層も、第２の偏光回折格子層と第３の偏光回折格子層との間の界面に沿って第２の偏光回折格子層の周期的分子構造に対してオフセットされている周期的分子構造を有している。この多層偏光回折格子は、上記の構成により、回折効率の波長依存性を低減している。

また、第１の複屈折率分布の周期を持つ偏光回折素子と、第２の複屈折率分布の周期を持つ偏光回折素子とをインラインに配置して構成したビーム偏向装置が提案されている（特許文献２参照）。

また、光学異方性を持つ物質の複屈折を利用して光の偏光状態を電気的に変える液晶リターダの駆動方法において、液晶リターダへの印加電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより大きい領域において、印加電圧の逆数と液晶リターダの位相差との線形制御を可能にする液晶リターダの駆動方法が提案されている（特許文献３参照）。

米国特許第８３０５５２３号 米国特許第８９８２３１３号 特許第３５２９６９９号公報

リターダの個体差、経年劣化、使用時の温度変化等の影響により、リターダ個々に位相遅れ量の変化が生じ、位相遅れ量が正確に所望の値に設定されなくなる場合がある。この場合、所望の偏光状態の光をリターダから出射することができない、という問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、リターダの位相遅れ量を正確に制御することができる偏光状態制御装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る偏光状態制御装置は、光源光を直線偏光に偏光する直線偏光子と、前記直線偏光子を通過した光源光が入射されると共に、印加される電圧に応じて、入射された光の偏光状態を変えて出射するリターダと、前記直線偏光子を通過した光源光の一部を、前記リターダの出射面側において入射面側に反射させる反射板と、前記反射板により反射されて、前記直線偏光子を通過した光を受光する受光部と、前記受光部により受光された光の光量に基づいて、前記入射された光をλ／２又は０の位相遅れで偏光した光が出射されるように、前記リターダに印加する電圧を制御する制御部と、を含んで構成されている。

本発明に係る偏光状態制御装置によれば、リターダに、光源光を直線偏光に偏光する直線偏光子を通過した光源光が入射される。リターダは、印加される電圧に応じて、入射された光の偏光状態を変えて出射する。また、反射板が、直線偏光子を通過した光源光の一部を、リターダの出射面側において入射面側に反射させる。反射板により反射されて、直線偏光子を通過した光は受光部で受光される。

そして、制御部が、受光部により受光された光の光量に基づいて、入射された光をλ／２又は０の位相遅れで偏光した光が出射されるように、リターダに印加する電圧を制御する。これにより、リターダの位相遅れ量を正確に制御することができる。

また、本発明に係る偏光状態制御装置は、光が前記反射板で反射されない光路上であって、前記直線偏光子と前記リターダとの間に配置されるλ／４板をさらに含んで構成することができる。これにより、リターダに円偏光の光が入射され、リターダの位相遅れ量が正確に制御されることにより、リターダから、所望の回転方向に制御された円偏光の光を出射することができる。

また、本発明に係る偏光状態制御装置は、光が前記反射板で反射される光路上であって、前記直線偏光子と前記リターダとの間に配置されるλ／４板をさらに含んで構成することができる。

また、本発明に係る偏光状態制御装置は、前記リターダから出射された光が入射される偏光グレーティングをさらに含んで構成することができ、前記反射板は、前記偏光グレーティングへ入射される前の光を反射することができる。リターダから偏光グレーティングへ入射される光の位相遅れ量が正確に制御されているため、偏光グレーティングから出射される光の回折効率を最大にすることができる。

また、本発明に係る偏光状態制御装置は、前記リターダと前記偏光グレーティングとの組み合わせを複数積層することができ、前記反射板及び前記受光部は、前記組み合わせの各々に対応して設けられ、前記制御部は、前記受光部の各々により受光された光の光量に基づいて、前記受光部に対応する前記組み合わせを構成する前記リターダに印加する電圧を制御することができる。これにより、リターダの位相遅れ量が個別に正確に制御されるため、複数の方向に正確に出射光を回折させることができる。

また、前記制御部は、前記受光部により受光された光の光量が最大となるように、前記リターダに印加する電圧を制御することができる。反射板で反射して再度リターダ及び直線偏光子を通過した光の光度を用いているため、光量が最大となる電圧値を、λ／２又は０の位相遅れ量を設定するための電圧値とすることができる。

また、前記直線偏光子は、入射方向へＰ偏光の光を出射し、前記入射方向と直交する方向へＳ偏光の光を出射する偏光ビームスプリッタであり、前記受光部は、前記偏光ビームスプリッタから出射されるＳ偏光の光を受光し、前記制御部は、前記受光部で受光されたＳ偏光の光の光量が最小となるように、前記リターダに印加する電圧を制御することができる。反射板で反射して再度リターダ及び偏光ビームスプリッタを通過したＳ偏光の光の光度を用いているため、光量が最小となる電圧値を、λ／２又は０の位相遅れ量を設定するための電圧値とすることができる。

また、前記制御部は、予め与えられた前記リターダに印加する電圧に対する位相遅れ量の特性において、所定の電圧値より低い電圧値の領域において、位相遅れ量がλ／２となる電圧値を探索し、前記所定の電圧値より高い電圧値の領域において、位相遅れ量が０となる電圧値を探索することができる。また、前記制御部は、予め与えられた前記リターダに印加する電圧に対する位相遅れ量の特性において、λ／２又は０の位相遅れ量に対応する電圧値の近傍で、前記リターダに印加する電圧値を探索してもよい。これにより、位相遅れ量λ／２に対応する電圧値と、位相遅れ量０に対応する電圧値とを間違えることなく探索することができる。

また、本発明に係る偏光状態制御プログラムは、コンピュータを、上記の偏光状態制御装置の制御部として機能させるためのプログラムである。

本発明の偏光状態制御装置及びプログラムによれば、反射板により反射されて再度リターダ及び直線偏光子を通過した光の光量に基づいて、リターダの位相遅れ量がλ／２又は０になるように、リターダに印加する電圧を制御することにより、リターダの位相遅れ量を正確に制御することができる。

第１実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 制御部の機能ブロック図である。 電圧と光量との関係の一例を示す図である。 光量と位相遅れ量との関係を説明するための図である。 電圧－位相遅れ量特性の一例を示す図である。 偏光状態制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 第３実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 第４実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 第５実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 光量と位相遅れ量との関係を説明するための図である。 第６実施形態に係る偏光状態制御装置の構成を示す概略図である。 電圧－位相遅れ量特性の温度変化を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態に係る偏光状態制御装置１０は、直線偏光子１２と、リターダ１４と、ミラー１６と、光量モニタ１８と、制御部２０と、制御用電源２２と、電極２４Ｌ、２４Ｒとを含んで構成される。

直線偏光子１２は、レーザ光源２６から出射された光（Ｌ１）を直線偏光の光（Ｌ２）に偏光して出射する。

リターダ１４は、λ／２板であり、一部に制御用電源２２と接続された電極２４Ｌ、３４Ｒが設けられている。リターダ１４は、直線偏光子１２から出射した光（Ｌ２）が入射されると共に、印加される電圧に応じて、入射された光の偏光状態を変えた光（Ｌ３）を出射する。

ミラー１６は、本発明の反射板の一例である。ミラー１６は、リターダ１４の出射面側に設けられており、直線偏光子１２から出射した光の一部（Ｌ４）を、リターダ１４の出射面側において入射面側に反射させる。

光量モニタ１８は、ミラー１６により反射されて、直線偏光子１２を通過した光（Ｌ５）を受光し、受光した光の光量を示す光量データを出力する。

制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、後述する偏光状態制御処理を実行するための偏光状態制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）とを備えたコンピュータにより実現することができる。ＣＰＵが偏光状態制御プログラムを実行することにより、コンピュータが偏光状態制御装置１０の制御部２０として機能することになる。

図２に示すように、制御部２０は、機能的には、光量取得部４２と、電圧値決定部４４と、電圧制御部４６と、電圧－位相遅れ量特性データベース（ＤＢ：database）４８とを含んで構成される。

光量取得部４２は、光量モニタ１８から出力された光量データを取得し、電圧値決定部４４に受け渡す。

電圧値決定部４４は、光量取得部４２から受け渡された光量データに基づいて、リターダ１４に入射された光がλ／２又は０の位相遅れで偏光されて出射されるように、リターダ１４に印加する電圧値を決定する。

図３に、リターダ１４に印加する電圧と、光量モニタ１８から取得される光量との関係の一例を概略的に示す。電圧値決定部４４は、図３に示すように、位相遅れ量がλ／２又は０となる電圧値として、光量取得部４２から受け渡された光量データが示す光量が最大となる電圧値を決定する。

ここで、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０の場合に、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる原理について説明する。

まず、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２の場合、図４に示すように、リターダ１４がλ／２板として動作する。このため、直線偏光の偏波面と、リターダ１４の速軸とのなす角度がθの場合、リターダ１４を一回通過した後、偏波面と速軸とのなす角度は２θになる。つまり、偏波面が速軸に対して折り返した位置に変わる。ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した場合、同様な原理でリターダ１４からの出射光の偏波面が速軸に対して折り返した位置に変わる。つまり、出射光の偏波面が元の位置に戻ることになる。したがって、出射光の偏波面と直線偏光子１２の通過軸が一致するため、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる。

また、リターダ１４の位相遅れ量が０の場合、リターダ１４を通過した後においても直線偏光の偏波面は変わらない。さらに、ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した後も偏波面は変わらない。したがって、出射光の偏波面と直線偏光子１２の通過軸が一致するため、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる。

電圧値決定部４４は、具体的には、光量が最大となる電圧値を、リターダ１４に印加する電圧を所定の探索範囲内で変えながら探索して決定する。電圧値決定部４４は、所定の探索範囲を電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８を参照して決定する。

電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８は、リターダ１４に印加する電圧に対する位相遅れ量の特性（以下、「電圧－位相遅れ量特性」という）が記憶されたデータベースである。例えば、リターダ１４の使用開始時などに、印加する電圧を変えながら位相遅れ量を計測したものを記憶しておくことができる。図５に、電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８に記憶される電圧－位相遅れ量特性の一例を示す。

図５に示すように、電圧－位相遅れ量特性は、単調減少曲線を示す。そこで、電圧値決定部４４は、電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８に記憶された電圧－位相遅れ量特性において、位相遅れ量がλ／２になる電圧値と０になる電圧値との間の任意の電圧値を閾値として設定する。そして、電圧値決定部４４は、設定した閾値より低い電圧値の領域を探索範囲として、位相遅れ量がλ／２となる電圧値を探索する。また、電圧値決定部４４は、設定した閾値より高い電圧値の領域を探索範囲として、位相遅れ量が０となる電圧値を探索する。なお、この場合、図５に示すような電圧－位相遅れ量特性に代えて、所定の閾値となる電圧値のみを記憶しておいてもよい。

また、例えば、電圧値決定部４４は、電圧－位相遅れ量特性において、λ／２又は０の位相遅れ量に対応する電圧値の近傍、例えばその電圧値を含む前後の所定の電圧値範囲を探索範囲として、位相遅れ量がλ／２又は０になる電圧値を探索してもよい。なお、この場合、図５に示すような電圧－位相遅れ量特性に代えて、λ／２及び０の位相遅れ量に対応する電圧値のみを記憶しておいてもよい。

上記のように電圧値の探索範囲を設定することで、図３に示すような電圧と光量との関係において、位相遅れ量がλ／２になる電圧値と０になる電圧値とを間違うことなく探索することができる。

電圧値決定部４４は、決定した電圧値を電圧制御部４６へ受け渡す。

電圧制御部４６は、電圧値決定部４４から受け渡された電圧値を制御用電源２２に設定する。

制御用電源２２は、設定された電圧値の電圧を、電極２４Ｌ、２４Ｒを介してリターダ１４に印加する。第１実施形態では、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０に設定されるように電圧を印加し、リターダ１４から出射される光（Ｌ３）の直線偏光の偏波面を所望の方向に切り替えて出射する。

次に、第１実施形態に係る偏光状態制御装置１０の作用について説明する。

レーザ光源２６から出射されたレーザ光の一部（Ｌ１）が、直線偏光子１２に入射され、直線偏光された光（Ｌ２）が出射され、リターダ１４に入射される。そして、リターダ１４に設定された位相遅れ量に応じて偏光された光（Ｌ３）が出射される。

一方、レーザ光源２６から出射されたレーザ光の他の一部が、直線偏光子１２に入射され、直線偏光された光（Ｌ４）が出射され、リターダ１４に入射される。リターダ１４の出射面まで到達した光は、ミラー１６で反射し、再びリターダ１４及び直線偏光子１２を通過して（Ｌ５）、光量モニタ１８で受光される。

光量モニタ１８は、受光した光の光量を示す光量データを出力する。そして、制御部２０において、図６に示す偏光状態制御処理が実行されて、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０に設定される。

図６に示す偏光状態制御処理のステップＳ１２で、電圧値決定部４４が、電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８に記憶された電圧－位相遅れ量特性において、所定の閾値より低い電圧値の領域を、位相遅れ量がλ／２となる電圧値を探索する探索範囲として設定する。また、電圧値決定部４４が、所定の閾値より高い電圧値の領域を位相遅れ量が０となる電圧値を探索する探索範囲として設定する。

また、電圧値決定部４４は、電圧－位相遅れ量特性において、λ／２又は０の位相遅れ量に対応する電圧値の近傍、例えばその電圧値を含む前後の所定の電圧値範囲を探索範囲として設定してもよい。

次に、ステップＳ１４で、電圧値決定部４４が、上記ステップＳ１２で設定された探索範囲内の初期値の電圧値（例えば、探索範囲内の最小の電圧値）を電圧制御部４６に通知し、電圧制御部４６が、その電圧値を制御用電源２２に設定する。

次に、ステップＳ１６で、制御用電源２２が、設定された電圧値の電圧を電極２４Ｌ、２４Ｒを介してリターダ１４に印加した際に、光量モニタ１８から出力される光量データを、光量取得部４２が取得する。

次に、ステップＳ１８で、電圧値決定部４４が、上記ステップＳ１４で設定された電圧値と、上記ステップＳ１６で取得された光量との組を記録する。

次に、ステップＳ２０で、電圧値決定部４４が、上記ステップＳ１２で設定された探索範囲内の電圧値について、上記ステップＳ１６及びＳ１８の処理が終了したか否かを判定する。探索範囲内に未処理の電圧値が存在する場合には、ステップＳ２２へ移行し、電圧値決定部４４が、電圧値を所定値分ずらした値に変更して設定し、ステップＳ１６に戻る。探索範囲内に未処理の電圧値が存在しない場合には、ステップＳ２４へ移行する。

ステップＳ２４では、電圧値決定部４４が、上記ステップＳ１８で記録された電圧値と光量との組のうち、光量が最大となる組の電圧値を、λ／２又は０の位相遅れ量に対応する電圧値として決定し、電圧制御部４６へ受け渡す。そして、電圧制御部４６が、電圧値決定部４４から受け渡された電圧値を制御用電源２２に設定し、偏光状態制御処理は終了する。

以上説明したように、第１実施形態に係る偏光状態制御装置１０によれば、リターダ１４の出射面側で反射し、直線偏光子１２を通過して出射された光の光量をモニタして、その光量が最大になるようにリターダ１４に印加する電圧を制御することにより、リターダ１４の位相遅れ量をλ／２又は０に設定することができる。これにより、図１に示すように、リターダ１４へ直線偏光の光が入射した場合に、その出射光の直線偏光の偏波面を所望の状態に切り替えて出射することができる。

第１実施形態の構成の使い方としては、リターダ１４に入射する直線偏光の偏波面とリターダ１４の速軸との角度θを４５度に設定して、２θが９０度になるように設定する。これにより、偏波面が９０度回転することになり、例えば、偏波面が水平の直線偏光の光を、偏波面が垂直の直線偏光の光に切り替えることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態に係る偏光状態制御装置において、第１実施形態に係る偏光状態制御装置１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態に係る偏光状態制御装置２１０は、第１実施形態に係る偏光状態制御装置１０の構成に加え、レーザ光源２６からの光がミラー１６で反射されない光路上であって、直線偏光子１２とリターダ１４との間に、λ／４板２８が配置される。

λ／４板２８は、直線偏光子１２から出射される直線偏光の光（Ｌ２）が入射されると共に、直線偏光を円偏光に変えて出射する（Ｌ６）。λ／４板２８から出射される円偏光の光の回転方向は、右回りであっても左回りであってもよい。

リターダ１４は、円偏光の光（Ｌ６）が入射されると、設定されたλ／２又は０の位相遅れ量に応じて、回転方向を右回り又は左周りとする円偏光の光（Ｌ７）を出射する。

リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０の場合に、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる原理、及び制御部２０における制御方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第２実施形態に係る偏光状態制御装置１０によれば、リターダ１４の出射面側で反射し、直線偏光子１２を通過して出射された光の光量をモニタして、その光量が最大になるようにリターダ１４に印加する電圧を制御することにより、リターダ１４の位相遅れ量をλ／２又は０に設定することができる。これにより、図７に示すように、リターダ１４へ円偏光の光が入射した場合に、右回り又は左回りの円偏光の光を出射することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態に係る偏光状態制御装置において、第２実施形態に係る偏光状態制御装置２１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０は、第２実施形態に係る偏光状態制御装置２１０の構成に加え、リターダ１４から出射された光が入射される偏光グレーティング（偏光回折格子）３０をさらに含む。この構成において、ミラー１６は、リターダ１４の出射面側であって、かつ偏光グレーティング３０へ入射される前の光を反射する位置に配置される。

偏光グレーティング３０は、回転方向が右回り又は左回りの円偏光の光が入射された場合、設定された回折角度に応じて、入射された光を回折させて出射する（Ｌ８）。

リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０の場合に、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる原理、及び制御部２０における制御方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０によれば、リターダ１４の出射面側で反射し、直線偏光子１２を通過して出射された光の光量をモニタして、その光量が最大になるようにリターダ１４に印加する電圧を制御することにより、リターダ１４の位相遅れ量をλ／２又は０に設定することができる。

偏光グレーティング３０に入射する円偏光の光の回転方向が正確に左回り又は右回りの円偏光であれば、偏光グレーティング３０による回折効率が最大になる。しかし、偏光グレーティング３０に入射する光が円偏光ではなく楕円偏光になると、回折効率が低下する。したがって、回折効率を最大にするために、リターダ１４からの出射光を正確に円偏光にする必要がある。

第３実施形態では、図８に示すように、位相遅れ量が正確にλ／２又は０に設定されたリターダ１４から出射された円偏光の光が偏光グレーティング３０に入射されるため、回転方向が正確に左回り又は右回りの円偏光の光が入射されることになり、回折効率を最大にすることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態に係る偏光状態制御装置において、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図９に示すように、第４実施形態に係る偏光状態制御装置４１０は、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０の構成に加え、レーザ光源２６からの光がミラー１６で反射される光路上であって、直線偏光子１２とリターダ１４との間に、λ／４板４２８が配置される。図９の例では、λ／４板４２８は、レーザ光源２６からの光がミラー１６で反射されない光路上であって、直線偏光子１２とリターダ１４との間に配置されるλ／４板（第２及び第３実施形態におけるλ／４板２８）と一体化された例を示している。

λ／４板４２８は、ミラー１６で反射し、再びリターダ１４を通過した円偏光の光（Ｌ９）が入射されると共に、円偏光を直線偏光に変えて出射する（Ｌ１０）。

ここで、第４実施形態における、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０の場合に、直線偏光子１２からの出射光の光量が最大になる原理について説明する。

まず、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２の場合、リターダ１４がλ／２板として動作するため、リターダ１４からの出射光は、リターダ１４への入射光の円偏光の回転方向と逆の回転方向の円偏光になる。ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した場合、同様な原理で逆の回転方向の円偏光になる。つまり、ミラー１６で反射してリターダ１４から出射される光（Ｌ９）の円偏光の回転方向が、リターダ１４へ入射された光の円偏光の状態に戻ることになる。

さらに、ミラー１６で反射してリターダ１４から出射される光（Ｌ９）がλ／４板４２８に入射した場合、λ／４板４２８から出射される光（Ｌ１０）の偏波面と直線偏光子１２の通過軸とが一致するため、直線偏光子１２からの出射光（Ｌ５）の光量が最大になる。

また、リターダ１４の位相遅れ量が０の場合、リターダ１４を通過した後においても、円偏光の回転方向は変わらない。また、ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した後も回転方向は変わらない。さらに、その円偏光がλ／４板４２８に入射した場合、λ／４板４２８からの出射光（Ｌ１０）の偏波面と直線偏光子１２の通過軸とが一致するため、直線偏光子１２からの出射光（Ｌ５）の光量が最大になる。

制御部２０における制御方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第４実施形態に係る偏光状態制御装置４１０によれば、リターダ１４の出射面側で反射し、直線偏光子１２を通過して出射された光の光量をモニタして、その光量が最大になるようにリターダ１４に印加する電圧を制御することにより、リターダ１４の位相遅れ量をλ／２又は０に設定することができる。これにより、図９に示すように、回転方向が正確に左回り又は右回りの円偏光の光を、偏光グレーティング３０に入射することができ、偏光グレーティング３０からの出射光の回折効率を最大にすることができる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。なお、第５実施形態に係る偏光状態制御装置において、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、第５実施形態に係る偏光状態制御装置５１０は、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０の直線偏光子１２及び制御部２０に代えて、偏光ビームスプリッタ５１２及び制御部５２０を備える。

偏光ビームスプリッタ５１２は、偏光ビームスプリッタ５１２へ入射される光（Ｌ１、Ｌ１４）の入射方向へＰ偏光の光（Ｌ１１、Ｌ１３、Ｌ１５）を出射し、入射方向と直交する方向へＳ偏光の光（Ｌ１２、Ｌ１４、Ｌ１６）を出射する。

光量モニタ１８は、ミラー１６で反射されて偏光ビームスプリッタ５１２に入射され、Ｓ偏光として出射された光（Ｌ１６）を受光し、受光した光の光量を示す光量データを出力する。

図２に示すように、制御部５２０は、機能的には、光量取得部４２と、電圧値決定部５４４と、電圧制御部４６と、電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８とを含んで構成される。

電圧値決定部５４４は、図１１に示すように、位相遅れ量がλ／２又は０となる電圧値として、光量取得部４２から受け渡された光量データが示す光量が最小となる電圧値を決定する。

ここで、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０の場合に、偏光ビームスプリッタ５１２からの出射光（Ｓ偏光）の光量が最小になる原理について説明する。

まず、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２の場合、図４に示すように、リターダ１４がλ／２板として動作する。このため、直線偏光の偏波面と、リターダ１４の速軸とのなす角度がθの場合、リターダ１４を一回通過した後、偏波面と速軸とのなす角度は２θになる。つまり、偏波面が速軸に対して折り返した位置に変わる。ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した場合、同様な原理でリターダ１４からの出射光の偏波面が速軸に対して折り返した位置に変わる。つまり、出射光の偏波面が元の位置に戻ることになる。したがって、リターダ１４からの出射光はＰ偏光となるため、偏光ビームスプリッタ５１２へ入射した場合、Ｓ偏光成分の光量は最小になる。

また、リターダ１４の位相遅れ量が０の場合、リターダ１４を通過した後においてもＰ偏光は変わらない。さらに、ミラー１６で反射して再度リターダ１４を通過した後もＰ偏光は変わらない。したがって、リターダ１４からの出射光はＰ偏光となるため、偏光ビームスプリッタ５１２へ入射した場合、Ｓ偏光成分の光量は最小になる。

次に、第５実施形態に係る偏光状態制御装置５１０の作用について説明する。

レーザ光源２６から出射されたレーザ光の一部（Ｌ１）が、偏光ビームスプリッタ５１２に入射され、Ｐ偏光の出射光（Ｌ１１）が入射方向へ出射され、Ｓ偏光の出射光（Ｌ１２）が入射方向に直交する方向に出射される。Ｐ偏光の出射光（Ｌ１１）はリターダ１４に入射され、リターダ１４に設定された位相遅れ量に応じて偏光された光が出射される。リターダ１４から出射された光は偏光グレーティング３０に入射され、設定された回折角度で回折された光（Ｌ８）が出射される。

一方、レーザ光源２６から出射されたレーザ光の他の一部が、偏光ビームスプリッタ５１２に入射され、Ｐ偏光の出射光（Ｌ１３）が入射方向へ出射され、Ｓ偏光の出射光（Ｌ１４）が入射方向に直交する方向に出射される。Ｐ偏光の出射光（Ｌ１３）はリターダ１４に入射される。リターダ１４の出射面まで到達した光は、ミラー１６で反射し、再びリターダ１４を通過して、偏光ビームスプリッタ５１２へ入射される（Ｌ１４）。偏光ビームスプリッタ５１２からは、Ｐ偏光の出射光（Ｌ１５）が入射方向へ出射され、Ｓ偏光の出射光（Ｌ１６）が入射方向に直交する方向に出射される。

そして、光量モニタ１８が、偏光ビームスプリッタ５１２からのＳ偏光の出射光（Ｌ１６）を受光し、受光した光の光量を示す光量データを出力する。そして、制御部５２０において、図６に示す偏光状態制御処理が実行されて、リターダ１４の位相遅れ量がλ／２又は０に設定される。

第５実施形態に係る偏光状態制御処理は、第１実施形態における偏光状態制御処理で、光量が最大となる電圧値を探索することに代えて、光量が最小となる電圧値を探索する点が異なるだけであるため、説明を省略する。

以上説明したように、第５実施形態に係る偏光状態制御装置５１０によれば、リターダ１４の出射面側で反射し、偏光ビームスプリッタ５１２を通過して出射されたＳ偏光の光量をモニタして、その光量が最小になるようにリターダ１４に印加する電圧を制御することにより、リターダ１４の位相遅れ量をλ／２又は０に設定することができる。これにより、図１０に示すように、回転方向が正確に左回り又は右回りの円偏光の光を、偏光グレーティング３０に入射することができ、偏光グレーティング３０からの出射光の回折効率を最大にすることができる。

＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。なお、第６実施形態に係る偏光状態制御装置において、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２に示すように、第６実施形態に係る偏光状態制御装置６１０は、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０のリターダ１４と偏光グレーティング３０との組み合わせが複数積層される。図１２の例では、リターダ１４Ａと偏光グレーティング３０Ａとの組み合わせの第１層、リターダ１４Ｂと偏光グレーティング３０Ｂとの組み合わせの第２層、及びリターダ１４Ｃと偏光グレーティング３０Ｃとの組み合わせの第３層で構成される場合を例示している。

リターダ１４Ａには電極２４ＡＬ、２４ＡＲが設けられ、リターダ１４Ｂには電極２４ＢＬ、２４ＢＲが設けられ、リターダ１４Ｃには電極２４ＣＬ、２４ＣＲが設けられ、それぞれ個別に設定された電圧値で電圧が印加される。

また、組み合わせの第１層、第２層、第３層の各々に対応して、ミラー１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと、光量モニタ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃとが設けられている。以下では、各層及び各層に対応する構成の各々を区別なく説明する場合には、符号のＡ、Ｂ、Ｃを省略して表記する。

ミラー１６の各々は、対応する層の組み合わせを構成するリターダ１４の出射面側であって、かつ対応する層の組み合わせを構成する偏光グレーティング３０へ入射される前の光を反射する位置に配置される。

また、第６実施形態に係る偏光状態制御装置６１０は、第３実施形態に係る偏光状態制御装置３１０の制御部２０に代えて、制御部６２０を備えている。

図２に示すように、制御部６２０は、機能的には、光量取得部４２と、電圧値決定部６４４と、電圧制御部６４６と、電圧－位相遅れ量特性ＤＢ４８とを含んで構成される。

電圧値決定部６４４は、光量モニタ１８の各々から取得された光量データに基づいて、各光量モニタ１８に対応する層の組み合わせを構成するリターダ１４に印加する電圧値を決定する。電圧値の決定方法は、上記第１～第４実施形態と同様である。

電圧制御部６４６は、電圧値決定部６４４により決定された各層に対応する電圧値が、電極２４Ｌ、２４Ｒを介して、対応する層の組み合わせを構成するリターダ１４に印加されるように、制御用電源２２に設定する。

以上説明したように、第６実施形態に係る偏光状態制御装置６１０によれば、リターダ１４と偏光グレーティング３０との組み合わせを複数層設け、各層のリターダ１４の位相遅れ量をそれぞれ独立にλ／２又は０に設定することにより、複数の偏光グレーティング３０により、単一光源を用いて複数の方向へ出射光を回折させることができる。

なお、上記各実施形態において参照する電圧－位相遅れ量特性は、図１３に示すように、温度変化によって関数曲線が変化する。そこで、異なる複数の温度毎に電圧－位相遅れ量特性を予め記憶しておき、周囲温度をモニタしながら、周囲温度に対応する電圧－位相遅れ量特性を選択して、上記各実施形態のように電圧値を決定してもよい。これにより、リターダ１４の個体差や経年劣化等に起因する位相遅れ量のずれだけでなく、使用時の温度変化に起因する位相遅れ量のずれも解消して、常時位相遅れ量を最適化することができる。

また、上記各実施形態をそれぞれ組み合わせて実施することもできる。例えば、第４実施形態及び第５実施形態の構成において、リターダ１４と偏光グレーティング３０との組合せを多層にする構成としてもよい。

また、本発明のプログラムを記憶媒体に格納して提供してもよい。

上記各実施形態のように、所望の偏光状態の出射光を得られる構成は、レーザレーダ等の光ビームスキャナ、レーザ加工機などに用いることができる。

１０、２１０，３１０、４１０、５１０、６１０ 偏光状態制御装置
１２ 直線偏光子
５１２ 偏光ビームスプリッタ
１４ リターダ
１６ ミラー
１８ 光量モニタ
２０、５２０、６２０ 制御部
２２ 制御用電源
２４Ｌ、２４Ｒ 電極
２６ レーザ光源
２８、４２８ λ／４板
３０ 偏光グレーティング
４２ 光量取得部
４４、５４４、６４４ 電圧値決定部
４６、６４６ 電圧制御部
４８ 電圧－位相遅れ量特性ＤＢ

Claims (9)

1. 光源光を直線偏光に偏光する直線偏光子と、
   前記直線偏光子を通過した光源光が入射されると共に、印加される電圧に応じて、入射された光の偏光状態を変えて出射するリターダと、
   前記リターダから出射された光が入射される偏光グレーティングと、
   前記直線偏光子を通過した光源光の一部を、前記偏光グレーティングへ入射される前に、前記リターダの出射面側において入射面側に反射させる反射板と、
   前記反射板により反射されて、前記直線偏光子を通過した光を受光する受光部と、
   前記受光部により受光された光の光量に基づいて、前記入射された光をλ／２又は０の位相遅れで偏光した光が出射されるように、前記リターダに印加する電圧を制御する制御部と、
   を含む偏光状態制御装置。
2. 光が前記反射板で反射されない光路上であって、前記直線偏光子と前記リターダとの間に配置されるλ／４板をさらに含む請求項１に記載の偏光状態制御装置。
3. 光が前記反射板で反射される光路上であって、前記直線偏光子と前記リターダとの間に配置されるλ／４板をさらに含む請求項１又は請求項２に記載の偏光状態制御装置。
4. 前記リターダと前記偏光グレーティングとの組み合わせが複数積層され、
   前記反射板及び前記受光部は、前記組み合わせの各々に対応して設けられ、
   前記制御部は、前記受光部の各々により受光された光の光量に基づいて、前記受光部に対応する前記組み合わせを構成する前記リターダに印加する電圧を制御する
   請求項３に記載の偏光状態制御装置。
5. 前記制御部は、前記受光部により受光された光の光量が最大となるように、前記リターダに印加する電圧を制御する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の偏光状態制御装置。
6. 前記直線偏光子は、入射方向へＰ偏光の光を出射し、前記入射方向と直交する方向へＳ偏光の光を出射する偏光ビームスプリッタであり、
   前記受光部は、前記偏光ビームスプリッタから出射されるＳ偏光の光を受光し、
   前記制御部は、前記受光部で受光されたＳ偏光の光の光量が最小となるように、前記リターダに印加する電圧を制御する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の偏光状態制御装置。
7. 前記制御部は、予め与えられた前記リターダに印加する電圧に対する位相遅れ量の特性において、所定の電圧値より低い電圧値の領域において、位相遅れ量がλ／２となる電圧値を探索し、前記所定の電圧値より高い電圧値の領域において、位相遅れ量が０となる電圧値を探索する請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の偏光状態制御装置。
8. 前記制御部は、予め与えられた前記リターダに印加する電圧に対する位相遅れ量の特性において、λ／２又は０の位相遅れ量に対応する電圧値の近傍で、前記リターダに印加する電圧値を探索する請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の偏光状態制御装置。
9. コンピュータを、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の偏光状態制御装置の制御部として機能させるための偏光状態制御プログラム。

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