JPH0792530B2

JPH0792530B2 - 波長可変型干渉光フィルタ装置

Info

Publication number: JPH0792530B2
Application number: JP5092376A
Authority: JP
Inventors: 台鎬鄭; 雄二堀田; 政雄定村
Original assignee: Sunoco Inc R&M
Current assignee: Sunoco Inc R&M
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH06281812A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信や光計測，光情報
処理等に用いられる狭帯域の波長可変型干渉光フィルタ
を用いて、その透過波長を連続して変化させることので
きる偏波面に依存しない波長可変型干渉光フィルタ装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来狭帯域の光フィルタにおいて波長を
連続的に変化させるようにした波長可変型のフィルタと
しては、誘電体多層膜を有する狭帯域光フィルタが用い
られている。このような光フィルタは、例えば「レーザ
＆オプティクスガイドII」，キノ・メレスグリオ株式会
社，PP11−25〜11−29「干渉フィルタ」に示されている
ように、基板上にＺｎＳ等の高屈折材料とＮａ₃ＡｌＦ
₆等の低屈折率材料とを、正確に１／４の波長の光学厚
さで交互に多層コーティングして構成している。ここで
透過波長をλとし、各層の屈折率をｎとすると、光学厚
さはλ／４ｎで示される。このような多層コーティング
層を基板上に形成することによって狭帯域の光フィルタ
が実現できる。

【０００３】さてこの状態では、干渉光フィルタの透過
波長はフィルタの光学厚さによって規定されて一定の波
長となる。しかし「光増幅器とその応用」石毛秀樹監
修、オーム社，平成４年５月30日出版，第 146〜 148頁
等に示されているように、上記の多層膜型狭帯域フィル
タへの入射光の角度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ることができる。図９は図示しない
光源からの光を光ファイバ１００及びコリメートレンズ
１０１を介してこの狭帯域光フィルタ１０２に照射した
状態を示している。そして透過光は集束レンズ１０３に
よって集束され、受光用の光ファイバ１０４に入射され
る。ここで光ビームの干渉光フィルタ１０２への入射角
度を、図中実線で示した垂直の状態から微小角度θ、例
えば０°〜１０°程度の範囲内で変化させることによっ
て、図１０に示すように透過波長λを連続的に変化させ
ることができる。このとき図１１に示すように半値全幅
はあまり変化しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１０に
示すように透過中心波長が偏光成分（Ｓ波，Ｐ波）によ
って異なることとなり、傾斜角度を例えば１０°以上と
すればその相違が無視できない程度に大きくなる。又こ
の干渉光フィルタの透過帯域幅（半値全幅）も偏光成分
（Ｓ波，Ｐ波）によって夫々異なり、図１１に示すよう
にＰ波では傾斜角度θによって大きく変化することとな
る。又透過率も傾斜角度θによって変化し、角度と共に
低下するという欠点があった。

【０００５】更に光ビームを干渉光フィルタに垂直（傾
斜角度θ＝０°）に入射させた場合には、光が光源側に
反射される。従ってその影響を避けるための対策、例え
ば０°近傍での使用を避けたり、光アイソレータを挿入
する等の対策が必要となるという問題点があった。この
ように従来の干渉光フィルタを用いて透過波長を連続的
に変化させる場合には、使用上多くの制限があり、又偏
波面に依存するという欠点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、偏波に依存することなく、又干
渉光フィルタを回転させずに透過波長を連続的に変化さ
せることができる狭帯域の波長可変型干渉光フィルタ装
置、及びこれを利用して入射光の特性を容易に検出でき
る波長可変型干渉光フィルタ装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、使用波長の範囲で光を透過させる物質によって形成
されたサブストレートと、該サブストレート上に形成さ
れ、所定範囲の波長の光を透過させる光透過率の高い物
質によって形成された多層蒸着物質膜とを有し、該多層
蒸着物質膜の光学厚さは、サブストレートの所定方向に
沿って連続的に変化するように構成したものであり、こ
の光フィルタへの入射光の照射位置を該サブストレート
の所定方向に沿って変化させることによって所定の波長
範囲で透過光の波長を連続的に変化させる偏波面無依存
型の波長可変型干渉光フィルタと、波長可変型干渉光フ
ィルタを保持し、所定方向に直線的に移動させ、入射光
の波長可変型干渉光フィルタへの照射位置を連続的に変
化させる直線移動ステージと、波長可変型干渉光フィル
タの移動方向を入力する波長移動入力手段と、波長移動
入力手段による入力時に直線移動ステージを直線的に駆
動する駆動手段と、を具備することを特徴とするもので
ある。

【０００８】本願の請求項２の発明は、使用波長の範囲
で光を透過させる物質によって形成されたサブストレー
トと、該サブストレート上に形成され、所定範囲の波長
の光を透過させる光透過率の高い物質によって形成され
た多層蒸着物質膜とを有し、該多層蒸着物質膜の光学厚
さは、サブストレートの所定方向に沿って連続的に変化
するように構成したものであり、この光フィルタへの入
射光の照射位置を該サブストレートの所定方向に沿って
変化させることによって所定の波長範囲で透過光の波長
を連続的に変化させる偏波面無依存型の波長可変型干渉
光フィルタと、波長可変型干渉光フィルタを保持し、所
定方向に直線的に移動させ、入射光の波長可変型干渉光
フィルタへの照射位置を連続的に変化させる直線移動ス
テージと、直線移動ステージの移動範囲で選択される波
長可変型干渉光フィルタの可変範囲のいずれかの波長を
指定する波長指定入力手段と、波長指定入力手段によっ
て指定された波長となる位置に直線移動ステージを移動
させるべく駆動手段に信号を与える移動制御手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【０００９】本願の請求項３の発明は、直線移動ステー
ジの位置をモニタする位置モニタ手段と、位置モニタ手
段より得られる位置信号を波長情報に変換する位置／波
長変換手段と、位置／波長変換手段より得られる波長情
報を表示する波長表示手段と、を具備することを特徴と
するものである。

【００１０】本願の請求項４の発明は、波長可変型干渉
光フィルタを透過した光の一部を反射するビームサンプ
ラと、ビームサンプラの光を受光する受光手段と、受光
手段より得られる受光レベルを表示するレベル表示手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【００１１】本願の請求項５の発明は、使用波長の範囲
で光を透過させる物質によって形成されたサブストレー
トと、該サブストレート上に形成され、所定範囲の波長
の光を透過させる光透過率の高い物質によって形成され
た多層蒸着物質膜とを有し、該多層蒸着物質膜の光学厚
さは、サブストレートの所定方向に沿って連続的に変化
するように構成したものであり、この光フィルタへの入
射光の照射位置を該サブストレートの所定方向に沿って
変化させることによって所定の波長範囲で透過光の波長
を連続的に変化させる偏波面無依存型の波長可変型干渉
光フィルタと、波長可変型干渉光フィルタを保持し、所
定方向に直線的に移動させ、入射光の波長可変型干渉光
フィルタへの照射位置を連続的に変化させる直線移動ス
テージと、直線移動ステージを一端から他端まで連続的
に移動するスキャニング手段と、直線移動ステージの位
置をモニタする位置モニタ手段と、位置モニタ手段より
得られる位置信号を波長情報に変換する位置／波長変換
手段と、位置モニタ手段及び位置／波長変換手段より直
線移動ステージを移動させた際に得られるデータを保持
する波長／レベル保持手段と、波長／レベル保持手段よ
り保持されたデータを画像表示する画像表示手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【００１２】本願の請求項６の発明は、請求項５記載の
波長可変型干渉光フィルタ装置において、画像表示手段
に代えて、波長／レベル保持手段より得られる最大光強
度レベルとなる波長位置に直線移動ステージを移動させ
る最大レベル設定手段を具備することを特徴とするもの
である。

【００１３】

【作用】このような特徴を有する本発明に用いる干渉光
フィルタは、多層の蒸着物質膜の膜厚を透過波長に応じ
て連続的に変化させ、多層の波長可変型干渉光フィルタ
を構成している。このため膜厚の変化方向に応じて光の
照射位置によって光の選択特性が変化することとなる。
この場合には光の照射位置を変化させても波長は連続的
に変化するが、半値全幅等は変化せず、又偏波面に依存
しない特性が得られることとなる。この波長可変型干渉
光フィルタは直線移動ステージ上に固定される。そして
本願の請求項１の発明によれば、波長移動入力手段によ
り入力された移動方向に駆動手段を介して直線移動ステ
ージを連続的に移動している。こうすれば波長可変型干
渉光フィルタに入射する光の位置が連続的に変化するこ
ととなり、出射光の波長もそれに対応して変化すること
となる。又請求項２，３の発明では、直線移動ステージ
の位置をモニタし、位置情報を波長情報に変換して表示
するようにしている。更に請求項３の発明では、この光
フィルタを透過した透過光の一部を反射させ、そのレベ
ルを表示することによって出射光のレベルをモニタでき
るようにしている。更に請求項４の発明では、光フィル
タの可変範囲の波長を指定し、その波長となるように直
線移動ステージを変化させるようにしている。請求項５
の発明では、この直線移動ステージを一端から他端まで
連続的に変化させ、その間に得られる波長情報と出射光
の出力レベルとを波長／レベル保持手段に保持してい
る。そしてその波長と出力レベルとを画像表示すること
によって光スペクトラムアナライザ機能を達成してい
る。更に請求項６の発明では、請求項５と同様に波長／
レベル保持手段によって保持し、最大出力レベルとなる
波長を自動的に選択して波長計の機能を達成している。

【００１４】

【実施例】まず本発明に用いられる偏波面無依存型の波
長可変型干渉光フィルタの構成について図２を参照しつ
つ説明する。本実施例による波長可変型干渉光フィルタ
１は、例えばガラス，シリコン等のサブストレート２上
に物質を多層蒸着させて構成している。このサブストレ
ート２は使用する波長の範囲で光の透過率が高い材質を
用いて構成するものとし、誘電体や半導体が用いられ
る。本実施例では石英ガラスを用いている。そしてこの
サブストレート２の上部には、使用する波長での光の透
過率の高い蒸着物質、誘電体，半導体等の多層膜３を蒸
着する。ここで多層膜３は図示のように下部多層膜３
１，キャビティ層３２及び上部多層膜３３から形成され
るものとする。又サブストレート２の下面には反射防止
膜４を蒸着によって形成する。

【００１５】ここで多層膜３，反射防止膜４の蒸着材料
として用いられる物質は、例えばＳi Ｏ₂（屈折率ｎ＝
1.46），Ｔa₂Ｏ₅（ｎ＝2.15），Ｓi （ｎ＝3.46）やＡ
l₂Ｏ₃，Ｓi₂Ｎ₄，Ｍg Ｆ等が用いられる。又本実施例
では多層膜３は低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に積層
して蒸着させている。ここで膜厚ｄと透過波長λ，屈折
率ｎとは以下の関係となるようにする。 λ＝４ｎｄ・・・（３）即ち各層はその光学厚さをλ／４とする。そして低屈折
率膜と高屈折率膜とを交互に積み重ねることによって透
過率のピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）を小さくしてい
る。

【００１６】さて本実施例による波長可変型干渉光フィ
ルタ１は、透過波長と膜厚とが式（３）の関係を有する
ことから、サブストレート２を細長い板状の基板とし、
この上部の多層膜３の光学厚さを連続的に変化させて透
過波長λを異ならせるようにしている。そしてこの波長
可変型干渉光フィルタ１の透過波長をλ_a〜λ_c（λ_a
＜λ_c）とし、その中心点（ｘ＝ｘ_b）での透過波長を
λ_bとする。上下の多層膜３１，３３は夫々第１の屈折
率ｎ₁の第１の蒸着物質膜とこれより屈折率の低い第２
の屈折率ｎ₂の第２の蒸着物質膜とを交互に積層して構
成する。即ち図２（ａ）の円形部分の拡大図を図２
（ｃ）に示すように、夫々の膜厚を連続的に変化させて
いる。図２（ｃ）において、下部多層膜３１の低屈折率
膜を３１Ｌ，高屈折率膜を３１Ｈとし、上部多層膜３３
の高屈折率膜を３３Ｈ，低屈折率膜を３３Ｌとする。そ
して図２（ａ）のフィルタのｘ軸上での端部ｘ_aの透過
波長λ_aに対して、夫々低屈折率膜及び高屈折率膜で上
記の式（３）が成り立つように設定する。又ｘ_b，ｘ_c
での透過波長λ_b，λ_cに対しても、その波長λ_b，λ
_cで式（３）が成り立つようにその膜厚を設定する。そ
してその間の膜厚も波長の変化が直線的に変化するよう
に設定する。従って層の各膜厚はｘ軸上の位置ｘ_a〜ｘ
_cにつれて連続的に変化し、ｘ軸の正方向に向かって膜
厚が大きくなる。

【００１７】例えばλ_aを1540nm，λ_cを1560nm，λ_b
を1550nmとし、例えば第１の屈折率ｎ₁が2.15のＴi Ｏ
₂と、第２の屈折率ｎ₂が1.46のＳi Ｏ₂とを交互に積
層するものとすると、上部及び下部の低屈折率膜３１
Ｌ，３３Ｌは左端（ｘ＝ｘ_a）では膜厚ｄは263.7nm 、
右端（ｘ＝ｘ_c）では膜厚は267.1nm となる。又屈折率
ｎの2.15のＴｉＯ₂を高屈折率膜３１Ｈ，３３Ｈとして
用いる場合には、高屈折率膜３１Ｈ，３３Ｈの膜厚はｘ
＝ｘ_aでは179nm 、ｘ＝ｘ_cでは181.4nm となる。又屈
折率ｎが3.46のＳｉを高屈折率膜３１Ｈ，３３Ｈとして
用いた場合には、高屈折率膜３１Ｈ，３３Ｈの膜厚はｘ
＝ｘ_aでは111.7nm 、ｘ＝ｘ_cでは112.7nm となる。

【００１８】ここで膜厚のｘ軸方向での変化をｘの関数
ｄ（ｘ）とし、波長λをｘの関数λ（ｘ）とし、屈折率
もｘの変数ｎ（ｘ）とすると、これらの関係は式
（１），（２）で表される。ここでｘ₀は任意の位置、
例えばｘ＝ｘ_aの位置である。又Ａは定数である。

【００１９】尚本実施例では上部及び下部の多層膜３
１，３３の膜厚を制御することによってその光学厚さを
制御するようにしているが、膜厚は同一とし屈折率をサ
ブストレートのｘ軸方向に沿って変化させて光フィルタ
を構成することも可能である。又同一直線上に光学厚さ
を連続して変化させる必要はなく、サブストレートの任
意のラインに沿って膜厚や屈折率等の光学厚さを変化さ
せるようにしてもよい。

【００２０】そして石英ガラスのサブストレート２上に
低屈折率膜３１Ｌ，３３ＬとしてＳi Ｏ₂、高屈折率膜
３１Ｈ，３３ＨとしてＴi Ｏ₂を用いて交互に積層し、
中心波長1550nmのシングルキャビティ構造のフィルタに
おいて、上下の多層膜３を合わせて３２層以上としたと
きに半値全幅（ＦＷＨＭ）１nm以下の狭帯域フィルタが
実現できた。又石英ガラスのサブストレート２上にＳi
Ｏ₂とＳi とを積層したシングルキャビティ構造のフィ
ルタにおいて、上下の多層膜３を合わせて２４層を積層
することによって半値全幅（ＦＷＨＭ）１nm以下の狭帯
域フィルタが実現できた。このように高屈折率膜と低屈
折率膜の屈折率の差が大きいほど、少ない膜層数で狭帯
域フィルタが実現できる。

【００２１】図３は本実施例の波長可変型干渉光フィル
タに対する光の入射位置ｘに対する透過波長λの変化
と、半値全幅、及び透過率の変化を示している。式
（１）において入射位置ｘを変化させ透過波長λを直線
的に変化させるように構成しても、半値全幅及び透過率
はｘ軸の位置に応じては変化しないで、一定値となる状
態が示されている。又入射光の偏波面についても差がな
く、偏波面に依存しない狭帯域の光フィルタが実現でき
ている。

【００２２】尚前述した実施例では、シングルキャビテ
ィ構造の波長可変型干渉光フィルタについて示している
が、このようなキャビティ層を複数としたマルチキャビ
ティ構造のフィルタとしてもよい。例えば前述した実施
例のシングルキャビティ構造の上部多層膜３３の上部に
更にキャビティ層を形成し、その上部に多層膜を形成し
たダブルキャビティ構造の波長可変型干渉光フィルタを
構成してもよい。多層膜の膜数を少なくしてもキャビテ
ィ数が多くなれば波長選択特性が向上することとなる。

【００２３】次に本発明による干渉光フィルタ装置の第
１実施例について説明する。図１は第１実施例の光フィ
ルタ装置の構成を示すブロック図、図４はその斜視図で
ある。本実施例による光フィルタ装置１０は、図４に示
すように前面に入射光が入力される光ファイバコネクタ
１１，出射光が導かれる光ファイバコネクタ１２が設け
られる。又パネル面には波長の変化方向を入力するため
のキーが設けられる。キー１３ａは短波長方向、キー１
３ｂは長波長方向に低速で移動させるための波長移動キ
ーであり、１３ｃは短波長方向、１３ｄは長波長方向に
高速で波長を移動させるキーである。又１３ｅは波長の
数値を直接入力する波長指定キーである。又パネル面に
は選択している波長を表示する波長表示器１４、出射光
強度を表示する光強度表示器１５が設けられている。

【００２４】次に光フィルタ装置の内部構成について説
明する。図１において前述した波長可変型干渉光フィル
タ１は直線移動ステージ２０上に固定される。直線移動
ステージ２０はモータ２１とその減速機構及びウォーム
ギア等によって駆動され、干渉光フィルタ１を矢印方向
に直線的に移動させるものである。この干渉光フィルタ
１には光コネクタ１１より図示しない光ファイバを介し
て矢印方向に、その垂直面よりわずかに傾けて入射光が
入射するように構成されている。尚図１では矢印で示す
光ビームは干渉光フィルタ１と直線移動ステージ２０と
を透過するように示しているが、直線移動ステージ２０
には開口が設けられ光ビームは干渉光フィルタ１内のみ
を透過するものとする。そして直線移動ステージ２０に
よって入射光の干渉光フィルタ１への照射位置が連続的
に変化するように構成されている。直線移動ステージ２
０には、その位置を検出するステージ位置モニタ部２３
が設けられている。このステージ位置モニタ部２３は、
例えばモータ２１の回転軸にロータリーエンコーダが連
結され、その回転数によってステージ位置信号を出力す
るものとする。

【００２５】波長可変型干渉光フィルタ装置には図４に
示すように、現在選択されている波長より長い波長又は
短い波長側に移動させる波長移動キー１３ａ〜１３ｄ、
波長指定キー１３ｅが設けられている。これらのキー１
３ａ〜１３ｅからの入力はキー入力ＩＦ部２４を介して
演算処理部２５に入力される。又演算処理部２５はマイ
クロコンピュータとメモリによって構成されたものであ
り、ステージ位置を透過波長に変換するための波長変換
テーブル２６ａやワークエリアを有する外部メモリ２
６、上位のコンピュータとの通信を行う通信インターフ
ェース２７、及び図４に示す表示器１４，１５を駆動す
る数値表示部２８が接続されている。更に本実施例によ
る干渉光フィルタ装置は、干渉光フィルタ１の出射位置
に透過光の一部を反射するビームサンプラ２９が設けら
れる。ビームサンプラ２９は出射光のうち例えば４〜６
％の光を反射するハーフミラーであって、反射光は受光
部３５に入射される。受光部３５はフォトダイオード等
によって構成されており、その出力は増幅器３６に入力
される。増幅器３６は演算処理部２５からの制御に基づ
いて増幅率を×１，×１０，×１００，×１０００等と
して入力信号を増幅する可変増幅率増幅器であって、増
幅出力はＡ／Ｄ変換器３７に与えられる。Ａ／Ｄ変換器
３７は増幅出力をデジタル信号に変換して演算処理部２
５に出力するものである。演算処理手段２５はキー入力
部２４より与えられる波長移動信号や波長指定信号に基
づいてモータを駆動すると共に、ステージ位置モニタ部
２３より得られる位置信号を波長情報に変換し表示部に
出力するものである。又Ａ／Ｄ変換器３７からの変換値
を出射光レベルとして数値表示部２８に出力している。

【００２６】次に本実施例の動作について説明する。こ
の波長可変型干渉光フィルタ装置は、あらかじめ直線移
動ステージ２０の位置と出射光の波長とを校正しておく
ものとする。まず入射光として白色光等を使用し、直線
移動ステージ２０の端部まで光干渉フィルタ１を移動さ
せる。そして光コネクタ１１より入射光をこの光フィル
タ装置に入射すると、干渉光フィルタ１より選択された
波長の光が得られる。こうして出射した光の波長を光ス
ペクトラムアナライザ又は波長計でモニタする。そうす
れば端部での位置に対する通過波長が認識でき、これを
波長変換テーブル２６ａ内に保持しておく。そしてモー
タを駆動して直線移動ステージ２０を微小区間、例えば
可変範囲の１／２０の区間移動させ、そのときのステー
ジ位置モニタ部２３からの位置信号と出射光の波長を順
次波長変換テーブル２６ａ内に保持する。そして順次移
動させて同様の処理を行い、直線移動ステージ２０のす
べての位置と選択された波長を変換テーブルとして記憶
する。こうすれば直線移動ステージ２０の位置と透過波
長とを正確に対応付けることができ、例え干渉光フィル
タ１の入射位置に応じて直線的に選択波長が変化しない
場合にも正確な波長を認識することが可能となる。

【００２７】次に本実施例の動作について図５のフロー
チャートを参照しつつ説明する。まず動作を開始すると
ステップ４１においてＡ／Ｄ変換器３７からＡ／Ｄ変換
値を取込む。そしてステップ４２に進んで増幅器３６の
増幅率を設定し、光強度を算出する。次いでステップ４
３に進んで数値表示部２８に出射光の強度を表示する。
そしてステップ４４に進んでキー入力部２４からコマン
ドの入力があったかどうかをチェックする。コマンドの
入力がなければステップ４５，４６に進んでステージ位
置モニタ部２３からの位置信号を読込む。そしてステッ
プ４６に進んで位置信号を波長変換テーブル２６ａを用
いて波長情報に変換する。この変換では直線移動ステー
ジ２０が既に作成した変換テーブルの位置の中間にある
場合には、直線補間等の操作を行い現在位置での波長情
報に変換する。そしてステップ４７に進んでその波長情
報を数値表示部２８を介して波長表示器１４に表示す
る。

【００２８】一方ステップ４４においてコマンド入力が
あれば、ステップ４８に進んで波長移動キー１３ａ〜１
３ｄの入力かどうかをチェックし、波長移動キー１３ａ
〜１３ｄの入力であればステップ４９においてモータ制
御信号をモータ駆動部２２に出力する。このモータ制御
信号はキー１３ａ〜１３ｄにより波長の移動方向、即ち
短波長側又は長波長側のいずれか、及び高速又は低速が
選択されているため、それに応じてモータの回転方向と
回転速度を制御する信号とする。そしてステップ４５に
進んでステージの位置信号を取込み、同様の処理を繰り
返す。

【００２９】又ステップ４８において波長移動キー１３
ａ〜１３ｄでなければ、ステップ５０に進んで波長指定
入力キー１３ｅかどうかをチェックする。このキーであ
ればステップ５１においてその波長位置となるようにモ
ータ制御信号を出力する。そしてステップ５２に進んで
ステージの位置信号を取込み、ステップ５３においてそ
の位置情報を波長変換テーブル２６ａを用いて波長情報
に変換する。そしてステップ５４に進み指定波長に一致
したかどうかをチェックし、一致しなければステップ５
１に戻って同様の処理を繰り返す。指定波長と一致した
場合にはステップ４７に進んで波長の表示を行う。こう
すれば波長移動キー１３ａ〜１３ｄを連続して押下すれ
ば、出射光の波長は連続して長波長側又は短波長側に高
速又は低速で変化することとなる。又波長指定キー１３
ｅを入力することによってその指定波長での光を出射す
ることができる。ここで演算処理部２５はステップ４
５，４６，５２，５３において直線移動ステージ２０の
位置信号を波長に変換する位置／波長変換手段３８の機
能を達成しており、ステップ５０，５１，５４において
指定波長の位置に直線移動ステージを動作させるべく制
御信号を出力する移動制御手段３９の機能を達成してい
る。

【００３０】尚本実施例は波長移動キー１３ａ〜１３ｄ
からの入力に基づき、演算処理部２５を介してモータを
駆動し、波長を選択するようにしている。しかし演算処
理部を用いずこれらのキー入力によって直接モータをい
ずれかの方向に移動させるようにしてもよい。そしてス
テージ位置モニタ部２３からの位置信号を位置／波長変
換手段によって変換してそのまま表示するようにすれ
ば、マイクロコンピュータを用いたシステムとする必要
はなく、全体の構成をより簡略化することができる。

【００３１】次に本発明の第２実施例について説明す
る。第２実施例は前述した波長移動キーや波長指定キー
による波長選択を行うものではなく、入射光の特性を検
出するための干渉光フィルタ装置である。本実施例にお
いて第１実施例と同一部分は同一符号を付して詳細な説
明を省略する。本実施例では図６に示すように干渉光フ
ィルタ装置のパネル面にスペクトラムアナライザ表示用
の入力キー「ＳＰ」６０ａ、波長計キー６０ｂを設けて
おくものとする。又演算処理部６１内には後述するよう
に直線移動ステージ２０を端部から他方の端部まで移動
させ、そのときの波長とレベルの変化を保持し表示する
スペクトラムアナライザ機能や、最大出力レベルの選択
を行う波長計の機能を達成するものとする。演算処理部
６１はマイクロコンピュータとメモリによって構成され
る。又図６，図７に示すように演算処理部６１には画像
表示器６６が接続されている。

【００３２】次に本実施例の動作について図８のフロー
チャートを参照しつつ説明する。動作を開始するとまず
ステップ７１，７２において入力キーのうちスペクトラ
ムアナライザキー（スペアナキー）６０ａ又は波長計キ
ー６０ｂのいずれが押下されたかをチェックする。これ
らのキーでなければ他の処理を行い、これらのいずれか
のキーであればステップ７３に進んでモータ駆動部２２
を駆動することによって直線移動ステージ２０を一方の
端部まで移動させる。そしてステップ７４に進んで微小
区間ステージを移動させる。次いでステップ７５，７６
においてステージ位置モニタ部２３からステージの位置
信号を読取り、波長情報に変換する。そしてステップ７
７においてその波長データを外部メモリ２６のワークエ
リアに記憶する。そしてステップ７８，７９においてＡ
／Ｄ変換器３７からのＡ／Ｄ変換値を読取って増幅率を
設定し、そのときに干渉光フィルタ１を透過した出射光
の強度を外部メモリ２６に記憶する。そしてステップ８
１に進んで直線移動ステージ２０の他方の端部に達した
かどうかをチェックし、達していなければステップ７４
に戻り、更にステージを同一方向に微小区間移動させて
ステップ７５〜８０の処理を行う。こうしてステージの
端部まで移動させると、干渉光フィルタ１を透過する光
の波長とその振幅とが記憶されることとなる。

【００３３】こうしてステージの他端にまで達すると、
ステップ８１によりステップ８２に進んでステップ７１
又は７２においてスペクトラムアナライザキー６０ａ，
波長キー６０ｂのいずれのキーが押下されていたかをチ
ェックする。スペクトラムアナライザキー６０ａであれ
ばステップ８３に進み波長及びその波長の出射光レベル
を画像表示器６６によって画像表示する。この画像表示
器は図６，図７に示すように干渉光フィルタ装置のパネ
ル面に設けてもよく、又通信インターフェース２７を介
して外部のＣＲＴ表示器等に表示したり、プリンタ等に
印字するようにしてもよい。又ステップ８２においてス
ペクトラムアナライザキー６０ａでなければ波長キー６
０ｂであるため、ステップ８４に進んでそのときに得ら
れた最大出力レベルの波長を選定し、その位置となるよ
うにモータ駆動部２２を駆動して直線移動ステージ２０
を移動させる。そうすれば入射光の最大振幅レベルの出
射光が得られることとなる。この場合に第１実施例と同
様にそのときの波長や出力レベルを表示するようにして
もよい。ここでマイクロコンピュータから成る演算処理
部６１は、ステップ７３，７４，８１において、直線移
動ステージ２０を端部から他方の一方の端部まで連続的
に移動させるスキャニング手段６２の機能を達成してい
る。又演算処理部６１はステップ７５，７６においてス
テージの位置信号を波長情報に変換する位置／波長変換
手段６３の機能を達成しており、ステップ７７，８０は
得られた波長や光強度を保持する波長／レベル保持手段
６４の機能を達成している。又演算処理部６１はステッ
プ８４において波長キーであるときに最大レベルの波長
となるように選択する最大レベル設定手段６５の機能を
達成している。

【００３４】尚前述した第１，第２実施例ではＡ／Ｄ変
換値に基づいて出射光のレベルが直接得られるものとし
ているが、ビームサンプラ２９の反射率は一定ではな
く、又反射率の波長依存性もあるため、Ａ／Ｄ変換値を
補正しておくことが好ましい。例えば位置情報を波長に
変換した場合と同様に、あらかじめＡ／Ｄ変換値と正確
な出射光の出力レベルとのテーブルを作成し、それに基
づいて適宜補正を行い正確な出力レベルが得られるよう
に構成してもよい。

【００３５】又第１，第２実施例では１枚の干渉光フィ
ルタを用いているが、複数の光フィルタを用いて順次使
用するフィルタを切換えるようにしてもよい。そうすれ
ば波長の変化範囲を大きくし、波長可変型干渉光フィル
タ装置全体として選択波長の幅を向上させることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明による
波長可変型干渉光フィルタは、波長可変型干渉光フィル
タを回動させずに光の照射位置を直線的に変化させるこ
とによって、透過波長を連続的に変化させることができ
る。又透過波長は入射位置によってのみ異なり、その偏
波面によって透過率が変化することがなく、Ｐ波及びＳ
波に対しても同一の透過率が得られる。更に光の選択特
性である半値全幅も光の照射位置に応じては変化せず、
一定値とすることができるという優れた効果が得られ
る。従って請求項１の発明では、直線移動ステージを駆
動手段によって干渉光フィルタを連続的に駆動すること
によって、透過光の波長を連続的に変化させることがで
きる。又請求項２，３の発明では、透過光をの波長をモ
ニタして表示したり出力レベルを表示することができ
る。又請求項４の発明では、光源の光から所望の波長の
光のみを極めて容易に選択することができる。又請求項
５の発明では、波長の可変範囲で光スペクトラムアナラ
イザとして使用することができるため、光源の特性や他
の種々の光ディバイスの特性を容易に識別することがで
きる。更に請求項６の発明では、光源の最大出力となる
波長を自動的に選択することができるという優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による波長可変型干渉光フ
ィルタ装置の構成を示すブロック図である。

【図２】（ａ）は本発明の一実施例によるシングルキャ
ビティ構造の波長可変型干渉光フィルタの構成を示す断
面図、（ｂ）はそのｘ軸上での透過率の変化を示すグラ
フ、（ｃ）は（ａ）の円形部分の拡大断面図である。

【図３】本実施例の入射位置に対する透過波長、半値全
幅、及び透過率の変化を示すグラフである。

【図４】本実施例の波長可変型干渉光フィルタ装置の外
観を示す斜視図である。

【図５】本実施例の動作を示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２実施例による波長可変型干渉光フ
ィルタ装置の外観を示す斜視図である。

【図７】第２実施例の構成を示すブロック図である。

【図８】第２実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図９】従来の干渉光フィルタの透過波長を変化させる
ときの使用状態を示す概略図である。

【図１０】従来の干渉光フィルタの入射光の角度に対す
る波長の変化を示すグラフである。

【図１１】従来の干渉光フィルタの入射角度を変化させ
たときの半値全幅の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１波長可変型干渉光フィルタ２サブストレート３多層膜４反射防止膜１１，１２光コネクタ１３ａ〜１３ｄ波長移動キー１３ｅ波長指定キー１４波長表示器１５レベル表示器２０直線移動ステージ２１モータ２２モータ駆動部２３ステージ位置モニタ部２４キー入力部２５演算処理部２６外部メモリ２６ａ波長変換テーブル２７通信インターフェース２８数値表示部２９ビームサンプラ３１Ｌ，３３Ｌ低屈折率膜３１Ｈ，３３Ｈ高屈折率膜３２キャビティ層３３上部多層膜３５受光部３６増幅器３７Ａ／Ｄ変換器６０ａスペクトラムアナライザキー６０ｂ波長計キー６１演算処理部６２スキャニング手段６３位置／波長変換手段６４波長／レベル保持手段６５最大レベル設定手段６６画像表示器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用波長の範囲で光を透過させる物質に
よって形成されたサブストレートと、該サブストレート
上に形成され、所定範囲の波長の光を透過させる光透過
率の高い物質によって形成された多層蒸着物質膜とを有
し、該多層蒸着物質膜の光学厚さは、前記サブストレー
トの所定方向に沿って連続的に変化するように構成した
ものであり、この光フィルタへの入射光の照射位置を該
サブストレートの所定方向に沿って変化させることによ
って所定の波長範囲で透過光の波長を連続的に変化させ
る偏波面無依存型の波長可変型干渉光フィルタと、前記波長可変型干渉光フィルタを保持し、所定方向に直
線的に移動させ、入射光の前記波長可変型干渉光フィル
タへの照射位置を連続的に変化させる直線移動ステージ
と、前記波長可変型干渉光フィルタの移動方向を入力する波
長移動入力手段と、前記波長移動入力手段による入力時に前記直線移動ステ
ージを直線的に駆動する駆動手段と、を具備することを
特徴とする波長可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項２】使用波長の範囲で光を透過させる物質に
よって形成されたサブストレートと、該サブストレート
上に形成され、所定範囲の波長の光を透過させる光透過
率の高い物質によって形成された多層蒸着物質膜とを有
し、該多層蒸着物質膜の光学厚さは、前記サブストレー
トの所定方向に沿って連続的に変化するように構成した
ものであり、この光フィルタへの入射光の照射位置を該
サブストレートの所定方向に沿って変化させることによ
って所定の波長範囲で透過光の波長を連続的に変化させ
る偏波面無依存型の波長可変型干渉光フィルタと、前記波長可変型干渉光フィルタを保持し、所定方向に直
線的に移動させ、入射光の前記波長可変型干渉光フィル
タへの照射位置を連続的に変化させる直線移動ステージ
と、前記直線移動ステージの移動範囲で選択される前記波長
可変型干渉光フィルタの可変範囲のいずれかの波長を指
定する波長指定入力手段と、前記波長指定入力手段によって指定された波長となる位
置に前記直線移動ステージを移動させるべく前記駆動手
段に信号を与える移動制御手段と、を具備することを特
徴とする波長可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項３】前記直線移動ステージの位置をモニタす
る位置モニタ手段と、前記位置モニタ手段より得られる位置信号を波長情報に
変換する位置／波長変換手段と、前記位置／波長変換手段より得られる波長情報を表示す
る波長表示手段と、を具備することを特徴とする請求項
１又は２記載の波長可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項４】前記波長可変型干渉光フィルタを透過し
た光の一部を反射するビームサンプラと、前記ビームサンプラの光を受光する受光手段と、前記受光手段より得られる受光レベルを表示するレベル
表示手段と、を具備することを特徴とする請求項１又は
２記載の波長可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項５】使用波長の範囲で光を透過させる物質に
よって形成されたサブストレートと、該サブストレート
上に形成され、所定範囲の波長の光を透過させる光透過
率の高い物質によって形成された多層蒸着物質膜とを有
し、該多層蒸着物質膜の光学厚さは、前記サブストレー
トの所定方向に沿って連続的に変化するように構成した
ものであり、この光フィルタへの入射光の照射位置を該
サブストレートの所定方向に沿って変化させることによ
って所定の波長範囲で透過光の波長を連続的に変化させ
る偏波面無依存型の波長可変型干渉光フィルタと、前記波長可変型干渉光フィルタを保持し、所定方向に直
線的に移動させ、入射光の前記波長可変型干渉光フィル
タへの照射位置を連続的に変化させる直線移動ステージ
と、前記直線移動ステージを一端から他端まで連続的に移動
するスキャニング手段と、前記直線移動ステージの位置をモニタする位置モニタ手
段と、前記位置モニタ手段より得られる位置信号を波長情報に
変換する位置／波長変換手段と、前記位置モニタ手段及び位置／波長変換手段より前記直
線移動ステージを移動させた際に得られるデータを保持
する波長／レベル保持手段と、前記波長／レベル保持手段より保持されたデータを画像
表示する画像表示手段と、を具備することを特徴とする
波長可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項６】請求項５記載の波長可変型干渉光フィル
タ装置において、前記画像表示手段に代えて、前記波長／レベル保持手段より得られる最大光強度レベ
ルとなる波長位置に前記直線移動ステージを移動させる
最大レベル設定手段を具備することを特徴とする波長可
変型干渉光フィルタ装置。
【請求項７】前記波長可変型干渉光フィルタは、前記
多層蒸着物質膜の各層の膜厚ｄは、その蒸着物質膜の屈
折率をｎ、その位置での透過波長をλとすると、ｄ＝λ
／４ｎとなるように膜厚が連続的に変化するものである
ことを特徴とする請求項１，２，５又は６記載の波長可
変型干渉光フィルタ装置。
【請求項８】前記波長可変型干渉光フィルタは、前記
波長可変型干渉光フィルタの多層蒸着物質膜は、第１の
屈折率ｎ₁の第１の蒸着物質膜と、これより屈折率の低
い第２の屈折率ｎ₂の蒸着物質膜とを交互に積層して構
成したものであることを特徴とする請求項７記載の波長
可変型干渉光フィルタ装置。
【請求項９】前記波長可変型干渉光フィルタは、前記
蒸着物質膜は、前記多層膜の間に膜厚ｄがλ／２ｎ（ｎ
は屈折率）のキャビティ層を挿入して構成したことを特
徴とする請求項７又は８記載の波長可変型干渉光フィル
タ装置。
【請求項１０】前記波長可変型干渉光フィルタは、前
記サブストレートの所定方向の位置をｘとし、その位置
での透過中心波長をλ（ｘ）とすると、前記多層蒸着物
質膜の膜厚ｄ（ｘ）とその層の屈折率ｎ（ｘ）とは、以
下の式（１），（２）を満たすものであることを特徴と
する請求項１，２，５又は６記載の波長可変型干渉光フ
ィルタ装置。【数１】
【請求項１１】前記波長可変型干渉光フィルタは長方
形の板状サブストレート上に構成されたものであり、そ
の長手方向に位置をｘとし、その長手方向に沿って蒸着
物質膜の膜厚の厚さを連続的に変化させるようにしたも
のであることを特徴とする請求項１０記載の波長可変型
干渉光フィルタ装置。