WO2011089931A1 - 分光装置 - Google Patents

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福世　文嗣
道治 米澤
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a spectroscopic device for selecting light in a predetermined wavelength range, and more particularly to a spectroscopic device incorporating a dielectric thin film interference filter.
  • a spectroscopic device using an interference filter in which dielectric thin films having different refractive indexes are alternately stacked and an intermediate cavity layer is formed of a dielectric thin film having an intermediate refractive index has been known (the following patents).
  • Reference 1 This spectroscopic device has an interference filter provided so as to be rotatable, and the transmission wavelength is continuously changed by changing the incident angle with respect to the interference filter when collimated light is incident on the interference filter.
  • a wavelength tunable filter to be realized is known (see Patent Document 2 below). This wavelength tunable filter realizes output of transmitted light having a wider wavelength range by adopting a configuration in which four filters are rotationally symmetrically arranged on a rotary table.
  • the wavelength tunable filter including the plurality of filters described in Patent Document 2 described above tends to have a wide transmission wavelength variable range due to interference between the plurality of filters during rotation of the rotary table. This is because if the incident angle to a certain filter is set to be large, the incident light easily interferes with other filters, so that the range of the incident angle with respect to each filter is limited.
  • an object of the present invention is to provide a spectroscopic device capable of easily expanding the variable range of the selected wavelength without increasing the size of the device.
  • the spectroscopic device of the present invention provides n (n is an integer of 3 or more) dielectric thin film interference that selectively transmits light from a light source in a wavelength range corresponding to the incident angle of light.
  • a spectroscopic device comprising a filter and a flat-plate-shaped rotation support member in which a dielectric thin-film interference filter is erected on a main surface and is rotatable around a predetermined point along the main surface.
  • Each of the dielectric thin film interference filters has an end surface on the light incident side or light emission side with respect to a line connecting a predetermined point on the main surface of the rotation support member and the center point of the dielectric thin film interference filter on the main surface. It is arranged to be inclined.
  • the “dielectric thin film interference filter” refers to a filter whose center wavelength representing the performance of the filter shifts according to the incident angle to the filter.
  • a spectroscopic device light is incident along the main surface of the rotation support member from the light source, and the light is selectively thinned in a wavelength range corresponding to the incident angle to the dielectric thin film interference filter.
  • the light is transmitted through the interference filter and output.
  • the n dielectric thin film interference filters through which light is transmitted can be switched alternately, and each of the n dielectric thin film interference filters can be switched.
  • the incident angle of light to the filter can also be changed. As a result, the transmission wavelength can be continuously changed.
  • the dielectric thin film interference filter is arranged such that its end face is inclined with respect to a line connecting a predetermined point on the main surface and the center point of the dielectric thin film interference filter, thereby providing a plurality of dielectric thin film interference filters.
  • variable range of the selected wavelength can be easily expanded without increasing the size of the apparatus.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention.
  • a light source device 1 shown in FIG. 1 is a device used as a light source having a specific light emission wavelength region (for example, a near infrared wavelength region) in various inspection devices such as a semiconductor inspection device.
  • the light source device 1 is an aspect of a spectroscopic device that selects a specific wavelength region of light from a light source.
  • the light source 3 is mounted on a heat sink 2 as a heat dissipation mechanism, and is irradiated from the light source 3.
  • a light conversion optical system 5 that receives light, converts the light, and outputs the light externally via the optical fiber 4, and a control system 30 that controls the light source 3 and the light conversion optical system 5 are configured.
  • the X axis is taken in the direction along the optical axis of the light source 3 on the plane of the paper
  • the Y axis, the direction perpendicular to the X axis and the Y axis are taken along the direction perpendicular to the X axis on the plane of the paper.
  • the Z axis the Z axis.
  • the light source 3 is a light source device such as a halogen lamp or a white LED that widely includes a predetermined wavelength range from a visible light component to an infrared component as an emission wavelength range, and is not directed toward the light conversion optical system 5 positioned in the + X axis direction. Polarized diffused light is emitted.
  • the light conversion optical system 5 is provided with a collimating lens 6, a wavelength selection element 7, and a filter rotating body 8 in order from the vicinity of the light source 3 along the + X axis direction.
  • the diffused light from the light source 3 is converted into parallel light L1 by the collimating lens 6 and enters the wavelength selection element 7.
  • the wavelength selection element 7 is an element for selecting light in a predetermined wavelength range (for example, 350 nm to 750 nm) out of the parallel light L1 having the light emission wavelength range of the light source 3 as a wavelength range. It is a dichroic mirror that transmits light in the wavelength range and reflects light outside the wavelength range.
  • the wavelength selection element 7 is disposed with its reflection surface inclined with respect to the X axis.
  • the wavelength selection element 7 transmits the light L2 having a predetermined wavelength range toward the filter rotating body 8 in the + X-axis direction, and unnecessary light of other wavelength components is unnecessary.
  • the light is reflected in the ⁇ Y-axis direction and is lost by the beam damper 9.
  • the wavelength range selected by the wavelength selection element 7 includes at least a wavelength variable range of light finally output from the light source device 1 (for example, 400 nm to 700 nm, hereinafter referred to as “assumed wavelength range”). Is set to
  • the filter rotating body 8 includes a rotary table (rotary support member) 10 that is a disk-like member rotatably supported by a rotary mechanism 14 having a rotary axis along the Z axis, and a main surface 10 a of the rotary table 10. It is composed of four band-pass filters 11a, 11b, 11c, and 11d that are erected so as to be rotationally symmetric along the periphery.
  • band-pass filters 11a, 11b, 11c, and 11d are so-called dielectric thin film interference type having a flat plate shape including a known laminated structure of dielectric thin films between the light incident surface 12 and the light emitting surface 13. It is a filter. With such a structure, the band pass filters 11a, 11b, 11c, and 11d can selectively transmit light in a wavelength range corresponding to the incident angle of light with respect to the light incident surface 12. The material and film thickness of each dielectric thin film are set so that the characteristics of the transmission wavelength region with respect to the incident angle differ among the four band pass filters 11a to 11d.
  • the band-pass filter 11a when the incident angle of light with respect to the light incident surface 12 is 0 degree, the band-pass filter 11a has characteristics of a transmission wavelength region having a center wavelength of about 700 nm and a half-value width of several nm, and increases the incident angle. Accordingly, the transmission wavelength region shifts to the short wavelength side, and when the incident angle is 50 degrees, the center wavelength is about 600 nm.
  • the bandpass filters 11b, 11c, and 11d have transmission wavelength band characteristics different from those of the bandpass filter 11a having center wavelengths of about 610 nm, about 530 nm, and about 460 nm when the incident angle is 0 degree.
  • the peak wavelength decreases as the absolute value of the incident angle increases with reference to the peak wavelength at an incident angle of 0 degree, and the rate of change increases as the absolute value of the incident angle increases.
  • the bandpass filters 11 a to 11 d having the above-described configuration are fixed so that the light incident surface 12 and the light emitting surface 13 are substantially perpendicular to the main surface 10 a of the turntable 10.
  • the rotational center C 1 of the band-pass filter 11a the central point 15a on the principal surface 10a of ⁇ 11d ⁇ 15d and the main surface 10a lines, respectively, the light incident surface of the band-pass filters 11a ⁇ 11d 12
  • the light exit surface 13 is inclined so that the inclination angles are equal to each other.
  • the band-pass filters 11a ⁇ 11d is the inclination angle of the light incident surface 12 and the light emitting surface 13 against the line connecting the center point thereof 15a ⁇ 15d in the vicinity and the rotational center C 1 of the center point 15a ⁇ 15d
  • rotating shaft members 18a to 18d such as a shaft member and a screw member may be attached.
  • the main surface 10a is parallel to the XY plane, it is arranged so that light L2 is incident between the peripheral portion of the rotation center C 1 and the main surface 10a on the principal surface 10a.
  • any one of the bandpass filters 11a to 11d can be rotated so as to be positioned on the optical path of the light L2, and the light L2 can be selectively incident, and the incident angle with respect to the bandpass filters 11a to 11d can be made.
  • the variable range of the incident angle of each bandpass filter is determined by the beam width of the light L2, the number of bandpass filters, and the shape and arrangement of the bandpass filters.
  • the light conversion optical system 5 includes a beam sampler 21, a shutter 22, and a condenser lens 23 in order in the + X-axis direction along the optical axis of the light L ⁇ b> 3 transmitted by the filter rotator 8. It is arranged. A part of the light L3 is reflected by the beam sampler 21 and guided to the power monitor 24 to monitor its light intensity. On the other hand, the light L3 is irradiated to the outside by being guided to the optical fiber 4 through the beam sampler 21, the shutter 22, and the condenser lens 23.
  • the control system 30 includes a light source power supply 31 that supplies power to the light source 3, a drive circuit 32 that rotationally drives the rotation mechanism 14, a light source power supply 31, a drive circuit 32, and The control circuit 33 is connected to the power monitor 24.
  • a computer terminal 34 is connected to the control circuit 33 so that the light intensity value monitored by the power monitor 24 can be output to the computer terminal 34, and a light source power source is supplied in accordance with a control signal from the computer terminal 34. By adjusting the output of 31, the light amount of the light source 3 can be adjusted.
  • the control circuit 33 also has a function of controlling the rotation angle of the rotation mechanism 14 in accordance with a control signal from the computer terminal 34. At this time, the control circuit 33 changes and controls the rotation angle of the rotation mechanism 14 so that the incident angles with respect to the bandpass filters 11a to 11d become a predetermined angle. This rotation angle is determined corresponding to the center wavelength of the light emission wavelength region that is finally output from the light source device 1.
  • FIG. 4A shows a case where the incident angle of the band-pass filter 11a is 0 degree. At this time, no other band-pass filter is located on the optical path of the light L2. There is no interference between 11a to 11d.
  • FIG. 4B shows a state in which the bandpass filters 11a to 11d are rotated counterclockwise to set the incident angle to the bandpass filter 11a to 25 degrees
  • FIG. 4C shows the bandpass filters.
  • the state in which the filters 11a to 11d are further rotated counterclockwise to set the incident angle to the bandpass filter 11a to 50 degrees is shown, and in either case, there is no interference between the bandpass filters 11a to 11d.
  • Further rotation from the state of FIG. 4C causes the bandpass filter 11b to enter the optical path of the light L2, so that the transmission characteristics of the two bandpass filters 11a and 11b interfere with each other and are stable.
  • the emitted light wavelength cannot be obtained. Therefore, in this case, the variable range of the incident angle of each of the bandpass filters 11a to 11d is 0 degree to 50 degrees.
  • FIG. 5 shows the wavelength characteristics of the light transmittance when the angle of incidence on the bandpass filters 11a to 11d is changed in the range of 0 to 50 degrees in the present embodiment.
  • the characteristics G A , G B , G C , and G D correspond to the wavelength characteristics of the light transmittance corresponding to the change in the incident angle with respect to the band pass filters 11a, 11b, 11c, and 11d, respectively.
  • a wide range from about 400 nm to 700 nm is realized as the variable range of the emission wavelength of the light source device 1 by controlling the incident angles relating to the bandpass filters 11a to 11d while switching them.
  • the light L2 is incident from the light source 3 along the main surface 10a of the turntable 10, and the light L2 is in a wavelength range corresponding to the incident angles to the bandpass filters 11a to 11d.
  • the light is selectively transmitted through the bandpass filters 11a to 11d and output.
  • by rotating the rotary table 10 around the rotation center C 1 of the main surface 10a, with the four band-pass filters 11a ⁇ 11d of the light L2 is transmitted may be switched alternately, each of the bandpass
  • the incident angle of the light L2 to the filters 11a to 11d can also be changed within a predetermined angle range, and as a result, the emission wavelength can be continuously changed.
  • the four band pass filters 11a to 11d are mounted so that the intersecting lines 16a to 16d formed by the main surface 10a and the light incident surface 12 or the light emitting surface 13 are in contact with one inscribed circle 17. Therefore, the variable range of the incident angle of light of each of the bandpass filters 11a to 11d can be made uniform, and the variable range of the emission wavelength can be efficiently widened with respect to the limited area of the rotary table 10. I can do it.
  • band pass filters 11a to 11d are respectively located outside the inscribed circle 17 on the main surface 10a, interference between the band pass filters 11a to 11d can be further reduced.
  • the four band-pass filters 11a ⁇ 11d, the line connecting the center point 15a ⁇ 15d of the rotational center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11d are at an equal angle to each other, the rotation on the main surface 10a since then the center C 1 centered are disposed such that the 4-fold rotational symmetry, the variable range of the incident angle of light of the respective band-pass filters 11a ⁇ 11d can be made uniform, limited turntable The variable range of the emission wavelength can be more efficiently expanded with respect to the area of 10.
  • 17 and 18 are plan views showing the structure of a filter rotator as a comparative example of the present invention.
  • Filter rotating body 908A shown in FIG. 17 band-pass filters 11a ⁇ 11d width and thickness along the main surface 10a is 10mm, and a 2 mm, the band-pass filters 11a ⁇ 11d, the shortest from the center of rotation C 1 distance 1 mm, an example in which the inclination angle of the light incident surface 12 are arranged such that 0 ° with respect to the line connecting the rotational center C 1 and the center point 15a ⁇ 15d.
  • the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is 0 degrees (indicated by the solid line in FIG. 17). The state is limited to 21 degrees (the state indicated by the dotted line in FIG. 17).
  • the filter rotating body 908B shown in FIG. 18 (a) shows an example of a case where spread the shortest distance from the rotation center C 1 of the filter rotating body 908A to 5 mm.
  • the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is slightly expanded from 0 degree to 27 degrees, but is considerably limited as compared with the filter rotating body 8 of the present embodiment.
  • the filter rotating body 908C shown in FIG. 18 (b), the filter rotating body 908A, and change the width and thickness of the band pass filters 11a ⁇ 11d 18 mm, in 2 mm, the shortest distance from the center of rotation C 1 This is an example when the width is expanded to 32 mm.
  • the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is expanded to 0 to 39 degrees, but is narrower than the filter rotating body 8 of the present embodiment.
  • the diameter of the rotary table 10 of the filter rotating body 908C needs to be considerably increased to about 102 mm as compared with the diameter of the rotary table 10 of the filter rotating body 8 being about 30 mm.
  • the incident angle to be assigned per one filter by interference between adjacent filters Restrictions occur.
  • the incident angles to the bandpass filters 11a to 11d are in the range of positive and negative angles over 0 degrees (for example, in the case of the filter rotating body 908A, a range of ⁇ 21 degrees)
  • the substantial incident angle change amount Becomes half the angle variable range.
  • the wavelength component guided from the wavelength selection element 7 to the beam damper 9 is also provided with a wavelength selection mechanism having a similar configuration including a filter rotator and a rotation mechanism, so that two wavelengths in different wavelength regions are provided. Can be output simultaneously.
  • the wavelength selecting element 7 is a half mirror, light of two wavelengths can be output simultaneously in the same wavelength region. Furthermore, in this case, it is possible to obtain a multi-wavelength output by appropriately selecting the transmittance of the wavelength selection element 7 and arranging a plurality of stages and providing a wavelength selection mechanism corresponding thereto.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device according to the second embodiment of the present invention.
  • the difference between the light source device 101 shown in the figure and the light source device 1 according to the first embodiment is that the two filter rotators 8A and 8B having the same configuration as the filter rotator 8 are separated from the light L2.
  • the two linearly polarized light components L4 and L5 are transmitted through the filter rotators 8A and 8B as P-polarized light, respectively.
  • the polarization separation element 25, the mirrors 26 and 27, the polarization combining element 28, the filter rotators 8A and 8B, and the two filter rotators 8A and 8B are rotated.
  • Rotating mechanisms 14A and 14B are provided.
  • the polarization separation element 25 is an optical element that receives the light L2 transmitted through the wavelength selection element 7 and separates the light L2 into two linearly polarized light components orthogonal to each other.
  • a cube-shaped polarization beam splitter (PBS) It is.
  • the polarization separation element 25 separates a polarization component L4 having a polarization direction along the Y axis from the light L2 (hereinafter also referred to as “horizontal polarization component”) and transmits it in the + X axis direction.
  • a polarization component L5 having a polarization direction along the Z axis (hereinafter also referred to as “vertical polarization component”) is separated from the light L2 and reflected in the + Y axis direction.
  • the filter rotators 8A and 8B are provided on the optical axes of the polarization components L4 and L5 transmitted or reflected by the polarization separation element 25, respectively.
  • the bandpass filters 11a to 11d respectively mounted on the filter rotators 8A and 8B have the same transmission wavelength band characteristics with respect to the incident angles of P-polarized light and S-polarized light between the two filter rotators 8A and 8B. Yes. More specifically, the characteristics of the transmission wavelength region are the same between the bandpass filters 11a, the bandpass filters 11b, the bandpass filters 11c, and the bandpass filters 11d mounted on the two filter rotating bodies 8A and 8B. Has been.
  • Filter rotating body 8A is mounted so as to extend along the main surface 10a of the turntable 10 in the rotating mechanism 14A having an axis of rotation along the Z-axis in the XY plane, the rotation center C 1 and the main surface on the main surface 10a It is positioned so that the horizontally polarized light component L4 is incident between the peripheral edge portion 10a (see FIG. 2). Thereby, the filter rotating body 8A can change the incident angle of the horizontal polarization component L4 with respect to the bandpass filters 11a to 11d by rotating the rotary table 10, and the horizontal polarization component L4 is changed to the bandpass filters 11a to 11a. It is always incident on 11d in the state of P-polarized light.
  • Filter rotating body 8B is mounted to the major surface 10a of the turntable 10 in the rotating mechanism 14B having a rotational axis along the Y-axis so as to extend along the ZX plane, the rotation of the main surface 10a center C 1 and the main surface 10a It is located so that the vertical polarization component L5 may be incident between the peripheral edge portions (see FIG. 2).
  • a mirror 26 that totally reflects S-polarized light in the assumed wavelength range is disposed between the polarization separation element 25 and the filter rotator 8B, and reflects the vertical polarization component L5 emitted in the + Y-axis direction in the + X-axis direction. In this way, the light is incident on the filter rotating body 8B.
  • the filter rotator 8B can change the incident angle of the vertical polarization component L5 with respect to the bandpass filters 11a to 11d by rotating the rotary table 10, and the vertical polarization component L5 is changed to the bandpass filters 11a to 11a. It is always incident on 11d in the state of P-polarized light.
  • the rotation axis of the rotary table 10 is orthogonal between the filter rotator 8A and the filter rotator 8B so as to be incident on the bandpass filters 11a to 11d as P-polarized light.
  • the rotation axis may be the same direction, and the polarization plane may be rotated using a ⁇ / 2 plate or the like so as to be incident on the bandpass filters 11a to 11d as P-polarized light.
  • the ⁇ / 2 plate is inserted before and after the band pass filter.
  • the polarization combining element 28 is disposed in the + X-axis direction along the optical axis of the horizontal polarization component L4 that has passed through the filter rotating body 8A, and the mirror 27 is disposed between the polarization combining element 28 and the filter rotating body 8B.
  • the mirror 27 has a role of totally reflecting S-polarized light in the assumed wavelength range and reflecting the vertically polarized component L5 transmitted through the filter rotating body 8B so as to enter the polarization combining element 28 along the ⁇ Y-axis direction.
  • the polarization beam combining element 28 is an optical element for combining two polarization components L4 and L5 that are orthogonal to each other.
  • a cube-shaped polarization beam splitter PBS
  • the polarization beam combiner 28 combines the horizontal polarization component L4 incident along the X axis and the vertical polarization component L5 incident along the Y axis to generate the unpolarized combined light L3. , And emitted in the + X-axis direction.
  • a part of the synthesized light L3 synthesized by the polarization synthesizing element 28 is guided to the power monitor 24, and at the same time, guided to the optical fiber 4 through the beam sampler 21, shutter 22, and condenser lens 23. , Irradiated outside.
  • the control circuit 33 of the control system 30 is connected to any one of the bandpass filter 11a, the bandpass filter 11b, the bandpass filter 11c, and the bandpass filter 11d that are mounted on the filter rotators 8A and 8B and have the same light transmission characteristics.
  • the rotation angles of the rotation mechanisms 14A and 14B are changed and controlled so that the polarization components L4 and L5 are incident and the incidence angles of the polarization components L4 and L5 with respect to the bandpass filters 11a to 11d are the same.
  • the filter rotators 8A and 8B are arranged so that the transmission wavelength regions of the polarization components L4 and L5 corresponding to the respective incident angles coincide. Will be. That is, the light components L4 and L5 after passing through the filter rotators 8A and 8B have the same spectral profile.
  • the horizontal polarization component L4 separated by the polarization separation element 25 is incident on the filter rotator 8A as P-polarized light
  • the vertical polarization component L5 separated by the polarization separation element 25 is the filter rotator.
  • the light transmitted through the two filter rotating bodies 8A and 8B is combined and emitted to the outside.
  • the incident angle can be set appropriately.
  • the polarization directions of the two wavelength outputs are vertical polarization and horizontal polarization, which are orthogonal to each other, but can be made non-polarized using a depolarizer or the like.
  • FIG. 7 shows the wavelength characteristics of the light transmittance when the incident angles of the two filter rotators 8A and 8B to the bandpass filters 11a to 11d in the present embodiment are changed in the range of 0 degrees to 50 degrees. Yes.
  • the emission intensity characteristics are stabilized in a wide variable wavelength range. It turns out that it becomes possible.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device according to the third embodiment of the present invention.
  • the difference between the light source device 201 shown in the figure and the light source device 101 according to the second embodiment is that the polarization components L4 and L5 are transmitted through the two filter rotators 8C and 8D as S-polarized light, respectively. is there.
  • Filter rotating body 8C is mounted so as to extend along the main surface 10a of the rotary table 10 to the ZX plane rotating mechanism 14C having a rotational axis along the Y-axis, the rotational center C 1 and the main surface on the main surface 10a It is positioned so that the horizontally polarized light component L4 is incident between the peripheral edge portion 10a (see FIG. 2). Thereby, the filter rotating body 8C can change the incident angle of the horizontal polarization component L4 with respect to the bandpass filters 11a to 11d by rotating the rotary table 10, and the horizontal polarization component L4 is changed to the bandpass filters 11a to 11a. It is always incident on 11d in the state of S polarization.
  • Filter rotating body 8D is mounted so as to extend along the main surface 10a of the turntable 10 in the rotation mechanism 14D having an axis of rotation along the Z-axis in the XY plane, the rotation of the main surface 10a center C 1 and the main surface 10a It is located so that the vertical polarization component L5 may be incident between the peripheral edge portions (see FIG. 2). Thereby, the filter rotator 8D can change the incident angle of the vertical polarization component L5 with respect to the bandpass filters 11a to 11d by rotating the rotary table 10, and the vertical polarization component L5 is changed to the bandpass filters 11a to 11a. It is always incident on 11d in the state of S polarization.
  • the rotation axis of the rotary table 10 is orthogonal between the filter rotator 8C and the filter rotator 8D so as to enter the bandpass filters 11a to 11d as S-polarized light.
  • the rotation axis may be the same direction, and the polarization plane may be rotated using a ⁇ / 2 plate or the like so as to be incident on the bandpass filters 11a to 11d as S-polarized light.
  • the ⁇ / 2 plate is inserted before and after the band pass filter.
  • the control circuit 33 of the control system 30 is connected to any of the bandpass filter 11a, the bandpass filter 11b, the bandpass filter 11c, and the bandpass filter 11d that are mounted on the filter rotators 8C and 8D and have the same light transmission characteristics.
  • the rotation angles of the rotation mechanisms 14C and 14D are changed and controlled so that the polarization components L4 and L5 are incident and the incidence angles of the polarization components L4 and L5 with respect to the bandpass filters 11a to 11d are the same.
  • the horizontal polarization component L4 separated by the polarization separation element 25 is incident on the filter rotator 8C as S-polarized light
  • the vertical polarization component L5 separated by the polarization separation element 25 is the filter rotator.
  • the light transmitted through the two filter rotators 8C and 8D is combined and emitted to the outside.
  • the incident angle can be set appropriately.
  • the polarization directions of the two wavelength outputs are vertical polarization and horizontal polarization, which are orthogonal to each other, but can be made non-polarized using a depolarizer or the like.
  • FIG. 9 shows the wavelength characteristics of light transmittance when the incident angles of the two filter rotators 8C and 8D to the bandpass filters 11a to 11d in the present embodiment are changed in the range of 0 degrees to 50 degrees. Yes. Also in this case, the light intensity characteristics are stabilized in a wide variable wavelength range by dividing the light from the light source 3 into two linearly polarized light components and controlling the incident angles of the respective components to the bandpass filters 11a to 11d. It turns out that it becomes possible.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the number of band-pass filters mounted on the filter rotator 8 is not limited to a specific number, and an arbitrary number of three or more can be selected according to the assumed wavelength range and the area of the filter rotator 8. Good.
  • FIG. 10 shows the structure of the filter rotating body 108 having five band-pass filters 11a to 11e.
  • the beam diameter of the light L2 is 5 mm
  • the width and thickness along the main surface 10a of the band pass filters 11a to 11e are 10 mm and 2 mm
  • the shortest distance R 1 from the rotation center C 1 to the band pass filters 11a to 11e Is 15.3 mm
  • the variable ranges of the incident angles of the bandpass filters 11a to 11e are set to 0 degrees to 45 degrees.
  • FIG. 11 shows the structure of a filter rotating body 208 having six band-pass filters 11a to 11f.
  • the beam diameter of the light L2 is 5 mm
  • the width and thickness along the main surface 10a of the band pass filters 11a to 11f are 12 mm and 2 mm
  • the shortest distance R 1 from the rotation center C 1 to the band pass filters 11a to 11f is set to 0 degree to 45 degrees.
  • FIG. 12 shows the structure of a filter rotating body 308 having three bandpass filters 11a to 11c.
  • the beam diameter of the light L2 is 10 mm
  • the width and thickness along the main surface 10a of the band pass filters 11a to 11c are 18 mm and 2 mm
  • the shortest distance R 1 from the rotation center C 1 to the band pass filters 11a to 11c is set to 0 degree to 50 degrees.
  • a filter rotator 908D which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 19 (a)
  • bandpass filters 11a ⁇ 11e is the shortest distance from the rotation center C 1 is 1.38 mm
  • the inclination angle of the light incident surface is 0 degrees relative to a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11e This is an example of the arrangement.
  • variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degrees to 9 degrees in order to prevent interference between the bandpass filters 11a to 11e.
  • a filter rotating body 908E which is a comparative example of the present invention shown in FIG.
  • the bandpass filter 11a ⁇ 11e are arranged such the shortest distance from the center of rotation C 1 is 16.38Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11e is 0 degrees
  • the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degree to 24 degrees.
  • a filter rotating body 908F which is a comparative example of the present invention shown in FIG.
  • a filter rotator 908G which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 20, has a width and thickness of 12 mm and 2 mm along the main surface 10a of the bandpass filters 11a to 11f, and the bandpass filters 11a to 11f. but the shortest distance from the center of rotation C 1 is 32 mm, in the example the tilt angle of the light incident surface is disposed such that 0 ° with respect to a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11f is there.
  • this filter rotator 908G is rotated, the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degrees to 23 degrees. As described above, the variable range of the incident angle is greatly limited as compared with the filter rotating body 108 of FIG. 11 using the same number of band-pass filters.
  • a filter rotating body 908H which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 21 (a), has a width and thickness along the main surface 10a of the bandpass filters 11a to 11c of 18 mm and 2 mm.
  • 11a ⁇ 11c are arranged so that the shortest distance from the center of rotation C 1 is 0.577Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11c is 0 ° This is an example.
  • variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 10 mm is limited to 0 to 38 degrees, and the incident angle is smaller than that of the filter rotator 308 in FIG.
  • the variable range is greatly limited.
  • the 21B has a width and thickness along the main surface 10a of the bandpass filters 11a to 11c of 26 mm and 2 mm, and the bandpass filter 11a ⁇ 11c are arranged so that the shortest distance from the center of rotation C 1 is 14.577Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11c is 0 °
  • This is an example.
  • the variable range of the incident angle of the light L2 having a beam diameter of 10 mm is 0 ° to 50 °, but the rotation table 10 is compared with the filter rotator 308 of FIG. The diameter becomes twice or more.
  • variable range of the incident angle with respect to the bandpass filters 11a to 11d of the filter rotating body 8 can be set to various ranges by changing the inclination angles of the bandpass filters 11a to 11d.
  • the minimum angle included in the variable range of the incident angle is not limited to 0 degrees.
  • a band-pass filter 11a ⁇ 11f, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filters 11a ⁇ 11f on the main surface 10a May be set so that the variable range of the incident angle with respect to the bandpass filters 11a to 11f is, for example, 20 degrees to 50 degrees.
  • the band-pass filters 11a ⁇ 11f width and thickness along the main surface 10a is 11mm, and a 2 mm, the band-pass filters 11a ⁇ 11f, the shortest distance from the center of rotation C 1 is 16.6mm
  • the beam diameter of the light L2 is set to 5 mm.
  • the change width of the peak wavelength is It is 5.43% with respect to the maximum peak wavelength.
  • the change width of the peak wavelength is 11.18%, and the change in the transmission wavelength region can be greatly increased by the same change in the incident angle. I understand that I can do it.
  • the bandpass filters 11a to 11d built in the light source devices 1, 101, and 201 of the present embodiment have different center wavelengths in the transmission wavelength region with respect to the same incident angle, but have the same center wavelength and a half-value width. It may be configured differently.
  • FIGS. 14A to 14D show examples of the characteristics of the transmission wavelength region when the incident angles are changed in the range of 0 to 50 degrees at intervals of 5 degrees in the band-pass filters 11a to 11d, respectively. ing. In this way, when the bandpass filters 11a to 11d having the same center wavelength are used, the variable range of the selected wavelength can be easily widened while switching the bandwidth.
  • a light detection device 301 as shown in FIG.
  • This light detection device 301 is a device for spectrally detecting a predetermined wavelength component of light input from the outside, and includes a light conversion optical system 105 having the same configuration as the light source device 101 and light from the outside.
  • An optical fiber 303 that guides light to the collimating lens 6 and a light detector 304 that detects light dispersed by the light conversion optical system 105 are provided.
  • the variable range of the detection wavelength can be easily expanded without increasing the size of the device.
  • a fluorescence detection system 401 in which a light source device 101 and a light detection device 301 are combined as shown in FIG.
  • the light output from the light source device 101 can be irradiated as excitation light to the sample A via the lens unit 402A, and the fluorescence emitted from the sample A accompanying this is transmitted via the lens unit 402B.
  • the light detection device 301 it is possible to detect fluorescence in a predetermined wavelength region.
  • the wavelength range of excitation light to be emitted and the wavelength range of fluorescence to be detected can be freely adjusted in a wide range.
  • the light source device 101 may be replaced with a general light source such as a laser light source.
  • a high pass filter, a low pass filter, a notch filter, or the like may be applied in addition to the band pass filter.
  • the n dielectric thin film interference filters are mounted such that each intersection formed by the main surface and the end surface is in contact with one inscribed circle.
  • the range of the incident angle of light of each dielectric thin film interference filter can be made uniform, and the variable range of the selected wavelength can be efficiently expanded with respect to the area of the main surface of the limited rotation support member. I can do it.
  • the n dielectric thin film interference filters are arranged so as to be positioned outside the inscribed circle on the main surface.
  • the n dielectric thin film interference filters are arranged such that lines connecting a predetermined point on the main surface and a center point of the dielectric thin film interference filter on the main surface are at an equal angle to each other. Is also suitable.
  • the range of the incident angle of light of each dielectric thin film interference filter can be made uniform, and the variable range of the selection wavelength can be efficiently performed with respect to the area of the limited rotation support member. Can spread well.
  • the n dielectric thin film interference filters are arranged so as to be n times rotationally symmetric about a predetermined point on the main surface.
  • each of the n dielectric thin film interference filters includes a rotation axis for adjusting an inclination angle with respect to a line connecting a predetermined point on the main surface and a center point of the dielectric thin film interference filter on the main surface. It is also suitable that the member is attached. By providing such a rotating shaft member, the range of the incident angle of light with respect to the dielectric thin film interference filter can be adjusted, so that the convenience of the spectroscopic device when realizing a desired selection wavelength is improved.
  • the present invention uses a spectroscopic device that selects light in a predetermined wavelength range, and can easily expand the variable range of the selected wavelength without increasing the size of the device.
  • 11a to 11f ... band pass filter 15a to 15d ... center point, 1, 101, 201 ... light source device, 301 ... light detection device, 3 ... light source, 8, 8A, 8B, 8C, 8D, 108, 208, 308 ... Filter rotator, 10... Rotary table (rotation support member), 10a... Main surface, 12 .. light incident surface (end surface), 13 .. light exit surface (end surface), 17 .. inscribed circle, C 1 . , L4, L5... Incident light.

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Abstract

　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を目的とする。本発明の分光装置１は、光源３からの光Ｌ２を、光Ｌ２の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させる４枚のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄと、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄが主面１０ａ上に立設され、主面１０ａに沿って回転中心Ｃ１の周りを回転可能にされた平板状の回転テーブル１０とを備える分光装置であって、４枚のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、それぞれ、光入射面１２或いは光出射面１３が、回転テーブル１０の主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａ上の該バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの中心点１５ａ～１５ｄとを結ぶ線に対して傾斜するように配置されている。

Description

分光装置
　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、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回転支持部材とを備える分光装置であって、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、回転支持部材の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に対して傾斜するように配置されている。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、光源から回転支持部材の主面に沿って光が入射されて、その光が誘電体薄膜干渉フィルタへ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されて出力される。このとき、回転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、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光の入射角も変化させることができ、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結果、回転支持部材を大きくすること無しに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１のフィルタ回転体の平面図である。 図２のフィルタ回転体に含まれるバンドパスフィルタの透過波長域のピーク波長の入射角依存性を示すグラフである。 図１のバンドパス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の光源装置のフィルタ回転体における光透過率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第２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６の光源装置の２つのフィルタ回転体における光透過率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第３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の光源装置の２つのフィルタ回転体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バンドパスフィルタの透過波長域特性を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に係る光検出装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の応用例である蛍光検出システムの概略構成図である。 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。
　［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、及びフィルタ回転体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をフィルタ回転体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。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を参照して、フィルタ回転体８の構造について詳細に述べる。
　フィルタ回転体８は、Ｚ軸に沿った回転軸を有する回転機構１４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（回転支持部材）１０と、回転テーブル１０の主面１０ａ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枚のバンドパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとによって構成されている。
　これらのバンドパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、光入射面１２と光出射面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型フィルタである。このような構造により、バンドパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、光入射面１２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、光入射面１２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，１１ｃ，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となる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。図３には、Ｓ偏光およびＰ偏光の入射光に対するバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの透過波長域のピーク波長の入射角依存性を示す。このように、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小さくなり、その変化率は入射角の絶対値が大きくなるほど大きくなる。
　図２に戻って、上記構成のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、回転テーブル１０の主面１０ａに対して、その光入射面１２および光出射面１３がほぼ垂直になるように固定されている。詳細には、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの主面１０ａ上の中心点１５ａ～１５ｄと主面１０ａの回転中心Ｃ１とを結んだ線が、それぞれ、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの光入射面１２および光出射面１３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１３と主面１０ａとで形成される４つの交線１６ａ～１６ｄが、１つの仮想的な内接円１７に接し、かつ、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの中心点１５ａ～１５ｄがこの内接円１７の外側に位置するように設定されている。加えて、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、その中心点１５ａ～１５ｄと回転中心Ｃ１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つのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、主面１０ａ上において回転中心Ｃ１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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄには、その中心点１５ａ～１５ｄの近傍にその中心点１５ａ～１５ｄと回転中心Ｃ１とを結んだ線に対する光入射面１２および光出射面１３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１８ａ～１８ｄ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８は、主面１０ａがＸＹ平面に平行となり、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａ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、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ともに、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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、フィルタ回転体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、外部に照射される。
　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、回転機構１４を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、回転機構１４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に対する入射角が所定の角度になるように回転機構１４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４を参照して、バンドパスフィルタ１１ａ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、バンドパスフィルタ１１ａの主面１０ａに沿った幅及び厚さが11mm、2mm、回転中心Ｃ１からバンドパスフィルタ１１ａまでの最短距離Ｒ１が16.6mmの場合のバンドパスフィルタ１１ａへの光Ｌ２の入射状態を示している。まず、図４（ａ）には、バンドパスフィルタ１１ａの入射角が０度の場合を示しており、このとき光Ｌ２の光路上には他のバンドパスフィルタが位置しないために、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ間で干渉することはない。また、図４（ｂ）には、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを反時計回りに回転させてバンドパスフィルタ１１ａへの入射角を２５度に設定した状態、図４（ｃ）には、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを反時計回りにさらに回転させてバンドパスフィルタ１１ａへの入射角を５０度に設定した状態を示しており、どちらの場合もバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ間で干渉することはない。図４（ｃ）の状態からさらに回転させると、バンドパスフィルタ１１ｂが光Ｌ２の光路上に入ってきてしまうため、２つのバンドパスフィルタ１１ａ，１１ｂ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、この場合の各バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの入射角の可変範囲は０度～５０度ということになる。
　図５には、本実施形態においてバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を０度～５０度の範囲で変更した場合の光透過率の波長特性を示している。特性ＧＡ，ＧＢ，ＧＣ，ＧＤは、それぞれ、バンドパスフィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対する入射角の変化に対応する光透過率の波長特性に対応する。このように、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約４００ｎｍ～７００ｎｍまでの広い範囲が実現されることがわかる。
　以上説明した光源装置１によれば、光源３から回転テーブル１０の主面１０ａに沿って光Ｌ２が入射されて、その光Ｌ２がバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角に応じた波長範囲で選択的にバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを透過されて出力される。このとき、回転テーブル１０を主面１０ａの回転中心Ｃ１を中心に回転させることによって、光Ｌ２が透過する４個のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを交互に切り替えることができると共に、それぞれのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの光Ｌ２の入射角も所定角度範囲で変化させることができ、その結果、発光波長を連続的に変更することが可能になる。
　特に、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを、その光入射面１２が主面１０ａ上の回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの中心点１５ａ～１５ｄとを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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１０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、４個のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、主面１０ａと光入射面１２又は光出射面１３とで形成されるそれぞれの交線１６ａ～１６ｄが１つの内接円１７に接するように搭載されているので、それぞれのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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１０の面積に対して発光波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。
　また、４個のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、それぞれ、主面１０ａ上において内接円１７の外側に位置するので、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ間の干渉をより一層低減することが出来る。
　さらに、４個のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの中心点１５ａ～１５ｄとを結ぶ線が互いに等角度を成しており、主面１０ａ上において回転中心Ｃ１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、それぞれのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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１０の面積に対して発光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、本実施形態による発光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１７及び図１８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１７に示すフィルタ回転体９０８Ａは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの主面１０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄが、回転中心Ｃ１からの最短距離が1mm、回転中心Ｃ１と中心点１５ａ～１５ｄとを結ぶ線に対する光入射面１２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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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１７の実線で示す状態）～２１度（図１７の点線で示す状態）に制限される。
　また、図１８（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Ｃ１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８に比較するとかなり制限されている。
　また、図１８（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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄの幅及び厚さを18mm、2mmに変更し、回転中心Ｃ１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８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８の回転テーブル１０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１０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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを回転中心Ｃ１と中心点１５ａ～１５ｄ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを回転中心Ｃ１と中心点１５ａ～１５ｄ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８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９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。
　［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２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１０１と第１実施形態にかかる光源装置１との相違点は、フィルタ回転体８と同一構成を有する２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを用いて、光Ｌ２から分離された２つの直線偏光成分Ｌ４，Ｌ５を、それぞれＰ偏光としてフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを透過させる構成を有する点である。
　詳細には、光源装置１０１の光変換光学系１０５には、偏光分離素子２５、ミラー２６，２７、偏光合成素子２８、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂ、及び２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを回転させる回転機構１４Ａ，１４Ｂが設けられている。
　偏光分離素子２５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２つ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２５は、光Ｌ２からＹ軸に沿った偏光方向を有する偏光成分Ｌ４（以下、「水平偏光成分」とも言う。）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偏光成分Ｌ５（以下「垂直偏光成分」とも言う。）を分離して＋Ｙ軸方向に反射させる。
　フィルタ回転体８Ａ，８Ｂは、偏光分離素子２５によって透過又は反射される偏光成分Ｌ４，Ｌ５の光軸上にそれぞれ設けられている。これらのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂにそれぞれ搭載されたバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂ間でＰ偏光及びＳ偏光の入射角に対する透過波長域の特性が同一にされている。より具体的には、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載されるバンドパスフィルタ１１ａ間、バンドパスフィルタ１１ｂ間、バンドパスフィルタ１１ｃ間、及びバンドパスフィルタ１１ｄ間で透過波長域の特性が同一にされている。
　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１４Ａにその回転テーブル１０の主面１０ａをＸＹ平面に沿わせるように取り付けられ、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａの周縁部との間（図２参照）に水平偏光成分Ｌ４が入射するように位置している。これにより、フィルタ回転体８Ａは、回転テーブル１０を回転させることにより、水平偏光成分Ｌ４のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角を変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。
　フィルタ回転体８Ｂは、Ｙ軸に沿った回転軸を有する回転機構１４Ｂに回転テーブル１０の主面１０ａをＺＸ平面に沿わせるように取り付けられ、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａの周縁部との間（図２参照）に垂直偏光成分Ｌ５が入射するように位置している。また、偏光分離素子２５とフィルタ回転体８Ｂとの間には想定波長範囲のＳ偏光を全反射するミラー２６が配置され、＋Ｙ軸方向に出射された垂直偏光成分Ｌ５を＋Ｘ軸方向に反射してフィルタ回転体８Ｂに入射させるように構成されている。これにより、フィルタ回転体８Ｂは、回転テーブル１０を回転させることにより、垂直偏光成分Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角を変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ５はバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。
　ここで、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへＰ偏光で入射するように回転テーブル１０の回転軸がフィルタ回転体８Ａとフィルタ回転体８Ｂとの間で直交した状態となっているが、回転テーブル１０の回転軸は同じ方向とし、λ/2板等を用いて偏光面を回転してバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへＰ偏光で入射するようにしてもよい。尚、λ/2板を用いる場所は、バンドパスフィルタの前後にλ/2板を挿入する。
　偏光合成素子２８は、フィルタ回転体８Ａを透過した水平偏光成分Ｌ４の光軸上に沿って＋Ｘ軸方向に配置され、ミラー２７は、この偏光合成素子２８とフィルタ回転体８Ｂとの間に配置されている。ミラー２７は、想定波長範囲のＳ偏光を全反射し、フィルタ回転体８Ｂを透過した垂直偏光成分Ｌ５を反射して－Ｙ軸方向に沿って偏光合成素子２８に入射させる役割を有する。
　この偏光合成素子２８は、互いに直交する２つの偏光成分Ｌ４，Ｌ５を合波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）が用いられる。具体的には、偏光合成素子２８は、Ｘ軸に沿って入射する水平偏光成分Ｌ４と、Ｙ軸に沿って入射する垂直偏光成分Ｌ５を合成して非偏光状態の合成光Ｌ３を生成して、＋Ｘ軸方向に出射させる。偏光合成素子２８によって合成された合成光Ｌ３は、その一部がパワーモニタ２４に導かれると同時に、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、外部に照射される。
　制御系３０の制御回路３３は、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載された同一光透過特性を有するバンドパスフィルタ１１ａ、バンドパスフィルタ１１ｂ、バンドパスフィルタ１１ｃ、及びバンドパスフィルタ１１ｄのいずれかにそれぞれの偏光成分Ｌ４，Ｌ５が入射し、かつ、その偏光成分Ｌ４，Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角が同一となるように、回転機構１４Ａ，１４Ｂの回転角を変更制御する。このように、２つの偏光成分Ｌ４，Ｌ５の入射角を同一にすれば、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂが、それぞれの入射角に応じた偏光成分Ｌ４，Ｌ５の透過波長域が一致するように配置されることになる。すなわち、フィルタ回転体８Ａ，８Ｂを透過後の光成分Ｌ４，Ｌ５は同じスペクトルプロファイルになる。
　このような光源装置１０１によれば、偏光分離素子２５によって分離された水平偏光成分Ｌ４がフィルタ回転体８ＡにＰ偏光として入射され、偏光分離素子２５によって分離された垂直偏光成分Ｌ５がフィルタ回転体８Ｂに水平偏光成分Ｌ４と同じ入射角でＰ偏光として入射された後、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂを透過した光が合波されて外部に出射される。ここで、２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂに搭載されたバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄのＰ偏光に関する入射角に対する透過波長域の特性は同一にされているので、その入射角を適宜設定することで、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。
　また、２つの偏光成分Ｌ４，Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を異なる角度にすれば、異なる２つの波長出力を同時に得ることもできる。この場合に２つの波長出力の偏光方向は垂直偏光と水平偏光となっており、互いに直交しているが、偏光解消板等を用いて非偏光状態にすることもできる。
　図７には、本実施形態において２つのフィルタ回転体８Ａ，８Ｂのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を０度～５０度の範囲で変更した場合の光透過率の波長特性を示している。このように、光源３からの光を２つの直線偏光成分に分けてそれぞれの成分のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を制御することで、発光強度特性を広い可変波長域において安定化させることが可能となることがわかる。
　［第３実施形態］
　図８は、本発明の第３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２０１と第２実施形態にかかる光源装置１０１との相違点は、偏光成分Ｌ４，Ｌ５を、それぞれＳ偏光として２つのフィルタ回転体８Ｃ，８Ｄを透過させる構成を有する点である。
　フィルタ回転体８Ｃは、Ｙ軸に沿った回転軸を有する回転機構１４Ｃにその回転テーブル１０の主面１０ａをＺＸ平面に沿わせるように取り付けられ、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａの周縁部との間（図２参照）に水平偏光成分Ｌ４が入射するように位置している。これにより、フィルタ回転体８Ｃは、回転テーブル１０を回転させることにより、水平偏光成分Ｌ４のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角を変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。
　フィルタ回転体８Ｄは、Ｚ軸に沿った回転軸を有する回転機構１４Ｄに回転テーブル１０の主面１０ａをＸＹ平面に沿わせるように取り付けられ、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１と主面１０ａの周縁部との間（図２参照）に垂直偏光成分Ｌ５が入射するように位置している。これにより、フィルタ回転体８Ｄは、回転テーブル１０を回転させることにより、垂直偏光成分Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角を変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ５はバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。
　ここで、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへＳ偏光で入射するように回転テーブル１０の回転軸がフィルタ回転体８Ｃとフィルタ回転体８Ｄとの間で直交した状態となっているが、回転テーブル１０の回転軸は同じ方向とし、λ/2板等を用いて偏光面を回転してバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへＳ偏光で入射するようにしてもよい。尚、λ/2板を用いる場所は、バンドパスフィルタの前後にλ/2板を挿入する。
　制御系３０の制御回路３３は、フィルタ回転体８Ｃ，８Ｄに搭載された同一光透過特性を有するバンドパスフィルタ１１ａ、バンドパスフィルタ１１ｂ、バンドパスフィルタ１１ｃ、及びバンドパスフィルタ１１ｄのいずれかにそれぞれの偏光成分Ｌ４，Ｌ５が入射し、かつ、その偏光成分Ｌ４，Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに対する入射角が同一となるように、回転機構１４Ｃ，１４Ｄの回転角を変更制御する。
　このような光源装置１０１によれば、偏光分離素子２５によって分離された水平偏光成分Ｌ４がフィルタ回転体８ＣにＳ偏光として入射され、偏光分離素子２５によって分離された垂直偏光成分Ｌ５がフィルタ回転体８Ｄに水平偏光成分Ｌ４と同じ入射角でＳ偏光として入射された後、２つのフィルタ回転体８Ｃ，８Ｄを透過した光が合波されて外部に出射される。ここで、２つのフィルタ回転体８Ｃ，８Ｄに搭載されたバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄのＳ偏光に関する入射角に対する透過波長域の特性は同一にされているので、その入射角を適宜設定することで、想定波長範囲内に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になるとともに、光源からの光を効率よく利用して出射させることができる。
　また、２つの偏光成分Ｌ４，Ｌ５のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を異なる角度にすれば、異なる２つの波長出力を同時に得ることもできる。この場合に２つの波長出力の偏光方向は垂直偏光と水平偏光となっており、互いに直交しているが、偏光解消板等を用いて非偏光状態にすることもできる。
　図９には、本実施形態において２つのフィルタ回転体８Ｃ，８Ｄのバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を０度～５０度の範囲で変更した場合の光透過率の波長特性を示している。この場合も、光源３からの光を２つの直線偏光成分に分けてそれぞれの成分のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄへの入射角を制御することで、発光強度特性を広い可変波長域において安定化させることが可能となることがわかる。
　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８に搭載するバンドパス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８の面積に応じて３以上の任意の枚数を選択してよい。
　図１０には、５枚のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅの主面１０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mm、回転中心Ｃ１からバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅまでの最短距離Ｒ１が15.3mmとなっており、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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、６枚のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆの主面１０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mm、回転中心Ｃ１からバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆまでの最短距離Ｒ１が39.4mmとなっており、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆの入射角の可変範囲は０度～４５度に設定される。
　また、図１２には、３枚のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃの主面１０ａに沿った幅及び厚さが18mm、2mm、回転中心Ｃ１からバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃまでの最短距離Ｒ１が3.16mmとなっており、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃ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１９（ａ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｄは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅの主面１０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅが、回転中心Ｃ１からの最短距離が1.38mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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１９（ｂ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｅは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅの主面１０ａに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅが、回転中心Ｃ１からの最短距離が16.38mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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１９（ｃ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｆは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅの主面１０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅが、回転中心Ｃ１からの最短距離が32mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｅ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１０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、同じ枚数のバンドパスフィルタを用いた図１０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２０に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｇは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆの主面１０ａに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆが、回転中心Ｃ１からの最短距離が32mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆ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、同じ枚数のバンドパスフィルタを用いた図１１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２１（ａ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｈは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃの主面１０ａに沿った幅及び厚さが18mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃが、回転中心Ｃ１からの最短距離が0.577mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃ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１２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２１（ｂ）に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体９０８Ｉは、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃの主面１０ａに沿った幅及び厚さが26mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃが、回転中心Ｃ１からの最短距離が14.577mm、回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｃ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１２のフィルタ回転体３０８に比較して回転テーブル１０の径が２倍以上に大きくなる。
　フィルタ回転体８のバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄに関する入射角度の可変範囲は、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄ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１３に示すように、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆを、主面１０ａ上の回転中心Ｃ１とバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆ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、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆの主面１０ａに沿った幅及び厚さが11mm、2mmであって、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｆが、回転中心Ｃ１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、図３に示すような透過波長域のピーク波長の入射角依存性を有するバンドパスフィルタ１１ａの場合に、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が最大ピーク波長に対して5.43％となる。それに対して、バンドパスフィルタ１１ａ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、本実施形態の光源装置１，１０１，２０１に内蔵されるバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄは、同一入射角に対する透過波長域における中心波長が互いに異なっていたが、中心波長が同一で半値幅が異なるように構成されていてもよい。図１４（ａ）～（ｄ）には、それぞれ、バンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄにおいて入射角を０度～５０度の範囲を５度間隔で変化させた場合の透過波長域の特性の一例を示している。このように中心波長が等しいバンドパスフィルタ１１ａ～１１ｄを用いた場合は、帯域幅を切り換えながら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、図１５に示すような光検出装置３０１を挙げることができる。この光検出装置３０１は、外部から入力された光のうちで所定の波長成分を分光検出するための装置であり、光源装置１０１と同一構成を有する光変換光学系１０５と、外部からの光をコリメートレンズ６に導光する光ファイバ３０３と、光変換光学系１０５によって分光された光を検出する光検出器３０４とを備える。このような光検出装置３０１によっても、外部からの光を分光検出する際に、装置を大型化すること無く検出波長の可変範囲を容易に広げることができる。
　また、本発明の応用例としては、図１６に示すような、光源装置１０１と光検出装置３０１とを組み合わせた蛍光検出システム４０１を挙げることができる。この蛍光検出システム４０１では、光源装置１０１から出力される光を、レンズユニット４０２Ａを経由して試料Ａに励起光として照射可能にされ、それに伴い試料Ａから発せられた蛍光をレンズユニット４０２Ｂを経由して光検出装置３０１に入力させることにより、所定波長域の蛍光を検出することが可能にされる。このような蛍光検出システム４０１を用いれば、発光させる励起光の波長域、及び検出する蛍光の波長域を広い範囲で自由に調整することができる。ここで、ある程度限定された試料Ａを測定対象にする場合には、光源装置１０１は、レーザ光源等の一般的な光源に置き換えても良い。
　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。
　ここで、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光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた回転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光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた回転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、限られた回転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、ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタには、それぞれ、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に対する傾斜角を調整するための回転軸部材が取り付けられている、ことも好適である。このような回転軸部材を備えることで、誘電体薄膜干渉フィルタに対する光の入射角の範囲を調整することができるので、所望の選択波長を実現する際の分光装置の利便性が向上する。
　本発明は、所定波長域の光を選択する分光装置を使用用途とし、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ものである。
　１１ａ～１１ｆ…バンドパスフィルタ、１５ａ～１５ｄ…中心点、１，１０１，２０１…光源装置、３０１…光検出装置、３…光源、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，１０８，２０８，３０８…フィルタ回転体、１０…回転テーブル（回転支持部材）、１０ａ…主面、１２…光入射面（端面）、１３…光出射面（端面）、１７…内接円、Ｃ１…回転中心、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５…入射光。

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ｎ個（ｎは３以上の整数）の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回転支持部材とを備える分光装置であって、
    　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、前記回転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、
    ことを特徴とする分光装置。
  2. 　前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタは、前記主面と前記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、
    ことを特徴とする請求項１記載の分光装置。
  3. 　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２記載の分光装置。
  4. 　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、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記載の分光装置。
  6. 　前記ｎ個の誘電体薄膜干渉フィルタには、それぞれ、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に対する傾斜角を調整するための回転軸部材が取り付けられている、
    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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