WO2011155026A1 - 光源装置 - Google Patents

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文嗣 福世
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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 light source device that outputs light in a predetermined wavelength range, and more particularly to a light source device incorporating a bandpass 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.
  • the present invention has been made in view of such problems, and provides a light source device with improved selectivity in the emission wavelength region while effectively suppressing the deviation of the optical axis of the emitted light. Objective.
  • a light source device of the present invention selectively reflects light in a predetermined wavelength range among a light source having a predetermined emission wavelength range and light in a predetermined emission wavelength range irradiated from the light source.
  • a wavelength selection element that transmits light a polarization separation element that separates light reflected or transmitted by the wavelength selection element into first and second polarization components that are two linear polarization components orthogonal to each other, and first and second A band-pass filter that is arranged so as to form a predetermined angle range with respect to the optical axis of at least one of the polarized light components, and is configured so that a transmission wavelength range of the light differs according to the angle range
  • the wavelength selection element reflects or transmits light including at least a transmission wavelength range corresponding to a predetermined angle range toward the polarization separation element.
  • a light source device light in a predetermined wavelength range out of light in a predetermined emission wavelength range irradiated from the light source by the wavelength selection element is reflected or transmitted, and the lights are orthogonal to each other by the polarization separation element.
  • a band-pass filter that is separated into first and second polarization components having a polarization component, and at least one of the two polarization components is arranged to form a predetermined angular range with respect to the optical axis of the light.
  • the transmission wavelength range of the band pass filter is set corresponding to the angle range of the band pass filter with respect to the optical axis, and by appropriately setting this angle, the emission characteristics are narrowed and stabilized over a wide wavelength range. Can be realized.
  • the wavelength range of light incident on the band-pass filter is limited in advance by the wavelength selection element, and the wavelength range includes at least the range of the transmission wavelength range of the band-pass filter, so that the band-pass filter can be thinned.
  • the deviation of the optical axis of the emitted light can be eliminated without requiring an additional correction mechanism.
  • the band-pass filter includes a first band-pass filter that is arranged such that the first polarization component is incident as P-polarized light and forms a first angle with respect to the optical axis of the first polarization component; And a second band-pass filter disposed so as to form a second angle with respect to the optical axis of the second polarization component.
  • the first and second The band-pass filter is arranged so that the transmission wavelength region corresponding to the first angle matches the transmission wavelength region corresponding to the second angle, and the light transmitted through the first and second band-pass filters is combined. It is preferable to wave.
  • one of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as P-polarized light on the first band-pass filter arranged to form the first angle with respect to the optical axis of the light
  • the other of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as P-polarized light on a second bandpass filter arranged to form a second angle with respect to the optical axis of the light
  • 2 The light transmitted through the two band pass filters is combined and emitted.
  • the first and second angles are set so that the transmission wavelength ranges of the two band-pass filters match. Accordingly, by appropriately setting the first and second angles, it is possible to narrow and stabilize the emission characteristics over a wide wavelength range, and to efficiently emit light from the light source. be able to.
  • the bandpass filter includes a first bandpass filter that is arranged so that the first polarization component is incident as S-polarized light and forms a first angle with respect to the optical axis of the first polarization component; A second band-pass filter disposed so that the second polarization component is incident as S-polarized light and forms a second angle with respect to the optical axis of the second polarization component.
  • the second band-pass filter is disposed so that the transmission wavelength range corresponding to the first angle and the transmission wavelength range corresponding to the second angle coincide with each other, and the light transmitted through the first and second band-pass filters It is also preferable to combine the two.
  • one of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as S-polarized light on the first band-pass filter arranged to form the first angle with respect to the optical axis of the light
  • the other of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as S-polarized light on a second bandpass filter arranged to form a second angle with respect to the optical axis of the light
  • 2 The light transmitted through the two band pass filters is combined and emitted.
  • the first and second angles are set so that the transmission wavelength ranges of the two band-pass filters match. Accordingly, by appropriately setting the first and second angles, it is possible to narrow and stabilize the emission characteristics over a wide wavelength range, and to efficiently emit light from the light source. be able to.
  • the bandpass filter includes a first bandpass filter that is arranged so that the first polarization component is incident as S-polarized light and forms a first angle with respect to the optical axis of the first polarization component; A second band-pass filter disposed so that the second polarization component is incident as P-polarized light and forms a second angle with respect to the optical axis of the second polarization component.
  • the second band-pass filter is disposed so that the transmission wavelength range corresponding to the first angle and the transmission wavelength range corresponding to the second angle coincide with each other, and the light transmitted through the first and second band-pass filters It is also preferable to combine the two.
  • one of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as S-polarized light on the first band-pass filter arranged to form the first angle with respect to the optical axis of the light
  • the other of the two polarization components separated by the polarization separation element is incident as P-polarized light on a second bandpass filter arranged to form a second angle with respect to the optical axis of the light
  • 2 The light transmitted through the two band pass filters is combined and emitted.
  • the first and second angles are set so that the transmission wavelength ranges of the two band-pass filters match. Accordingly, by appropriately setting the first and second angles, it is possible to narrow and stabilize the emission characteristics over a wide wavelength range, and to efficiently emit light from the light source. be able to.
  • the polarization separation element is a dichroic mirror.
  • the wavelength range of light incident on the bandpass filter can be limited by a single element, so that the apparatus can be simplified.
  • the light source device of the present invention it is possible to improve the selectivity of the emission wavelength region while effectively suppressing the deviation of the optical axis of the emitted light.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing main components of the light source device of FIG. It is a graph which shows the wavelength characteristic of the output intensity at the time of changing the incident angle with respect to the band pass filter in the light source device of FIG. It is a top view which shows schematic structure of the light source device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • 5 is a graph showing wavelength characteristics of output intensity when an incident angle with respect to a bandpass filter in the light source device of FIG. 4 is changed. It is a top view which shows schematic structure of the light source device which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing main components of the light source device of FIG.
  • a light source device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a device that is used as a light source having a specific emission wavelength range (for example, a near-infrared wavelength range) in various inspection apparatuses such as a semiconductor inspection apparatus.
  • the control system 30 is configured to control the light conversion optical system 5.
  • FIG. 1 and FIG. 2 is a device that is used as a light source having a specific emission wavelength range (for example, a near-infrared wavelength range) in various inspection apparatuses such as a semiconductor inspection apparatus.
  • a light source 3 mounted on the heat sink 2 a light conversion optical system 5 that receives light emitted from the light source 3, converts the light, and outputs the light via an optical fiber 4;
  • the control system 30 is configured to control the light conversion optical system 5.
  • FIG. 1 and FIG. 2 is
  • 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 is taken in the direction along the optical axis of the light source 3 on the plane of the paper
  • 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 collimator lens 6, a wavelength selection element 7, and a polarization separation element 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, 950 nm to 1100 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 polarization separation element 8 in the + X-axis direction, and does not require light of other wavelength components.
  • the light is reflected in the + Y-axis direction as a simple light and disappears 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, 950 nm to 1100 nm, hereinafter referred to as “assumed wavelength range”). Is set to
  • the polarization separation element 8 that receives the light L2 transmitted through the wavelength selection element 7 is an optical element for separating the light L2 into two linearly polarized light components orthogonal to each other.
  • a cube-shaped polarization beam splitter (PBS) Is used.
  • the polarization separation element 8 separates the polarization component L3 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 L4 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 light conversion optical system 5 is provided with two band pass filters 10a and 10b on the optical axes of the polarization components L3 and L4 transmitted or reflected by the wavelength selection element 7, respectively.
  • These band-pass filters 10a and 10b are formed so as to have a laminated structure of dielectric thin films, so that the transmission wavelength region varies depending on the incident angle of light with respect to the sample surfaces 11a and 11b.
  • the characteristics of the transmission wavelength region with respect to the incident angles of P-polarized light and S-polarized light are the same between the two bandpass filters 10a and 10b.
  • the incident angle of light with respect to the sample surfaces 11a and 11b when the incident angle of light with respect to the sample surfaces 11a and 11b is 0 degree, it has a transmission wavelength region characteristic in which the center wavelength is about 1100 nm and the half width is 3 nm, and the transmission wavelength region becomes shorter as the incident angle is increased. Shift to the wavelength side.
  • the bandpass filter 10a is mounted on a ⁇ stage (rotation mechanism) 12a having a rotation axis along the Z axis so that the sample surface 11a is along the Z axis, and is positioned on the optical axis of the horizontal polarization component L3. is doing. Thereby, the band pass filter 10a can change the angle (incident angle) between the normal line of the sample surface 11a and the optical axis of the horizontal polarization component L3 to an arbitrary angle by rotating the ⁇ stage 12a. In addition, the horizontal polarization component L3 is always incident on the bandpass filter 10a in a P-polarized state.
  • the bandpass filter 10b is mounted on a ⁇ stage (rotation mechanism) 12b having a rotation axis along the Y axis so that the sample surface 11b is along the Y axis, and is positioned on the optical axis of the vertical polarization component L4. is doing.
  • a mirror 13 that totally reflects S-polarized light in the assumed wavelength range is disposed between the polarization separation element 8 and the bandpass filter 10b, and the vertical polarization component L4 emitted in the ⁇ Y-axis direction is converted to the + X-axis. The light is reflected in the direction and is incident on the band-pass filter 10b.
  • the band-pass filter 10b can change the angle (incident angle) between the normal line of the sample surface 11b and the optical axis of the vertical polarization component L4 to an arbitrary angle by rotating the ⁇ stage 12b.
  • the vertical polarization component L4 is always incident on the bandpass filter 10b in a P-polarized state.
  • the polarization beam combining element 14, the beam sampler 15, the shutter 16, and the light collecting element are sequentially arranged in the + X axis direction along the optical axis of the horizontal polarization component L3 transmitted by the band pass filter 10a.
  • a lens 17 is arranged.
  • a mirror 18 that totally reflects S-polarized light in the assumed wavelength range is provided between the polarization combining element 14 and the bandpass filter 10b, and the vertical polarization component L4 that has passed through the bandpass filter 10b is reflected by the mirror 18.
  • the light is incident on the polarization combining element 14 along the + Y-axis direction.
  • the polarization beam combining element 14 is an optical element for combining two polarization components L3 and L4 that are orthogonal to each other.
  • a cube-shaped polarization beam splitter PBS
  • the polarization beam combiner 14 combines the horizontal polarization component L3 incident along the X axis and the vertical polarization component L4 incident along the Y axis to generate a non-polarized combined light L5. Then, the light is emitted in the + X-axis direction. Part of the combined light L5 combined by the polarization combining element 14 is reflected by the beam sampler 15 and guided to the power monitor 19 to monitor its light intensity. On the other hand, the combined light L5 is guided to the optical fiber 4 through the beam sampler 15, the shutter 16, and the condenser lens 17, and is irradiated to the outside.
  • PBS cube-shaped polarization beam splitter
  • the control system 30 includes a light source power supply 31 that supplies power to the light source 3, a stage drive circuit 32 that rotationally drives the ⁇ stages 12a and 12b, a light source power supply 31, and stage drive.
  • the circuit 32 and a control circuit 33 connected to the power monitor 19 are included.
  • a computer terminal 34 is connected to the control circuit 33 so that the light intensity value monitored by the power monitor 19 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 angles of the ⁇ stages 12a and 12b in response to a control signal from the computer terminal 34. At this time, the control circuit 33 makes the incident angle of the horizontal polarization component L3 with respect to the bandpass filter 10a equal to the incidence angle of the vertical polarization component L4 with respect to the bandpass filter 10b, and these incident angles are within a predetermined angle range.
  • the rotation angles of the ⁇ stages 12a and 12b are controlled to be changed (for example, 0 degrees to 45 degrees). This angle range is determined in correspondence with an assumed wavelength range that is a wavelength range finally output from the light source device 1.
  • the bandpass filters 10a and 10b are arranged so that the transmission wavelength regions of the polarization components L3 and L4 corresponding to the respective incident angles coincide. Will be. That is, the light components L3 and L4 after passing through the bandpass filters 10a and 10b have the same spectral profile.
  • the horizontal polarization component L3 separated by the polarization separation element 8 is incident on the bandpass filter 10a as P-polarized light
  • the vertical polarization component L4 separated by the polarization separation element 8 is the bandpass filter.
  • the light transmitted through the two bandpass filters 10a and 10b is combined and emitted to the outside.
  • the characteristics of the transmission wavelength region with respect to the incident angle with respect to the P-polarized light of the two bandpass filters 10a and 10b are the same, the light emission characteristics over the assumed wavelength range by appropriately setting the incident angle. Can be narrowed and stabilized, and the light from the light source can be efficiently emitted.
  • the polarization components L3 and L4 incident on the bandpass filters 10a and 10b are limited in wavelength range by the wavelength selection element 7 in advance, and the wavelength range includes at least the transmission wavelength range of the bandpass filters 10a and 10b.
  • the bandpass filters 10a and 10b can be made thin, and even if the bandpass filters 10a and 10b are rotated, the deviation of the optical axes of the polarization components L3 and L4 can be eliminated.
  • Table 1 shows the result of calculating the optical axis deviation D [mm] for each incident angle ⁇ [deg] for the band-pass filters 10 a and 10 b having various substrate thicknesses t [mm].
  • the refraction angle ⁇ ′ [deg] indicates the refraction angle on the sample surface of the bandpass filters 10a and 10b
  • the optical axis deviation D indicates the distance between the optical axes of incident light and transmitted light.
  • n is the refractive index of the material of the bandpass filters 10a and 10b, and it was assumed that the refractive index for the wavelength of 1000 nm was 1.508.
  • the deviation D of the optical axis is about 10 times.
  • the substrate thickness t can be set to 0.5 mm, but if the wavelength selection element 7 is not present, the substrate thickness t must be set to 5 mm.
  • the angle ⁇ changes in the range of 0 to 45 degrees, the change in the optical axis deviation amount D increases by 10 times or more.
  • FIG. 10 is a graph showing the wavelength characteristic of the output intensity when the incident angle ⁇ with respect to the bandpass filter in this conventional spectroscopic device is changed.
  • the peak of the transmission wavelength region shifts to the short wavelength side as the incident angle to the bandpass filter is increased, but the peak value decreases and the band The width has also expanded.
  • FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device 901 which is a comparative example of the present invention.
  • the light source device 901 is different from the light source device 1 in that it does not include the polarization separation element 8, the polarization combining element 14, the mirrors 13 and 18, the bandpass filter 10b, and the ⁇ stage 12b of the light source device 1. That is, in the light source device 901, the light L2 that has passed through the wavelength selection element 7 is incident on the bandpass filter 10a in an unpolarized state. And the control circuit 33 sets the transmission wavelength range of the light L2 to a desired range by adjusting the incident angle to the band pass filter 10a.
  • FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device 901 which is a comparative example of the present invention.
  • the light source device 901 is different from the light source device 1 in that it does not include the polarization separation element 8, the polarization combining element 14, the mirrors 13 and 18, the bandpass filter 10b,
  • FIG. 13 is a graph showing the wavelength characteristics of the output intensity when the incident angle ⁇ with respect to the bandpass filter in the power supply apparatus 901 of FIG. 12 is changed. Also in this case, when the incident angle ⁇ to the bandpass filter 10a is increased from 0 degree to 45 degrees, the peak of the transmission wavelength region shifts from 100 nm to near 970 nm toward the short wavelength side, but the peak value is It has declined and bandwidth has expanded.
  • the light source device 1 of the present embodiment separates two linearly polarized light components, and each polarized light component has the same polarization state and the same incidence with respect to the bandpass filter. By making the light incident at an angle, the output characteristics were stabilized over a wavelength range of 100 nm or more.
  • FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device 101 according to the second embodiment of the present invention.
  • the light source device 101 is different from the first embodiment in that the installation directions of the bandpass filters 10a and 10b and the ⁇ stages 12a and 12b are different.
  • the bandpass filter 10a is mounted on the ⁇ stage 12a having a rotation axis along the Y axis so that the sample surface 11a is along the Y axis, and is positioned on the optical axis of the horizontal polarization component L3. .
  • the band pass filter 10a can change the incident angle of the horizontal polarization component L3 to an arbitrary angle by rotating the ⁇ stage 12a, and the horizontal polarization component L3 can be changed with respect to the band pass filter 10a.
  • the light is always incident in the S-polarized state.
  • the bandpass filter 10b is mounted on the ⁇ stage 12b having a rotation axis along the Z axis so that the sample surface 11b is along the Z axis, and is positioned on the optical axis of the vertical polarization component L4. .
  • the band-pass filter 10b can change the incident angle of the vertical polarization component L4 to an arbitrary angle by rotating the ⁇ stage 12b, and the vertical polarization component L4 is changed with respect to the band-pass filter 10b.
  • the light is always incident in the S-polarized state.
  • the control circuit 33 In response to a control signal from the computer terminal 34, the control circuit 33 has the same angle of incidence of the horizontal polarization component L3 with respect to the bandpass filter 10a as that of the vertical polarization component L4 with respect to the bandpass filter 10b.
  • the rotation angles of the ⁇ stages 12a and 12b are changed and controlled so that the incident angle is within a predetermined angle range (for example, 0 degree to 45 degrees). In this way, if the incident angles of the two polarization components L3 and L4 incident in the same polarization state are made the same, the bandpass filters 10a and 10b transmit the transmission wavelengths of the polarization components L3 and L4 corresponding to the respective incident angles. It will be arranged so that the areas match.
  • the characteristics of the transmission wavelength region with respect to the incident angle with respect to the S-polarized light of the two bandpass filters 10a and 10b are made the same, so that it is assumed that the incident angle is set appropriately.
  • the light emission characteristics can be narrowed and stabilized over the wavelength range, and the light from the light source can be efficiently used and emitted.
  • FIG. 5 shows the wavelength characteristics of the output intensity when the incident angle ⁇ with respect to the bandpass filters 10a and 10b in the light source device 101 is changed.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device 201 according to the third embodiment of the present invention.
  • the difference of the light source device 101 from the first embodiment is that the installation directions of the band-pass filter 10b and the ⁇ stage 12b are different, and the two band-pass filters 10a and 10b are incident in different polarization states.
  • the bandpass filter 10b is mounted on a ⁇ stage 12b having a rotation axis along the Z axis so that the sample surface 11b is along the Z axis, and is positioned on the optical axis of the vertical polarization component L4. is doing.
  • the band-pass filter 10b can change the incident angle of the vertical polarization component L4 to an arbitrary angle by rotating the ⁇ stage 12b, and the vertical polarization component L4 is changed with respect to the band-pass filter 10b.
  • the light is always incident in the S-polarized state.
  • the control circuit 33 determines the incident angle ⁇ P of the horizontal polarization component L3 incident on the bandpass filter 10a as P-polarized light and the incident angle ⁇ S of the vertical polarization component L4 incident on the bandpass filter 10b as S-polarization.
  • the bandpass filters 10a and 10b are changed and controlled so that the peaks of the transmission wavelength regions of both the bandpass filters 10a and 10b coincide with each other and the incident angles ⁇ P and ⁇ S fall within a predetermined angle range (for example, 0 to 45 degrees). .
  • the control is performed in consideration of the difference in transmission wavelength characteristics caused by different polarization states between the bandpass filter 10a and the bandpass filter 10b, it corresponds to the incident angles ⁇ P and ⁇ S in the bandpass filters 10a and 10b.
  • the transmission wavelength ranges of the polarization components L3 and L4 coincide with each other, and wavelength separation in the output is avoided.
  • FIG. 7 shows the wavelength characteristics of output intensity when the set of incident angles ⁇ P and ⁇ S with respect to the bandpass filters 10a and 10b in the light source device 201 is changed. From this result, a stable output intensity is obtained in the incident angle range from 0 degree to 45 degrees. Further, the bandwidth within the assumed wavelength range is an intermediate value with respect to the case of the light source devices 1 and 101, and similarly narrowing of the band at a single peak is achieved. Also here, a good wavelength control characteristic with a wavelength variable range of 100 nm or more is realized.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the present invention is not necessarily limited to a configuration in which two polarization components are separated and combined.
  • a configuration like a light source device 301 which is a modification of the present invention shown in FIG. 8 may be used. That is, the vertical polarization component L4 separated by the polarization separation element 8 may be absorbed by the beam damper 302, and only the horizontal polarization component L3 may be transmitted to the outside by being transmitted through the bandpass filter 10a. Similarly, the configuration may be such that only the vertical polarization component L4 is irradiated to the outside. Even in this case, by appropriately setting the incident angle to the bandpass filter 10a, wavelength separation in the output can be avoided, and the emission characteristics can be narrowed and stabilized over the assumed wavelength range.
  • the light L ⁇ b> 2 reflected by the wavelength selection element 407 may be made incident on the polarization separation element 8.
  • the wavelength selection element 407 is a dichroic mirror that reflects light in a predetermined wavelength range including the assumed wavelength range and transmits light outside the wavelength range, and the reflection surface of the dichroic mirror is inclined with respect to the Y axis. May be arranged.
  • the light L2 having a predetermined wavelength range irradiated from the light source 3 in the + Y-axis direction is reflected in the + X-axis direction toward the polarization separation element 8, and light having other wavelength components is unnecessary light. It is transmitted in the + Y axis direction.
  • the present invention it is possible to realize an apparatus capable of improving the selectivity of the emission wavelength region while effectively suppressing the deviation of the optical axis of the emitted light.

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Abstract

この光源装置は、光源と、光源から照射された光のうち、所定の波長範囲の光を選択的に透過させる波長選択素子と、波長選択素子によって透過された光を互いに直交する２つの直線偏光成分である偏光成分に分離する偏光分離素子８と、それぞれの偏光成分の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、その角度範囲に応じて偏光成分の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタとを備え、波長選択素子は、所定の角度範囲に対するバンドパスフィルタの透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、偏光分離素子に向けて透過させる。

Description

光源装置
　本発明は、所定波長域の光を出力する光源装置に関するものであり、特にバンドパスフィルタを内蔵する光源装置に関する。
　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。）。
特開昭６２－２２０３４号公報 特開２００４－１８４６７４号公報
　ところで、上述した従来の構成においては、誘電体を積層したバンドパスフィルタによってより狭帯域の波長選択性を有する光源を実現しようとした場合には、バンドパスフィルタによって所望の波長域以外を遮断する必要がある。そのため、バンドパスフィルタの厚さが必然的に厚くなり、バンドパスフィルタへの平行光の入射角に応じて透過光の光軸がずれてしまう傾向にある。その結果、狭帯域で透過波長域を変化させようとした場合に光軸を調整する手段が必要になり装置が大型化してしまう。
　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、出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性が向上された光源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、本発明の光源装置は、所定の発光波長域を有する光源と、光源から照射された所定の発光波長域の光のうち、所定の波長範囲の光を選択的に反射もしくは透過させる波長選択素子と、波長選択素子によって反射もしくは透過された光を互いに直交する２つの直線偏光成分である第１及び第２の偏光成分に分離する偏光分離素子と、第１及び第２の偏光成分の少なくとも一方の光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、角度範囲に応じて該光の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタとを備え、波長選択素子は、所定の角度範囲に対応する透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、偏光分離素子に向けて反射もしくは透過させる。
　このような光源装置によれば、波長選択素子によって光源から照射された所定の発光波長域の光のうちの所定の波長範囲の光が反射もしくは透過され、その光が偏光分離素子によって互いに直交する偏光成分を有する第１及び第２の偏光成分に分離され、それらの２つの偏光成分の少なくとも一方が、その光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置されたバンドパスフィルタに入射される。これにより、光軸に対するバンドパスフィルタの角度範囲に対応してバンドパスフィルタの透過波長域が設定され、この角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発光特性の狭帯域化及び安定化が可能になる。ここ
で、バンドパスフィルタに入射する光は予め波長選択素子によって波長範囲が制限され、その波長範囲はバンドパスフィルタの透過波長域の範囲を少なくとも含むので、バンドパスフィルタの薄型化が可能になり、追加の補正機構を必要とすることなく出射光の光軸のずれを無くすことができる。
　バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことが好適である。
　この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発
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、バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことも好適である。
　この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発
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。
　さらに、バンドパスフィルタは、第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、第１及び第２のバンドパスフィルタは、第１の角度に応じた透過波長域と第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことも好ましい。
　この場合、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の一方が、その光の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタにＳ偏光として入射され、偏光分離素子によって分離された２つの偏光成分の他方が、その光の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタにＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタを透過した光が合波されて出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタにおける透過波長域が一致するように第１及び第２の角度が設定されている。これにより、第１及び第２の角度を適宜設定することで、広い波長範囲に亘って発
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。
　またさらに、偏光分離素子からの光の光軸に対するバンドパスフィルタの角度を変更する回動機構をさらに備える、ことも好ましい。かかる回動機構を備えれば、バンドパスフィルタを回動させることで、発光波長域を適宜変更することが可能になる。
　さらにまた、偏光分離素子は、ダイクロイックミラーである、ことも好ましい。こうすれば、単一の素子でバンドパスフィルタに入射する光の波長範囲を制限することができるので、装置の簡略化が容易になる。
　本発明の光源装置によれば、出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、図１の光源装置の主要な構成要素を概略的に示すブロック図である。 図１の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度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４の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度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６の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 本発明の変形例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の変形例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 従来例の分光装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。 図１０の出力強度の波長特性を概念的に示すグラフである。 本発明の比較例に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。 図１２の光源装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角を変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。
　以下、図面を参照しつつ本発明に係る光源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。
　［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、図２は、図１の光源装置の主要な構成要素を概略的に示すブロック図である。
　図１及び図２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、及び偏光分離素子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、950nm～1100nm）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を偏光分離素子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、950nm～1100nm。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。
　この波長選択素子７を透過する光Ｌ２を受ける偏光分離素子８は、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）が用いられる。具体的には、この偏光分離素子８は、光Ｌ２からＹ軸に沿った偏光方向を有する偏光成分Ｌ３（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Ｌ４（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。
　また、光変換光学系５には、波長選択素子７によって透過又は反射される偏光成分Ｌ３，Ｌ４の光軸上にそれぞれ、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが設けられている。これらのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂは、誘電体薄膜の積層構造を有するように形成されることで、試料面１１ａ，１１ｂに対する光の入射角に応じて透過波長域が異なるような性質を有し、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ間でＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれ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。例えば、試料面１１ａ，１１ｂに対する光の入射角が０度の場合は、中心波長が約1100nmで半値幅が3nm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する。
　バンドパスフィルタ１０ａは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ（回動機構）１２ａ上にその試料面１１ａをＺ軸に沿わせるように搭載され、水平偏光成分Ｌ３の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ａは、θステージ１２ａを回動させることにより、その試料面１１ａの法線と水平偏光成分Ｌ３の光軸との角度（入射角）を任意の角度に変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ３はバンドパスフィルタ１０ａに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。
　バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｙ軸に沿った回転軸を有するθステージ（回動機構）１２ｂ上にその試料面１１ｂをＹ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。具体的には、偏光分離素子８とバンドパスフィルタ１０ｂとの間には想定波長範囲のＳ偏光を全反射するミラー１３が配置され、－Ｙ軸方向に出射された垂直偏光成分Ｌ４を＋Ｘ軸方向に反射してバンドパスフィルタ１０ｂに入射するようにされている。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、その試料面１１ｂの法線と垂直偏光成分Ｌ４の光軸との角度（入射角）を任意の角度
に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＰ偏光の状態で入射することになる。
　さらに、光変換光学系５には、バンドパスフィルタ１０ａによって透過された水平偏光成分Ｌ３の光軸に沿って、＋Ｘ軸方向に順に、偏光合成素子１４、ビームサンプラー１５、シャッタ１６、及び集光レンズ１７が配置されている。また、この偏光合成素子１４とバンドパスフィルタ１０ｂとの間には想定波長範囲のＳ偏光を全反射するミラー１８が設けられ、バンドパスフィルタ１０ｂを透過した垂直偏光成分Ｌ４がミラー１８によって反射されることにより、＋Ｙ軸方向に沿って偏光合成素子１４に入射するようにされている。
　この偏光合成素子１４は、互いに直交する２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４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、この偏光合成素子１４は、Ｘ軸に沿って入射する水平偏光成分Ｌ３と、Ｙ軸に沿って入射する垂直偏光成分Ｌ４を合成して非偏光状態の合成光Ｌ５を生成して、＋Ｘ軸方向に出射させる。偏光合成素子１４によって合成された合成光Ｌ５は、その一部がビームサンプラー１５によって反射されて、パワーモニタ１９に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、合成光Ｌ５は、ビームサンプラー１５、シャッタ１６、集光レンズ１７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、θステージ１２ａ，１２ｂを回転駆動するステージ駆動回路３２と、光源用電源３１、ステージ駆動回路３２、及びパワーモニタ１９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１９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、θステージ１２ａ，１２ｂ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１０ａに対する水平偏光成分Ｌ３の入射角と、バンドパスフィルタ１０ｂに対する垂直偏光成分Ｌ４の入射角とが同一となり、かつ、これらの入射角が所定の角度範囲（例えば、０度～４５度）になるようにθステージ１２ａ，１２ｂの回転角を変更制御する。この角度範囲は、光源装置１から最終的に出力される波長範囲である想定波長範囲に対応して定められる。このように、２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４の入射角を同一にすれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが、それぞれの入射角に応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４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、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを透過後の光成分Ｌ３，Ｌ４は同じスペクトルプロファイルになる。
　以上説明した光源装置１によれば、偏光分離素子８によって分離された水平偏光成分Ｌ３がバンドパスフィルタ１０ａにＰ偏光として入射され、偏光分離素子８によって分離された垂直偏光成分Ｌ４がバンドパスフィルタ１０ｂに水平偏光成分Ｌ３と同じ入射角でＰ偏光として入射された後、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを透過した光が合波されて外部に出射される。ここで、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ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。
　図３は、光源装置１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対する入射角θを変化させた場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。この結果より、垂直入射時（θ＝０°）のピーク波長が約1100nmとなっており、入射角θを大きくするに従ってピーク波長が短波長側にシフトし、入射角θが４５度で約975nmになっている。また、各入射角θにおいて安定した出力強度が得られており、想定波長範囲内に帯域幅の劣化も見られず、シングルピークでの狭帯域化が図られている。あわせて、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性も実現されている。
　さらに、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに入射する偏光成分Ｌ３，Ｌ４は予め波長選択素子７によって波長範囲が制限され、その波長範囲はバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの透過波長域の範囲を少なくとも含むので、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの薄型化が可能になり、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂを回動させても偏光成分Ｌ３，Ｌ４の光軸のずれを無くすことができる。
　表１は、様々な基板厚ｔ[mm]を有するバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに関して、入射角θ［deg］毎の光軸のずれ量Ｄ［mm］を計算した結果を示している。表中、屈折角θ’［deg］はバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの試料面での屈折角を示しており、光軸ずれ量Ｄは入射光と透過光の光軸間の距離を示しており、光軸のずれ量Ｄは下記式（１）；
Ｄ＝ｔ×ｓｉｎ｛１－ｃｏｓθ／（ｎ×ｃｏｓθ’）｝　　　…（１）
によって計算される。ここで、ｎはバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの材料の屈折率であり、波長1000nmに対する屈折率として１．５０８と仮定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 このように、基板厚ｔ＝0.5mmに比較して基板厚ｔ＝5mmの場合には光軸のずれ量Ｄが１０倍程度の値になっていることが分かる。例えば、波長選択素子７が存在している場合は基板厚ｔ＝0.5mmとすることができるが、波長選択素子７が存在しない場合は基板厚ｔ＝5mmとする必要があり、この場合は入射角θが0～45度の範囲で変化すると、光軸のずれ量Ｄの変化が１０倍以上に増大してしまう。
　ここで、本実施形態における利点を従来例及び比較例と比較しながらさらに説明する。
　従来の特開昭６２－２２０３４号公報に開示された分光装置においては、光源からの光の偏光成分に分離せずにそのままバンドパスフィルタに入射させていた。図１０は、この従来の分光装置におけるバンドパスフィルタに対する入射角θを変化した場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。このように、偏光成分を分離しない場合には、バンドパスフィルタへの入射角を大きくしていくと透過波長域のピークは短波長側にシフトしていくが、そのピーク値は低下し、帯域幅も拡大してしまっている。これは、図１１の出力強度の波長特性を概念的に示すグラフに示すように、バンドパスフィルタに入射するＰ偏光成分の波長特性ＣＰとＳ偏光成分の波長特性ＣＳとの短波長側における差異によって生じる波長分離と呼ばれる現象が原因であることが分かった。
　また、図１２には、本発明の比較例である光源装置９０１の概略構成を示す平面図である。この光源装置９０１は、光源装置１の偏光分離素子８，偏光合成素子１４、ミラー１３，１８、バンドパスフィルタ１０ｂ、及びθステージ１２ｂを有さない点で光源装置１と異なる。つまり、光源装置９０１では、波長選択素子７を透過した光Ｌ２を非偏光状態のままでバンドパスフィルタ１０ａに入射させる。そして、制御回路３３は、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角を調整することで、光Ｌ２の透過波長域を所望の範囲に設定する。図１３は、図１２の電源装置９０１におけるバンドパスフィルタに対する入射角θを変化した場合の出力強度の波長特性を示すグラフである。この場合も、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角θを０度から４５度まで大きくしていくと透過波長域のピークは100nmから970nm付近まで短波長側にシフトしていくが、そのピーク値は低下し、帯域幅も拡大してしまっている。
　このような従来例及び比較例に対して、本実施形態の光源装置１では、２つの直線偏光成分を分離して、それぞれの偏光成分をバンドパスフィルタに対して同一の偏光状態及び同一の入射角で入射させることにより、100nm以上の波長範囲にわたって出力特性の安定化が実現された。
　［実施形態２］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。
　図４は、本発明の第２実施形態に係る光源装置１０１の概略構成を示す平面図である。
この光源装置１０１の第１実施形態との相違点は、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ及びθステージ１２ａ，１２ｂの設置方向が異なる点である。
　すなわち、バンドパスフィルタ１０ａは、Ｙ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ａ上にその試料面１１ａをＹ軸に沿わせるように搭載され、水平偏光成分Ｌ３の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ａは、θステージ１２ａを回動させることにより、水平偏光成分Ｌ３の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、水平偏光成分Ｌ３はバンドパスフィルタ１０ａに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。
　また、バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ｂ上にその試料面１１ｂをＺ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、垂直偏光成分Ｌ４の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。
　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、バンドパスフィルタ１０ａに対する水平偏光成分Ｌ３の入射角と、バンドパスフィルタ１０ｂに対する垂直偏光成分Ｌ４の入射角とが同一となり、かつ、これらの入射角が所定の角度範囲（例えば、０度～４５度）になるようにθステージ１２ａ，１２ｂの回転角を変更制御する。このように、同一の偏光状態で入射する２つの偏光成分Ｌ３，Ｌ４の入射角を同一にすれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂが、それぞれの入射角に応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が一致するように配置されることになる。
　従って、このような光源装置１０１によっても、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂ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。
　図５には、光源装置１０１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対する入射角θを変化させた場合の出力強度の波長特性を示す。この結果より、０度から４５度までの入射角範囲において安定した出力強度が得られており、想定波長範囲内に帯域幅の劣化も見られず、シングルピークでの狭帯域化がより一層図られている。さらには、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性も実現されている。
　［実施形態３］
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。
　図６は、本発明の第３実施形態に係る光源装置２０１の概略構成を示す平面図である。
この光源装置１０１の第１実施形態との相違点は、バンドパスフィルタ１０ｂ及びθステージ１２ｂの設置方向が異なり、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに異なる偏光状態で入射させる点である。
　具体的には、バンドパスフィルタ１０ｂは、Ｚ軸に沿った回転軸を有するθステージ１２ｂ上にその試料面１１ｂをＺ軸に沿わせるように搭載され、垂直偏光成分Ｌ４の光軸上に位置している。これにより、バンドパスフィルタ１０ｂは、θステージ１２ｂを回動させることにより、垂直偏光成分Ｌ４の入射角を任意の角度に変更可能にされ、かつ、垂直偏光成分Ｌ４はバンドパスフィルタ１０ｂに対して常にＳ偏光の状態で入射することになる。
　制御回路３３は、バンドパスフィルタ１０ａに対してＰ偏光で入射する水平偏光成分Ｌ３の入射角θＰと、バンドパスフィルタ１０ｂに対してＳ偏光で入射する垂直偏光成分Ｌ４の入射角θＳとを、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂの両者の透過波長域のピークが一致するように、かつ、これらの入射角θＰ，θＳが所定の角度範囲（例えば、０度～４５度）になるように変更制御する。このように、バンドパスフィルタ１０ａとバンドパスフィルタ１０ｂ間での異なる偏光状態に起因する透過波長特性の差を考慮して制御すれば、バンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂにおける入射角θＰ，θＳに応じた偏光成分Ｌ３，Ｌ４の透過波長域が一致するようになり、出力における波長分離が回避される。
　従って、このような光源装置２０１によっても、２つのバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂへの入射角θＰ，θＳの組み合わせを適切に設定することで、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。
　図７には、光源装置２０１におけるバンドパスフィルタ１０ａ，１０ｂに対するそれぞれの入射角θＰ，θＳの組を変化させた場合の出力強度の波長特性を示す。この結果より、０度から４５度までの入射角範囲において安定した出力強度が得られている。また、想定波長範囲内の帯域幅は光源装置１，１０１の場合に対して中間的な値になっており、同様にシングルピークでの狭帯域化が図られている。ここでも、波長可変範囲が100nm以上という良好な波長制御特性が実現されている。
　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、本発明は、必ずしも２つの偏光成分を分離してそれらを合波する構成に限定されるものではない。
　例えば、図８に示す本発明の変形例である光源装置３０１のような構成であってもよい。すなわち、偏光分離素子８によって分離された垂直偏光成分Ｌ４をビームダンパー３０２によって吸収し、水平偏光成分Ｌ３のみをバンドパスフィルタ１０ａを透過させることにより外部に照射させてもよい。同様に、垂直偏光成分Ｌ４のみを外部に照射させる構成であってもよい。この場合であっても、バンドパスフィルタ１０ａへの入射角を適宜設定することで出力における波長分離が回避され、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。
　また、図９に示す本発明の変形例である光源装置４０１にように、波長選択素子４０７によって反射された光Ｌ２を偏光分離素子８に入射させるように構成されていてもよい。
例えば、波長選択素子４０７を、想定波長範囲を含む所定の波長範囲の光を反射し、その波長範囲以外の光を透過させるダイクロイックミラーとし、そのダイクロイックミラーの反射面をＹ軸に対して傾斜させて配置してもよい。この場合、光源３から＋Ｙ軸方向に照射された所定の波長範囲を有する光Ｌ２が、偏光分離素子８に向けて＋Ｘ軸方向に反射され、それ以外の波長成分の光が不必要な光として＋Ｙ軸方向に透過される。
　本発明によれば、出射光の光軸のずれを効果的に抑制しつつ、発光波長域の選択性を向上させることができる装置が実現できる。
　１，１０１，２０１，３０１，４０１…光源装置、３…光源、７，４０７…波長選択素子、８…偏光分離素子、１０ａ，１０ｂ…バンドパスフィルタ、１２ａ，１２ｂ…θステージ（回動機構）、Ｌ３…水平偏光成分、Ｌ４…垂直偏光成分。

Claims (6)

  1. 　所定の発光波長域を有する光源と、
    　前記光源から照射された前記所定の発光波長域の光のうち、所定の波長範囲の光を選択的に反射もしくは透過させる波長選択素子と、
    　前記波長選択素子によって反射もしくは透過された光を互いに直交する２つの直線偏光成分である第１及び第２の偏光成分に分離する偏光分離素子と、
    　前記第１及び第２の偏光成分の少なくとも一方の光の光軸に対して所定の角度範囲を成すように配置され、前記角度範囲に応じて該光の透過波長域が異なるように構成されたバンドパスフィルタとを備え、
    　前記波長選択素子は、前記所定の角度範囲に対応する前記透過波長域の範囲を少なくとも含む光を、前記偏光分離素子に向けて反射もしくは透過させる、ことを特徴とする光源装置。
  2. 　前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィタとを有し、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
  3. 　前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
  4. 　前記バンドパスフィルタは、前記第１の偏光成分がＳ偏光として入射され、かつ前記第１の偏光成分の光軸に対して第１の角度を成すように配置された第１のバンドパスフィルタと、前記第２の偏光成分がＰ偏光として入射され、かつ前記第２の偏光成分の光軸に対して第２の角度を成すように配置された第２のバンドパスフィルタとを有し、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタは、前記第１の角度に応じた透過波長域と前記第２の角度に応じた透過波長域とが一致するように配置され、
    　前記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を合波する、ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
  5. 　前記偏光分離素子からの前記光の光軸に対する前記バンドパスフィルタの角度を変更する回動機構をさらに備える、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。
  6. 　前記偏光分離素子は、ダイクロイックミラーである、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光源装置。
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