波長可変フィルタ
【課題】光の利用効率が高く、部品点数を少なくして装置の長大化・大型化を抑制でき、短波長域を含む広い波長域で透過スペクトルが急峻で狭帯域特性を発揮する多段構造のリオフィルタと同等の波長可変フィルタを実現する。
【解決手段】波長フィルタ３１は、それぞれ第１及び第２光変調部３４，３６と水晶振動子３５，３７とからなる第１及び第２ＰＥＭ素子３２，３３を有する。第１及び第２光変調部の外側主面から離隔して、第１外側偏光子４５〜４７と第１外側反射膜４８、第２外側偏光子５０〜４２と第２外側反射膜５３が設けられる。入射光Ｌ1は入射側偏光子によりｓ偏光とｐ偏光とに分光され、それぞれ第１及び第２光変調部内部を多重反射しながら透過し、出射側偏光子により合成されて出射する。
【解決手段】波長フィルタ３１は、それぞれ第１及び第２光変調部３４，３６と水晶振動子３５，３７とからなる第１及び第２ＰＥＭ素子３２，３３を有する。第１及び第２光変調部の外側主面から離隔して、第１外側偏光子４５〜４７と第１外側反射膜４８、第２外側偏光子５０〜４２と第２外側反射膜５３が設けられる。入射光Ｌ1は入射側偏光子によりｓ偏光とｐ偏光とに分光され、それぞれ第１及び第２光変調部内部を多重反射しながら透過し、出射側偏光子により合成されて出射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光の波長を特定の値及び／又は範囲に固定して又は可変的に制御するための波長可変フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望の波長領域の光を透過するために様々なバンドパスフィルタが使用されている。例えば、複屈折板を用いて狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタとしてリオフィルタが知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。図１１は、リオフィルタの基本的構成を示している。同図に示すように、リオフィルタ１は、透過軸の平行な偏光子２ａ〜２ｄの間にそれぞれ複屈折板３ａ〜３ｃを、それらの結晶光学軸３a1〜３c1が前記偏光子の透過軸２a1〜２d1と４５°をなすように配置する。複屈折板３ａ〜３ｃには、方解石や水晶等の一軸性結晶が用いられ、その厚さｄi は２ｉ−１ｄ（ｉ＝１〜３）、即ちｄ，２ｄ，４ｄとなるように構成される。特許文献１では、リオフィルタが、背面に反射鏡を配設した液晶表示パネルにおいてＲＧＢの三原色の色純度を高くするために、該液晶表示パネルの表面に積層されている。このリオフィルタを構成するプラスチックフィルムは、液晶表示パネルの背面側から反射される光の透過スペクトルのピークがＲＧＢに対応するように、その光学位相差を決定する。
【０００３】
上記リオフィルタは、使用する複屈折板によって透過スペクトルが特定の波長に固定される。そこで、複屈折板に代えて液晶セルを２枚の偏光子の間に挟んだ波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。このバンドパスフィルタの構成を図１２に示す。同図において、バンドパスフィルタ１１は、偏光子１２ａ〜１２ｄに挟まれた液晶セル１３ａ〜１３ｃへの印加電圧を適当に設定することにより、透過スペクトル波長を変化させる。特に図１２のバンドパスフィルタは、透過軸１２a1、１２b1を直交させて配置した所謂クロスニコルの偏光子１２ａ、１２ｂ間の液晶セル１３ａと、透過軸１２b1〜１２d1を平行に配置した所謂平行ニコルの偏光子１２ｂ〜１２ｄで挟んだ２枚の液晶セル１３ｂ、１３ｃとを組み合わせることにより、可視領域に残る２つの単色光のうち一方を除去するように構成されている。
【０００４】
更に、図１２と同様の構成において、偏光子の間に液晶セルと位相差フィルムとからなる複合層を挟んだ波長可変フィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。この波長可変フィルタの構成を図１３に示す。同図において、波長可変フィルタ２１は、偏光子２２ａ〜２２ｄに挟まれた各液晶セル２３ａ〜２３ｃにそれぞれ位相差フィルム２４ａ〜２４ｃが重ねて配置されている。この位相差フィルムによって、液晶セルのセル厚を必要最小限に抑え、それによるリタデーション値の減少を補充し、液晶の応答性低下を回避しつつ、狭半値幅の透過率ピークを発生させる。また、液晶セルのセル厚を透過順にｄ、２ｄ、１．５ｄに設定することにより、１つの電圧印加装置を共有して全液晶セルに同じ制御電圧を印加し、透過スペクトルの波長を調整することができる。
【０００５】
また、入射光の位相を周期的に変調する光学素子として、光弾性変調（ＰＥＭ：Photoelastic Modulator）素子が知られている。ＰＥＭ素子は、石英等の等方性媒質からなる光変調部の一端に水晶等の圧電振動子を貼り付け、かつ他端を機械的にストッパに当接させて構成される（例えば、特許文献５を参照）。光変調部は、該光変調部の共振周波数で水晶振動子を励振すると、弾性歪みを生じて光の屈折率が所定の方向に変化する。これにより、透過光は、その偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。一般にＰＥＭ素子は、エリプソメータ等において薄膜や試料を測定する偏光変調分光に使用されている（例えば、特許文献６，７を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０００６６９号公報
【特許文献２】特許第３１０２０１２号公報
【特許文献３】特開２０００−２６７１２７号公報
【特許文献４】特開２００５−１１５２０８号公報
【特許文献５】特開２０００−２８４４１号公報
【特許文献６】特開平５−１９６５０２号公報
【特許文献７】特開平７−１３４０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタは、入射光を最初に偏光板で偏光する必要があるため、入射光量の半分が最初の偏光板で吸収又は反射されて失われ、光の利用効率が非常に低い。そこで出射光量を増すために光源の出力を大きくすると、光源ランプの寿命が短くなってコストが増大するという問題が生じる。更に、入射側の最初の偏光板によって、出射光の偏光方向が制限されるため、フィルタの利用の自由度が低い。
【０００８】
また、上述した従来の波長フィルタにおいて、２つの偏光子及びその間に挟まれた複屈折板又は液晶セル等の位相子を１ブロックとして、これを光路に沿って配置した多段構成は、透過スペクトルをより急峻にして狭帯域な透過特性が得られる反面、各構成要素が光軸に沿って直列に配置されるので、部品点数が多くなる。そのために、フィルタ全体を長大化・大型化させるという問題がある。特に多段構成の可変波長フィルタは、仕様の異なる複数の液晶セルが必要になるので、コストが増加する。
【０００９】
また、液晶セルは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜等での反射により透過光量に損失を生じることに加えて、特に紫外域〜青色の短波長域の光を吸収する性質がある。そのため、上述したように液晶セルを用いた波長可変フィルタは、短波長域での透過率が大幅に低下するという問題がある。
【００１０】
更に、複数の液晶セルへの印加電圧を精密に制御するためには、液晶セル毎に独立した駆動制御回路が必要で、装置全体の構成及び制御が複雑になるという問題を生じる。しかも、液晶セルは、耐熱性が低く、透過波面収差が大きい等の問題がある。また、液晶セルは、その屈折率の印加電圧に対する応答が遅いため、印加電圧を連続的に変化させて透過波長を連続的に変化させることは、実用的に困難な場合がある。
【００１１】
しかも、従来の波長フィルタは、偏光子として位相差フィルムのような吸収型偏光子を使用するので、光学的損失が大きい。これに対し、ワイヤグリット偏光子やフォトニック結晶偏光子、輝度向上フィルム等の反射型偏光子は、一般に低損失かつ広帯域な光学特性を有し、耐熱性に優れた特徴を有する。しかしながら、従来の各光学要素を光路に沿って直列に配置した多段構成の波長フィルタに反射型偏光子を用いると、不要な反射光が生じて迷光となるので、良好な光学特性を得られない。
【００１２】
本願発明者らは、上述したように専らエリプソメータ等の偏光変調分光において位相差を測定するために使用されているＰＥＭ素子に着目した。そして、上述した従来の問題点に鑑み、ＰＥＭ素子を利用した波長フィルタについて様々な検討を加えた結果、本発明を案出するに至ったものである。
【００１３】
そこで本発明の目的は、光の利用効率が高く、部品点数を少なくでき、それにより装置全体の長大化・大型化を抑制でき、しかも多段構造のリオフィルタと同等に、透過スペクトルが急峻で狭帯域特性を発揮し得ると共に、ＰＥＭ素子を利用することにより、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について、より簡単かつ高精度に透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上記目的を達成するために、一定の光学的厚さを有する平板状の第１光変調部と該第１光変調部の一端に接続された第１圧電振動子とを有する第１ＰＥＭ素子と、一定の光学的厚さを有する平板状の第２光変調部と該第２光変調部の一端に接続された第２圧電振動子とを有する第２ＰＥＭ素子と、入射側偏光子と、第１及び第２外側偏光子と、内側反射膜と、第１及び第２外側反射膜とを備え、第１ＰＥＭ素子と第２ＰＥＭ素子とが第１光変調部と第２光変調部とを対向させて配置され、第１光変調部と第２光変調部との対向する内側主面の間に入射側偏光子と内側反射膜とが配置され、第１光変調部の外側主面側に第１外側偏光子と第１外側反射膜とが配置され、第２光変調部の外側主面側に第２外側偏光子と第２外側反射膜とが配置され、第１光変調部に入射した光が入射側偏光子により反射光と透過光とに分光され、反射光が、第１光変調部内部を第１外側偏光子又は第１外側反射膜と内側反射膜とによって該第１光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、透過光が、第２光変調部内部を第２外側偏光子又は第２外側反射膜と内側反射膜とによって該第２光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過するようにした波長可変フィルタが提供される。
【００１５】
入射光が入射側偏光子により分光され、各分光がそれぞれ第１ＰＥＭ素子の光変調部及び第２ＰＥＭ素子の光変調部を透過して出射するので、高い光の利用効率が得られる。更に、少なくとも透過率が向上した分は、光源の出力を下げても同じ光量が維持確保されるので、光源ランプの寿命を従来よりも延長させることができる。そして、第１及び第２光変調部において、それぞれの内部を多重反射しながら透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差は、該２つの偏光子間の光路長によって決定され、該位相差に対応して透過スペクトルのピーク波長が設定される。
【００１６】
ＰＥＭ素子は、上述したように石英等の透明な等方性物質の一端に貼り付けた水晶等の圧電振動子を所定の電圧で励振させることにより、該石英に応力を付与して光弾性現象による光学的異方性を誘起させ、それにより複屈折性を生じさせて、透過光に位相差を与える。この位相差は、圧電振動子の発振周波数で周期的に変化するが、前記石英の厚さによってかつ／又は圧電振動子の印加電圧を変えることによって制御できる。従って、第１ＰＥＭ素子と第２ＰＥＭ素子の双方において、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとして透過スペクトル波長を自在に変化させ得る波長可変フィルタが実現される。
【００１７】
また、多段構造のリオフィルタと同等の構成にする場合に、第１及び第２ＰＥＭ素子の双方において、それぞれ唯１つの光変調部の外側に配置する偏光子の数を増やすだけでよいから、従来よりも部品点数を大幅に少なくすることができる。従って、装置全体の長大化・大型化及びコストの増加を抑制することができる。特に、部品点数が従来よりも格段に減少するので、製造過程や使用後の廃棄による環境への影響が少ないという点でも、極めて有利である。
【００１８】
しかも、ＰＥＭ素子は印加電圧の変化に対して応答特性が良いので、透過波長域を高速でかつ安定して変化させることができる。更に、ＰＥＭ素子の前記透明な等方性物質からなる光変調部は、特に石英のような光吸収が極めて少ない材料を選択することによって、液晶セルを用いた従来の波長可変フィルタと異なり、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について十分な位相変調量及び高い透過率が得られる。また、ＰＥＭ素子は、位相変調量が大きいので、波長可変フィルタの設計自由度を大きくすることができる。
【００１９】
或る実施例では、前記波長可変フィルタが、第１光変調部と第２光変調部との対向する内側主面の間に配置された出射側偏光子を更に有し、第１光変調部内部を多重反射した光と第２光変調部内部を多重反射した光とが、出射側偏光子により合成されて第１及び第２光変調部から出射することにより、入射光量に比して損失の少ない光量の出射光が得られる。
【００２０】
別の実施例では、第１光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差Γ１ｉが、該光路を透過する光の波長に対してΓ１ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ１、ｎ１：２以上の整数）の関係を満足し、かつ第２光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差Γ２ｉが、該光路を透過する光の波長に対してΓ２ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ２、ｎ２：２以上の整数）の関係を満足することにより、いずれも常に２πの整数倍となるので、第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部において、それぞれ従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００２１】
更に別の実施例では、第１光変調部内部の光路に沿って隣接する２つの偏光子及び第２光変調部内部の光路に沿って隣接する２つの偏光子が、それぞれ平行ニコルの関係に配置されることにより、第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部において、それぞれ従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００２２】
或る実施例では、第１光変調部の外側主面と第１外側偏光子及び第１外側反射膜との間にかつ／又は第２光変調部の外側主面と第２外側偏光子及び第２外側反射膜との間に配置された固定位相板を更に有することにより、各ＰＥＭ素子への印加電圧が０の場合、又は一定の周波数で変化する各光変調部の位相差が０点を通過する場合にも、該固定位相板の位相差に基づいた透過スペクトル波長が得られる。
【００２３】
また、或る実施例では、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが同じであることにより、第１光変調部及び第２光変調部の透過スペクトルを常に同じ波長に調整制御することができる。これは、特に両光変調部の透過光を合成して出射する場合に有利である。
【００２４】
別の実施例では、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なることにより、第１光変調部及び第２光変調部の透過スペクトルを異なる波長に調整制御することができる。これは、特に各光変調部から透過光を別個に出射する場合に有利である。
【００２５】
或る実施例では、入射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、ｐ偏光及びｓ偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光の利用効率を得ることができる。
【００２６】
別の実施例では、出射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、同様にｐ偏光及びｓ偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光の利用効率を得ることができる。
【００２７】
また、或る実施例では、外側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、第１及び第２位相子内部を透過する光を反射する場合に別個の反射手段を追加する必要がなく、部品点数をより少なくできるので、有利である。
【００２８】
別の実施例では、外側偏光子が吸収型偏光板であると、別個の反射手段を追加する必要があるとは言え、ワイヤグリッド偏光子のような反射による迷光を生じる虞が無く、そのために波長可変フィルタの特性を劣化させる虞がない。
【００２９】
また、或る実施例では、第１及び第２ＰＥＭ素子において、第１及び第２光変調部の端面に設けられた第１及び第２垂直反射ミラーを更に有し、第１及び第２光変調部の内部を透過する光を、それぞれ第１及び第２垂直反射ミラーにより反射して逆向きに進行させることにより、フィルタ全体を短くして小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長フィルタの好適な実施例を詳細に説明する。尚、各図において、類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して表すことにする。
【００３１】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による波長フィルタの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１は、第１ＰＥＭ素子３２と第２ＰＥＭ素子３３とを備える。第１ＰＥＭ素子３２は、一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する平板状の石英からなる第１光変調部３４と、その一端に接着された第１水晶振動子３５とを有する。第２ＰＥＭ素子３３は、同様に一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する平板状の石英からなる第２光変調部３６と、その一端に接着された第２水晶振動子３７とを有する。前記光変調部は、石英以外にＣａＦ２ 、Ｇｅ等の様々な公知の透明な等方性物質で形成される。前記水晶振動子は、水晶以外にチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスを用いた様々な公知の圧電振動子に置き換えることができる。
【００３２】
前記第１及び第２ＰＥＭ素子は、それぞれ第１及び第２光変調部３４，３６の他端が図示しないストッパに当接して変位しないように固定される。第１水晶振動子３５は、対向する両面に形成された１対の電極３８，３８を有し、前記各電極は電源３９に接続されている。第２水晶振動子３７は、対向する両面に形成された１対の電極４０，４０を有し、前記各電極は電源４１に接続されている。前記第１及び第２水晶振動子は、それぞれ前記電源から所定の電圧を印加すると、前記ストッパへの向きに沿って図１（Ａ）に矢印で示す方向に伸縮するように所定の周波数で励振する。第１及び第２光変調部３４，３６は、前記第１及び第２水晶振動子の振動によって前記ストッパとの間で弾性変形することにより歪みを生じ、光の屈折率が所定の方向に周期的に変化する。従って、前記第１及び第２光変調部を透過する光は、それぞれ偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。
【００３３】
第１ＰＥＭ素子３２と第２ＰＥＭ素子３３とは、第１光変調部３４と第２光変調部３６とを互いに対向させかつその振動方向を一致させて配置される。対向する第１光変調部３４の内側主面と第２光変調部３６の内側主面の間には、入射側及び出射側偏光子４２，４３と内側反射ミラー４４とが配置される。前記入射側及び出射側偏光子及び内側反射ミラーは、例えば前記第１及び第２光変調部から離隔して配置した透明ガラス板（図示せず）によって支持することができる。
【００３４】
第１光変調部３４の上方には、その外側主面から離隔して第１外側偏光子４５〜４７と第１外側反射膜４８とが設けられる。前記第１外側偏光子及び第１外側反射膜は、前記第１光変調部の外側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板４９上に支持される。第２光変調部３６の下方には、その外側主面から離隔して第２外側偏光子５０〜４２と第２外側反射膜５３とが設けられる。前記第２外側偏光子及び第２外側反射膜は、前記第２光変調部の外側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板５４上に支持される。
【００３５】
本実施例では、第１光変調部３４の外側主面の一方（図中左側）の端部３４ａ付近を光入射口とし、他方の（図中右側）の端部３４ｂ付近を光出射口として、光が前記両光変調部の振動方向と直交する向きに、その長さ方向に沿って図中左から右へ進行するようにする。この光の進行方向に沿って、第１及び第２光変調部３４，３６間には、入射側偏光子４２、内側反射ミラー４４及び出射側偏光子４３が順に配置される。透明ガラス板４９上には、前記光の進行方向に沿って最初に２つの第１外側偏光子４５，４６が、次に第１外側反射膜４８が、最後に第１外側偏光子４７が順に配置される。同様に、透明ガラス板５４上には、前記光の進行方向に沿って最初に２つの第２外側偏光子５０，５１が、次に第２外側反射膜５３が、最後に第２外側偏光子５４が順に配置される。
【００３６】
本実施例では、前記入射側及び出射側偏光子と前記第１及び第２外側偏光子とが、ワイヤグリッド偏光子からなる。ワイヤグリッド偏光子は、透明基板の表面に金属細線を周期的に透過波長よりも短い一定の周期で格子状に配列され、格子の周期方向と垂直な振動成分の光を反射し、かつ平行な振動成分の光を透過させるという特性を有する。本実施例では、波長フィルタ３１への入射光Ｌ1と前記第１光変調部上面の法線とを含む平面（図１（Ｂ）の紙面）に対して垂直な直線偏光をｓ偏光として図中黒丸点●で、平行な直線偏光をｐ偏光として図中短い両端矢印で表す。前記各偏光子は、その格子を第１及び第２ＰＥＭ素子３２，３３の振動方向Ｑに対して４５°の方向に配向する。前記各偏光子の格子の向きは、例えば図１（Ａ）において多数の平行な細線で表す。前記入射側及び出射側偏光子は、入射光をその偏光方向によって透過又は反射するように分光するものであれば、ワイヤグリッド偏光子以外の様々な公知の偏光子を用いることができる。内側反射膜４４、第１及び第２外側反射膜４８，５３は、例えばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属膜や誘電体多層膜により形成される。
【００３７】
このように波長フィルタ３１は、第１光変調部３４、入射側偏光子４２、第１外側偏光子４５〜４７、内側反射ミラー４４、第１外側反射膜４８及び出射側偏光子４３からなる第１波長フィルタ部と、第２光変調部３６、入射側偏光子４２、第２外側偏光子５０〜５２、内側反射ミラー４４、第２外側反射膜５３及び出射側偏光子４３からなる第２波長フィルタ部と一体に備える。本実施例によれば、入射側偏光子４２、内側反射ミラー４４及び出射側偏光子４３が共通するので、部品点数が少なくかつ構成が簡単になる。
【００３８】
波長フィルタ３１への入射光Ｌ1は、前記光入射口から第１光変調部３４を透過して入射側偏光子４２に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光は、前記入射側偏光子により前記光変調部の主面の法線方向に関して所定の角度θをもって反射され、第１光変調部３４内部を前記法線方向に関して同じ反射角度θで多重反射しながら透過する。ｐ偏光は、前記入射側偏光子を透過して第２光変調部３６に入射し、その中を同様に前記法線方向に関して同じ反射角度θで多重反射しながら透過する。
【００３９】
前記入射側偏光子により反射されたｓ偏光Ｌsは、第１光変調部３４を透過して最初の第１外側偏光子４５に反射される。次にｓ偏光Ｌsは、内側反射膜４４に反射されることにより前記第１光変調部を１度往復透過し、２番目の第１外側偏光子４６に反射される。更にｓ偏光Ｌsは、前記内側反射膜と第１外側反射膜４８とにより３度反射されて、前記第１光変調部を２度往復透過し、最後の第１外側偏光子４７に反射される。第１外側偏光子４７から反射されたｓ偏光Ｌsは、更に前記第１光変調部を透過して出射側偏光子４３に反射され、再び前記第１光変調部を透過して前記光出射口から外部に出射する。
【００４０】
第１光変調部３４は、その主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。前記各偏光子は、ｓ偏光Ｌsの光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間、即ち入射側偏光子４２と第１外側偏光子４５、第１外側偏光子４５と第１外側偏光子４６、第１外側偏光子４６と第１外側偏光子４７間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。前記第１波長フィルタ部は、このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００４１】
更に隣接する前記２つの偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。従って、前記入射側偏光子により反射されたｓ偏光Ｌsは、その偏光方向を維持したまま、第１光変調部３４を透過する。
【００４２】
前記入射側偏光子を透過したｐ偏光Ｌpは、第２光変調部３６を透過して最初の第２外側偏光子５０に反射される。次にｐ偏光Ｌpは、内側反射膜４４に反射されることにより前記第２光変調部を１度往復透過し、２番目の第２外側偏光子５１に反射される。更にｐ偏光Ｌpは、前記内側反射膜と第２外側反射膜５３とにより３度反射されて、前記第２光変調部を２度往復透過し、最後の第２外側偏光子５２に反射される。第２外側偏光子５２から反射されたｐ偏光Ｌpは、更に前記第２光変調部を透過して出射側偏光子４３に入射し、該出射側偏光子及び前記第１光変調部を透過して前記光出射口から外部に出射する。
【００４３】
第２光変調部３６は、その主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。前記各偏光子は、ｐ偏光Ｌpの光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間、即ち入射側偏光子４４と第２外側偏光子５０、第２外側偏光子５０と第２外側偏光子５１、第２外側偏光子５１と第２外側偏光子５２間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。前記第２波長フィルタ部は、このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００４４】
更に隣接する前記２つの偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。従って、前記入射側偏光子を透過したｐ偏光Ｌpは、その偏光方向を維持したまま、第２光変調部３６を透過する。
【００４５】
第１光変調部３４を透過したｓ偏光と第２光変調部３６を透過したｐ偏光とは、出射側偏光子３９により合成され、１つの出射光Ｌ2として前記光出射口から入射光Ｌ1とは異なる方向に出射する。これにより、入射光量に比して出射光量の損失が少なく、光利用効率の高い波長フィルタ３１が実現される。更に、波長フィルタ３１は、前記第１及び第２波長フィルタ部において、第１及び第２光変調部３４，３６が、その外側に設けられる偏光子の数に拘わらず、共通化されて１つだけで済むことに加えて、前記第１及び第２波長フィルタ部間において、前記入射側偏光子、内側反射膜及び出射側偏光子が共通化されているので、部品点数を大幅に少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。
【００４６】
本実施例の波長可変フィルタ３１は、第１及び第２光変調部３４，３６において前記第１及び第２水晶振動子の印加電圧を変えることにより、それらを透過する光の波長が変化するので、透過スペクトル波長を自在に変化させることができる。特に前記光変調部を形成する石英は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮する。従って、短波長域を含む広い波長域の光について、透過スペクトル波長を可変制御し得る波長可変フィルタが実現される。
【００４７】
図２（Ａ）〜（Ｅ）は、波長可変フィルタ３１の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ第１光変調部３４を透過して出射する光の光路に沿って図１（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ４における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ４における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、前記ＰＥＭ素子への印加電圧が０である場合の透過率であり、これを中心として破線で示すように左右に一定の周波数でシフトする。
【００４８】
入射後に、入射側偏光子４２から反射した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図２（Ａ））。第１外側偏光子４５から反射した後の前記光路の位置Ｐ２は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図２（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４６から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図２（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｃ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４７から反射した後の位置Ｐ４では、更にこれを図２（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｄ））。
【００４９】
このように隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第１波長フィルタ部は、図２（Ｄ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。第２光変調部３６の前記第２波長フィルタ部の透過特性は、前記第１波長フィルタ部と同じであるので、詳細な説明を省略する。前記第２光変調部の最後の第２外側偏光子５２から反射した後の透過特性は、図２（Ｄ）と同じである。従って、波長フィルタ３１を出射した後の位置Ｐ５における透過特性は、図２（Ｅ）に示すように、急峻なピークで図２（Ｄ）の２倍の透過率が得られる。
【００５０】
図３は、第１実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１１は、出射側偏光子４３１がその偏光方向を図１の第１実施例の出射側偏光子４３に対して９０°回転させた向きに配向したものである点において、第１実施例と異なる。
【００５１】
第１光変調部３４を透過して最後の第１外側偏光子４７に反射されたｓ偏光は、出射側偏光子４３１を透過する。第２光変調部３６を透過して最後の第２外側偏光子５２に反射されたｐ偏光は、出射側偏光子４３１により反射される。第１光変調部３４及び第２光変調部３６をそれぞれ透過したｓ偏光とｐ偏光とは、出射側偏光子４３１により合成されて、第１光変調部３４側の前記光出射口の裏側に位置する第２光変調部３６の外側主面の端部３６ｂ（図中右側）付近を光出射口として、外部へ入射光Ｌ1と同じ方向に出射する。本実施例では、このように出射光Ｌ2の向きを変えることができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図４は、第１実施例の別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１２は、出射側偏光子４３１の偏光方向だけでなく、入射側偏光子４２１、第１外部偏光子４５１〜４７１及び第２外部偏光子５０１〜５２１の偏光方向をそれぞれ図１の第１実施例の前記各偏光子に対して９０°回転させた向きに配向した点において、第１実施例と異なる。
【００５３】
これにより、入射光Ｌ1は、前記光入射口から第１光変調部３４を透過し、入射側偏光子４２１によりｐ偏光成分が反射されて、第１光変調部３４内部を多重反射しながら透過する。ｓ偏光成分は、入射側偏光子４２１を透過して第２光変調部３６に入射し、その中を多重反射しながら透過する。前記第１光変調部及び第２光変調部をそれぞれ透過したｐ偏光とｓ偏光とは、出射側偏光子４３１により合成されて、第１光変調部３４側の前記光出射口から外部に出射する。このように、ｓ偏光及びｐ偏光がいずれの第１及び第２光変調部３４，３６を透過するかは、自由に設定することができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図５は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１３は、出射側偏光子４３を省略し、かつ最後の第１外側偏光子４７１が偏光方向を図１の第１実施例の前記第１外側偏光子に対して９０°回転させた向きに配向した点において、第１実施例と異なる。これにより、第１光変調部３４内部を透過したｓ偏光は、最後の第１外側偏光子４７１を透過してそのまま外部に出射する。第２光変調部３６内部を透過して最後の第２外側偏光子５２で反射されたｐ偏光は、該第２光変調部及び第１光変調部３４を透過して外部に出射する。
【００５５】
このように本実施例によれば、所望の波長域で異なる偏光成分の２つの光を別個に取り出すことができる。また、第１光変調部３４と第２バビネソレイユ位相板３３とを互いに異なる光学的厚さに設定すると、２つの異なる波長の光を取り出すことができる。これは、例えば第１ＰＥＭ素子３２の発振周波数と第２ＰＥＭ素子３３の発振周波数とが異なるように設定した場合に有利である。更に別の実施例では、別個に出射した２つの光を、波長フィルタ３１３の外側に配置した偏光ビームスプリッタや複屈折板等の光学手段によって合成することができる。
【００５６】
図６（Ａ）〜（Ｈ）は、波長可変フィルタ３１３の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、前記第１波長フィルタ部について、それぞれ第１光変調部３４を透過して出射する光の光路に沿って図５（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ４における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ４における透過光又は出射光の波長である。
【００５７】
入射後に、入射側偏光子４２から反射した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図６（Ａ））。第１外側偏光子４５から反射した後の前記光路の位置Ｐ２は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図６（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４６から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図６（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｃ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４７から出射した後の位置Ｐ４では、更にこれを図６（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｄ））。隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第１波長フィルタ部は、図６（Ｄ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。
【００５８】
図６（Ｅ）〜（Ｈ）は、前記第２波長フィルタ部について、それぞれ第２光変調部３６を透過して出射する光の光路に沿って図５（Ｂ）に示す各位置Ｐ５〜Ｐ８における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ５〜Ｐ８における透過光又は出射光の波長である。
【００５９】
入射後に、入射側偏光子４２を透過した後の前記光路の位置Ｐ５では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図６（Ｅ））。第２外側偏光子５０から反射した後の前記光路の位置Ｐ６は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図６（Ｆ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第２外側偏光子５１から反射した後の前記光路の位置Ｐ７では、これと図６（Ｆ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｇ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第２外側偏光子５２から前記第１及び第２光変調部を透過して出射した後の位置Ｐ８では、更にこれを図６（Ｇ）に重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｈ））。同様に、隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第２波長フィルタ部は、図６（Ｈ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。
【００６０】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ３１４は、第１外側偏光子４５〜４７及び第１外側反射膜４８が、図１の透明ガラス板ではなく、水晶等の光学結晶材料からなる固定位相板５５上に支持され、かつ第２外側偏光子５０〜４２及び第２外側反射膜５３が同じく固定位相板５６上に支持されている点において、第１実施例と異なる。両固定位相板５５，５６は、その光学軸５５ａ，５６ａが、第１及び第２光変調部３４，３６を透過する光の進行方向と直交する向きに配向されている。
【００６１】
これにより、前記第１及び第２波長フィルタ部は、一定の周波数で変化する前記第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部の位相差が０点を通過する場合、又は前記第１及び第２ＰＥＭ素子への印加電圧が０で各光変調部が振動していない場合等に、前記固定位相板の位相差に基づいて一定の透過波長を持つことになる。従って、波長可変フィルタ３１４の透過特性が０点を通過しないようにすることができる。
【００６２】
図８は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１５は、前記第１及び第２外側偏光子をワイヤグリッド偏光子から吸収型偏光子に置き換えた点において、第１実施例と異なる。吸収型偏光子としては、例えば樹脂フィルム又はシートを用いた二色性偏光板がある。吸収型偏光子は、所定波長又は波長範囲の光を透過する性質を有するので、その裏側に反射膜を設ける必要がある。
【００６３】
透明ガラス板４９上には、吸収型偏光子からなる第１外側偏光子５７，５８が第１実施例の第１外側偏光子４５，４６の位置に、吸収型偏光子からなる第１外側偏光子５９が第１実施例の第１外側偏光子４７の位置にそれぞれ配置され、かつそれらに第１外側反射膜６０と第１外側反射膜６１とが積層されている。透明ガラス板５４上には、吸収型偏光子からなる第２外側偏光子５５，５６が第１実施例の第２外側偏光子４６，４７の位置に、吸収型偏光子からなる第２外側偏光子５２が第１実施例の第２外側偏光子４８の位置にそれぞれ配置され、かつそれらに第１外側反射膜５８と第１外側反射膜５９とが積層されている。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施例においても、前記各偏光子の偏光方向を図４の実施例のように変えることができる。また本実施例は、図５の実施例のように構成して出射側偏光子４４を省略し、かつ第１外側偏光子４７の偏光方向を変えて、異なる偏光成分の２つの光を別個に取り出すことができる。また、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なるように設定して、２つの異なる波長の光を取り出すことができる。
【００６５】
図９は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１６は、図２の実施例において、図５の実施例と同様に前記第１及び第２外側偏光子をワイヤグリッド偏光子から吸収型偏光子に置き換えたものである。本実施例によれば、前記第１及び第２光変調部を透過したｓ偏光とｐ偏光とを、出射側偏光子４３１で合成し、第第２光変調部３６の外側主面の端部３６ｂ（図中右側）付近を光出射口として、外部へ入射光Ｌ1と同じ方向に出射することができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図１０は、本発明による波長フィルタの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ７１は、第１及び第２ＰＥＭ素子７２，７３の第１及び第２光変調部７４，７６が第１実施例よりも短い。第１及び第２光変調部７４，７６は、それぞれ一端が水晶振動子７５，７７に接続され、かつ他端が図示しないストッパで変位しないように固定されている。
【００６７】
第１及び第２光変調部７４，７６の間には、入射側偏光子７８と出射側偏光子７９と内側反射膜８０とが、光の進行方向に沿って順に配置されている。第１光変調部７４の上方には、その外側主面から離隔して、ワイヤグリッド偏光子からなる第１外側偏光子８１と第１外側反射膜８２とが透明ガラス板８２上に配置されている。第２光変調部７６の下方には、その外側主面から離隔して、ワイヤグリッド偏光子からなる第２外側偏光子８４と第１外側反射膜８５とが透明ガラス板８６上に配置されている。更に、前記第１及び第２光変調部には、それぞれ光の入射方向とは反対側の端面に垂直反射膜８７，８８が設けられている。
【００６８】
入射側偏光子７８に反射された入射光Ｌ1のｓ偏光成分は、第１光変調部７４を透過して第１外側偏光子８１に反射される。次にｓ偏光は、内側反射膜８０に反射されて前記第１光変調部を１度往復透過し、再び第１外側偏光子８１に反射される。更にｓ偏光は、前記内側反射膜と垂直反射膜８７と第１外側反射膜８２とにより４度反射されて、前記第１光変調部を２度往復透過し、再び第１外側偏光子８１に反射されて出射側偏光子７９に入射する。このように第１光変調部７４内部を多重反射して透過したｓ偏光は、出射側偏光子７９を透過し、第２光変調部７６を透過して外部に出射する。
【００６９】
前記入射側偏光子を透過した入射光Ｌ1のｐ偏光成分は、第２光変調部７６を透過して第２外側偏光子８４に反射される。次にｐ偏光は、内側反射膜８０に反射されて前記第２光変調部を１度往復透過し、再び第２外側偏光子８４に反射される。更にｐ偏光は、前記内側反射膜と垂直反射膜８８と第２外側反射膜８５とにより４度反射されて、前記第２光変調部を２度往復透過し、再び第２外側偏光子８５に反射されて出射側偏光子７９に入射する。このように第２光変調部７６内部を多重反射して透過したｐ偏光は、出射側偏光子７９に反射され、第２光変調部７６を透過して外部に出射する。
【００７０】
第１実施例と同様に、第１及び第２光変調部７４，７６は、それらの主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。入射側偏光子７８、出射側偏光子７９、第１及び第２外側偏光子８１，８４は、第１及び第２光変調部７４，７６の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００７１】
第１光変調部７４を透過したｓ偏光と第２光変調部７６を透過したｐ偏光とは、出射側偏光子７９で合成され、１つの出射光Ｌ2として、第２光変調部７６の外側主面の光出射口から出射する。これにより、入射光量に比して出射光量の損失が少なく、光の利用効率の高い波長可変フィルタが実現される。更に、波長可変フィルタ７１は、前記第１及び第２光変調部を透過する光が前記端面で折り返されて双方向に進行するので、第１実施例よりも更に部品点数を大幅に少なくでき、かつ特に装置の長さ寸法を小型化することができる。
【００７２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各波長可変フィルタは、２段構造に又は４段以上の多段構造に構成することができる。また、波長フィルタの入射位置、出射位置、反射位置は、上記各実施例以外の様々な位置に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第１実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）図はそれぞれ第１実施例の透過特性を示す線図。
【図３】（Ａ）図は、第１実施例の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図４】（Ａ）図は、第１実施例の別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図５】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図６−１】（Ａ）〜（Ｄ）図はそれぞれ図５の実施例の透過特性を示す線図。
【図６−２】（Ｅ）〜（Ｈ）図はそれぞれ図５の実施例の透過特性を示す線図。
【図７】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図８】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図９】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図１０】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第２実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図１１】リオフィルタの基本的構成を示す図。
【図１２】液晶セルを用いた従来例の構成図。
【図１３】液晶セルを用いた別の従来例の構成図。
【符号の説明】
【００７４】
１…リオフィルタ、２ａ〜２ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ…偏光子、２a1〜２d1，１２a1〜１２d11…透過軸、３ａ〜３ｃ…複屈折板、３a1〜３c1，５５ａ，５６ａ…光学軸、４…光軸、１１…バンドパスフィルタ、１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ…液晶セル、２１，３１，３１１〜３１６，７１…波長可変フィルタ、２４ａ〜２４ｃ…位相差フィルム、３２，３３，７２，７３…ＰＥＭ素子、３４，３６，７４，７６…光変調部、３５，３７，７５，７６…水晶振動子、３８，４０…電極、３９，４１…電源、４２，４２１，７８…入射側偏光子、４３，４３１，７９…出射側偏光子、４４，８０…内側反射膜、４５〜４７，４５１〜４７１，５７〜５９，８１…第１外側偏光子、４８，５３，５４，７３…第１外側反射膜、４９，５４，８２，８６…透明ガラス板、５０〜５２，５０１〜５２１，５８，５９，８５…第２外側偏光子、５３，５８，５９，８５…第２外側反射膜、５５，５６…固定位相板、８７，８８…垂直反射膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光の波長を特定の値及び／又は範囲に固定して又は可変的に制御するための波長可変フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所望の波長領域の光を透過するために様々なバンドパスフィルタが使用されている。例えば、複屈折板を用いて狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタとしてリオフィルタが知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。図１１は、リオフィルタの基本的構成を示している。同図に示すように、リオフィルタ１は、透過軸の平行な偏光子２ａ〜２ｄの間にそれぞれ複屈折板３ａ〜３ｃを、それらの結晶光学軸３a1〜３c1が前記偏光子の透過軸２a1〜２d1と４５°をなすように配置する。複屈折板３ａ〜３ｃには、方解石や水晶等の一軸性結晶が用いられ、その厚さｄi は２ｉ−１ｄ（ｉ＝１〜３）、即ちｄ，２ｄ，４ｄとなるように構成される。特許文献１では、リオフィルタが、背面に反射鏡を配設した液晶表示パネルにおいてＲＧＢの三原色の色純度を高くするために、該液晶表示パネルの表面に積層されている。このリオフィルタを構成するプラスチックフィルムは、液晶表示パネルの背面側から反射される光の透過スペクトルのピークがＲＧＢに対応するように、その光学位相差を決定する。
【０００３】
上記リオフィルタは、使用する複屈折板によって透過スペクトルが特定の波長に固定される。そこで、複屈折板に代えて液晶セルを２枚の偏光子の間に挟んだ波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。このバンドパスフィルタの構成を図１２に示す。同図において、バンドパスフィルタ１１は、偏光子１２ａ〜１２ｄに挟まれた液晶セル１３ａ〜１３ｃへの印加電圧を適当に設定することにより、透過スペクトル波長を変化させる。特に図１２のバンドパスフィルタは、透過軸１２a1、１２b1を直交させて配置した所謂クロスニコルの偏光子１２ａ、１２ｂ間の液晶セル１３ａと、透過軸１２b1〜１２d1を平行に配置した所謂平行ニコルの偏光子１２ｂ〜１２ｄで挟んだ２枚の液晶セル１３ｂ、１３ｃとを組み合わせることにより、可視領域に残る２つの単色光のうち一方を除去するように構成されている。
【０００４】
更に、図１２と同様の構成において、偏光子の間に液晶セルと位相差フィルムとからなる複合層を挟んだ波長可変フィルタが知られている（例えば、特許文献４を参照）。この波長可変フィルタの構成を図１３に示す。同図において、波長可変フィルタ２１は、偏光子２２ａ〜２２ｄに挟まれた各液晶セル２３ａ〜２３ｃにそれぞれ位相差フィルム２４ａ〜２４ｃが重ねて配置されている。この位相差フィルムによって、液晶セルのセル厚を必要最小限に抑え、それによるリタデーション値の減少を補充し、液晶の応答性低下を回避しつつ、狭半値幅の透過率ピークを発生させる。また、液晶セルのセル厚を透過順にｄ、２ｄ、１．５ｄに設定することにより、１つの電圧印加装置を共有して全液晶セルに同じ制御電圧を印加し、透過スペクトルの波長を調整することができる。
【０００５】
また、入射光の位相を周期的に変調する光学素子として、光弾性変調（ＰＥＭ：Photoelastic Modulator）素子が知られている。ＰＥＭ素子は、石英等の等方性媒質からなる光変調部の一端に水晶等の圧電振動子を貼り付け、かつ他端を機械的にストッパに当接させて構成される（例えば、特許文献５を参照）。光変調部は、該光変調部の共振周波数で水晶振動子を励振すると、弾性歪みを生じて光の屈折率が所定の方向に変化する。これにより、透過光は、その偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。一般にＰＥＭ素子は、エリプソメータ等において薄膜や試料を測定する偏光変調分光に使用されている（例えば、特許文献６，７を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０００６６９号公報
【特許文献２】特許第３１０２０１２号公報
【特許文献３】特開２０００−２６７１２７号公報
【特許文献４】特開２００５−１１５２０８号公報
【特許文献５】特開２０００−２８４４１号公報
【特許文献６】特開平５−１９６５０２号公報
【特許文献７】特開平７−１３４０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタは、入射光を最初に偏光板で偏光する必要があるため、入射光量の半分が最初の偏光板で吸収又は反射されて失われ、光の利用効率が非常に低い。そこで出射光量を増すために光源の出力を大きくすると、光源ランプの寿命が短くなってコストが増大するという問題が生じる。更に、入射側の最初の偏光板によって、出射光の偏光方向が制限されるため、フィルタの利用の自由度が低い。
【０００８】
また、上述した従来の波長フィルタにおいて、２つの偏光子及びその間に挟まれた複屈折板又は液晶セル等の位相子を１ブロックとして、これを光路に沿って配置した多段構成は、透過スペクトルをより急峻にして狭帯域な透過特性が得られる反面、各構成要素が光軸に沿って直列に配置されるので、部品点数が多くなる。そのために、フィルタ全体を長大化・大型化させるという問題がある。特に多段構成の可変波長フィルタは、仕様の異なる複数の液晶セルが必要になるので、コストが増加する。
【０００９】
また、液晶セルは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜等での反射により透過光量に損失を生じることに加えて、特に紫外域〜青色の短波長域の光を吸収する性質がある。そのため、上述したように液晶セルを用いた波長可変フィルタは、短波長域での透過率が大幅に低下するという問題がある。
【００１０】
更に、複数の液晶セルへの印加電圧を精密に制御するためには、液晶セル毎に独立した駆動制御回路が必要で、装置全体の構成及び制御が複雑になるという問題を生じる。しかも、液晶セルは、耐熱性が低く、透過波面収差が大きい等の問題がある。また、液晶セルは、その屈折率の印加電圧に対する応答が遅いため、印加電圧を連続的に変化させて透過波長を連続的に変化させることは、実用的に困難な場合がある。
【００１１】
しかも、従来の波長フィルタは、偏光子として位相差フィルムのような吸収型偏光子を使用するので、光学的損失が大きい。これに対し、ワイヤグリット偏光子やフォトニック結晶偏光子、輝度向上フィルム等の反射型偏光子は、一般に低損失かつ広帯域な光学特性を有し、耐熱性に優れた特徴を有する。しかしながら、従来の各光学要素を光路に沿って直列に配置した多段構成の波長フィルタに反射型偏光子を用いると、不要な反射光が生じて迷光となるので、良好な光学特性を得られない。
【００１２】
本願発明者らは、上述したように専らエリプソメータ等の偏光変調分光において位相差を測定するために使用されているＰＥＭ素子に着目した。そして、上述した従来の問題点に鑑み、ＰＥＭ素子を利用した波長フィルタについて様々な検討を加えた結果、本発明を案出するに至ったものである。
【００１３】
そこで本発明の目的は、光の利用効率が高く、部品点数を少なくでき、それにより装置全体の長大化・大型化を抑制でき、しかも多段構造のリオフィルタと同等に、透過スペクトルが急峻で狭帯域特性を発揮し得ると共に、ＰＥＭ素子を利用することにより、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について、より簡単かつ高精度に透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上記目的を達成するために、一定の光学的厚さを有する平板状の第１光変調部と該第１光変調部の一端に接続された第１圧電振動子とを有する第１ＰＥＭ素子と、一定の光学的厚さを有する平板状の第２光変調部と該第２光変調部の一端に接続された第２圧電振動子とを有する第２ＰＥＭ素子と、入射側偏光子と、第１及び第２外側偏光子と、内側反射膜と、第１及び第２外側反射膜とを備え、第１ＰＥＭ素子と第２ＰＥＭ素子とが第１光変調部と第２光変調部とを対向させて配置され、第１光変調部と第２光変調部との対向する内側主面の間に入射側偏光子と内側反射膜とが配置され、第１光変調部の外側主面側に第１外側偏光子と第１外側反射膜とが配置され、第２光変調部の外側主面側に第２外側偏光子と第２外側反射膜とが配置され、第１光変調部に入射した光が入射側偏光子により反射光と透過光とに分光され、反射光が、第１光変調部内部を第１外側偏光子又は第１外側反射膜と内側反射膜とによって該第１光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、透過光が、第２光変調部内部を第２外側偏光子又は第２外側反射膜と内側反射膜とによって該第２光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過するようにした波長可変フィルタが提供される。
【００１５】
入射光が入射側偏光子により分光され、各分光がそれぞれ第１ＰＥＭ素子の光変調部及び第２ＰＥＭ素子の光変調部を透過して出射するので、高い光の利用効率が得られる。更に、少なくとも透過率が向上した分は、光源の出力を下げても同じ光量が維持確保されるので、光源ランプの寿命を従来よりも延長させることができる。そして、第１及び第２光変調部において、それぞれの内部を多重反射しながら透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差は、該２つの偏光子間の光路長によって決定され、該位相差に対応して透過スペクトルのピーク波長が設定される。
【００１６】
ＰＥＭ素子は、上述したように石英等の透明な等方性物質の一端に貼り付けた水晶等の圧電振動子を所定の電圧で励振させることにより、該石英に応力を付与して光弾性現象による光学的異方性を誘起させ、それにより複屈折性を生じさせて、透過光に位相差を与える。この位相差は、圧電振動子の発振周波数で周期的に変化するが、前記石英の厚さによってかつ／又は圧電振動子の印加電圧を変えることによって制御できる。従って、第１ＰＥＭ素子と第２ＰＥＭ素子の双方において、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとして透過スペクトル波長を自在に変化させ得る波長可変フィルタが実現される。
【００１７】
また、多段構造のリオフィルタと同等の構成にする場合に、第１及び第２ＰＥＭ素子の双方において、それぞれ唯１つの光変調部の外側に配置する偏光子の数を増やすだけでよいから、従来よりも部品点数を大幅に少なくすることができる。従って、装置全体の長大化・大型化及びコストの増加を抑制することができる。特に、部品点数が従来よりも格段に減少するので、製造過程や使用後の廃棄による環境への影響が少ないという点でも、極めて有利である。
【００１８】
しかも、ＰＥＭ素子は印加電圧の変化に対して応答特性が良いので、透過波長域を高速でかつ安定して変化させることができる。更に、ＰＥＭ素子の前記透明な等方性物質からなる光変調部は、特に石英のような光吸収が極めて少ない材料を選択することによって、液晶セルを用いた従来の波長可変フィルタと異なり、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について十分な位相変調量及び高い透過率が得られる。また、ＰＥＭ素子は、位相変調量が大きいので、波長可変フィルタの設計自由度を大きくすることができる。
【００１９】
或る実施例では、前記波長可変フィルタが、第１光変調部と第２光変調部との対向する内側主面の間に配置された出射側偏光子を更に有し、第１光変調部内部を多重反射した光と第２光変調部内部を多重反射した光とが、出射側偏光子により合成されて第１及び第２光変調部から出射することにより、入射光量に比して損失の少ない光量の出射光が得られる。
【００２０】
別の実施例では、第１光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差Γ１ｉが、該光路を透過する光の波長に対してΓ１ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ１、ｎ１：２以上の整数）の関係を満足し、かつ第２光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの偏光子間の位相差Γ２ｉが、該光路を透過する光の波長に対してΓ２ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ２、ｎ２：２以上の整数）の関係を満足することにより、いずれも常に２πの整数倍となるので、第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部において、それぞれ従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００２１】
更に別の実施例では、第１光変調部内部の光路に沿って隣接する２つの偏光子及び第２光変調部内部の光路に沿って隣接する２つの偏光子が、それぞれ平行ニコルの関係に配置されることにより、第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部において、それぞれ従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００２２】
或る実施例では、第１光変調部の外側主面と第１外側偏光子及び第１外側反射膜との間にかつ／又は第２光変調部の外側主面と第２外側偏光子及び第２外側反射膜との間に配置された固定位相板を更に有することにより、各ＰＥＭ素子への印加電圧が０の場合、又は一定の周波数で変化する各光変調部の位相差が０点を通過する場合にも、該固定位相板の位相差に基づいた透過スペクトル波長が得られる。
【００２３】
また、或る実施例では、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが同じであることにより、第１光変調部及び第２光変調部の透過スペクトルを常に同じ波長に調整制御することができる。これは、特に両光変調部の透過光を合成して出射する場合に有利である。
【００２４】
別の実施例では、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なることにより、第１光変調部及び第２光変調部の透過スペクトルを異なる波長に調整制御することができる。これは、特に各光変調部から透過光を別個に出射する場合に有利である。
【００２５】
或る実施例では、入射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、ｐ偏光及びｓ偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光の利用効率を得ることができる。
【００２６】
別の実施例では、出射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、同様にｐ偏光及びｓ偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光の利用効率を得ることができる。
【００２７】
また、或る実施例では、外側偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、第１及び第２位相子内部を透過する光を反射する場合に別個の反射手段を追加する必要がなく、部品点数をより少なくできるので、有利である。
【００２８】
別の実施例では、外側偏光子が吸収型偏光板であると、別個の反射手段を追加する必要があるとは言え、ワイヤグリッド偏光子のような反射による迷光を生じる虞が無く、そのために波長可変フィルタの特性を劣化させる虞がない。
【００２９】
また、或る実施例では、第１及び第２ＰＥＭ素子において、第１及び第２光変調部の端面に設けられた第１及び第２垂直反射ミラーを更に有し、第１及び第２光変調部の内部を透過する光を、それぞれ第１及び第２垂直反射ミラーにより反射して逆向きに進行させることにより、フィルタ全体を短くして小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長フィルタの好適な実施例を詳細に説明する。尚、各図において、類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して表すことにする。
【００３１】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明による波長フィルタの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１は、第１ＰＥＭ素子３２と第２ＰＥＭ素子３３とを備える。第１ＰＥＭ素子３２は、一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する平板状の石英からなる第１光変調部３４と、その一端に接着された第１水晶振動子３５とを有する。第２ＰＥＭ素子３３は、同様に一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する平板状の石英からなる第２光変調部３６と、その一端に接着された第２水晶振動子３７とを有する。前記光変調部は、石英以外にＣａＦ２ 、Ｇｅ等の様々な公知の透明な等方性物質で形成される。前記水晶振動子は、水晶以外にチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスを用いた様々な公知の圧電振動子に置き換えることができる。
【００３２】
前記第１及び第２ＰＥＭ素子は、それぞれ第１及び第２光変調部３４，３６の他端が図示しないストッパに当接して変位しないように固定される。第１水晶振動子３５は、対向する両面に形成された１対の電極３８，３８を有し、前記各電極は電源３９に接続されている。第２水晶振動子３７は、対向する両面に形成された１対の電極４０，４０を有し、前記各電極は電源４１に接続されている。前記第１及び第２水晶振動子は、それぞれ前記電源から所定の電圧を印加すると、前記ストッパへの向きに沿って図１（Ａ）に矢印で示す方向に伸縮するように所定の周波数で励振する。第１及び第２光変調部３４，３６は、前記第１及び第２水晶振動子の振動によって前記ストッパとの間で弾性変形することにより歪みを生じ、光の屈折率が所定の方向に周期的に変化する。従って、前記第１及び第２光変調部を透過する光は、それぞれ偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。
【００３３】
第１ＰＥＭ素子３２と第２ＰＥＭ素子３３とは、第１光変調部３４と第２光変調部３６とを互いに対向させかつその振動方向を一致させて配置される。対向する第１光変調部３４の内側主面と第２光変調部３６の内側主面の間には、入射側及び出射側偏光子４２，４３と内側反射ミラー４４とが配置される。前記入射側及び出射側偏光子及び内側反射ミラーは、例えば前記第１及び第２光変調部から離隔して配置した透明ガラス板（図示せず）によって支持することができる。
【００３４】
第１光変調部３４の上方には、その外側主面から離隔して第１外側偏光子４５〜４７と第１外側反射膜４８とが設けられる。前記第１外側偏光子及び第１外側反射膜は、前記第１光変調部の外側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板４９上に支持される。第２光変調部３６の下方には、その外側主面から離隔して第２外側偏光子５０〜４２と第２外側反射膜５３とが設けられる。前記第２外側偏光子及び第２外側反射膜は、前記第２光変調部の外側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板５４上に支持される。
【００３５】
本実施例では、第１光変調部３４の外側主面の一方（図中左側）の端部３４ａ付近を光入射口とし、他方の（図中右側）の端部３４ｂ付近を光出射口として、光が前記両光変調部の振動方向と直交する向きに、その長さ方向に沿って図中左から右へ進行するようにする。この光の進行方向に沿って、第１及び第２光変調部３４，３６間には、入射側偏光子４２、内側反射ミラー４４及び出射側偏光子４３が順に配置される。透明ガラス板４９上には、前記光の進行方向に沿って最初に２つの第１外側偏光子４５，４６が、次に第１外側反射膜４８が、最後に第１外側偏光子４７が順に配置される。同様に、透明ガラス板５４上には、前記光の進行方向に沿って最初に２つの第２外側偏光子５０，５１が、次に第２外側反射膜５３が、最後に第２外側偏光子５４が順に配置される。
【００３６】
本実施例では、前記入射側及び出射側偏光子と前記第１及び第２外側偏光子とが、ワイヤグリッド偏光子からなる。ワイヤグリッド偏光子は、透明基板の表面に金属細線を周期的に透過波長よりも短い一定の周期で格子状に配列され、格子の周期方向と垂直な振動成分の光を反射し、かつ平行な振動成分の光を透過させるという特性を有する。本実施例では、波長フィルタ３１への入射光Ｌ1と前記第１光変調部上面の法線とを含む平面（図１（Ｂ）の紙面）に対して垂直な直線偏光をｓ偏光として図中黒丸点●で、平行な直線偏光をｐ偏光として図中短い両端矢印で表す。前記各偏光子は、その格子を第１及び第２ＰＥＭ素子３２，３３の振動方向Ｑに対して４５°の方向に配向する。前記各偏光子の格子の向きは、例えば図１（Ａ）において多数の平行な細線で表す。前記入射側及び出射側偏光子は、入射光をその偏光方向によって透過又は反射するように分光するものであれば、ワイヤグリッド偏光子以外の様々な公知の偏光子を用いることができる。内側反射膜４４、第１及び第２外側反射膜４８，５３は、例えばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属膜や誘電体多層膜により形成される。
【００３７】
このように波長フィルタ３１は、第１光変調部３４、入射側偏光子４２、第１外側偏光子４５〜４７、内側反射ミラー４４、第１外側反射膜４８及び出射側偏光子４３からなる第１波長フィルタ部と、第２光変調部３６、入射側偏光子４２、第２外側偏光子５０〜５２、内側反射ミラー４４、第２外側反射膜５３及び出射側偏光子４３からなる第２波長フィルタ部と一体に備える。本実施例によれば、入射側偏光子４２、内側反射ミラー４４及び出射側偏光子４３が共通するので、部品点数が少なくかつ構成が簡単になる。
【００３８】
波長フィルタ３１への入射光Ｌ1は、前記光入射口から第１光変調部３４を透過して入射側偏光子４２に入射し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分光される。ｓ偏光は、前記入射側偏光子により前記光変調部の主面の法線方向に関して所定の角度θをもって反射され、第１光変調部３４内部を前記法線方向に関して同じ反射角度θで多重反射しながら透過する。ｐ偏光は、前記入射側偏光子を透過して第２光変調部３６に入射し、その中を同様に前記法線方向に関して同じ反射角度θで多重反射しながら透過する。
【００３９】
前記入射側偏光子により反射されたｓ偏光Ｌsは、第１光変調部３４を透過して最初の第１外側偏光子４５に反射される。次にｓ偏光Ｌsは、内側反射膜４４に反射されることにより前記第１光変調部を１度往復透過し、２番目の第１外側偏光子４６に反射される。更にｓ偏光Ｌsは、前記内側反射膜と第１外側反射膜４８とにより３度反射されて、前記第１光変調部を２度往復透過し、最後の第１外側偏光子４７に反射される。第１外側偏光子４７から反射されたｓ偏光Ｌsは、更に前記第１光変調部を透過して出射側偏光子４３に反射され、再び前記第１光変調部を透過して前記光出射口から外部に出射する。
【００４０】
第１光変調部３４は、その主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。前記各偏光子は、ｓ偏光Ｌsの光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間、即ち入射側偏光子４２と第１外側偏光子４５、第１外側偏光子４５と第１外側偏光子４６、第１外側偏光子４６と第１外側偏光子４７間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。前記第１波長フィルタ部は、このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００４１】
更に隣接する前記２つの偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。従って、前記入射側偏光子により反射されたｓ偏光Ｌsは、その偏光方向を維持したまま、第１光変調部３４を透過する。
【００４２】
前記入射側偏光子を透過したｐ偏光Ｌpは、第２光変調部３６を透過して最初の第２外側偏光子５０に反射される。次にｐ偏光Ｌpは、内側反射膜４４に反射されることにより前記第２光変調部を１度往復透過し、２番目の第２外側偏光子５１に反射される。更にｐ偏光Ｌpは、前記内側反射膜と第２外側反射膜５３とにより３度反射されて、前記第２光変調部を２度往復透過し、最後の第２外側偏光子５２に反射される。第２外側偏光子５２から反射されたｐ偏光Ｌpは、更に前記第２光変調部を透過して出射側偏光子４３に入射し、該出射側偏光子及び前記第１光変調部を透過して前記光出射口から外部に出射する。
【００４３】
第２光変調部３６は、その主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。前記各偏光子は、ｐ偏光Ｌpの光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間、即ち入射側偏光子４４と第２外側偏光子５０、第２外側偏光子５０と第２外側偏光子５１、第２外側偏光子５１と第２外側偏光子５２間の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。前記第２波長フィルタ部は、このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００４４】
更に隣接する前記２つの偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。従って、前記入射側偏光子を透過したｐ偏光Ｌpは、その偏光方向を維持したまま、第２光変調部３６を透過する。
【００４５】
第１光変調部３４を透過したｓ偏光と第２光変調部３６を透過したｐ偏光とは、出射側偏光子３９により合成され、１つの出射光Ｌ2として前記光出射口から入射光Ｌ1とは異なる方向に出射する。これにより、入射光量に比して出射光量の損失が少なく、光利用効率の高い波長フィルタ３１が実現される。更に、波長フィルタ３１は、前記第１及び第２波長フィルタ部において、第１及び第２光変調部３４，３６が、その外側に設けられる偏光子の数に拘わらず、共通化されて１つだけで済むことに加えて、前記第１及び第２波長フィルタ部間において、前記入射側偏光子、内側反射膜及び出射側偏光子が共通化されているので、部品点数を大幅に少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。
【００４６】
本実施例の波長可変フィルタ３１は、第１及び第２光変調部３４，３６において前記第１及び第２水晶振動子の印加電圧を変えることにより、それらを透過する光の波長が変化するので、透過スペクトル波長を自在に変化させることができる。特に前記光変調部を形成する石英は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮する。従って、短波長域を含む広い波長域の光について、透過スペクトル波長を可変制御し得る波長可変フィルタが実現される。
【００４７】
図２（Ａ）〜（Ｅ）は、波長可変フィルタ３１の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ第１光変調部３４を透過して出射する光の光路に沿って図１（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ４における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ４における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、前記ＰＥＭ素子への印加電圧が０である場合の透過率であり、これを中心として破線で示すように左右に一定の周波数でシフトする。
【００４８】
入射後に、入射側偏光子４２から反射した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図２（Ａ））。第１外側偏光子４５から反射した後の前記光路の位置Ｐ２は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図２（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４６から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図２（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｃ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４７から反射した後の位置Ｐ４では、更にこれを図２（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図２（Ｄ））。
【００４９】
このように隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第１波長フィルタ部は、図２（Ｄ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。第２光変調部３６の前記第２波長フィルタ部の透過特性は、前記第１波長フィルタ部と同じであるので、詳細な説明を省略する。前記第２光変調部の最後の第２外側偏光子５２から反射した後の透過特性は、図２（Ｄ）と同じである。従って、波長フィルタ３１を出射した後の位置Ｐ５における透過特性は、図２（Ｅ）に示すように、急峻なピークで図２（Ｄ）の２倍の透過率が得られる。
【００５０】
図３は、第１実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１１は、出射側偏光子４３１がその偏光方向を図１の第１実施例の出射側偏光子４３に対して９０°回転させた向きに配向したものである点において、第１実施例と異なる。
【００５１】
第１光変調部３４を透過して最後の第１外側偏光子４７に反射されたｓ偏光は、出射側偏光子４３１を透過する。第２光変調部３６を透過して最後の第２外側偏光子５２に反射されたｐ偏光は、出射側偏光子４３１により反射される。第１光変調部３４及び第２光変調部３６をそれぞれ透過したｓ偏光とｐ偏光とは、出射側偏光子４３１により合成されて、第１光変調部３４側の前記光出射口の裏側に位置する第２光変調部３６の外側主面の端部３６ｂ（図中右側）付近を光出射口として、外部へ入射光Ｌ1と同じ方向に出射する。本実施例では、このように出射光Ｌ2の向きを変えることができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図４は、第１実施例の別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１２は、出射側偏光子４３１の偏光方向だけでなく、入射側偏光子４２１、第１外部偏光子４５１〜４７１及び第２外部偏光子５０１〜５２１の偏光方向をそれぞれ図１の第１実施例の前記各偏光子に対して９０°回転させた向きに配向した点において、第１実施例と異なる。
【００５３】
これにより、入射光Ｌ1は、前記光入射口から第１光変調部３４を透過し、入射側偏光子４２１によりｐ偏光成分が反射されて、第１光変調部３４内部を多重反射しながら透過する。ｓ偏光成分は、入射側偏光子４２１を透過して第２光変調部３６に入射し、その中を多重反射しながら透過する。前記第１光変調部及び第２光変調部をそれぞれ透過したｐ偏光とｓ偏光とは、出射側偏光子４３１により合成されて、第１光変調部３４側の前記光出射口から外部に出射する。このように、ｓ偏光及びｐ偏光がいずれの第１及び第２光変調部３４，３６を透過するかは、自由に設定することができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図５は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１３は、出射側偏光子４３を省略し、かつ最後の第１外側偏光子４７１が偏光方向を図１の第１実施例の前記第１外側偏光子に対して９０°回転させた向きに配向した点において、第１実施例と異なる。これにより、第１光変調部３４内部を透過したｓ偏光は、最後の第１外側偏光子４７１を透過してそのまま外部に出射する。第２光変調部３６内部を透過して最後の第２外側偏光子５２で反射されたｐ偏光は、該第２光変調部及び第１光変調部３４を透過して外部に出射する。
【００５５】
このように本実施例によれば、所望の波長域で異なる偏光成分の２つの光を別個に取り出すことができる。また、第１光変調部３４と第２バビネソレイユ位相板３３とを互いに異なる光学的厚さに設定すると、２つの異なる波長の光を取り出すことができる。これは、例えば第１ＰＥＭ素子３２の発振周波数と第２ＰＥＭ素子３３の発振周波数とが異なるように設定した場合に有利である。更に別の実施例では、別個に出射した２つの光を、波長フィルタ３１３の外側に配置した偏光ビームスプリッタや複屈折板等の光学手段によって合成することができる。
【００５６】
図６（Ａ）〜（Ｈ）は、波長可変フィルタ３１３の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、前記第１波長フィルタ部について、それぞれ第１光変調部３４を透過して出射する光の光路に沿って図５（Ｂ）に示す各位置Ｐ１〜Ｐ４における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ１〜Ｐ４における透過光又は出射光の波長である。
【００５７】
入射後に、入射側偏光子４２から反射した後の前記光路の位置Ｐ１では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図６（Ａ））。第１外側偏光子４５から反射した後の前記光路の位置Ｐ２は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図６（Ｂ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４６から反射した後の前記光路の位置Ｐ３では、これと図６（Ｂ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｃ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第１外側偏光子４７から出射した後の位置Ｐ４では、更にこれを図６（Ｃ）に重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｄ））。隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第１波長フィルタ部は、図６（Ｄ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。
【００５８】
図６（Ｅ）〜（Ｈ）は、前記第２波長フィルタ部について、それぞれ第２光変調部３６を透過して出射する光の光路に沿って図５（Ｂ）に示す各位置Ｐ５〜Ｐ８における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λ０は特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置Ｐ５〜Ｐ８における透過光又は出射光の波長である。
【００５９】
入射後に、入射側偏光子４２を透過した後の前記光路の位置Ｐ５では、光の透過率は全波長範囲において５０％一定である（図６（Ｅ））。第２外側偏光子５０から反射した後の前記光路の位置Ｐ６は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する（図６（Ｆ））。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／２波長の整数倍の波長でピークを有するから、第２外側偏光子５１から反射した後の前記光路の位置Ｐ７では、これと図６（Ｆ）とを重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｇ））。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の１／４波長の整数倍の波長でピークを有するから、第２外側偏光子５２から前記第１及び第２光変調部を透過して出射した後の位置Ｐ８では、更にこれを図６（Ｇ）に重ね合わせた透過特性を示す（図６（Ｈ））。同様に、隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、前記第２波長フィルタ部は、図６（Ｈ）に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。
【００６０】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ３１４は、第１外側偏光子４５〜４７及び第１外側反射膜４８が、図１の透明ガラス板ではなく、水晶等の光学結晶材料からなる固定位相板５５上に支持され、かつ第２外側偏光子５０〜４２及び第２外側反射膜５３が同じく固定位相板５６上に支持されている点において、第１実施例と異なる。両固定位相板５５，５６は、その光学軸５５ａ，５６ａが、第１及び第２光変調部３４，３６を透過する光の進行方向と直交する向きに配向されている。
【００６１】
これにより、前記第１及び第２波長フィルタ部は、一定の周波数で変化する前記第１及び第２ＰＥＭ素子の各光変調部の位相差が０点を通過する場合、又は前記第１及び第２ＰＥＭ素子への印加電圧が０で各光変調部が振動していない場合等に、前記固定位相板の位相差に基づいて一定の透過波長を持つことになる。従って、波長可変フィルタ３１４の透過特性が０点を通過しないようにすることができる。
【００６２】
図８は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１５は、前記第１及び第２外側偏光子をワイヤグリッド偏光子から吸収型偏光子に置き換えた点において、第１実施例と異なる。吸収型偏光子としては、例えば樹脂フィルム又はシートを用いた二色性偏光板がある。吸収型偏光子は、所定波長又は波長範囲の光を透過する性質を有するので、その裏側に反射膜を設ける必要がある。
【００６３】
透明ガラス板４９上には、吸収型偏光子からなる第１外側偏光子５７，５８が第１実施例の第１外側偏光子４５，４６の位置に、吸収型偏光子からなる第１外側偏光子５９が第１実施例の第１外側偏光子４７の位置にそれぞれ配置され、かつそれらに第１外側反射膜６０と第１外側反射膜６１とが積層されている。透明ガラス板５４上には、吸収型偏光子からなる第２外側偏光子５５，５６が第１実施例の第２外側偏光子４６，４７の位置に、吸収型偏光子からなる第２外側偏光子５２が第１実施例の第２外側偏光子４８の位置にそれぞれ配置され、かつそれらに第１外側反射膜５８と第１外側反射膜５９とが積層されている。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施例においても、前記各偏光子の偏光方向を図４の実施例のように変えることができる。また本実施例は、図５の実施例のように構成して出射側偏光子４４を省略し、かつ第１外側偏光子４７の偏光方向を変えて、異なる偏光成分の２つの光を別個に取り出すことができる。また、第１ＰＥＭ素子の発振周波数と第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なるように設定して、２つの異なる波長の光を取り出すことができる。
【００６５】
図９は、第１実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ３１６は、図２の実施例において、図５の実施例と同様に前記第１及び第２外側偏光子をワイヤグリッド偏光子から吸収型偏光子に置き換えたものである。本実施例によれば、前記第１及び第２光変調部を透過したｓ偏光とｐ偏光とを、出射側偏光子４３１で合成し、第第２光変調部３６の外側主面の端部３６ｂ（図中右側）付近を光出射口として、外部へ入射光Ｌ1と同じ方向に出射することができる。他の構成は、図１の波長フィルタ３１と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００６６】
図１０は、本発明による波長フィルタの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ７１は、第１及び第２ＰＥＭ素子７２，７３の第１及び第２光変調部７４，７６が第１実施例よりも短い。第１及び第２光変調部７４，７６は、それぞれ一端が水晶振動子７５，７７に接続され、かつ他端が図示しないストッパで変位しないように固定されている。
【００６７】
第１及び第２光変調部７４，７６の間には、入射側偏光子７８と出射側偏光子７９と内側反射膜８０とが、光の進行方向に沿って順に配置されている。第１光変調部７４の上方には、その外側主面から離隔して、ワイヤグリッド偏光子からなる第１外側偏光子８１と第１外側反射膜８２とが透明ガラス板８２上に配置されている。第２光変調部７６の下方には、その外側主面から離隔して、ワイヤグリッド偏光子からなる第２外側偏光子８４と第１外側反射膜８５とが透明ガラス板８６上に配置されている。更に、前記第１及び第２光変調部には、それぞれ光の入射方向とは反対側の端面に垂直反射膜８７，８８が設けられている。
【００６８】
入射側偏光子７８に反射された入射光Ｌ1のｓ偏光成分は、第１光変調部７４を透過して第１外側偏光子８１に反射される。次にｓ偏光は、内側反射膜８０に反射されて前記第１光変調部を１度往復透過し、再び第１外側偏光子８１に反射される。更にｓ偏光は、前記内側反射膜と垂直反射膜８７と第１外側反射膜８２とにより４度反射されて、前記第１光変調部を２度往復透過し、再び第１外側偏光子８１に反射されて出射側偏光子７９に入射する。このように第１光変調部７４内部を多重反射して透過したｓ偏光は、出射側偏光子７９を透過し、第２光変調部７６を透過して外部に出射する。
【００６９】
前記入射側偏光子を透過した入射光Ｌ1のｐ偏光成分は、第２光変調部７６を透過して第２外側偏光子８４に反射される。次にｐ偏光は、内側反射膜８０に反射されて前記第２光変調部を１度往復透過し、再び第２外側偏光子８４に反射される。更にｐ偏光は、前記内側反射膜と垂直反射膜８８と第２外側反射膜８５とにより４度反射されて、前記第２光変調部を２度往復透過し、再び第２外側偏光子８５に反射されて出射側偏光子７９に入射する。このように第２光変調部７６内部を多重反射して透過したｐ偏光は、出射側偏光子７９に反射され、第２光変調部７６を透過して外部に出射する。
【００７０】
第１実施例と同様に、第１及び第２光変調部７４，７６は、それらの主面間を光が一度透過する間に３６０°の位相差が与えられるように構成されている。入射側偏光子７８、出射側偏光子７９、第１及び第２外側偏光子８１，８４は、第１及び第２光変調部７４，７６の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子の位相差が、順に３６０°、７２０°、１４４０°に、即ち２ｎ−１×２π、（ｎ：１〜３）となるように配置されている。このように位相差が常に２πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。
【００７１】
第１光変調部７４を透過したｓ偏光と第２光変調部７６を透過したｐ偏光とは、出射側偏光子７９で合成され、１つの出射光Ｌ2として、第２光変調部７６の外側主面の光出射口から出射する。これにより、入射光量に比して出射光量の損失が少なく、光の利用効率の高い波長可変フィルタが実現される。更に、波長可変フィルタ７１は、前記第１及び第２光変調部を透過する光が前記端面で折り返されて双方向に進行するので、第１実施例よりも更に部品点数を大幅に少なくでき、かつ特に装置の長さ寸法を小型化することができる。
【００７２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、上記各波長可変フィルタは、２段構造に又は４段以上の多段構造に構成することができる。また、波長フィルタの入射位置、出射位置、反射位置は、上記各実施例以外の様々な位置に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第１実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）図はそれぞれ第１実施例の透過特性を示す線図。
【図３】（Ａ）図は、第１実施例の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図４】（Ａ）図は、第１実施例の別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図５】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図６−１】（Ａ）〜（Ｄ）図はそれぞれ図５の実施例の透過特性を示す線図。
【図６−２】（Ｅ）〜（Ｈ）図はそれぞれ図５の実施例の透過特性を示す線図。
【図７】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図８】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図９】（Ａ）図は、第１実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図１０】（Ａ）図は、本発明による波長可変フィルタの第２実施例を概略的に示す平面図、（Ｂ）図は光の進行方向に沿って示す側面図、（Ｃ）図は入射側の端面図。
【図１１】リオフィルタの基本的構成を示す図。
【図１２】液晶セルを用いた従来例の構成図。
【図１３】液晶セルを用いた別の従来例の構成図。
【符号の説明】
【００７４】
１…リオフィルタ、２ａ〜２ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄ…偏光子、２a1〜２d1，１２a1〜１２d11…透過軸、３ａ〜３ｃ…複屈折板、３a1〜３c1，５５ａ，５６ａ…光学軸、４…光軸、１１…バンドパスフィルタ、１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ…液晶セル、２１，３１，３１１〜３１６，７１…波長可変フィルタ、２４ａ〜２４ｃ…位相差フィルム、３２，３３，７２，７３…ＰＥＭ素子、３４，３６，７４，７６…光変調部、３５，３７，７５，７６…水晶振動子、３８，４０…電極、３９，４１…電源、４２，４２１，７８…入射側偏光子、４３，４３１，７９…出射側偏光子、４４，８０…内側反射膜、４５〜４７，４５１〜４７１，５７〜５９，８１…第１外側偏光子、４８，５３，５４，７３…第１外側反射膜、４９，５４，８２，８６…透明ガラス板、５０〜５２，５０１〜５２１，５８，５９，８５…第２外側偏光子、５３，５８，５９，８５…第２外側反射膜、５５，５６…固定位相板、８７，８８…垂直反射膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の光学的厚さを有する平板状の第１光変調部と前記第１光変調部の一端に接続された第１圧電振動子とを有する第１ＰＥＭ（光弾性偏光）素子と、一定の光学的厚さを有する平板状の第２光変調部と前記第２光変調部の一端に接続された第２圧電振動子とを有する第２ＰＥＭ素子と、入射側偏光子と、第１及び第２外側偏光子と、内側反射膜と、第１及び第２外側反射膜とを備え、
前記第１ＰＥＭ素子と前記第２ＰＥＭ素子とが前記第１光変調部と前記第２光変調部とを対向させて配置され、前記第１光変調部と前記第２光変調部との対向する内側主面の間に前記入射側偏光子と前記内側反射膜とが配置され、前記第１光変調部の外側主面側に前記第１外側偏光子と前記第１外側反射膜とが配置され、前記第２光変調部の外側主面側に前記第２外側偏光子と前記第２外側反射膜とが配置され、
前記第１光変調部に入射した光が前記入射側偏光子により反射光と透過光とに分光され、前記反射光が、前記第１光変調部内部を前記第１外側偏光子又は前記第１外側反射膜と前記内側反射膜とによって該第１光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、前記透過光が、前記第２光変調部内部を前記第２外側偏光子又は前記第２外側反射膜と前記内側反射膜とによって該第２光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記第１光変調部と前記第２光変調部との対向する内側主面の間に出射側偏光子を更に有し、前記第１光変調部内部を多重反射した光と前記第２光変調部内部を多重反射した光とが、前記出射側偏光子により合成されて前記第１及び第２光変調部から出射することを特徴とする請求項１記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記第１光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差Γ１ｉが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ１ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ１、ｎ１：２以上の整数）の関係を満足し、かつ前記第２光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差Γ２ｉが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ２ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ２、ｎ２：２以上の整数）の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記第１光変調部内部の前記光路に沿って隣接する２つの前記偏光子及び前記第２光変調部内部の前記光路に沿って隣接する２つの前記偏光子が、それぞれ平行ニコルの関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記第１光変調部の外側主面と前記第１外側偏光子及び前記第１外側反射膜との間にかつ／又は前記第２光変調部の外側主面と前記第２外側偏光子及び前記第２外側反射膜との間に配置された固定位相板を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記第１ＰＥＭ素子の発振周波数と前記第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが同じであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記第１ＰＥＭ素子の発振周波数と前記第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記入射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
前記出射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項２記載の波長可変フィルタ。
【請求項１０】
前記外側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項１１】
前記外側偏光子が吸収型偏光板であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項１２】
前記第１及び第２光変調部の端面に設けられた第１及び第２垂直反射ミラーを更に有し、前記第１及び第２光変調部の内部を透過する前記光がそれぞれ前記垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項１】
一定の光学的厚さを有する平板状の第１光変調部と前記第１光変調部の一端に接続された第１圧電振動子とを有する第１ＰＥＭ（光弾性偏光）素子と、一定の光学的厚さを有する平板状の第２光変調部と前記第２光変調部の一端に接続された第２圧電振動子とを有する第２ＰＥＭ素子と、入射側偏光子と、第１及び第２外側偏光子と、内側反射膜と、第１及び第２外側反射膜とを備え、
前記第１ＰＥＭ素子と前記第２ＰＥＭ素子とが前記第１光変調部と前記第２光変調部とを対向させて配置され、前記第１光変調部と前記第２光変調部との対向する内側主面の間に前記入射側偏光子と前記内側反射膜とが配置され、前記第１光変調部の外側主面側に前記第１外側偏光子と前記第１外側反射膜とが配置され、前記第２光変調部の外側主面側に前記第２外側偏光子と前記第２外側反射膜とが配置され、
前記第１光変調部に入射した光が前記入射側偏光子により反射光と透過光とに分光され、前記反射光が、前記第１光変調部内部を前記第１外側偏光子又は前記第１外側反射膜と前記内側反射膜とによって該第１光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、前記透過光が、前記第２光変調部内部を前記第２外側偏光子又は前記第２外側反射膜と前記内側反射膜とによって該第２光変調部主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記第１光変調部と前記第２光変調部との対向する内側主面の間に出射側偏光子を更に有し、前記第１光変調部内部を多重反射した光と前記第２光変調部内部を多重反射した光とが、前記出射側偏光子により合成されて前記第１及び第２光変調部から出射することを特徴とする請求項１記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記第１光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差Γ１ｉが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ１ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ１、ｎ１：２以上の整数）の関係を満足し、かつ前記第２光変調部内部を透過する光の光路に沿って隣接する２つの前記偏光子間の位相差Γ２ｉが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ２ｉ＝２ｉ−１×２π、（但し、ｉ＝１〜ｎ２、ｎ２：２以上の整数）の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記第１光変調部内部の前記光路に沿って隣接する２つの前記偏光子及び前記第２光変調部内部の前記光路に沿って隣接する２つの前記偏光子が、それぞれ平行ニコルの関係に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記第１光変調部の外側主面と前記第１外側偏光子及び前記第１外側反射膜との間にかつ／又は前記第２光変調部の外側主面と前記第２外側偏光子及び前記第２外側反射膜との間に配置された固定位相板を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記第１ＰＥＭ素子の発振周波数と前記第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが同じであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記第１ＰＥＭ素子の発振周波数と前記第２ＰＥＭ素子の発振周波数とが異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記入射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
前記出射側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項２記載の波長可変フィルタ。
【請求項１０】
前記外側偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項１１】
前記外側偏光子が吸収型偏光板であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【請求項１２】
前記第１及び第２光変調部の端面に設けられた第１及び第２垂直反射ミラーを更に有し、前記第１及び第２光変調部の内部を透過する前記光がそれぞれ前記垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の波長可変フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６−１】
【図６−２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２６５１９７（Ｐ２００９−２６５１９７Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１１９１３（Ｐ２００８−１１１９１３）
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２２日（２００８．４．２２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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