JP2009265198A - Wavelength filter - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a wavelength tunable filter for controlling or variably controlling the wavelength of transmitted light at a specific value and / or range.
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18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。
Conventionally, various band-pass filters are used to transmit light in a desired wavelength region. For example, a rio filter is known as a bandpass filter that transmits only narrow-band light using a birefringent plate (see, for example, Patent Documents 1 to 3). FIG. 18 shows a basic configuration of the Rio filter. As shown in the figure, the Rio filter 1 includes
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19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19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。
The rio filter has its transmission spectrum fixed at a specific wavelength by the birefringent plate used. Therefore, a wavelength tunable optical bandpass filter in which a liquid crystal cell is sandwiched between two polarizers instead of a birefringent plate is known (see, for example,
更に、図19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20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。
Furthermore, a wavelength tunable filter having a configuration similar to that in FIG. 19 is known in which a composite layer composed of a liquid crystal cell and a retardation film is sandwiched between polarizers (see, for example, Patent Document 4). The configuration of this tunable filter is shown in FIG. In the figure, the wavelength
また、位相差を調整できる位相素子として、バビネソレイユ補償板が知られている(例えば、特許文献5を参照)。バビネソレイユ補償板は、光学軸が平行な2枚の楔状複屈折板からなる複屈折素子とそれらとは光学軸方向が直交する平行平面板とを有し、楔状複屈折板を互いに摺動させて複屈折素子の厚さを調整することにより、位相差を制御することができる。一般にバビネソレイユ補償板は、例えば光磁気記録の再生において楕円偏光を直線偏光に戻したり所望の位相差を与えるため、複屈折層を有する光学材料のギャップ厚を測定するため、液晶表示装置において液晶セルの表示の着色を解消するための位相差補償素子として使用されている(例えば、特許文献6〜8を参照)。 Further, as a phase element that can adjust the phase difference, a Babinet Soleil compensator is known (see, for example, Patent Document 5). The Babinet Soleil compensator has a birefringent element composed of two wedge-shaped birefringent plates whose optical axes are parallel to each other, and a parallel plane plate perpendicular to the optical axis direction, and slides the wedge-shaped birefringent plates relative to each other. Thus, the phase difference can be controlled by adjusting the thickness of the birefringent element. In general, a Babinet Soleil compensator is used in a liquid crystal display device to measure the gap thickness of an optical material having a birefringent layer, for example, to return elliptically polarized light to linearly polarized light or give a desired phase difference in reproducing magneto-optical recording. It is used as a phase difference compensation element for eliminating coloration of cell display (see, for example, Patent Documents 6 to 8).
しかしながら、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。 However, the liquid crystal cell has a property of absorbing light in a short wavelength range from ultraviolet to blue in addition to causing a loss in transmitted light amount due to reflection on an ITO (indium tin oxide) film or the like. Therefore, as described above, the wavelength tunable filter using the liquid crystal cell has a problem that the transmittance in a short wavelength region is significantly reduced.
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。 Furthermore, in order to precisely control the voltage applied to the plurality of liquid crystal cells, an independent drive control circuit is required for each liquid crystal cell, which causes a problem that the configuration and control of the entire apparatus are complicated. Moreover, the liquid crystal cell has problems such as low heat resistance and large transmitted wavefront aberration. Moreover, since the liquid crystal cell has a slow response to the applied voltage of the refractive index, it may be practically difficult to continuously change the transmission wavelength by changing the applied voltage continuously.
また、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタは、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直列に配置して多段に構成する。そのため、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、部品点数が多くなり、フィルタ全体を長大化・大型化させるという問題がある。特に多段構造の可変波長フィルタは、光学的厚さ及び他の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。 In addition, the Rio filter and the above-described conventional wavelength tunable filter have two polarizers and a phase shifter such as a birefringent plate or a liquid crystal cell sandwiched between them as one block, which are arranged in series along the optical path. Configure in multiple stages. For this reason, the transmission spectrum becomes steeper and narrow band transmission characteristics can be obtained, but there is a problem that the number of parts increases and the entire filter becomes longer and larger. In particular, a multi-wavelength variable wavelength filter requires a plurality of liquid crystal cells having different optical thicknesses and other specifications, which increases costs.
更に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。 Furthermore, since the conventional wavelength filter uses an absorptive polarizer such as a retardation film as the polarizer, the optical loss is large. On the other hand, reflective polarizers such as wire grid polarizers, photonic crystal polarizers, and brightness enhancement films generally have low loss and broadband optical characteristics, and are excellent in heat resistance. However, if a reflective polarizer is used in a wavelength filter having a multi-stage configuration in which conventional optical elements are arranged in series along the optical path, unnecessary reflected light is generated and stray light cannot be obtained. .
本願発明者らは、バビネソレイユ補償板が水晶等の透過率が高い材料で形成され、複屈折素子の厚さを機械的に制御して位相差を調整するので、耐熱性が高く、短波長領域でも透過効率が高く、応答性が良い等の特徴に着目した。そして、上述した従来の問題点に鑑み、バビネソレイユ補償板を波長可変フィルタに適用すること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。 The inventors of the present application have a high heat resistance and a short wavelength because the Babinet Soleil compensator is formed of a material having high transmittance such as quartz and adjusts the phase difference by mechanically controlling the thickness of the birefringent element. We focused on features such as high transmission efficiency and good responsiveness even in the region. In view of the above-described conventional problems, the present invention has been devised as a result of various studies on applying a Babinet Soleil compensation plate to a wavelength tunable filter.
そこで本発明の目的は、部品点数をできる限り少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制しつつ、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、バビネソレイユ補償板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。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of parts as much as possible and suppress the increase in the length and size of the entire apparatus, and can exhibit a narrow band characteristic with a sharp transmission spectrum, similar to a multistage rio filter. By using a Babinet Soleil compensator, it is intended to realize a wavelength tunable filter that can variably control the transmission wavelength of light in a wide wavelength range including a short wavelength range from ultraviolet to blue with higher accuracy. .
本発明によれば、上記目的を達成するために、第1主面及び第2主面を有する位相差素子と、その第1主面及び第2主面に設けられた複数の偏光子と反射ミラーとを備え、該位相差素子が、一端から他端に向けて厚さを薄くした楔状をなしかつ互いに対向させて配置した2枚の位相差板からなり、該2枚の位相差板が、位相差素子の厚さを変化させるように相対的に変位可能であり、位相差素子に入射した光が、該位相差素子内部を偏光子と反射ミラーとの間で前記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、位相差素子から出射する波長可変フィルタが提供される。 According to the present invention, in order to achieve the above object, a retardation element having a first main surface and a second main surface, and a plurality of polarizers and reflections provided on the first main surface and the second main surface The phase difference element is composed of two phase difference plates arranged in a wedge shape with a thickness reduced from one end to the other end and facing each other, the two phase difference plates being The phase difference element is relatively displaceable so as to change the thickness of the phase difference element. Light incident on the phase difference element passes through the phase difference element between the polarizer and the reflection mirror and is normal to the main surface. There is provided a wavelength tunable filter that multiple-reflects and transmits at a certain angle with respect to the direction and emits from the phase difference element.
位相差素子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。そして、位相差素子は、それを構成する2枚の位相差板、即ち複屈折板を相対的に移動させることにより、第1主面と第2主面間の光学的厚さを変化させて、透過する光の波長を調整することができる。これにより、従来のリオフィルタと同様の構造において、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。 The phase difference between two polarizers adjacent to each other along the optical path of light transmitted through multiple reflections inside the phase difference element is determined by the optical path length between the two polarizers, and is transmitted corresponding to the phase difference. The peak wavelength of the spectrum is set. The retardation element changes the optical thickness between the first principal surface and the second principal surface by relatively moving the two retardation plates constituting the retardation element, that is, the birefringence plate. The wavelength of transmitted light can be adjusted. As a result, a wavelength tunable filter capable of freely changing the transmission spectrum wavelength is realized in the same structure as the conventional rio filter.
また、共通した1つの位相差素子の主面に設ける偏光子の数を増やすことによって、多段構造のリオフィルタと同等の構成が得られるから、部品点数を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。特に、部品点数が従来よりも格段に減少することにより、製造過程や使用済の廃棄品が及ぼす環境への影響が少なくなるという側面からも、極めて有利である。 In addition, by increasing the number of polarizers provided on the main surface of one common phase difference element, a configuration equivalent to a multistage rio filter can be obtained, so the number of parts is reduced and the overall length and size of the apparatus are increased. Can be suppressed. In particular, it is extremely advantageous from the viewpoint that the influence of the manufacturing process and the used waste product on the environment is reduced by reducing the number of parts much more than before.
更に、水晶等からなる複屈折板を用いた位相差素子は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮するので、短波長域を含む広い波長域の光について、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ができる。しかも、位相差素子は耐熱性が優れているので、液晶セルを用いた従来技術に比して、波長可変フィルタの耐熱性が大幅に向上する。 Furthermore, a retardation element using a birefringent plate made of quartz or the like exhibits high transmittance even in the short wavelength range from ultraviolet to blue, so that the transmission wavelength can be varied for light in a wide wavelength range including the short wavelength range. A tunable filter that can be controlled can be realized. In addition, since the phase difference element is excellent in heat resistance, the heat resistance of the wavelength tunable filter is greatly improved as compared with the conventional technique using a liquid crystal cell.
或る実施例では、位相差素子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Γiが、該光路を透過する光の波長に対してΓi=2i−1×2π、(但し、i=1〜n、n:2以上の整数)の関係を満足することにより、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可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。 In one embodiment, the phase difference Γ i between two polarizers adjacent to each other along the optical path of light transmitted through the inside of the phase difference element is such that Γ i = 2 i− with respect to the wavelength of light transmitted through the optical path. By satisfying the relationship of 1 × 2π (where i = 1 to n, n: an integer equal to or greater than 2), it is always an integer multiple of 2π. Therefore, as a variable bandpass filter similar to the conventional rio filter, Transmission characteristics are obtained.
ここで更に、位相差素子内部を透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子間の少なくとも1つの位相差Γjが、光路を透過する光の波長に対してΓj=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、可変波長域を拡大することができる。 Here, further, at least one phase difference Γ j between two polarizers adjacent to each other along the optical path of light passing through the inside of the phase difference element is such that Γ j = 2 j− with respect to the wavelength of light passing through the optical path. By satisfying the relationship of 1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number), the variable wavelength region can be expanded.
更に別の実施例では、位相差素子内部を透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子が平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置されていることにより、従来のリオフィルタと同様の可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。 In yet another embodiment, two adjacent polarizers are arranged in a parallel Nicols or crossed Nicols relationship along the optical path of light passing through the inside of the phase difference element. Transmission characteristics as a bandpass filter can be obtained.
或る実施例では、位相差素子への光の入射口と出射口とが互いに異なる主面に設けられることにより、入射光と出射光とをインライン配置することができる。別の実施例では、位相差素子への光の入射口と出射口とが一方の主面に設けられることにより、入射光と出射光とを対向配置することができる。 In one embodiment, the incident light and the light exit to the phase difference element are provided on different main surfaces, so that the incident light and the outgoing light can be arranged in-line. In another embodiment, an incident port and an exit port for light to the phase difference element are provided on one main surface, so that the incident light and the emitted light can be arranged to face each other.
或る実施例では、位相差素子の主面に設けられた偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、該偏光子に入射する光をその偏光方向によって選択的に反射できるので、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と共に、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、高い光利用効率を得ることができる。 In one embodiment, when the polarizer provided on the main surface of the phase difference element is a wire grid polarizer, light incident on the polarizer can be selectively reflected according to the polarization direction. In addition, the number of components can be further reduced, and high transmittance can be obtained for both p-polarized light and s-polarized light, so that high light utilization efficiency can be obtained.
別の実施例では、ワイヤグリッド偏光子である全ての偏光子が位相差素子の一方の主面に設けられ、位相差素子の光の出射口が他方の主面に設けられることにより、各偏光子から外部に透過する不要光を所望の出射光から確実に排除することができる。 In another embodiment, all the polarizers which are wire grid polarizers are provided on one main surface of the phase difference element, and the light exit of the phase difference element is provided on the other main surface. Unwanted light transmitted from the child to the outside can be surely excluded from the desired emitted light.
また、或る実施例では、位相差素子の端面に設けられた垂直反射ミラーを更に有し、位相差素子内部を透過する光が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。 In one embodiment, the filter further includes a vertical reflection mirror provided on the end face of the phase difference element, and light transmitted through the phase difference element is reflected by the vertical reflection mirror and travels in the reverse direction. The whole can be shortened and downsized.
別の実施例では、位相差素子を構成する2板の位相差板が、平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、その傾斜面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置されることにより、それらを互いに傾斜面に沿って相対的に動かして、位相差素子の光学的厚さを変化させることができる。更に別の実施例では、位相差素子を構成する平行平板の一方の面をそのままにして反対側の面を所定の楔角で傾斜加工して形成され、前記一方の面を互いに対向させ、かつ互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置される。 In another embodiment, the two retardation plates constituting the retardation element are formed by inclining the opposite surface at a predetermined wedge angle while leaving one surface of the parallel plate as it is. Are arranged in a staggered manner so that the thicker end and the thinner end are on the same side, so that they are relatively aligned with each other along the inclined surface. It can be moved to change the optical thickness of the phase difference element. In yet another embodiment, one surface of the parallel plate constituting the retardation element is left as it is, and the opposite surface is formed by inclining with a predetermined wedge angle, the one surface is opposed to each other, and The thicker end portions and the thinner end portions are arranged on the same side in a staggered manner.
或る実施例では、2枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに平行に配置されることにより、透過光をその偏光方向をそのまま維持して透過させることができる。別の実施例では、2枚の位相差板が、それらの結晶光学軸を互いに直交させて配置されることにより、透過光をその偏光方向を90°回転させて透過させることができる。 In one embodiment, two retardation plates are arranged so that their crystal optical axes are parallel to each other, so that transmitted light can be transmitted while maintaining its polarization direction as it is. In another embodiment, two retardation plates are arranged with their crystal optical axes orthogonal to each other, so that transmitted light can be transmitted with its polarization direction rotated by 90 °.
また或る実施例では、位相差素子が、少なくとも一方の前記位相差板と組み合わせた平行平板の位相差板を更に有することにより、透過光の波長範囲を拡大することができる。 In one embodiment, the retardation element further includes a parallel plate retardation plate combined with at least one of the retardation plates, so that the wavelength range of transmitted light can be expanded.
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長可変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。 Exemplary embodiments of a tunable filter according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In each drawing, similar components are denoted by the same or similar reference numerals.
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、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位相子を備える。前記位相子は、バビネソレイユ位相板32からなる位相差素子であり、同じ楔角θを有する2枚の楔状複屈折板33,34を備える。図1(C)に示すように、本実施例のバビネソレイユ位相板32は、一方即ち上側の複屈折板33が楔角θの楔板331と平行平板332とで構成され、他方即ち下側の複屈折板34が楔角θの楔板のみで構成される。前記上側複屈折板の楔板331及び前記下側複屈折板は、平行平板の複屈折板の一方の面を研磨等により傾斜加工して、その傾斜面と平行平板面のままである反対側の面との間に所定の楔角θを画定するように形成したものである。また、前記上側及び下側複屈折板は水晶で形成され、又は他の類似の光学結晶材料で形成される。
1A to 1C schematically show the configuration of a first embodiment of a wavelength filter according to the present invention. The
バビネソレイユ位相板32は、前記複屈折板が、それらの傾斜面を互いに対向させ、互いに厚さの厚い方の端部と厚さの薄い方の端部とを同じ側にして互違いに配置される。図示しないマイクロメータ等からなるアクチュエータによって、下側の複屈折板34を前記バビネソレイユ位相板の幅方向に上側の複屈折板33に関して相対的に動かし、バビネソレイユ位相板32の光学的厚さを変更して、透過光の波長を調整することができる。複屈折板33,34は、対向する傾斜面を互いに接触させかつそれらを摺動させながら、又は対向する傾斜面を互いに空隙を挟んで離隔した状態で、相対的に動かすことができる。添付図面は、説明を分かり易くするために、前記複屈折板の対向する傾斜面を互いに離隔した状態を示している。
In the Babinet
楔板331と複屈折板34とは、光学軸Op1,Op2が同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向されている。楔板331と平行平板332とは、光学軸Op1,Op3が互いに直交するようにかつそれぞれ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向される。
The
本実施例では、バビネソレイユ位相板32の上面即ち上側複屈折板33の上面の一方の端部(図中左側)33a付近を光の入射口とし、かつ他方の端部(図中右側)33b付近を光の出射口とし、該バビネソレイユ位相板内部を光が図中左から右へ進行するようにする。前記バビネソレイユ位相板の上側主面即ち上側複屈折板33の上面には、前記光入射口と光出射口との間に第1〜第4偏光子35〜38と上側反射ミラー39,40とが設けられる。前記バビネソレイユ位相板を透過する光の進行方向に沿って、第1及び第2偏光子35,36が連続して配置され、次に上側反射ミラー39を挟んで第3偏光子37と、更に上側反射ミラー40を挟んで第4偏光子38とが配置される。前記バビネソレイユ位相板の下側主面即ち下側複屈折板34の下面には、その全面に下側反射ミラー41が設けられる。
In this embodiment, the vicinity of one end (left side in the figure) 33a of the upper surface of the Babinet
第1〜第4偏光子35〜38は、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と上側複屈折板33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示す。前記第1〜第4偏光子は、その格子をバビネソレイユ位相板32の長さ方向に整合させて、その周期方向が前記バビネソレイユ位相板の光学軸Op1〜Op3と45°の角度をなし、かつ前記バビネソレイユ位相板の幅方向と一致するように配向する。前記各偏光子の格子の向きは、図1(A)の平面図において多数の平行な細い横線で、図1(C)の端面図において多数の平行な細い縦線で表す。
The first to
前記各偏光子は、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。このような偏光子として、例えばフォトニック結晶偏光子、樹脂材料からなる輝度向上フィルム等がある。前記各反射ミラーは、例えばAl,Ag,Au等の金属膜を前記複屈折板の表面に蒸着等の方法で付着させることにより形成される。また、前記反射ミラーは、誘電体多層膜を積層することにより形成され、所望の直線偏光成分のみを選択的に反射して、他の直線偏光成分を反射しないように構成し、反射による損失をより少なくすることができる。 As each of the polarizers, various known polarizers other than the wire grid polarizer can be used as long as they split the incident light so as to be transmitted or reflected depending on the polarization direction. Examples of such a polarizer include a photonic crystal polarizer and a brightness enhancement film made of a resin material. Each of the reflecting mirrors is formed by attaching a metal film such as Al, Ag, or Au to the surface of the birefringent plate by a method such as vapor deposition. The reflection mirror is formed by laminating dielectric multilayer films, and is configured to selectively reflect only a desired linearly polarized light component and not to reflect other linearly polarized light components. Can be less.
波長フィルタ31への入射光L1は、前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、下側反射ミラー41により該位相板の主面の法線方向に関して所定の角度φをもって反射される。反射光は第1偏光子35に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過して、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、バビネソレイユ位相板32の内部を多重反射しながら透過する。隣接する2つの前記偏光子同士は、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。
Incident light L1 to the
第1偏光子35から反射したp偏光は、バビネソレイユ位相板32を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー41により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子36に入射して反射する。次に、前記第2偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー39とにより3度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を2度往復透過し、第3偏光子37に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー40とにより7度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を4度往復透過し、第4偏光子38に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、前記第4偏光子から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー41に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換され、更にs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
The p-polarized light reflected from the
バビネソレイユ位相板32は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って隣接する2つの偏光子間、即ち第1偏光子35と第2偏光子36間、前記第2偏光子と第3偏光子37間、及び前記偏光子37と第4偏光子40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る。このように2つの前記偏光子間の位相差が常に2πの整数倍となるので、波長可変フィルタ31は、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。
The Babinet
別の実施例では、バビネソレイユ位相板32の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を90°に設定することができる。その場合、隣接する前記各2つの偏光子間で、前記バビネソレイユ位相板を透過する光の反射回数を2倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ31は、同様に2つの前記偏光子間の位相差を常に2πの整数倍に設定して、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の透過特性を得ることができる。
In another embodiment, the phase difference given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces of the Babinet
本実施例の波長可変フィルタ31は、前記アクチュエータを駆動することにより、バビネソレイユ位相板32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。特に水晶からなる複屈折板を用いたバビネソレイユ位相板32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、透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタが実現される。しかも、バビネソレイユ位相板は耐熱性が優れているので、液晶セルを用いた従来技術に比して、波長可変フィルタ31の耐熱性が大幅に向上する。
In the wavelength tunable filter 31 of this embodiment, the wavelength of the light transmitted through the Babinet
また、本実施例の波長可変フィルタ31は、このようにバビネソレイユ位相板32が共通化され、その主面に設けられる偏光子の数に拘わらず、1つだけで済むので、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。更に、共通の1つの前記バビネソレイユ位相板の主面に設ける偏光子の数を増やすことによって、より多段構成の波長可変フィルタが得られる。
In addition, the wavelength tunable filter 31 of this embodiment has the same Babinet
図2(A)〜(D)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、それぞれバビネソレイユ位相板32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、バビネソレイユ位相板32の光学的厚さが基準値である場合を、破線は、該バビネソレイユ位相板をその光学的厚さを基準値よりも薄くした場合を表している。
2A to 2D show the results of simulating the wavelength characteristics of the wavelength
入射後に、第1偏光子35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2偏光子36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3偏光子37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、バビネソレイユ位相板32から出射した後の位置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))。
After the incidence, at the position P1 of the optical path after being reflected from the
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、波長フィルタ31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。ここで、前記アクチュエータを駆動してバビネソレイユ位相板32の光学的厚さを変化させると、透過特性は、図2(A)〜(D)に破線で例示するように、ピーク波長が高波長側又は低波長側にシフトする。
Since the peaks of the transmission spectra between adjacent polarizers all overlap at a wavelength that is an integral multiple of the specific wavelength, the
図3(A)〜(C)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、光の入射口及び出射口がバビネソレイユ位相板32の下面即ち下側複屈折板34の下面の一方の端部(図中左側)34a付近と、他方の端部(図中右側)34b付近に設けられる点において、第1実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー411は、前記光の入射口及び出射口の部分を空けて下側複屈折板34下面に設けられる。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。
3A to 3C schematically show the configuration of a modification of the first embodiment.
波長フィルタ311への入射光L1は、下側複屈折板34下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過して第1偏光子35に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過して、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、図1の実施例について説明したようにバビネソレイユ位相板32内部を多重反射しながら透過して、最後の第4偏光子38に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にs偏光に変換されて、下側複屈折板34下面の前記光出射口から外部に出射する。
Incident light L1 to the
本実施例では、前記光の出射口が、前記第1〜第4偏光子を配置した上側複屈折板33とは反対側の下側複屈折板34下面に設けられる。従って、出射光は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。
In the present embodiment, the light exit is provided on the lower surface of the lower
図4(A)〜(C)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、光の出射口がバビネソレイユ位相板32の下面即ち下側複屈折板34の下面の他方の端部(図中右側)34b付近に設けられる点において、第1実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー412は、前記光の出射口の部分を空けて下側複屈折板34下面に設けられる。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。
4A to 4C schematically show the configuration of another modification of the first embodiment. Wavelength filter 312 of the present embodiment, the lower surface of the other end portion of the lower surface or lower
波長フィルタ312への入射光L1は、図1の実施例と同様に、上側複屈折板33上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、第1偏光子35によりs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過し、最後の第4偏光子38に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にs偏光に変換されて、下側複屈折板34下面の前記光出射口から外部に出射する。
Incident light L1 to the
本実施例も、前記光の出射口が、前記第1〜第4偏光子を配置した上側複屈折板33とは反対側の下側複屈折板34下面に設けられる。従って、出射光は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。
Also in the present embodiment, the light exit is provided on the lower surface of the lower
図5(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。本実施例の波長フィルタ313は、光の入射口がバビネソレイユ位相板32の下面即ち下側複屈折板34の下面の一方の端部(図中左側)34a付近に設けられる点において、第1実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー413は、前記光の入射口の部分を空けて下側複屈折板34下面に設けられる。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。
5A to 5C schematically show the configuration of still another modified example of the first embodiment. Wavelength filter 313 of the present embodiment, one end portion of the lower surface of the lower surface or
波長フィルタ313への入射光L1は、下側複屈折板34下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、第1偏光子35によりs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過し、最後の第4偏光子38に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、下側反射ミラー413により反射されて前記バビネソレイユ位相板を往復透過し、上側複屈折板33上面の前記光出射口から外部に出射する。
Incident light L1 to the
図6(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。本実施例の波長フィルタ314は、図5の変形例において、バビネソレイユ位相板32上面に配置される第4偏光子42が、ワイヤグリット偏光子の格子の周期方向を図1の第4偏光子38のそれと直交する向きに配向した点において、第1実施例と異なる。
6A to 6C schematically show the configuration of still another modification of the first embodiment.
波長フィルタ314への入射光L1は、下側複屈折板34下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、第1偏光子35に入射してs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過する。下側反射ミラー413に反射されて最後の第4偏光子38に入射したp偏光は、そのまま該第4偏光子を透過して外部に出射する。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。
Incident light L1 to the wavelength filter 31 4, a lower
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。本実施例の波長フィルタ315は、第1〜第4偏光子35〜38及び上側反射ミラー39,40が上側の複屈折板33から分離した別個の部品として、下側反射ミラー41が下側の複屈折板34から分離した別個の部品として構成されている点において、第1実施例と異なる。
FIGS. 7A to 7C schematically show the configuration of still another modification of the first embodiment. Wavelength filters 31 5 of the present embodiment, as a separate component first to
これにより、本実施例は、前記第1〜第4偏光子と上側及び下側反射ミラーとに制限されることなく、バビネソレイユ位相板32の駆動方向を選択することができ、かつ各構成要素を高い自由度をもって設計配置することができる。従って、波長フィルタ315への光の入射角、及び前記バビネソレイユ位相板を挟んで前記第1〜第4偏光子及び上側反射ミラーと下側反射ミラーとの反射間隔を、用途、使用条件等に応じて任意に設定することができる。
Thereby, the present embodiment can select the driving direction of the Babinet
図8(A)〜(C)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51は、ワイヤグリッド偏光子からなる追加の偏光子52をバビネソレイユ位相板32の下側複屈折板34の下面に有する点において、第1実施例と異なる。追加偏光子52は、前記バビネソレイユ位相板の前記光路に沿って第1偏光子35の直ぐ上流側に配置される。追加偏光子52は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、追加偏光子52と第1偏光子35とは、クロスニコルの関係に配置される。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。
FIGS. 8A to 8C schematically show the configuration of the second embodiment of the wavelength filter according to the present invention. The
波長フィルタ51への入射光L1は、上側複屈折板33上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、追加偏光子52に入射してs偏光成分とp偏光成分とに分光される。p偏光成分は前記追加偏光子を透過して、不要光として外部に出射する。s偏光成分は、前記追加偏光子により反射されて前記バビネソレイユ位相板内部を多重反射しながら透過する。
Incident light L1 to the
追加偏光子52から反射したs偏光は、バビネソレイユ位相板32を透過し、その間にp偏光に変換され、第1偏光子35に入射して反射する。第1偏光子35から反射したp偏光は、バビネソレイユ位相板32を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー41により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子36に入射して反射する。次に、前記第2偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー39とにより3度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を2度往復透過し、第3偏光子37に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー40とにより7度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を4度往復透過し、第4偏光子38に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、前記第4偏光子から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー41に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換され、更にs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
The s-polarized light reflected from the
上述したように、バビネソレイユ位相板32は、上側及び下側主面32a,32b間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられる。従って、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って最初に隣接する2つの偏光子52,35間の位相差は180°である。この後段に続いて隣接する各2つの偏光子35,36間、36,37間、及び37,40間の位相差は、順に360°、720°、1440°に、即ち2n−1×2π、(n:1〜3)となるように配置される。
As described above, the Babinet
このように隣接する偏光子間の位相差が2πの整数倍となる波長可変フィルタ51において、その1つの位相差を180°とすることにより、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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。別の実施例では、追加偏光子を2つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γjが、前記光路を透過する光の波長に対してΓj=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。
In this way, in the wavelength
別の実施例では、追加偏光子52を第4偏光子38の後段に配置することができる。第4偏光子38と追加偏光子52とはクロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は180°である。この場合も、同様に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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。
In another embodiment, the
図9(A)〜(E)は、波長可変フィルタ51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9(A)〜(E)は、それぞれバビネソレイユ位相板32を透過して出射する光の光路に沿って図8(B)に示す各位置P1〜P5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〜P5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、バビネソレイユ位相板32の光学的厚さが基準値である場合を、破線は、該バビネソレイユ位相板をその光学的厚さを基準値よりも薄くした場合を表している。
9A to 9E show the results of simulating the wavelength characteristics of the wavelength
入射後に、追加偏光子52を透過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9(A))。第1偏光子35から反射した後の前記光路の位置P2では、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9(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2偏光子36から反射した後の前記光路の位置P3では、これと図9(B)とを重ね合わせた透過特性を示す(図9(C))。更に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1/4波長の整数倍の波長でピークを有するから、第3偏光子37から反射した後の前記光路の位置P4では、これを図9(C)に重ね合わせた透過特性を示す(図9(D))。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1/8波長の整数倍の波長でピークを有するから、バビネソレイユ位相板32から出射した後の位置P5では、これを図9(D)に重ね合わせた透過特性を示す(図9(E))。
At the position P1 of the optical path after passing through the
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、波長フィルタ51は、図9(E)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。ここで、前記アクチュエータを駆動してバビネソレイユ位相板32の光学的厚さを変化させると、透過特性は、図9(A)〜(E)に破線で例示するように、ピーク波長が高波長側又は低波長側にシフトする。
Since the peaks of the transmission spectra between the adjacent polarizers all overlap at a wavelength that is an integral multiple of the specific wavelength, the
図10(A)〜(C)は、第2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511は、追加偏光子521がバビネソレイユ位相板32の下側複屈折板34の下面に前記光路に沿って第2偏光子36の直ぐ下流側に配置されている点において、第1実施例と異なる。追加偏光子521は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、第2偏光子36と追加偏光子521とは、クロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は180°である。追加偏光子521の下流側の第3,第4偏光子371,381は、該追加偏光子と平行ニコルの関係に配置されるように、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記偏光子のそれと直交する向きに配向される。
FIGS. 10A to 10C schematically show the configuration of a modification of the second embodiment. Wavelength filter 511 of the present embodiment, the
波長フィルタ511への入射光L1は、上側複屈折板33上面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板32を透過し、下側反射ミラー411により反射されて第1偏光子35に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子35を透過し、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、バビネソレイユ位相板32の内部を多重反射しながら透過する。
Incident light L1 to the
第1偏光子35から反射したp偏光は、バビネソレイユ位相板32を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー41により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にp偏光に変換され、第2偏光子36に入射して反射する。次に、前記第1偏光子から反射したp偏光は、バビネソレイユ位相板32を透過し、その間にs偏光に変換され、追加偏光子521に入射する。追加偏光子521は、s偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。
The p-polarized light reflected from the
追加偏光子521から反射したs偏光は、上側反射ミラー391と下側反射ミラー412とにより3度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を2度往復透過し、第3偏光子371に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、s偏光はp偏光に、更にp偏光からs偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したs偏光は、前記上側反射ミラーと下側反射ミラー413とにより7度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を4度往復透過し、第4偏光子381に入射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にs偏光はp偏光に、更にp偏光からs偏光に、4度繰り返して変換される。第4偏光子381は、s偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。第4偏光子381から反射したs偏光は、前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間にp偏光に変換されて、前記光出射口から外部に出射する。
S-polarized reflected from the
本実施例においても、隣接する偏光子間の位相差が2πの整数倍となる波長可変フィルタ511において、その1つの位相差を180°とすることにより、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、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。更に別の実施例では、追加偏光子を2つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γjが、前記光路を透過する光の波長に対してΓj=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。 Also in this embodiment, in the wavelength tunable filter 51 1 the phase difference between the adjacent polarizer is an integral multiple of 2 [pi, by that one of the phase difference and 180 °, conventional Rio filter similar to the bandpass Transmission characteristics as a filter can be obtained, and the variable wavelength range can be expanded to widen the band. In yet another embodiment, increasing the additional polarizer into two or more, and the phase difference gamma j between the polarizer adjacent thereto and each additional polarizer, gamma j with respect to the wavelength of light transmitted through the optical path = 2 j−1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number), so that the variable wavelength region is further expanded by being configured to be an odd multiple of π. be able to.
図11(A)〜(C)は、本発明による波長フィルタの第3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61は、バビネソレイユ位相板62が上記各実施例よりも短い。バビネソレイユ位相板62は、上記各実施例と同様に、水晶又は他の類似の光学結晶材料で形成され、同じ楔角θを有する2枚の楔状複屈折板63,64を備える。複屈折板63,64は、対向する傾斜面を互いに接触させかつそれらを摺動させながら、又は対向する傾斜面を互いに空隙を挟んで離隔した状態で、相対的に動かすことができる。図示しないマイクロメータ等からなるアクチュエータによって、下側の複屈折板64を幅方向に上側の複屈折板63に関して相対的に動かし、その光学的厚さを変更することにより、前記バビネソレイユ位相板の透過光の波長を調整することができる。
11A to 11C schematically show the configuration of a third embodiment of the wavelength filter according to the present invention. In the
図11(C)に示すように、バビネソレイユ位相板62は、一方即ち上側の複屈折板63が楔角θの楔板631と平行平板632とで構成され、他方即ち下側の複屈折板64が楔角θの楔板のみで構成される。楔板631と複屈折板64とは、光学軸Op1,Op2が同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向されている。楔板631と平行平板632とは、光学軸Op1,Op3が互いに直交するようにかつそれぞれ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向される。
As shown in FIG. 11 (C), Babinet
本実施例では、バビネソレイユ位相板62の下面及び上面、即ち下側複屈折板64の下面及び上側複屈折板63の上面の一方の端部(図中左側)64a,63a付近を光の入射口及び出射口とする。前記バビネソレイユ位相板の上側主面即ち上側複屈折板63の上面には、第1〜第4偏光子65〜68と上側反射ミラー69とが設けられる。前記光入射口から反対側の端部に向けて、第1、第4及び第2偏光子65,68,66が連続して配置され、次に上側反射ミラー69を挟んで第3偏光子37が配置される。前記バビネソレイユ位相板の下側主面即ち下側複屈折板34の下面には、前記光出射口の部分を空けて、他の部分の全面に下側反射ミラー70が設けられる。更に本実施例は、バビネソレイユ位相板62の光入射口とは反対側の端面に垂直反射ミラー71が設けられている。
In this embodiment, light is incident on the lower and upper surfaces of the Babinet
第1〜第4偏光子65〜68は、ワイヤグリッド偏光子からなる。前記第1〜第4偏光子は、ワイヤグリッド偏光子の格子をバビネソレイユ位相板62の長さ方向に整合させ、その周期方向が前記バビネソレイユ位相板の光学軸Op1〜Op3と45°の角度をなし、かつ前記バビネソレイユ位相板の幅方向と一致するように配向する。
The first to
波長フィルタ61への入射光L1は、下側複屈折板64下面の前記光入射口からバビネソレイユ位相板62を透過して第1偏光子65に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子65を透過し、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板の主面の法線方向に関して同じ反射角度φをもって反射され、後述するようにバビネソレイユ位相板62内部を多重反射しながら透過する。
Incident light L1 to the
第1偏光子65から反射したp偏光は、バビネソレイユ位相板62を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー70により反射されて再び前記バビネソレイユ位相板を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子76に入射して反射する。次に、前記第2偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー69とにより3度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を2度往復透過し、第3偏光子67に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと垂直反射ミラー71と上側反射ミラー69とにより8度反射されて、前記バビネソレイユ位相板を4度往復透過し、第4偏光子68に入射して反射する。その間に前記バビネソレイユ位相板を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、前記第4偏光子から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー70に反射されて前記バビネソレイユ位相板を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換されかつs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。
The p-polarized light reflected from the
バビネソレイユ位相板62は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記バビネソレイユ位相板内部を進行する光路に沿って隣接する2つの前記偏光子間の位相差が、順に360°、720°、1440°に、即ち2n−1×2π、(n:1〜3)となるように配置される。このように2つの前記偏光子間の位相差が常に2πの整数倍となるので、波長可変フィルタ31は、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。更に、本実施例は、バビネソレイユ位相板62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、上記各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。
The Babinet
別の実施例では、バビネソレイユ位相板62の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を90°に設定することができる。その場合、隣接する前記各2つの偏光子間で、前記バビネソレイユ位相板を透過する光の反射回数を2倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ61は、同様に2つの前記偏光子間の位相差を常に2πの整数倍に設定して、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の透過特性を得ることができる。
In another embodiment, the phase difference given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces of the Babinet
また、別の実施例において、波長可変フィルタ61は、第2実施例の追加偏光子を備えることができる。これにより、同様に、可変波長域を広帯域化することができる。
In another embodiment, the
上記各実施例のバビネソレイユ位相板32,62は、図1に関連して上述したように、2枚の複屈折板の一方が楔板と平行平板とから構成されている。このように平行平板の複屈折板を組み合わせることによって、バビネソレイユ位相板の位相差を0°から無限大までの広い範囲で自由に設定できるので、透過波長範囲を高い自由度をもって設計することができる。
As described above with reference to FIG. 1, the Babinet
別の実施例では、上記実施例と異なる様々な構成のバビネソレイユ位相板を用いることができる。図12に示すバビネソレイユ位相板321は、図1の実施例から平行平板332を省略したものである。従って、上側の複屈折板33は楔板だけで構成される。複屈折板33,34の光学軸Op1,Op2は、図1の実施例と同様に、同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向されている。この場合、前記第1〜第4偏光子及び前記上側反射ミラーは、楔板の平行平板面33c上に設けられる。このように2枚の楔板だけでバビネソレイユ位相板を構成することによって、部品点数を最小にし、フィルタ全体の構成を簡単にかつより小型にすることができる。
In another embodiment, various configurations of the Babynet Soleil phase plate different from the above embodiment can be used. 12 is obtained by omitting the
図13に示すバビネソレイユ位相板322は、図1の実施例において、両複屈折板33,34をそれぞれ上下逆向きにし、上側複屈折板33の平行平板332と下側複屈折板34の平行平板面34cとを対向させて配置している。楔板331及び複屈折板34の光学軸Op1,Op2は同じ向きにかつ前記バビネソレイユ位相板の長さ方向に対して45°の向きに配向され、平行平板332の光学軸Op3は楔板331の光学軸Op1に対して互いに直交するように配向される。この場合、前記第1〜第4偏光子及び前記上側反射ミラーは楔板331の傾斜面33d上に設けられ、前記下側反射ミラーは下側複屈折板34の傾斜面上に設けられる。本実施例のバビネソレイユ位相板322は、位相差を調整する際に、両複屈折板33,34をその対向面の面方向と平行に、それらを前記対向面で摺接させた状態でも、より円滑に駆動することができる。
In the embodiment of FIG. 1, the Babinet
図14に示すバビネソレイユ位相板323は、図13の実施例において、図12の実施例と同様に平行平板332を省略したものである。上側の複屈折板33は楔板だけで構成され、その平行平板面33cと下側複屈折板34の平行平板面34cとを対向させて配置される。これにより、バビネソレイユ位相板323の位相差を調整する際に、両複屈折板33,34をその対向する平行平板面の面方向と平行に、それらを前記平行平板面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。更に、2枚の楔板だけでバビネソレイユ位相板を構成することによって、部品点数を最小にし、フィルタ全体の構成を簡単にかつより小型にすることができる。
14 is the same as the embodiment shown in FIG. 12, except that the
図15に示すバビネソレイユ位相板324は、図13の実施例において、各複屈折板33,34が、その傾斜面33d,34dにそれぞれ同じ楔角θの楔状ガラス板72,73を貼り合わせて、平行平板に形成されている。これにより、前記第1〜第4偏光子、前記上側反射ミラー及び下側反射ミラーは、それぞれ平行平板面である楔板72の上面及び楔板73の下面に設けられるので、その位置合わせが簡単で製造が容易になる。また、複屈折板33,34は、バビネソレイユ位相板324の位相差を調整する際に、それらを対向面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。
In the embodiment shown in FIG. 13, the
図16に示すバビネソレイユ位相板325は、図15の実施例において、図12の実施例と同様に上側複屈折板33から平行平板332を省略したものである。これにより、部品点数を少なくし、構成を簡単にすることができる。上側複屈折板33は、楔板331に楔状ガラス板72を貼り合わせて平行平板に形成され、楔状ガラス板73を貼り合わせて平行平板に形成した下側複屈折板34と対向させて配置される。従って、複屈折板33,34は、バビネソレイユ位相板325の位相差を調整する際に、それらを対向面で摺接させた状態であっても、円滑に駆動できる。
16 is the same as the embodiment of FIG. 12 except that the
図17に示すバビネソレイユ位相板326は、図12の実施例において、複屈折板33,34の光学軸Op1,Op2が、いずれも前記バビネソレイユ位相板の長さ方向と同じ向きに配向されている。一般に複屈折板は、その外周形状に関して光学軸を水平又は垂直な向きに配向すると、特に楔板の加工において製造が簡単になるので有利である。尚、この場合には、複屈折板33,34の光学軸の向きに対応して、バビネソレイユ位相板326の上側及び下側主面に設けられる偏光子の偏光軸を、図1の実施例の場合から45°回転させた向きに配向する必要がある。
In the embodiment shown in FIG. 12, the optical axis Op1 and Op2 of the
更に別の実施例では、図15及び図16の実施例において、複屈折板33,34をそれぞれ上下逆向きにし、かつそれらに貼り付けた楔状ガラス板72,73同士を対向させた向きに配置することができる。また、これら様々な構成のバビネソレイユ位相板は、図3乃至図8、図10及び図11の各実施例についても、同様に適用することができる。
In another embodiment, the
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、バビネソレイユ位相板は、従来から公知の様々な形態のものを同様に用いることができる。また、各偏光子及び反射ミラーは、バビネソレイユ位相板主面の上記各実施例以外の様々な位置に配置することができる。更に、前記偏光子及び反射ミラーの数を増やして、より多段の波長可変フィルタを構成することができる。また、バビネソレイユ位相板主面の各偏光子は、吸収型偏光板と反射ミラーとを組み合わせて構成することもできる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications or changes within the technical scope thereof. For example, various types of conventionally known various types of Babinet Soleil phase plates can be used as well. In addition, each polarizer and reflection mirror can be arranged at various positions other than the above-described embodiments on the main surface of the Babinet Soleil phase plate. Furthermore, the number of the polarizers and the reflection mirrors can be increased to configure a multistage wavelength tunable filter. In addition, each polarizer on the main surface of the Babinet Soleil phase plate can be configured by combining an absorptive polarizing plate and a reflecting mirror.
1…リオフィルタ、2a〜2d,12a〜12d,22a〜22d,35〜38,371,381,52,521,65〜68…偏光子、2a1〜2d1,12a1〜12d11…透過軸、3a〜3c…複屈折板、3a1〜3c1…光学軸、4…光軸、11…バンドパスフィルタ、13a〜13c,23a〜23c,43…液晶セル、21,31,311〜315,51,511,61…波長可変フィルタ、24a〜24c…位相差フィルム、32,321〜326,62…バビネソレイユ位相板、33,34,63,64…楔状複屈折板、331,631…楔板、332,632…平行平板、33a,33b,34a,34b,63a,64a…端部、33c,34c…平行平板面、33d,34d…傾斜面、39〜41,391,411〜413,70,71…反射ミラー、72,73…楔状ガラス板。
1 ...
Claims (14)
前記位相差素子が、一端から他端に向けて厚さを薄くした楔状をなしかつ互いに対向させて配置した2枚の位相差板からなり、前記2枚の位相差板が、前記位相差素子の厚さを変化させるように相対的に変位可能であり、
前記位相差素子に入射した光が、該位相差素子内部を前記偏光子と前記反射ミラーとの間で前記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、前記位相差素子から出射することを特徴とする波長可変フィルタ。 A retardation element having a first main surface and a second main surface, and a plurality of polarizers and reflection mirrors provided on the first main surface and the second main surface,
The phase difference element is composed of two phase difference plates arranged in a wedge shape with a thickness reduced from one end to the other end and facing each other, and the two phase difference plates are the phase difference elements. Is relatively displaceable to change the thickness of
The light incident on the phase difference element passes through the phase difference element through multiple reflection at a certain angle with respect to the normal direction of the main surface between the polarizer and the reflection mirror. A wavelength tunable filter that emits light from a light source.
Priority Applications (1)
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