JP5502623B2 - Spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、所定波長域の光を選択する分光装置に関するものであり、特に誘電体薄膜干渉フィルタを内蔵する分光装置に関する。 The present invention relates to a spectroscopic device that selects light in a predetermined wavelength range, and more particularly to a spectroscopic device that incorporates a dielectric thin film interference filter.
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。 Conventionally, 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.
同様な構成を有するものとして、誘電体多層膜フィルタが設けられた回転テーブルを回転させることによって誘電体多層膜フィルタに対する平行光の入射角度を制御することによって、入射角度に応じた波長可変性を実現する波長可変フィルタが知られている(下記特許文献2参照。)。この波長可変フィルタは、回転テーブル上に4つのフィルタが回転対称に配置された構成を採用することにより、より広い波長範囲を持つ透過光の出力を実現している。 By controlling the incident angle of the parallel light to the dielectric multilayer filter by rotating the rotary table provided with the dielectric multilayer filter, the wavelength variability according to the incident angle is improved. A wavelength tunable filter to be realized is known (see Patent Document 2 below). This wavelength tunable filter realizes output of transmitted light having a wider wavelength range by adopting a configuration in which four filters are rotationally symmetrically arranged on a rotary table.
しかしながら、上述した従来の波長可変フィルタでは、入射光がフィルタに対して斜めに入射する場合、フィルタを透過後の入射光の光軸が入射角に応じて変化する結果、出力光の光軸ずれが発生する傾向にあった。この傾向は、透過波長の可変範囲を広く設定するためにフィルタへの入射角の可変範囲を大きく取ろうとする場合に顕著となる。 However, in the above-described conventional wavelength tunable filter, when incident light is incident on the filter obliquely, the optical axis of the incident light after passing through the filter changes according to the incident angle, resulting in an optical axis shift of the output light. Tended to occur. This tendency becomes conspicuous when a large variable range of the incident angle to the filter is set in order to widen the variable range of the transmission wavelength.
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、出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲を容易に広げることが可能な分光装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a spectroscopic device that can easily widen a variable range of a selected wavelength while reducing an optical axis shift of output light. And
上記課題を解決するため、本発明の分光装置は、光源からの光を互いに直交する第1及び第2の直線偏光成分に分離する偏光分離素子と、偏光分離素子から出力された第1及び第2の直線偏光成分のうちのいずれかの直線偏光成分を、偏光分離素子に向けて反射させるミラーと、偏光分離素子とミラー部材との間に設けられたフィルタ部と、偏光分離素子とミラー部材との間に設けられた1/4波長板とを備え、フィルタ部は、偏光分離素子からの直線偏光成分に基づく光成分を、光成分の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させ、入射角が変更可能なように回転可能に支持された誘電体薄膜干渉フィルタを有する。なお、「誘電体薄膜干渉フィルタ」とは、フィルタへの入射角度に応じてフィルタの性能を表す中心波長がシフトするフィルタのことをいう。 In order to solve the above problems, a spectroscopic device of the present invention includes a polarization separation element that separates light from a light source into first and second linearly polarized light components that are orthogonal to each other, and first and first outputs output from the polarization separation element. A mirror that reflects any one of the two linearly polarized light components toward the polarized light separating element, a filter portion provided between the polarized light separating element and the mirror member, and the polarized light separating element and the mirror member The filter unit selectively transmits a light component based on the linearly polarized light component from the polarization separation element in a wavelength range corresponding to the incident angle of the light component. The dielectric thin film interference filter is rotatably supported so that the incident angle can be changed. The “dielectric thin film interference filter” refers to a filter whose center wavelength representing the performance of the filter shifts according to the incident angle to the filter.
このような分光装置によれば、光源からの光のうち偏光分離素子によって分離された直線偏光成分が、ミラー部材によって偏光分離素子に向けて戻されることにより、偏光分離素子とミラー部材との間に配置されたフィルタ部及び1/4波長板を往復して透過された後に、偏光分離素子を介して光源からの光と分離して取り出される。これにより、フィルタ部を構成する誘電体薄膜干渉フィルタに対する入射角に関わらず出力光の光軸ずれが低減される。このとき、分離された直線偏光成分に基づく光成分がフィルタ部を往復して入射されて、その光成分が誘電体薄膜干渉フィルタへの入射角に応じた波長範囲で選択的に誘電体薄膜干渉フィルタを透過されて出力される。この際、誘電体薄膜干渉フィルタを回転させることによって、誘電体薄膜干渉フィルタに対する光成分の入射角が変更可能にされる。従って、光成分の透過波長を自在に変更することが可能になる。その結果、出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。 According to such a spectroscopic device, the linearly polarized light component separated by the polarization separation element out of the light from the light source is returned toward the polarization separation element by the mirror member, so that the polarization separation element and the mirror member are separated. After being reciprocated and transmitted through the filter unit and the quarter-wave plate, the light is separated from the light from the light source through the polarization separation element and extracted. Thereby, the optical axis shift of output light is reduced irrespective of the incident angle with respect to the dielectric thin film interference filter which comprises a filter part. At this time, a light component based on the separated linearly polarized light component is incident back and forth through the filter unit, and the light component selectively interferes with the dielectric thin film in a wavelength range corresponding to the incident angle to the dielectric thin film interference filter. It is transmitted through the filter and output. At this time, the incident angle of the light component with respect to the dielectric thin film interference filter can be changed by rotating the dielectric thin film interference filter. Therefore, the transmission wavelength of the light component can be freely changed. As a result, the variable range of the selected wavelength can be easily widened while reducing the optical axis deviation of the output light.
フィルタ部は、n個(nは3以上の整数)の誘電体薄膜干渉フィルタと、誘電体薄膜干渉フィルタが主面上に立設され、主面に沿って所定点の周りを回転可能にされた平板状の回転支持部材とを有し、n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、光入射側或いは光出射側の端面が、回転支持部材の表面上の所定点と主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置されていることが好ましい。 The filter unit includes n (n is an integer of 3 or more) dielectric thin film interference filters and dielectric thin film interference filters that are erected on the main surface, and are rotatable around a predetermined point along the main surface. Each of the n dielectric thin film interference filters has an end surface on the light incident side or the light emitting side, which has a predetermined point on the surface of the rotation support member and the main surface. It is preferable that the dielectric thin film interference filter is disposed so as to be inclined with respect to a line connecting the center point of the dielectric thin film interference filter.
この場合、回転支持部材を主面の所定点を中心に回転させることによって、光が透過するn個の誘電体薄膜干渉フィルタを交互に切り替えることができると共に、それぞれのn個の誘電体薄膜干渉フィルタへの光の入射角も変化させることができる。従って、透過波長を連続的に変更することが可能になる。特に、誘電体薄膜干渉フィルタを、その端面が主面上の所定点と誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉が広い回転角の範囲で低減される。その結果、出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲をより広くすることができる。 In this case, by rotating the rotation support member around a predetermined point on the main surface, the n dielectric thin film interference filters through which light is transmitted can be switched alternately, and each of the n dielectric thin film interference filters can be switched. The incident angle of light to the filter can also be changed. Therefore, it is possible to continuously change the transmission wavelength. In particular, the dielectric thin film interference filter is arranged such that its end face is inclined with respect to a line connecting a predetermined point on the main surface and the center point of the dielectric thin film interference filter, thereby providing a plurality of dielectric thin film interference filters. Interference between them is reduced over a wide range of rotation angles. As a result, the variable range of the selected wavelength can be broadened while reducing the optical axis deviation of the output light.
また、n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面と端面とで形成されるそれぞれの交線が1つの内接円に接するように搭載されている、ことが好適である。この場合、それぞれの誘電体薄膜干渉フィルタの光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた回転支持部材の主面の面積に対して選択波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。 Further, it is preferable that the n dielectric thin film interference filters are mounted such that each intersection formed by the main surface and the end surface is in contact with one inscribed circle. In this case, the range of the incident angle of light of each dielectric thin film interference filter can be made uniform, and the variable range of the selected wavelength can be efficiently expanded with respect to the area of the main surface of the limited rotation support member. I can do it.
また、n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、主面上において内接円の外側に位置するように配置されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、複数の誘電体薄膜干渉フィルタ間の干渉をより一層低減することが出来る。 It is also preferable that each of the n dielectric thin film interference filters is disposed so as to be located outside the inscribed circle on the main surface. By adopting such a configuration, it is possible to further reduce the interference between the plurality of dielectric thin film interference filters.
さらに、n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面上の所定点と主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線が互いに等角度を成すように配置されている、ことも好適である。かかる誘電体薄膜干渉フィルタを用いれば、それぞれの誘電体薄膜干渉フィルタの光の入射角の範囲を均等にすることができ、限られた回転支持部材の面積に対して選択波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。 Further, the n dielectric thin film interference filters are arranged such that lines connecting a predetermined point on the main surface and a center point of the dielectric thin film interference filter on the main surface are at an equal angle to each other. Is also suitable. By using such a dielectric thin film interference filter, the range of the incident angle of light of each dielectric thin film interference filter can be made uniform, and the variable range of the selection wavelength can be efficiently performed with respect to the area of the limited rotation support member. Can spread well.
またさらに、n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、主面上において所定点を中心にしてn回回転対称となるように配置されている、ことも好適である。かかる構成を採れば、限られた回転支持部材の面積に対して選択波長の可変範囲をより一層広げることが出来る。 It is also preferable that the n dielectric thin film interference filters are arranged so as to be n times rotationally symmetric about a predetermined point on the main surface. By adopting such a configuration, the variable range of the selection wavelength can be further expanded with respect to the limited area of the rotation support member.
さらにまた、1/4波長板は、フィルタ部とミラーとの間に設けられていることも好適である。このような1/4波長板を備えることで、フィルタ部を往復入射された直線偏光成分を、偏光分離素子によって光源からの光と分離して取り出すことができる。 Furthermore, it is also preferable that the quarter wavelength plate is provided between the filter unit and the mirror. By providing such a quarter-wave plate, the linearly polarized light component reciprocatingly incident on the filter unit can be separated and extracted from the light from the light source by the polarization separation element.
また、1/4波長板は、偏光分離素子とフィルタ部との間に設けられていることも好適である。このような1/4波長板を備えることで、フィルタ部を往復入射された円偏光成分を、偏光分離素子によって光源からの光と分離して取り出すことができるとともに、円偏光成分を誘電体薄膜干渉フィルタに対して垂直に入射させることにより、出力光の波長域を広帯域化することもできる。 It is also preferable that the quarter wavelength plate is provided between the polarization separation element and the filter unit. By providing such a quarter-wave plate, the circularly polarized light component reciprocatingly incident on the filter unit can be separated from the light from the light source by the polarization separation element, and the circularly polarized light component can be extracted from the dielectric thin film. By making the light incident perpendicular to the interference filter, the wavelength range of the output light can be broadened.
本発明によれば、出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲を容易に広げることができる。 According to the present invention, it is possible to easily expand the variable range of the selection wavelength while reducing the optical axis shift of the output light.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る分光装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。 Hereinafter, preferred embodiments of a spectroscopic device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Each drawing is made for the purpose of explanation, and is drawn so as to particularly emphasize the target portion of the explanation. Therefore, the dimensional ratio of each member in the drawings does not necessarily match the actual one.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。同図に示す光源装置1は、半導体検査装置等の各種検査装置において、特定の発光波長域を有する光源として用いられる装置である。この光源装置1は、光源からの光のうちの特定の波長域を選択する分光装置の一態様であり、放熱機構としてのヒートシンク2上に取り付けられた光源3と、その光源3から照射された光が入射されて、その光を変換して光ファイバ4を経由して外部出力する光変換光学系5と、光源3及び光変換光学系5を制御する制御系30とから構成されている。ここで、図1においては、紙面上において光源3の光軸に沿った方向にX軸をとり、紙面上においてX軸に垂直な方向に沿ってY軸、X軸及びY軸に垂直な方向に沿ってZ軸をとるものとする。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device according to the first embodiment of the present invention. A light source device 1 shown in the figure is a device used as a light source having a specific emission wavelength region in various inspection devices such as a semiconductor inspection device. The light source device 1 is an aspect of a spectroscopic device that selects a specific wavelength region of light from a light source. The light source 3 is mounted on a heat sink 2 as a heat dissipation mechanism, and is irradiated from the light source 3. A light conversion optical system 5 that receives light, converts the light, and outputs the light externally via the optical fiber 4, and a control system 30 that controls the light source 3 and the light conversion optical system 5 are configured. Here, in FIG. 1, the X axis is taken in the direction along the optical axis of the light source 3 on the plane of the paper, and 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. Along the Z axis.
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、キセノンランプ、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。 The light source 3 is a light source device such as a halogen lamp, a xenon 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 provided in the light conversion optical system 5 positioned in the + X axis direction. The diffused light in a non-polarized state is emitted.
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、偏光分離素子8、フィルタ回転体(フィルタ部)9、1/4波長板10、及び高反射ミラー(ミラー部材)11が設けられている。 First, the configuration of the light conversion optical system 5 will be described. The light conversion optical system 5 includes a collimator lens 6, a wavelength selection element 7, a polarization separation element 8, a filter rotating body (filter unit) 9, and a quarter wavelength plate in order from the vicinity of the light source 3 along the + X axis direction. 10 and a high reflection mirror (mirror member) 11 are provided.
光源3からの拡散光はコリメートレンズ6によって平行光L1に変換され、波長選択素子7に入射する。波長選択素子7は、光源3の発光波長域を波長域として有する平行光L1のうち、所定の波長範囲(例えば、350nm〜750nm)の光を選択するための素子であり、例えば、上記所定の波長範囲の光を透過し、その波長範囲以外の光を反射させるダイクロイックミラーである。この波長選択素子7はその反射面をX軸に対して傾斜させて配置されている。コリメートレンズ6から平行光L1が入射すると、波長選択素子7は、所定の波長範囲を有する光L2を偏光分離素子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12で消失させる。なお、波長選択素子7が選択する波長範囲は、光源装置1から最終的に出力される光の波長可変範囲(例えば、400nm〜700nm。以下、「想定波長範囲」と呼ぶ。)を少なくとも含むように設定されている。 Diffused light from the light source 3 is converted into parallel light L <b> 1 by the collimator lens 6 and enters the wavelength selection element 7. The wavelength selection element 7 is an element for selecting light in a predetermined wavelength range (for example, 350 nm to 750 nm) from 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. When the parallel light L1 enters from the collimating lens 6, 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. Is reflected in the −Y-axis direction as a simple light and disappears by the beam damper 12. The wavelength range selected by the wavelength selection element 7 includes at least a wavelength variable range (for example, 400 nm to 700 nm, hereinafter referred to as “assumed wavelength range”) of light finally output from the light source device 1. Is set.
偏光分離素子8は、波長選択素子7を透過した光L2を受け、光L2を互いに直交する第1及び第2の直線偏光成分に分離するための光学素子であり、例えば、キューブ状の偏光ビームスプリッタ(PBS)である。具体的には、この偏光分離素子8は、光L2からY軸に沿った偏光方向を有する第1の偏光成分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第2の偏光成分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。この偏光分離素子8を透過した第1の偏光成分L3は、フィルタ回転体9に入射すると同時に、偏光分離素子8を反射した第2の偏光成分L4は、ビームダンパー13に入射することにより消失する。 The polarization separation element 8 is an optical element that receives the light L2 transmitted through the wavelength selection element 7 and separates the light L2 into first and second linear polarization components orthogonal to each other. For example, the polarization separation element 8 is a cube-shaped polarization beam. Splitter (PBS). Specifically, the polarization separation element 8 separates the first polarization component L3 having a polarization direction along the Y axis from the light L2 (hereinafter also referred to as “horizontal polarization component”) to the + X axis direction. Simultaneously with the transmission, a second polarization component L4 (hereinafter also referred to as “vertical polarization component”) having a polarization direction along the Z-axis is separated from the light L2 and reflected in the + Y-axis direction. The first polarization component L3 transmitted through the polarization separation element 8 is incident on the filter rotating body 9, and at the same time, the second polarization component L4 reflected from the polarization separation element 8 is lost by entering the beam damper 13. .
ここで、図2を参照して、フィルタ回転体9の構造について詳細に述べる。 Here, the structure of the filter rotating body 9 will be described in detail with reference to FIG.
フィルタ回転体9は、Z軸に沿った回転軸を有する回転機構94によって回転可能に支持された円板状部材である回転テーブル(回転支持部材)90と、回転テーブル90の主面90a上にその周縁に沿って回転対称となるように立設された4枚のバンドパスフィルタ91a,91b,91c,91dとによって構成されている。 The filter rotator 9 is a rotating table (rotating support member) 90 that is a disk-like member rotatably supported by a rotating mechanism 94 having a rotating shaft along the Z axis, and a main surface 90 a of the rotating table 90. It is composed of four band-pass filters 91a, 91b, 91c and 91d which are erected so as to be rotationally symmetric along the periphery.
これらのバンドパスフィルタ91a,91b,91c,91dは、光入射面92と光出射面93との間に公知の誘電体薄膜の積層構造を含む平板状の形状を有する、いわゆる誘電体薄膜干渉型フィルタである。このような構造により、バンドパスフィルタ91a,91b,91c,91dは、光入射面92に対する光の入射角に応じた波長範囲で光を選択的に透過することができる。そして、4枚のバンドパスフィルタ91a〜91d間で入射角に対する透過波長域の特性が異なるように、それぞれの誘電体薄膜の材料や膜厚が設定されている。 These band-pass filters 91a, 91b, 91c, 91d have a so-called dielectric thin film interference type having a flat plate shape including a known laminated structure of dielectric thin films between the light incident surface 92 and the light emitting surface 93. It is a filter. With such a structure, the band-pass filters 91a, 91b, 91c, and 91d can selectively transmit light in a wavelength range corresponding to the incident angle of light with respect to the light incident surface 92. And the material and film thickness of each dielectric thin film are set so that the characteristic of the transmission wavelength range with respect to an incident angle may differ between the four band pass filters 91a-91d.
図3には、入射光に対するバンドパスフィルタ91a〜91dの透過波長域のピーク波長の入射角依存性、図4(a)〜(d)には、それぞれのバンドパスフィルタ91a〜91dの入射角毎の光透過率の波長特性を示している。例えば、バンドパスフィルタ91aは、光入射面92に対する光の入射角が0度(垂直入射)の場合は、中心波長が約700nmで半値幅が数nmの透過波長域の特性を有し、入射角を大きくするに従って透過波長域が短波長側にシフトし、入射角が50度の場合は中心波長が約610nmの透過波長域の特性を有する。また、バンドパスフィルタ91b,91c,91dは、それぞれ、入射角が0度の場合に中心波長が約610nm、約530nm、約460nm、入射角が50度の場合に中心波長が約530nm、約460nm、約400nmとなり、バンドパスフィルタ91aとは異なる透過波長域特性を有する。つまり、入射角が0度のピーク波長を基準にして入射角の絶対値が大きくなるに従ってピーク波長が短くなり、入射角が45度でその変化率は最大となり、それよりも大きくなると変化率は減少する。 3 shows the incident angle dependence of the peak wavelength in the transmission wavelength range of the bandpass filters 91a to 91d with respect to the incident light, and FIGS. 4A to 4D show the incident angles of the respective bandpass filters 91a to 91d. The wavelength characteristic of each light transmittance is shown. For example, when the incident angle of light with respect to the light incident surface 92 is 0 degree (perpendicular incidence), the band pass filter 91a has characteristics of a transmission wavelength region with a center wavelength of about 700 nm and a half-value width of several nm. As the angle increases, the transmission wavelength region shifts to the short wavelength side. When the incident angle is 50 degrees, the transmission wavelength region has a characteristic of a transmission wavelength region with a center wavelength of about 610 nm. The bandpass filters 91b, 91c, and 91d have center wavelengths of about 610 nm, about 530 nm, and about 460 nm when the incident angle is 0 degrees, and about 530 nm and about 460 nm when the incident angle is 50 degrees. , Which is about 400 nm, and has a transmission wavelength band characteristic different from that of the bandpass filter 91a. In other words, the peak wavelength becomes shorter as the absolute value of the incident angle becomes larger with reference to the peak wavelength where the incident angle is 0 degree, the change rate becomes maximum when the incident angle is 45 degrees, and the change rate becomes larger than that. Decrease.
図2に戻って、上記構成のバンドパスフィルタ91a〜91dは、回転テーブル90の主面90aに対して、その光入射面92および光出射面93がほぼ垂直になるように固定されている。詳細には、バンドパスフィルタ91a〜91dの主面90a上の中心点95a〜95dと主面90aの回転中心C1とを結んだ線が、それぞれ、バンドパスフィルタ91a〜91dの光入射面92および光出射面93に対して傾斜し、その傾斜角が互いに等しくなるように設定されている。さらに、それぞれの光出射面93と主面90aとで形成される4つの交線96a〜96dが、1つの仮想的な内接円97に接し、かつ、バンドパスフィルタ91a〜91dの中心点95a〜95dがこの内接円97の外側に位置するように設定されている。加えて、バンドパスフィルタ91a〜91dは、その中心点95a〜95dと回転中心C1とを結ぶ4つの線が互いに等角度、すなわち90度を成すように配置されている。すなわち、4つのバンドパスフィルタ91a〜91dは、主面90a上において回転中心C1を中心にして4回回転対称となるように配置されることになる。 Returning to FIG. 2, the bandpass filters 91 a to 91 d configured as described above are fixed so that the light incident surface 92 and the light emitting surface 93 are substantially perpendicular to the main surface 90 a of the turntable 90. In particular, connecting the rotational center C 1 of the center point 95a~95d the principal surface 90a on the main surface 90a of the band-pass filter 91a to 91d lines, respectively, the light incident surface of the band-pass filter 91a to 91d 92 And the light exit surface 93 is inclined so that the inclination angles are equal to each other. Further, four intersecting lines 96a to 96d formed by the respective light emitting surfaces 93 and the main surface 90a are in contact with one virtual inscribed circle 97, and the center point 95a of the bandpass filters 91a to 91d. ˜95d is set so as to be located outside the inscribed circle 97. In addition, the band-pass filter 91a to 91d, 4 single line connecting the center point thereof 95a~95d the rotation center C 1 is arranged so as to form an equal angle, i.e. 90 degrees. That is, four bandpass filters 91a~91d will be arranged around the rotational center C 1 on the main surface 90a so as to be 4-fold rotational symmetry.
また、バンドパスフィルタ91a〜91dには、その中心点95a〜95dの近傍に
その中心点95a〜95dと回転中心C1とを結んだ線に対する光入射面92および光出射面93の傾斜角を微調整するためにシャフト部材やネジ部材等の回転軸部材98a〜98dが取り付けられていてもよい。
Further, the band-pass filter 91a to 91d, the inclination angle of the light incident surface 92 and the light emitting surface 93 against the vicinity of a line drawn between the center point 95a~95d the rotation center C 1 of the center point 95a~95d Rotating shaft members 98a to 98d such as shaft members and screw members may be attached for fine adjustment.
上記構造のフィルタ回転体9は、主面90aがXY平面に平行となり、主面90a上の回転中心C1と主面90aの周縁部との間に水平偏光成分L3が入射するように配置される。これにより、バンドパスフィルタ91a〜91dのいずれかを偏光成分L3の光路上に位置するように回転させて選択的に偏光成分L3を入射させることが可能になるとともに、バンドパスフィルタ91a〜91dに対する入射角を所定の角度範囲で変更可能にされる。この場合の各バンドパスフィルタの入射角の可変範囲は、偏光成分L3のビーム径、バンドパスフィルタの枚数、及びバンドパスフィルタの形状や配置によって決まる。 Filter rotating body 9 of the structure is parallel main surface 90a is the XY plane, is arranged such that the horizontally polarized light component L3 incident on between the peripheral portion of the rotation center C 1 and the main surface 90a on the main surface 90a The As a result, any one of the bandpass filters 91a to 91d can be rotated so as to be positioned on the optical path of the polarization component L3, and the polarization component L3 can be selectively incident, and the bandpass filters 91a to 91d can be made to enter. The incident angle can be changed within a predetermined angle range. In this case, the variable range of the incident angle of each bandpass filter is determined by the beam diameter of the polarization component L3, the number of bandpass filters, and the shape and arrangement of the bandpass filters.
図1に戻って、フィルタ回転体9と高反射ミラー11との間に配置された1/4波長板10は、フィルタ回転体9を+X軸方向に透過してきた偏光成分L3を、水平偏光から円偏光に変換する。高反射ミラー11は、円偏光に変換された偏光成分L3を、−X軸方向に沿って1/4波長板10、フィルタ回転体9、及び偏光分離素子8に戻すように反射させる。そして、1/4波長板10は、高反射ミラー11によって反射された偏光成分L3を、円偏光から垂直偏光に変換する。垂直偏光に変換された偏光成分L3は、−X軸方向に沿って、再びフィルタ回転体9を透過した後に偏光分離素子8に入射し、偏光分離素子8によって−Y軸方向に反射されることによって光源3からの光L2と分離される。 Returning to FIG. 1, the quarter wavelength plate 10 disposed between the filter rotator 9 and the high reflection mirror 11 converts the polarization component L3 transmitted through the filter rotator 9 in the + X-axis direction from the horizontally polarized light. Convert to circularly polarized light. The high reflection mirror 11 reflects the polarization component L3 converted into circularly polarized light so as to return to the quarter-wave plate 10, the filter rotator 9, and the polarization separation element 8 along the −X axis direction. The quarter-wave plate 10 converts the polarization component L3 reflected by the high reflection mirror 11 from circularly polarized light to vertical polarized light. The polarized light component L3 converted into the vertically polarized light passes through the filter rotator 9 again along the −X axis direction, enters the polarization separation element 8, and is reflected by the polarization separation element 8 in the −Y axis direction. Is separated from the light L2 from the light source 3.
さらに、光変換光学系5には、偏光分離素子8に対して−Y軸方向に順に並ぶように、ビームサンプラー14、偏光解消板15、シャッタ16、及び集光レンズ17が設けられている。偏光分離素子8において−Y軸方向に反射された偏光成分L3は、その一部がビームサンプラー14によって反射されて、パワーモニタ18に導かれてその光強度がモニタされる。その一方で、偏光成分L3は、ビームサンプラー14、偏光解消板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、外部に出射される。この偏光解消板15は、直線偏光である偏光成分L3をランダムな偏光成分(非偏光)に変更するための素子である。 Further, the light conversion optical system 5 is provided with a beam sampler 14, a depolarization plate 15, a shutter 16, and a condenser lens 17 so as to be arranged in order in the −Y-axis direction with respect to the polarization separation element 8. A part of the polarization component L3 reflected in the −Y-axis direction by the polarization separation element 8 is reflected by the beam sampler 14 and guided to the power monitor 18 to monitor its light intensity. On the other hand, the polarization component L3 is emitted to the outside by being guided to the optical fiber 4 through the beam sampler 14, the depolarization plate 15, the shutter 16, and the condenser lens 17. The depolarizing plate 15 is an element for changing the polarization component L3 that is linearly polarized light into a random polarization component (non-polarized light).
次に、制御系30の構成について説明すると、制御系30は、光源3を給電する光源用電源31と、回転機構94を回転駆動する駆動回路32と、光源用電源31、駆動回路32、及びパワーモニタ18に接続された制御回路33とから構成されている。 Next, the configuration of the control system 30 will be described. The control system 30 includes a light source power source 31 that supplies power to the light source 3, a drive circuit 32 that rotationally drives the rotation mechanism 94, a light source power source 31, a drive circuit 32, and The control circuit 33 is connected to the power monitor 18.
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18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。 A computer terminal 34 is connected to the control circuit 33 so that the light intensity value monitored by the power monitor 18 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.
また、制御回路33は、コンピュータ端末34からの制御信号に応じて、回転機構94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91a〜91dに対する入射角が所定の角度になるように回転機構94の回転角を変更制御する。この回転角は、光源装置1から最終的に出力される発光波長域の中心波長に対応して定められる。 The control circuit 33 also has a function of controlling the rotation angle of the rotation mechanism 94 in accordance with a control signal from the computer terminal 34. At this time, the control circuit 33 changes and controls the rotation angle of the rotation mechanism 94 so that the incident angles with respect to the bandpass filters 91a to 91d become a predetermined angle. This rotation angle is determined corresponding to the center wavelength of the light emission wavelength region that is finally output from the light source device 1.
図5を参照して、バンドパスフィルタ91aの入射角の可変範囲について例示する。同図では、偏光成分L3のビーム径が5mm、バンドパスフィルタ91aの主面90aに沿った幅及び厚さが11mm、2mm、回転中心C1からバンドパスフィルタ91aまでの最短距離R1が16.6mmの場合のバンドパスフィルタ91aへの偏光成分L3の入射状態を示している。まず、図5(a)には、バンドパスフィルタ91aの入射角が0度の場合を示しており、このとき偏光成分L3の光路上には他のバンドパスフィルタが位置しないために、バンドパスフィルタ91a〜91d間で干渉することはない。また、図5(b)には、バンドパスフィルタ91a〜91dを反時計回りに回転させてバンドパスフィルタ91aへの入射角を25度に設定した状態、図5(c)には、バンドパスフィルタ91a〜91dを反時計回りにさらに回転させてバンドパスフィルタ91aへの入射角を50度に設定した状態を示しており、どちらの場合もバンドパスフィルタ91a〜91d間で干渉することはない。図5(c)の状態からさらに回転させると、バンドパスフィルタ91bが偏光成分L3の光路上に入ってきてしまうため、2つのバンドパスフィルタ91a,91b間で互いの透過特性が干渉し合って安定した出力波長が得られなくなる。従って、この場合の各バンドパスフィルタ91a〜91dの入射角の可変範囲は0度〜50度ということになる。 With reference to FIG. 5, the variable range of the incident angle of the band-pass filter 91a is illustrated. In the figure, the beam diameter of the polarized light component L3 is 5 mm, the width and thickness along the main surface 90a of the band-pass filter 91a is 11 mm, 2 mm, the shortest distance R 1 from the center of rotation C 1 to band pass filter 91a is 16.6 The incident state of the polarization component L3 to the bandpass filter 91a in the case of mm is shown. First, FIG. 5A shows a case where the incident angle of the band-pass filter 91a is 0 degree. At this time, no other band-pass filter is positioned on the optical path of the polarization component L3. There is no interference between the filters 91a to 91d. FIG. 5B shows a state in which the bandpass filters 91a to 91d are rotated counterclockwise so that the incident angle to the bandpass filter 91a is set to 25 degrees, and FIG. 5C shows the bandpass filters. This shows a state in which the filters 91a to 91d are further rotated counterclockwise to set the incident angle to the bandpass filter 91a to 50 degrees, and in either case, there is no interference between the bandpass filters 91a to 91d. . If the bandpass filter 91b is further rotated from the state of FIG. 5C, the transmission characteristics of the two bandpass filters 91a and 91b interfere with each other because the bandpass filter 91b enters the optical path of the polarization component L3. A stable output wavelength cannot be obtained. Accordingly, in this case, the variable range of the incident angle of each of the bandpass filters 91a to 91d is 0 degree to 50 degrees.
図6には、本実施形態においてバンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角を0度〜50度の範囲で変更した場合の光透過率の波長特性を簡略化して示している。このように、バンドパスフィルタ91a〜91dを切り替えながらそれらに関する入射角も制御することで、光源装置1の発光波長の可変域として約400nm〜700nmまでの広い範囲が実現されることがわかる。 FIG. 6 shows a simplified wavelength characteristic of the light transmittance when the incident angle to the bandpass filters 91a to 91d is changed in the range of 0 degree to 50 degrees in the present embodiment. In this way, it is understood that a wide range of about 400 nm to 700 nm is realized as the variable range of the emission wavelength of the light source device 1 by controlling the incident angles related to them while switching the bandpass filters 91a to 91d.
以上説明した光源装置1によれば、光源3からの光のうち偏光分離素子8によって分離された直線偏光成分L3が、高反射ミラー11によって偏光分離素子8に向けて戻されることにより、偏光分離素子8と高反射ミラー11との間に配置されたフィルタ回転体9及び1/4波長板10を往復して透過された後に、偏光分離素子8を介して光源3からの光と分離して取り出される。これにより、フィルタ回転体9を構成するバンドパスフィルタ91a〜91dに対する入射角に関わらず出力光の光軸ずれが低減される。すなわち、図7に示すように、偏光成分L3が、屈折率n、厚さtのバンドパスフィルタ91aの端面92に対して入射角θ、屈折角θ’で入射する場合を想定すると、端面92から出射する際の光軸ずれDは、下記式(1);
D=t×sinθ×{1−cosθ/(n×cosθ’)}
で計算される。ここで、偏光成分L3は、バンドパスフィルタ91aを端面92側から入射して透過した後、高反射ミラー11によって反射されて、バンドパスフィルタ91aを端面93側から再度入射して透過する。その結果、偏光分離素子8に戻される際には偏光成分L3の光軸ずれはキャンセルされることになる。
According to the light source device 1 described above, the linearly polarized light component L3 separated by the polarization separation element 8 out of the light from the light source 3 is returned toward the polarization separation element 8 by the high reflection mirror 11, whereby polarization separation is performed. After reciprocating and passing through the filter rotating body 9 and the quarter wavelength plate 10 disposed between the element 8 and the high reflection mirror 11, the light is separated from the light from the light source 3 through the polarization separation element 8. It is taken out. Thereby, the optical axis shift of output light is reduced irrespective of the incident angle with respect to the band pass filters 91a-91d which comprise the filter rotary body 9. FIG. That is, as shown in FIG. 7, assuming that the polarization component L3 is incident on the end face 92 of the bandpass filter 91a having the refractive index n and the thickness t at the incident angle θ and the refraction angle θ ′, the end face 92 The optical axis deviation D at the time of emission from the following formula (1):
D = t × sin θ × {1-cos θ / (n × cos θ ′)}
Calculated by Here, the polarization component L3 is incident on and transmitted through the bandpass filter 91a from the end surface 92 side, is then reflected by the high reflection mirror 11, and is incident on the bandpass filter 91a again from the end surface 93 side for transmission. As a result, when the light is returned to the polarization separation element 8, the optical axis shift of the polarization component L3 is cancelled.
また、偏光成分L3がフィルタ回転体9を往復して透過することにより、バンドパスフィルタでの二乗の光阻止効果が得られ、従来に斜入射時に発生していた光阻止性能の低下を低減することができる。 Further, the polarization component L3 reciprocates through the filter rotator 9 to obtain a square light blocking effect in the band-pass filter, thereby reducing a decrease in light blocking performance that has conventionally occurred during oblique incidence. be able to.
さらに、光源装置1では、フィルタ回転体9の回転テーブル90の主面90aに沿って偏光成分L3が往復して入射されて、その偏光成分L3がバンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角に応じた波長範囲で選択的にバンドパスフィルタ91a〜91dを透過されて出力される。この際、回転テーブル90を主面90aの回転中心C1を中心に回転させることによって、偏光成分L3が透過する4個のバンドパスフィルタ91a〜91dを交互に切り替えることができると共に、それぞれの4個のバンドパスフィルタ91a〜91dへの光の入射角も変化させることができる。従って、透過波長を連続的に変更することが可能になる。特に、バンドパスフィルタ91a〜91dを、その端面92,93が主面90a上の回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91dの主面90a上の中心点95a〜95dとを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数のバンドパスフィルタ間の干渉が広い回転角の範囲で低減される。その結果、バンドパスフィルタへの入射角の可変範囲を大きくした場合の出力光の光軸ずれを低減しつつ、選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。 Furthermore, in the light source device 1, the polarization component L3 is reciprocated along the main surface 90a of the rotary table 90 of the filter rotator 9, and the polarization component L3 corresponds to the incident angle to the bandpass filters 91a to 91d. The light is selectively transmitted through the bandpass filters 91a to 91d in the selected wavelength range. At this time, by rotating the rotary table 90 around the rotation center C 1 of the main surface 90a, with the four band-pass filters 91a~91d polarization component L3 is transmitted may be switched alternately, each of the four The incident angle of light to the individual bandpass filters 91a to 91d can also be changed. Therefore, it is possible to continuously change the transmission wavelength. In particular, the band-pass filter 91a to 91d, with respect to a line that end surfaces 92 and 93 connecting the center point 95a~95d on the main surface 90a of the rotation center C 1 and the band pass filter 91a to 91d on the main surface 90a By arranging to incline, interference between a plurality of bandpass filters is reduced in a wide range of rotation angles. As a result, it is possible to easily widen the variable range of the selected wavelength while reducing the optical axis shift of the output light when the variable range of the incident angle to the bandpass filter is increased.
特に、バンドパスフィルタ91a〜91dを、その光入射面92が主面90a上の回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91dの中心点95a〜95dとを結ぶ線に対して傾斜するように配置することで、複数のバンドパスフィルタ91a〜91d間の干渉が広い回転角(入射角)の範囲で低減される結果、回転テーブル90を大きくすること無しに発光波長の可変範囲を容易に広くすることができる。 In particular, the band-pass filter 91a to 91d, so that the light incident surface 92 is inclined with respect to a line connecting the center point 95a~95d of the rotation center C 1 and the band pass filter 91a to 91d on the main surface 90a arranged As a result, interference between the plurality of band-pass filters 91a to 91d is reduced in a wide range of rotation angles (incident angles). As a result, the variable range of the emission wavelength can be easily widened without increasing the rotation table 90. be able to.
また、4個のバンドパスフィルタ91a〜91dは、主面90aと光入射面92又は光出射面93とで形成されるそれぞれの交線96a〜96dが1つの内接円97に接するように搭載されているので、それぞれのバンドパスフィルタ91a〜91dの光の入射角の可変範囲を均等にすることができ、限られた回転テーブル90の面積に対して発光波長の可変範囲を効率良く広げることが出来る。 The four band pass filters 91a to 91d are mounted so that the intersecting lines 96a to 96d formed by the main surface 90a and the light incident surface 92 or the light emitting surface 93 are in contact with one inscribed circle 97. Therefore, the variable range of the incident angle of light of each of the bandpass filters 91a to 91d can be made uniform, and the variable range of the emission wavelength can be efficiently expanded with respect to the limited area of the rotary table 90. I can do it.
また、4個のバンドパスフィルタ91a〜91dは、それぞれ、主面90a上において内接円97の外側に位置するので、バンドパスフィルタ91a〜91d間の干渉をより一層低減することが出来る。 Further, since the four band pass filters 91a to 91d are respectively located outside the inscribed circle 97 on the main surface 90a, interference between the band pass filters 91a to 91d can be further reduced.
さらに、4個のバンドパスフィルタ91a〜91dは、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91dの中心点95a〜95dとを結ぶ線が互いに等角度を成しており、主面90a上において回転中心C1を中心にして4回回転対称となるように配置されているので、それぞれのバンドパスフィルタ91a〜91dの光の入射角の可変範囲を均等にすることができ、限られた回転テーブル90の面積に対して発光波長の可変範囲をさらに効率良く広げることが出来る。 Furthermore, the four band-pass filters 91a to 91d, the line connecting the center point 95a~95d of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a to 91d are at an equal angle to each other, the rotation on the main surface 90a since then the center C 1 centered are disposed such that the 4-fold rotational symmetry, the variable range of the incident angle of light of the respective band-pass filter 91a~91d can be made uniform, limited turntable The variable range of the emission wavelength can be more efficiently expanded with respect to the area of 90.
ここで、本実施形態による発光波長の可変範囲の拡大効果を、比較例と比較することにより説明する。図19及び図20は、本発明の比較例であるフィルタ回転体の構造を示す平面図である。 Here, the expansion effect of the variable range of the emission wavelength according to the present embodiment will be described by comparing with a comparative example. 19 and 20 are plan views showing the structure of a filter rotator as a comparative example of the present invention.
図19に示すフィルタ回転体909Aは、バンドパスフィルタ91a〜91dの主面90aに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91dが、回転中心C1からの最短距離が1mm、回転中心C1と中心点95a〜95dとを結ぶ線に対する光入射面92の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Aを回転させた場合は、バンドパスフィルタ91a〜91d間で干渉を生じないためには、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度(図19の実線で示す状態)〜21度(図19の点線で示す状態)に制限される。 Filter rotating body 909A shown in FIG. 19, band-pass filters 91a~91d width and thickness along the main surface 90a is 10mm, and a 2 mm, band pass filter 91a~91d is the shortest from the center of rotation C 1 distance 1 mm, an example in which the inclination angle of the light incident surface 92 is arranged such that 0 ° with respect to the line connecting the rotational center C 1 and the center point 95a to 95d. When this filter rotator 909A is rotated, in order to prevent interference between the bandpass filters 91a to 91d, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is 0 degrees (solid line in FIG. 19). ) To 21 degrees (state indicated by a dotted line in FIG. 19).
また、図20(a)に示すフィルタ回転体909Bは、フィルタ回転体909Aの回転中心C1からの最短距離を5mmに広げた場合の例である。この場合、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜27度となりやや拡がるが、本実施形態のフィルタ回転体9に比較するとかなり制限されている。 Further, the filter rotating body 909B shown in FIG. 20 (a) is an example of a case in which spread the shortest distance from the rotation center C 1 of the filter rotating body 909A to 5 mm. In this case, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is slightly expanded from 0 degrees to 27 degrees, but is considerably limited as compared with the filter rotating body 9 of the present embodiment.
また、図20(b)に示すフィルタ回転体909Cは、フィルタ回転体909Aに対して、バンドパスフィルタ91a〜91dの幅及び厚さを18mm、2mmに変更し、回転中心C1からの最短距離を32mmに広げた場合の例である。この場合、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜39度と拡大されるが、本実施形態のフィルタ回転体9に比較すると狭くなっている。それにもかかわらず、フィルタ回転体9の回転テーブル90の直径約30mmに比較して、フィルタ回転体909Cの回転テーブル90の直径を102mm程度にかなり大きくする必要がある。 Further, the filter rotating body 909C shown in FIG. 20 (b), the filter rotating body 909A, and change the width and thickness of the band-pass filter 91a to 91d 18 mm, in 2 mm, the shortest distance from the center of rotation C 1 This is an example when the width is expanded to 32 mm. In this case, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is expanded to 0 to 39 degrees, but is narrower than the filter rotating body 9 of the present embodiment. Nevertheless, it is necessary to make the diameter of the rotary table 90 of the filter rotary body 909C considerably larger than that of the rotary table 90 of the filter rotary body 9 to about 102 mm.
このように、バンドパスフィルタ91a〜91dを回転中心C1と中心点95a〜95dとを結ぶ線に沿って配置した場合は、隣接するフィルタ間の干渉によりフィルタ1枚あたりに割り当てられる入射角度に制約が発生してしまう。また、バンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角が0度を跨った正負の角度の範囲となるため(例えば、フィルタ回転体909Aの場合、±21度の範囲)、実質的な入射角変化量が角度可変範囲の半分の角度となってしまう。これに対して、バンドパスフィルタ91a〜91dを回転中心C1と中心点95a〜95dとを結ぶ線に傾斜させて配置した本実施形態の場合は、フィルタ1枚あたりに割り当てられる入射角度を効率的に広げることが出来ると共に、その入射角度の可変範囲を有効に利用して実質的な入射角を変化させることができる。さらに、本実施形態の場合は、そのようなメリットをフィルタ回転体9を大型化することなく実現することができる。 Thus, when placed along the line connecting the bandpass filter 91a~91d rotational center C 1 and the center point 95a to 95d, the angle of incidence allocated per one filter by interference between adjacent filters Restrictions occur. Further, since the incident angle to the bandpass filters 91a to 91d is in a range of positive and negative angles over 0 degrees (for example, in the case of the filter rotating body 909A, a range of ± 21 degrees), the substantial incident angle change amount Becomes half the angle variable range. Efficiency contrast, in the case of the present embodiment is arranged to be inclined to the line connecting the bandpass filter 91a~91d rotational center C 1 and the center point 95a to 95d, the angle of incidence allocated per one filter In addition, the substantial incident angle can be changed by effectively utilizing the variable range of the incident angle. Furthermore, in the case of this embodiment, such a merit can be realized without increasing the size of the filter rotator 9.
ここで、図1において、波長選択素子7からビームダンパー12に導かれる波長成分に関しても、フィルタ回転体および回転機構を含む同様な構成の波長選択機構を設けることで、異なる波長域の2つの波長の光を同時に出力可能となる。また、この場合に波長選択素子7をハーフミラーとすれば、同じ波長域において2つの波長の光を同時に出力可能となる。更にこの場合に、波長選択素子7の透過率を適宜選択して複数段配置し、それに対応して波長選択機構を設けることで、多波長出力を得ることも可能になる。 Here, in FIG. 1, the wavelength component guided from the wavelength selection element 7 to the beam damper 12 is also provided with a wavelength selection mechanism having a similar configuration including a filter rotator and a rotation mechanism, whereby two wavelengths in different wavelength regions are provided. Can be output simultaneously. In this case, if the wavelength selecting element 7 is a half mirror, light of two wavelengths can be output simultaneously in the same wavelength region. Furthermore, in this case, it is possible to obtain a multi-wavelength output by appropriately selecting the transmittance of the wavelength selection element 7 and arranging a plurality of stages and providing a wavelength selection mechanism corresponding thereto.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。同図に示す光源装置101と第1実施形態にかかる光源装置1との相違点は、1/4波長板10が偏光分離素子8とフィルタ回転体9との間に配置され、水平偏光成分L3を基に円偏光に変換された光成分がフィルタ回転体9を往復するように構成されている点である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of the light source device according to the second embodiment of the present invention. The difference between the light source device 101 shown in the figure and the light source device 1 according to the first embodiment is that a quarter-wave plate 10 is disposed between the polarization separation element 8 and the filter rotator 9, and the horizontal polarization component L3. The light component converted into the circularly polarized light based on the above is configured to reciprocate through the filter rotator 9.
このような光源装置101では、光源3側から偏光分離素子8を透過した水平偏光成分L3は、1/4波長板10を透過することによって円偏光に変換されてフィルタ回転体9に入射する。フィルタ回転体9を透過した偏光成分L3は、高反射ミラー11によって反射されて再びフィルタ回転体9を透過した後、1/4波長板10で垂直偏光に変換される。垂直偏光に変換された偏光成分L3は偏光分離素子8によって反射されて光源3からの光と分離されて出力される。ここで、フィルタ回転体9におけるバンドパスフィルタ91a〜91dに対する偏光成分L3の入射角が0度になるように設定した場合は、バンドパスフィルタ91a〜91dの光入射面92で反射された波長成分と、バンドパスフィルタ91a〜91dを透過して高反射ミラー11で反射されて戻された波長成分とが、1/4波長板で垂直偏光に変換されて偏光分離素子8に同時に入射された後に、偏光分離素子8により光ファイバ4側に反射される。これにより、光源3から出射されて波長選択素子7によって選択された波長範囲の光を、そのまま広帯域の光(白色出力)として取り出すことができる。 In such a light source device 101, the horizontal polarization component L 3 that has passed through the polarization separation element 8 from the light source 3 side is converted into circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 10 and is incident on the filter rotator 9. The polarized light component L3 that has passed through the filter rotator 9 is reflected by the high reflection mirror 11, passes through the filter rotator 9 again, and then converted into vertical polarization by the quarter-wave plate 10. The polarization component L3 converted into the vertically polarized light is reflected by the polarization separation element 8, separated from the light from the light source 3, and output. Here, when the incident angle of the polarization component L3 with respect to the bandpass filters 91a to 91d in the filter rotator 9 is set to 0 degree, the wavelength component reflected by the light incident surface 92 of the bandpass filters 91a to 91d. And the wavelength component transmitted through the band-pass filters 91a to 91d and reflected back by the high reflection mirror 11 is converted into vertical polarized light by the quarter wavelength plate and simultaneously incident on the polarization separating element 8. Reflected by the polarization separation element 8 toward the optical fiber 4. Thereby, the light in the wavelength range emitted from the light source 3 and selected by the wavelength selection element 7 can be extracted as broadband light (white output) as it is.
図9(a)には、本実施形態においてバンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角が0度(垂直入射)の場合の光透過率の波長特性を、図9(b)には、バンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角を0度〜50度の範囲で変更した(斜入射)場合の光透過率の波長特性を簡略化して示している。このように、バンドパスフィルタ91a〜91dを切り替えながらそれらに関する入射角も制御することで、光源装置101の発光波長の可変域として約400nm〜700nmまでの広い範囲が実現されるとともに、白色出力も容易に実現することができる。 FIG. 9A shows the wavelength characteristics of light transmittance when the angle of incidence on the band-pass filters 91a to 91d is 0 degree (vertical incidence) in the present embodiment, and FIG. The wavelength characteristics of the light transmittance when the incident angles to the filters 91a to 91d are changed in the range of 0 degree to 50 degrees (oblique incidence) are shown in a simplified manner. In this way, by controlling the incident angles relating to the bandpass filters 91a to 91d while switching the bandpass filters 91a to 91d, a wide range from about 400 nm to 700 nm is realized as a variable range of the emission wavelength of the light source device 101, and a white output is also provided. It can be easily realized.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。同図に示す光源装置201と第1実施形態にかかる光源装置1との相違点は、光源装置1のフィルタ回転体9、1/4波長板10、及び高反射ミラー(ミラー部材)11と同一の構成要素を、2系統有する点である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device according to the third embodiment of the present invention. The difference between the light source device 201 shown in the figure and the light source device 1 according to the first embodiment is the same as the filter rotating body 9, the quarter wavelength plate 10, and the high reflection mirror (mirror member) 11 of the light source device 1. This is a point having two systems.
具体的には、偏光分離素子8から+X軸方向に沿って順に配置されたフィルタ回転体9A、1/4波長板10A、及び高反射ミラー11Aに加えて、偏光分離素子8から+Y軸方向に沿って順に、フィルタ回転体9B、1/4波長板10B、及び高反射ミラー11Bが設けられている。 Specifically, in addition to the filter rotating body 9A, the quarter wavelength plate 10A, and the high reflection mirror 11A that are sequentially arranged from the polarization separation element 8 along the + X-axis direction, the polarization separation element 8 extends in the + Y-axis direction. A filter rotating body 9B, a quarter-wave plate 10B, and a high reflection mirror 11B are provided in this order.
このような構成の光源装置201においては、偏光分離素子8によって反射されて+Y軸方向に進行した垂直偏光成分L4が、高反射ミラー11Bによって反射されることによって、フィルタ回転体9B及び1/4波長板10Bを往復して透過する。これにより、偏光成分L4から所望の波長成分を選択することができるとともに、水平偏光の状態で偏光分離素子8に入射されることで光源3からの光と分離して光ファイバ4側に取り出すことができる。従って、2系統のフィルタ回転体9A,9Bを備えて、それぞれのフィルタ回転体9A,9Bの回転角を制御回路33に接続されたコンピュータ端末34によって制御することにより、2波長を同時に光ファイバ4に出力することもできるし、2系統の出力光を重ね合わせて帯域幅を拡大させることもできる。また、2つのフィルタ回転体9A,9Bのバンドパスフィルタの回転角を一致させることで、エネルギ損失が少ない状態で単波長出力を自在に得ることができる。 In the light source device 201 having such a configuration, the vertical polarization component L4 reflected by the polarization separation element 8 and traveling in the + Y-axis direction is reflected by the high reflection mirror 11B, whereby the filter rotators 9B and ¼. The light passes back and forth through the wave plate 10B. As a result, a desired wavelength component can be selected from the polarization component L4, and it is separated from the light from the light source 3 by being incident on the polarization separation element 8 in the state of horizontal polarization, and is extracted to the optical fiber 4 side. Can do. Therefore, two wavelengths of the filter rotators 9A and 9B are provided, and the rotation angles of the filter rotators 9A and 9B are controlled by the computer terminal 34 connected to the control circuit 33, so that the two wavelengths can be simultaneously transmitted to the optical fiber 4. It is also possible to increase the bandwidth by superimposing two systems of output light. Further, by matching the rotation angles of the bandpass filters of the two filter rotators 9A and 9B, a single wavelength output can be freely obtained with little energy loss.
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。図11は、本発明の第4実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。同図に示す光源装置301と第2実施形態にかかる光源装置101との相違点は、光源装置101の1/4波長板10、フィルタ回転体9、及び高反射ミラー(ミラー部材)11と同一の構成要素を、2系統有する点である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11: is a top view which shows schematic structure of the light source device which concerns on 4th Embodiment of this invention. The difference between the light source device 301 shown in the figure and the light source device 101 according to the second embodiment is the same as the quarter wavelength plate 10, the filter rotating body 9, and the high reflection mirror (mirror member) 11 of the light source device 101. This is a point having two systems.
具体的には、偏光分離素子8から+X軸方向に沿って順に配置された1/4波長板10A、フィルタ回転体9A、及び高反射ミラー11Aに加えて、偏光分離素子8から+Y軸方向に沿って順に、1/4波長板10B、フィルタ回転体9B、及び高反射ミラー11Bが設けられている。 Specifically, in addition to the quarter-wave plate 10A, the filter rotating body 9A, and the high reflection mirror 11A arranged in order along the + X axis direction from the polarization separation element 8, the polarization separation element 8 extends in the + Y axis direction. A quarter-wave plate 10B, a filter rotator 9B, and a high reflection mirror 11B are provided in this order.
このような構成の光源装置301においては、偏光分離素子8によって反射されて+Y軸方向に進行した垂直偏光成分L4が、高反射ミラー11Bによって反射されることによって、1/4波長板10B及びフィルタ回転体9Bを往復して透過する。これにより、偏光成分L4から所望の波長成分を選択することができるとともに、水平偏光の状態で偏光分離素子8に入射されることで光源3からの光と分離して光ファイバ4側に取り出すことができる。さらには、フィルタ回転体9Bのバンドパスフィルタ91a〜91dへの偏光成分L4の入射角が0度になるように制御することにより、光ファイバ4から広帯域の光を出力させることも可能である。従って、2系統のフィルタ回転体9A,9Bを備えて、それぞれのフィルタ回転体9A,9Bの回転角を制御回路33に接続されたコンピュータ端末34によって制御することにより、2波長を同時に光ファイバ4に出力することもできるし、白色出力も容易に得ることができる。また、2つのフィルタ回転体9A,9Bのバンドパスフィルタの回転角を一致させることで、エネルギ損失が少ない状態で単波長出力及び白色出力を自在に得ることができる。 In the light source device 301 having such a configuration, the vertical polarization component L4 reflected by the polarization separation element 8 and traveling in the + Y-axis direction is reflected by the high reflection mirror 11B, whereby the quarter wavelength plate 10B and the filter It passes back and forth through the rotating body 9B. As a result, a desired wavelength component can be selected from the polarization component L4, and it is separated from the light from the light source 3 by being incident on the polarization separation element 8 in the state of horizontal polarization, and is extracted to the optical fiber 4 side. Can do. Furthermore, it is also possible to output broadband light from the optical fiber 4 by controlling the incident angle of the polarization component L4 to the bandpass filters 91a to 91d of the filter rotating body 9B to be 0 degree. Therefore, two wavelengths of the filter rotators 9A and 9B are provided, and the rotation angles of the filter rotators 9A and 9B are controlled by the computer terminal 34 connected to the control circuit 33, so that the two wavelengths can be simultaneously transmitted to the optical fiber 4. Or a white output can be easily obtained. Further, by matching the rotation angles of the band-pass filters of the two filter rotators 9A and 9B, a single wavelength output and a white output can be freely obtained with little energy loss.
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態について説明する。図12は、本発明の第5実施形態に係る光源装置の概略構成を示す平面図である。同図に示す光源装置401と第3実施形態にかかる光源装置201との相違点は、フィルタ回転体9Bの代わりにフィルタ19Bが設けられている点である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a light source device according to the fifth embodiment of the present invention. The difference between the light source device 401 shown in the figure and the light source device 201 according to the third embodiment is that a filter 19B is provided instead of the filter rotating body 9B.
具体的には、フィルタ19Bは、偏光成分L4に含まれる波長帯域のうち所定の波長帯域を透過するための光学素子である。このフィルタ19Bの透過率特性により所定波長範囲のスペクトル形状を決定することができる。 Specifically, the filter 19B is an optical element for transmitting a predetermined wavelength band among the wavelength bands included in the polarization component L4. The spectral shape in the predetermined wavelength range can be determined by the transmittance characteristic of the filter 19B.
本実施形態の光源装置401においては、フィルタ19B、1/4波長板10Bを往復する偏光成分L4と、フィルタ回転体9A、1/4波長板10Aを往復する偏光成分L3とが合成されて光ファイバ4から出射される。これにより、広い波長帯域を有する白色光の偏光成分L4と、フィルタ回転体9Aの回転角を制御することで所望の狭帯域の波長成分を有する偏光成分L3とが重畳された光出力を得ることができる。 In the light source device 401 of this embodiment, the polarization component L4 that reciprocates through the filter 19B and the quarter-wave plate 10B and the polarization component L3 that reciprocates through the filter rotator 9A and the quarter-wave plate 10A are combined to produce light. The light is emitted from the fiber 4. As a result, a light output in which the polarization component L4 of white light having a wide wavelength band and the polarization component L3 having a wavelength component of a desired narrow band are controlled by controlling the rotation angle of the filter rotating body 9A is obtained. Can do.
図13には、本実施形態においてフィルタ回転体9Aのバンドパスフィルタ91a〜91dへの入射角を0度〜50度の範囲で変更した場合の光透過率の波長特性を簡略化して示している。このように、フィルタ回転体9Aの回転角を制御することで、白色光に約400nm〜700nmの範囲で変化する狭帯域成分が重畳された出力光を実現することができる。 FIG. 13 shows a simplified wavelength characteristic of light transmittance when the angle of incidence of the filter rotating body 9A on the bandpass filters 91a to 91d in the present embodiment is changed in the range of 0 degrees to 50 degrees. . In this way, by controlling the rotation angle of the filter rotating body 9A, it is possible to realize output light in which a narrowband component that changes in a range of about 400 nm to 700 nm is superimposed on white light.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、フィルタ回転体9,9A,9Bに搭載するバンドパスフィルタの枚数としては特定の枚数に限定されるものではなく、想定波長範囲およびフィルタ回転体9,9A,9Bの面積に応じて3以上の任意の枚数を選択してよい。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the number of band-pass filters mounted on the filter rotators 9, 9A, 9B is not limited to a specific number, and is 3 or more depending on the assumed wavelength range and the area of the filter rotators 9, 9A, 9B. Any number of sheets may be selected.
図14には、5枚のバンドパスフィルタ91a〜91eを有するフィルタ回転体109の構造を示している。この場合、偏光成分L3のビーム径が5mm、バンドパスフィルタ91a〜91eの主面90aに沿った幅及び厚さが10mm、2mm、回転中心C1からバンドパスフィルタ91a〜91eまでの最短距離R1が15.3mmとなっており、バンドパスフィルタ91a〜91eを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ91a〜91eの入射角の可変範囲は0度〜45度に設定される。 FIG. 14 shows a structure of a filter rotating body 109 having five band pass filters 91a to 91e. In this case, the beam diameter of the polarized light component L3 is 5 mm, the width and thickness along the main surface 90a of the band-pass filter 91a~91e is 10 mm, 2 mm, the shortest distance R from the center of rotation C 1 to bandpass filter 91a~91e When 1 is 15.3 mm and the bandpass filters 91a to 91e are rotated counterclockwise, the variable range of the incident angle of each of the bandpass filters 91a to 91e is set to 0 degree to 45 degrees.
また、図15には、6枚のバンドパスフィルタ91a〜91fを有するフィルタ回転体209の構造を示している。この場合、偏光成分L3のビーム径が5mm、バンドパスフィルタ91a〜91fの主面90aに沿った幅及び厚さが12mm、2mm、回転中心C1からバンドパスフィルタ91a〜91fまでの最短距離R1が39.4mmとなっており、バンドパスフィルタ91a〜91fを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ91a〜91fの入射角の可変範囲は0度〜45度に設定される。 FIG. 15 shows the structure of a filter rotating body 209 having six bandpass filters 91a to 91f. In this case, the beam diameter of the polarized light component L3 is 5 mm, the width and thickness along the main surface 90a of the band-pass filter 91a~91f is 12 mm, 2 mm, the shortest distance R from the center of rotation C 1 to bandpass filter 91a~91f When 1 is 39.4 mm and the bandpass filters 91a to 91f are rotated counterclockwise, the variable range of the incident angle of each of the bandpass filters 91a to 91f is set to 0 degree to 45 degrees.
また、図16には、3枚のバンドパスフィルタ91a〜91cを有するフィルタ回転体309の構造を示している。この場合、偏光成分L3のビーム径が10mm、バンドパスフィルタ91a〜91cの主面90aに沿った幅及び厚さが18mm、2mm、回転中心C1からバンドパスフィルタ91a〜91cまでの最短距離R1が3.16mmとなっており、バンドパスフィルタ91a〜91cを反時計回りに回転させると、各バンドパスフィルタ91a〜91cの入射角の可変範囲は0度〜50度に設定される。 FIG. 16 shows a structure of a filter rotating body 309 having three band pass filters 91a to 91c. In this case, the beam diameter of the polarized light component L3 is 10 mm, the shortest distance of the width and thickness along the main surface 90a of the band-pass filter 91 a - 91 c is 18 mm, 2 mm, from the center of rotation C 1 to band pass filter 91 a - 91 c R When 1 is 3.16 mm and the bandpass filters 91a to 91c are rotated counterclockwise, the variable range of the incident angle of each of the bandpass filters 91a to 91c is set to 0 degree to 50 degrees.
これに対して、図21(a)に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Dは、バンドパスフィルタ91a〜91eの主面90aに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91eが、回転中心C1からの最短距離が1.38mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91eの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Dを回転させた場合は、バンドパスフィルタ91a〜91e間で干渉を生じないためには、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜9度に制限される。また、図21(b)に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Eは、バンドパスフィルタ91a〜91eの主面90aに沿った幅及び厚さが10mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91eが、回転中心C1からの最短距離が16.38mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91eの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Eを回転させた場合は、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜24度に制限される。さらに、図21(c)に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Fは、バンドパスフィルタ91a〜91eの主面90aに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91eが、回転中心C1からの最短距離が32mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91eの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Fを回転させた場合は、回転テーブル90の径が大きくなるにも関わらず、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜29度に制限される。このように、同じ枚数のバンドパスフィルタを用いた図14のフィルタ回転体109に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。 On the other hand, the filter rotator 909D, which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 21A, has a width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91e of 10 mm and 2 mm, bandpass filter 91a~91e is the shortest distance from the rotation center C 1 is 1.38 mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91e becomes 0 degrees This is an example of the arrangement. When this filter rotator 909D is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degrees to 9 degrees in order to prevent interference between the bandpass filters 91a to 91e. Is done. Further, a filter rotating body 909E which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 21B has a width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91e of 10 mm and 2 mm, and the bandpass filter 91a~91e is arranged such shortest distance from the center of rotation C 1 is 16.38Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91e becomes 0 degrees This is an example. When the filter rotator 909E is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degree to 24 degrees. Furthermore, the filter rotator 909F, which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 21C, has a width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91e of 12 mm and 2 mm. 91a~91e is the shortest distance from the rotation center C 1 is 32 mm, are arranged such inclination angle of the light incident surface is 0 degrees relative to a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91e This is an example. When the filter rotator 909F is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degrees to 29 degrees, although the diameter of the rotary table 90 is increased. Thus, the variable range of the incident angle is greatly limited as compared with the filter rotating body 109 of FIG. 14 using the same number of bandpass filters.
また、図22に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Gは、バンドパスフィルタ91a〜91fの主面90aに沿った幅及び厚さが12mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91fが、回転中心C1からの最短距離が32mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91fの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Gを回転させた場合は、ビーム径が5mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜23度に制限される。このように、同じ枚数のバンドパスフィルタを用いた図15のフィルタ回転体209に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。 Further, the filter rotator 909G, which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 22, is 12 mm and 2 mm in width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91f, and the bandpass filters 91a to 91f. but the shortest distance from the center of rotation C 1 is 32 mm, in the example the tilt angle of the light incident surface is disposed such that 0 ° with respect to a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91f is there. When the filter rotator 909G is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 5 mm is limited to 0 degrees to 23 degrees. As described above, the variable range of the incident angle is greatly limited as compared with the filter rotating body 209 of FIG. 15 using the same number of band-pass filters.
また、図23(a)に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Hは、バンドパスフィルタ91a〜91cの主面90aに沿った幅及び厚さが18mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91cが、回転中心C1からの最短距離が0.577mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91cの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Hを回転させた場合は、ビーム径が10mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜38度に制限され、図16のフィルタ回転体309に比較して、入射角の可変範囲が大きく制限される。また、図23(b)に示す本発明の比較例であるフィルタ回転体909Iは、バンドパスフィルタ91a〜91cの主面90aに沿った幅及び厚さが26mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91cが、回転中心C1からの最短距離が14.577mm、回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91cの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が0度となるように配置された例である。このフィルタ回転体909Iを回転させた場合は、ビーム径が10mmの偏光成分L3の入射角の可変範囲が0度〜50度となるが、図16のフィルタ回転体309に比較して回転テーブル90の径が2倍以上に大きくなる。 Further, a filter rotating body 909H, which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 23A, has a width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91c of 18 mm and 2 mm, and the bandpass filter 91a~91c is arranged such shortest distance from the center of rotation C 1 is 0.577Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91c becomes 0 degrees This is an example. When the filter rotator 909H is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 10 mm is limited to 0 degree to 38 degrees, and compared with the filter rotator 309 in FIG. The variable range of is greatly limited. Further, a filter rotating body 909I which is a comparative example of the present invention shown in FIG. 23B has a width and thickness along the main surface 90a of the bandpass filters 91a to 91c of 26 mm and 2 mm, and the bandpass filter 91a~91c is arranged such shortest distance from the center of rotation C 1 is 14.577Mm, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91a~91c becomes 0 degrees This is an example. When this filter rotator 909I is rotated, the variable range of the incident angle of the polarization component L3 having a beam diameter of 10 mm is 0 to 50 degrees, but the rotary table 90 is compared with the filter rotator 309 in FIG. The diameter becomes larger than twice.
フィルタ回転体9,9A,9Bのバンドパスフィルタ91a〜91dに関する入射角度の可変範囲は、バンドパスフィルタ91a〜91dの傾斜角を変更することで様々な範囲に設定することができる。 The variable range of the incident angle with respect to the bandpass filters 91a to 91d of the filter rotators 9, 9A and 9B can be set to various ranges by changing the inclination angles of the bandpass filters 91a to 91d.
例えば、入射角度の可変範囲に含まれる最小角度は0度に限定されるものではない。具体的には、図17に示すように、バンドパスフィルタ91a〜91fを、主面90a上の回転中心C1とバンドパスフィルタ91a〜91fの中心点とを結ぶ線に対する光入射面の傾斜角が大きくなるように配置して、バンドパスフィルタ91a〜91fに関する入射角の可変範囲を例えば20度〜50度になるように設定してもよい。同図では、バンドパスフィルタ91a〜91fの主面90aに沿った幅及び厚さが11mm、2mmであって、バンドパスフィルタ91a〜91fが、回転中心C1からの最短距離が16.6mmとなるように設定され、偏光成分L3のビーム径が5mmと設定された例を示している。このように、入射角度の可変範囲に含まれる最小角度を0度より大きくすることで、入射角度変化に対する透過波長域の変化を大きくすることができ、全体の波長可変範囲を大幅に広げることができる。例えば、図3に示すような透過波長域のピーク波長の入射角依存性を有するバンドパスフィルタ91aの場合に、入射角を0度〜30度で変化させた場合では、ピーク波長の変化幅が最大ピーク波長に対して5.43%となる。それに対して、バンドパスフィルタ91aの入射角を20度〜50度で変化させた場合では、ピーク波長の変化幅が11.18%となり、同じ入射角の変化で透過波長域の変化を大きくとることができることがわかる。 For example, the minimum angle included in the variable range of the incident angle is not limited to 0 degrees. Specifically, as shown in FIG. 17, a band-pass filter 91A~91f, the inclination angle of the light incident surface for a line connecting the center point of the rotation center C 1 and the band-pass filter 91A~91f on the main surface 90a May be set such that the variable range of the incident angle with respect to the band-pass filters 91a to 91f is, for example, 20 degrees to 50 degrees. In the figure, the width and thickness along the main surface 90a of the band-pass filter 91a~91f is 11 mm, a 2 mm, band pass filter 91a~91f is the shortest distance from the rotation center C 1 is 16.6mm In this example, the beam diameter of the polarization component L3 is set to 5 mm. In this way, by setting the minimum angle included in the variable range of incident angles to be greater than 0 degrees, it is possible to increase the change in the transmission wavelength region with respect to the change in the incident angle, thereby greatly expanding the entire wavelength variable range. it can. For example, in the case of the bandpass filter 91a having the incident angle dependence of the peak wavelength in the transmission wavelength region as shown in FIG. 3, when the incident angle is changed from 0 degree to 30 degrees, the change width of the peak wavelength is It is 5.43% with respect to the maximum peak wavelength. On the other hand, when the incident angle of the bandpass filter 91a is changed between 20 degrees and 50 degrees, the change width of the peak wavelength is 11.18%, and the change in the transmission wavelength region can be greatly increased by the same change in the incident angle. I understand that I can do it.
また、本実施形態の光源装置1,101,201,301,401に内蔵されるバンドパスフィルタ91a〜91dは、同一入射角に対する透過波長域における中心波長が互いに異なっていたが、中心波長が同一で半値幅が異なるように構成されていてもよい。図18(a)〜(d)には、それぞれ、バンドパスフィルタ91a〜91dにおいて入射角を0度〜50度の範囲を5度間隔で変化させた場合の透過波長域の特性の一例を示している。このように中心波長が等しいバンドパスフィルタ91a〜91dを用いた場合は、帯域幅を切り換えながら選択波長の可変範囲を容易に広くすることができる。 In addition, the bandpass filters 91a to 91d built in the light source devices 1, 101, 201, 301, and 401 of the present embodiment have different center wavelengths in the transmission wavelength region with respect to the same incident angle, but have the same center wavelength. The half width may be different. FIGS. 18A to 18D show examples of the characteristics of the transmission wavelength range when the incident angles are changed in the range of 0 degree to 50 degrees at intervals of 5 degrees in the bandpass filters 91a to 91d, respectively. ing. When bandpass filters 91a to 91d having the same center wavelength are used in this way, the variable range of the selected wavelength can be easily widened while switching the bandwidth.
本発明の分光装置の実施形態としては、上述した光源装置以外に、外部から入力された光のうちで所定の波長成分を分光するための分光装置であってもよいし、分光された光を検出する検出器を内蔵する光検出装置であってもよい。 As an embodiment of the spectroscopic device of the present invention, in addition to the light source device described above, a spectroscopic device for spectroscopically separating a predetermined wavelength component among light input from the outside may be used. It may be a light detection device incorporating a detector for detection.
本発明の上述した各実施形態で用いる誘電体薄膜干渉フィルタは、バンドパスフィルタの他、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、ノッチフィルタ等を適用しても良い。 As the dielectric thin film interference filter used in each of the above-described embodiments of the present invention, a high pass filter, a low pass filter, a notch filter, or the like may be applied in addition to the band pass filter.
1,101,201,301,401…光源装置、3…光源、8…偏光分離素子、9,9A,9B,109,209,309…フィルタ回転体(フィルタ部)、10,10A,10B…1/4波長板、11,11A,11B…高反射ミラー(ミラー部材)、90…回転テーブル(回転支持部材)、90a…主面、91a〜91f…バンドパスフィルタ(誘電体薄膜干渉フィルタ)、92…光入射面(端面)、93…光出射面(端面)、95a〜95d…中心点、96a〜96d…交線、97…内接円、C1…回転中心、L3,L4…直線偏光成分。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201,301,401 ... Light source device, 3 ... Light source, 8 ... Polarization separation element, 9, 9A, 9B, 109, 209, 309 ... Filter rotating body (filter part) 10, 10A, 10B ... 1 / 4 wavelength plate, 11, 11A, 11B ... high reflection mirror (mirror member), 90 ... rotary table (rotary support member), 90a ... main surface, 91a to 91f ... band pass filter (dielectric thin film interference filter), 92 ... the light incident surface (end surface), 93 ... light exit surface (end surface), 95a to 95d ... center point, 96A~96d ... intersection line, 97 ... inscribed circle, C 1 ... center of rotation, L3, L4 ... linearly polarized light component .
Claims (8)
前記偏光分離素子によって分離された前記第1及び第2の直線偏光成分のうちのいずれかの直線偏光成分を、前記偏光分離素子に戻すように反射させるミラー部材と、
前記偏光分離素子と前記ミラー部材との間に設けられたフィルタ部と、
前記偏光分離素子と前記ミラー部材との間に設けられた1/4波長板とを備え、
前記フィルタ部は、
前記偏光分離素子からの前記直線偏光成分に基づく光成分を、前記光成分の入射角に応じた波長範囲で選択的に透過させ、前記入射角が変更可能なように回転可能に支持された誘電体薄膜干渉フィルタを有する、
ことを特徴とする分光装置。 A polarization separation element that separates light from the light source into first and second linearly polarized light components orthogonal to each other;
A mirror member that reflects any one of the first and second linearly polarized light components separated by the polarized light separating element so as to return to the polarized light separating element;
A filter portion provided between the polarization separation element and the mirror member;
A quarter wave plate provided between the polarization separation element and the mirror member;
The filter unit is
A light component based on the linearly polarized light component from the polarization separation element is selectively transmitted in a wavelength range corresponding to the incident angle of the light component, and the dielectric is rotatably supported so that the incident angle can be changed. Having a thin film interference filter,
A spectroscopic device characterized by that.
n個(nは3以上の整数)の前記誘電体薄膜干渉フィルタと、
前記誘電体薄膜干渉フィルタが主面上に立設され、前記主面に沿って所定点の周りを回転可能にされた平板状の回転支持部材とを有し、
前記n個の誘電体薄膜干渉フィルタは、それぞれ、光入射側或いは光出射側の端面が、前記回転支持部材の前記表面上の前記所定点と前記主面上の該誘電体薄膜干渉フィルタの中心点とを結ぶ線に対して傾斜するように配置されている、
ことを特徴とする請求項1記載の分光装置。 The filter unit is
n (n is an integer of 3 or more) the dielectric thin film interference filter;
The dielectric thin film interference filter is provided on a main surface, and has a plate-like rotation support member that is rotatable around a predetermined point along the main surface,
Each of the n dielectric thin film interference filters has a light incident side or light emission side end surface at the predetermined point on the surface of the rotation support member and the center of the dielectric thin film interference filter on the main surface. It is arranged to be inclined with respect to the line connecting the points.
The spectroscopic apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2記載の分光装置。 The n dielectric thin film interference filters are mounted such that each intersection formed by the main surface and the end surface is in contact with one inscribed circle,
The spectroscopic device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項3記載の分光装置。 Each of the n dielectric thin film interference filters is disposed on the main surface so as to be located outside the inscribed circle.
The spectroscopic device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の分光装置。 The n dielectric thin film interference filters are arranged such that lines connecting the predetermined point on the main surface and the center point of the dielectric thin film interference filter on the main surface are equiangular with each other. ,
The spectroscopic device according to claim 2, wherein the spectroscopic device is provided.
ことを特徴とする請求項5記載の分光装置。 The n dielectric thin film interference filters are arranged so as to be n times rotationally symmetric about the predetermined point on the main surface.
The spectroscopic device according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1, wherein the quarter-wave plate is provided between the filter unit and the mirror member.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の分光装置。 The spectroscopic device according to claim 1, wherein the ¼ wavelength plate is provided between the polarization separation element and the filter unit.
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