光学的に同調可能な偏光干渉フィルタのための装置及び方法
本発明は、１段フィルタ、複数段フィルタ及び中間偏光子なしのフィルタを含め、波長範囲において同調可能な又は切り替え可能なスペクトル・フィルタを構築するための構成要素としての同調器を提供し、その同調器は、回転角ρ（λ）を有し、前記波長範囲において光波長λの関数として変化する分散的偏光回転子及び方向感受性偏光用要素を含め、光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素と、前記偏光用要素を回転させるための、又は／及び前記回転角ρ（λ）を変化させるための手段とを含み、それによって、前記偏光回転子及び前記偏光用要素が、前記光ビーム軸に沿って前記フィルタ中に直列に配置され、前記偏光用要素が、前記スペクトル・フィルタの構造に対して所定の方向角で配向され、前記同調器が、前記偏光用要素を回転させて前記フィルタ中でその方向を変化させるように、又は／及び前記回転角ρ（λ）を変化させるように動作することを特徴とする。本発明は、前記フィルタ及びさらに前記フィルタを同調させる同調方法にも関するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に波長同調可能な光学的偏光干渉フィルタに関し、より詳しくは同調可能なスペクトル・フィルタを構築するための新しい概念及びこの概念に基づき開発される新スペクトル・フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光は、横波が偏光されるとき現れる現象である。光は、伝播方向に対して直角の方向に振動する横波の電磁波である。通常、光は、偏光されておらず、すべての方向に振動する波の混合からなる。偏光されていない横波では、光線に直角な平面上の振動は、等しい確率ですべての方向に配向されて現れる。振動の方向が完全に予測可能であり、なんらかの理由で一定状態にある場合、光は、偏光されているといわれる。
【０００３】
線形に偏光された光を生成するために、たとえばいわゆる偏光子を使用することによる様々な方法がある。偏光子は、ビームを線形に偏光して出現させる装置である。線形に偏光されて現れた光の振動方向は、偏光子の特性であり偏光子軸と言われる。ほとんどの偏光子は、透過モードで動作するので、対処する項は、しばしば透過軸である。偏光子は、偏光子軸の方向に偏光された入射光だけに透過的である。したがって、２つの偏光子の組み合わせは、その偏光子がその軸を互いに直角に配向されているとき、不透明になる。第２の偏光子が、第１の偏光子の軸にもう直角でない方向に軸を回転された場合、伝達される光量は、２つの偏光子が互いに平行になるまで、徐々に増加する。
【０００４】
偏光された光の面は、光が、光回転子又はファラデー回転子といわれる媒体又は装置を通過したとき、固定角度だけ回転することもできる。回転の方向及び量（回転角）は、媒体又は装置の初期特性及び厚さに依存する。
【０００５】
リターダー又は波長板は、リターダー中で固定された２つの特定の直交する方向に沿って、２つの直交する線形偏光成分に光波を分解し、それら間で位相のシフトを生じさせる装置である。位相シフトは、リターダーの特性であり、リターダーの位相遅れ（Δ）といわれ、位相遅れが生じる特定の方向が、リターダーの基準軸として知られている。リターダーを含むシステム中のリターダーの基準軸の角度は、リターダーの方向角（ψ）といわれる。もっとも普通のリターダーは、９０°及び１８０°の位相シフト又は位相遅れをもたらし、それらは、４倍波及び半波リターダーと呼ばれる。普通の複屈折リターダーは、光軸がプレートの面に平行な複屈折材料の、面平行プレートである、
【０００６】
偏光干渉フィルタ又は複屈折フィルタは、偏光された光の干渉に基づく。そのようなフィルタは、複屈折プレート及び偏光子から構成される。複屈折プレートの位相遅れΔ＝Δ（λ）は、分散的、すなわちそれに入射する光の波長λに依存する。位相遅れパラメータΔ（λ）の分散は、伝達された光の強度が、波長λの関数として変化する、複屈折フィルタの基礎を成す。最初の複屈折フィルタは、同調可能でなく、それによる光波長の選択が、固定されている。その同調方法は、以下で、及び項「背景追加」中でさらにより詳しく紹介する。
【０００７】
（スペクトル）フィルタのスペクトル伝達、又は単に伝達は、フィルタの特性であり、入射光の波長の関数として変化する、フィルタに入射された光強度に対し入射光の波長の関数として変化する、フィルタによって伝達された光強度として定義される。入射された光強度は、ほとんどの場合、一定と見なすことができ、したがってフィルタのスペクトラル伝達又は伝達は、光の波長の関数として、フィルタによって伝達された強度と同等である。
【０００８】
偏光干渉フィルタ又は複屈折フィルタは、設計者の制御によるフィルタ伝達を有した一種の能動型フィルタである。フィルタは、極めて高い分解能とシステム性能とを有するように製造することができる。他の利点は、その優れたイメージ品質であり、したがってイメージ品質のフィルタとして知られ、イメージング装置中の使用に殊に適している。他の主な利点は、たぶん可能になる高受光角及び大きい有効口径を含む。複屈折フィルタは、天体研究で有効なツールであることが証明され、特に太陽物理学でユニークな評価を得ている。その優れたイメージ品質のおかげで、フィルタは、顕微鏡、イメージング分光器などのイメージング装置中で広く使用されている。フィルタは、モノクロメータ及び同調可能レーザ中の同調用デバイスとしても使用されてきた。他の重要な用途のいくつかは、光通信システム及びレーダ、イメージング及び投射、カラー・パターン解析及び表示、リモート・センシング装置及び宇宙ベースの装置を含む。
【０００９】
複屈折フィルタは、最初リヨによって発明された（Ｌｙｏｔ，Ｂ．（１９３３）Ｃｏｍｐｔｅｓ Ｒｅｎｄｕｓ １９７：１５９３）。基本的なリヨ・フィルタは、平行な偏光子で挟まれた一組の複屈折結晶プレートから構成される（Ｙａｒｉｖ，Ａ．及びＹｅｈ，Ｐ．（１９８４）「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｓ ｉｎ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）。各複屈折プレートの厚さは、その先行する複屈折プレートの厚さの２倍であり、プレートは、すべて方位角４５°で配向される。別のタイプの複屈折フィルタは、ソルク（Ｓｏｌｃ）・フィルタである（Ｓｏｌｃ（１９６５），Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．５５：６２１）。ソルク・タイプのフィルタは、１対の偏光子間に直列で配置され適切に配向された同一の複屈折プレートを含む、光学的ネットワークである。リヨ・フィルタは、一般に同等のソルク・フィルタより少ない複屈折プレートのみが必要である。しかし、ソルク・フィルタは、中間に入る偏光子を使用せず、したがってより高い伝達をもたらすことができる。リヨ・フィルタ及びソルク・フィルタの理論及び技術、並びにそれらの同調方法は、エバン（Ｅｖａｎｓ，Ｊｏｈｎ Ｗ．（１９４９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９：２２９）、タイトル及びローゼンバーグ（Ｔｉｔｌｅ，Ａ．Ｍ．及びＲｏｓｅｎｂｅｒｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８１５）によって見直され、かつ／又は議論された。また、興味深いのは、ガニング、ロッツピーチ他による論文である（Ｇｕｎｎｉｎｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３７；Ｌｏｔｓｐｅｉｃｈ，Ｊ．Ｆ．，Ｓｔｅｐｈｅｎｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨｅｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｍ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３０）。
【００１０】
リヨ・フィルタ又はソルク・タイプ・フィルタ中で使用される複屈折プレートは、光軸がプレート表面に平行になるようにカットされた石英及び方解石などの結晶材料から、又は他の複屈折材料から作られた平行なプレート又はシートである。結晶材料は、高分解能、及び／又は低波面歪曲が必要である用途に適している。他の複屈折材料は、ただしこれらに限定されないが、ポリビニール、アルコール及びポリカーボネートなどの高分子材料、及び液晶高分子膜を含む。これらの材料は、大きい有効口径及び／又は低コストのフィルタを可能にし、それによって多くのフィルタの潜在的な用途が可能になるので魅力的である。最初のリヨ又はソルク・フィルタは、同調可能でない。波長の選択が、同調可能な場合、光学的スペクトル・フィルタの有益性が、大いに増加することになる。複屈折フィルタを同調させるために、このフィルタを構成するすべての複屈折プレートの位相遅れを同時に変化させる、又はシフトする。従来、複屈折フィルタの同調には３つの基本テクノロジ、すなわち、直接法、回転要素法及び電気光学法がある。直接法は、たとえば楔形位相遅れプレートを対で使用することによって、同調させる複屈折プレートの物理的厚さを変える方法である。簡単であるが、もっとも実用的でない同調方法である。というのは、光経路の変化は、イメージング・システムに望ましくなく、及び温度制御が、必要になるからである。
【００１１】
回転要素法は、色収差のないリターダー、通常複屈折の色収差がない波長板を使用する方法である。これは、実用に供される極めて有効な同調方法である。この方法を使用した同調可能な複屈折フィルタは、極めて高い分解能とシステム性能に到達するように製造することができる。この技術によれば（以下参照）、一般に、３つの色収差のない波長板が、１つの複屈折プレートの同調に必要である。特別な場合、必要な色収差のない波長板の数を低減することができるが、少なくとも１つの色収差のない４倍波プレートが必要である。この目的で通常使用される色収差のない波長板は、単一の複屈折プレートを複数組み合わせて製造された複合構成要素である。したがって、単一要素プレートを同調させるために、平均していくつかの又はさらにもっと多くの複屈折プレートが必要になるのが通常であり、したがって組み立てられた同調可能フィルタは、その最初の波長固定構造が、いくつかだけプレートを含むことができるはずだが、かなり複雑な光学機械的アセンブリになる。この理由で、この方法に基づき複屈折結晶材料から作られた同調可能フィルタの製造コストも、極めて高く、分解能、システム性能又は伝達のさらなる向上は、厳しく制限される。他方では、その多くの潜在的な用途を抑制するのは、同調可能な複屈折フィルタが、極めて高価で複雑な構造であることである。色収差のない波長板を使用するフィルタへの他の負担は、フィルタのスペクトリ範囲に対して、色収差のない波長板が、制限を加えることである。そのようなフィルタでは、通常、色収差のない波長板の動作スペクトル範囲は、フィルタの波長範囲を決定し、厳しく制限する。ブロードバンドの色収差のない波長板は、製造が、非常に困難で高価である。
【００１２】
電気光学的な同調では、可動部品がなく、同調速度は、非常に高くすることができる。迅速に同調できる光学的スペクトル・フィルタは、殊に信号処理、カラー表示、宇宙ベース・プラットフォーム、リモート・センシング及び波長分割多重方式の用途において、魅力的である。同調可能な複屈折フィルタは、電気光学的結晶プレート又は変調器を使用することによって構築することができる（たとえば、Ｇｕｎｎｉｎｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３７；Ｌｏｔｓｐｅｉｃｈ，Ｊ．Ｆ．、Ｓｔｅｐｈｅｎｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨｅｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｍ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３０参照）。フィルタ設計には多くのバージョンがあり、それらは、基本的なリヨ又はソルク・フィルタ構造に基づき、或いは機械的同調方法によるアナログ式で開発される。同調は、電気光学的複屈折プレートの複屈折を電気的に変化させる、又は回転する色収差のない波長板をその電気光学的同等物と置き換えることによって、達成することができる。電気光学的な同調の主な欠点は、有効口径及び視野が、小さいことである。他の制限は、数段のフィルタの伝達が、電極によって著しく減少する可能性があることである。というのは、数センチメートルまでの口径を得るために必要な縦方向電場又は電圧が、非常に高くなるからであり、或いは横方向の電場が、使用される場合も同様である。さらに、電気光学的な同調は、極めて高価である。
【００１３】
電気光学的材料の代替として、液晶（ＬＣ）セル又はスイッチが、リヨ又はソルクの構造、又は機械的同調方法の基本構成に基づき、切り替え可能で同調可能なフィルタを構築するために使用されてきた（たとえば、Ｔａｒｒｙ，Ｈ．Ａ．（１９７５）Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．１８：４７；Ｓｃｈｅｆｆｅｒ他、米国特許第４，０１９，８０８号；Ｋａｙｅ，Ｗ．Ｉ．，米国特許第４，３９４，０６９号；Ｊｏｈｎｓｏｎ，他、米国特許第５，１３２，８２６号及び第５，２３１，５２１号；Ｍｉｌｌｅｒ，Ｐ．米国特許第５，６８９，３１７号；Ｓｈａｒｐ，他、米国特許第６，０９１，４６２号参照）。様々なＬＣデバイスがある（たとえば、Ｓａｌｅｈ，Ｂ．Ｅ．Ａ．及びＴｅｉｃｈ，Ｍ．Ｃ．「光通信の基礎」“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ”，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｌｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ，１９９１；Ｃｌａｒｋ，Ｎ．Ａ．他（１９８３）Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ａｎｄ Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．９４：２１３；及びＡｎｄｅｒｓｏｎ他（１９８７）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１：６４０参照）。たとえば、それらには、ネマチック及びホメオトロピック配向ネマチックＬＣセル、強誘導性ＬＣ（ＦＬＣ）セル、面安定型強誘導性ＬＣ（ＳＳＦＬＣ）セル、スメクチックＡ＊（ＳｍＡ＊）ＬＣセル及び歪らせん強誘導性ＬＣ（ＤＨＦ）セル、及びツイスト・ネマチック偏光回転子が含まれる。視野角及びコントラスト比などの欠点があるが、液晶デバイスは、小型、低コスト、大きい有効口径及び低電力要件を含め、いくつかの魅力的な特徴を有し、したがって表示テクノロジだけでなく他の多くの用途でも殊に有益である。
【００１４】
従来技術が実証するように、同調可能な複屈折スペクトル・フィルタを構築する既存の方法は、高価で複雑な構造が必要であり、かつ／又はその不利な負担のために限定される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
通常の光回転子又はファラデー回転子は、一般に単一の所定の波長又は極めて狭いスペクトル範囲だけに有効であり、回転角が光の波長に強く依存する、分散効果を示す。光回転子又はファラデー回転子の分散は、ほとんどの場合不要である。というのは、その分散は、光の波長に依存して異なる角度で光を回転させるからである。光回転子の分散は、周知であり、光回転子又はファラデー回転子のほとんどの用途において不要な効果として従来から認識されている。この理由のため、色収差のない光回転子及びファラデー回転子を開発するために、努力が傾注されている。
【００１６】
本発明は、同調可能な偏光干渉スペクトル・フィルタを構築するための、既存の方法より簡単であるが、それよりもっと強力なまったく新しい概念を提供する。本発明の新概念は、光回転による分散に基づき開発され、従来技術より著しく簡単な方法による同調可能な複屈折スペクトル・フィルタの構築だけでなく、新しい特徴を有したスペクトル・フィルタの開発をも可能にする。
【００１７】
本発明の一態様は、最初から同調可能である同調可能なスペクトル・フィルタを構築し開発する際、光回転による分散効果の数値を評価することである。
【００１８】
新概念によれば、偏光回転による分散は、光の波長選択を成すために、偏光子又はリターダーなどの方向感受性要素と適切に組み合わせて利用することができる。光学的位相遅れとは違い、光回転は、偏光用要素の方向角と密接に関連するパラメータである。この特徴のおかげで、本発明による同調可能フィルタは、最初から同調可能であり、この技術の同等な構造より簡単又は極めて簡単な構造を有する。このフィルタは、その基本的伝達プロフィールが、使用される偏光回転子によって決定され、その同調性は、フィルタの直接関連する構成する偏光用要素を回転させる、かつ／又は可能な場合、フィルタの偏光回転子の回転角を変化させることによって、簡単に達成することができる。さらに、同調可能で切り替え可能なスペクトル・フィルタは、新しい特徴を帯びたフィルタを含め、選択された構成要素に応じて、機械的に、電気的に、又は電磁気的に、或いは連続的に又は離散的に動作させるように、開発することができる。
【００１９】
さらに、本発明は、新概念に基づき開発された、従来技術の同等物よりまったく新しい又はもっとコンパクトな構成を有したどちらかの同調可能な複屈折スペクトル・フィルタを提供する。本発明のフィルタは、キー要素として通常の光回転子及び／又はファラデー回転子、或いはそれらを、複屈折リターダー及び同等のＬＣセル、好ましくは色収差のない又はゼロ次のリターダー、又はＬＣ偏光回転子など追加の光リターダーと組み合わせて、使用する。本発明で開示されるスペクトル・フィルタには、色収差のないリターダーを必要としないフィルタを含め１段フィルタ及び複数段フィルタと、ソルク・タイプの２枚のプレート及び３枚のプレートのフィルタ、及びリヨの２段フィルタを含め中間に偏光子のないフィルタと、方形波バンドパス・フィルタとが含まれる。それらは、基本的特徴が、機械的同調性であり、さらに電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができる。或いはさらに、スペクトル伝達の帯域幅が、ファラデー回転子及び／又は適切なセルなどの能動的な構成要素を使用した場合、調節可能である。ファラデー回転子を使用した本発明のフィルタは、さらに、一方向に光を伝達し、同調可能な状態でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向装置として機能することができる。
【００２０】
本発明の適切な偏光回転子は、通常の光回転子、すなわち石英光回転子及びファラデー回転子など、どんな分散的偏光回転子とすることができる。適切な光リターダーには、複屈折波長板、好ましくは色収差のない又はゼロ次の波長板、又はＬＣの電気的回転可能なリターダー及びＬＣ可変リターダーなどそれらの電気的同等物、或いは電気光学的変調器、光弾性及び磁気変調器を含むそれらの同等物が含まれる。ＬＣの電気的回転可能なリターダーは、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦＬＣセル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルからなる群から選択することができる。ＬＣ可変リターダーは、たとえば、ネマチック及びホメオトロピック配向ネマチックＬＣセルとすることができる。本発明のスペクトル・フィルタは、反射モードで使用することができる、又は使用するようになすことができる。
【００２１】
本発明の原理、利点及び特徴は、以下の説明から、添付の図面を参照して読んだとき、より明らかになる。本発明は、様々な実施例を含み、実施例は、本文にて与えられるその伝達カーブによって特徴付けられ、様々な状況で使用するのに適したフィルタについて説明する。さらに、従来技術の同等物との比較、並びにその特徴及び用途についての、及びそれらが構成される要素の選択についての論評及び示唆も提供する。
【００２２】
「背景追加」
本発明の理解を容易にするために、色収差のない波長板を使用する従来技術による同調技法について、その背景をさらに提供する。図１に、従来技術の偏光子回転式同調可能１段フィルタの構成を概略的に示す。図１のフィルタは、入射偏光子１１（方位角Ｐ１）と、複屈折プレート１２と、色収差のない４倍波プレート１３と、出射偏光子１４（方位角Ｐ２）とを含む。光ビーム１５が、図１のフィルタに入射し、法線入射で、すなわちｚ軸に平行に、それぞれ偏光子１１及びその後に続く要素を同じように通過する。以下に説明するどんな光学的構成の場合でも、入射光ビームは、法線入射で、すなわち図面のｚ軸に平行で構成を通過する。複屈折プレート１２は、その進み軸が、偏光子１１に対し４５°の角度で配向され、偏光子１１は、その伝達軸が、ｙ軸に平行、すなわちＰ１＝０°と仮定する。４倍波プレート１３は、フィルタのスペクトル範囲にわたり色収差がなく、偏光子１１に平行に配向される。波長板１３は、通常複数の複屈折プレートを使用して製造された複合構成要素である。その複数の複屈折プレートは、その組み合わせが、波長範囲において位相遅れがほぼ一定であり、方向角が一定又はほぼ一定であるリターダーと同等になるように、縦列に配置され適切に配向される。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列又はＪｏｎｅｓ行列公式によって（たとえば、Ｒ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍ及びＮ．Ｍ．Ｂａｓｈａｒａ著、「偏光解析法及び偏光光」（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８参照）、図１のフィルタが伝達する光強度が、次の式で与えられ、計算することができる。
【００２３】
【数１】
ただし、Ｉｏは、偏光子１１の入射光強度であり、Ｐ２は、偏光子１１に対する偏光子１４の方位角であり、Δ＝Δ（λ）は、複屈折プレート１２の位相遅れ又は位相角である。複屈折プレートの位相遅れΔは、以下の周知な特性によって説明される波長に依存するパラメータである。
【００２４】
【数２】
ただし、λは、光波長であり、ｄ（ｎｓ−ｎｆ）は、遅延特性といわれ、ｄは、複屈折プレートの厚さであり、ｎｓ−ｎｆは、プレート材料の複屈折であり、ｎｓは、波長λにおける遅れ指数であり、ｎｆは、進み指数である。図１のフィルタの伝達は、位相遅れΔ（λ）によって決定され、伝達プロフィールは、出射偏光子１４を回転させて角度Ｐ２を変更することによって、同調させることができる。
【００２５】
出射偏光子１４の回転は、いくつかの用途には所望されず、従来技術によって偏光子１４の前に回転可能な色収差のない半波プレートを導入することによって、避けることができる。図２に、図１のフィルタから形成され、偏光子１４の前に色収差のない半波プレート１６を挿入することによって、そう修正された構成を概略的に示す。図２のフィルタでは、出射偏光子１４は、静止状態に留まることができる。その進み軸が、入射偏光子１１の進み角に対してγの角度を有するように半波プレート１６を回転したとき、偏光子１４の後の光強度は、位相遅れδΔ＝４γを複屈折プレート１２に加えることによって生じる強度と正確に等しくなる。４倍波プレート１３及び半波プレート１６は、２枚プレート同調要素又は同調器１７を形成する。
【００２６】
図１又は図２の同調させる複屈折プレート１２は、偏光子（偏光子１４）が、波長板１３又は同調器１７なしに、その後に続く。図３に、偏光子が先行せず又はその後に続かないフィルタ、たとえばソルク・タイプのフィルタ中の複屈折プレートを同調させるために使用するのに適した、さらに一般的な構成を概略的に示す。その構成は、その軸が４倍波プレート１３に平行な回転可能な半波プレート１６の後に、追加の固定された４倍波プレート１８を加えることによって、図２の同調構成のさらに発展したものである。波長板１３、１６及び１８の組み合わせは、その軸が複屈折プレート１２の軸に平行な可変位相シフタ１９として働き、波長板１６の方向角γの４倍に等しい位相シフトを、プレート１２の位相遅れΔ（λ）に加算する。従来技術の３枚プレート同調器を使用した同調可能な複屈折フィルタは、構成するプレートの数が増加するにつれて、ますます複雑になる。
【００２７】
Ｅｖａｎｓは、図４に示す２枚プレート同調器を記載している（Ｊ．Ｗ．Ｅｖａｎｓ 「複屈折フィルタ」（Ｔｈｅ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆｉｌｔｅｒ）、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９，１９４９，ｐｐ．２２９〜２４２参照）。この２枚プレート同調器２０は、同調するために、複屈折プレート２１の後に縦列で配置された固定４倍波プレート２２と、回転可能な４倍波プレート２３とを含む。４倍波プレート２２は、その軸が、プレート２１の軸から４５°の角度に配向される。４倍波プレート２２と４倍波プレート２３の組み合わせは、光回転子がその後に続く位相シフタと同等である。４倍波プレート２３が、４倍波プレート２２に対して角度ガンマを有するとき、生ずる位相シフトは、π＋２γに等しい。２枚プレート同調器の主な欠点は、回転子が引き起こす座標軸の回転である。Ｅｖａｎｓの２枚プレート同調器に基づき、Ｂｕｈｒｅｒは、２つの複屈折プレートを同時に及び等しく同調させるための二重同調器を開発した（Ｂｕｈｒｅｒ Ｃａｒｌ Ｆ．米国特許第４，６７８，２８７号参照）。彼の二重同調器は、互いに補償された等しいが互いに反対で物理的に回転する、１対の相補的２枚プレート同調器を含む。図５に、彼の二重同調器２４の一構成を示し、その構成は、同調させるために、２つの同一の複屈折プレート２１と２８の間に直列に配置された２つの固定された４倍波プレート２２及び２７と、２つの回転可能な４倍波プレート２３及び２６とを含む。波長板２２及び２３は、上記で説明したように、複屈折プレート２１に対して配向されて２枚プレート同調器２０を形成する。波長板２６及び２７は、複屈折プレート２８に対し配向されて他の２枚プレート同調器２５を形成し、したがって同調器２０及び２５が、互いに対面し、それらの回転は、等しいが互いに反対方向であり、互いに補償し合う。
【実施例】
【００２８】
本発明のフィルタ又は光学的システムの要素は、光学的に縦列に接続される。図面では、一図面で現れる同一番号は、同一要素を示す。複数の図面で現れる同一番号は、互いに置き換えられる同一の特徴の要素を示す。用語「偏光回転子」は、本明細書では、偏光された光を回転するために働く構成要素又はデバイスと定義する。したがって、偏光回転子は、光回転子又はファラデー回転子又はある他のもの、たとえば液晶偏光回転子とすることができる。用語「リターダー」は、光ビームの位相を変化させることができるどんな要素又はデバイスである。リターダーによって導入される位相シフト又は位相遅れ（Δ）は、たとえば式（２）によって記述されるように波長に依存することがあり（Δ（λ））、又は波長範囲において色収差がないことがある。偏光回転子に加え、本発明のフィルタは、複屈折の色収差がない又はゼロ次のリターダー又は波長板から、及びＬＣ可変リターダー及びＬＣ（電気的）回転リターダーを含め、液晶リターダーから、又は同等物から好ましくは選択されたリターダーを使用する。リターダー材料は、ただしこれらに限定されないが、石英及び方解石などの結晶、ポリビニールアルコール及びポリカーボネートなどの高分子化合物、並びに液晶材料を含む。色収差なしのリターダーは、位相遅れΔが、スペクトル範囲にわたり所定の値に等しい又はほぼ等しく、複数の単一複屈折プレートを使用して製造することができる（たとえば、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ，Ｓ．（１９５５）Ｐｒｏｃ．Ｉｎｄｉａｎ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．４１：１３７；Ｂｅｃｋｅｒｓ，Ｊ．Ｍ．（１９７１）Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１０：９７３参照）。ゼロ次リターダーは、ある周波数について、その遅延特性が、（ｋ＋１／４）λ又は（ｋ＋１／２）λ（ｋ＝１、２、３、・・・）である代わりに、通常λ／４又はλ／２に等しい。位相遅れΔ＝π又はΔ＝１８０°は、半波（λ／２）の遅延特性に等しいことに留意されたい。電気光学的、光弾性又は磁気の変調器などのＬＣ可変リターダー又は同等物は、その位相遅れが電気的に可変であり、一方ＬＣ回転リターダーは、位相遅れが固定されているが、その光軸の方向が、電気的に回転可能である。リターダーは、複合構成要素とすることができる。用語「複合リターダー」は、縦列に光学的に結合された複数の個々のリターダー又は波長板を含み、１つのリターダーに同等なデバイスについて、使用される。本明細書で使用するように、用語「リターダー」は、そのような要素又はデバイス又は同等物をすべて含むと理解すべきである。用語「偏光子」は、偏光された光を生成する又は分析するためのどんな要素又はデバイスとする。本明細書に述べられた具体的な実施例は、多くのフィルタリング用途に望ましい線形の偏光子を使用することが好ましい。選択された基準軸に対してともに、偏光子の方位角Ｐは、その伝達軸の方向を示し、リターダーの方向角（ψ）は、このリターダーの光軸の角度を示す。偏光用要素を含む説明図では、偏光子又はリターダーの軸の方向は、太線矢印によって示す。電気的に回転可能なリターダーでは、その方向は、２つの選択できる状態間を切り替えることができ、その方向角は、ψｏｎ及びψｏｆｆによって与えられる。リターダーでは、その位相遅れは、２つの選択できる値間を電気的に切り替えることができ、その位相遅れは、Δｏｎ及びΔｏｆｆによって与えられる。
【００２９】
本発明は、光回転の分散を使用する同調可能なスペクトル・フィルタを構築するための新概念を提供する。光回転子又はファラデー回転子などの偏光回転子は、その回転角が光の波長に依存し又は強く依存し、通常波長が短くなるにつれて増加する、分散効果を見せる。構成要素又はデバイスは、そのＭｕｅｌｌｅｒ行列Ｍ又は同等のＪｏｎｅｓ行列Ｊが、次の式の形であり、光回転子として定義される（たとえば、Ａｚｚａｍ，Ｒ．Ｍ．Ａ．及びＢａｓｈａｒａ，Ｎ．Ｍ．「偏光解析法及び偏光光」（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８参照）。
【００３０】
【数３】
ただし、ρ＝ρ（λ）は、回転角である。通常の光回転子は、結晶石英（たとえば、ＣＶＩ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎ．Ｍｅｘ．Ｕ．Ｓ．Ａ．）、又はたとえば銀チオガリウム酸塩（ｓｉｌｖｅｒ ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ，ＡｇＧａＳ２）など他の環状複屈折を示す結晶材料で、光軸がプレート表面に直角にカットされたものの面平行プレートである。石英光回転子は、単一石英プレートでもよいが、結晶石英から作られた波長板のための方法とは異なる方法でカットされる。一般に、市販の石英回転子は、同等品質の石英波長板より高価でない。従来、光回転子は、偏光された光を一定角度だけ回転させるために使用することができる。しかし、それは、一般に、単一の所定の波長について、又は極めて狭いスペクトル範囲においてだけしか有効でない。通常の光回転子は、色収差があり、回転角ρ（λ）が、通常、回転子厚さに比例し、光波長の二乗に逆比例する（たとえば、Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ及びＭ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ「光通信の基礎」（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ．１９９１参照）。
【００３１】
ファラデー効果を見せるいくつかの材料（たとえば、Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ及びＭ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ「光通信の基礎」（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ．１９９１参照）は、偏光回転子としても働く。ファラデー回転は、ファラデー回転の向きが、磁場の方向で支配され、光の伝播方向に不変である点だけで、光回転とは異なる。したがって、式（３）は、逆方向の光波の伝播を議論しない場合、ファラデー回転子を記述するために使用することもできる。ファラデー回転子を製造するために利用できるファラデー効果を示す多くのガラス及び材料があり、ファラデー回転子のガラスは、ただしこれらに限定されないが、テルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）及びテルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴｂＡｌＧ）を含む。ファラデー回転子では、回転角ρｆ（λ）は、回転子厚さｄ、磁束密度Ｂ及びベルデ定数Ｖと呼ばれる特性に比例し、ベルデ定数は、強く波長に依存する。様々な材料について、ベルデ定数Ｖ＝Ｖ（λ）は、互いに異なる波長依存性を示し、材料の固有の性質に依存するが、一般に、波長が短くなるにつれ、急速に大きくなる。ファラデー回転子の回転角は、加える磁束密度を調節することによって、電気的に変更することができる。
【００３２】
光回転又はファラデー回転の分散効果は、大部分の従来の用地では不要である。この理由のため、その回転が、スペクトル範囲にわたりほぼ波長に依存しない、色収差のない光回転子を開発するために、努力が傾注されてきた（Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．Ｌｏｎｇｍｏｎｔ，ＣＯ．Ｕ．Ｓ．Ａ．；Ｋｏｅｓｔｅｒ，Ｃ．Ｊ．（１９５９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，４９：４０５）。ブロードバンドのファラデー遮断器が、使用されるファラデー回転子の分散を補償することによって、広い帯域幅を達成することも周知である（たとえば、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｒａｖｅｒｓｅ Ｃｉｔｙ，Ｍｌ．Ｕ．Ｓ．Ａ．）。光回転の分散は、光回転子又はファラデー回転子には不要な特徴であるが、本発明では、同調可能なスペクトル・フィルタを開発し構築するために、有利なものとして使用される。本発明の概念によれば、偏光回転の分散は、偏光子又はリターダーなど方向感受性の偏光用要素と適切に組み合わせることによって、光の波長選択に変形させることができる。変形された波長の選択は、偏光用要素の方向を変え、又は偏光回転を変化させることによって、最初から同調可能である。というのは、光回転は、偏光用要素の方向角と密接に関連したパラメータであるからである。したがって、本発明によれば、新しいタイプの同調器又は同調要素が、分散的偏光回転子を偏光子又はリターダーと組み合わせて使用することによって構築することができる。図６に、分散的偏光回転子が、それぞれ偏光子（図６ａ）、リターダー（図６ｂ）並びにリターダー及び他の分散的偏光回転子（図６ｃ）と組み合わされたとき、本発明の概念によって分散的偏光回転を光の波長選択に変形させた、本発明の同調器の構成を示す。
【００３３】
図６ａに、分散的偏光回転子３１及び偏光子３２を含む、本発明の同調器を示す。偏光子３２は、フィルタの入射又は出射偏光子であって、その前又は後に偏光用要素が位置しないと仮定する。偏光回転子３１は、回転角ρ（λ）が、光波長λの関数として変化し、選択された基準軸、すなわちｙ軸に対し方位角Ｐを有した偏光子３２が、その後（図６ａに示すように）又は前に位置する。偏光回転子３１は、光回転子、たとえば石英光回転子又はファラデー回転子又は他の同等物とすることができる。偏光子が、入射又は出射偏光子であるので、１つの偏光回転子は、偏光子を回転させるために十分である（Ｙｅ，Ｃ．及びＫｅｒａｎｅｎ，Ｅ．（１９９７）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ．１４：６８２参照）。したがって、偏光回転子３１及び偏光子３２の組み合わせは、基準軸に対しＰ＋ρ（λ）（図６ａに示すように）又はＰ−ρ（λ）に等しい方位角を有した偏光子３３と同等である。通常の従来から使用できる偏光子とは違い、光を伝達するとき、方位角Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）が、光波長の関数として変化するため、同等の偏光子３３は、波長選択を示す。この波長選択は、最初の偏光子３２を回転させ方向角Ｐを変えることによって、又は可変であれば回転角ρ（λ）を変化させることによって調節可能である。同等な偏光子３３としての要素又はデバイスは、本明細書で偏光子同調器と称する。
【００３４】
図６ｂの同調器は、構成要素として光ネットワーク中に又はフィルタ中に取り付けられたとき、リターダー３４（Δ、ψ）が、その後（図６ｂに示すように）又は前に位置する偏光回転子３１（ρ（λ））を含む。リターダー３４（Δ、ψ）は、考慮する波長範囲において、位相遅れΔ及び方向角ψにおいて、ともに色収差がないことが好ましい。リターダー３４の方向角ψは、ｙ軸に平行でもあると仮定する、ネットワーク又はフィルタの選択された基準軸に対して測定される。リターダー３４の候補は、複屈折リターダー、並びにＬＣ可変及び電気的に回転可能なリターダーなどのＬＣリターダーを含む。一般に、リターダーは、等しいが互いに反対の回転角を有した２つの偏光回転子間にそのリターダーを挿入することによって、回転させることができる（たとえば、Ａｚｚａｍ，Ｒ．Ｍ．Ａ．（１９７５）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．６８：５１８参照）。したがって、偏光回転子３１及びリターダー３４の組み合わせは、光回転子３６が、その後（図６ｂに示すように）又はその前に位置するリターダー３５と同等である。規定されたように、同等のリターダー３５は、リターダー３４の位相遅れと同じ位相遅れΔを有するが、その方向角は、波長に依存し、ψ＋ρ（λ）に（図６ｂに示すように）又はψ−ρ（λ）に等しく、一方同等の光回転子３６は、回転がρ（λ）に等しい。同等のリターダー３５は、純粋のリターダーとして働く。しかし、従来から使用できる通常のリターダーとは違い、光軸の方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）は、波長に依存する。同等のリターダー３５が、フィルタ中にあるとき、最初の回転子３４を回転させ角度ψを変えることによって、かつ／又は回転角ρ（λ）を変化させることによって実現することができる方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）の変化は、パラメータρ（λ）が寄与してネットワーク又はフィルタのスペクトル伝達を同調させることになる。これは、スペクトル・フィルタを構築する際、同調器の基礎を形成する。同等のリターダー３５に続く光回転子、たとえば同等の光回転子３６は、フィルタの伝達スペクトルを修正するが、同調器の同調メカニズムに変化をもたらさない。というのは、それは、ビーム軸まわりの機械的回転に影響されないからである。同等のリターダー３５としての要素又はデバイスは、本明細書では、リターダー同調器と称する。
【００３５】
図６ｂの同調器は、−ρ（λ）に等しい回転角を有し、リターダー３４の後（図６ｃ）に挿入された第２の分散的偏光回転子３７を使用することによって、修正することができる。回転子３１及び３７は、等しいが反対の回転角、すなわちρ（λ）及び−ρ（λ）を有し、したがって回転子３１、リターダー３４及び回転子３７の組み合わせが、リターダー又はリターダー同調器３５と同等であり、それは、リターダー３４が有する位相遅れと同じ位相遅れΔを有し、その波長依存の方向角が、ψ＋ρ（λ）（図６ｃに示すように）又はψ−ρ（λ）に等しい。より一般的な場合、分散的偏光回転子３１及び３７は、考慮する波長範囲において前記フィルタの構造に関連する所定の比率で、互いに異なる回転角を取ることができる。それらは、同じ回転方向又は反対の回転方向のものとすることができる。この場合、偏光回転子３１及び３７、及びリターダー３４の組み合わせは、上記で述べたように、リターダー同調器がそれに先行する又はその後に続く光回転子と同等になることができる。
【００３６】
図６の同調器は、最初から同調可能な１段又は複数段のスペクトル・フィルタを開発し構築するために直接使用することができる。中間に偏光子がないフィルタは、本発明の２つ又はそれより多い同調器を使用し、同調器のパラメータを適切に選択し、偏光子間に直列に同調器を配置することによって、開発することも可能である。本発明の同調器を使用すると、原理的には、中間偏光子がないソルク・タイプ及びリヨ・タイプのフィルタ、並びに特別な伝達波形を有したフィルタを含め、新しい様々な同調可能フィルタが可能である。本発明の同調器は、構成するリターダー及び回転子を組み立てることによる複合構成要素として、製造することができる。単一の偏光回転子及びリターダーを用いてフィルタを設計し構築することも重要であるが、本発明の同調器の同調原理によって行うことが重要である。本発明は、さらに、本発明の新概念又は同調器に基づき開発される同調可能なスペクトル・フィルタを提供する。フィルタは、光回転子及びファラデー回転子などの分散的偏光回転子を使用し、或いは複屈折リターダー又は波長板、及び液晶リターダー又は同等物又は液晶偏光回転子などの追加のリターダーと組み合わせて、キー要素として分散的偏光回転子を使用する。フィルタは、すべて基本的特徴として機械的同調性を有し、さらに、電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができ、或いはその帯域幅が、選択した構成要素に依存して、調節可能である。ファラデー回転子を用いて、波長選択が同調可能であって一方向に光を伝達するが、逆向きの光を遮断する一方向デバイスの構築が、実現可能である。本発明のフィルタは、１段フィルタ、複数段フィルタ及び中間偏光子を使用しないフィルタの３つのカテゴリの下で、アレンジすることができる。同調可能なフィルタの構築における本発明の同調器の使用は、以下に述べる実施例を通じ、単一の偏光回転子及びリターダーの構成で各実施例を表して、より詳細に説明する。
【００３７】
本発明の１段フィルタ（図７〜１０）は、偏光子の境界によって画定された独立のユニットであり、偏光子の境界内部の構成要素は、偏光回転子（図６ａの同調器）、半波リターダーと組み合わされた光回転子（図６ｂの同調器）又は能動型回転子（図６ａの同調器）、或いは等しいが反対の回転角を有し、可変リターダーをその間に挟んだ１対の偏光回転子（図６ｃの同調器）とすることができる。図７に、入射偏光子４０（方位角；Ｐ１＝０）、偏光回転子４１及び出射偏光子４２（方位角；Ｐ２）を含む、本発明の１段フィルタの光学的構成を示す。偏光回転子４１は、分散的であり、その回転角ρ＝ρ（λ）が、その分散性のため、波長に依存する。偏光回転子４１と出射偏光子４２の組み合わせは、図６ａの偏光子同調器を形成する。この記述によるフィルタが伝達するスペクトル伝達又は光強度は、Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式、すなわちこのフィルタの出射偏光子から現れる光ビームのＳｔｏｋｅｓベクトルの第１要素によって計算される。したがって、図７のフィルタのスペクトル伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、以下の式によって表し、計算することができる。
【００３８】
【数４】
ただし、
【００３９】
【数５】
式（４）は、標準リヨ１段フィルタの伝達スペクトルと同じ形である。しかし、図７のフィルタは、そのスペクトル伝達Ｉ１（λ）の波長選択が、偏光回転子４１の回転角ρ（λ）によって決定される。図７のフィルタは、機械的に偏光子４０及び４２の１つを他方に又は両方に対して回転させ、角度Ｐ２−Ｐ１を変えることによって、同調させることができる。実際使用する場合、入射偏光子４０を静止状態にし、出射偏光子４２を回転させることが望ましい。図７のフィルタは、さらに、調節可能であれば回転角ρ（λ）を変化させることによって同調可能である。
【００４０】
本発明によれば、回転子４１は、好ましくは光回転子（ρ（λ）＝ρｏ（λ））、たとえば石英回転子であって、通常、光軸がそのプレート表面に直角であるようにカットされた結晶石英の面平行プレートである。光回転子を使用した図７の１段フィルタは、機械的に同調可能であり、いくつかの面で従来技術より有利である。石英回転子は、結晶石英から作られる波長板のための方法とは異なる方法でカットされているが、単一プレートなので、フィルタは、その構造が、同調可能でないリヨ１段フィルタの構造と同等である。図１に示すように、リヨ１段フィルタは、同調機能を実現するために、追加の色収差のない４倍波プレートを使用しなければならない。しかし、従来技術と比べると、図７の本発明のフィルタは、最初から同調可能であり、色収差のない波長板を必要とせず、したがって、色収差のない４倍波プレートを構築するために必要な複屈折プレートが、省かれる。図７のフィルタの他の利点は、その構造が、図１のフィルタの構造より簡単であり、したがって図７のフィルタには、より高い伝達及びシステム性能が、同じ条件下で達成されると期待されることである。色収差のないリターダーが必要ないので、図７の実施例の他の重要なプラス面は、従来技術によるブロードバンドのフィルタを構築するための障害が、取り除かれたことである。図７の実施例に基づき、結晶石英が可能な伝達の上限までその動作スペクトル範囲を広くすることができる、リヨ構造フィルタ（以下参照）が、期待できる。さらに、光回転子が、回転子軸まわりのどんな機械的な回転の影響も受けない特徴を有する。したがって、他の図７のフィルタの卓越した特徴は、その極めて簡単な取り付け及び調節である。フィルタを取り付けるとき、偏光子の位置合わせだけが必要である。光回転子を使用した図７の１段フィルタは、反射モード、たとえば反射顕微鏡でも動作することができる。この場合、光は、フィルタを２回通過する、すなわちまず通過し、次にたとえばミラー又は試料で反射して、一巡する。反射モードで動作する図７のフィルタは、次の式によって表される伝達を有した同調可能なソルク２枚プレート・フィルタとして働く。
【００４１】
Ｉ１＝ｃｏｓ４（Ｐ２−Ｐ１＋ρｏ（λ）） （６）
以下に説明する本発明のフィルタは、反射モードで動作する、又は容易に動作するようになすこともできる。反射モードにおけるスペクトル伝達は、それぞれ伝達モードにおけるそれらの伝達を二乗することによって、簡単に得ることができ、したがって、ファラデー回転子が使用されたスペクトル伝達を除き、省略する。
【００４２】
本発明によれば、図７のフィルタ中の偏光回転子４１は、ファラデー回転子（ρ（λ）＝ρｆ（λ））とすることもできる。ファラデー回転子は、分散効果のため波長に依存する、その回転角によって規定される。ファラデー回転子に利用できる多くの光磁気ガラスがある。そのベルデ定数Ｖ＝Ｖ（λ）は、一般に波長が短くなるにつれて、急速に大きくなる傾向があるが、材料の固有の性質及び研究対象のスペクトル範囲に依存して様々な波長への相関関係を示す。選択された材料に依存して、ファラデー回転ρｆ（λ）は、同等の石英光回転ρｏ（λ）が示す分散性と類似の分散性を示すことができる。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタのスペクトル・プロフィールＩ１＝Ｉ１（λ）は、使用されたファラデー回転子の回転角ρｆ（λ）の分散性によって決定される。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタは、回転角ρｆ（λ）＝ＶｄＢを有したファラデー回転子の回転角ρｆ（λ）を変えることによって、同調可能である。ここで、ｄは、回転子厚さであり、Ｂは、磁束密度であり、Ｖ＝Ｖ（λ）は、回転子材料のベルデ定数である。同調は、磁場Ｂを調節して回転角ρｆ（λ）を変えることによって電気的に行い、偏光子４０及び４２は、静止し、互いに平行又は直角に配向されることが好ましい。電気的な耐批判性に加えて、フィルタは、偏光子４０に対して出射偏光子４２を回転させることによって、機械的に同調可能である。この特徴は、回転角ρｆ（λ）が変化する範囲が、所望のように十部分広くないとき、有効である。電気的同調性の補償として、この特徴によって、電気的同調が達成される波長範囲の調節又は選択が、可能になる。
【００４３】
ファラデー回転子を使用した図７の１段フィルタは、色収差のないリターダーも必要でない。フィルタの波長範囲は、使用された光磁気材料又はガラスが可能な伝達の上限までの広さとすることができる。典型的なファラデー回転子のガラスは、ＴＧＧ（テルビウム・ガリウム・ガーネット）結晶であり、それは、５００〜１５００ｎｍの広いスペクトル範囲で透過的であり、高ベルデ定数、低損失及び高耐損傷性を有する。図７の実施例は、適切にファラデー回転子及びブロードバンド偏光子を使用することによって、ブロードバンドの同調可能フィルタの構築のために使用することができる。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタでは、磁場Ｂを調節することによってもたらされる位相シフトは、波長に依存する。回転子４１が、出射偏光子の回転よって引き起こされた位相シフトがすべての波長に対して一定である光回転子のとき、これは、図７のフィルタとは異なる。
【００４４】
ファラデー回転子を使用した図７のフィルタは、さらに、磁場Ｂをオン又はオフすることによって、電気的に切り替え可能にすることができる。この目的のために、偏光子４２は、入射偏光子４０に対して平行（Ｐ２−Ｐ１＝０°）又は直角（Ｐ２−Ｐ１＝９０°）になるように配向することが好ましい。フィルタは、この場合、電気的スイッチとして働き、２つの切り替えられたその後の状態で伝達される光強度は、以下のように記述される。
【００４５】
【数６】
又は、
【００４６】
【数７】
図７のフィルタでは、ファラデー回転子を使用する他の利点は、フィルタが、同じく波長選択が同調可能で光を一方向に伝達するが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして、機能することができることである。本発明によれば、図７のフィルタは、回転子４１がファラデー回転子であるとき、一方向フィルタとして働き、偏光子４２は、偏光子４０に対し４５°、すなわちＰ２−Ｐ１＝４５°の角度をなすように位置合わせされることが好ましい。Ｐ２−Ｐ１＝４５°の場合、フィルタの一巡伝達は、次の式で与えられる。
【００４７】
Ｉ１＝ｃｏｓ２（４５°＋ρｆ（λ））ｃｏｓ２（４５°−ρｆ（λ）） （９）
ファラデー回転子を使用した図７の１段フィルタは、偏光子４０及び４２が、互いに平行又は直角のいずれかに、すなわちＰ２−Ｐ１＝０°又はＰ２−Ｐ１＝９０°で配向されたとき、反射モードで働くこともできる。反射モードで動作するフィルタの伝達は、次の式による。
【００４８】
【数８】
【００４９】
図７の実施例による高分解能スペクトル・フィルタを構築するために、回転角が、現在の用途において現在利用できる光回転子又はファラデー回転子より極めて大きい、光回転子又はファラデー回転子が、必要である。通常の光回転子又はファラデー回転子の回転角は、一般にせいぜい１８０°である（ゼロ次）。たとえば、現在市販の光回転子は、回転が、通常その標準の波長で９０°又は４５°に等しく、一方光遮断器の形で使用されるファラデー回転子は、回転角が、通常遮断器の中心波長で４５°に等しい。本発明の教示は、本発明による高分解能のスペクトル・フィルタを構築するために、複数次の光回転子及びファラデー回転子を製造することである。そのような複数次の回転子の回転角は、可視範囲又は対象とする波長範囲で１８０°より大きい又は極めて大きい。二酸化テルル（ＴｅＯ２）及び銀チオガリウム酸塩（ｓｉｌｖｅｒ ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ：ＡｇＧａＳ２）結晶は、結晶石英よりはるかに大きい回転力を有し、複数次光回転子を作るための候補材料である。ファラデー回転子に大きい回転角を与えるために、高ベルデ定数を示す材料が、選択されるものとし、かつ／又は回転子厚さ及び加える磁束密度を増加する必要がある。高ベルデ定数を有する磁気結晶は、たとえばＴＧＧ（ｔｅｒｂｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）結晶を含む。
【００５０】
図８に、入射偏光子４０（方位角：Ｐ１＝０）、光回転子４３、半波リターダー４４及び出射偏光子４２（方位角：Ｐ２）を含む、本発明の他の１段フィルタを概略的に示す。光回転子４３は、分散的であり、その回転角ρ（λ）＝ρｏ（λ）が、フィルタの波長範囲において波長に依存する。半波リターダー４４は、好ましくはフィルタの波長範囲において色収差がなく、その光軸が偏光子４０に対し角度ψで配向される。リターダー４４は、回転子４３の後（図８に示すように）又はその前に位置することができ、リターダー４４との接続が、図６Ｂによって述べたような同調器と同等である。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式によって、図８のフィルタの伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【００５１】
【数９】
図８の１段フィルタのスペクトル・プロフィールは、光回転子４３の回転角ρ＝ρｏ（λ）によって決定され、フィルタのスペクトル伝達は、偏光子４０に対し半波リターダー４４を回転させることによって同調可能である。図７の実施例とは違い、偏光子４０及び４２は、図８のフィルタを同調させるとき、ともに静止していることができる。この特徴は、イメージング性能を向上させるために、好ましいはずである。半波リターダー４４を回転させることによって伝達Ｉ１（λ）に追加される位相シフトは、回転された角度の２倍である。同調は、使用に選択したリターダーに依存して、機械的又は電気的に行うことができる。
【００５２】
本発明によれば、半波リターダー４４は、色収差がない又はゼロ次の複屈折波長板又は同等の電気的に回転可能なＬＣリターダーが好ましい。複屈折リターダーを使用した図８のフィルタは、機械的に同調可能である。本発明によれば、フィルタのスペクトル範囲が、非常に広くなく、その位相角が、フィルタの波長範囲内の波長で１８０°に等しく、好ましくは設計及び要件に依存して中心波長より短い場合、ゼロ次の半波リターダーを使用することができる。そのようなゼロ次リターダーは、色収差のない半波リターダーの近似物として見なすことができる。この場合、図８のフィルタの伝達は、選択された波長範囲及び使用されたリターダーの同調角ψに依存して、式（１１）によって記述されたものからわずかに異なるものになる。リターダー４４としてゼロ次リターダーを使用することによって引き起こされる効果は、わずかに波形が変形され、サイドローブ振幅が変化することである。カラー表示、イメージング及び投射などの用途では、これは、利益を得られるので、そう重要ではない。
【００５３】
本発明によれば、電気的同調が所望のとき、リターダー４４として同等の電気的回転可能なＬＣリターダーを使用することが好ましい。適切なＬＣリターダーは、位相遅れが、Δｌｃ＝１８０°であり、その光軸の方向が、制御電圧を加えたとき、回転可能である。それは、回転可能な半波プレートの電気的同等物として働く。ＬＣリターダーは、その光軸が、制御電圧がオフのとき、入射偏光子４０に対し角度ψｏｆｆになるように配向される。光軸は、制御電圧がオンのとき、角度ψｌｃだけ回転して、ψｏｎ＝ψｏｆｆ＋ψｌｃである方向ψｏｎになる。位相シフトは、偏光子４０及び４２を静止させて、角度ψｌｃだけ電気的に回転させることによって導入することができる。角度ψｌｃの回転は、使用するＬＣリターダーに依存して連続的、又は離散的回転のいずれかとすることができる。光軸の方向が、連続的に回転可能であるＬＣリターダーの候補は、ＳｍＡ＊セル及びＤＨＦＬＣセルである。たとえば、ＤＨＦセルでは、得られる最大の傾斜角は、±３８°である。光軸が離散的に回転可能なＬＣリターダーの例には、安定２元状態（ｓｔａｂｌｅ ｂｉｎａｒｙ ｓｔａｔｅ）のＳＳＦＬＣセル及び平面配向スメクチックＣ＊（ｐｌａｎａｒ ａｌｉｇｎｅｄ ｓｍｅｃｔｉｃ Ｃ＊：ＳｍＣ＊）セル（２つの光軸の方向）及び３元状態反強誘電性効果ＬＣセル（３つの光軸の方向）が含まれる。ＬＣ回転可能リターダーを使用した図８の１段フィルタは、使用されたＬＣリターダー又は出射偏光子４２を機械的に回転させ、角度ψｏｆｆ又はＰ２を変化させることによって、そのように所望された場合、さらに同調可能とすることができる。従来技術の連続的に同調可能なＬＣ１段フィルタは、図２の構成に基づいており、複屈折プレート、色収差のない４倍波プレート及びＬＣリターダーが必要である（たとえば、Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｍ．及びＳｈａｒｐ，Ｇ．Ｄ．米国特許第５，１３２，８２６号参照）。しかし、従来技術と比べて、図８のフィルタは、光回転子（複屈折プレートも）及びＬＣリターダーを使用し、色収差のないプレートはまったく必要でない。さらに、図８のフィルタは、機械的に同調可能であり、その取り付け及び調節は、より簡単である。
【００５４】
図８の実施例によるスペクトル・フィルタを構築するために、その光軸の方向角が、光波長に関し正則関数として変化する、新しいタイプのＬＣの電気的に回転可能な半波リターダーを作ることが望ましい。原理的には、方向角は、どんな関数でもよく、スペクトル範囲にわたり波長に関して単調に減少する又は増加することが好ましい。そのようなＬＣリターダーを使用して、図８のリターダー４４及び光回転子４３と置き換えることができる。本発明の他の教示は、追加の偏光回転子を必要としない電気的に同調可能、又は切り替え可能なスペクトル・フィルタ（以下参照）を構築するために、光軸の方向が、光波長の所定の関数として変化するＬＣ電気的回転可能リターダーを構築することである。
【００５５】
図９に、入射偏光子４０（方位角：Ｐ１＝０）と出射偏光子４２（方位角：Ｐ２）の間に配置された能動型偏光回転子４５と組み合わせて分散的光回転子４３を使用する、本発明の他の１段フィルタを示す。光回転子４３は、受動型回転子と見なすことができ、好ましくは石英回転子であり、その回転角ρ＝ρｏ（λ）が、フィルタの波長範囲において波長に依存する。能動型偏光回転子４５は、フィルタの波長範囲において分散的又はほぼ一定であることができ、調節可能である回転角ρａを有し、ファラデー回転子（ρａ＝ρｆ（λ））又は適切なＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチック偏光回転子（ρａ＝ρｌｃ）であることが好ましい。光回転子４３は、能動型回転子４５と、図６ａの偏光子同調器と同等の出射偏光子４２とに組み合わされて、能動型回転子４５の前（図９に示すように）又はその後に位置することができる。図９では、光回転子４３及び能動型回転子４５は、回転が、光伝播方向に沿って見ると同じ向きと仮定する。式（４）に基づき、図９の１段フィルタのスペクトル伝達は、次の式によって与えられる。
【００５６】
Ｉ１＝ｃｏｓ２（Ｐ２−Ｐ１＋ρｏ（λ）＋ρａ） （１２）
能動型偏光回転子４５が、ファラデー回転子であるとき、図９のフィルタのスペクトル・プロフィールＩ１（λ）は、回転角ρｏ（λ）及びρａ＝ρｆ（λ）の和によって決定される。フィルタは、ファラデー回転角ρｆ（λ）を変えることによって、電気的に同調可能である。図９のフィルタは、たとえば、ファラデー回転角が十分大きくないファラデー回転子を使用したときの図７のフィルタの分解能を増加するために、補償する解決策として働くことができる。ファラデー回転子を使用した図９のフィルタは、さらに、一方向デバイスとして動作することができる。この目的のために、回転角ρｏ（λ）が、ファラデー回転角ρｆ（λ）と相似又は理想的には等しい光回転子を、受動型回転子４３として選択することが望ましい。この場合、出射偏光子４２は、回転角ρｏ（λ）とρｆ（λ）の間の一致性に依存して、フィルタの一巡伝達が最小値に到達するように、偏光子４０に対して４５°の角度を成すように位置合わせされる。能動型回転子４５としてツイスト・ネマチック偏光回転子を使用することも好ましい。ツイスト・ネマチック・セルは、２つの平行ガラス・プレート間に配置されたネマチックＬＣの薄層であり、分子配向が、プレートに垂直な軸（ツイスト軸）のまわりでらせん状に回転するように磨がかれる。電場が、ツイスト軸の方向に加えられていないとき、セルは、ツイスト角に、通常９０°又は４５°に等しい角度だけ線形に偏光された光を回転させる。逆に、電場が、ツイスト軸の方向に加えられ、したがって分子がそのツイスト特性を失っているとき、セルは、光の回転を生じない。ツイスト・ネマチック回転子の入射結晶軸は、入射偏光子４０に対して平行又は直角である。ツイスト・ネマチック回転子は、回転角又はツイスト角が、適切な制御電圧を加える手段によって、又は電場が存在しないとき、ゼロ又はρｌｃに等しくなる、電気的スイッチとして機能する。図９のフィルタのスペクトル伝達は、ツイスト・ネマチック回転子を使用したとき、次の式で与えられる。
【００５７】
【数１０】
フィルタは、基本スペクトル・プロフィールが、光回転子４３の回転角ρｏ（λ）によって決定され、ＬＣ偏光回転子を電気的に切り替える又は切り替えないことによって、離散的に同調可能である。さらに、図９のフィルタは、機械的に同調可能である。位相シフトは、偏光子４２を回転させ、角度Ｐ２−Ｐ１を変えることによって、導入することができる。この特徴は、電気的同調性を補償するように働き、電気的同調が達成できる波長範囲の都合よい調節又はシフトを可能にする。
【００５８】
現在利用できるツイスト・ネマチック偏光回転子の回転角は、あるスペクトル範囲でほぼ一定である。本発明で開示されるフィルタを応用するために、その回転角が、光波長に関し正則関数として分散的であり、電気的に可変又は切り替え可能であるＬＣ偏光回転子を構築することが望ましい。原理的には、回転角は、どんな関数でもよく、スペクトル範囲にわたり光波長に関して単調に減少する又は増加することが好ましい。純粋なＬＣ同調可能フィルタが、そのようなＬＣ偏光回転子を用いて、本発明によって構築することができる。たとえば、単一の分散的ＬＣ偏光回転子は、電気的に可変又は切り替え可能であり、図９の能動型回転子４５及び光回転子４３に取って代わることができる。本発明の他の教示は、同調可能なスペクトル・フィルタを構築するために、回転角が、分散的で可変であるＬＣ偏光回転子を構築又は開発することである。
【００５９】
図１０に、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能な本発明の他の１段フィルタを概略的に示す。電気的に切り替え可能フィルタは、通信の分野で殊に有益である。図１０のフィルタは、入射偏光子４０（Ｐ１）と出射偏光子４２（Ｐ２）の間に配置された１対の分散的光回転子４３及び４７と、可変リターダー４６とを含み、リターダー４６は、回転子４３と４７の間に挟まれる。回転子４３（ρｏ（λ））及び４７（−ρｏ（λ））は、フィルタのスペクトル範囲にわたり等しいが反対の回転角度を有する。リターダー４６は、好ましくはＬＣ可変セル、たとえばネマチック又はホメオトロピック配向ネマチックＬＣセルであり、位相遅れが、制御電圧の印加によって電気的に可変である。ＬＣデバイスを使用した電気的に切り替え可能フィルタの考えられる利点には、小型、低コスト、大きな有効口径及び低電力要件が含まれる。可変リターダー４６は、その位相遅れが、２つの選択できる状態間で切り替わることが可能なように動作させ、位相遅れΔｏｆｆ及びΔｏｎが、フィルタの波長範囲においてそれぞれ０°及び１８０°に等しい又はほぼ等しい。位相遅れがゼロでないリターダー４６は、光軸が、偏光子４０に対してψｏｎで配向される。リターダー４６が、Δｏｆｆの状態に切り替えられたとき、それは、等方性媒体（ゼロ位相遅れ）として働き、したがって回転子４３及び４７は、互いに補償し合う。他方に切り替えられた状態Δｏｎのとき、リターダー４６と回転子４３及び４７との組み合わせは、図６ｃによる半波リターダー同調器と同等であり、その方向角が、ρｏ（λ）＋ψｏｎに等しい。したがって、Ｐ２＝０°（図１０に示すように）の場合、図１０の１段フィルタのスペクトル伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、次の式のように書くことができる。
【００６０】
【数１１】
或いは、図１０のフィルタは、偏光子４２が９０°だけ回転したとき、オフ状態で光を遮断することができる。Ｐ２＝９０°の場合、フィルタの伝達は、次の式になる。
【００６１】
【数１２】
図１０のフィルタは、切り替え状態Δｏｆｆ及びΔｏｎであるリターダー４６をその後に切り替えることによって、電気的に切り替え可能であり、そのスペクトル伝達は、光ビーム軸ｚのまわりでリターダー４６を機械的に回転させ、角度ψｏｎを変えることによって、さらに同調可能である。この実施例では、リターダー４６として、電気光学的変調器、又は光弾性又は磁気変調器などのその同等物を使用することも重要である。フィルタの波長範囲は、位相遅れが、０°と１８０°の間で切り替え可能であり、分散効果が、無視できるリターダーとして動作させることができるように使用する、ＬＣ可変リターダー又は変調器によって決定される。
【００６２】
本発明は、さらに、偏光子境界によって画定された独立したユニットである、上記で述べた１段フィルタに基づき開発される、複数段の同調可能なフィルタを提供する。本発明の複数段フィルタは、光ビーム軸に沿って縦列に配置された、異なるサイズであるが同じ構造を有した１段フィルタの適切な組み合わせであり、ある段の出射偏光子が、次段の入射偏光子として働く。一般に、異なる構造の１段フィルタは、複数段フィルタを作るために組み合わせることもできる。
【００６３】
図１１に、ｎ＋１個の線形偏光子４９１、４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）及びｎ個の分散的偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎを含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが図７の構成に従い、したがって回転子５０ｉは、偏光子４９ｉと４９ｉ＋１（ｉ＝１、２、３、・・、ｎ）の間に挟まれる。偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎは、好ましくは光回転子であり、その回転角が、それぞれρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・、ρｎ（λ）によって指定される。本発明によれば、図１１の実施例では仮定したように、回転角ρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・、ρｎ（λ）は、フィルタの波長範囲において整数の比でなければならず、好ましくは回転の向きを無視して、比が、１：２：４：８：・・・２ｎ−１、すなわち｜ρ２（λ）｜＝２｜ρ１（λ）｜、｜ρ３（λ）｜＝４｜ρ１（λ）｜、｜ρ４（λ）｜＝８｜ρ１（λ）｜、・・及び｜ρｎ（λ）｜＝２ｎ−１｜ρ１（λ）｜である。これは、各回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎが、回転の向きを無視して、その直前の回転子の回転角の２倍の回転角を有することを意味する。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、同調前、偏光子４９１（Ｐ１＝０°）に対して平行に、すなわちＰ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・、Ｐｎ＝０°で配向されることが好ましい。同調時、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、それぞれその先行する偏光子に対して回転させられ、したがってそれらの方位角が、それらの直前の回転角に対する比と同じ比、すなわち（Ｐ２−Ｐ１）：（Ｐ３−Ｐ２）：（Ｐ４−Ｐ３）：・・・：（Ｐｎ＋１−Ｐｎ）＝ρ１（λ）：ρ２（λ）：ρ３（λ）：・・：ρｎ（λ）になる。各段が伝達する光強度は、式（４）を使用して計算することができる。したがって、Ｐ２−Ｐ１＝ψとすると、図１１のフィルタのスペクトル伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式であることが分かる。
【００６４】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２４（ρ１（λ）＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρ１（λ）＋ψ） （１５ａ）
式（１５ａ）は、基本スペクトル伝達プロフィールが、回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比である、使用する回転子の分散的回転角によって決定される、リヨ幾何形状ｎ段フィルタを記述する。図１１のフィルタは、方位角Ｐ２−Ｐ１、Ｐ３−Ｐ２、・・・、Ｐｎ＋１−Ｐｎの比を変更しない状態のままで、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を同時に回転させることによって同調可能であり、さらに、回転角が調節可能である場合、それらの比を変更しないままで、回転角ρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・・、ρｎ（λ）を変化させることによって同調可能である。同調前に、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子４９１に対して直角、すなわちＰ２＝９０°、Ｐ３＝９０°、・・、Ｐｎ＋１＝９０°とすることもでき、それらの方位角Ｐ２−Ｐ１−９０°、Ｐ３−Ｐ２、Ｐ４−Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１−Ｐｎを先行する回転角の比と同じ比にして、それらを回転させて、同調させる。この場合、フィルタの伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式である。
【００６５】
Ｉｎ＝ｓｉｎ２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２４（ρ１（λ）＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρ１（λ）＋ψ） （１５ｂ）
図１１の複数段フィルタは、図７の１段フィルタが有する特徴をすべて有する。同調を実現するためにｎ個の色収差のない４倍波プレートが必要な、従来技術によるリヨｎ段偏光子回転式同調可能フィルタと比較すると、図１１のフィルタは、構成が、色収差のない波長板を必要とせずより簡単であり、したがってｎ個の色収差のない波長板が、省かれる。波長板を使用しないので、図１１のフィルタは、回転子材料の伝達の上限まで光を伝達することができ、スペクトル範囲が、ブロードバンド偏光子を使用することによって、容易に拡張することができる。さらに、図１１のフィルタの取り付けは、簡単であり、偏光子の位置合わせだけが必要である。従来技術の偏光子回転式複数段フィルタでは、１つの深刻な負担は、最初の段の出射偏光子の回転には、第２及びそれに続く段中の複屈折プレートを同時に回転させる必要があることである。これは、都合が悪く、実用上重大な問題を引き起こし得るはずである。この欠点は、図１１のフィルタでは、避けられる。というのは、光回転子は、回転子軸まわりの機械的回転の影響を受けないからである。
【００６６】
フィルタのスペクトル伝達は、波長λの関数としてフィルタが伝達する（相対的）光強度を示す。フィルタは、伝達カーブに従って光を伝達する。たとえば、フィルタは、伝達のピークがある波長ではどんな損失もなしに光を伝達し、伝達が、ゼロに等しい又はほぼそれに等しい波長では光を遮断する。
【００６７】
例として、図１２に、図１１のｎ＝２の場合の構成によって構築された２段フィルタの、４００〜７００ｎｍの波長範囲で測定したスペクトル伝達を提示する。フィルタは、波長１０６４ｎｍでそれぞれ４５°及び９０°に等しく回転する２つの市販の光回転子（ＣＡＳＩＸ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｔｓｗｏｒｔｈ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）、及び３つの線形偏光子（ＨＮ３８Ｓ，Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｌｏｎｇｍｏｎｔ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）を使用した。偏光子の動作スペクトル範囲は、４００〜７００ｎｍである。２つの光回転子の回転角は、互いに反対の向きで、その比が、ρ１（λ）：ρ２（λ）＝（Ｐ２−Ｐ１）：（Ｐ３−Ｐ２）＝１：−２であった。図１２ａに、ψ＝０°及びψ＝１５°（ψ＝Ｐ２−Ｐ１）の場合について、ψ＝０°のカーブを理論によって計算したそのフィッティング・カーブと比べて、フィルタの測定したスペクトル伝達を示す。図１２ｂ及び図１２Ｃに、ψ＝３０°、ψ＝４５°、ψ＝９０°及びψ＝１３５°の場合について、フィルタの測定したスペクトル伝達カーブを示す。
【００６８】
図１１の実施例では、偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎとして、それぞれ磁場を加えるファラデー回転子を使用することも好ましい。ファラデー回転子の回転子厚さ及び加える磁場は、回転角ρｆ１（λ）、ρｆ２（λ）、ρｆ３（λ）、・・、ρｆｎ（λ）が、好ましくは回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比になるように選ばれる。ファラデー回転子を使用した図１１の複数段フィルタは、スペクトル伝達プロフィールが、ファラデー回転角によって決定され、フィルタは、回転角が同期して調節されその比が不変のままであるように、回転子に加える磁場を同時に変えることによって、電気的に同調可能にすることができる。フィルタは、さらに、それぞれ偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を直前の偏光子に対して機械的に、その方位角の比を不変のままで回転させることによって、同調可能である。この特徴によって、電気的同調の補償が可能になる。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、機械的同調を使用しないとき、入射偏光子４９１に対して平行又は直角、すなわちψ＝０°又はψ＝９０°いずれかで配向することができることが好ましい。それは、フィルタの取り付けを簡単にし、フィルタの多くの用途で所望される。ファラデー回転子を使用した図１１のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、次の式のように書かれる。
【００６９】
【数１３】
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、反射モードでも機能する。たとえば、ψ＝０°の場合、反射モードのフィルタの伝達は、次の式になる。
【００７０】
Ｉｎ＝ｃｏｓ４ρｆ１（λ）ｃｏｓ４２ρｆ１（λ）ｃｏｓ４４ρｆ１（λ）・・・ｃｏｓ４２ｎ−１ρｆ１（λ） （１７）
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、さらに、ファラデー回転子の加える磁場を同時にオン及びオフすることによって、電気的に切り替え可能にすることができる。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を入射偏光子４９１（ψ＝０°）に対して平行に配向した状態では、フィルタは、切り替えられないとき、十分に光を伝達するスイッチとして働き、２つの切り替え状態におけるその伝達は、次の式によって記述される。
【００７１】
【数１４】
したがって、切り替えられないで、偏光子４９２が、入射偏光子４９１に対して直角に、すなわちψ＝９０°に配向され、一方他の偏光子４９３、４９４、・・・、４９ｎ＋１は、それに対して平行又は直角でよい状態のとき、フィルタは、オフ状態で働く。フィルタの伝達は、この場合、次の式による。
【００７２】
【数１５】
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、さらに、一方向デバイスとして機能することができる。この目的のために、偏光子４９２は、偏光子４９１に対して４５°の角度、すなわち｜ψ｜＝４５°になるように配向することが好ましい。他の偏光子は、偏光子４９３が、偏光子４９２に対して直角に、すなわちＰ３−Ｐ２＝９０°又はＰ３−Ｐ２＝−９０°になり、それに続く偏光子が、偏光子４９３に対して平行になるように、配向される。これは、たとえば、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）に対して、Ｐ２＝４５°の場合、Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝１３５°、又はＰ２＝−４５°の場合、Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝４５°になることを意味する。図１１のフィルタの一巡伝達は、一方向デバイスとして働くとき、次の式になる。
【００７３】
Ｉｎｒ＝ｃｏｓ２（４５°＋ρｆ１（λ））ｃｏｓ２（４５°−ρｆ１（λ））ｃｏｓ２２（４５°＋ρｆ１（λ））ｘｃｏｓ２２（４５°−ρｆ１（λ））ｃｏｓ４４ρｆ１（λ）・・・ｃｏｓ４２ｎ−１ρｆ１（λ） （１９）
図１３に、それぞれ図７の１段ファラデー・フィルタの、及び図１１の実施例によるｎ＝２及びｎ＝３の場合の２つの複数段ファラデー・フィルタの計算した一巡伝達カーブを、スペクトル範囲５００〜６５０ｎｍにわたる光波長λに対して提示する。一巡伝達カーブＩ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）（図１３ａ）は、前向き伝達カーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）（図１３ｂ）と比較する。計算では、ファラデー回転子は、ＴＧＧ（ｔｅｒｂｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）結晶から作られたと仮定した。現在の用途で要求されたとき、ファラデー回転子のガラスのベルデ定数のデータは、わずかな単一波長だけについて入手可能であり、たとえばＴＧＧガラス（たとえば、ＩＭＰＥＸ−ＨＩＧＨ−ＴＥＣＨ Ｉｎｃ．Ｒｈｅｉｎｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ）では、５００−６３３−１０６０ｎｍにおいてＶ＝０．７５−０．４６−０．１２ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍである。それらは、ここで必要な、十分にスペクトル伝達プロフィールの細部を計算するために使用することができないはずである。この理由のため、ＴＧＧガラスのベルデ定数の波長依存性は、入手可能なデータに基づき、近似的にフィッティングした。そのフィッティングの結果に従って、シミュレートした計算によるベルデ定数Ｖ、これを用いたファラデー回転ρｆ１（λ）、ρｆ２（λ）＝２ρｆ１（λ）及びρｆ３（λ）＝４ρｆ１（λ）は、スペクトル範囲において波長λの二乗に逆比例すると仮定した。この仮定は、妥当性及び計算結果の一般性に影響せず、ＴＧＧガラスのファラデー回転子が使用される以下の計算についても適用する。さらに、図１３のカーブでは、ファラデー回転ρｆ１（λ）は、値が、λ＝１３３６．８ｎｍで９０°に等しく、したがってカーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）は、５７０ｎｍで第１の最大値を有する（図１３ｂ）と仮定した。計算したところによると、一巡伝達カーブＩ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）は、最大値が、それぞれ０．２４９９、０．０３６５及び０．００８４であり、すなわち最小減衰率が、１０＊Ｌｏｇ（）によって表すと、−６．０ｄＢ、−１４．３ｄＢ及び−２０．８ｄＢである。図１１のフィルタでは、個々の段の数ｎが増加したとき、一巡伝達Ｉｎｒ（λ）（ｎ＞３）の最大漏れ強度は、さらに減少する。計算したところでは、Ｉ４ｒ（λ）、Ｉ５ｒ（λ）及びＩ６ｒ（λ）の最大値は、それぞれ０．００２１０、０．０００５１及び０．０００１３（最小減衰率：−２６．８ｄＢ、−３２．９ｄＢ及び−３８．９ｄＢ）である。
【００７４】
図１４に、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）と、ｎ個の分散的光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（回転角ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））と、ｎ個の半波リターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎと、ｎ個の後続の偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）とを含む、本発明の他のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが、図８の構成による光回転子及び半波リターダーを含む。光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎは、好ましくは石英回転子であり、その回転角が、回転の向きを無視して、１：２：４：８：・・・２ｎ−１、すなわち｜ρｏ１（λ）｜：｜ρｏ２（λ）｜：｜ρｏ３（λ）｜：・・・：｜ρｏｎ（λ）｜＝１：２：４：・・・：２ｎ−１の比である。図１４の実施例では、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子４９１に対して平行に、すなわちＰ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・、Ｐｎ＋１＝０°で配向される。半波リターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎは、フィルタの波長範囲において色収差がなく、ビーム軸のまわりで回転可能であることが好ましい。それらは、それぞれ回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎの後に（図１４に示すように）、又はその前に位置し、それぞれその先行する偏光子に対して、直前の回転角の比と同じ比である方向角ψ１、ψ２、ψ３、・・・ψｎで、すなわちψ１：ψ２：ψ３：・・・：ψｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）で配向される。図１４のフィルタが伝達する光強度Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、式（１１）に基づき計算することができ、次の式であることが分かる。
【００７５】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρｏ１（λ）＋２ψ１）ｃｏｓ２２（ρｏ１（λ）＋２ψ１）ｃｏｓ２４（ρｏ１（λ）＋２ψ１）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρｏ１（λ）＋２ψ１） （２０）
図１４のフィルタは、基本スペクトル伝達プロフィールが、回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比になり分散的である光回転子の回転角によって決定される、リヨ構造のものである。このフィルタの単一段は、静止したままでいることができる中間の偏光子によって、分離される。フィルタは、入射偏光子４９１に対してリターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎを、その方向角の比を不変のままにして、同時に回転させることによって、同調可能である。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を、その方位角が、それぞれその先行する偏光子に対し回転角の比と同じ比でその比を不変のままで、回転させることによって、フィルタを同調させることも重要である。
【００７６】
図１４のフィルタの同調は、好ましくは複屈折リターダー及び電気的回転可能なＬＣリターダーから選択され使用するリターダーに依存して、機械的又は電気的に行うことができる。機械的同調では、色収差のない波長板及びゼロ次波長板を含め、複屈折リターダーを使用することが望ましい。例として、図１５に、図１４のｎ＝２の場合の実施例による、２つの石英回転子及び２つの同一ゼロ次半波プレートを使用した２段フィルタの、スペクトル範囲４００〜５５０ｎｍにおいて計算した同調スペクトル伝達Ｉ２（λ）を、ψ１＝０°、ψ１＝３０°及びψ１＝６０°の場合について提示する。石英回転子は、回転角が、波長λの二乗に比例すると仮定する。この仮定は、石英回転子を使用する以下の計算にも適用する。ゼロ次波長板は、位相遅れが、λ＝４６３ｎｍで１８０°に等しく、式（２）によって記述されるように分散的であると仮定する。従来技術の偏光子固定リヨｎ段同調フィルタと比較すると、図１４のフィルタは、必要な色収差のない４倍波プレートが、前者より少ないｎ個である。
【００７７】
図１４のフィルタでは、電気的同調が望まれた場合、同等の電気的回転可能なＬＣリターダーを使用することが好ましい。ＬＣリターダーは、ゼロ場における方向角ψｏｆｆ１、ψｏｆｆ２、ψｏｆｆ３、・・・ψｏｆｆｎが、入射偏光子４９１に対して回転角の比と同じ比、すなわちψｏｆｆ１：ψｏｆｆ２：ψｏｆｆ３：・・・：ψｏｆｆｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように配向される。それらが切り替えられたとき、その光軸が、回転し、制御電圧は、その回転した角度ψｌｃ１、ψｌｃ２、ψｌｃ３、・・・ψｌｃｎが、回転角の比と同じ比、すなわちψｌｃ１：ψｌｃ２：ψｌｃ３：・・・：ψｌｃｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように選ばれる。図１４のフィルタは、電気的回転可能なＬＣリターダーを使用したとき、そのスペクトル・プロフィールが、光回転角によって決定され、フィルタは、ＬＣリターダーを、それらの方向角の比を不変のままで、同時に回転させることによって電気的に同調可能である。同調は、連続的に又は離散的に回転可能なＬＣリターダーのどちらが使用されるかに依存して、連続的又は離散的いずれかで行うことが可能である。電気的回転可能なＬＣリターダーを使用した図１３のフィルタは、さらに、そのように望まれた場合、ＬＣリターダーを、その方向角の比を不変のままで、同時に回転させることによって機械的に同調可能である。
【００７８】
図１６に、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）と、ｎ個の分散的光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（回転角：ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））と、ｎ個の能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎ（回転角：ρａ１、ρａ２、ρａ３、・・、ρａｎ）と、ｎ個のその後に続く偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）とを含む、本発明の他のｎ段フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが、図９の構成によって光回転子及び能動型偏光回転子を含む。光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎは、好ましくは石英回転子であり、その回転角が、回転の向きを無視して、比１：２：４：８：・・・：２ｎ−１、すなわち比｜ρｏ１（λ）｜：｜ρｏ２（λ）｜：｜ρｏ３（λ）｜：・・・：｜ρｏｎ（λ）｜＝１：２：４：・・・：２ｎ−１である。能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎは、好ましくはファラデー回転子又は適切なＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチック偏光回転子であり、それらの回転角が、その直前の受動型回転角の比と同じ比である。図１６の実施例では、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子の方位角Ｐ２−Ｐ１、Ｐ３−Ｐ２、Ｐ４−Ｐ３、・・・及びＰｎ−Ｐｎ−１が、光回転角と同じ比になるように配向される。図１６のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、式（１２）に基づき計算することができ、Ｐ２−Ｐ１＝ψとして、次の式であることが分かる。
【００７９】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）ｃｏｓ２２（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）ｃｏｓ２４（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ） （２１）
図１６のフィルタは、リヨ幾何形状のもので、図９のフィルタの特徴をすべて有する。図１６のフィルタのスペクトル・プロフィールＩｎ（λ）は、ファラデー回転子を使用したとき、光回転及びファラデー回転によって決定される。フィルタは、ファラデー回転子に加える磁場を調節し、ファラデー回転角をその比を不変のままで同時に変えることによって、電気的に同調可能である。フィルタは、一方向デバイスとしても機能することができる。この目的のために、その回転角が、それぞれファラデー回転角に相似又は理想的には等しく、したがってフィルタの一巡伝達が、回転角ρｏ１（λ）とρｆ１（λ）の一致性に応じて最小値に近づくように、受動型光回転子を選ぶことが望ましい。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、入射偏光子４９１に対し条件Ｐ２＝４５°及びＰ３＝Ｐ４＝・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝−４５°を満足するように、配向される。
【００８０】
図１６の実施例では、能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎとして、ＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用することも好ましい。ツイスト・ネマチックＬＣ回転子は、適切な制御電圧を加えたとき、回転が生じない。ツイスト・ネマチックＬＣ回転子が、切り替えられず、したがってρｌｃ１：ρｌｃ２：ρｌｃ３：・・：ρｌｃｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・：ρｏｎ（λ）であるとき、その回転角は、それぞれρｌｃ１、ρｌｃ２、ρｌｃ３、・・、ρｌｃｎに等しい。図１６のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、ツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用したとき、Ｐ２−Ｐ１＝ψとして次の式で与えられる。
【００８１】
【数１６】
図１６のフィルタのスペクトル・プロフィールＩｎ（λ）は、ツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用したとき、受動型光回転子によって決定される。フィルタは、同時にＬＣ偏光回転子を切り替える又は切り替えないことによって、離散的に２つの状態で同調することができる。さらに、フィルタは、同時に偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を、その方位角の比を不変のままで、又はその方位角が、偏光子４９１に対して平行であるように、回転させることによって、機械的に同調させることが可能である。
【００８２】
図１７に、ｎ＋１個の偏光子４９１、４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）と、ｎ個の可変リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎと、２ｎ個の光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））及び５４１、５４２、５４３、・・、５４ｎ（−ρｏ１（λ）、−ρｏ２（λ）、−ρｏ３（λ）、・・、−ρｏｎ（λ））とを含む、本発明の他のｎ段フィルタを概略的に示す。それらは、ｎ個の単一段を直列に形成するように配置され、それぞれが、図１０の構成に従う。各段中の光回転子５１ｉ及び５４ｉ（ｉ＝２、３、４、・・）は、等しいが反対の回転角、すなわちρｉ（λ）＝−ρｉ（λ）を有する。回転角ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ）は、フィルタの波長範囲において回転の向きを無視して、１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比であることが好ましい。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、入射偏光子４９１に対して平行に、すなわちＰ１＝０°、Ｐ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・及びＰｎ＋１＝０°で配向されることが好ましい。リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、同一であり、それぞれが、好ましくはＬＣ可変リターダー、たとえばネマチック又はホメトロピック配向ネマチックＬＣセルであり、その位相遅れが、制御電圧を加えることによって、可変である。それらは、位相遅れが、２つの状態ΔｏｆｆとΔｏｎの間で切り替え可能であるように動作させ、その位相遅れは、フィルタの波長範囲において、それぞれ０°及び１８０°に等しい又はほぼ等しい。リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、その光軸の方向角（位相遅れが非ゼロである切り替え状態）ψＶ１、ψＶ２、ψＶ３、・・・ψＶｎが、回転角の比と同じ比、すなわちψＶ１：ψＶ２：ψＶ３：・・・：ψＶｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように配向される。図１７のフィルタは、同時にリターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎを、同期してΔｏｆｆとΔｏｎの間でその位相遅れを切り替えるように、動作させることによって、電気的に切り替え可能である。式（１４）に基づき、図１７のｎ段フィルタのスペクトル伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式のように書くことができる。
【００８３】
【数１７】
図１７のフィルタは、偏光子４９２が、偏光子４９１に対して直角に、すなわちＰ２−Ｐ１＝９０°で配向され、それに続く偏光子４９３、・・・、４９ｎ＋１が、偏光子４９２に対して平行なとき、オフ状態であり光を遮断することができる。Ｐ１＝０°、Ｐ２＝９０°、Ｐ３＝０°、・・及びＰｎ＋１＝０°の場合、スペクトル伝達Ｉｎは、次の式になる。
【００８４】
【数１８】
図１７のフィルタは、電気的に同時にＬＣ可変リターダーを切り替えることによって、スイッチとして働く。フィルタのスペクトル伝達（切り替え状態）は、さらに、機械的にＬＣリターダーを回転させ、同時にその方向角を、その比を不変のままで変えることによって、同調させることができる。ＬＣリターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器など同等の位相変調器によって置き換えることができる。
【００８５】
本発明は、さらに、図６の同調器に基づき開発され、中間の偏光子を使用しない同調可能なスペクトル・フィルタを提供する。本発明の無損失フィルタ又は中間偏光子なしのフィルタの共通の特徴は、それらが基本的に機械的に同調可能であることである。それらは、さらに、ファラデー回転子、又はＬＣの電気的に回転可能な又は可変なリターダーなどの能動的構成要素を使用したとき、電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができる。ファラデー回転子を使用したとき、本発明のフィルタは、さらに、リターダーを適切に配向して、一方向同調可能フィルタとして機能することができる。そのうえ、フィルタは、さらに、フィルタの構成が、ビーム軸に直角な軸のまわりで１８０°回転しても変わらない場合、ファラデー回転子を用いて電気的に切り替え可能とすることができる。そのような構成を有したフィルタでは、それは、さらに、ＬＣ可変リターダーをスイッチとして動作させて使用することによって、電気的に切り替え可能になることができる。したがって、使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、以下の本発明の単一フィルタ構成は、異なる同調及び／又は切り替えメカニズムで動作する、いくつかのバージョンのフィルタを製作することができる。
【００８６】
以下の実施例では、本発明の無損失フィルタの基本構成を説明し、それらは、従来のフィルタリング用途には望ましい広い遮断帯域と狭い伝達ピークとを有するように、設計される。本発明によれば、各フィルタは、そのスペクトル伝達が、出射偏光子を９０°だけ回転させることによって反転し、それによってノッチ・フィルタとして働くことができ、そのノッチ・フィルタは、広い伝達帯域と不要な波長を遮断する狭いノッチとを有し、殊に通信及びカラー表示などの領域で有益である。ノッチ・フィルタのスペクトル伝達は、１からその最初のフィルタの伝達を引いたものに等しく、すなわち最初のフィルタの逆数であり、したがってノッチ・フィルタは、最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ同調可能で光を伝達し遮断する。ノッチ・フィルタは、伝達が反転されていることを除き、その最初のフィルタが有する特徴をすべて有し、その構成要素は、最初のフィルタと同じ方法で選択することが好ましい。
【００８７】
図１８に、図６ｃの実施例による２つのリターダー同調器を使用する、中間偏光子がない本発明の同調可能スペクトル・フィルタの構成を概略的に示す。フィルタは、入射偏光子６１（Ｐ１＝４５°）と、第１の偏光回転子６２（−ρ（λ））と、第１のリターダー６３（Δ、−ψ）と、第２の偏光回転子６４（２ρ（λ））と、第２のリターダー６５（Δ、ψ）と、第３の偏光回転子６６（−ρ（λ））と、出射偏光子６７（Ｐ２＝４５°）とを含む。それらは、光ビーム軸に沿って、その軸方向が図１８で指定されたように配向されて縦列で配置される。偏光子６１及び６７は、平行に配向され、軸が、選択された基準軸、つまりｙ軸に対して４５°の角度である。偏光回転子６２、６４及び６６は、その回転角−ρ（λ）、２ρ（λ）及び−ρ（λ）が、１：−２：１の比であり、それらは、光回転子とすることができ、それぞれは、たとえば石英光回転子又はファラデー回転子又は他の同等物とすることができる。回転子６２及び６６は、同一であり、それらの回転角は、回転子６４の向きとは反対の向きである。回転角が反対の向きである２つの光回転子は、それぞれ右偏光性回転石英及び左偏光性回転石英を使用することによって、製造することができる。ファラデー回転の向きは、磁場の方向によって、支配され、したがって磁場の方向を変えることによって変化させることができる。リターダー６３及び６５は、同一であり、位相遅れΔが、フィルタの波長範囲において８０°と１１５°の範囲で選択されることが好ましい所定の値に、又はより一般的に条件８０°≦Δ≦１１５°を満たすように取られた値に等しい又はほぼ等しい。回転子６４は、２つの同一の縦続接続された偏光回転子と同等であり、それぞれが、回転角ρ（λ）を有する。したがって、回転子６２、６４及び６６とリターダー６３及び６５との組み合わせは、図６ｃの実施例による、位相遅れΔが同一であり、その回転角がそれぞれ−（ρ（λ）＋ψ）及び（ρ（λ）＋ψ）に等しい２つのリターダー同調器６８及び６９の直列接続と、同等である。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式によって、図１８のフィルタが伝達する相対光強度Ｉ２＝Ｉ２（λ）は、次の式によって与えられ、表し計算することができる。
【００８８】
【数１９】
回転角ρ＝ρ（λ）の分散性のため、式（２４）で記述される伝達Ｉ２＝Ｉ２（λ）は、波長に依存するプロフィールを示す。伝達Ｉ２（λ）は、入射偏光子６１に対して同時にリターダー６３及び６５を、それらの軸をｙ軸のまわりで対称に保ちながら回転させることによって、すなわち式（２４）中の角度ψを変化させることによって同調可能であり、さらに、回転子６２、６４及び６６の回転角を、その比１：−２：１を不変のままで変化させることによって、すなわち式（２４）中のパラメータρ（λ）を変化させることによって同調可能である。出射偏光子６７が、図１８に示すその方向すなわちＰ２＝−４５°から９０°だけ回転したとき、フィルタは、スペクトル伝達Ｉ２ｎｏｔｃｈ（λ）が、１−Ｉ２（λ）に等しいノッチ・フィルタになる。ただし、Ｉ２（λ）は、式（２４）によって記述される。式（２４）中のＩ２（λ）は、パラメータΔの関数でもある。Δ＝９０°の場合、式（２４）から、図１８のフィルタが伝達する光強度Ｉ２は、次の式になる。
【００８９】
Ｉ２＝ｓｉｎ４２（ρ（λ）＋ψ） （２５）
式（２５）は、基本プロフィールが、回転角ρ＝ρ（λ）及び角度ψに等しい位相シフトによって決定される、標準ソルク２枚プレート・フィルタの伝達を正確に記述する。図１９に、ψ＝０°で、それぞれΔ＝８０°、Δ＝９０°、Δ＝１０５．８°、Δ＝１１０°及びΔ＝１１５°の場合について、４００〜５５０ｎｍの波長範囲において、１組の計算した式（２４）による伝達カーブＩ２（λ）を提示する。この図に示すように、Δ＝９０°の場合の図１８のフィルタの伝達Ｉ２（λ）は、標準ソルク２枚プレート・フィルタの伝達と同等である。Ｉ２（λ）の主な伝達ピークの帯域幅は、Δ値が９０°から大きくなったとき、狭められ、振幅がΔ値の増加につれて増加するサイドローブが、２つの主なピーク間に現れる。Δの値がそんなに大きくない、たとえばせいぜい約１１５°の場合、サイドローブ振幅は、技術的に許容できる構成で制御することになる。たとえばΔ＝１０５．８°の場合、サイドローブ振幅は、標準２段リヨ・タイプのフィルタのサイドローブと同じ大きさになる。様々な用途の要求をよりよく満たすための、標準ソルク・タイプ２枚プレート・フィルタと同等で修正されたフィルタを提供するように、Δの値を選べる融通性がある。図１９で与えられた伝達スペクトルでは、回転子６２、６４及び６６は、回転角が、λ＝８００ｎｍでρ（λ）＝９０°である石英光回転子と仮定する。計算で確認したように、プロフィールＩ２（λ）は、同時にリターダー６３及び６５を回転させて角度ψを変えることによって、又は回転角の比を不変のままにして回転子の回転角を変化させることによって同調可能である。
【００９０】
図１８の実施例では、偏光回転子６２、６４及び６６は、光回転子及びファラデー回転子から選択するのが好ましく、リターダー６３及び６５の適切な候補は、複屈折リターダー、ＬＣ電気的回転リターダー及びＬＣ可変リターダーを含む。図１８のフィルタは、機械的に同調可能であり、さらに、使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、電気的に同調可能に、電気磁気的に同調可能に、かつ／又は一方向で同調可能に、又は電気的に切り替え可能にすることができる。機械的同調だけが所望の場合、回転子６２、６４及び６６として石英光回転子を、及びリターダー６３及び６５として複屈折リターダーを使用することが好ましい。フィルタは、同時に複屈折リターダーを、基準軸のまわりでその光軸を対称に保ちながら回転させることによって、機械的に同調させることができる。使用する複屈折リターダーは、必要に応じて位相遅れを有した色収差がないものが好ましい。既存の技法によって製造される色収差のない波長板は、通常４倍波及び半波プレートである。位相遅れが９０°又は１８０°でない複屈折の色収差がない波長板は、Ｂｅｃｋｅｒｓの報告による方法（Ｂｅｃｋｅｒｓ，Ｊ．Ｍ．（１９７１）Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１０：９７３）と同様に、複数の複屈折プレートによって製造することができる。従来技術による（機械的に）同調可能なソルク２枚プレート・フィルタの構築は、少なくとも４つの色収差のない波長板（４つの色収差のない４倍波プレートを含むＣａｒｌ Ｆ．Ｂｕｈｒｅｒの二重同調器の使用）及び２つの複屈折プレートが必要である。これとは違い、図１８のフィルタは、２つの色収差のない波長板だけと３つの複屈折プレート（石英光回転子）とを使用する。フィルタの波長範囲がそんなに広くなく、かつ／又はスペクトル波形又はサイドローブ抑制への要求がそんなに高くない、いくつかの用途には、ゼロ次波長板を使用して色収差のないリターダーを置き換えることが望ましい。図２０に、リターダー６３及び６５として２つの同一ゼロ次波長板を使用したときの、ψ＝０°、ψ＝３０°及びψ＝６０°の場合について、図１８のフィルタの１組の計算した同調伝達カーブＩ２（λ）を提示する。図２０の計算は、図１９の条件と同じ条件で行い、ゼロ次波長板は、位相遅れが、λ＝５０３ｎｍで９０°に等しいと仮定する。この図に示すように、程よい広さの波長範囲では、ゼロ次波長板使用することによって生じたＩ２（λ）の波形の変形は、カラー表示、及びイメージング及び投射などの用途では、無視できる、又は実用的な使用に影響しない。
【００９１】
図１８のフィルタは、リターダー６３及び６５として適切なＬＣ電気的回転リターダー、及びやはり回転子６２、６４及び６６として石英光回転子を使用したとき、電気的に同調可能である。ＬＣリターダーは、基準軸のまわりでその光軸が対称であるように、配向される。フィルタは、ＬＣリターダーを、その軸を電気的に回転させ基準軸のまわりで対称であることを保ちながら、動作させることによって同調可能であり、さらに、機械的にＬＣリターダーを回転させることによって同調可能である。図１８のフィルタは、さらに、適切な可変リターダーが、リターダー６３及び６５として使用され、２つの選択状態間で位相遅れを切り替え可能なように動作させたとき、電気的に切り替え可能とすることができる。一方の切り替え状態では、可変リターダーは、位相遅れが、フィルタのスペクトル範囲において０°に等しい、又はほぼ等しい。他方の状態では、それらは、位相遅れが、好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択された値に等しい、又はほぼ等しい。ゼロの位相遅れの状態では、可変リターダーは、等方性媒体として働き、したがって回転子６２、６４及び６６が、互いに補償し合い、フィルタは、十分光を伝達する。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（２４）によって記述されたスペクトル伝達を有する。フィルタは、同時に可変リターダーを切り替えることによって電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的に可変リターダーを、基準軸のまわりでその光軸を対称に保ったままで回転させることによって同調可能である。図１８のフィルタでは、可変リターダーを使用したとき、得られる追加の利点は、その伝達ピークの帯域幅が、可変リターダーの位相遅れを好ましくはおおよそ８０°から１１５°の範囲で電気的に変化させることによって（図１９参照）、調節可能になることである。
【００９２】
偏光回転子６２、６４及び６６として同等のファラデー回転子を使用した、図１８のフィルタは、電気磁気的に同調可能である。フィルタは、ファラデー回転子に加える磁束密度を変えて、ファラデー回転角を、その比１：−２：１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。この場合、リターダー６３及び６５は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーであることが好ましく、選択された基準軸に対しそれぞれψ及び−ψで配向される。角度ψは、機械的に調節することができる。フィルタは、さらに、一方向に光を伝達し同調してフィルタリングし、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして、機能することができる。そのような一方向デバイスでは、リターダー６３及び６５が、静止状態で、それぞれψ＝２２．５°及び−ψ＝−２２．５°に配向することが好ましい。この場合、フィルタの一巡伝達Ｉ２ｒ＝Ｉ２ｒ（λ）は、次の式になる。
【００９３】
【数２０】
図２１に、式（２５）によって計算した、波長範囲５００〜６５０ｎｍで一方向デバイスとして働くときの、図１８のフィルタの理論的一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）を提示する。フィルタの２つのリターダーは、色収差がなく、位相遅れΔを有したものと仮定し、３つのファラデー回転子は、ファラデー回転角ρｆ（λ）が、λ＝１４５３ｎｍで４５°に等しいと仮定するＴＧＧガラスから作られたと仮定する。一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）は、Δ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°（図２１ａ）について、式（２４）によって計算した対応する前向き伝達カーブＩ２（λ）（図２１ｂ）と比較する。Δ＝９９．８°では、分離Ｉ２ｒ（λ）は、最大一巡伝達が、０．０２９（最小減衰率：−１５．４ｄＢ）に等しい最適な結果に達する。
【００９４】
図２２に、無損失リヨ２段フィルタに同等な、本発明の他のスペクトル・フィルタの構成を概略的に示す。フィルタは、入射偏光子７１（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子７２（ρ（λ））と、第１の４倍波リターダー７３（Δ＝９０°、ψ１）と、第２の偏光回転子７４（ρ（λ））と、第２の４倍波リターダー７５（Δ＝９０°、ψ２）と、第３の偏光回転子７６（−ρ（λ））と、出射偏光子７７（Ｐ２）とを含む。それらは、光ビーム軸に沿って、それらの軸の方向が指定されたようにして縦列に配置される。回転子７２、７４及び７６は、石英光回転子又はファラデー回転子とすることができ、その分散的回転角ρ（λ）、ρ（λ）及び−ρ（λ）が、フィルタの波長範囲において１：１：−１の比である。リターダー７３及び７５は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーが好ましい。回転子７４は、−ρ（λ）の回転と２ρ（λ）の回転との直列の組み合わせと同等と考えることができ、一方回転子７６は、−２ρ（λ）の回転とρ（λ）の回転との直列の組み合わせと同等と考えることができる。したがって、回転子７２、７４及び７６とリターダー７３及び７５との組み合わせは、図６ｃの実施例による２つのリターダー同調器７８及び７９と、図６ａによって記述された偏光子同調器８０との直列の接続と同等である。上記で規定されたように、同調器７８及び７９は、位相遅れが、同一のΔ＝９０°であり、その方向角が、それぞれθ１＝ψ１＋ρ（λ）、θ２＝ψ２＋２ρ（λ）に等しく、一方同調器８０は、その方位角が、Ｐ２＋ρ（λ）に等しい。したがって、図２２のフィルタが伝達する光強度Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、次の式によって与えられ、表され計算される。
【００９５】
【数２１】
リターダー７３及び７５、及び出射偏光子７７は、入射偏光子７１（Ｐ１＝０°）に対して、その方向角及び方位角が、比、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１、すなわちψ２＝２ψ１及びＰ２＝ψ１、又は比、ψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１、すなわちψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１になるように配向される。θ１＝ρ（λ）＋ψ１、θ２＝２ρ（λ）＋２ψ１、とし、ψ２＝２ψ１、Ｐ２＝ψ１とすると、式（２７）は、次の式のように簡単化される。
【００９６】
【数２２】
又は、ψ２＝９０°＋２ψ１、Ｐ２＝９０°＋ψ１とすると、次の式になる。
【００９７】
【数２３】
式（２８ａ）及び（２８ｂ）によって記述される伝達は、互いにπ／２だけシフトされていることを除き、互いに同一である。式（２８ａ）又は（２８ｂ）は、その基本プロフィールが回転角ρ＝ρ（λ）によって決定され、位相シフトが角度ψ１に等しいリヨ２段フィルタの伝達スペクトルを正確に記述する。
【００９８】
リターダー７３及び７５として複屈折のゼロ次波長板を用いた、図２２のフィルタの伝達スペクトルは、対象とする波長範囲及び使用するゼロ次波長板に依存して、式（２８ａ）又は（２８ｂ）によって記述されたものとわずかに異なることになる。例として、図２３に、２つのゼロ次波長板及び３つの石英回転子を含むと仮定する図２２の構成によるフィルタのψ２＝２ψ１、Ｐ２＝ψ１の場合の、波長範囲４００〜６５０ｎｍにおいて１組の計算した同調伝達カーブＩ３（λ）を提示する。伝達カーブＩ３（λ）は、ψ１＝０°（図２３ａ）、ψ１＝４５°（図２３ｂ）、ψ１＝９０°（図２３ｃ）及びψ１＝１３５°（図２３ｄ）について、色収差のない４倍波プレートを使用したとき生成されるカーブと比較する。石英回転子の回転角は、λ＝１０６４ｎｍでρ（λ）＝９０°と仮定し、ゼロ次波長板が、λ＝４９６．３ｎｍで９０°に等しい位相遅れを有すると仮定して、１：１：−１の比である。
【００９９】
光回転子を使用したとき、図２２のフィルタは、同時にリターダー７３（ψ１）及び７５（ψ２）、並びに偏光子７７（Ｐ２）を、比、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１、又は比、ψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、ｚ軸のまわりで回転させることによって、機械的に同調可能である。偏光回転子７２、７４及び７６がファラデー回転子であるとき、図２２のフィルタは、ファラデー回転角ρｆ（λ）、ρｆ（λ）及び−ρｆ（λ）を、その比１：１：−１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。ファラデー回転子を使用したとき、リターダー７３及び７５、並びに出射偏光子７７は、静止状態であり、ψ１、ψ２＝２ψ１及びＰ２＝ψ１、又はψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１で配向されることが好ましい。角度ψ１、ψ２及びＰ２を、その比を不変のままで調節することによって、その結果、機械的同調を行うことができる。ψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°、又はψ２＝０°及びＰ２＝−４５°の場合、図２２のフィルタは、さらに、一方向の電気的に同調可能なフィルタとして機能する。図２２の一巡伝達は、ψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°の場合、次のようになる。
【０１００】
Ｉ３ｒ＝ｃｏｓ２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）−４５°）ｃｏｓ２（ρｆ（λ）−４５°） （２９ａ）
又は、ψ１＝４５°、ψ２＝０°及びＰ２＝−４５°の場合、次のようになる。
【０１０１】
Ｉ３ｒ＝ｓｉｎ２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）−４５°）ｓｉｎ２（ρｆ（λ）−４５°） （２９ｂ）
図２２のフィルタの伝達は、出射偏光子７７を、その方向、Ｐ２＝ψ１又はＰ２＝９０°＋ψ１から９０°だけ回転させて、反転することができる。ψ２＝２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１、又はψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝ψ１の場合、図２２のフィルタは、そのスペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）が、最初のスペクトルＩ３（λ）に対して相補的、すなわちＩ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）である、ノッチ・フィルタになり、ここでＩ３（λ）は、式（２８ａ）又は（２８ｂ）によって記述される。図２２のフィルタ又はそのノッチ・フィルタは、同時にリターダー７３及び７５、並びに出射偏光子７７を回転させ、角度ψ１を変化させることによって、同調可能である。
【０１０２】
図２２の実施例では、出射偏光子７７は、受動型回転子を使用したとき、同調するために回転させなければならない。図２２の構成は、図２４に示すように、回転可能半波リターダー８１を偏光子７７の直前に挿入して修正し、偏光子固定同調フィルタを形成することができる。この実施例では、出射偏光子７７は、静止状態であり、好ましくはＰ２＝０°（図２４に示すように）又はＰ２＝９０°で配向する。追加のリターダー８１は、その軸が、入射偏光子７１に対して角度ψ３＝０．５ψ１になるように配向し、したがってリターダー７３、７５及び８１の方向角ψ１、ψ２及びψ３が、Ｐ２＝０°の場合ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比に、又はＰ２＝９０°の場合ψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比になる。この実施例では、偏光回転子７２、７４及び７６は、光回転子であることが好ましく、リターダー７３、７５及び８１は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー、或いは同等のＬＣリターダーとすることができる。図２４のフィルタは、式（２８）が記述するスペクトル伝達と同じスペクトル伝達を有し、偏光子７１に対して同じ方向にｚ軸のまわりで同時にリターダー７３、７５及び８１を回転させ、ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比、又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比を不変のままでその方向角ψ１、ψ２及びψ３を変化させることによって、同調可能である。同調は、複屈折リターダー又はＬＣ電気的回転リターダーを使用したとき、機械的又は電気的に行う。ＬＣリターダーは、場を加えていないときのその光軸の方向角が、入射偏光子に対して、ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比に、又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比になるように配向し、電気的及び／又は機械的に回転可能とすることができる。
【０１０３】
この発明者の知識によれば、今日まで、中間に偏光子を必要としないでリヨ２段フィルタとして働く、報告されたデバイス又は光学的構成は、存在していない。波長固定フィルタであり、３つの同一の複屈折プレートを含む波長固定フィルタであるいわゆる分割要素フィルタ（Ｅｖａｎｓ，Ｊ．Ｗ．（１９４９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９：２２９）は、リヨ２段フィルタとして正確に光強度を伝達しない。分割要素フィルタの伝達をリヨ２段フィルタの伝達になるように修正するために、色収差のない４倍波位相遅れのシフト部を各分割要素に追加し、色収差のない半波位相遅れシフト部を中心要素に追加する必要がある。したがって、分割要素フィルタを同調させるために、少なくともＢｕｈｒｅｒの二重同調器（４つの色収差のない４倍波プレート）及び１つ又は２つの追加の色収差のない波長板が、必要である。Ｓｈａｒｐ他は、分割要素フィルタの１つを９０°だけ回転させることによって、Ｅｖａｎｓの分割要素フィルタを修正した（Ｓｈａｒｐ Ｇ．Ｈ．及びＪｏｈｎｓｏｎ Ｋ．Ｍ．米国特許第６，０９１，４６２号）。改善された分割要素フィルタは、２段リヨ・フィルタのスペクトルを生成するために、各分割要素中に４倍波位相シフト部及び最初の構造より小さい１つの色収差のない波長板を必要とする。たとえば図２の構成に基づく標準リヨ２段同調可能フィルタの構築さえ、２つの偏光子に加えて、中間偏光子、２つの単一複屈折プレート及び４つの色収差のない波長板を必要とする。しかし、図２２及び図２４の本発明の同調可能フィルタは、中間偏光子を使用せず、３つだけの複屈折プレート（光回転子）と、２つ（図２２）又は３つ（図２４）の色収差のない波長板とが必要である。さらに、本発明の実施例によって、ほどほどの広さのスペクトル範囲での無損失リヨ２段同調可能フィルタの構築に、ゼロ次波長板の使用が可能になる（たとえば、図２３参照）。さらに、本発明の実施例によって、それぞれ、電気磁気的に同調可能であり、一方向デバイスとして働くことができ、ファラデー回転子を使用した新特徴を有した無損失リヨ２段フィルタ（図２２）、又は電気的に同調可能であり、ＬＣリターダーを使用した新特徴を有した無損失リヨ２段フィルタ（図２４）が実現可能になる。
【０１０４】
図２５に、入射偏光子８２（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子８３（−ρ）と、第１のリターダー８４（Δ１、ψ１）と、第２の偏光回転子８５（２ρ）と、第２のリターダー８６（Δ２、ψ２）と、第３の偏光回転子８７（−２ρ）と、第３のリターダー８８（Δ３、ψ３）と、第４の偏光回転子８９（ρ）と、出射偏光子９０（Ｐ２）とを含む、本発明の３同調器フィルタの構成を概略的に示す。それらは、光ビーム軸、すなわちｚ軸に沿って縦列に配置され、それらの軸が、図２５で指定されたようにｙ軸に対して配向される。入射偏光子８２及び出射偏光子９０は、図２５に示すように、Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°で互いに直角に配向される。回転子８３、８５、８７及び８９の分散的回転角ρ（λ）、−２ρ（λ）、２ρ（λ）及び−ρ（λ）は、１：−２：２：−１の比である。第１及び第３のリターダー８４及び８８は、同一であり、位相遅れΔ１＝Δ３＝Δが、６０°と１００°の範囲から好ましくは選択された所定の値に等しい又はほぼ等しい。リターダー８４及び８８は、その軸が、平行であり、ｙ軸に対して角度−ψで、すなわちψ１＝ψ３＝−ψで配向される。リターダー８６は、半波リターダー（Δ２＝１８０°又はΔ２＝１８０°）であり、その軸が、ｙ軸に対してψ２＝ψ＋４５°で配向される。回転子８３、８５、８７及び８９とリターダー８４、８６及び８８との組み合わせは、図６ｃによる３つのリターダー同調器９１、９２及び９３の直列接続と同等である。同調器９１及び９３は、同一であり、位相遅れΔを有し、互いに平行であり、その方向角が、θ＝−（ρ（λ）＋ψ）になるように配向され、一方中心同調器９２は、その位相遅れΔ２＝１８０°及びその方向角θ２＝ρ（λ）＋ψ＋４５°＝−（θ−４５°）であることを特徴とする。したがって、図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【０１０５】
【数２４】
図２５に示した実施例、すなわちＰ１＝０°及びＰ２＝９０°、並びにθ＝−（ρ（λ）＋ψ）の場合、式（３０）から、次に式が得られる。
【０１０６】
【数２５】
式（３１ａ）によって記述される図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、回転角ρ＝ρ（λ）のため、波長に依存するプロフィールを示す。本発明によれば、偏光子８２及び９０は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°で配向することもできる。Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°の場合、式（３０）から、フィルタの伝達は、次の式になる。
【０１０７】
【数２６】
式（３１ｂ）によって記述されるスペクトルは、互いにπ／４だけシフトされることを除いて、式（３１ａ）のスペクトルと同一である。式（３１ａ）又は式（３１ｂ）によって記述される伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、パラメータΔの関数でもある。好ましくは条件６０°≦Δ≦１００°を満たすようにフィルタを設計する際、リターダー８４及び８８の位相遅れΔの値を選べる融通性がある。たとえば、Δ＝９０°の場合、式（３１ａ）及び式（３１ｂ）は、簡単化され、光強度Ｉ３は次に式によって与えられる。
【０１０８】
【数２７】
式（３２ａ）又は式（３２ｂ）は、正確に標準リヨ・タイプ２段フィルタの伝達を記述する。位相遅れΔが９０°でない値を有したとき、図２５のフィルタの伝達スペクトルＩ３（λ）は、式（３１ａ）又は式（３１ｂ）によって記述されるように修正される。図２６に、波長範囲４００〜７００ｎｍにおいて、ψ＝０°の場合について式（３１ａ）によって計算した、図２５のフィルタの１組の伝達カーブＩ３（λ）を示す。この計算では、リターダー８４、８６及び８８は、色収差がなく、回転子８３、８５、８７及び８９は、石英光回転子であり、その光回転角が、λ＝７２６．８５ｎｍでρ（λ）＝９０°であると仮定し、したがってＩ３（λ）が、４２０ｎｍ及び５１４ｎｍで主な最大値を取る。この図に示すように、Δ＝６０°のとき、伝達Ｉ３（λ）は、まったくサイドローブを有しないが、主な伝達ピークが、最も広い。主な伝達ピークの帯域幅は、Δの値が６０°から大きくなったとき、狭くなり、２つのサイドローブが、主なピーク間に現れ、その大きさは、Δの値が大きくなるにつれて大きくなる。Δ＝７５．５２°を用いると、伝達Ｉ３（λ）は、ソルク・タイプ３枚プレート・フィルタの伝達と同一である。Δ＝９０°の場合、フィルタは、式（３２ａ）によって記述されるカーブＩ３（λ）を有したリヨ２段フィルタと同等である。Δの値が、さらに大きくなるにつれて、主な伝達ピークがさらに狭くなるが、サイドローブの大きさが、もっと急速に増加する。図２５の実施例は、望むようにサイドローブの抑制可能な３同調器スペクトル・フィルタを設計し構築する可能性を提供する。Δの値がそれほど大きくない、たとえばせいぜい１００°の場合、サイドローブの大きさは、技術的に許容できるアレンジで制御されるはずである。サイドローブの大きさは、Δ＝１００°の場合０．１５４までであり、Δ＝６０°のときゼロに等しくなるまで、連続的に減少する。様々な用途の要件をよりよく満たすために、望むようにサイドローブの抑制が可能である、標準ソルク３段フィルタ及び無損失リヨ２段フィルタを含む同調可能フィルタを設計し提供するように、パラメータΔが選択できる融通性がある。図２５のフィルタは、ｚ軸のまわりで偏光子９７に対し同じ速度で同期してリターダー８４及び８８を一方向に回転させ、リターダー８６をそれとは反対方向に回転させ、それによってその方向角ψ１＝ψ３＝−ψ及びψ２＝ψ＋４５°を、上記で述べた関係を変えずに保ったままで変化させることによって、同調可能である。フィルタは、同時に回転子８３、８５、８７及び８９の回転角を、その比１：−２：２：−１を不変のままで変化させることによって、同調させることもできる。
【０１０９】
図２５の構成は、出射偏光子９０が入射偏光子８２に対して平行に配向されたとき、ノッチ・フィルタになる。図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）は、ノッチ・フィルタとして動作するとき、Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）で与えられ、ここでＩ３（λ）は、Ｐ２＝Ｐ１＝０°の場合、式（３１ａ）によって、又はＰ２＝Ｐ１＝４５°の場合、式（３１ｂ）によって記述される。図２５の構成は、ビーム軸に対して直角な軸のまわりで１８０°回転しても変化しない。この実施例では、偏光回転子８３、８５、８７及び８９は、光回転子、たとえば石英回転子、及びファラデー回転子から選択されることが好ましい。リターダー８４、８６及び８８の適切な候補は、複屈折の色収差がない及びゼロ次のリターダー、ＬＣ可変リターダー及びＬＣ電気的回転リターダーを含む。使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、図２５のフィルタは、機械的に同調可能、電気的に同調可能、電気磁気的に同調可能及び／又は一方向で同調可能或いは電気的に切り替え可能なように構築することができる。
【０１１０】
回転子８３、８５、８７及び８９が石英光回転子であるとき、リターダー８４、８６及び８８として、同等の複屈折リターダー、好ましくは色収差がない又はゼロ次のリターダー、或いはＬＣ電気的回転リターダーを使用することが、望ましい。フィルタは、同時に複屈折リターダー又はＬＣ電気的回転リターダーを、上記で述べた方法で回転させることによって、機械的及び／又は電気的に同調可能とすることができる。ゼロ次リターダーは、フィルタの波長範囲が、それほど広くない、かつ／又はスペクトル波形又はサイドローブ抑制への要求がそれほど厳しくないとき、使用することができる。図２７に、リターダー８４及び８６を２つのゼロ次４倍波プレートで置き換えた、図２６のフィルタの計算した１組の同調伝達カーブＩ３（λ）をλ＝４５７．７ｎｍで提示する。伝達カーブＩ３（λ）は、同調角ψ＝０°（図２７ａ）、ψ＝３０°（図２７ｂ）及びψ＝６０°（図２７ｃ）の場合について、色収差のない４倍波プレートを使用したとき生じるカーブと比較する。図２７の計算は、図２６の計算と同じ条件の下で行う。これらの図に示すように、ゼロ次波長板を使用したことから生ずる主な効果は、Ｉ３（λ）の主な伝達ピークが広がり、サイドローブの大きさが、それぞれより長い波長及びより短い波長の領域で、大きくなることである。しかし、波形の変形は、いくつかの用途ではクリティカルなものでないはずである。
【０１１１】
さらに、図２５のフィルタは、適切なＬＣ可変リターダーが、リターダー８４、８６及び８８として使用されたとき、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能とすることができる。ＬＣリターダーは、必要に応じて配向され、２つの選択状態間で位相遅れを切り替え可能にするように動作させる。一方の切り替え状態では、ＬＣリターダーは、すべて位相遅れが、フィルタのスペクトル範囲にわたり０°に等しい又はほぼ等しい。他方の状態では、リターダー８６に取って代わったＬＣリターダーが、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、一方リターダー８４及び８８に取って代わったＬＣリターダーは、６０°≦Δ≦１００°のように取られた同一の位相遅れΔを有する。ゼロの位相遅れの状態では、ＬＣリターダーは、回転子８３、８５、８７及び８９の回転角が、補償され、フィルタが、Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°又はＰ１＝４５°及びＰ２＝−４５°の場合、完全に光を遮断するように等方性媒体として働く。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（３２ａ）で記述されるスペクトル伝達を有する。フィルタは、同時にＬＣリターダーを切り替えることによって、電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的にそれらを、その方向角の関係を不変のままで回転させることによって、同調可能である。ＬＣ可変リターダーを使用した図２５のフィルタでは、得られる追加の利点は、その伝達ピークの帯域幅が、第１及び第３のＬＣリターダー（図２６参照）の位相遅れを、好ましくはほぼ６０°と１００°の範囲で電気的に変化させることによって、調節可能になることである。
【０１１２】
回転子８３、８５、８７及び８９がファラデー回転子であるとき、図２５のフィルタは、電気磁気的に同調可能にすることができる。磁場をファラデー回転子に加え、それによってその回転角が、ρｆ（λ）、−２ρｆ（λ）、２ρｆ（λ）及び−ρｆ（λ）に等しくする。フィルタは、磁束密度を変えて同時にファラデー回転角を、その比１：−２：２：−１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。この場合、リターダー８４、８６及び８８は、複屈折の色収差のない又はゼロ次の波長板であることが好ましく、必要に応じてψ１＝ψ３＝−ψ及びψ２＝ψ＋４５°で配向する。角度ψは、所望なら機械的に調節可能とすることができる。一方向デバイスのバージョウンでは、リターダー８４、８６及び８８は、それぞれψ１＝ψ３＝−２２．５°及びψ２＝ψ＋４５°＝６７．５°で配向することが好ましい。Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°の場合、図２５のフィルタの一巡伝達は、ファラデー回転子を使用したとき、次の式になる。
【０１１３】
【数２８】
図２８に、波長範囲５００〜６５０ｎｍにおいて式（３３）によって計算した、ファラデー回転子を使用したときの図２５のフィルタの、計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を提示する。フィルタの３つのリターダーは、色収差がなく、第１及び第３のリターダーが位相遅れΔを有すると仮定し、ＴＧＧガラスの４つのファラデー回転子は、ファラデー回転ρｆ（λ）が、λ＝１４５３ｎｍで４５°に等しいと仮定する。一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）は、Δ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°、Δ＝９０°及びΔ＝１００°（図２８ａ）の場合について、式（３１ａ）によって計算した対応する前向き伝達カーブＩ３（λ）（図２８ｂ）と比較する。Δ＝７０．５°の場合、分離Ｉ３ｒ（λ）は、逆向き光の遮断において、Ｉ３ｒ（λ）の最大漏れ強度が０．００３（最小減衰率：−２５．１ｄＢ）に等しい、最適結果に達している。
【０１１４】
図２２の実施例と比較すると、図２５のフィルタの出射偏光子は、依然静止状態に留まることができる。このためのコストは、前者よりさらに１つ同調器が必要になることである。図２４の実施例と比較すると、図２５のフィルタは、その伝達スペクトルが、サイドローブの抑制又は調節できるようにするかどうかを設計者が決定できる柔軟性がある。さらに、図２５の構成は、適切な切り替え可能なリターダー、たとえばＬＣ可変リターダーを使用することによって、ちょうど図１８の実施例のような、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能なフィルタとして、動作することが可能になる。この同調性は、図２４の構成では実現可能でない。その特徴を獲得するためのコストとして、図２５のフィルタは、図２４のフィルタよりもう１つの偏光回転子が必要になる。図２２及び図２５の構成は、リヨ２段フィルタの伝達と厳密に同等の伝達を有した一方向フィルタを構築するために、ともに使用することができる。図２２の構成は、必要な構成要素が、より少なく、したがってΔ＝９０°の場合、図２５のフィルタの構成より簡単である。しかし、図２５の構成は、柔軟であり、よりよい減衰結果に達することが可能になる。
【０１１５】
本発明によれば、本発明の同調器を使用して、特別の伝達波形を有したスペクトル・フィルタの構築が実現する可能性がある。例として、本発明は、さらに、上部が平らなバンドパス伝達関数を有する、３同調器フィルタを提供する。図２９に、入射偏光子９４（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子９５（３ρ）と、第１のリターダー９６（Δ１、ψ１）と、第２の偏光回転子９７（−４ρ）と、第２のリターダー９８（Δ２、ψ２）と、第３の偏光回転子９９（４ρ）と、第３のリターダー１００（Δ３、ψ３）と、第４の偏光回転子１０１（−３ρ）と、出射偏光子１０２（Ｐ２）とを含む、このフィルタの構成を概略的に示す。それらは、それらの軸が、図２９に指定されたようにｙ軸に対して位置合わせされて、ｚ軸に沿って縦列に配置される。入射偏光子９４及び出射偏光子１０２は、互いに直角に配向される、すなわちＰ１＝０°及びＰ２＝９０°である。回転子９５、９７、９９及び１０１は、その分散的回転角３ρ（λ）、−４ρ（λ）、４ρ（λ）及び−３ρ（λ）が、フィルタの波長範囲において、３：−４：４：−３の比である。リターダー９８は、位相遅れΔ２を有し、好ましくは色収差がなく、それは、ｙ軸に対してその軸が角度ψ２＝−ψであるように配向される。リターダー９６及び１００は、同一であり、位相遅れΔ１＝Δ３を有し、好ましくは同じ波長範囲において色収差がないことである。それらは、平行であり、ｙ軸に対してリターダー９８の互いに反対側にあり、角度が、光伝播方向に沿って見て角度ψの３倍回転した、すなわちψ１＝ψ３＝３ψで配向される。回転子９５、９７、９９及び１０１とリターダー９６、９８及び１００との組み合わせは、図６ｃの実施例による３つのリターダー同調器１０３、１０４及び１０５の直列接続と同等である。同調器１０３及び１０５は、同一であり、位相遅れΔ１を有し、平行であり、その方向角が、θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）になるように配向され、一方同調器１０４は、その位相遅れΔ２及び方向角θ２＝−（ρ（λ）＋ψ）であることを特徴とする。したがって、図２９のフィルタの伝達スペクトルＩ３＝Ｉ３（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【０１１６】
【数２９】
ただし、
【０１１７】
【数３０】
θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）及びθ２＝−（ρ（λ）＋ψ）とすると、式（３４）は、次のように書くことができる。
【０１１８】
【数３１】
本発明によれば、偏光子９４及び１０２は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°でも位置合わせすることができる。図２９のフィルタの伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°の場合、次の式であることが分かる。
【０１１９】
【数３２】
式（３６ｂ）によって記述されるスペクトルは、互いにπ／４だけシフトされることを除いて、式（３６ａ）のスペクトルと同一である。方向角θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）及びθ２＝−（ρ（λ）＋ψ）の分散性のため、図２９のフィルタの伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、波長λの関数として変化する。伝達プロフィールＩ３（λ）は、所定とすべき設計パラメータΔ１及びΔ２の関数でもある。本発明によれば、図２９のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３（λ）は、位相遅れΔ１及びΔ２が、条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を好ましくは満たすような値を取るとき、近似的な方形波形を有する。図３０に、波長範囲４００〜５５０ｎｍにおいて、ψ＝０°、２２．５°、４５°及び６７．５°の場合について、式（３６ａ）によって計算した１組の同調伝達カーブＩ３（λ）を提示する。好ましくは必要に応じて、計算では、リターダー９６、９８及び１００は、色収差がなく、位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°（２Δ１＋Δ２＝１８５°）と仮定する。回転子９５、９７、９９及び１０１には、回転角が、λ＝７２６．８５ｎｍにおいてρ（λ）＝９０°である石英光回転子と仮定し、したがってカーブＩ３（λ）が、ψ＝０°の場合、約４６０ｎｍに中心があり約２９ｎｍの半値幅（ＦＷＨＭ）を有した通過帯域を有する。Ｉ３（λ）のもっとも大きい第２の最大値は、約０．０３６である。Δ１及び／又はΔ２の値を変化させることによって、カーブは、それに対応して修正され、最大遷移勾配が減少する又は増加する、及び第２の最大値が増加する又は減少する。図３０のカーブＩ３（λ）は、リターダー９６、９８及び１００が、ともに４６３ｎｍにおいてΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°の位相遅れを有したゼロ次波長板であるとき、生ずる伝達と比較する。色収差のないリターダーを使用したとき生ずるカーブと比較すると、ゼロ次リターダーを使用したときの伝達波形は、わずかに変形している。しかし、計算で確認されるように、フィルタは、なお、ほどほどの幅の波長範囲で良好に動作することができる。
【０１２０】
図２９のフィルタは、偏光子１１０に対してｚ軸のまわりで同期して、一方向にリターダー９６及び１００を回転させ、それとは反対方向にリターダー９８を回転させ、その方向角ψ１＝ψ３＝３ψ及びψ２＝−ψを、上記に述べた関係を変えないままで変化させることによって、同調可能である。フィルタは、回転子９５、９７、９９及び１０１の回転角を、その比３：−４：４：−３を不変のままで同時に変化させることによって、同調可能とすることもできる。図２９の実施例では、偏光回転子９５、９７、９９及び１０１は、光回転子、たとえば石英回転子及びファラデー回転子から選択することが好ましい。リターダー９６、９８及び１００の適切な候補は、複屈折の色収差がない及びゼロ次のリターダー、ＬＣ可変リターダー及びＬＣ電気的回転リターダーを含む。使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、図２９のフィルタは、機械的に同調可能、電気的に同調可能、電気磁気的に同調可能及び／又は一方向同調可能、或いは電気的に切り替え可能に構築することができる。
【０１２１】
図２９のフィルタは、出射偏光子１０２が、入射偏光子９４に対して平行に配向されたとき、スペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）を有したノッチ・フィルタになり、ここでＩ３（λ）は、Ｐ２＝Ｐ１＝０°の場合、式（３６ａ）によって記述され、又はＰ２＝Ｐ１＝４５°の場合、式（３６ｂ）によって記述される。図２９のフィルタの構成は、ビーム軸に対し直角な軸のまわりでの１８０°の回転に対して変化しない。異なる同調メカニズムを有したフィルタを構築するために、構成する偏光回転子及びリターダーを選択する好ましい方法は、図１９及び図２５の実施例について上記で述べた方法とまったく同じである。図２９のフィルタでは、図２９のフィルタが、機械的及び／又は電気的に同調可能になることができるように、石英光回転子及び複屈折リターダー、又はＬＣ電気的回転リターダーを使用することが好ましい。図２９のフィルタは、さらに、リターダー９６、９８及び１００として、２つの選択状態間で位相遅れが切り替え可能なように動作させる、適切なＬＣ可変リターダーを使用することによって、電気的に切り替え可能にすることができる。ＬＣリターダーは、一方の切り替え状態ではその位相遅れが、０°に等しい又はほぼ等しく、他方の状態ではフィルタのスペクトル範囲にわたり条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を好ましくは満たすように取られた値に等しい又はほぼ等しい。ゼロの位相遅れの状態では、ＬＣリターダーは、回転子９５、９７、９９及び１０１が、互いに補償し合い、フィルタが、Ｐ１＝０°、Ｐ２＝９０°又はＰ１＝４５°、Ｐ２＝１３５°の場合、完全に光を遮断するような等方性媒体として動作する。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（３６ａ）によって記述されるスペクトル伝達を有する。図２９のフィルタは、同時にＬＣリターダーを切り替えることによって電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的にそれらを、その方向角の関係を不変のままで回転させることによって、同調可能である。そのうえ、Ｉ３（λ）の主な伝達ピークの帯域幅は、ＬＣ可変リターダーを使用したとき、電気的にＬＣリターダーの位相遅れを、好ましくは条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°の下で変化させることによって、調節可能である。偏光回転子９５、９７、９９及び１０１として同等のファラデー回転子を用いた図２９のフィルタは、同時にファラデー回転角を、その比３：−４：４：−３を変えずに変化させることによって、電気磁気的に同調可能である。一方向デバイスとして動作させる場合、リターダー９６、９８及び１００を静止状態にし、それぞれψ１＝ψ３＝３ψ＝６７．５°及びψ２＝−ψ＝−２２．５°に、すなわち角度ψ＝２２．５°を取るように配向することが好ましい。Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°の場合、ファラデー回転子を使用した図２９のフィルタの一巡伝達は、次の式になる。
【０１２２】
【数３３】
図３１に、ファラデー回転子を使用したときの図２９のフィルタの、波長範囲５００〜６５０ｎｍにおいて式（３７）によって計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を提示する。計算するために、リターダーは、色収差がなく、位相遅れΔ１及びΔ２が、条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を満たし、並びにファラデー回転子は、ＴＧＧガラスのものであり、ファラデー回転ρｆ（λ）が、λ＝１４３７ｎｍで４５°に等しいと仮定する。一巡伝達カーブＩ３（λ）は、Δ１＝４４°及びΔ２＝９７°、及びΔ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（図３１ａ）の場合について、その前向き伝達カーブ（図３１ｂ）と比較する。Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°の場合、分離Ｉ３（λ）は、漏れ強度Ｉ３（λ）についての最大値が０．００１３（最小減衰率：−２８．９ｄＢ）に等しい、逆向き光を遮断する際の最適結果に達している。
【０１２３】
Ｂｕｈｒｅｒは、１つの彼の特許（Ｂｕｈｒｅｒ Ｃａｒｌ Ｆ．米国特許第４，６７８，２８７号）で、伝達が、近似的に方形波の形を有した、彼の二重同調器を使用した同調可能バンドパス・スペクトル・フィルタについて述べている。フィルタは、３つの複屈折波長板（２つの二重要素及び単一の要素）と、７つの波長板（１つの半波プレート及び６つの４倍波プレート）とを含む。この技術と比べると、図２９の実施例は、４つの複屈折プレート（光回転子）及び３つの色収差のないリターダーだけが必要である。さらに、図２９の実施例では、スペクトル範囲が非常に広くないとき、ゼロ次波長板の使用が可能になる。そのうえ、本発明によって、ファラデー回転子を使用してフィルタが、電気磁気的に同調可能であり、一方向デバイスとして動作できること、又はＬＣリターダーを使用してフィルタが、電気的に同調可能であり、切り替え可能であることを含め、新しい特徴を有したフィルタが実現可能になる。
【０１２４】
さらに、無損失フィルタ及び本発明の同調器を４以上含むフィルタが、可能になり、それらは、今後の特許出願で述べることにする。本発明は、他の具体的な形及び／又は他の実施例において、本発明の精神及び基本特性から逸脱せずに、実施する、又は適応させることができる。本記述で与えられた実施例は、すべての面で説明するものであり、限定すると見なすべきでない。変形形態は、当業者に明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】偏光子間に縦列で配置された複屈折プレートと、色収差のない４倍波プレートとを含む、従来技術による偏光子回転式１段複屈折同調可能フィルタの図である。
【図２】偏光子間に縦列で配置された複屈折プレートと、固定された色収差のない４倍波プレートと、回転可能な色収差のない半波プレートとを含む、従来技術による偏光子固定１段複屈折同調可能フィルタの図である。
【図３】２つの色収差のない４倍波プレートと、回転可能な色収差のない半波プレートとを含み、光学的ネットワーク中に位置した複屈折プレートを任意に同調させるために使用することができる、従来技術による同調させる構成の図である。
【図４】２つの色収差のない４倍波プレートを含み、Ｊｏｈｎ Ｗ．Ｅｖａｎｓが述べたような従来技術の２枚プレート同調器の図である。
【図５】１対の相補的な図４の２枚プレート同調器を含み、複屈折フィルタ中の２つの同一の複屈折結晶プレートを同時に同調させるために使用することができる、Ｃａｒｌ Ｆ．Ｂｕｈｒｅｒが述べたような従来技術の２重の２枚プレート同調器の図である。
【図６ａ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、偏光子と組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図６ｂ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、リターダーと組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図６ｃ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、リターダー及び他の分散的偏光回転子と組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図７】偏光子間に、光回転子又はファラデー回転子が好ましい分散的偏光回転子を含む、本発明の１段同調可能フィルタの図である。
【図８】偏光子間に、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー、或いは同等なＬＣ電気的回転リターダーが好ましい半波リターダーと組み合わせて、分散的光回転子を含む、本発明の他の１段同調可能フィルタの図である。
【図９】偏光子間に、ファラデー回転子又はツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子が好ましい能動型偏光回転子と組み合わせて、分散的光回転子を含む、本発明の他の１段同調可能フィルタの図である。
【図１０】偏光子間に、ＬＣ可変リターダー又は同等なリターダーが好ましい可変リターダーと組み合わせて、１対の等しいが互いに反対に回転する光回転子を含む、本発明の１段同調可能フィルタの図である。
【図１１】各段が、図６の実施例による偏光子間に分散的偏光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１２ａ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝０°、Ψ＝１５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１２ｂ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝３０°、Ψ＝４５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１２ｃ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝９０°、Ψ＝１３５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１３ａ】図７及びｎ＝２、３で図１１の実施例によるファラデー回転子を使用した本発明の１段、２段及び３段の一方向フィルタの、計算した一巡伝達Ｉ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）対光波長λを示す図である。
【図１３ｂ】比較のため、図７及びｎ＝２、３で図１１の実施例によるファラデー回転子を使用した本発明の１段、２段及び３段の前向き伝達カーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）対光波長λを示す図である。
【図１４】各段が、図８の実施例による偏光子間に半波リターダーと組み合わせて光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１５】ゼロ次波長板を使用したときのｎ＝２で図１４の実施例による２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ１＝０°、Ψ１＝３０°及びΨ１＝６０°の場合について光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１６】各段が、図９の実施例による偏光子間に能動型偏光回転子と組み合わせて分散的光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１７】各段が、図１０の実施例による偏光子間に可変リターダーと組み合わせて１対の等しいが互いに反対に回転する光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１８】偏光子間に配置された３つの分散的偏光回転子及び２つの同一リターダーを含む、本発明による２同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。フィルタは、４倍波リターダーを使用したときソルク・タイプの２枚プレート・フィルタと同等であり、機械的に同調可能であり、さらに、電気的に同調可能、切り替え可能、又は一方向同調可能とすることができ、或いはさらに、使用に選択した構成要素に依存して、帯域幅を調節可能とすることができる。
【図１９】図１８の実施例によるスペクトル・フィルタの、それぞれ位相遅れΔ＝８０°、Δ＝９０°、Δ＝１０５．８°、Δ＝１１０°及びΔ＝１１５°の場合について光波長λに対し、一組の計算した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図２０】ゼロ次波長板を使用したときの図１８の実施例によるスペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝０°、Ψ＝３０°及びΨ＝６０°の場合について光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図２１ａ】図１８の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、位相遅れΔ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°の関数として光波長λに対し、計算した一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）を示す図である。
【図２１ｂ】比較のため、図１８の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、位相遅れΔ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°の関数として光波長λに対し、前向き伝達カーブＩ２（λ）を示す図である。
【図２２】偏光子間に配置された３つの分散的偏光回転子及び２つの４倍波リターダーを含む、本発明による３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。フィルタは、無損失のリヨ２段フィルタとして働き、使用に選択した構成要素に依存して、機械的に、電気的に又は一方向で電気的に、同調可能である。
【図２３ａ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｂ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝４５°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｃ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝９０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｄ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝１３５°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２４】図２２の実施例から、出射偏光子の直前に半波リターダーを挿入することによって形成される、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。
【図２５】偏光子間に配置された４つの分散的偏光回転子及び３つのリターダーを含む、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。このフィルタは、ソルク・タイプの３枚プレート・フィルタ、又は適切なリターダーを有したリヨ２段フィルタと同等であって、機械的に同調可能であり、さらに電気的に同調可能、切り替え可能、又は一方向同調可能とすることができ、或いはさらに、使用に選択した構成要素に依存して、スペクトル伝達の帯域幅を調節可能とすることができる。
【図２６】光波長λに対してそれぞれ位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０°、Δ＝８０°、Δ＝９０°及びΔ＝１００°を有した第１及び第３のリターダーを有した、図２５の実施例によるスペクトル・フィルタの、一組の計算した伝達プロフィールＩ３（λ）を示すグラフの図である。
【図２７ａ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２７ｂ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝３０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２７ｃ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝６０°場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２８ａ】図２５の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、光波長λに対し、第１及び第３のリターダーの位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°及びΔ＝９０°の関数として、計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。
【図２８ｂ】比較のため、図２５の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、光波長λに対し、第１及び第３のリターダーの位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°及びΔ＝９０°の関数として、前向き伝達Ｉ３（λ）を示す図である。
【図２９】偏光子間に配置された４つの分散的偏光回転子及び３つの光学的リターダーを含む、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。このフィルタは、近似的に方形波のバンドパス伝達プロフィールを有し、機械的に同調可能であり、さらに、使用に選択した構成要素に依存して、電気的に同調可能で切り替え可能に、又は一方向で電気的に同調可能にすることができる。
【図３０ａ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝０°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｂ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝２２．５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｃ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝４５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｄ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝６７．５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３１ａ】図２９の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向バンドパス・フィルタの、光波長λに対し計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。このフィルタは、第１及び第３のリターダーの位相遅れがΔ１＝４４°及び第２のリターダーの位相遅れがΔ２＝９７°（実線）、並びに位相遅れが、Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（点線）である。
【図３１ｂ】図２９の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向バンドパス・フィルタの、光波長λに対し計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。このフィルタは、第１及び第３のリターダーの位相遅れがΔ１＝４４°及び第２のリターダーの位相遅れがΔ２＝９７°（実線）、並びに位相遅れが、Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（点線）である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に波長同調可能な光学的偏光干渉フィルタに関し、より詳しくは同調可能なスペクトル・フィルタを構築するための新しい概念及びこの概念に基づき開発される新スペクトル・フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光は、横波が偏光されるとき現れる現象である。光は、伝播方向に対して直角の方向に振動する横波の電磁波である。通常、光は、偏光されておらず、すべての方向に振動する波の混合からなる。偏光されていない横波では、光線に直角な平面上の振動は、等しい確率ですべての方向に配向されて現れる。振動の方向が完全に予測可能であり、なんらかの理由で一定状態にある場合、光は、偏光されているといわれる。
【０００３】
線形に偏光された光を生成するために、たとえばいわゆる偏光子を使用することによる様々な方法がある。偏光子は、ビームを線形に偏光して出現させる装置である。線形に偏光されて現れた光の振動方向は、偏光子の特性であり偏光子軸と言われる。ほとんどの偏光子は、透過モードで動作するので、対処する項は、しばしば透過軸である。偏光子は、偏光子軸の方向に偏光された入射光だけに透過的である。したがって、２つの偏光子の組み合わせは、その偏光子がその軸を互いに直角に配向されているとき、不透明になる。第２の偏光子が、第１の偏光子の軸にもう直角でない方向に軸を回転された場合、伝達される光量は、２つの偏光子が互いに平行になるまで、徐々に増加する。
【０００４】
偏光された光の面は、光が、光回転子又はファラデー回転子といわれる媒体又は装置を通過したとき、固定角度だけ回転することもできる。回転の方向及び量（回転角）は、媒体又は装置の初期特性及び厚さに依存する。
【０００５】
リターダー又は波長板は、リターダー中で固定された２つの特定の直交する方向に沿って、２つの直交する線形偏光成分に光波を分解し、それら間で位相のシフトを生じさせる装置である。位相シフトは、リターダーの特性であり、リターダーの位相遅れ（Δ）といわれ、位相遅れが生じる特定の方向が、リターダーの基準軸として知られている。リターダーを含むシステム中のリターダーの基準軸の角度は、リターダーの方向角（ψ）といわれる。もっとも普通のリターダーは、９０°及び１８０°の位相シフト又は位相遅れをもたらし、それらは、４倍波及び半波リターダーと呼ばれる。普通の複屈折リターダーは、光軸がプレートの面に平行な複屈折材料の、面平行プレートである、
【０００６】
偏光干渉フィルタ又は複屈折フィルタは、偏光された光の干渉に基づく。そのようなフィルタは、複屈折プレート及び偏光子から構成される。複屈折プレートの位相遅れΔ＝Δ（λ）は、分散的、すなわちそれに入射する光の波長λに依存する。位相遅れパラメータΔ（λ）の分散は、伝達された光の強度が、波長λの関数として変化する、複屈折フィルタの基礎を成す。最初の複屈折フィルタは、同調可能でなく、それによる光波長の選択が、固定されている。その同調方法は、以下で、及び項「背景追加」中でさらにより詳しく紹介する。
【０００７】
（スペクトル）フィルタのスペクトル伝達、又は単に伝達は、フィルタの特性であり、入射光の波長の関数として変化する、フィルタに入射された光強度に対し入射光の波長の関数として変化する、フィルタによって伝達された光強度として定義される。入射された光強度は、ほとんどの場合、一定と見なすことができ、したがってフィルタのスペクトラル伝達又は伝達は、光の波長の関数として、フィルタによって伝達された強度と同等である。
【０００８】
偏光干渉フィルタ又は複屈折フィルタは、設計者の制御によるフィルタ伝達を有した一種の能動型フィルタである。フィルタは、極めて高い分解能とシステム性能とを有するように製造することができる。他の利点は、その優れたイメージ品質であり、したがってイメージ品質のフィルタとして知られ、イメージング装置中の使用に殊に適している。他の主な利点は、たぶん可能になる高受光角及び大きい有効口径を含む。複屈折フィルタは、天体研究で有効なツールであることが証明され、特に太陽物理学でユニークな評価を得ている。その優れたイメージ品質のおかげで、フィルタは、顕微鏡、イメージング分光器などのイメージング装置中で広く使用されている。フィルタは、モノクロメータ及び同調可能レーザ中の同調用デバイスとしても使用されてきた。他の重要な用途のいくつかは、光通信システム及びレーダ、イメージング及び投射、カラー・パターン解析及び表示、リモート・センシング装置及び宇宙ベースの装置を含む。
【０００９】
複屈折フィルタは、最初リヨによって発明された（Ｌｙｏｔ，Ｂ．（１９３３）Ｃｏｍｐｔｅｓ Ｒｅｎｄｕｓ １９７：１５９３）。基本的なリヨ・フィルタは、平行な偏光子で挟まれた一組の複屈折結晶プレートから構成される（Ｙａｒｉｖ，Ａ．及びＹｅｈ，Ｐ．（１９８４）「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｓ ｉｎ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）。各複屈折プレートの厚さは、その先行する複屈折プレートの厚さの２倍であり、プレートは、すべて方位角４５°で配向される。別のタイプの複屈折フィルタは、ソルク（Ｓｏｌｃ）・フィルタである（Ｓｏｌｃ（１９６５），Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．５５：６２１）。ソルク・タイプのフィルタは、１対の偏光子間に直列で配置され適切に配向された同一の複屈折プレートを含む、光学的ネットワークである。リヨ・フィルタは、一般に同等のソルク・フィルタより少ない複屈折プレートのみが必要である。しかし、ソルク・フィルタは、中間に入る偏光子を使用せず、したがってより高い伝達をもたらすことができる。リヨ・フィルタ及びソルク・フィルタの理論及び技術、並びにそれらの同調方法は、エバン（Ｅｖａｎｓ，Ｊｏｈｎ Ｗ．（１９４９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９：２２９）、タイトル及びローゼンバーグ（Ｔｉｔｌｅ，Ａ．Ｍ．及びＲｏｓｅｎｂｅｒｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８１５）によって見直され、かつ／又は議論された。また、興味深いのは、ガニング、ロッツピーチ他による論文である（Ｇｕｎｎｉｎｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３７；Ｌｏｔｓｐｅｉｃｈ，Ｊ．Ｆ．，Ｓｔｅｐｈｅｎｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨｅｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｍ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３０）。
【００１０】
リヨ・フィルタ又はソルク・タイプ・フィルタ中で使用される複屈折プレートは、光軸がプレート表面に平行になるようにカットされた石英及び方解石などの結晶材料から、又は他の複屈折材料から作られた平行なプレート又はシートである。結晶材料は、高分解能、及び／又は低波面歪曲が必要である用途に適している。他の複屈折材料は、ただしこれらに限定されないが、ポリビニール、アルコール及びポリカーボネートなどの高分子材料、及び液晶高分子膜を含む。これらの材料は、大きい有効口径及び／又は低コストのフィルタを可能にし、それによって多くのフィルタの潜在的な用途が可能になるので魅力的である。最初のリヨ又はソルク・フィルタは、同調可能でない。波長の選択が、同調可能な場合、光学的スペクトル・フィルタの有益性が、大いに増加することになる。複屈折フィルタを同調させるために、このフィルタを構成するすべての複屈折プレートの位相遅れを同時に変化させる、又はシフトする。従来、複屈折フィルタの同調には３つの基本テクノロジ、すなわち、直接法、回転要素法及び電気光学法がある。直接法は、たとえば楔形位相遅れプレートを対で使用することによって、同調させる複屈折プレートの物理的厚さを変える方法である。簡単であるが、もっとも実用的でない同調方法である。というのは、光経路の変化は、イメージング・システムに望ましくなく、及び温度制御が、必要になるからである。
【００１１】
回転要素法は、色収差のないリターダー、通常複屈折の色収差がない波長板を使用する方法である。これは、実用に供される極めて有効な同調方法である。この方法を使用した同調可能な複屈折フィルタは、極めて高い分解能とシステム性能に到達するように製造することができる。この技術によれば（以下参照）、一般に、３つの色収差のない波長板が、１つの複屈折プレートの同調に必要である。特別な場合、必要な色収差のない波長板の数を低減することができるが、少なくとも１つの色収差のない４倍波プレートが必要である。この目的で通常使用される色収差のない波長板は、単一の複屈折プレートを複数組み合わせて製造された複合構成要素である。したがって、単一要素プレートを同調させるために、平均していくつかの又はさらにもっと多くの複屈折プレートが必要になるのが通常であり、したがって組み立てられた同調可能フィルタは、その最初の波長固定構造が、いくつかだけプレートを含むことができるはずだが、かなり複雑な光学機械的アセンブリになる。この理由で、この方法に基づき複屈折結晶材料から作られた同調可能フィルタの製造コストも、極めて高く、分解能、システム性能又は伝達のさらなる向上は、厳しく制限される。他方では、その多くの潜在的な用途を抑制するのは、同調可能な複屈折フィルタが、極めて高価で複雑な構造であることである。色収差のない波長板を使用するフィルタへの他の負担は、フィルタのスペクトリ範囲に対して、色収差のない波長板が、制限を加えることである。そのようなフィルタでは、通常、色収差のない波長板の動作スペクトル範囲は、フィルタの波長範囲を決定し、厳しく制限する。ブロードバンドの色収差のない波長板は、製造が、非常に困難で高価である。
【００１２】
電気光学的な同調では、可動部品がなく、同調速度は、非常に高くすることができる。迅速に同調できる光学的スペクトル・フィルタは、殊に信号処理、カラー表示、宇宙ベース・プラットフォーム、リモート・センシング及び波長分割多重方式の用途において、魅力的である。同調可能な複屈折フィルタは、電気光学的結晶プレート又は変調器を使用することによって構築することができる（たとえば、Ｇｕｎｎｉｎｇ，Ｗ．Ｊ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３７；Ｌｏｔｓｐｅｉｃｈ，Ｊ．Ｆ．、Ｓｔｅｐｈｅｎｓ，Ｒ．Ｒ．及びＨｅｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄ．Ｍ．（１９８１）Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．２０：８３０参照）。フィルタ設計には多くのバージョンがあり、それらは、基本的なリヨ又はソルク・フィルタ構造に基づき、或いは機械的同調方法によるアナログ式で開発される。同調は、電気光学的複屈折プレートの複屈折を電気的に変化させる、又は回転する色収差のない波長板をその電気光学的同等物と置き換えることによって、達成することができる。電気光学的な同調の主な欠点は、有効口径及び視野が、小さいことである。他の制限は、数段のフィルタの伝達が、電極によって著しく減少する可能性があることである。というのは、数センチメートルまでの口径を得るために必要な縦方向電場又は電圧が、非常に高くなるからであり、或いは横方向の電場が、使用される場合も同様である。さらに、電気光学的な同調は、極めて高価である。
【００１３】
電気光学的材料の代替として、液晶（ＬＣ）セル又はスイッチが、リヨ又はソルクの構造、又は機械的同調方法の基本構成に基づき、切り替え可能で同調可能なフィルタを構築するために使用されてきた（たとえば、Ｔａｒｒｙ，Ｈ．Ａ．（１９７５）Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．１８：４７；Ｓｃｈｅｆｆｅｒ他、米国特許第４，０１９，８０８号；Ｋａｙｅ，Ｗ．Ｉ．，米国特許第４，３９４，０６９号；Ｊｏｈｎｓｏｎ，他、米国特許第５，１３２，８２６号及び第５，２３１，５２１号；Ｍｉｌｌｅｒ，Ｐ．米国特許第５，６８９，３１７号；Ｓｈａｒｐ，他、米国特許第６，０９１，４６２号参照）。様々なＬＣデバイスがある（たとえば、Ｓａｌｅｈ，Ｂ．Ｅ．Ａ．及びＴｅｉｃｈ，Ｍ．Ｃ．「光通信の基礎」“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ”，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｌｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ，１９９１；Ｃｌａｒｋ，Ｎ．Ａ．他（１９８３）Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ａｎｄ Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．９４：２１３；及びＡｎｄｅｒｓｏｎ他（１９８７）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１：６４０参照）。たとえば、それらには、ネマチック及びホメオトロピック配向ネマチックＬＣセル、強誘導性ＬＣ（ＦＬＣ）セル、面安定型強誘導性ＬＣ（ＳＳＦＬＣ）セル、スメクチックＡ＊（ＳｍＡ＊）ＬＣセル及び歪らせん強誘導性ＬＣ（ＤＨＦ）セル、及びツイスト・ネマチック偏光回転子が含まれる。視野角及びコントラスト比などの欠点があるが、液晶デバイスは、小型、低コスト、大きい有効口径及び低電力要件を含め、いくつかの魅力的な特徴を有し、したがって表示テクノロジだけでなく他の多くの用途でも殊に有益である。
【００１４】
従来技術が実証するように、同調可能な複屈折スペクトル・フィルタを構築する既存の方法は、高価で複雑な構造が必要であり、かつ／又はその不利な負担のために限定される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
通常の光回転子又はファラデー回転子は、一般に単一の所定の波長又は極めて狭いスペクトル範囲だけに有効であり、回転角が光の波長に強く依存する、分散効果を示す。光回転子又はファラデー回転子の分散は、ほとんどの場合不要である。というのは、その分散は、光の波長に依存して異なる角度で光を回転させるからである。光回転子の分散は、周知であり、光回転子又はファラデー回転子のほとんどの用途において不要な効果として従来から認識されている。この理由のため、色収差のない光回転子及びファラデー回転子を開発するために、努力が傾注されている。
【００１６】
本発明は、同調可能な偏光干渉スペクトル・フィルタを構築するための、既存の方法より簡単であるが、それよりもっと強力なまったく新しい概念を提供する。本発明の新概念は、光回転による分散に基づき開発され、従来技術より著しく簡単な方法による同調可能な複屈折スペクトル・フィルタの構築だけでなく、新しい特徴を有したスペクトル・フィルタの開発をも可能にする。
【００１７】
本発明の一態様は、最初から同調可能である同調可能なスペクトル・フィルタを構築し開発する際、光回転による分散効果の数値を評価することである。
【００１８】
新概念によれば、偏光回転による分散は、光の波長選択を成すために、偏光子又はリターダーなどの方向感受性要素と適切に組み合わせて利用することができる。光学的位相遅れとは違い、光回転は、偏光用要素の方向角と密接に関連するパラメータである。この特徴のおかげで、本発明による同調可能フィルタは、最初から同調可能であり、この技術の同等な構造より簡単又は極めて簡単な構造を有する。このフィルタは、その基本的伝達プロフィールが、使用される偏光回転子によって決定され、その同調性は、フィルタの直接関連する構成する偏光用要素を回転させる、かつ／又は可能な場合、フィルタの偏光回転子の回転角を変化させることによって、簡単に達成することができる。さらに、同調可能で切り替え可能なスペクトル・フィルタは、新しい特徴を帯びたフィルタを含め、選択された構成要素に応じて、機械的に、電気的に、又は電磁気的に、或いは連続的に又は離散的に動作させるように、開発することができる。
【００１９】
さらに、本発明は、新概念に基づき開発された、従来技術の同等物よりまったく新しい又はもっとコンパクトな構成を有したどちらかの同調可能な複屈折スペクトル・フィルタを提供する。本発明のフィルタは、キー要素として通常の光回転子及び／又はファラデー回転子、或いはそれらを、複屈折リターダー及び同等のＬＣセル、好ましくは色収差のない又はゼロ次のリターダー、又はＬＣ偏光回転子など追加の光リターダーと組み合わせて、使用する。本発明で開示されるスペクトル・フィルタには、色収差のないリターダーを必要としないフィルタを含め１段フィルタ及び複数段フィルタと、ソルク・タイプの２枚のプレート及び３枚のプレートのフィルタ、及びリヨの２段フィルタを含め中間に偏光子のないフィルタと、方形波バンドパス・フィルタとが含まれる。それらは、基本的特徴が、機械的同調性であり、さらに電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができる。或いはさらに、スペクトル伝達の帯域幅が、ファラデー回転子及び／又は適切なセルなどの能動的な構成要素を使用した場合、調節可能である。ファラデー回転子を使用した本発明のフィルタは、さらに、一方向に光を伝達し、同調可能な状態でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向装置として機能することができる。
【００２０】
本発明の適切な偏光回転子は、通常の光回転子、すなわち石英光回転子及びファラデー回転子など、どんな分散的偏光回転子とすることができる。適切な光リターダーには、複屈折波長板、好ましくは色収差のない又はゼロ次の波長板、又はＬＣの電気的回転可能なリターダー及びＬＣ可変リターダーなどそれらの電気的同等物、或いは電気光学的変調器、光弾性及び磁気変調器を含むそれらの同等物が含まれる。ＬＣの電気的回転可能なリターダーは、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦＬＣセル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルからなる群から選択することができる。ＬＣ可変リターダーは、たとえば、ネマチック及びホメオトロピック配向ネマチックＬＣセルとすることができる。本発明のスペクトル・フィルタは、反射モードで使用することができる、又は使用するようになすことができる。
【００２１】
本発明の原理、利点及び特徴は、以下の説明から、添付の図面を参照して読んだとき、より明らかになる。本発明は、様々な実施例を含み、実施例は、本文にて与えられるその伝達カーブによって特徴付けられ、様々な状況で使用するのに適したフィルタについて説明する。さらに、従来技術の同等物との比較、並びにその特徴及び用途についての、及びそれらが構成される要素の選択についての論評及び示唆も提供する。
【００２２】
「背景追加」
本発明の理解を容易にするために、色収差のない波長板を使用する従来技術による同調技法について、その背景をさらに提供する。図１に、従来技術の偏光子回転式同調可能１段フィルタの構成を概略的に示す。図１のフィルタは、入射偏光子１１（方位角Ｐ１）と、複屈折プレート１２と、色収差のない４倍波プレート１３と、出射偏光子１４（方位角Ｐ２）とを含む。光ビーム１５が、図１のフィルタに入射し、法線入射で、すなわちｚ軸に平行に、それぞれ偏光子１１及びその後に続く要素を同じように通過する。以下に説明するどんな光学的構成の場合でも、入射光ビームは、法線入射で、すなわち図面のｚ軸に平行で構成を通過する。複屈折プレート１２は、その進み軸が、偏光子１１に対し４５°の角度で配向され、偏光子１１は、その伝達軸が、ｙ軸に平行、すなわちＰ１＝０°と仮定する。４倍波プレート１３は、フィルタのスペクトル範囲にわたり色収差がなく、偏光子１１に平行に配向される。波長板１３は、通常複数の複屈折プレートを使用して製造された複合構成要素である。その複数の複屈折プレートは、その組み合わせが、波長範囲において位相遅れがほぼ一定であり、方向角が一定又はほぼ一定であるリターダーと同等になるように、縦列に配置され適切に配向される。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列又はＪｏｎｅｓ行列公式によって（たとえば、Ｒ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍ及びＮ．Ｍ．Ｂａｓｈａｒａ著、「偏光解析法及び偏光光」（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８参照）、図１のフィルタが伝達する光強度が、次の式で与えられ、計算することができる。
【００２３】
【数１】
ただし、Ｉｏは、偏光子１１の入射光強度であり、Ｐ２は、偏光子１１に対する偏光子１４の方位角であり、Δ＝Δ（λ）は、複屈折プレート１２の位相遅れ又は位相角である。複屈折プレートの位相遅れΔは、以下の周知な特性によって説明される波長に依存するパラメータである。
【００２４】
【数２】
ただし、λは、光波長であり、ｄ（ｎｓ−ｎｆ）は、遅延特性といわれ、ｄは、複屈折プレートの厚さであり、ｎｓ−ｎｆは、プレート材料の複屈折であり、ｎｓは、波長λにおける遅れ指数であり、ｎｆは、進み指数である。図１のフィルタの伝達は、位相遅れΔ（λ）によって決定され、伝達プロフィールは、出射偏光子１４を回転させて角度Ｐ２を変更することによって、同調させることができる。
【００２５】
出射偏光子１４の回転は、いくつかの用途には所望されず、従来技術によって偏光子１４の前に回転可能な色収差のない半波プレートを導入することによって、避けることができる。図２に、図１のフィルタから形成され、偏光子１４の前に色収差のない半波プレート１６を挿入することによって、そう修正された構成を概略的に示す。図２のフィルタでは、出射偏光子１４は、静止状態に留まることができる。その進み軸が、入射偏光子１１の進み角に対してγの角度を有するように半波プレート１６を回転したとき、偏光子１４の後の光強度は、位相遅れδΔ＝４γを複屈折プレート１２に加えることによって生じる強度と正確に等しくなる。４倍波プレート１３及び半波プレート１６は、２枚プレート同調要素又は同調器１７を形成する。
【００２６】
図１又は図２の同調させる複屈折プレート１２は、偏光子（偏光子１４）が、波長板１３又は同調器１７なしに、その後に続く。図３に、偏光子が先行せず又はその後に続かないフィルタ、たとえばソルク・タイプのフィルタ中の複屈折プレートを同調させるために使用するのに適した、さらに一般的な構成を概略的に示す。その構成は、その軸が４倍波プレート１３に平行な回転可能な半波プレート１６の後に、追加の固定された４倍波プレート１８を加えることによって、図２の同調構成のさらに発展したものである。波長板１３、１６及び１８の組み合わせは、その軸が複屈折プレート１２の軸に平行な可変位相シフタ１９として働き、波長板１６の方向角γの４倍に等しい位相シフトを、プレート１２の位相遅れΔ（λ）に加算する。従来技術の３枚プレート同調器を使用した同調可能な複屈折フィルタは、構成するプレートの数が増加するにつれて、ますます複雑になる。
【００２７】
Ｅｖａｎｓは、図４に示す２枚プレート同調器を記載している（Ｊ．Ｗ．Ｅｖａｎｓ 「複屈折フィルタ」（Ｔｈｅ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆｉｌｔｅｒ）、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９，１９４９，ｐｐ．２２９〜２４２参照）。この２枚プレート同調器２０は、同調するために、複屈折プレート２１の後に縦列で配置された固定４倍波プレート２２と、回転可能な４倍波プレート２３とを含む。４倍波プレート２２は、その軸が、プレート２１の軸から４５°の角度に配向される。４倍波プレート２２と４倍波プレート２３の組み合わせは、光回転子がその後に続く位相シフタと同等である。４倍波プレート２３が、４倍波プレート２２に対して角度ガンマを有するとき、生ずる位相シフトは、π＋２γに等しい。２枚プレート同調器の主な欠点は、回転子が引き起こす座標軸の回転である。Ｅｖａｎｓの２枚プレート同調器に基づき、Ｂｕｈｒｅｒは、２つの複屈折プレートを同時に及び等しく同調させるための二重同調器を開発した（Ｂｕｈｒｅｒ Ｃａｒｌ Ｆ．米国特許第４，６７８，２８７号参照）。彼の二重同調器は、互いに補償された等しいが互いに反対で物理的に回転する、１対の相補的２枚プレート同調器を含む。図５に、彼の二重同調器２４の一構成を示し、その構成は、同調させるために、２つの同一の複屈折プレート２１と２８の間に直列に配置された２つの固定された４倍波プレート２２及び２７と、２つの回転可能な４倍波プレート２３及び２６とを含む。波長板２２及び２３は、上記で説明したように、複屈折プレート２１に対して配向されて２枚プレート同調器２０を形成する。波長板２６及び２７は、複屈折プレート２８に対し配向されて他の２枚プレート同調器２５を形成し、したがって同調器２０及び２５が、互いに対面し、それらの回転は、等しいが互いに反対方向であり、互いに補償し合う。
【実施例】
【００２８】
本発明のフィルタ又は光学的システムの要素は、光学的に縦列に接続される。図面では、一図面で現れる同一番号は、同一要素を示す。複数の図面で現れる同一番号は、互いに置き換えられる同一の特徴の要素を示す。用語「偏光回転子」は、本明細書では、偏光された光を回転するために働く構成要素又はデバイスと定義する。したがって、偏光回転子は、光回転子又はファラデー回転子又はある他のもの、たとえば液晶偏光回転子とすることができる。用語「リターダー」は、光ビームの位相を変化させることができるどんな要素又はデバイスである。リターダーによって導入される位相シフト又は位相遅れ（Δ）は、たとえば式（２）によって記述されるように波長に依存することがあり（Δ（λ））、又は波長範囲において色収差がないことがある。偏光回転子に加え、本発明のフィルタは、複屈折の色収差がない又はゼロ次のリターダー又は波長板から、及びＬＣ可変リターダー及びＬＣ（電気的）回転リターダーを含め、液晶リターダーから、又は同等物から好ましくは選択されたリターダーを使用する。リターダー材料は、ただしこれらに限定されないが、石英及び方解石などの結晶、ポリビニールアルコール及びポリカーボネートなどの高分子化合物、並びに液晶材料を含む。色収差なしのリターダーは、位相遅れΔが、スペクトル範囲にわたり所定の値に等しい又はほぼ等しく、複数の単一複屈折プレートを使用して製造することができる（たとえば、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ，Ｓ．（１９５５）Ｐｒｏｃ．Ｉｎｄｉａｎ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．４１：１３７；Ｂｅｃｋｅｒｓ，Ｊ．Ｍ．（１９７１）Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１０：９７３参照）。ゼロ次リターダーは、ある周波数について、その遅延特性が、（ｋ＋１／４）λ又は（ｋ＋１／２）λ（ｋ＝１、２、３、・・・）である代わりに、通常λ／４又はλ／２に等しい。位相遅れΔ＝π又はΔ＝１８０°は、半波（λ／２）の遅延特性に等しいことに留意されたい。電気光学的、光弾性又は磁気の変調器などのＬＣ可変リターダー又は同等物は、その位相遅れが電気的に可変であり、一方ＬＣ回転リターダーは、位相遅れが固定されているが、その光軸の方向が、電気的に回転可能である。リターダーは、複合構成要素とすることができる。用語「複合リターダー」は、縦列に光学的に結合された複数の個々のリターダー又は波長板を含み、１つのリターダーに同等なデバイスについて、使用される。本明細書で使用するように、用語「リターダー」は、そのような要素又はデバイス又は同等物をすべて含むと理解すべきである。用語「偏光子」は、偏光された光を生成する又は分析するためのどんな要素又はデバイスとする。本明細書に述べられた具体的な実施例は、多くのフィルタリング用途に望ましい線形の偏光子を使用することが好ましい。選択された基準軸に対してともに、偏光子の方位角Ｐは、その伝達軸の方向を示し、リターダーの方向角（ψ）は、このリターダーの光軸の角度を示す。偏光用要素を含む説明図では、偏光子又はリターダーの軸の方向は、太線矢印によって示す。電気的に回転可能なリターダーでは、その方向は、２つの選択できる状態間を切り替えることができ、その方向角は、ψｏｎ及びψｏｆｆによって与えられる。リターダーでは、その位相遅れは、２つの選択できる値間を電気的に切り替えることができ、その位相遅れは、Δｏｎ及びΔｏｆｆによって与えられる。
【００２９】
本発明は、光回転の分散を使用する同調可能なスペクトル・フィルタを構築するための新概念を提供する。光回転子又はファラデー回転子などの偏光回転子は、その回転角が光の波長に依存し又は強く依存し、通常波長が短くなるにつれて増加する、分散効果を見せる。構成要素又はデバイスは、そのＭｕｅｌｌｅｒ行列Ｍ又は同等のＪｏｎｅｓ行列Ｊが、次の式の形であり、光回転子として定義される（たとえば、Ａｚｚａｍ，Ｒ．Ｍ．Ａ．及びＢａｓｈａｒａ，Ｎ．Ｍ．「偏光解析法及び偏光光」（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８参照）。
【００３０】
【数３】
ただし、ρ＝ρ（λ）は、回転角である。通常の光回転子は、結晶石英（たとえば、ＣＶＩ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎ．Ｍｅｘ．Ｕ．Ｓ．Ａ．）、又はたとえば銀チオガリウム酸塩（ｓｉｌｖｅｒ ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ，ＡｇＧａＳ２）など他の環状複屈折を示す結晶材料で、光軸がプレート表面に直角にカットされたものの面平行プレートである。石英光回転子は、単一石英プレートでもよいが、結晶石英から作られた波長板のための方法とは異なる方法でカットされる。一般に、市販の石英回転子は、同等品質の石英波長板より高価でない。従来、光回転子は、偏光された光を一定角度だけ回転させるために使用することができる。しかし、それは、一般に、単一の所定の波長について、又は極めて狭いスペクトル範囲においてだけしか有効でない。通常の光回転子は、色収差があり、回転角ρ（λ）が、通常、回転子厚さに比例し、光波長の二乗に逆比例する（たとえば、Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ及びＭ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ「光通信の基礎」（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ．１９９１参照）。
【００３１】
ファラデー効果を見せるいくつかの材料（たとえば、Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ及びＭ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ「光通信の基礎」（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ Ｉｎｃ．１９９１参照）は、偏光回転子としても働く。ファラデー回転は、ファラデー回転の向きが、磁場の方向で支配され、光の伝播方向に不変である点だけで、光回転とは異なる。したがって、式（３）は、逆方向の光波の伝播を議論しない場合、ファラデー回転子を記述するために使用することもできる。ファラデー回転子を製造するために利用できるファラデー効果を示す多くのガラス及び材料があり、ファラデー回転子のガラスは、ただしこれらに限定されないが、テルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）及びテルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴｂＡｌＧ）を含む。ファラデー回転子では、回転角ρｆ（λ）は、回転子厚さｄ、磁束密度Ｂ及びベルデ定数Ｖと呼ばれる特性に比例し、ベルデ定数は、強く波長に依存する。様々な材料について、ベルデ定数Ｖ＝Ｖ（λ）は、互いに異なる波長依存性を示し、材料の固有の性質に依存するが、一般に、波長が短くなるにつれ、急速に大きくなる。ファラデー回転子の回転角は、加える磁束密度を調節することによって、電気的に変更することができる。
【００３２】
光回転又はファラデー回転の分散効果は、大部分の従来の用地では不要である。この理由のため、その回転が、スペクトル範囲にわたりほぼ波長に依存しない、色収差のない光回転子を開発するために、努力が傾注されてきた（Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．Ｌｏｎｇｍｏｎｔ，ＣＯ．Ｕ．Ｓ．Ａ．；Ｋｏｅｓｔｅｒ，Ｃ．Ｊ．（１９５９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，４９：４０５）。ブロードバンドのファラデー遮断器が、使用されるファラデー回転子の分散を補償することによって、広い帯域幅を達成することも周知である（たとえば、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｒａｖｅｒｓｅ Ｃｉｔｙ，Ｍｌ．Ｕ．Ｓ．Ａ．）。光回転の分散は、光回転子又はファラデー回転子には不要な特徴であるが、本発明では、同調可能なスペクトル・フィルタを開発し構築するために、有利なものとして使用される。本発明の概念によれば、偏光回転の分散は、偏光子又はリターダーなど方向感受性の偏光用要素と適切に組み合わせることによって、光の波長選択に変形させることができる。変形された波長の選択は、偏光用要素の方向を変え、又は偏光回転を変化させることによって、最初から同調可能である。というのは、光回転は、偏光用要素の方向角と密接に関連したパラメータであるからである。したがって、本発明によれば、新しいタイプの同調器又は同調要素が、分散的偏光回転子を偏光子又はリターダーと組み合わせて使用することによって構築することができる。図６に、分散的偏光回転子が、それぞれ偏光子（図６ａ）、リターダー（図６ｂ）並びにリターダー及び他の分散的偏光回転子（図６ｃ）と組み合わされたとき、本発明の概念によって分散的偏光回転を光の波長選択に変形させた、本発明の同調器の構成を示す。
【００３３】
図６ａに、分散的偏光回転子３１及び偏光子３２を含む、本発明の同調器を示す。偏光子３２は、フィルタの入射又は出射偏光子であって、その前又は後に偏光用要素が位置しないと仮定する。偏光回転子３１は、回転角ρ（λ）が、光波長λの関数として変化し、選択された基準軸、すなわちｙ軸に対し方位角Ｐを有した偏光子３２が、その後（図６ａに示すように）又は前に位置する。偏光回転子３１は、光回転子、たとえば石英光回転子又はファラデー回転子又は他の同等物とすることができる。偏光子が、入射又は出射偏光子であるので、１つの偏光回転子は、偏光子を回転させるために十分である（Ｙｅ，Ｃ．及びＫｅｒａｎｅｎ，Ｅ．（１９９７）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ．１４：６８２参照）。したがって、偏光回転子３１及び偏光子３２の組み合わせは、基準軸に対しＰ＋ρ（λ）（図６ａに示すように）又はＰ−ρ（λ）に等しい方位角を有した偏光子３３と同等である。通常の従来から使用できる偏光子とは違い、光を伝達するとき、方位角Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）が、光波長の関数として変化するため、同等の偏光子３３は、波長選択を示す。この波長選択は、最初の偏光子３２を回転させ方向角Ｐを変えることによって、又は可変であれば回転角ρ（λ）を変化させることによって調節可能である。同等な偏光子３３としての要素又はデバイスは、本明細書で偏光子同調器と称する。
【００３４】
図６ｂの同調器は、構成要素として光ネットワーク中に又はフィルタ中に取り付けられたとき、リターダー３４（Δ、ψ）が、その後（図６ｂに示すように）又は前に位置する偏光回転子３１（ρ（λ））を含む。リターダー３４（Δ、ψ）は、考慮する波長範囲において、位相遅れΔ及び方向角ψにおいて、ともに色収差がないことが好ましい。リターダー３４の方向角ψは、ｙ軸に平行でもあると仮定する、ネットワーク又はフィルタの選択された基準軸に対して測定される。リターダー３４の候補は、複屈折リターダー、並びにＬＣ可変及び電気的に回転可能なリターダーなどのＬＣリターダーを含む。一般に、リターダーは、等しいが互いに反対の回転角を有した２つの偏光回転子間にそのリターダーを挿入することによって、回転させることができる（たとえば、Ａｚｚａｍ，Ｒ．Ｍ．Ａ．（１９７５）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．６８：５１８参照）。したがって、偏光回転子３１及びリターダー３４の組み合わせは、光回転子３６が、その後（図６ｂに示すように）又はその前に位置するリターダー３５と同等である。規定されたように、同等のリターダー３５は、リターダー３４の位相遅れと同じ位相遅れΔを有するが、その方向角は、波長に依存し、ψ＋ρ（λ）に（図６ｂに示すように）又はψ−ρ（λ）に等しく、一方同等の光回転子３６は、回転がρ（λ）に等しい。同等のリターダー３５は、純粋のリターダーとして働く。しかし、従来から使用できる通常のリターダーとは違い、光軸の方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）は、波長に依存する。同等のリターダー３５が、フィルタ中にあるとき、最初の回転子３４を回転させ角度ψを変えることによって、かつ／又は回転角ρ（λ）を変化させることによって実現することができる方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）の変化は、パラメータρ（λ）が寄与してネットワーク又はフィルタのスペクトル伝達を同調させることになる。これは、スペクトル・フィルタを構築する際、同調器の基礎を形成する。同等のリターダー３５に続く光回転子、たとえば同等の光回転子３６は、フィルタの伝達スペクトルを修正するが、同調器の同調メカニズムに変化をもたらさない。というのは、それは、ビーム軸まわりの機械的回転に影響されないからである。同等のリターダー３５としての要素又はデバイスは、本明細書では、リターダー同調器と称する。
【００３５】
図６ｂの同調器は、−ρ（λ）に等しい回転角を有し、リターダー３４の後（図６ｃ）に挿入された第２の分散的偏光回転子３７を使用することによって、修正することができる。回転子３１及び３７は、等しいが反対の回転角、すなわちρ（λ）及び−ρ（λ）を有し、したがって回転子３１、リターダー３４及び回転子３７の組み合わせが、リターダー又はリターダー同調器３５と同等であり、それは、リターダー３４が有する位相遅れと同じ位相遅れΔを有し、その波長依存の方向角が、ψ＋ρ（λ）（図６ｃに示すように）又はψ−ρ（λ）に等しい。より一般的な場合、分散的偏光回転子３１及び３７は、考慮する波長範囲において前記フィルタの構造に関連する所定の比率で、互いに異なる回転角を取ることができる。それらは、同じ回転方向又は反対の回転方向のものとすることができる。この場合、偏光回転子３１及び３７、及びリターダー３４の組み合わせは、上記で述べたように、リターダー同調器がそれに先行する又はその後に続く光回転子と同等になることができる。
【００３６】
図６の同調器は、最初から同調可能な１段又は複数段のスペクトル・フィルタを開発し構築するために直接使用することができる。中間に偏光子がないフィルタは、本発明の２つ又はそれより多い同調器を使用し、同調器のパラメータを適切に選択し、偏光子間に直列に同調器を配置することによって、開発することも可能である。本発明の同調器を使用すると、原理的には、中間偏光子がないソルク・タイプ及びリヨ・タイプのフィルタ、並びに特別な伝達波形を有したフィルタを含め、新しい様々な同調可能フィルタが可能である。本発明の同調器は、構成するリターダー及び回転子を組み立てることによる複合構成要素として、製造することができる。単一の偏光回転子及びリターダーを用いてフィルタを設計し構築することも重要であるが、本発明の同調器の同調原理によって行うことが重要である。本発明は、さらに、本発明の新概念又は同調器に基づき開発される同調可能なスペクトル・フィルタを提供する。フィルタは、光回転子及びファラデー回転子などの分散的偏光回転子を使用し、或いは複屈折リターダー又は波長板、及び液晶リターダー又は同等物又は液晶偏光回転子などの追加のリターダーと組み合わせて、キー要素として分散的偏光回転子を使用する。フィルタは、すべて基本的特徴として機械的同調性を有し、さらに、電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができ、或いはその帯域幅が、選択した構成要素に依存して、調節可能である。ファラデー回転子を用いて、波長選択が同調可能であって一方向に光を伝達するが、逆向きの光を遮断する一方向デバイスの構築が、実現可能である。本発明のフィルタは、１段フィルタ、複数段フィルタ及び中間偏光子を使用しないフィルタの３つのカテゴリの下で、アレンジすることができる。同調可能なフィルタの構築における本発明の同調器の使用は、以下に述べる実施例を通じ、単一の偏光回転子及びリターダーの構成で各実施例を表して、より詳細に説明する。
【００３７】
本発明の１段フィルタ（図７〜１０）は、偏光子の境界によって画定された独立のユニットであり、偏光子の境界内部の構成要素は、偏光回転子（図６ａの同調器）、半波リターダーと組み合わされた光回転子（図６ｂの同調器）又は能動型回転子（図６ａの同調器）、或いは等しいが反対の回転角を有し、可変リターダーをその間に挟んだ１対の偏光回転子（図６ｃの同調器）とすることができる。図７に、入射偏光子４０（方位角；Ｐ１＝０）、偏光回転子４１及び出射偏光子４２（方位角；Ｐ２）を含む、本発明の１段フィルタの光学的構成を示す。偏光回転子４１は、分散的であり、その回転角ρ＝ρ（λ）が、その分散性のため、波長に依存する。偏光回転子４１と出射偏光子４２の組み合わせは、図６ａの偏光子同調器を形成する。この記述によるフィルタが伝達するスペクトル伝達又は光強度は、Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式、すなわちこのフィルタの出射偏光子から現れる光ビームのＳｔｏｋｅｓベクトルの第１要素によって計算される。したがって、図７のフィルタのスペクトル伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、以下の式によって表し、計算することができる。
【００３８】
【数４】
ただし、
【００３９】
【数５】
式（４）は、標準リヨ１段フィルタの伝達スペクトルと同じ形である。しかし、図７のフィルタは、そのスペクトル伝達Ｉ１（λ）の波長選択が、偏光回転子４１の回転角ρ（λ）によって決定される。図７のフィルタは、機械的に偏光子４０及び４２の１つを他方に又は両方に対して回転させ、角度Ｐ２−Ｐ１を変えることによって、同調させることができる。実際使用する場合、入射偏光子４０を静止状態にし、出射偏光子４２を回転させることが望ましい。図７のフィルタは、さらに、調節可能であれば回転角ρ（λ）を変化させることによって同調可能である。
【００４０】
本発明によれば、回転子４１は、好ましくは光回転子（ρ（λ）＝ρｏ（λ））、たとえば石英回転子であって、通常、光軸がそのプレート表面に直角であるようにカットされた結晶石英の面平行プレートである。光回転子を使用した図７の１段フィルタは、機械的に同調可能であり、いくつかの面で従来技術より有利である。石英回転子は、結晶石英から作られる波長板のための方法とは異なる方法でカットされているが、単一プレートなので、フィルタは、その構造が、同調可能でないリヨ１段フィルタの構造と同等である。図１に示すように、リヨ１段フィルタは、同調機能を実現するために、追加の色収差のない４倍波プレートを使用しなければならない。しかし、従来技術と比べると、図７の本発明のフィルタは、最初から同調可能であり、色収差のない波長板を必要とせず、したがって、色収差のない４倍波プレートを構築するために必要な複屈折プレートが、省かれる。図７のフィルタの他の利点は、その構造が、図１のフィルタの構造より簡単であり、したがって図７のフィルタには、より高い伝達及びシステム性能が、同じ条件下で達成されると期待されることである。色収差のないリターダーが必要ないので、図７の実施例の他の重要なプラス面は、従来技術によるブロードバンドのフィルタを構築するための障害が、取り除かれたことである。図７の実施例に基づき、結晶石英が可能な伝達の上限までその動作スペクトル範囲を広くすることができる、リヨ構造フィルタ（以下参照）が、期待できる。さらに、光回転子が、回転子軸まわりのどんな機械的な回転の影響も受けない特徴を有する。したがって、他の図７のフィルタの卓越した特徴は、その極めて簡単な取り付け及び調節である。フィルタを取り付けるとき、偏光子の位置合わせだけが必要である。光回転子を使用した図７の１段フィルタは、反射モード、たとえば反射顕微鏡でも動作することができる。この場合、光は、フィルタを２回通過する、すなわちまず通過し、次にたとえばミラー又は試料で反射して、一巡する。反射モードで動作する図７のフィルタは、次の式によって表される伝達を有した同調可能なソルク２枚プレート・フィルタとして働く。
【００４１】
Ｉ１＝ｃｏｓ４（Ｐ２−Ｐ１＋ρｏ（λ）） （６）
以下に説明する本発明のフィルタは、反射モードで動作する、又は容易に動作するようになすこともできる。反射モードにおけるスペクトル伝達は、それぞれ伝達モードにおけるそれらの伝達を二乗することによって、簡単に得ることができ、したがって、ファラデー回転子が使用されたスペクトル伝達を除き、省略する。
【００４２】
本発明によれば、図７のフィルタ中の偏光回転子４１は、ファラデー回転子（ρ（λ）＝ρｆ（λ））とすることもできる。ファラデー回転子は、分散効果のため波長に依存する、その回転角によって規定される。ファラデー回転子に利用できる多くの光磁気ガラスがある。そのベルデ定数Ｖ＝Ｖ（λ）は、一般に波長が短くなるにつれて、急速に大きくなる傾向があるが、材料の固有の性質及び研究対象のスペクトル範囲に依存して様々な波長への相関関係を示す。選択された材料に依存して、ファラデー回転ρｆ（λ）は、同等の石英光回転ρｏ（λ）が示す分散性と類似の分散性を示すことができる。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタのスペクトル・プロフィールＩ１＝Ｉ１（λ）は、使用されたファラデー回転子の回転角ρｆ（λ）の分散性によって決定される。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタは、回転角ρｆ（λ）＝ＶｄＢを有したファラデー回転子の回転角ρｆ（λ）を変えることによって、同調可能である。ここで、ｄは、回転子厚さであり、Ｂは、磁束密度であり、Ｖ＝Ｖ（λ）は、回転子材料のベルデ定数である。同調は、磁場Ｂを調節して回転角ρｆ（λ）を変えることによって電気的に行い、偏光子４０及び４２は、静止し、互いに平行又は直角に配向されることが好ましい。電気的な耐批判性に加えて、フィルタは、偏光子４０に対して出射偏光子４２を回転させることによって、機械的に同調可能である。この特徴は、回転角ρｆ（λ）が変化する範囲が、所望のように十部分広くないとき、有効である。電気的同調性の補償として、この特徴によって、電気的同調が達成される波長範囲の調節又は選択が、可能になる。
【００４３】
ファラデー回転子を使用した図７の１段フィルタは、色収差のないリターダーも必要でない。フィルタの波長範囲は、使用された光磁気材料又はガラスが可能な伝達の上限までの広さとすることができる。典型的なファラデー回転子のガラスは、ＴＧＧ（テルビウム・ガリウム・ガーネット）結晶であり、それは、５００〜１５００ｎｍの広いスペクトル範囲で透過的であり、高ベルデ定数、低損失及び高耐損傷性を有する。図７の実施例は、適切にファラデー回転子及びブロードバンド偏光子を使用することによって、ブロードバンドの同調可能フィルタの構築のために使用することができる。ファラデー回転子を使用した図７のフィルタでは、磁場Ｂを調節することによってもたらされる位相シフトは、波長に依存する。回転子４１が、出射偏光子の回転よって引き起こされた位相シフトがすべての波長に対して一定である光回転子のとき、これは、図７のフィルタとは異なる。
【００４４】
ファラデー回転子を使用した図７のフィルタは、さらに、磁場Ｂをオン又はオフすることによって、電気的に切り替え可能にすることができる。この目的のために、偏光子４２は、入射偏光子４０に対して平行（Ｐ２−Ｐ１＝０°）又は直角（Ｐ２−Ｐ１＝９０°）になるように配向することが好ましい。フィルタは、この場合、電気的スイッチとして働き、２つの切り替えられたその後の状態で伝達される光強度は、以下のように記述される。
【００４５】
【数６】
又は、
【００４６】
【数７】
図７のフィルタでは、ファラデー回転子を使用する他の利点は、フィルタが、同じく波長選択が同調可能で光を一方向に伝達するが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして、機能することができることである。本発明によれば、図７のフィルタは、回転子４１がファラデー回転子であるとき、一方向フィルタとして働き、偏光子４２は、偏光子４０に対し４５°、すなわちＰ２−Ｐ１＝４５°の角度をなすように位置合わせされることが好ましい。Ｐ２−Ｐ１＝４５°の場合、フィルタの一巡伝達は、次の式で与えられる。
【００４７】
Ｉ１＝ｃｏｓ２（４５°＋ρｆ（λ））ｃｏｓ２（４５°−ρｆ（λ）） （９）
ファラデー回転子を使用した図７の１段フィルタは、偏光子４０及び４２が、互いに平行又は直角のいずれかに、すなわちＰ２−Ｐ１＝０°又はＰ２−Ｐ１＝９０°で配向されたとき、反射モードで働くこともできる。反射モードで動作するフィルタの伝達は、次の式による。
【００４８】
【数８】
【００４９】
図７の実施例による高分解能スペクトル・フィルタを構築するために、回転角が、現在の用途において現在利用できる光回転子又はファラデー回転子より極めて大きい、光回転子又はファラデー回転子が、必要である。通常の光回転子又はファラデー回転子の回転角は、一般にせいぜい１８０°である（ゼロ次）。たとえば、現在市販の光回転子は、回転が、通常その標準の波長で９０°又は４５°に等しく、一方光遮断器の形で使用されるファラデー回転子は、回転角が、通常遮断器の中心波長で４５°に等しい。本発明の教示は、本発明による高分解能のスペクトル・フィルタを構築するために、複数次の光回転子及びファラデー回転子を製造することである。そのような複数次の回転子の回転角は、可視範囲又は対象とする波長範囲で１８０°より大きい又は極めて大きい。二酸化テルル（ＴｅＯ２）及び銀チオガリウム酸塩（ｓｉｌｖｅｒ ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ：ＡｇＧａＳ２）結晶は、結晶石英よりはるかに大きい回転力を有し、複数次光回転子を作るための候補材料である。ファラデー回転子に大きい回転角を与えるために、高ベルデ定数を示す材料が、選択されるものとし、かつ／又は回転子厚さ及び加える磁束密度を増加する必要がある。高ベルデ定数を有する磁気結晶は、たとえばＴＧＧ（ｔｅｒｂｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）結晶を含む。
【００５０】
図８に、入射偏光子４０（方位角：Ｐ１＝０）、光回転子４３、半波リターダー４４及び出射偏光子４２（方位角：Ｐ２）を含む、本発明の他の１段フィルタを概略的に示す。光回転子４３は、分散的であり、その回転角ρ（λ）＝ρｏ（λ）が、フィルタの波長範囲において波長に依存する。半波リターダー４４は、好ましくはフィルタの波長範囲において色収差がなく、その光軸が偏光子４０に対し角度ψで配向される。リターダー４４は、回転子４３の後（図８に示すように）又はその前に位置することができ、リターダー４４との接続が、図６Ｂによって述べたような同調器と同等である。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式によって、図８のフィルタの伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【００５１】
【数９】
図８の１段フィルタのスペクトル・プロフィールは、光回転子４３の回転角ρ＝ρｏ（λ）によって決定され、フィルタのスペクトル伝達は、偏光子４０に対し半波リターダー４４を回転させることによって同調可能である。図７の実施例とは違い、偏光子４０及び４２は、図８のフィルタを同調させるとき、ともに静止していることができる。この特徴は、イメージング性能を向上させるために、好ましいはずである。半波リターダー４４を回転させることによって伝達Ｉ１（λ）に追加される位相シフトは、回転された角度の２倍である。同調は、使用に選択したリターダーに依存して、機械的又は電気的に行うことができる。
【００５２】
本発明によれば、半波リターダー４４は、色収差がない又はゼロ次の複屈折波長板又は同等の電気的に回転可能なＬＣリターダーが好ましい。複屈折リターダーを使用した図８のフィルタは、機械的に同調可能である。本発明によれば、フィルタのスペクトル範囲が、非常に広くなく、その位相角が、フィルタの波長範囲内の波長で１８０°に等しく、好ましくは設計及び要件に依存して中心波長より短い場合、ゼロ次の半波リターダーを使用することができる。そのようなゼロ次リターダーは、色収差のない半波リターダーの近似物として見なすことができる。この場合、図８のフィルタの伝達は、選択された波長範囲及び使用されたリターダーの同調角ψに依存して、式（１１）によって記述されたものからわずかに異なるものになる。リターダー４４としてゼロ次リターダーを使用することによって引き起こされる効果は、わずかに波形が変形され、サイドローブ振幅が変化することである。カラー表示、イメージング及び投射などの用途では、これは、利益を得られるので、そう重要ではない。
【００５３】
本発明によれば、電気的同調が所望のとき、リターダー４４として同等の電気的回転可能なＬＣリターダーを使用することが好ましい。適切なＬＣリターダーは、位相遅れが、Δｌｃ＝１８０°であり、その光軸の方向が、制御電圧を加えたとき、回転可能である。それは、回転可能な半波プレートの電気的同等物として働く。ＬＣリターダーは、その光軸が、制御電圧がオフのとき、入射偏光子４０に対し角度ψｏｆｆになるように配向される。光軸は、制御電圧がオンのとき、角度ψｌｃだけ回転して、ψｏｎ＝ψｏｆｆ＋ψｌｃである方向ψｏｎになる。位相シフトは、偏光子４０及び４２を静止させて、角度ψｌｃだけ電気的に回転させることによって導入することができる。角度ψｌｃの回転は、使用するＬＣリターダーに依存して連続的、又は離散的回転のいずれかとすることができる。光軸の方向が、連続的に回転可能であるＬＣリターダーの候補は、ＳｍＡ＊セル及びＤＨＦＬＣセルである。たとえば、ＤＨＦセルでは、得られる最大の傾斜角は、±３８°である。光軸が離散的に回転可能なＬＣリターダーの例には、安定２元状態（ｓｔａｂｌｅ ｂｉｎａｒｙ ｓｔａｔｅ）のＳＳＦＬＣセル及び平面配向スメクチックＣ＊（ｐｌａｎａｒ ａｌｉｇｎｅｄ ｓｍｅｃｔｉｃ Ｃ＊：ＳｍＣ＊）セル（２つの光軸の方向）及び３元状態反強誘電性効果ＬＣセル（３つの光軸の方向）が含まれる。ＬＣ回転可能リターダーを使用した図８の１段フィルタは、使用されたＬＣリターダー又は出射偏光子４２を機械的に回転させ、角度ψｏｆｆ又はＰ２を変化させることによって、そのように所望された場合、さらに同調可能とすることができる。従来技術の連続的に同調可能なＬＣ１段フィルタは、図２の構成に基づいており、複屈折プレート、色収差のない４倍波プレート及びＬＣリターダーが必要である（たとえば、Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｋ．Ｍ．及びＳｈａｒｐ，Ｇ．Ｄ．米国特許第５，１３２，８２６号参照）。しかし、従来技術と比べて、図８のフィルタは、光回転子（複屈折プレートも）及びＬＣリターダーを使用し、色収差のないプレートはまったく必要でない。さらに、図８のフィルタは、機械的に同調可能であり、その取り付け及び調節は、より簡単である。
【００５４】
図８の実施例によるスペクトル・フィルタを構築するために、その光軸の方向角が、光波長に関し正則関数として変化する、新しいタイプのＬＣの電気的に回転可能な半波リターダーを作ることが望ましい。原理的には、方向角は、どんな関数でもよく、スペクトル範囲にわたり波長に関して単調に減少する又は増加することが好ましい。そのようなＬＣリターダーを使用して、図８のリターダー４４及び光回転子４３と置き換えることができる。本発明の他の教示は、追加の偏光回転子を必要としない電気的に同調可能、又は切り替え可能なスペクトル・フィルタ（以下参照）を構築するために、光軸の方向が、光波長の所定の関数として変化するＬＣ電気的回転可能リターダーを構築することである。
【００５５】
図９に、入射偏光子４０（方位角：Ｐ１＝０）と出射偏光子４２（方位角：Ｐ２）の間に配置された能動型偏光回転子４５と組み合わせて分散的光回転子４３を使用する、本発明の他の１段フィルタを示す。光回転子４３は、受動型回転子と見なすことができ、好ましくは石英回転子であり、その回転角ρ＝ρｏ（λ）が、フィルタの波長範囲において波長に依存する。能動型偏光回転子４５は、フィルタの波長範囲において分散的又はほぼ一定であることができ、調節可能である回転角ρａを有し、ファラデー回転子（ρａ＝ρｆ（λ））又は適切なＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチック偏光回転子（ρａ＝ρｌｃ）であることが好ましい。光回転子４３は、能動型回転子４５と、図６ａの偏光子同調器と同等の出射偏光子４２とに組み合わされて、能動型回転子４５の前（図９に示すように）又はその後に位置することができる。図９では、光回転子４３及び能動型回転子４５は、回転が、光伝播方向に沿って見ると同じ向きと仮定する。式（４）に基づき、図９の１段フィルタのスペクトル伝達は、次の式によって与えられる。
【００５６】
Ｉ１＝ｃｏｓ２（Ｐ２−Ｐ１＋ρｏ（λ）＋ρａ） （１２）
能動型偏光回転子４５が、ファラデー回転子であるとき、図９のフィルタのスペクトル・プロフィールＩ１（λ）は、回転角ρｏ（λ）及びρａ＝ρｆ（λ）の和によって決定される。フィルタは、ファラデー回転角ρｆ（λ）を変えることによって、電気的に同調可能である。図９のフィルタは、たとえば、ファラデー回転角が十分大きくないファラデー回転子を使用したときの図７のフィルタの分解能を増加するために、補償する解決策として働くことができる。ファラデー回転子を使用した図９のフィルタは、さらに、一方向デバイスとして動作することができる。この目的のために、回転角ρｏ（λ）が、ファラデー回転角ρｆ（λ）と相似又は理想的には等しい光回転子を、受動型回転子４３として選択することが望ましい。この場合、出射偏光子４２は、回転角ρｏ（λ）とρｆ（λ）の間の一致性に依存して、フィルタの一巡伝達が最小値に到達するように、偏光子４０に対して４５°の角度を成すように位置合わせされる。能動型回転子４５としてツイスト・ネマチック偏光回転子を使用することも好ましい。ツイスト・ネマチック・セルは、２つの平行ガラス・プレート間に配置されたネマチックＬＣの薄層であり、分子配向が、プレートに垂直な軸（ツイスト軸）のまわりでらせん状に回転するように磨がかれる。電場が、ツイスト軸の方向に加えられていないとき、セルは、ツイスト角に、通常９０°又は４５°に等しい角度だけ線形に偏光された光を回転させる。逆に、電場が、ツイスト軸の方向に加えられ、したがって分子がそのツイスト特性を失っているとき、セルは、光の回転を生じない。ツイスト・ネマチック回転子の入射結晶軸は、入射偏光子４０に対して平行又は直角である。ツイスト・ネマチック回転子は、回転角又はツイスト角が、適切な制御電圧を加える手段によって、又は電場が存在しないとき、ゼロ又はρｌｃに等しくなる、電気的スイッチとして機能する。図９のフィルタのスペクトル伝達は、ツイスト・ネマチック回転子を使用したとき、次の式で与えられる。
【００５７】
【数１０】
フィルタは、基本スペクトル・プロフィールが、光回転子４３の回転角ρｏ（λ）によって決定され、ＬＣ偏光回転子を電気的に切り替える又は切り替えないことによって、離散的に同調可能である。さらに、図９のフィルタは、機械的に同調可能である。位相シフトは、偏光子４２を回転させ、角度Ｐ２−Ｐ１を変えることによって、導入することができる。この特徴は、電気的同調性を補償するように働き、電気的同調が達成できる波長範囲の都合よい調節又はシフトを可能にする。
【００５８】
現在利用できるツイスト・ネマチック偏光回転子の回転角は、あるスペクトル範囲でほぼ一定である。本発明で開示されるフィルタを応用するために、その回転角が、光波長に関し正則関数として分散的であり、電気的に可変又は切り替え可能であるＬＣ偏光回転子を構築することが望ましい。原理的には、回転角は、どんな関数でもよく、スペクトル範囲にわたり光波長に関して単調に減少する又は増加することが好ましい。純粋なＬＣ同調可能フィルタが、そのようなＬＣ偏光回転子を用いて、本発明によって構築することができる。たとえば、単一の分散的ＬＣ偏光回転子は、電気的に可変又は切り替え可能であり、図９の能動型回転子４５及び光回転子４３に取って代わることができる。本発明の他の教示は、同調可能なスペクトル・フィルタを構築するために、回転角が、分散的で可変であるＬＣ偏光回転子を構築又は開発することである。
【００５９】
図１０に、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能な本発明の他の１段フィルタを概略的に示す。電気的に切り替え可能フィルタは、通信の分野で殊に有益である。図１０のフィルタは、入射偏光子４０（Ｐ１）と出射偏光子４２（Ｐ２）の間に配置された１対の分散的光回転子４３及び４７と、可変リターダー４６とを含み、リターダー４６は、回転子４３と４７の間に挟まれる。回転子４３（ρｏ（λ））及び４７（−ρｏ（λ））は、フィルタのスペクトル範囲にわたり等しいが反対の回転角度を有する。リターダー４６は、好ましくはＬＣ可変セル、たとえばネマチック又はホメオトロピック配向ネマチックＬＣセルであり、位相遅れが、制御電圧の印加によって電気的に可変である。ＬＣデバイスを使用した電気的に切り替え可能フィルタの考えられる利点には、小型、低コスト、大きな有効口径及び低電力要件が含まれる。可変リターダー４６は、その位相遅れが、２つの選択できる状態間で切り替わることが可能なように動作させ、位相遅れΔｏｆｆ及びΔｏｎが、フィルタの波長範囲においてそれぞれ０°及び１８０°に等しい又はほぼ等しい。位相遅れがゼロでないリターダー４６は、光軸が、偏光子４０に対してψｏｎで配向される。リターダー４６が、Δｏｆｆの状態に切り替えられたとき、それは、等方性媒体（ゼロ位相遅れ）として働き、したがって回転子４３及び４７は、互いに補償し合う。他方に切り替えられた状態Δｏｎのとき、リターダー４６と回転子４３及び４７との組み合わせは、図６ｃによる半波リターダー同調器と同等であり、その方向角が、ρｏ（λ）＋ψｏｎに等しい。したがって、Ｐ２＝０°（図１０に示すように）の場合、図１０の１段フィルタのスペクトル伝達Ｉ１＝Ｉ１（λ）は、次の式のように書くことができる。
【００６０】
【数１１】
或いは、図１０のフィルタは、偏光子４２が９０°だけ回転したとき、オフ状態で光を遮断することができる。Ｐ２＝９０°の場合、フィルタの伝達は、次の式になる。
【００６１】
【数１２】
図１０のフィルタは、切り替え状態Δｏｆｆ及びΔｏｎであるリターダー４６をその後に切り替えることによって、電気的に切り替え可能であり、そのスペクトル伝達は、光ビーム軸ｚのまわりでリターダー４６を機械的に回転させ、角度ψｏｎを変えることによって、さらに同調可能である。この実施例では、リターダー４６として、電気光学的変調器、又は光弾性又は磁気変調器などのその同等物を使用することも重要である。フィルタの波長範囲は、位相遅れが、０°と１８０°の間で切り替え可能であり、分散効果が、無視できるリターダーとして動作させることができるように使用する、ＬＣ可変リターダー又は変調器によって決定される。
【００６２】
本発明は、さらに、偏光子境界によって画定された独立したユニットである、上記で述べた１段フィルタに基づき開発される、複数段の同調可能なフィルタを提供する。本発明の複数段フィルタは、光ビーム軸に沿って縦列に配置された、異なるサイズであるが同じ構造を有した１段フィルタの適切な組み合わせであり、ある段の出射偏光子が、次段の入射偏光子として働く。一般に、異なる構造の１段フィルタは、複数段フィルタを作るために組み合わせることもできる。
【００６３】
図１１に、ｎ＋１個の線形偏光子４９１、４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）及びｎ個の分散的偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎを含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが図７の構成に従い、したがって回転子５０ｉは、偏光子４９ｉと４９ｉ＋１（ｉ＝１、２、３、・・、ｎ）の間に挟まれる。偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎは、好ましくは光回転子であり、その回転角が、それぞれρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・、ρｎ（λ）によって指定される。本発明によれば、図１１の実施例では仮定したように、回転角ρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・、ρｎ（λ）は、フィルタの波長範囲において整数の比でなければならず、好ましくは回転の向きを無視して、比が、１：２：４：８：・・・２ｎ−１、すなわち｜ρ２（λ）｜＝２｜ρ１（λ）｜、｜ρ３（λ）｜＝４｜ρ１（λ）｜、｜ρ４（λ）｜＝８｜ρ１（λ）｜、・・及び｜ρｎ（λ）｜＝２ｎ−１｜ρ１（λ）｜である。これは、各回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎが、回転の向きを無視して、その直前の回転子の回転角の２倍の回転角を有することを意味する。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、同調前、偏光子４９１（Ｐ１＝０°）に対して平行に、すなわちＰ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・、Ｐｎ＝０°で配向されることが好ましい。同調時、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、それぞれその先行する偏光子に対して回転させられ、したがってそれらの方位角が、それらの直前の回転角に対する比と同じ比、すなわち（Ｐ２−Ｐ１）：（Ｐ３−Ｐ２）：（Ｐ４−Ｐ３）：・・・：（Ｐｎ＋１−Ｐｎ）＝ρ１（λ）：ρ２（λ）：ρ３（λ）：・・：ρｎ（λ）になる。各段が伝達する光強度は、式（４）を使用して計算することができる。したがって、Ｐ２−Ｐ１＝ψとすると、図１１のフィルタのスペクトル伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式であることが分かる。
【００６４】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２４（ρ１（λ）＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρ１（λ）＋ψ） （１５ａ）
式（１５ａ）は、基本スペクトル伝達プロフィールが、回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比である、使用する回転子の分散的回転角によって決定される、リヨ幾何形状ｎ段フィルタを記述する。図１１のフィルタは、方位角Ｐ２−Ｐ１、Ｐ３−Ｐ２、・・・、Ｐｎ＋１−Ｐｎの比を変更しない状態のままで、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を同時に回転させることによって同調可能であり、さらに、回転角が調節可能である場合、それらの比を変更しないままで、回転角ρ１（λ）、ρ２（λ）、ρ３（λ）、・・・、ρｎ（λ）を変化させることによって同調可能である。同調前に、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子４９１に対して直角、すなわちＰ２＝９０°、Ｐ３＝９０°、・・、Ｐｎ＋１＝９０°とすることもでき、それらの方位角Ｐ２−Ｐ１−９０°、Ｐ３−Ｐ２、Ｐ４−Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１−Ｐｎを先行する回転角の比と同じ比にして、それらを回転させて、同調させる。この場合、フィルタの伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式である。
【００６５】
Ｉｎ＝ｓｉｎ２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２２（ρ１（λ）＋ψ）ｃｏｓ２４（ρ１（λ）＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρ１（λ）＋ψ） （１５ｂ）
図１１の複数段フィルタは、図７の１段フィルタが有する特徴をすべて有する。同調を実現するためにｎ個の色収差のない４倍波プレートが必要な、従来技術によるリヨｎ段偏光子回転式同調可能フィルタと比較すると、図１１のフィルタは、構成が、色収差のない波長板を必要とせずより簡単であり、したがってｎ個の色収差のない波長板が、省かれる。波長板を使用しないので、図１１のフィルタは、回転子材料の伝達の上限まで光を伝達することができ、スペクトル範囲が、ブロードバンド偏光子を使用することによって、容易に拡張することができる。さらに、図１１のフィルタの取り付けは、簡単であり、偏光子の位置合わせだけが必要である。従来技術の偏光子回転式複数段フィルタでは、１つの深刻な負担は、最初の段の出射偏光子の回転には、第２及びそれに続く段中の複屈折プレートを同時に回転させる必要があることである。これは、都合が悪く、実用上重大な問題を引き起こし得るはずである。この欠点は、図１１のフィルタでは、避けられる。というのは、光回転子は、回転子軸まわりの機械的回転の影響を受けないからである。
【００６６】
フィルタのスペクトル伝達は、波長λの関数としてフィルタが伝達する（相対的）光強度を示す。フィルタは、伝達カーブに従って光を伝達する。たとえば、フィルタは、伝達のピークがある波長ではどんな損失もなしに光を伝達し、伝達が、ゼロに等しい又はほぼそれに等しい波長では光を遮断する。
【００６７】
例として、図１２に、図１１のｎ＝２の場合の構成によって構築された２段フィルタの、４００〜７００ｎｍの波長範囲で測定したスペクトル伝達を提示する。フィルタは、波長１０６４ｎｍでそれぞれ４５°及び９０°に等しく回転する２つの市販の光回転子（ＣＡＳＩＸ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｔｓｗｏｒｔｈ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）、及び３つの線形偏光子（ＨＮ３８Ｓ，Ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｌｏｎｇｍｏｎｔ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）を使用した。偏光子の動作スペクトル範囲は、４００〜７００ｎｍである。２つの光回転子の回転角は、互いに反対の向きで、その比が、ρ１（λ）：ρ２（λ）＝（Ｐ２−Ｐ１）：（Ｐ３−Ｐ２）＝１：−２であった。図１２ａに、ψ＝０°及びψ＝１５°（ψ＝Ｐ２−Ｐ１）の場合について、ψ＝０°のカーブを理論によって計算したそのフィッティング・カーブと比べて、フィルタの測定したスペクトル伝達を示す。図１２ｂ及び図１２Ｃに、ψ＝３０°、ψ＝４５°、ψ＝９０°及びψ＝１３５°の場合について、フィルタの測定したスペクトル伝達カーブを示す。
【００６８】
図１１の実施例では、偏光回転子５０１、５０２、５０３、・・、５０ｎとして、それぞれ磁場を加えるファラデー回転子を使用することも好ましい。ファラデー回転子の回転子厚さ及び加える磁場は、回転角ρｆ１（λ）、ρｆ２（λ）、ρｆ３（λ）、・・、ρｆｎ（λ）が、好ましくは回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比になるように選ばれる。ファラデー回転子を使用した図１１の複数段フィルタは、スペクトル伝達プロフィールが、ファラデー回転角によって決定され、フィルタは、回転角が同期して調節されその比が不変のままであるように、回転子に加える磁場を同時に変えることによって、電気的に同調可能にすることができる。フィルタは、さらに、それぞれ偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を直前の偏光子に対して機械的に、その方位角の比を不変のままで回転させることによって、同調可能である。この特徴によって、電気的同調の補償が可能になる。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、機械的同調を使用しないとき、入射偏光子４９１に対して平行又は直角、すなわちψ＝０°又はψ＝９０°いずれかで配向することができることが好ましい。それは、フィルタの取り付けを簡単にし、フィルタの多くの用途で所望される。ファラデー回転子を使用した図１１のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、次の式のように書かれる。
【００６９】
【数１３】
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、反射モードでも機能する。たとえば、ψ＝０°の場合、反射モードのフィルタの伝達は、次の式になる。
【００７０】
Ｉｎ＝ｃｏｓ４ρｆ１（λ）ｃｏｓ４２ρｆ１（λ）ｃｏｓ４４ρｆ１（λ）・・・ｃｏｓ４２ｎ−１ρｆ１（λ） （１７）
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、さらに、ファラデー回転子の加える磁場を同時にオン及びオフすることによって、電気的に切り替え可能にすることができる。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を入射偏光子４９１（ψ＝０°）に対して平行に配向した状態では、フィルタは、切り替えられないとき、十分に光を伝達するスイッチとして働き、２つの切り替え状態におけるその伝達は、次の式によって記述される。
【００７１】
【数１４】
したがって、切り替えられないで、偏光子４９２が、入射偏光子４９１に対して直角に、すなわちψ＝９０°に配向され、一方他の偏光子４９３、４９４、・・・、４９ｎ＋１は、それに対して平行又は直角でよい状態のとき、フィルタは、オフ状態で働く。フィルタの伝達は、この場合、次の式による。
【００７２】
【数１５】
ファラデー回転子を使用した図１１のフィルタは、さらに、一方向デバイスとして機能することができる。この目的のために、偏光子４９２は、偏光子４９１に対して４５°の角度、すなわち｜ψ｜＝４５°になるように配向することが好ましい。他の偏光子は、偏光子４９３が、偏光子４９２に対して直角に、すなわちＰ３−Ｐ２＝９０°又はＰ３−Ｐ２＝−９０°になり、それに続く偏光子が、偏光子４９３に対して平行になるように、配向される。これは、たとえば、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）に対して、Ｐ２＝４５°の場合、Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝１３５°、又はＰ２＝−４５°の場合、Ｐ３＝Ｐ４＝Ｐ５・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝４５°になることを意味する。図１１のフィルタの一巡伝達は、一方向デバイスとして働くとき、次の式になる。
【００７３】
Ｉｎｒ＝ｃｏｓ２（４５°＋ρｆ１（λ））ｃｏｓ２（４５°−ρｆ１（λ））ｃｏｓ２２（４５°＋ρｆ１（λ））ｘｃｏｓ２２（４５°−ρｆ１（λ））ｃｏｓ４４ρｆ１（λ）・・・ｃｏｓ４２ｎ−１ρｆ１（λ） （１９）
図１３に、それぞれ図７の１段ファラデー・フィルタの、及び図１１の実施例によるｎ＝２及びｎ＝３の場合の２つの複数段ファラデー・フィルタの計算した一巡伝達カーブを、スペクトル範囲５００〜６５０ｎｍにわたる光波長λに対して提示する。一巡伝達カーブＩ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）（図１３ａ）は、前向き伝達カーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）（図１３ｂ）と比較する。計算では、ファラデー回転子は、ＴＧＧ（ｔｅｒｂｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）結晶から作られたと仮定した。現在の用途で要求されたとき、ファラデー回転子のガラスのベルデ定数のデータは、わずかな単一波長だけについて入手可能であり、たとえばＴＧＧガラス（たとえば、ＩＭＰＥＸ−ＨＩＧＨ−ＴＥＣＨ Ｉｎｃ．Ｒｈｅｉｎｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ）では、５００−６３３−１０６０ｎｍにおいてＶ＝０．７５−０．４６−０．１２ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍである。それらは、ここで必要な、十分にスペクトル伝達プロフィールの細部を計算するために使用することができないはずである。この理由のため、ＴＧＧガラスのベルデ定数の波長依存性は、入手可能なデータに基づき、近似的にフィッティングした。そのフィッティングの結果に従って、シミュレートした計算によるベルデ定数Ｖ、これを用いたファラデー回転ρｆ１（λ）、ρｆ２（λ）＝２ρｆ１（λ）及びρｆ３（λ）＝４ρｆ１（λ）は、スペクトル範囲において波長λの二乗に逆比例すると仮定した。この仮定は、妥当性及び計算結果の一般性に影響せず、ＴＧＧガラスのファラデー回転子が使用される以下の計算についても適用する。さらに、図１３のカーブでは、ファラデー回転ρｆ１（λ）は、値が、λ＝１３３６．８ｎｍで９０°に等しく、したがってカーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）は、５７０ｎｍで第１の最大値を有する（図１３ｂ）と仮定した。計算したところによると、一巡伝達カーブＩ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）は、最大値が、それぞれ０．２４９９、０．０３６５及び０．００８４であり、すなわち最小減衰率が、１０＊Ｌｏｇ（）によって表すと、−６．０ｄＢ、−１４．３ｄＢ及び−２０．８ｄＢである。図１１のフィルタでは、個々の段の数ｎが増加したとき、一巡伝達Ｉｎｒ（λ）（ｎ＞３）の最大漏れ強度は、さらに減少する。計算したところでは、Ｉ４ｒ（λ）、Ｉ５ｒ（λ）及びＩ６ｒ（λ）の最大値は、それぞれ０．００２１０、０．０００５１及び０．０００１３（最小減衰率：−２６．８ｄＢ、−３２．９ｄＢ及び−３８．９ｄＢ）である。
【００７４】
図１４に、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）と、ｎ個の分散的光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（回転角ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））と、ｎ個の半波リターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎと、ｎ個の後続の偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）とを含む、本発明の他のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが、図８の構成による光回転子及び半波リターダーを含む。光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎは、好ましくは石英回転子であり、その回転角が、回転の向きを無視して、１：２：４：８：・・・２ｎ−１、すなわち｜ρｏ１（λ）｜：｜ρｏ２（λ）｜：｜ρｏ３（λ）｜：・・・：｜ρｏｎ（λ）｜＝１：２：４：・・・：２ｎ−１の比である。図１４の実施例では、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子４９１に対して平行に、すなわちＰ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・、Ｐｎ＋１＝０°で配向される。半波リターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎは、フィルタの波長範囲において色収差がなく、ビーム軸のまわりで回転可能であることが好ましい。それらは、それぞれ回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎの後に（図１４に示すように）、又はその前に位置し、それぞれその先行する偏光子に対して、直前の回転角の比と同じ比である方向角ψ１、ψ２、ψ３、・・・ψｎで、すなわちψ１：ψ２：ψ３：・・・：ψｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）で配向される。図１４のフィルタが伝達する光強度Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、式（１１）に基づき計算することができ、次の式であることが分かる。
【００７５】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρｏ１（λ）＋２ψ１）ｃｏｓ２２（ρｏ１（λ）＋２ψ１）ｃｏｓ２４（ρｏ１（λ）＋２ψ１）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρｏ１（λ）＋２ψ１） （２０）
図１４のフィルタは、基本スペクトル伝達プロフィールが、回転の向きを無視して１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比になり分散的である光回転子の回転角によって決定される、リヨ構造のものである。このフィルタの単一段は、静止したままでいることができる中間の偏光子によって、分離される。フィルタは、入射偏光子４９１に対してリターダー５２１、５２２、５２３、・・、５２ｎを、その方向角の比を不変のままにして、同時に回転させることによって、同調可能である。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を、その方位角が、それぞれその先行する偏光子に対し回転角の比と同じ比でその比を不変のままで、回転させることによって、フィルタを同調させることも重要である。
【００７６】
図１４のフィルタの同調は、好ましくは複屈折リターダー及び電気的回転可能なＬＣリターダーから選択され使用するリターダーに依存して、機械的又は電気的に行うことができる。機械的同調では、色収差のない波長板及びゼロ次波長板を含め、複屈折リターダーを使用することが望ましい。例として、図１５に、図１４のｎ＝２の場合の実施例による、２つの石英回転子及び２つの同一ゼロ次半波プレートを使用した２段フィルタの、スペクトル範囲４００〜５５０ｎｍにおいて計算した同調スペクトル伝達Ｉ２（λ）を、ψ１＝０°、ψ１＝３０°及びψ１＝６０°の場合について提示する。石英回転子は、回転角が、波長λの二乗に比例すると仮定する。この仮定は、石英回転子を使用する以下の計算にも適用する。ゼロ次波長板は、位相遅れが、λ＝４６３ｎｍで１８０°に等しく、式（２）によって記述されるように分散的であると仮定する。従来技術の偏光子固定リヨｎ段同調フィルタと比較すると、図１４のフィルタは、必要な色収差のない４倍波プレートが、前者より少ないｎ個である。
【００７７】
図１４のフィルタでは、電気的同調が望まれた場合、同等の電気的回転可能なＬＣリターダーを使用することが好ましい。ＬＣリターダーは、ゼロ場における方向角ψｏｆｆ１、ψｏｆｆ２、ψｏｆｆ３、・・・ψｏｆｆｎが、入射偏光子４９１に対して回転角の比と同じ比、すなわちψｏｆｆ１：ψｏｆｆ２：ψｏｆｆ３：・・・：ψｏｆｆｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように配向される。それらが切り替えられたとき、その光軸が、回転し、制御電圧は、その回転した角度ψｌｃ１、ψｌｃ２、ψｌｃ３、・・・ψｌｃｎが、回転角の比と同じ比、すなわちψｌｃ１：ψｌｃ２：ψｌｃ３：・・・：ψｌｃｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように選ばれる。図１４のフィルタは、電気的回転可能なＬＣリターダーを使用したとき、そのスペクトル・プロフィールが、光回転角によって決定され、フィルタは、ＬＣリターダーを、それらの方向角の比を不変のままで、同時に回転させることによって電気的に同調可能である。同調は、連続的に又は離散的に回転可能なＬＣリターダーのどちらが使用されるかに依存して、連続的又は離散的いずれかで行うことが可能である。電気的回転可能なＬＣリターダーを使用した図１３のフィルタは、さらに、そのように望まれた場合、ＬＣリターダーを、その方向角の比を不変のままで、同時に回転させることによって機械的に同調可能である。
【００７８】
図１６に、入射偏光子４９１（Ｐ１＝０°）と、ｎ個の分散的光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（回転角：ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））と、ｎ個の能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎ（回転角：ρａ１、ρａ２、ρａ３、・・、ρａｎ）と、ｎ個のその後に続く偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（方位角：Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）とを含む、本発明の他のｎ段フィルタを概略的に示す。それらは、直列に配置されてｎ段を形成し、それぞれが、図９の構成によって光回転子及び能動型偏光回転子を含む。光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎは、好ましくは石英回転子であり、その回転角が、回転の向きを無視して、比１：２：４：８：・・・：２ｎ−１、すなわち比｜ρｏ１（λ）｜：｜ρｏ２（λ）｜：｜ρｏ３（λ）｜：・・・：｜ρｏｎ（λ）｜＝１：２：４：・・・：２ｎ−１である。能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎは、好ましくはファラデー回転子又は適切なＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチック偏光回転子であり、それらの回転角が、その直前の受動型回転角の比と同じ比である。図１６の実施例では、偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、偏光子の方位角Ｐ２−Ｐ１、Ｐ３−Ｐ２、Ｐ４−Ｐ３、・・・及びＰｎ−Ｐｎ−１が、光回転角と同じ比になるように配向される。図１６のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、式（１２）に基づき計算することができ、Ｐ２−Ｐ１＝ψとして、次の式であることが分かる。
【００７９】
Ｉｎ＝ｃｏｓ２（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）ｃｏｓ２２（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）ｃｏｓ２４（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ）・・・ｃｏｓ２２ｎ−１（ρｏ１（λ）＋ρａ１＋ψ） （２１）
図１６のフィルタは、リヨ幾何形状のもので、図９のフィルタの特徴をすべて有する。図１６のフィルタのスペクトル・プロフィールＩｎ（λ）は、ファラデー回転子を使用したとき、光回転及びファラデー回転によって決定される。フィルタは、ファラデー回転子に加える磁場を調節し、ファラデー回転角をその比を不変のままで同時に変えることによって、電気的に同調可能である。フィルタは、一方向デバイスとしても機能することができる。この目的のために、その回転角が、それぞれファラデー回転角に相似又は理想的には等しく、したがってフィルタの一巡伝達が、回転角ρｏ１（λ）とρｆ１（λ）の一致性に応じて最小値に近づくように、受動型光回転子を選ぶことが望ましい。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、入射偏光子４９１に対し条件Ｐ２＝４５°及びＰ３＝Ｐ４＝・・・＝Ｐｎ＝Ｐｎ＋１＝−４５°を満足するように、配向される。
【００８０】
図１６の実施例では、能動型偏光回転子５３１、５３２、５３３、・・、５３ｎとして、ＬＣ偏光回転子、たとえばツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用することも好ましい。ツイスト・ネマチックＬＣ回転子は、適切な制御電圧を加えたとき、回転が生じない。ツイスト・ネマチックＬＣ回転子が、切り替えられず、したがってρｌｃ１：ρｌｃ２：ρｌｃ３：・・：ρｌｃｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・：ρｏｎ（λ）であるとき、その回転角は、それぞれρｌｃ１、ρｌｃ２、ρｌｃ３、・・、ρｌｃｎに等しい。図１６のｎ段フィルタのスペクトル伝達は、ツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用したとき、Ｐ２−Ｐ１＝ψとして次の式で与えられる。
【００８１】
【数１６】
図１６のフィルタのスペクトル・プロフィールＩｎ（λ）は、ツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子を使用したとき、受動型光回転子によって決定される。フィルタは、同時にＬＣ偏光回転子を切り替える又は切り替えないことによって、離散的に２つの状態で同調することができる。さらに、フィルタは、同時に偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１を、その方位角の比を不変のままで、又はその方位角が、偏光子４９１に対して平行であるように、回転させることによって、機械的に同調させることが可能である。
【００８２】
図１７に、ｎ＋１個の偏光子４９１、４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・、Ｐｎ＋１）と、ｎ個の可変リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎと、２ｎ個の光回転子５１１、５１２、５１３、・・、５１ｎ（ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ））及び５４１、５４２、５４３、・・、５４ｎ（−ρｏ１（λ）、−ρｏ２（λ）、−ρｏ３（λ）、・・、−ρｏｎ（λ））とを含む、本発明の他のｎ段フィルタを概略的に示す。それらは、ｎ個の単一段を直列に形成するように配置され、それぞれが、図１０の構成に従う。各段中の光回転子５１ｉ及び５４ｉ（ｉ＝２、３、４、・・）は、等しいが反対の回転角、すなわちρｉ（λ）＝−ρｉ（λ）を有する。回転角ρｏ１（λ）、ρｏ２（λ）、ρｏ３（λ）、・・、ρｏｎ（λ）は、フィルタの波長範囲において回転の向きを無視して、１：２：４：８：・・・：２ｎ−１の比であることが好ましい。偏光子４９２、４９３、・・・、４９ｎ＋１は、入射偏光子４９１に対して平行に、すなわちＰ１＝０°、Ｐ２＝０°、Ｐ３＝０°、・・及びＰｎ＋１＝０°で配向されることが好ましい。リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、同一であり、それぞれが、好ましくはＬＣ可変リターダー、たとえばネマチック又はホメトロピック配向ネマチックＬＣセルであり、その位相遅れが、制御電圧を加えることによって、可変である。それらは、位相遅れが、２つの状態ΔｏｆｆとΔｏｎの間で切り替え可能であるように動作させ、その位相遅れは、フィルタの波長範囲において、それぞれ０°及び１８０°に等しい又はほぼ等しい。リターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、その光軸の方向角（位相遅れが非ゼロである切り替え状態）ψＶ１、ψＶ２、ψＶ３、・・・ψＶｎが、回転角の比と同じ比、すなわちψＶ１：ψＶ２：ψＶ３：・・・：ψＶｎ＝ρｏ１（λ）：ρｏ２（λ）：ρｏ３（λ）：・・・：ρｏｎ（λ）の比になるように配向される。図１７のフィルタは、同時にリターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎを、同期してΔｏｆｆとΔｏｎの間でその位相遅れを切り替えるように、動作させることによって、電気的に切り替え可能である。式（１４）に基づき、図１７のｎ段フィルタのスペクトル伝達Ｉｎ＝Ｉｎ（λ）は、次の式のように書くことができる。
【００８３】
【数１７】
図１７のフィルタは、偏光子４９２が、偏光子４９１に対して直角に、すなわちＰ２−Ｐ１＝９０°で配向され、それに続く偏光子４９３、・・・、４９ｎ＋１が、偏光子４９２に対して平行なとき、オフ状態であり光を遮断することができる。Ｐ１＝０°、Ｐ２＝９０°、Ｐ３＝０°、・・及びＰｎ＋１＝０°の場合、スペクトル伝達Ｉｎは、次の式になる。
【００８４】
【数１８】
図１７のフィルタは、電気的に同時にＬＣ可変リターダーを切り替えることによって、スイッチとして働く。フィルタのスペクトル伝達（切り替え状態）は、さらに、機械的にＬＣリターダーを回転させ、同時にその方向角を、その比を不変のままで変えることによって、同調させることができる。ＬＣリターダー５５１、５５２、５５３、・・、５５ｎは、電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器など同等の位相変調器によって置き換えることができる。
【００８５】
本発明は、さらに、図６の同調器に基づき開発され、中間の偏光子を使用しない同調可能なスペクトル・フィルタを提供する。本発明の無損失フィルタ又は中間偏光子なしのフィルタの共通の特徴は、それらが基本的に機械的に同調可能であることである。それらは、さらに、ファラデー回転子、又はＬＣの電気的に回転可能な又は可変なリターダーなどの能動的構成要素を使用したとき、電気的に同調可能又は切り替え可能とすることができる。ファラデー回転子を使用したとき、本発明のフィルタは、さらに、リターダーを適切に配向して、一方向同調可能フィルタとして機能することができる。そのうえ、フィルタは、さらに、フィルタの構成が、ビーム軸に直角な軸のまわりで１８０°回転しても変わらない場合、ファラデー回転子を用いて電気的に切り替え可能とすることができる。そのような構成を有したフィルタでは、それは、さらに、ＬＣ可変リターダーをスイッチとして動作させて使用することによって、電気的に切り替え可能になることができる。したがって、使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、以下の本発明の単一フィルタ構成は、異なる同調及び／又は切り替えメカニズムで動作する、いくつかのバージョンのフィルタを製作することができる。
【００８６】
以下の実施例では、本発明の無損失フィルタの基本構成を説明し、それらは、従来のフィルタリング用途には望ましい広い遮断帯域と狭い伝達ピークとを有するように、設計される。本発明によれば、各フィルタは、そのスペクトル伝達が、出射偏光子を９０°だけ回転させることによって反転し、それによってノッチ・フィルタとして働くことができ、そのノッチ・フィルタは、広い伝達帯域と不要な波長を遮断する狭いノッチとを有し、殊に通信及びカラー表示などの領域で有益である。ノッチ・フィルタのスペクトル伝達は、１からその最初のフィルタの伝達を引いたものに等しく、すなわち最初のフィルタの逆数であり、したがってノッチ・フィルタは、最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ同調可能で光を伝達し遮断する。ノッチ・フィルタは、伝達が反転されていることを除き、その最初のフィルタが有する特徴をすべて有し、その構成要素は、最初のフィルタと同じ方法で選択することが好ましい。
【００８７】
図１８に、図６ｃの実施例による２つのリターダー同調器を使用する、中間偏光子がない本発明の同調可能スペクトル・フィルタの構成を概略的に示す。フィルタは、入射偏光子６１（Ｐ１＝４５°）と、第１の偏光回転子６２（−ρ（λ））と、第１のリターダー６３（Δ、−ψ）と、第２の偏光回転子６４（２ρ（λ））と、第２のリターダー６５（Δ、ψ）と、第３の偏光回転子６６（−ρ（λ））と、出射偏光子６７（Ｐ２＝４５°）とを含む。それらは、光ビーム軸に沿って、その軸方向が図１８で指定されたように配向されて縦列で配置される。偏光子６１及び６７は、平行に配向され、軸が、選択された基準軸、つまりｙ軸に対して４５°の角度である。偏光回転子６２、６４及び６６は、その回転角−ρ（λ）、２ρ（λ）及び−ρ（λ）が、１：−２：１の比であり、それらは、光回転子とすることができ、それぞれは、たとえば石英光回転子又はファラデー回転子又は他の同等物とすることができる。回転子６２及び６６は、同一であり、それらの回転角は、回転子６４の向きとは反対の向きである。回転角が反対の向きである２つの光回転子は、それぞれ右偏光性回転石英及び左偏光性回転石英を使用することによって、製造することができる。ファラデー回転の向きは、磁場の方向によって、支配され、したがって磁場の方向を変えることによって変化させることができる。リターダー６３及び６５は、同一であり、位相遅れΔが、フィルタの波長範囲において８０°と１１５°の範囲で選択されることが好ましい所定の値に、又はより一般的に条件８０°≦Δ≦１１５°を満たすように取られた値に等しい又はほぼ等しい。回転子６４は、２つの同一の縦続接続された偏光回転子と同等であり、それぞれが、回転角ρ（λ）を有する。したがって、回転子６２、６４及び６６とリターダー６３及び６５との組み合わせは、図６ｃの実施例による、位相遅れΔが同一であり、その回転角がそれぞれ−（ρ（λ）＋ψ）及び（ρ（λ）＋ψ）に等しい２つのリターダー同調器６８及び６９の直列接続と、同等である。Ｍｕｅｌｌｅｒ行列公式によって、図１８のフィルタが伝達する相対光強度Ｉ２＝Ｉ２（λ）は、次の式によって与えられ、表し計算することができる。
【００８８】
【数１９】
回転角ρ＝ρ（λ）の分散性のため、式（２４）で記述される伝達Ｉ２＝Ｉ２（λ）は、波長に依存するプロフィールを示す。伝達Ｉ２（λ）は、入射偏光子６１に対して同時にリターダー６３及び６５を、それらの軸をｙ軸のまわりで対称に保ちながら回転させることによって、すなわち式（２４）中の角度ψを変化させることによって同調可能であり、さらに、回転子６２、６４及び６６の回転角を、その比１：−２：１を不変のままで変化させることによって、すなわち式（２４）中のパラメータρ（λ）を変化させることによって同調可能である。出射偏光子６７が、図１８に示すその方向すなわちＰ２＝−４５°から９０°だけ回転したとき、フィルタは、スペクトル伝達Ｉ２ｎｏｔｃｈ（λ）が、１−Ｉ２（λ）に等しいノッチ・フィルタになる。ただし、Ｉ２（λ）は、式（２４）によって記述される。式（２４）中のＩ２（λ）は、パラメータΔの関数でもある。Δ＝９０°の場合、式（２４）から、図１８のフィルタが伝達する光強度Ｉ２は、次の式になる。
【００８９】
Ｉ２＝ｓｉｎ４２（ρ（λ）＋ψ） （２５）
式（２５）は、基本プロフィールが、回転角ρ＝ρ（λ）及び角度ψに等しい位相シフトによって決定される、標準ソルク２枚プレート・フィルタの伝達を正確に記述する。図１９に、ψ＝０°で、それぞれΔ＝８０°、Δ＝９０°、Δ＝１０５．８°、Δ＝１１０°及びΔ＝１１５°の場合について、４００〜５５０ｎｍの波長範囲において、１組の計算した式（２４）による伝達カーブＩ２（λ）を提示する。この図に示すように、Δ＝９０°の場合の図１８のフィルタの伝達Ｉ２（λ）は、標準ソルク２枚プレート・フィルタの伝達と同等である。Ｉ２（λ）の主な伝達ピークの帯域幅は、Δ値が９０°から大きくなったとき、狭められ、振幅がΔ値の増加につれて増加するサイドローブが、２つの主なピーク間に現れる。Δの値がそんなに大きくない、たとえばせいぜい約１１５°の場合、サイドローブ振幅は、技術的に許容できる構成で制御することになる。たとえばΔ＝１０５．８°の場合、サイドローブ振幅は、標準２段リヨ・タイプのフィルタのサイドローブと同じ大きさになる。様々な用途の要求をよりよく満たすための、標準ソルク・タイプ２枚プレート・フィルタと同等で修正されたフィルタを提供するように、Δの値を選べる融通性がある。図１９で与えられた伝達スペクトルでは、回転子６２、６４及び６６は、回転角が、λ＝８００ｎｍでρ（λ）＝９０°である石英光回転子と仮定する。計算で確認したように、プロフィールＩ２（λ）は、同時にリターダー６３及び６５を回転させて角度ψを変えることによって、又は回転角の比を不変のままにして回転子の回転角を変化させることによって同調可能である。
【００９０】
図１８の実施例では、偏光回転子６２、６４及び６６は、光回転子及びファラデー回転子から選択するのが好ましく、リターダー６３及び６５の適切な候補は、複屈折リターダー、ＬＣ電気的回転リターダー及びＬＣ可変リターダーを含む。図１８のフィルタは、機械的に同調可能であり、さらに、使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、電気的に同調可能に、電気磁気的に同調可能に、かつ／又は一方向で同調可能に、又は電気的に切り替え可能にすることができる。機械的同調だけが所望の場合、回転子６２、６４及び６６として石英光回転子を、及びリターダー６３及び６５として複屈折リターダーを使用することが好ましい。フィルタは、同時に複屈折リターダーを、基準軸のまわりでその光軸を対称に保ちながら回転させることによって、機械的に同調させることができる。使用する複屈折リターダーは、必要に応じて位相遅れを有した色収差がないものが好ましい。既存の技法によって製造される色収差のない波長板は、通常４倍波及び半波プレートである。位相遅れが９０°又は１８０°でない複屈折の色収差がない波長板は、Ｂｅｃｋｅｒｓの報告による方法（Ｂｅｃｋｅｒｓ，Ｊ．Ｍ．（１９７１）Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１０：９７３）と同様に、複数の複屈折プレートによって製造することができる。従来技術による（機械的に）同調可能なソルク２枚プレート・フィルタの構築は、少なくとも４つの色収差のない波長板（４つの色収差のない４倍波プレートを含むＣａｒｌ Ｆ．Ｂｕｈｒｅｒの二重同調器の使用）及び２つの複屈折プレートが必要である。これとは違い、図１８のフィルタは、２つの色収差のない波長板だけと３つの複屈折プレート（石英光回転子）とを使用する。フィルタの波長範囲がそんなに広くなく、かつ／又はスペクトル波形又はサイドローブ抑制への要求がそんなに高くない、いくつかの用途には、ゼロ次波長板を使用して色収差のないリターダーを置き換えることが望ましい。図２０に、リターダー６３及び６５として２つの同一ゼロ次波長板を使用したときの、ψ＝０°、ψ＝３０°及びψ＝６０°の場合について、図１８のフィルタの１組の計算した同調伝達カーブＩ２（λ）を提示する。図２０の計算は、図１９の条件と同じ条件で行い、ゼロ次波長板は、位相遅れが、λ＝５０３ｎｍで９０°に等しいと仮定する。この図に示すように、程よい広さの波長範囲では、ゼロ次波長板使用することによって生じたＩ２（λ）の波形の変形は、カラー表示、及びイメージング及び投射などの用途では、無視できる、又は実用的な使用に影響しない。
【００９１】
図１８のフィルタは、リターダー６３及び６５として適切なＬＣ電気的回転リターダー、及びやはり回転子６２、６４及び６６として石英光回転子を使用したとき、電気的に同調可能である。ＬＣリターダーは、基準軸のまわりでその光軸が対称であるように、配向される。フィルタは、ＬＣリターダーを、その軸を電気的に回転させ基準軸のまわりで対称であることを保ちながら、動作させることによって同調可能であり、さらに、機械的にＬＣリターダーを回転させることによって同調可能である。図１８のフィルタは、さらに、適切な可変リターダーが、リターダー６３及び６５として使用され、２つの選択状態間で位相遅れを切り替え可能なように動作させたとき、電気的に切り替え可能とすることができる。一方の切り替え状態では、可変リターダーは、位相遅れが、フィルタのスペクトル範囲において０°に等しい、又はほぼ等しい。他方の状態では、それらは、位相遅れが、好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択された値に等しい、又はほぼ等しい。ゼロの位相遅れの状態では、可変リターダーは、等方性媒体として働き、したがって回転子６２、６４及び６６が、互いに補償し合い、フィルタは、十分光を伝達する。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（２４）によって記述されたスペクトル伝達を有する。フィルタは、同時に可変リターダーを切り替えることによって電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的に可変リターダーを、基準軸のまわりでその光軸を対称に保ったままで回転させることによって同調可能である。図１８のフィルタでは、可変リターダーを使用したとき、得られる追加の利点は、その伝達ピークの帯域幅が、可変リターダーの位相遅れを好ましくはおおよそ８０°から１１５°の範囲で電気的に変化させることによって（図１９参照）、調節可能になることである。
【００９２】
偏光回転子６２、６４及び６６として同等のファラデー回転子を使用した、図１８のフィルタは、電気磁気的に同調可能である。フィルタは、ファラデー回転子に加える磁束密度を変えて、ファラデー回転角を、その比１：−２：１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。この場合、リターダー６３及び６５は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーであることが好ましく、選択された基準軸に対しそれぞれψ及び−ψで配向される。角度ψは、機械的に調節することができる。フィルタは、さらに、一方向に光を伝達し同調してフィルタリングし、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして、機能することができる。そのような一方向デバイスでは、リターダー６３及び６５が、静止状態で、それぞれψ＝２２．５°及び−ψ＝−２２．５°に配向することが好ましい。この場合、フィルタの一巡伝達Ｉ２ｒ＝Ｉ２ｒ（λ）は、次の式になる。
【００９３】
【数２０】
図２１に、式（２５）によって計算した、波長範囲５００〜６５０ｎｍで一方向デバイスとして働くときの、図１８のフィルタの理論的一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）を提示する。フィルタの２つのリターダーは、色収差がなく、位相遅れΔを有したものと仮定し、３つのファラデー回転子は、ファラデー回転角ρｆ（λ）が、λ＝１４５３ｎｍで４５°に等しいと仮定するＴＧＧガラスから作られたと仮定する。一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）は、Δ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°（図２１ａ）について、式（２４）によって計算した対応する前向き伝達カーブＩ２（λ）（図２１ｂ）と比較する。Δ＝９９．８°では、分離Ｉ２ｒ（λ）は、最大一巡伝達が、０．０２９（最小減衰率：−１５．４ｄＢ）に等しい最適な結果に達する。
【００９４】
図２２に、無損失リヨ２段フィルタに同等な、本発明の他のスペクトル・フィルタの構成を概略的に示す。フィルタは、入射偏光子７１（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子７２（ρ（λ））と、第１の４倍波リターダー７３（Δ＝９０°、ψ１）と、第２の偏光回転子７４（ρ（λ））と、第２の４倍波リターダー７５（Δ＝９０°、ψ２）と、第３の偏光回転子７６（−ρ（λ））と、出射偏光子７７（Ｐ２）とを含む。それらは、光ビーム軸に沿って、それらの軸の方向が指定されたようにして縦列に配置される。回転子７２、７４及び７６は、石英光回転子又はファラデー回転子とすることができ、その分散的回転角ρ（λ）、ρ（λ）及び−ρ（λ）が、フィルタの波長範囲において１：１：−１の比である。リターダー７３及び７５は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーが好ましい。回転子７４は、−ρ（λ）の回転と２ρ（λ）の回転との直列の組み合わせと同等と考えることができ、一方回転子７６は、−２ρ（λ）の回転とρ（λ）の回転との直列の組み合わせと同等と考えることができる。したがって、回転子７２、７４及び７６とリターダー７３及び７５との組み合わせは、図６ｃの実施例による２つのリターダー同調器７８及び７９と、図６ａによって記述された偏光子同調器８０との直列の接続と同等である。上記で規定されたように、同調器７８及び７９は、位相遅れが、同一のΔ＝９０°であり、その方向角が、それぞれθ１＝ψ１＋ρ（λ）、θ２＝ψ２＋２ρ（λ）に等しく、一方同調器８０は、その方位角が、Ｐ２＋ρ（λ）に等しい。したがって、図２２のフィルタが伝達する光強度Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、次の式によって与えられ、表され計算される。
【００９５】
【数２１】
リターダー７３及び７５、及び出射偏光子７７は、入射偏光子７１（Ｐ１＝０°）に対して、その方向角及び方位角が、比、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１、すなわちψ２＝２ψ１及びＰ２＝ψ１、又は比、ψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１、すなわちψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１になるように配向される。θ１＝ρ（λ）＋ψ１、θ２＝２ρ（λ）＋２ψ１、とし、ψ２＝２ψ１、Ｐ２＝ψ１とすると、式（２７）は、次の式のように簡単化される。
【００９６】
【数２２】
又は、ψ２＝９０°＋２ψ１、Ｐ２＝９０°＋ψ１とすると、次の式になる。
【００９７】
【数２３】
式（２８ａ）及び（２８ｂ）によって記述される伝達は、互いにπ／２だけシフトされていることを除き、互いに同一である。式（２８ａ）又は（２８ｂ）は、その基本プロフィールが回転角ρ＝ρ（λ）によって決定され、位相シフトが角度ψ１に等しいリヨ２段フィルタの伝達スペクトルを正確に記述する。
【００９８】
リターダー７３及び７５として複屈折のゼロ次波長板を用いた、図２２のフィルタの伝達スペクトルは、対象とする波長範囲及び使用するゼロ次波長板に依存して、式（２８ａ）又は（２８ｂ）によって記述されたものとわずかに異なることになる。例として、図２３に、２つのゼロ次波長板及び３つの石英回転子を含むと仮定する図２２の構成によるフィルタのψ２＝２ψ１、Ｐ２＝ψ１の場合の、波長範囲４００〜６５０ｎｍにおいて１組の計算した同調伝達カーブＩ３（λ）を提示する。伝達カーブＩ３（λ）は、ψ１＝０°（図２３ａ）、ψ１＝４５°（図２３ｂ）、ψ１＝９０°（図２３ｃ）及びψ１＝１３５°（図２３ｄ）について、色収差のない４倍波プレートを使用したとき生成されるカーブと比較する。石英回転子の回転角は、λ＝１０６４ｎｍでρ（λ）＝９０°と仮定し、ゼロ次波長板が、λ＝４９６．３ｎｍで９０°に等しい位相遅れを有すると仮定して、１：１：−１の比である。
【００９９】
光回転子を使用したとき、図２２のフィルタは、同時にリターダー７３（ψ１）及び７５（ψ２）、並びに偏光子７７（Ｐ２）を、比、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１、又は比、ψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、ｚ軸のまわりで回転させることによって、機械的に同調可能である。偏光回転子７２、７４及び７６がファラデー回転子であるとき、図２２のフィルタは、ファラデー回転角ρｆ（λ）、ρｆ（λ）及び−ρｆ（λ）を、その比１：１：−１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。ファラデー回転子を使用したとき、リターダー７３及び７５、並びに出射偏光子７７は、静止状態であり、ψ１、ψ２＝２ψ１及びＰ２＝ψ１、又はψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１で配向されることが好ましい。角度ψ１、ψ２及びＰ２を、その比を不変のままで調節することによって、その結果、機械的同調を行うことができる。ψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°、又はψ２＝０°及びＰ２＝−４５°の場合、図２２のフィルタは、さらに、一方向の電気的に同調可能なフィルタとして機能する。図２２の一巡伝達は、ψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°の場合、次のようになる。
【０１００】
Ｉ３ｒ＝ｃｏｓ２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）−４５°）ｃｏｓ２（ρｆ（λ）−４５°） （２９ａ）
又は、ψ１＝４５°、ψ２＝０°及びＰ２＝−４５°の場合、次のようになる。
【０１０１】
Ｉ３ｒ＝ｓｉｎ２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）＋４５°）ｃｏｓ２２（ρｆ（λ）−４５°）ｓｉｎ２（ρｆ（λ）−４５°） （２９ｂ）
図２２のフィルタの伝達は、出射偏光子７７を、その方向、Ｐ２＝ψ１又はＰ２＝９０°＋ψ１から９０°だけ回転させて、反転することができる。ψ２＝２ψ１及びＰ２＝９０°＋ψ１、又はψ２＝９０°＋２ψ１及びＰ２＝ψ１の場合、図２２のフィルタは、そのスペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）が、最初のスペクトルＩ３（λ）に対して相補的、すなわちＩ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）である、ノッチ・フィルタになり、ここでＩ３（λ）は、式（２８ａ）又は（２８ｂ）によって記述される。図２２のフィルタ又はそのノッチ・フィルタは、同時にリターダー７３及び７５、並びに出射偏光子７７を回転させ、角度ψ１を変化させることによって、同調可能である。
【０１０２】
図２２の実施例では、出射偏光子７７は、受動型回転子を使用したとき、同調するために回転させなければならない。図２２の構成は、図２４に示すように、回転可能半波リターダー８１を偏光子７７の直前に挿入して修正し、偏光子固定同調フィルタを形成することができる。この実施例では、出射偏光子７７は、静止状態であり、好ましくはＰ２＝０°（図２４に示すように）又はＰ２＝９０°で配向する。追加のリターダー８１は、その軸が、入射偏光子７１に対して角度ψ３＝０．５ψ１になるように配向し、したがってリターダー７３、７５及び８１の方向角ψ１、ψ２及びψ３が、Ｐ２＝０°の場合ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比に、又はＰ２＝９０°の場合ψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比になる。この実施例では、偏光回転子７２、７４及び７６は、光回転子であることが好ましく、リターダー７３、７５及び８１は、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー、或いは同等のＬＣリターダーとすることができる。図２４のフィルタは、式（２８）が記述するスペクトル伝達と同じスペクトル伝達を有し、偏光子７１に対して同じ方向にｚ軸のまわりで同時にリターダー７３、７５及び８１を回転させ、ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比、又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比を不変のままでその方向角ψ１、ψ２及びψ３を変化させることによって、同調可能である。同調は、複屈折リターダー又はＬＣ電気的回転リターダーを使用したとき、機械的又は電気的に行う。ＬＣリターダーは、場を加えていないときのその光軸の方向角が、入射偏光子に対して、ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１の比に、又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１の比になるように配向し、電気的及び／又は機械的に回転可能とすることができる。
【０１０３】
この発明者の知識によれば、今日まで、中間に偏光子を必要としないでリヨ２段フィルタとして働く、報告されたデバイス又は光学的構成は、存在していない。波長固定フィルタであり、３つの同一の複屈折プレートを含む波長固定フィルタであるいわゆる分割要素フィルタ（Ｅｖａｎｓ，Ｊ．Ｗ．（１９４９）Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３９：２２９）は、リヨ２段フィルタとして正確に光強度を伝達しない。分割要素フィルタの伝達をリヨ２段フィルタの伝達になるように修正するために、色収差のない４倍波位相遅れのシフト部を各分割要素に追加し、色収差のない半波位相遅れシフト部を中心要素に追加する必要がある。したがって、分割要素フィルタを同調させるために、少なくともＢｕｈｒｅｒの二重同調器（４つの色収差のない４倍波プレート）及び１つ又は２つの追加の色収差のない波長板が、必要である。Ｓｈａｒｐ他は、分割要素フィルタの１つを９０°だけ回転させることによって、Ｅｖａｎｓの分割要素フィルタを修正した（Ｓｈａｒｐ Ｇ．Ｈ．及びＪｏｈｎｓｏｎ Ｋ．Ｍ．米国特許第６，０９１，４６２号）。改善された分割要素フィルタは、２段リヨ・フィルタのスペクトルを生成するために、各分割要素中に４倍波位相シフト部及び最初の構造より小さい１つの色収差のない波長板を必要とする。たとえば図２の構成に基づく標準リヨ２段同調可能フィルタの構築さえ、２つの偏光子に加えて、中間偏光子、２つの単一複屈折プレート及び４つの色収差のない波長板を必要とする。しかし、図２２及び図２４の本発明の同調可能フィルタは、中間偏光子を使用せず、３つだけの複屈折プレート（光回転子）と、２つ（図２２）又は３つ（図２４）の色収差のない波長板とが必要である。さらに、本発明の実施例によって、ほどほどの広さのスペクトル範囲での無損失リヨ２段同調可能フィルタの構築に、ゼロ次波長板の使用が可能になる（たとえば、図２３参照）。さらに、本発明の実施例によって、それぞれ、電気磁気的に同調可能であり、一方向デバイスとして働くことができ、ファラデー回転子を使用した新特徴を有した無損失リヨ２段フィルタ（図２２）、又は電気的に同調可能であり、ＬＣリターダーを使用した新特徴を有した無損失リヨ２段フィルタ（図２４）が実現可能になる。
【０１０４】
図２５に、入射偏光子８２（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子８３（−ρ）と、第１のリターダー８４（Δ１、ψ１）と、第２の偏光回転子８５（２ρ）と、第２のリターダー８６（Δ２、ψ２）と、第３の偏光回転子８７（−２ρ）と、第３のリターダー８８（Δ３、ψ３）と、第４の偏光回転子８９（ρ）と、出射偏光子９０（Ｐ２）とを含む、本発明の３同調器フィルタの構成を概略的に示す。それらは、光ビーム軸、すなわちｚ軸に沿って縦列に配置され、それらの軸が、図２５で指定されたようにｙ軸に対して配向される。入射偏光子８２及び出射偏光子９０は、図２５に示すように、Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°で互いに直角に配向される。回転子８３、８５、８７及び８９の分散的回転角ρ（λ）、−２ρ（λ）、２ρ（λ）及び−ρ（λ）は、１：−２：２：−１の比である。第１及び第３のリターダー８４及び８８は、同一であり、位相遅れΔ１＝Δ３＝Δが、６０°と１００°の範囲から好ましくは選択された所定の値に等しい又はほぼ等しい。リターダー８４及び８８は、その軸が、平行であり、ｙ軸に対して角度−ψで、すなわちψ１＝ψ３＝−ψで配向される。リターダー８６は、半波リターダー（Δ２＝１８０°又はΔ２＝１８０°）であり、その軸が、ｙ軸に対してψ２＝ψ＋４５°で配向される。回転子８３、８５、８７及び８９とリターダー８４、８６及び８８との組み合わせは、図６ｃによる３つのリターダー同調器９１、９２及び９３の直列接続と同等である。同調器９１及び９３は、同一であり、位相遅れΔを有し、互いに平行であり、その方向角が、θ＝−（ρ（λ）＋ψ）になるように配向され、一方中心同調器９２は、その位相遅れΔ２＝１８０°及びその方向角θ２＝ρ（λ）＋ψ＋４５°＝−（θ−４５°）であることを特徴とする。したがって、図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【０１０５】
【数２４】
図２５に示した実施例、すなわちＰ１＝０°及びＰ２＝９０°、並びにθ＝−（ρ（λ）＋ψ）の場合、式（３０）から、次に式が得られる。
【０１０６】
【数２５】
式（３１ａ）によって記述される図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、回転角ρ＝ρ（λ）のため、波長に依存するプロフィールを示す。本発明によれば、偏光子８２及び９０は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°で配向することもできる。Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°の場合、式（３０）から、フィルタの伝達は、次の式になる。
【０１０７】
【数２６】
式（３１ｂ）によって記述されるスペクトルは、互いにπ／４だけシフトされることを除いて、式（３１ａ）のスペクトルと同一である。式（３１ａ）又は式（３１ｂ）によって記述される伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、パラメータΔの関数でもある。好ましくは条件６０°≦Δ≦１００°を満たすようにフィルタを設計する際、リターダー８４及び８８の位相遅れΔの値を選べる融通性がある。たとえば、Δ＝９０°の場合、式（３１ａ）及び式（３１ｂ）は、簡単化され、光強度Ｉ３は次に式によって与えられる。
【０１０８】
【数２７】
式（３２ａ）又は式（３２ｂ）は、正確に標準リヨ・タイプ２段フィルタの伝達を記述する。位相遅れΔが９０°でない値を有したとき、図２５のフィルタの伝達スペクトルＩ３（λ）は、式（３１ａ）又は式（３１ｂ）によって記述されるように修正される。図２６に、波長範囲４００〜７００ｎｍにおいて、ψ＝０°の場合について式（３１ａ）によって計算した、図２５のフィルタの１組の伝達カーブＩ３（λ）を示す。この計算では、リターダー８４、８６及び８８は、色収差がなく、回転子８３、８５、８７及び８９は、石英光回転子であり、その光回転角が、λ＝７２６．８５ｎｍでρ（λ）＝９０°であると仮定し、したがってＩ３（λ）が、４２０ｎｍ及び５１４ｎｍで主な最大値を取る。この図に示すように、Δ＝６０°のとき、伝達Ｉ３（λ）は、まったくサイドローブを有しないが、主な伝達ピークが、最も広い。主な伝達ピークの帯域幅は、Δの値が６０°から大きくなったとき、狭くなり、２つのサイドローブが、主なピーク間に現れ、その大きさは、Δの値が大きくなるにつれて大きくなる。Δ＝７５．５２°を用いると、伝達Ｉ３（λ）は、ソルク・タイプ３枚プレート・フィルタの伝達と同一である。Δ＝９０°の場合、フィルタは、式（３２ａ）によって記述されるカーブＩ３（λ）を有したリヨ２段フィルタと同等である。Δの値が、さらに大きくなるにつれて、主な伝達ピークがさらに狭くなるが、サイドローブの大きさが、もっと急速に増加する。図２５の実施例は、望むようにサイドローブの抑制可能な３同調器スペクトル・フィルタを設計し構築する可能性を提供する。Δの値がそれほど大きくない、たとえばせいぜい１００°の場合、サイドローブの大きさは、技術的に許容できるアレンジで制御されるはずである。サイドローブの大きさは、Δ＝１００°の場合０．１５４までであり、Δ＝６０°のときゼロに等しくなるまで、連続的に減少する。様々な用途の要件をよりよく満たすために、望むようにサイドローブの抑制が可能である、標準ソルク３段フィルタ及び無損失リヨ２段フィルタを含む同調可能フィルタを設計し提供するように、パラメータΔが選択できる融通性がある。図２５のフィルタは、ｚ軸のまわりで偏光子９７に対し同じ速度で同期してリターダー８４及び８８を一方向に回転させ、リターダー８６をそれとは反対方向に回転させ、それによってその方向角ψ１＝ψ３＝−ψ及びψ２＝ψ＋４５°を、上記で述べた関係を変えずに保ったままで変化させることによって、同調可能である。フィルタは、同時に回転子８３、８５、８７及び８９の回転角を、その比１：−２：２：−１を不変のままで変化させることによって、同調させることもできる。
【０１０９】
図２５の構成は、出射偏光子９０が入射偏光子８２に対して平行に配向されたとき、ノッチ・フィルタになる。図２５のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）は、ノッチ・フィルタとして動作するとき、Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）で与えられ、ここでＩ３（λ）は、Ｐ２＝Ｐ１＝０°の場合、式（３１ａ）によって、又はＰ２＝Ｐ１＝４５°の場合、式（３１ｂ）によって記述される。図２５の構成は、ビーム軸に対して直角な軸のまわりで１８０°回転しても変化しない。この実施例では、偏光回転子８３、８５、８７及び８９は、光回転子、たとえば石英回転子、及びファラデー回転子から選択されることが好ましい。リターダー８４、８６及び８８の適切な候補は、複屈折の色収差がない及びゼロ次のリターダー、ＬＣ可変リターダー及びＬＣ電気的回転リターダーを含む。使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、図２５のフィルタは、機械的に同調可能、電気的に同調可能、電気磁気的に同調可能及び／又は一方向で同調可能或いは電気的に切り替え可能なように構築することができる。
【０１１０】
回転子８３、８５、８７及び８９が石英光回転子であるとき、リターダー８４、８６及び８８として、同等の複屈折リターダー、好ましくは色収差がない又はゼロ次のリターダー、或いはＬＣ電気的回転リターダーを使用することが、望ましい。フィルタは、同時に複屈折リターダー又はＬＣ電気的回転リターダーを、上記で述べた方法で回転させることによって、機械的及び／又は電気的に同調可能とすることができる。ゼロ次リターダーは、フィルタの波長範囲が、それほど広くない、かつ／又はスペクトル波形又はサイドローブ抑制への要求がそれほど厳しくないとき、使用することができる。図２７に、リターダー８４及び８６を２つのゼロ次４倍波プレートで置き換えた、図２６のフィルタの計算した１組の同調伝達カーブＩ３（λ）をλ＝４５７．７ｎｍで提示する。伝達カーブＩ３（λ）は、同調角ψ＝０°（図２７ａ）、ψ＝３０°（図２７ｂ）及びψ＝６０°（図２７ｃ）の場合について、色収差のない４倍波プレートを使用したとき生じるカーブと比較する。図２７の計算は、図２６の計算と同じ条件の下で行う。これらの図に示すように、ゼロ次波長板を使用したことから生ずる主な効果は、Ｉ３（λ）の主な伝達ピークが広がり、サイドローブの大きさが、それぞれより長い波長及びより短い波長の領域で、大きくなることである。しかし、波形の変形は、いくつかの用途ではクリティカルなものでないはずである。
【０１１１】
さらに、図２５のフィルタは、適切なＬＣ可変リターダーが、リターダー８４、８６及び８８として使用されたとき、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能とすることができる。ＬＣリターダーは、必要に応じて配向され、２つの選択状態間で位相遅れを切り替え可能にするように動作させる。一方の切り替え状態では、ＬＣリターダーは、すべて位相遅れが、フィルタのスペクトル範囲にわたり０°に等しい又はほぼ等しい。他方の状態では、リターダー８６に取って代わったＬＣリターダーが、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、一方リターダー８４及び８８に取って代わったＬＣリターダーは、６０°≦Δ≦１００°のように取られた同一の位相遅れΔを有する。ゼロの位相遅れの状態では、ＬＣリターダーは、回転子８３、８５、８７及び８９の回転角が、補償され、フィルタが、Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°又はＰ１＝４５°及びＰ２＝−４５°の場合、完全に光を遮断するように等方性媒体として働く。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（３２ａ）で記述されるスペクトル伝達を有する。フィルタは、同時にＬＣリターダーを切り替えることによって、電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的にそれらを、その方向角の関係を不変のままで回転させることによって、同調可能である。ＬＣ可変リターダーを使用した図２５のフィルタでは、得られる追加の利点は、その伝達ピークの帯域幅が、第１及び第３のＬＣリターダー（図２６参照）の位相遅れを、好ましくはほぼ６０°と１００°の範囲で電気的に変化させることによって、調節可能になることである。
【０１１２】
回転子８３、８５、８７及び８９がファラデー回転子であるとき、図２５のフィルタは、電気磁気的に同調可能にすることができる。磁場をファラデー回転子に加え、それによってその回転角が、ρｆ（λ）、−２ρｆ（λ）、２ρｆ（λ）及び−ρｆ（λ）に等しくする。フィルタは、磁束密度を変えて同時にファラデー回転角を、その比１：−２：２：−１を不変のままで変化させることによって、電気的に同調可能である。この場合、リターダー８４、８６及び８８は、複屈折の色収差のない又はゼロ次の波長板であることが好ましく、必要に応じてψ１＝ψ３＝−ψ及びψ２＝ψ＋４５°で配向する。角度ψは、所望なら機械的に調節可能とすることができる。一方向デバイスのバージョウンでは、リターダー８４、８６及び８８は、それぞれψ１＝ψ３＝−２２．５°及びψ２＝ψ＋４５°＝６７．５°で配向することが好ましい。Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°の場合、図２５のフィルタの一巡伝達は、ファラデー回転子を使用したとき、次の式になる。
【０１１３】
【数２８】
図２８に、波長範囲５００〜６５０ｎｍにおいて式（３３）によって計算した、ファラデー回転子を使用したときの図２５のフィルタの、計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を提示する。フィルタの３つのリターダーは、色収差がなく、第１及び第３のリターダーが位相遅れΔを有すると仮定し、ＴＧＧガラスの４つのファラデー回転子は、ファラデー回転ρｆ（λ）が、λ＝１４５３ｎｍで４５°に等しいと仮定する。一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）は、Δ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°、Δ＝９０°及びΔ＝１００°（図２８ａ）の場合について、式（３１ａ）によって計算した対応する前向き伝達カーブＩ３（λ）（図２８ｂ）と比較する。Δ＝７０．５°の場合、分離Ｉ３ｒ（λ）は、逆向き光の遮断において、Ｉ３ｒ（λ）の最大漏れ強度が０．００３（最小減衰率：−２５．１ｄＢ）に等しい、最適結果に達している。
【０１１４】
図２２の実施例と比較すると、図２５のフィルタの出射偏光子は、依然静止状態に留まることができる。このためのコストは、前者よりさらに１つ同調器が必要になることである。図２４の実施例と比較すると、図２５のフィルタは、その伝達スペクトルが、サイドローブの抑制又は調節できるようにするかどうかを設計者が決定できる柔軟性がある。さらに、図２５の構成は、適切な切り替え可能なリターダー、たとえばＬＣ可変リターダーを使用することによって、ちょうど図１８の実施例のような、電気的に切り替え可能で機械的に同調可能なフィルタとして、動作することが可能になる。この同調性は、図２４の構成では実現可能でない。その特徴を獲得するためのコストとして、図２５のフィルタは、図２４のフィルタよりもう１つの偏光回転子が必要になる。図２２及び図２５の構成は、リヨ２段フィルタの伝達と厳密に同等の伝達を有した一方向フィルタを構築するために、ともに使用することができる。図２２の構成は、必要な構成要素が、より少なく、したがってΔ＝９０°の場合、図２５のフィルタの構成より簡単である。しかし、図２５の構成は、柔軟であり、よりよい減衰結果に達することが可能になる。
【０１１５】
本発明によれば、本発明の同調器を使用して、特別の伝達波形を有したスペクトル・フィルタの構築が実現する可能性がある。例として、本発明は、さらに、上部が平らなバンドパス伝達関数を有する、３同調器フィルタを提供する。図２９に、入射偏光子９４（Ｐ１＝０°）と、第１の偏光回転子９５（３ρ）と、第１のリターダー９６（Δ１、ψ１）と、第２の偏光回転子９７（−４ρ）と、第２のリターダー９８（Δ２、ψ２）と、第３の偏光回転子９９（４ρ）と、第３のリターダー１００（Δ３、ψ３）と、第４の偏光回転子１０１（−３ρ）と、出射偏光子１０２（Ｐ２）とを含む、このフィルタの構成を概略的に示す。それらは、それらの軸が、図２９に指定されたようにｙ軸に対して位置合わせされて、ｚ軸に沿って縦列に配置される。入射偏光子９４及び出射偏光子１０２は、互いに直角に配向される、すなわちＰ１＝０°及びＰ２＝９０°である。回転子９５、９７、９９及び１０１は、その分散的回転角３ρ（λ）、−４ρ（λ）、４ρ（λ）及び−３ρ（λ）が、フィルタの波長範囲において、３：−４：４：−３の比である。リターダー９８は、位相遅れΔ２を有し、好ましくは色収差がなく、それは、ｙ軸に対してその軸が角度ψ２＝−ψであるように配向される。リターダー９６及び１００は、同一であり、位相遅れΔ１＝Δ３を有し、好ましくは同じ波長範囲において色収差がないことである。それらは、平行であり、ｙ軸に対してリターダー９８の互いに反対側にあり、角度が、光伝播方向に沿って見て角度ψの３倍回転した、すなわちψ１＝ψ３＝３ψで配向される。回転子９５、９７、９９及び１０１とリターダー９６、９８及び１００との組み合わせは、図６ｃの実施例による３つのリターダー同調器１０３、１０４及び１０５の直列接続と同等である。同調器１０３及び１０５は、同一であり、位相遅れΔ１を有し、平行であり、その方向角が、θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）になるように配向され、一方同調器１０４は、その位相遅れΔ２及び方向角θ２＝−（ρ（λ）＋ψ）であることを特徴とする。したがって、図２９のフィルタの伝達スペクトルＩ３＝Ｉ３（λ）は、次の式で与えられ、表され計算される。
【０１１６】
【数２９】
ただし、
【０１１７】
【数３０】
θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）及びθ２＝−（ρ（λ）＋ψ）とすると、式（３４）は、次のように書くことができる。
【０１１８】
【数３１】
本発明によれば、偏光子９４及び１０２は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°でも位置合わせすることができる。図２９のフィルタの伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、Ｐ１＝４５°及びＰ２＝１３５°の場合、次の式であることが分かる。
【０１１９】
【数３２】
式（３６ｂ）によって記述されるスペクトルは、互いにπ／４だけシフトされることを除いて、式（３６ａ）のスペクトルと同一である。方向角θ１＝３（ρ（λ）＋ψ）及びθ２＝−（ρ（λ）＋ψ）の分散性のため、図２９のフィルタの伝達Ｉ３＝Ｉ３（λ）は、波長λの関数として変化する。伝達プロフィールＩ３（λ）は、所定とすべき設計パラメータΔ１及びΔ２の関数でもある。本発明によれば、図２９のフィルタのスペクトル伝達Ｉ３（λ）は、位相遅れΔ１及びΔ２が、条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を好ましくは満たすような値を取るとき、近似的な方形波形を有する。図３０に、波長範囲４００〜５５０ｎｍにおいて、ψ＝０°、２２．５°、４５°及び６７．５°の場合について、式（３６ａ）によって計算した１組の同調伝達カーブＩ３（λ）を提示する。好ましくは必要に応じて、計算では、リターダー９６、９８及び１００は、色収差がなく、位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°（２Δ１＋Δ２＝１８５°）と仮定する。回転子９５、９７、９９及び１０１には、回転角が、λ＝７２６．８５ｎｍにおいてρ（λ）＝９０°である石英光回転子と仮定し、したがってカーブＩ３（λ）が、ψ＝０°の場合、約４６０ｎｍに中心があり約２９ｎｍの半値幅（ＦＷＨＭ）を有した通過帯域を有する。Ｉ３（λ）のもっとも大きい第２の最大値は、約０．０３６である。Δ１及び／又はΔ２の値を変化させることによって、カーブは、それに対応して修正され、最大遷移勾配が減少する又は増加する、及び第２の最大値が増加する又は減少する。図３０のカーブＩ３（λ）は、リターダー９６、９８及び１００が、ともに４６３ｎｍにおいてΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°の位相遅れを有したゼロ次波長板であるとき、生ずる伝達と比較する。色収差のないリターダーを使用したとき生ずるカーブと比較すると、ゼロ次リターダーを使用したときの伝達波形は、わずかに変形している。しかし、計算で確認されるように、フィルタは、なお、ほどほどの幅の波長範囲で良好に動作することができる。
【０１２０】
図２９のフィルタは、偏光子１１０に対してｚ軸のまわりで同期して、一方向にリターダー９６及び１００を回転させ、それとは反対方向にリターダー９８を回転させ、その方向角ψ１＝ψ３＝３ψ及びψ２＝−ψを、上記に述べた関係を変えないままで変化させることによって、同調可能である。フィルタは、回転子９５、９７、９９及び１０１の回転角を、その比３：−４：４：−３を不変のままで同時に変化させることによって、同調可能とすることもできる。図２９の実施例では、偏光回転子９５、９７、９９及び１０１は、光回転子、たとえば石英回転子及びファラデー回転子から選択することが好ましい。リターダー９６、９８及び１００の適切な候補は、複屈折の色収差がない及びゼロ次のリターダー、ＬＣ可変リターダー及びＬＣ電気的回転リターダーを含む。使用に選択した偏光回転子及びリターダーに依存して、図２９のフィルタは、機械的に同調可能、電気的に同調可能、電気磁気的に同調可能及び／又は一方向同調可能、或いは電気的に切り替え可能に構築することができる。
【０１２１】
図２９のフィルタは、出射偏光子１０２が、入射偏光子９４に対して平行に配向されたとき、スペクトル伝達Ｉ３ｎｏｔｃｈ（λ）＝１−Ｉ３（λ）を有したノッチ・フィルタになり、ここでＩ３（λ）は、Ｐ２＝Ｐ１＝０°の場合、式（３６ａ）によって記述され、又はＰ２＝Ｐ１＝４５°の場合、式（３６ｂ）によって記述される。図２９のフィルタの構成は、ビーム軸に対し直角な軸のまわりでの１８０°の回転に対して変化しない。異なる同調メカニズムを有したフィルタを構築するために、構成する偏光回転子及びリターダーを選択する好ましい方法は、図１９及び図２５の実施例について上記で述べた方法とまったく同じである。図２９のフィルタでは、図２９のフィルタが、機械的及び／又は電気的に同調可能になることができるように、石英光回転子及び複屈折リターダー、又はＬＣ電気的回転リターダーを使用することが好ましい。図２９のフィルタは、さらに、リターダー９６、９８及び１００として、２つの選択状態間で位相遅れが切り替え可能なように動作させる、適切なＬＣ可変リターダーを使用することによって、電気的に切り替え可能にすることができる。ＬＣリターダーは、一方の切り替え状態ではその位相遅れが、０°に等しい又はほぼ等しく、他方の状態ではフィルタのスペクトル範囲にわたり条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を好ましくは満たすように取られた値に等しい又はほぼ等しい。ゼロの位相遅れの状態では、ＬＣリターダーは、回転子９５、９７、９９及び１０１が、互いに補償し合い、フィルタが、Ｐ１＝０°、Ｐ２＝９０°又はＰ１＝４５°、Ｐ２＝１３５°の場合、完全に光を遮断するような等方性媒体として動作する。非ゼロの位相遅れの状態では、フィルタは、式（３６ａ）によって記述されるスペクトル伝達を有する。図２９のフィルタは、同時にＬＣリターダーを切り替えることによって電気的に切り替え可能であり、さらに、機械的にそれらを、その方向角の関係を不変のままで回転させることによって、同調可能である。そのうえ、Ｉ３（λ）の主な伝達ピークの帯域幅は、ＬＣ可変リターダーを使用したとき、電気的にＬＣリターダーの位相遅れを、好ましくは条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°の下で変化させることによって、調節可能である。偏光回転子９５、９７、９９及び１０１として同等のファラデー回転子を用いた図２９のフィルタは、同時にファラデー回転角を、その比３：−４：４：−３を変えずに変化させることによって、電気磁気的に同調可能である。一方向デバイスとして動作させる場合、リターダー９６、９８及び１００を静止状態にし、それぞれψ１＝ψ３＝３ψ＝６７．５°及びψ２＝−ψ＝−２２．５°に、すなわち角度ψ＝２２．５°を取るように配向することが好ましい。Ｐ１＝０°及びＰ２＝９０°の場合、ファラデー回転子を使用した図２９のフィルタの一巡伝達は、次の式になる。
【０１２２】
【数３３】
図３１に、ファラデー回転子を使用したときの図２９のフィルタの、波長範囲５００〜６５０ｎｍにおいて式（３７）によって計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を提示する。計算するために、リターダーは、色収差がなく、位相遅れΔ１及びΔ２が、条件３０°≦Δ１≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を満たし、並びにファラデー回転子は、ＴＧＧガラスのものであり、ファラデー回転ρｆ（λ）が、λ＝１４３７ｎｍで４５°に等しいと仮定する。一巡伝達カーブＩ３（λ）は、Δ１＝４４°及びΔ２＝９７°、及びΔ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（図３１ａ）の場合について、その前向き伝達カーブ（図３１ｂ）と比較する。Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°の場合、分離Ｉ３（λ）は、漏れ強度Ｉ３（λ）についての最大値が０．００１３（最小減衰率：−２８．９ｄＢ）に等しい、逆向き光を遮断する際の最適結果に達している。
【０１２３】
Ｂｕｈｒｅｒは、１つの彼の特許（Ｂｕｈｒｅｒ Ｃａｒｌ Ｆ．米国特許第４，６７８，２８７号）で、伝達が、近似的に方形波の形を有した、彼の二重同調器を使用した同調可能バンドパス・スペクトル・フィルタについて述べている。フィルタは、３つの複屈折波長板（２つの二重要素及び単一の要素）と、７つの波長板（１つの半波プレート及び６つの４倍波プレート）とを含む。この技術と比べると、図２９の実施例は、４つの複屈折プレート（光回転子）及び３つの色収差のないリターダーだけが必要である。さらに、図２９の実施例では、スペクトル範囲が非常に広くないとき、ゼロ次波長板の使用が可能になる。そのうえ、本発明によって、ファラデー回転子を使用してフィルタが、電気磁気的に同調可能であり、一方向デバイスとして動作できること、又はＬＣリターダーを使用してフィルタが、電気的に同調可能であり、切り替え可能であることを含め、新しい特徴を有したフィルタが実現可能になる。
【０１２４】
さらに、無損失フィルタ及び本発明の同調器を４以上含むフィルタが、可能になり、それらは、今後の特許出願で述べることにする。本発明は、他の具体的な形及び／又は他の実施例において、本発明の精神及び基本特性から逸脱せずに、実施する、又は適応させることができる。本記述で与えられた実施例は、すべての面で説明するものであり、限定すると見なすべきでない。変形形態は、当業者に明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】偏光子間に縦列で配置された複屈折プレートと、色収差のない４倍波プレートとを含む、従来技術による偏光子回転式１段複屈折同調可能フィルタの図である。
【図２】偏光子間に縦列で配置された複屈折プレートと、固定された色収差のない４倍波プレートと、回転可能な色収差のない半波プレートとを含む、従来技術による偏光子固定１段複屈折同調可能フィルタの図である。
【図３】２つの色収差のない４倍波プレートと、回転可能な色収差のない半波プレートとを含み、光学的ネットワーク中に位置した複屈折プレートを任意に同調させるために使用することができる、従来技術による同調させる構成の図である。
【図４】２つの色収差のない４倍波プレートを含み、Ｊｏｈｎ Ｗ．Ｅｖａｎｓが述べたような従来技術の２枚プレート同調器の図である。
【図５】１対の相補的な図４の２枚プレート同調器を含み、複屈折フィルタ中の２つの同一の複屈折結晶プレートを同時に同調させるために使用することができる、Ｃａｒｌ Ｆ．Ｂｕｈｒｅｒが述べたような従来技術の２重の２枚プレート同調器の図である。
【図６ａ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、偏光子と組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図６ｂ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、リターダーと組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図６ｃ】スペクトル・フィルタを構築するために使用され、分散的偏光回転を利用し、リターダー及び他の分散的偏光回転子と組み合わせて、最初から同調可能な光の波長選択を成す本発明による同調器の図である。
【図７】偏光子間に、光回転子又はファラデー回転子が好ましい分散的偏光回転子を含む、本発明の１段同調可能フィルタの図である。
【図８】偏光子間に、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー、或いは同等なＬＣ電気的回転リターダーが好ましい半波リターダーと組み合わせて、分散的光回転子を含む、本発明の他の１段同調可能フィルタの図である。
【図９】偏光子間に、ファラデー回転子又はツイスト・ネマチックＬＣ偏光回転子が好ましい能動型偏光回転子と組み合わせて、分散的光回転子を含む、本発明の他の１段同調可能フィルタの図である。
【図１０】偏光子間に、ＬＣ可変リターダー又は同等なリターダーが好ましい可変リターダーと組み合わせて、１対の等しいが互いに反対に回転する光回転子を含む、本発明の１段同調可能フィルタの図である。
【図１１】各段が、図６の実施例による偏光子間に分散的偏光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１２ａ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝０°、Ψ＝１５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１２ｂ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝３０°、Ψ＝４５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１２ｃ】ｎ＝２で図１１の実施例によって構築した本発明の２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝９０°、Ψ＝１３５°対光波長λについて、測定した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１３ａ】図７及びｎ＝２、３で図１１の実施例によるファラデー回転子を使用した本発明の１段、２段及び３段の一方向フィルタの、計算した一巡伝達Ｉ１ｒ（λ）、Ｉ２ｒ（λ）及びＩ３ｒ（λ）対光波長λを示す図である。
【図１３ｂ】比較のため、図７及びｎ＝２、３で図１１の実施例によるファラデー回転子を使用した本発明の１段、２段及び３段の前向き伝達カーブＩ１（λ）、Ｉ２（λ）及びＩ３（λ）対光波長λを示す図である。
【図１４】各段が、図８の実施例による偏光子間に半波リターダーと組み合わせて光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１５】ゼロ次波長板を使用したときのｎ＝２で図１４の実施例による２段スペクトル・フィルタの、同調角Ψ１＝０°、Ψ１＝３０°及びΨ１＝６０°の場合について光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図１６】各段が、図９の実施例による偏光子間に能動型偏光回転子と組み合わせて分散的光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１７】各段が、図１０の実施例による偏光子間に可変リターダーと組み合わせて１対の等しいが互いに反対に回転する光回転子を含む、本発明のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）同調可能フィルタの図である。
【図１８】偏光子間に配置された３つの分散的偏光回転子及び２つの同一リターダーを含む、本発明による２同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。フィルタは、４倍波リターダーを使用したときソルク・タイプの２枚プレート・フィルタと同等であり、機械的に同調可能であり、さらに、電気的に同調可能、切り替え可能、又は一方向同調可能とすることができ、或いはさらに、使用に選択した構成要素に依存して、帯域幅を調節可能とすることができる。
【図１９】図１８の実施例によるスペクトル・フィルタの、それぞれ位相遅れΔ＝８０°、Δ＝９０°、Δ＝１０５．８°、Δ＝１１０°及びΔ＝１１５°の場合について光波長λに対し、一組の計算した伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図２０】ゼロ次波長板を使用したときの図１８の実施例によるスペクトル・フィルタの、同調角Ψ＝０°、Ψ＝３０°及びΨ＝６０°の場合について光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ２（λ）を示すグラフの図である。
【図２１ａ】図１８の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、位相遅れΔ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°の関数として光波長λに対し、計算した一巡伝達カーブＩ２ｒ（λ）を示す図である。
【図２１ｂ】比較のため、図１８の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、位相遅れΔ＝９０°、Δ＝９９．８°、Δ＝１０５．８°及びΔ＝１１０°の関数として光波長λに対し、前向き伝達カーブＩ２（λ）を示す図である。
【図２２】偏光子間に配置された３つの分散的偏光回転子及び２つの４倍波リターダーを含む、本発明による３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。フィルタは、無損失のリヨ２段フィルタとして働き、使用に選択した構成要素に依存して、機械的に、電気的に又は一方向で電気的に、同調可能である。
【図２３ａ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｂ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝４５°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｃ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝９０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２３ｄ】図２２の実施例によるフィルタの、ゼロ次波長板を使用したとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートを使用したとき（点線）の同調角Ψ１＝１３５°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２４】図２２の実施例から、出射偏光子の直前に半波リターダーを挿入することによって形成される、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。
【図２５】偏光子間に配置された４つの分散的偏光回転子及び３つのリターダーを含む、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。このフィルタは、ソルク・タイプの３枚プレート・フィルタ、又は適切なリターダーを有したリヨ２段フィルタと同等であって、機械的に同調可能であり、さらに電気的に同調可能、切り替え可能、又は一方向同調可能とすることができ、或いはさらに、使用に選択した構成要素に依存して、スペクトル伝達の帯域幅を調節可能とすることができる。
【図２６】光波長λに対してそれぞれ位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０°、Δ＝８０°、Δ＝９０°及びΔ＝１００°を有した第１及び第３のリターダーを有した、図２５の実施例によるスペクトル・フィルタの、一組の計算した伝達プロフィールＩ３（λ）を示すグラフの図である。
【図２７ａ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２７ｂ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝３０°の場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２７ｃ】図２５で計算したスペクトル・フィルタの、第１及び第３のリターダーがゼロ次波長板であるとき（実線）又は色収差のない４倍波プレートであるとき（点線）の同調角Ψ＝６０°場合、光波長λに対し、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図２８ａ】図２５の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、光波長λに対し、第１及び第３のリターダーの位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°及びΔ＝９０°の関数として、計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。
【図２８ｂ】比較のため、図２５の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向フィルタの、光波長λに対し、第１及び第３のリターダーの位相遅れΔ＝６０°、Δ＝７０．５°、Δ＝８０°及びΔ＝９０°の関数として、前向き伝達Ｉ３（λ）を示す図である。
【図２９】偏光子間に配置された４つの分散的偏光回転子及び３つの光学的リターダーを含む、本発明による他の３同調器スペクトル・フィルタの構成を示す図である。このフィルタは、近似的に方形波のバンドパス伝達プロフィールを有し、機械的に同調可能であり、さらに、使用に選択した構成要素に依存して、電気的に同調可能で切り替え可能に、又は一方向で電気的に同調可能にすることができる。
【図３０ａ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝０°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｂ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝２２．５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｃ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝４５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３０ｄ】図２９の実施例によるバンドパス・フィルタの、ともに波長４６３ｎｍにおいて位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有した色収差のないリターダーを使用したとき（点線）、又は位相遅れΔ１＝４４°及びΔ２＝９７°を有したゼロ次リターダーを使用したとき（実線）、光波長λに対し同調角Ψ＝６７．５°について、一組の計算した同調伝達プロフィールＩ３（λ）を示す図である。
【図３１ａ】図２９の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向バンドパス・フィルタの、光波長λに対し計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。このフィルタは、第１及び第３のリターダーの位相遅れがΔ１＝４４°及び第２のリターダーの位相遅れがΔ２＝９７°（実線）、並びに位相遅れが、Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（点線）である。
【図３１ｂ】図２９の本発明の実施例によるファラデー回転子を使用した一方向バンドパス・フィルタの、光波長λに対し計算した一巡伝達カーブＩ３ｒ（λ）を示す図である。このフィルタは、第１及び第３のリターダーの位相遅れがΔ１＝４４°及び第２のリターダーの位相遅れがΔ２＝９７°（実線）、並びに位相遅れが、Δ１＝３８．４°及びΔ２＝１０８．２°（点線）である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１段フィルタ、複数段フィルタ及び中間偏光子なしのフィルタを含め、波長範囲において同調可能な又は切り替え可能なスペクトル・フィルタを構築するための構成要素としての同調器であって、
回転角ρ（λ）が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化する分散的偏光回転子（３１）と、
方向感受性偏光用要素と、
前記偏光用要素を回転するためのかつ／又は前記回転角ρ（λ）を変化させるための手段とを含む、光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含むことを特徴とし、
前記偏光回転子及び前記偏光用要素が、前記光ビーム軸に沿って前記フィルタ中に直列に配置され、
前記偏光用要素が、前記スペクトル・フィルタの構造に対して所定の方向角で配向され、
前記同調器が、前記偏光用要素を前記フィルタ中で回転させてその方向を変化させることによって、かつ／又は前記回転角ρ（λ）を変化させることによって動作することを特徴とする、同調器。
【請求項２】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子、通常石英光回転子又は分散的ファラデー回転子であり、その分散的ファラデー回転子が、磁場を加えられ、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変性である回転角を有し、
前記偏光用要素が、好ましくは偏光子、通常２色性又は複屈折の偏光子、或いは、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーから、ＦＬＣセル、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦ液晶セル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルを含め、同等の液晶の電気的に回転可能なリターダーから、ネマチック又はホメオトロピックな配向スメクチックＬＣセルなどの液晶可変リターダーを含め可変リターダーから、並びに電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器などの位相変調器から好ましくは選択される、光リターダーであることを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項３】
前記偏光用要素が、偏光子（３２）であって、前記フィルタの出射又は入射偏光子として使用され、その方位角が、前記フィルタの前記基準軸に対してＰであり、
前記偏光回転子（３１）及び前記偏光子（３２）が、前記光ビーム軸に沿って前記スペクトル・フィルタ中に配置され、前記偏光回転子が、前記偏光子の前又は後に位置し、
前記同調器が、
偏光子同調器（３３）であって、Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）に等しい方位角が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化する偏光子と同等であり、
前記方位角Ｐ及び／又は前記回転角ρ（λ）を変化させて前記偏光子同調器の前記方位角Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）を変化させることによって動作することを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項４】
前記偏光用要素が、リターダー（３４）であって、その位相遅れΔが、前記波長範囲において前記スペクトル・フィルタの構造に関する所定の値に等しく又はほぼ等しく、
前記偏光回転子（３１）及び前記リターダー（３４）が、前記光ビーム軸に沿って前記スペクトル・フィルタ中に配置され、
前記リターダーが、その光軸を前記フィルタ中で前記スペクトル・フィルタの構造に対して所定の角度ψで配向され、
前記同調器が、回転角ρ（λ）の同等の光回転子（３６）とリターダー同調器（３５）との直列接続に同等であり、
そのリターダー同調器（３５）が、前記波長範囲においてその位相遅れが、Δに等しく、その光軸の方向角が、ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）に等しいリターダーと同等であり、
前記同調器が、前記方向角ψ及び／又は前記回転角ρ（λ）を変えて前記リターダー同調器の前記方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）を変化させることによって、かつ／又は前記位相遅れΔを変化させることによって動作することを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項５】
前記同調器が、さらに第２の分散的偏光回転子（３７）を含み、
その偏光回転子（３７）は、その回転角−ρ（λ）が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化し、回転角ρ（λ）の前記回転子（３１）とは反対の前記リターダー（３４）側に位置し、
前記同調器は、
前記波長範囲においてその位相遅れが、Δに等しく、その光軸の方向角が、前記波長範囲においてψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）に等しいリターダーと同等なリターダー同調器（３５）であり、
前記方向角ψを変化させることによって、かつ／又は同時に前記回転角ρ（λ）及び−ρ（λ）を変化させることによって前記リターダー同調器の前記方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）を変化させることによって動作し、かつ／或いは前記位相遅れΔを変化させることによって動作することを特徴とする、請求項４に記載の同調器。
【請求項６】
波長範囲におけるスペクトル・フィルタであって、
前記フィルタが、請求項３、４及び５項に記載の光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含み、
入射偏光子と、
回転角が、前記波長範囲において光波長の関数として変化する少なくとも１つの分散的偏光回転子と、
少なくとも１つの方向感受性偏光用要素と、
前記光ビーム軸のまわりで前記方向感受性偏光用要素を回転させる、かつ／又は前記回転角を変化させる手段とを含むことを特徴とし、
前記偏光用要素又は少なくとも１つの前記偏光用要素が、偏光子であり、
前記偏光回転子及び偏光用要素が、前記ビーム軸に沿って前記入射偏光子の後に配置されて請求項３、４及び５項による同調器を形成し、
それによって偏光子である前記偏光用要素が、前記フィルタの出射偏光子として働き、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記ビーム軸のまわりで前記出射偏光子及び／又は前記偏光用要素の他を回転させることによって、同調可能であり、
さらに、前記回転角を変化させることによって、同調可能であることを特徴とする、スペクトル・フィルタ。
【請求項７】
前記偏光回転子が、好ましくは又は分散的光回転子、通常石英光回転子又はファラデー回転子であり、
そのファラデー回転子は、それ又はそれらに磁場を加え、その回転角が、１又は複数の前記磁場の磁束密度を調節することによって、可変であり、
前記偏光用要素が、好ましくは又は偏光子、通常２色性又は複屈折の偏光子、或いは、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーから、ＦＬＣセル、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦ液晶セル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルを含め、同等の液晶の電気的に回転可能なリターダーから、ネマチック又はホメオトロピック配向スメクチックＬＣセルなどの液晶可変リターダーを含め、液晶可変リターダーから、並びに電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器などの位相変調器から好ましくも選択されるリターダーであることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項８】
前記波長範囲における、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む１段スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（４０）と、
回転角が、前記波長範囲において光波長の関数として変化し、好ましくは光回転子及びファラデー回転子から選択される分散的偏光回転子（４１）と、
出射偏光子（４２）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記出射偏光子を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記偏光回転子（４１）が、前記入射偏光子（４０）及び出射偏光子（４２）の間に挟まれており、
前記偏光回転子（４１）と前記偏光子（４２）との組み合わせが、請求項３に記載の偏光子同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子に対し前記出射偏光子を回転させることによって、同調可能であり、
さらに、前記回転角変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項９】
前記偏光回転子（４１）が、好ましくは分散的光回転子、通常石英光回転子であり、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１０】
前記偏光回転子（４１）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であり、
それに磁場を加え、その回転角が、前記磁場の磁束密度を調節することによって、可変であり、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによる、前記ファラデー回転子の回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１１】
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記ファラデー回転角によって決定され、前記ファラデー回転角を変化させることによって同調可能であり、又は前記ファラデー回転角を少なくとも２つの選択状態間で切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆向きの光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記出射偏光子が、好ましくは固定され、前記入射偏光子に対し４５°で配向されることを特徴とする、請求項１０に記載の１段フィルタ。
【請求項１２】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有した、前記光回転子（４３）の直後又はその直前に位置する回転可能な半波リターダー（４４）を、好ましくは同等の色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー又は液晶電気的回転リターダーをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１３】
前記光回転子（４３）とリターダー（４４）との組み合わせが、請求項４に記載の同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記光回転子の前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで前記半波リターダーを機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能であり、
さらに、前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の１段フィルタ。
【請求項１４】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、
回転角が、前記波長範囲において調節可能であり、前記受動型光回転子（４３）の直前又は直後に位置する能動型偏光回転子（４５）と、
前記能動型偏光回転子の回転角を変化させる手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１５】
前記光回転子（４３）と能動型偏光回転子（４５）と偏光子（４２）との組み合わせが、請求項２に記載の偏光子同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記能動型偏光回転子の前記回転角を変化させることによって同調可能又は切り替え可能であり、
さらに、前記入射偏光子（４２）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１４に記載の１段フィルタ。
【請求項１６】
前記能動型偏光回転子（４５）が、
前記受動型偏光回転子（４３）の直前に位置し、好ましくは、
磁場を加えられ、回転角が、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変であるファラデー回転子、或いは、
回転角が、制御電圧を印加することによって連続的又は離散的に回転可能であり、通常ツイスト・ネマチック液晶偏光回転子である液晶偏光回転子であり、
その入射結晶軸が、前記入射偏光子（４０）の伝達軸に対し平行になるように配向されることを特徴とする、請求項１５に記載の１段フィルタ。
【請求項１７】
前記出射偏光子（４２）が、好ましくは静止し、前記入射偏光子（４０）に対し平行又は直角に配向され、
前記偏光回転子が、分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、
第２の分散的光回転子（４７）であって、前記第２の分散的光回転子と前記最初の光回転子が、前記波長範囲において等しいが互いに反対の回転角を有する１対の光回転子を構築する、第２の分散的光回転子（４７）と、
切り替え可能なリターダーとして働き、その位相遅れが、前記波長範囲において２つの選択できる状態間で切り替え可能であり、したがってリターダーが、それぞれ、前記状態の一方であるときゼロに、他方であるとき１８０°に等しい又はほぼ等しいように動作させる、可変リターダー（４６）と、
前記位相遅れが前記状態で切り替え可能である前記リターダーを動作させ、前記ビーム軸のまわりで前記リターダーを回転させる手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１８】
前記第２の光回転子（４７）及び可変リターダー（４６）が、前記入射偏光子（４０）と出射偏光子（４２）の間に直列で配置され、前記可変リターダー（４６）が前記最初の光回転子（４３）と対面して位置し、
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記光回転子（４３）と可変リターダー（４６）と第２の光回転子（４７）との組み合わせが、請求項５に記載のリターダー同調器と同等であり、
前記切り替え状態間で前記リターダーを切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子に対し前記リターダーを回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１７に記載の１段フィルタ。
【請求項１９】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲におけるｎ段（ｎ＝２、３、４、・・）スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（４９１）と、
ｎ−１個の中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）と、
回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、整数の比、好ましくは回転の向きを無視して１：２：４：８：・・；２ｎ−１の比になり、好ましくは光回転子及びファラデー回転子から選択される、ｎ個の分散的偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）と、
出射偏光子（４９ｎ＋１）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記出射偏光子及びｎ−１個の中間偏光子を回転させる手段とを有することを特徴とし、
前記ｎ−１個の中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）及びｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、前記光ビーム軸に沿って前記入射偏光子（４９１）と前記出射偏光子（４９ｎ＋１）の間に配置され、
それによって、直列にｎ段を形成し、それぞれが、請求項８に記載の偏光子間に偏光回転子を含み、したがって前記中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）が、ある段の出射偏光子として、及びその後に続く隣接する段の入射偏光子として働き、
したがって、ｎ段の出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）が、形成され配向されて、それぞれが、その直前の偏光子に対して、直前の前記ｎ段の出射偏光子であるｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）の回転角の比と同じ比になったその方位角を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように回転させることによって、同調可能であり、
さらに、同時に前記ｎ偏光回転子の前記回転角を、前記回転角の前記比を不変のままで変化させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２０】
前記ｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、好ましくは分散的光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２１】
前記ｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、それぞれに磁場が加えられ、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに有することを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２２】
前記フィルタは、そのスペクトラル伝達が、
前記ファラデー回転角によって決定され、
同時にファラデー回転角を変化させることによって同調可能であり、
又は前記波長範囲において少なくとも２つの選択状態において同時に前記ファラデー回転角を、前記ファラデー回転角が、その前記比を変えないように、又は前記ファラデー回転角がゼロに等しい又はほぼ等しいように、切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射フィルタに平行又は直角になるように回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆向き光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記ｎ段出射偏光子は、好ましくは静止し、前記ｎファラデー回転角の中でもっとも小さい回転角のファラデー回転子の直後のその段の出射偏光子が、直前の偏光子に対し好ましくは４５°で配向され、その残りのｎ−１段出射偏光子が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になるように、配向されることを特徴とする、請求項２１に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２３】
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ＋１）が、好ましくは前記入射偏光子に対し平行又は直角であり、
前記スペクトル・フィルタが、（５２１、５２２、・・、５２ｎ）をさらに含み、
そのｎ個の回転可能な半波リターダーのそれぞれが、
前記波長範囲において、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、
それぞれ各前記段が請求項１２に従うように配置された前記ｎ光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直後又は直前に位置し、
前記ｎ個の半波リターダーが、それぞれ直前の偏光子に平行になるように、又はその方向角が、それぞれ直前の偏光子に対し、前記配置されたｎ個の光回転子の前記回転角の比と同じ比になるように配向されることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２４】
前記ｎ個のリターダー（５２１、５２２、・・、５２ｎ）が、好ましくは色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー又は同等の液晶電気的回転可能なリターダーであり、それぞれが、直前の偏光子に対し、その方向角が、前記配置されたｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の回転角の比と同じ比であるように配向され、
前記フィルタのスペクトル伝達が、
前記光回転子の前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ個の複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記方向角の前記比を不変のままで、又は前記方向角がゼロの等しいように、機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能であり、
さらに、同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角が、それぞれ直前の偏光子に対し、直前の光回転角の前記比になるように、回転させることによって同調可能にすることができることを特徴とする、請求項２３に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２５】
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）が、好ましくは静止し、前記入射偏光子に対し平行又は直角に配向され、
前記フィルタが、
ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）であって、その能動型偏光回転子が、前記波長範囲において調節可能である回転角を有し、それぞれ前記ｎ個の受動型光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前又は直後に位置し、したがって各前記段が、請求項１４に記載によるものとし、前記配置されたｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）の回転角が、前記波長範囲においてその直後又は直前のｎ光回転子の回転角の比と同じ比になる、ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）と、
前記ｎ能動型偏光回転子の回転角を変化させる手段とをさらに含み、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
同時に前記能動型回転角を、前記波長範囲において前記能動型回転角の前記比を不変のままで、又は前記能動型回転角をゼロに等しく又はほぼ等しくするように、変化させることによって同調可能又は切り替え可能であり、
さらに、同時に前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）を、その方位角が、それぞれその直前の偏光子に対し、その直前の光回転角の前記比になるように、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２６】
前記ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）が、好ましくは
磁場をそれぞれ加えられ、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変な回転角を有したファラデー回転子、又は
その回転角が、連続的又は離散的に調節可能であり、それぞれ前記ｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前又は直後に位置する同等の液晶偏光回転子であり、
したがって前記配置されたｎ個のファラデー回転子又は液晶回転子が、前記波長範囲においてオン又はオフに切り替えられたとき、その直後又は直前のｎ個の光回転子の比と同じ比の回転角、又はゼロの等しい又はほぼ等しい回転角を有し、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記波長範囲において同時に前記ファラデー回転子又は液晶回転子の前記回転角を、前記回転角の前記比を不変のままで、又は前記回転角がゼロに等しく又はほぼ等しくなるように、調節することによって同調可能又は切り替え可能であることを特徴とする、請求項２５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２７】
前記ｎ個の液晶偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）が、好ましくはツイスト・ネマチック液晶偏光回転子であり、それぞれ前記ｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前に位置し、
各前記ツイスト・ネマチック回転子の入射結晶軸が、その直前の偏光子の伝達軸に対し平行であるように配向され、
前記波長範囲において前記ツイスト・ネマチック回転子が、オン又はオフに切り替えられたとき、前記ツイスト・ネマチック回転子が、それぞれゼロに等しい又はほぼ等しい回転角、又は直後のｎ個の光回転子の比と同じ比の回転角を有し、
前記フィルタのスペクトル伝達が、同時に前記ツイスト・ネマチック液晶偏光回転子をオン及びオフすることによって、切り替え可能であることを特徴とする、請求項２６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２８】
前記形成されたｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ＋１）が、好ましくは静止状態であり、前記入射偏光子（４９１）に対し平行又は直角に配向され、
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記フィルタが、
他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）であって、前記他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）及び前記最初のｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）が、前記波長範囲において、それぞれ等しいが互いに反対の回転角を有したｎ対の光回転子を構築するように選択され、各前記ｎ段が等しいが互いに反対の回転角を有する１対の光回転子を含むように配置される、他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）と、
切り替え可能なリターダーとして働くように動作させ、それぞれが、２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有し、その位相遅れが、前記波長範囲において、それぞれ一方の前記状態ではゼロに、他方の前記状態では１８０°に等しい又はほぼ等しく、
各前記ｎ段が、請求項１７の記載のこの段の光回転子間に挟まれた前記リターダーの１つを含むように配置される、ｎ個の可変リターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）と、
前記ｎ個のリターダーを切り替え、前記ビーム軸のまわりで前記ｎ個のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２９】
前記配置されたｎ個の可変リターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）が、前記入射偏光子に対し平行になるように、又はそれらの方向角が、それぞれ直前の偏光子に対し、その直前の光回転子の回転角の比と同じ比になるように配向され、
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
同時に前記ｎ個のリターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）を前記切り替え状態において切り替えることによって、切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ個のリターダーを、前記方向角に前記比を不変のままで、又は各前記ｎ個のリターダーが、その直前の偏光子に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項２８に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３０】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子を有さない２同調器スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（６１）と、
その回転角ρＳ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（６２）と、
第１のリターダー（６３）と、
その回転角ρＳ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（６４）と、
第２のリターダー（６５）と、
その回転角ρＳ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（６６）と、
出射偏光子（６７）と、
前記ビーム軸のまわりで前記第１及び第２のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρＳ１（λ）、ρＳ２（λ）及びρＳ３（λ）が、前記波長範囲においてρＳ１（λ）：ρＳ２（λ）：ρＳ３（λ）＝１：−２：−１の比であり、
前記第１及び第２のリターダー（６３、６５）が、同一であり、前記波長範囲において好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択される所定の値に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有し、
前記入射及び出射偏光子が、互いに平行で配向され、選択された基準軸に対して４５°である伝達軸を有し、
前記第１の偏光回転子（６２）、第１のリターダー（６３）、第２の偏光回転子（６４）、第２のリターダー（６５）及び第３の偏光回転子（６６）が、前記入射偏光子（６１）と出射偏光子（６７）の間に引用の順番で配置され、
前記リターダー（６３、６５）が、前記基準軸のまわりでそれぞれその光回転子を対称に、前記ビーム軸に沿って見たとき回転角ψ及び−ψで回転するように、配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３１】
前記リターダー（６２、６４、６６）とリターダー（６３、６５）との組み合わせが、同一の位相遅れΔ、及びそれぞれ前記基準軸に対し−（ρＳ１（λ）＋ψ）及び（ρＳ１（λ）＋ψ）に等しい又はほぼ等しい方向角を有した、請求項５に記載の２つのリターダー同調器（６８）、（６９）の直列接続と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、式（２４）によって定義され、
前記ビーム軸のまわりで互いに反対の方向で同時に前記リターダー（６３、６５）を、その光軸を基準軸のまわりで対称に保ちながら、回転させることによって同調可能であり、
さらに、同時に前記回転角ρＳ１（λ）、ρＳ２（λ）及びρＳ３（λ）を、前記波長範囲において前記比、１：−２：１を不変のままで、変化させることによって同調可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記リターダー（６３、６５）が前記波長範囲において９０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有したとき、ソルク・タイプの２枚プレート・フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
その伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において同時に前記リターダーの前記位相遅れを好ましくは８０°と１１５°の範囲内で変化させることによって、調節可能であり、
前記出射偏光子（６７）が、前記最初の方向から９０°だけ回転されて前記入射偏光子（６１）に対し直角になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ同調可能で光を伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３２】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは前記波長範囲において前記比１：−２：１である回転角を有した分散的光回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは前記基準軸のまわりで対称に配向された光回転子を有した同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであり、
前記フィルタが、前記ビーム軸のまわりで互いに反対方向に同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記基準軸のまわりで光軸を対称に保って、又は前記複屈折リターダー又は液晶リターダーが、前記入射偏光子（６１）に対し平行であるように、機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能である、スペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３３】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは、磁場がそれぞれ加えられ、前記波長範囲において前記比１：−２：１である回転角を有した分散的ファラデー回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは、前記基準軸のまわりで対称に、それぞれ前記ビーム軸に沿って見たとき回転角ψ及び−ψで回転して配向された光回転子を有した同等の複屈折リターダーであり、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３４】
前記フィルタが、
前記波長範囲において前記ファラデー回転角の前記比１：−２：１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において同時に前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、前記波長範囲において好ましくは９９．８°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、その光軸が、前記基準軸に対し、好ましくはそれぞれψ＝２２．５°及び−ψ＝−２２．５°で配向されることを特徴とする、請求項３３に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３５】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸が、前記基準軸のまわりで対称であるように配向され、
それぞれが、好ましくは８０°と１１５°の範囲で可変な位相遅れを有し、かつ／又は少なくとも２つの選択状態において切り替え可能であり、
したがって前記可変リターダーが、前記波長範囲において前記切り替え状態の一方では０°に等しい又はほぼ等しい、他方の状態では好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択された値に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３６】
前記フィルタは、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、同時に前記可変リターダー（６３、６５）の前記位相遅れを変化させることによって調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、
同時に前記可変リターダーを、その光軸を前記基準軸のまわりで対称に保って、互いに反対方向に回転させることによって同調可能であり、
前記位相遅れを前記状態で切り替えて、同時に前記可変リターダー（６３、６５）を切り替えることによって切り替え可能であることを特徴とする、請求項３５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３７】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項３及び５に記載の中間偏光子なしの３同調器フィルタであって、
前記フィルタが、
入射偏光子（７１）と、
その回転角ρｌ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（７２）と、
第１の４倍波リターダー（７３）と、
その回転角ρｌ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（７４）と、
第２の４倍波リターダー（７５）と、
その回転角ρｌ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（７６）と、
出射偏光子（７７）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記リターダー及び前記出射偏光子を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρｌ１（λ）、ρｌ２（λ）及びρｌ３（λ）が、前記波長範囲においてρｌ１（λ）：ρｌ２（λ）：ρｌ３（λ）＝１：１：−１の比であり、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、色収差のない又はゼロ次のリターダーであり、前記波長範囲において９０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することが好ましく、
前記第１の偏光回転子（７２）、第１の４倍波リターダー（７３）、第２の偏光回転子（７４）、第２の４倍波リターダー（７５）及び第３の偏光回転子（７６）が、前記入射偏光子（７１）と出射偏光子（７７）の間で引用された順番で配置され、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び前記出射偏光子（７７）が、前記第１及び第２のリターダー（７３、７５）の方向角ψ１及びψ２及び前記出射偏光子（７７）の方位角Ｐ２を前記入射偏光子７１に対し、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１の比又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１の比にするように、配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３８】
前記回転子（７２、７４、７６）と前記リターダー（７３、７５）と前記出射偏光子（７７）との組み合わせが、請求項５に記載の２つのリターダー同調器（７８、７９）と請求項３に記載の偏光子同調器（８０）との直列接続と同等であり、
前記リターダー同調器が、９０°に等しい又はほぼ等しい同一の位相遅れを有し、その方向角が、それぞれ−（ρｌ１（λ）＋ψ１）及び（２ρｌ１（λ）＋ψ２）に等しく、
前記偏光子同調器が、ρｌ１（λ）＋Ｐ２に等しい方位角を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
リヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、又は前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記出射偏光子（７７）が、その最初の方向Ｐ２＝ψ１又はＰ２＝９０°＋ψ１から９０°だけ回転させて、前記第１及び第２のリターダー（７３、７５）の方向角及び出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、比ψ１：ψ２：（Ｐ２＋９０°）＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：Ｐ２＝１：２：１になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調的に伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３９】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であることが好ましく、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角及び前記出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１であり、
前記フィルタが、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記方向角及び方位角の前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、回転させることによって、同調可能であるスペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４０】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ、磁場を加えられ、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であり、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角及び前記出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１になるように配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、電気的に前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４１】
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記比１：１：−１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、同調可能であり、
さらに、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１及び第２の複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記方向角及び方位角の前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、又は前記複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）が、前記入射偏光子（７１）に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして働き、
前記複屈折リターダー（７３、７５）及び前記出射偏光子（７７）が、静止し、前記入射偏光子（７１）に対し、それぞれ好ましくはψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°又はψ１＝４５°、ψ２＝０°及びＰ２＝−４５°で配向されることを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４２】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であり、
前記出射偏光子（７７）が、静止し、前記入射偏光子に対し、平行又は直角であることが好ましく、
前記フィルタが、回転可能な半波リターダー（８１）をさらに含み、
その半波リターダー（８１）が、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、前記第３の偏光回転子（７６）と前記出射偏光子（７７）の間に配置され、前記入射偏光子（７１）に対し角度ψ３で配向され、
したがって前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になり、又はそれらの方向角ψ１、ψ２及びψ３が、比ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１又は比ψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１になることを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４３】
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
リヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）を、その前記方向角の前記比ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１を不変のままで、又は前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、前記入射偏光子（７１）に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、好ましくは、同等の色収差のない及び前記ゼロ次の複屈折リターダー、又は液晶の電気的回転可能なリターダーであることを特徴とする、請求項４２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４４】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子のない３同調器スペクトル・フィルタであって
入射偏光子（８２）と、
その回転角ρＰ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（８３）と、
第１のリターダー（８４）と、
その回転角ρＰ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（８５）と、
第２のリターダー（８６）と、
その回転角ρＰ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（８７）と、
第３のリターダー（８８）と、
その回転角ρＰ４（λ）が、光波長λの関数として変化する第４の偏光回転子（８９）と、
出射偏光子（９０）と、
前記ビーム軸のまわりで前記第１、第２及び第３のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρＰ１（λ）、ρＰ２（λ）、ρＰ３（λ）及びρＰ４（λ）が、前記波長範囲においてρＰ１（λ）：ρＰ２（λ）：ρＰ３（λ）：ρＰ４（λ）＝１：−２：２：−１の比であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、同一であり、前記波長範囲において好ましくは６０°と１００°に範囲から選択された所定の値に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有し、
前記第２のリターダー（８６）が、半波リターダーであり、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、
前記第１の偏光回転子（８３）、第１のリターダー（８４）、第２の偏光回転子（８５）、第２のリターダー（８６）、第３の偏光回転子（８７）、第３のリターダー（８８）及び第４の偏光回転子（８９）が、前記入射偏光子（８２）と出射偏光子（９０）の間で引用された順番で配置され、前記入射偏光子（８２）が、選択された基準軸に対し平行又は４５°であるように配向されており、
前記出射偏光子（９０）が、前記入射偏光子（８２）に対し直角であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、互いに平行であり、
それらの光軸及び前記第２のリターダー（８６）の光軸が、前記基準軸に対し互いに反対側であり、それぞれ前記ビーム軸に沿って見ると角度−ψ及びψ＋４５°回転していることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４５】
前記回転子（８３、８５、８７、８９）とリターダー（８４、８６、８８）との組み合わせが、請求項５に記載の３つのリターダー同調器（９１、９２、９３）の直列接続と同等であり、
第１及び第３のリターダー同調器（９１、９３）が、Δに等しい同一の位相遅れを有し、互いに平行であり、角度−（ρＰ１（λ）＋ψ）で配向され、
中央のリターダー同調器（９２）が、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れ及び方向角ρＰ１（λ）＋ψ＋４５°を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
式（３１ａ）又は（３１ｂ）によって定義され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）を、前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）を同期して一方向に及び前記第２のリターダー（８６）をそれとは反対方向に同じ速度で回転させ、前記角度ψを変化させることによって同調可能であり、
さらに、前記波長範囲において同時に前記回転角ρＰ１（λ）、ρＰ２（λ）、ρＰ３（λ）及びρＰ４（λ）を、前記比１：−２：２：−１を不変のままで、変化させることによって同調可能であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）の位相遅れの前記所定の値が、７５．５２°又は９０°であるとき、ソルク・タイプの３枚プレート・フィルタ又はリヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において同時に前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）の前記位相遅れを、好ましくは６０°と１００°の範囲内で変化させることによって調節可能であり、
前記出射偏光子（９０）が、前記最初の方向から９０°だけ回転し、前記入射偏光子（８２）に対し平行になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調可能で伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４６】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：−２：２：−１であることが好ましく、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであって、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°及び−ψで配向され、
前記フィルタが、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを機械的及び／又は電気的に回転させ、それら方向角−ψ、ψ＋４５°及び−ψの関係を不変のままで、前記角度ψを変化させることによって、同調可能であるスペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４７】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ磁場を加え、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：−２：２：−１であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°及び−ψで配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４８】
前記フィルタが、
前記ファラデー回転角の前記比１：−２：２：−１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、静止し、前記基準軸に対し、その光軸が、好ましくはそれぞれ−ψ＝−２２．５°、ψ＋４５°＝６７．５°及び−ψ＝−２２．５°になるように配向され、
前記−ψ＝−２２．５°の複屈折リターダーが、前記波長範囲において好ましくは７０．５°に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有することを特徴とする、請求項４７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４９】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸が、互いに平行であり、前記基準軸に対し−ψで配向され、それぞれが、好ましくは６０°と１００°の範囲で可変な位相遅れΔを有し、
前記第３のリターダー（８６）が、好ましくは、前記基準軸に対しψ＋４５°で配向された複屈折半波リターダーであり、
前記フィルタは、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、同時に可変リターダーの前記位相遅れΔを変化させることによっての調節可能であり、
スペクトル伝達が、同時に前記可変リターダー及び前記半波リターダーを、前記可変リターダーを同期して一方向に、前記半波リターダーをそれとは反対の方向に同じ速度で回転させて、前記角度ψを変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５０】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは可変リターダーであって、前記波長範囲において、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°、−ψで配向され、少なくとも２つの選択状態で切り替え可能な位相遅れを有するように動作させ、
したがって前記−ψの可変リターダーが、前記切り替え状態の一方では０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、他方の状態では、好ましくは６０°と１００°の範囲の値を取る位相遅れを有することになり、
前記ψ＋４５°の前記可変リターダーが、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することになることを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５１】
前記フィルタは、
スペクトル伝達が、前記切り替え状態で前記位相遅れを切り替えて、同時に前記可変リターダーを切り替えることによって切り替え可能であり、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において、同時に前記−ψの可変リターダーの前記位相遅れを変化させ、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有するように前記ψ＋４５°の可変リターダーを動作させることによって、調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記可変リターダーを、前記−ψの可変リターダーを同期して一方向に前記ψ＋４５°の可変リターダーをそれとは反対の方向に同じ速度で回転させて角度ψを変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項５０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５２】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子のない３同調器スペクトル・フィルタであって
入射偏光子（９４）と、
その回転角ρｂ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（９５）と、
第１のリターダー（９６）と、
その回転角ρｂ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（９７）と、
第２のリターダー（９８）と、
その回転角ρｂ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（９９）と、
第３のリターダー（１００）と、
その回転角ρｂ４（λ）が、光波長λの関数として変化する第４の偏光回転子（１０１）と、
出射偏光子（１０２）と、
前記ビーム軸のまわりで前記リターダー（９６、９８、１００）を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρｂ１（λ）、ρｂ２（λ）、ρｂ３（λ）及びρｂ４（λ）が、前記波長範囲においてρｂ１（λ）：ρｂ２（λ）：ρｂ３（λ）：ρｂ４（λ）＝３：−４：４：−３の比であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、前記波長範囲において好ましくは条件３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°が満たされるように値を取った位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３を有し
前記第１の偏光回転子（９５）、第１のリターダー（９６）、第２の偏光回転子（９７）、第２のリターダー（９８）、第３の偏光回転子（９９）、第３のリターダー（１００）及び第４の偏光回転子（１０１）が、前記入射偏光子（９４）と前記出射偏光子（１０２）の間で引用された順番で配置され、
前記入射偏光子（９４）及び前記出射偏光子（１０２）が、互いに直角であり、前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）の方向角が、前記入射偏光子（９４）に対しそれぞれ３ψ、−ψ及び３ψであり、その比が３ψ：−ψ：３ψ＝３：−１：３になるように配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５３】
前記偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）とリターダー（９６、９８、１００）との組み合わせが、請求項５に記載の３つのリターダー同調器（１０３、１０４、１０５）の直列接続と同等であり、
第１及び第３のリターダー同調器（１０３、１０５）が、Δ１に等しい同一の位相遅れを有し、互いに平行であり、角度３（ρｂ１（λ）＋ψ）で配向され、
中央リターダー同調器（１０４）が、Δ２に等しい位相遅れ及び方向角−（ρｂ１（λ）＋ψ）を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
式（３６ａ）又は（３６ｂ）によって定義され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）を、前記第１及び第３のリターダー（９６、１００）を同期して一方向で、前記第２のリターダー（９８）をそれとは反対方向で回転させ、前記比３：−１：３の関係を不変のままで、又は前記第１、第２、及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、前記入射偏光子に対し平行であるように前記それらの前記方向角を変化させることによって、同調可能であり、
さらに、前記波長範囲において同時に前記回転角ρｂ１（λ）、ρｂ２（λ）、ρｂ３（λ）及びρｂ４（λ）を、それらの前記比３：−４：４：−３を不変のままで変化させることによって同調可能であり
方形波形又は近似的に方形波形のスペクトル伝達が、前記位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３として好ましくは３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°のように値を取ることによって、得られ、
最大伝達ピークの勾配及び第２の最大値が、同時に前記位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３を、好ましくは条件３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を維持しながら、変化させることによって調節可能であり、
前記出射偏光子（１０２）が、前記最初の方向から９０°だけ回転させ、前記入射偏光子（９４）に対し平行になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調可能で伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５４】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比３：−４：４：−３であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであって、その方向軸が、前記入射偏光子に対し前記比３：−１：３であり、
前記フィルタが、前記ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記方向角の前記比３：−１：３を不変のままで、又は前記複屈折リターダー又は液晶リターダーが、前記入射偏光子（９４）に対し平行であるように機械的及び／又は電気的に回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５５】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ磁場を加え、その回転角が、前記波長範囲において前記比３：−４：４：−３であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角が、前記入射偏光子（９４）に対し前記比３：−４：４：−３になるようにその光軸を配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５６】
前記フィルタが、
前記波長範囲において前記ファラデー回転角の前記比３：−４：４：−３を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、静止し、前記入射偏光子（９４）に対し、その光軸が、好ましくはそれぞれ３ψ＝６７．５°、−ψ＝−２２．５°及び３ψ＝６７．５°になるように配向され、
前記波長範囲において前記位相遅れΔ１及びΔ３が、好ましくは３８．４°に等しく又はほぼ等しく、前記位相遅れΔ２が、１０８．２°に等しい又はほぼ等しいことを特徴とする、請求項５５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５７】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸の方向角が、前記比３：−１：３になるように前記入射偏光子に対し配向され、少なくとも２つの選択状態で切り替え可能な位相遅れを有するように動作させ、
したがって前記波長範囲において前記切り替え状態の一方では前記可変リターダーが、０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、他方の状態では前記可変リターダーが、位相遅れに対する前記条件を満たすように値を取った位相遅れを有することになることを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５８】
前記フィルタが、前記切り替え状態で前記位相遅れを切り替えて、同時に前記可変リターダーを切り替えることによって切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
その最大伝達ピークの勾配及び第２の最大値が、同時に前記可変リターダーの前記位相遅れを、前記条件を満たしたままで変化させることによって調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記可変リターダーを、その方向角の前記比３：−１：３を不変のままで、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項５７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５９】
波長範囲において波長同調可能で光をフィルタリング方法であって、
入射偏光子、少なくとも１つの分散的偏光回転子及び少なくとも１つの方向感受性偏光用要素を含む、請求項６に記載のスペクトル・フィルタを設けるステップと、
前記偏光用要素を回転させることによって、かつ／又は前記偏光回転子の回転角を変化させることによって前記スペクトル・フィルタを同調させるステップとを含む、方法。
【請求項６０】
前記フィルタが、入射偏光子、回転可能な出射偏光子及び分散的偏光回転子を含む、請求項８に記載の１段スペクトル・フィルタであり、
前記方法が、前記入射偏光子に対し前記出射偏光子を回転させることによって、かつ／又は前記分散的偏光回転子の回転角を変化させることによって前記１段フィルタを同調させるステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記１段フィルタが、請求項１２又は請求項１４によって修正され、回転可能な半波リターダー又は能動型偏光回転子をさらに含み、
前記方法が、前記リターダーを回転させることによって、又は前記能動型偏光回転子の回転角を変化させることによって前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記１段フィルタが、請求項１７によって修正され、第２の分散的偏光回転子及び２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有した可変リターダーをさらに含み、
前記方法が、前記切り替え状態において前記リターダーを切り替えることによって、前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記フィルタが、請求項１９に記載のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）スペクトル・フィルタであって、
その前記ｎ段スペクトル・フィルタが、入射偏光子、ｎ個の回転可能な偏光子及びｎ個の偏光回転子を含み、
前記入射偏光子、ｎ個の回転可能な偏光子及びｎ個の偏光回転子が、請求項１９に記載に従って配向され、
前記方法が、
同時に前記ｎ個の回転可能な偏光子を、その方位角の比を不変のままで、又は前記ｎ個の回転可能な偏光子が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になるように回転させることによって、
さらに、同時に前記ｎ個の偏光回転子の前記回転角を、それらの前記回転角の比を不変のままで変化させることによって前記ｎ段フィルタを同調させるステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記ｎ段フィルタが、請求項２３又は請求項２５によって修正され、ｎ個の回転可能な半波リターダー又はｎ個の能動型偏光回転子をさらに含み、
前記方法が、
同時に前記ｎ個の半波リターダーを、それらの方向角の比を不変のままで、又は前記方向角が、ゼロに等しくなるように回転させることによって、又は
同時に前記ｎ個の能動型偏光回転子の回転角を、前記波長範囲においてそれらの比を不変のままで、又はゼロに等しい又はほぼ等しいように、変化させることによって前記ｎ段フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記ｎ段フィルタが、請求項２２によって修正され、他のｎ個の分散的偏光回転子と、それぞれが２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有したｎ個の同一の可変リターダーとをさらに含み、
前記方法が、
前記切り替え状態において同時に前記ｎ個の可変リターダーを切り替えることによって、かつ／又は
同時に前記ｎ個のリターダーを、それらの前記方向角の比を不変のままで、又は各前記ｎ個のリターダーがその直前の偏光子に対し平行になるように回転させることによって前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記フィルタが、請求項３０、３７、４４又は５２に記載の中間偏光子のないスペクトル・フィルタであって、
その中間偏光子のないスペクトル・フィルタが、入射偏光子と、出射偏光子と、少なくとも３つの分散的偏光回転子と、少なくとも２つのリターダーとを含み、
前記リターダーが、請求項３０、３７、４４又は５２の記載に従って配向され、
前記方法が、
前記波長範囲において同時に前記リターダーを、又は同時に前記リターダー及び出射偏光子を、それらの方向角の比を不変のままで回転させることによって、かつ／又は
前記波長範囲において同時に前記偏光回転子の回転角を、前記回転角の比を不変のままで変化させることによって、前記フィルタを同調させるステップを含み、かつ／又は
前記リターダーの位相遅れを好ましくは所定の範囲で変化させることによって、前記フィルタの伝達プロフィールを調節するステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項１】
１段フィルタ、複数段フィルタ及び中間偏光子なしのフィルタを含め、波長範囲において同調可能な又は切り替え可能なスペクトル・フィルタを構築するための構成要素としての同調器であって、
回転角ρ（λ）が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化する分散的偏光回転子（３１）と、
方向感受性偏光用要素と、
前記偏光用要素を回転するためのかつ／又は前記回転角ρ（λ）を変化させるための手段とを含む、光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含むことを特徴とし、
前記偏光回転子及び前記偏光用要素が、前記光ビーム軸に沿って前記フィルタ中に直列に配置され、
前記偏光用要素が、前記スペクトル・フィルタの構造に対して所定の方向角で配向され、
前記同調器が、前記偏光用要素を前記フィルタ中で回転させてその方向を変化させることによって、かつ／又は前記回転角ρ（λ）を変化させることによって動作することを特徴とする、同調器。
【請求項２】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子、通常石英光回転子又は分散的ファラデー回転子であり、その分散的ファラデー回転子が、磁場を加えられ、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変性である回転角を有し、
前記偏光用要素が、好ましくは偏光子、通常２色性又は複屈折の偏光子、或いは、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーから、ＦＬＣセル、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦ液晶セル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルを含め、同等の液晶の電気的に回転可能なリターダーから、ネマチック又はホメオトロピックな配向スメクチックＬＣセルなどの液晶可変リターダーを含め可変リターダーから、並びに電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器などの位相変調器から好ましくは選択される、光リターダーであることを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項３】
前記偏光用要素が、偏光子（３２）であって、前記フィルタの出射又は入射偏光子として使用され、その方位角が、前記フィルタの前記基準軸に対してＰであり、
前記偏光回転子（３１）及び前記偏光子（３２）が、前記光ビーム軸に沿って前記スペクトル・フィルタ中に配置され、前記偏光回転子が、前記偏光子の前又は後に位置し、
前記同調器が、
偏光子同調器（３３）であって、Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）に等しい方位角が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化する偏光子と同等であり、
前記方位角Ｐ及び／又は前記回転角ρ（λ）を変化させて前記偏光子同調器の前記方位角Ｐ＋ρ（λ）又はＰ−ρ（λ）を変化させることによって動作することを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項４】
前記偏光用要素が、リターダー（３４）であって、その位相遅れΔが、前記波長範囲において前記スペクトル・フィルタの構造に関する所定の値に等しく又はほぼ等しく、
前記偏光回転子（３１）及び前記リターダー（３４）が、前記光ビーム軸に沿って前記スペクトル・フィルタ中に配置され、
前記リターダーが、その光軸を前記フィルタ中で前記スペクトル・フィルタの構造に対して所定の角度ψで配向され、
前記同調器が、回転角ρ（λ）の同等の光回転子（３６）とリターダー同調器（３５）との直列接続に同等であり、
そのリターダー同調器（３５）が、前記波長範囲においてその位相遅れが、Δに等しく、その光軸の方向角が、ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）に等しいリターダーと同等であり、
前記同調器が、前記方向角ψ及び／又は前記回転角ρ（λ）を変えて前記リターダー同調器の前記方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）を変化させることによって、かつ／又は前記位相遅れΔを変化させることによって動作することを特徴とする、請求項１に記載の同調器。
【請求項５】
前記同調器が、さらに第２の分散的偏光回転子（３７）を含み、
その偏光回転子（３７）は、その回転角−ρ（λ）が、前記波長範囲において光波長λの関数として変化し、回転角ρ（λ）の前記回転子（３１）とは反対の前記リターダー（３４）側に位置し、
前記同調器は、
前記波長範囲においてその位相遅れが、Δに等しく、その光軸の方向角が、前記波長範囲においてψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）に等しいリターダーと同等なリターダー同調器（３５）であり、
前記方向角ψを変化させることによって、かつ／又は同時に前記回転角ρ（λ）及び−ρ（λ）を変化させることによって前記リターダー同調器の前記方向角ψ＋ρ（λ）又はψ−ρ（λ）を変化させることによって動作し、かつ／或いは前記位相遅れΔを変化させることによって動作することを特徴とする、請求項４に記載の同調器。
【請求項６】
波長範囲におけるスペクトル・フィルタであって、
前記フィルタが、請求項３、４及び５項に記載の光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含み、
入射偏光子と、
回転角が、前記波長範囲において光波長の関数として変化する少なくとも１つの分散的偏光回転子と、
少なくとも１つの方向感受性偏光用要素と、
前記光ビーム軸のまわりで前記方向感受性偏光用要素を回転させる、かつ／又は前記回転角を変化させる手段とを含むことを特徴とし、
前記偏光用要素又は少なくとも１つの前記偏光用要素が、偏光子であり、
前記偏光回転子及び偏光用要素が、前記ビーム軸に沿って前記入射偏光子の後に配置されて請求項３、４及び５項による同調器を形成し、
それによって偏光子である前記偏光用要素が、前記フィルタの出射偏光子として働き、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記ビーム軸のまわりで前記出射偏光子及び／又は前記偏光用要素の他を回転させることによって、同調可能であり、
さらに、前記回転角を変化させることによって、同調可能であることを特徴とする、スペクトル・フィルタ。
【請求項７】
前記偏光回転子が、好ましくは又は分散的光回転子、通常石英光回転子又はファラデー回転子であり、
そのファラデー回転子は、それ又はそれらに磁場を加え、その回転角が、１又は複数の前記磁場の磁束密度を調節することによって、可変であり、
前記偏光用要素が、好ましくは又は偏光子、通常２色性又は複屈折の偏光子、或いは、色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダーから、ＦＬＣセル、ＳｍＡ＊セル、ＤＨＦ液晶セル、ＳＳＦＬＣセル、平面配向スメクチックＣ＊セル及び三状態反強誘電性効果ＬＣセルを含め、同等の液晶の電気的に回転可能なリターダーから、ネマチック又はホメオトロピック配向スメクチックＬＣセルなどの液晶可変リターダーを含め、液晶可変リターダーから、並びに電気光学的、光弾性的及び磁気的な変調器などの位相変調器から好ましくも選択されるリターダーであることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項８】
前記波長範囲における、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む１段スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（４０）と、
回転角が、前記波長範囲において光波長の関数として変化し、好ましくは光回転子及びファラデー回転子から選択される分散的偏光回転子（４１）と、
出射偏光子（４２）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記出射偏光子を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記偏光回転子（４１）が、前記入射偏光子（４０）及び出射偏光子（４２）の間に挟まれており、
前記偏光回転子（４１）と前記偏光子（４２）との組み合わせが、請求項３に記載の偏光子同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子に対し前記出射偏光子を回転させることによって、同調可能であり、
さらに、前記回転角変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項９】
前記偏光回転子（４１）が、好ましくは分散的光回転子、通常石英光回転子であり、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１０】
前記偏光回転子（４１）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であり、
それに磁場を加え、その回転角が、前記磁場の磁束密度を調節することによって、可変であり、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによる、前記ファラデー回転子の回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１１】
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記ファラデー回転角によって決定され、前記ファラデー回転角を変化させることによって同調可能であり、又は前記ファラデー回転角を少なくとも２つの選択状態間で切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆向きの光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記出射偏光子が、好ましくは固定され、前記入射偏光子に対し４５°で配向されることを特徴とする、請求項１０に記載の１段フィルタ。
【請求項１２】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有した、前記光回転子（４３）の直後又はその直前に位置する回転可能な半波リターダー（４４）を、好ましくは同等の色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー又は液晶電気的回転リターダーをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１３】
前記光回転子（４３）とリターダー（４４）との組み合わせが、請求項４に記載の同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記光回転子の前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで前記半波リターダーを機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能であり、
さらに、前記入射偏光子（４０）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の１段フィルタ。
【請求項１４】
前記偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、
回転角が、前記波長範囲において調節可能であり、前記受動型光回転子（４３）の直前又は直後に位置する能動型偏光回転子（４５）と、
前記能動型偏光回転子の回転角を変化させる手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１５】
前記光回転子（４３）と能動型偏光回転子（４５）と偏光子（４２）との組み合わせが、請求項２に記載の偏光子同調器と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記能動型偏光回転子の前記回転角を変化させることによって同調可能又は切り替え可能であり、
さらに、前記入射偏光子（４２）に対し前記出射偏光子（４２）を回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１４に記載の１段フィルタ。
【請求項１６】
前記能動型偏光回転子（４５）が、
前記受動型偏光回転子（４３）の直前に位置し、好ましくは、
磁場を加えられ、回転角が、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変であるファラデー回転子、或いは、
回転角が、制御電圧を印加することによって連続的又は離散的に回転可能であり、通常ツイスト・ネマチック液晶偏光回転子である液晶偏光回転子であり、
その入射結晶軸が、前記入射偏光子（４０）の伝達軸に対し平行になるように配向されることを特徴とする、請求項１５に記載の１段フィルタ。
【請求項１７】
前記出射偏光子（４２）が、好ましくは静止し、前記入射偏光子（４０）に対し平行又は直角に配向され、
前記偏光回転子が、分散的光回転子（４３）、通常石英光回転子であり、
前記フィルタが、
第２の分散的光回転子（４７）であって、前記第２の分散的光回転子と前記最初の光回転子が、前記波長範囲において等しいが互いに反対の回転角を有する１対の光回転子を構築する、第２の分散的光回転子（４７）と、
切り替え可能なリターダーとして働き、その位相遅れが、前記波長範囲において２つの選択できる状態間で切り替え可能であり、したがってリターダーが、それぞれ、前記状態の一方であるときゼロに、他方であるとき１８０°に等しい又はほぼ等しいように動作させる、可変リターダー（４６）と、
前記位相遅れが前記状態で切り替え可能である前記リターダーを動作させ、前記ビーム軸のまわりで前記リターダーを回転させる手段とをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の１段フィルタ。
【請求項１８】
前記第２の光回転子（４７）及び可変リターダー（４６）が、前記入射偏光子（４０）と出射偏光子（４２）の間に直列で配置され、前記可変リターダー（４６）が前記最初の光回転子（４３）と対面して位置し、
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記光回転子（４３）と可変リターダー（４６）と第２の光回転子（４７）との組み合わせが、請求項５に記載のリターダー同調器と同等であり、
前記切り替え状態間で前記リターダーを切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで前記入射偏光子に対し前記リターダーを回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１７に記載の１段フィルタ。
【請求項１９】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲におけるｎ段（ｎ＝２、３、４、・・）スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（４９１）と、
ｎ−１個の中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）と、
回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、整数の比、好ましくは回転の向きを無視して１：２：４：８：・・；２ｎ−１の比になり、好ましくは光回転子及びファラデー回転子から選択される、ｎ個の分散的偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）と、
出射偏光子（４９ｎ＋１）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記出射偏光子及びｎ−１個の中間偏光子を回転させる手段とを有することを特徴とし、
前記ｎ−１個の中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）及びｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、前記光ビーム軸に沿って前記入射偏光子（４９１）と前記出射偏光子（４９ｎ＋１）の間に配置され、
それによって、直列にｎ段を形成し、それぞれが、請求項８に記載の偏光子間に偏光回転子を含み、したがって前記中間偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ）が、ある段の出射偏光子として、及びその後に続く隣接する段の入射偏光子として働き、
したがって、ｎ段の出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）が、形成され配向されて、それぞれが、その直前の偏光子に対して、直前の前記ｎ段の出射偏光子であるｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）の回転角の比と同じ比になったその方位角を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように回転させることによって、同調可能であり、
さらに、同時に前記ｎ偏光回転子の前記回転角を、前記回転角の前記比を不変のままで変化させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２０】
前記ｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、好ましくは分散的光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２１】
前記ｎ個の偏光回転子（５０１、５０２、・・、５０ｎ）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、それぞれに磁場が加えられ、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに有することを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２２】
前記フィルタは、そのスペクトラル伝達が、
前記ファラデー回転角によって決定され、
同時にファラデー回転角を変化させることによって同調可能であり、
又は前記波長範囲において少なくとも２つの選択状態において同時に前記ファラデー回転角を、前記ファラデー回転角が、その前記比を変えないように、又は前記ファラデー回転角がゼロに等しい又はほぼ等しいように、切り替えることによって切り替え可能であり、
さらに、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角の前記比を不変のままで、又は前記ｎ段出射偏光子が、前記入射フィルタに平行又は直角になるように回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆向き光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記ｎ段出射偏光子は、好ましくは静止し、前記ｎファラデー回転角の中でもっとも小さい回転角のファラデー回転子の直後のその段の出射偏光子が、直前の偏光子に対し好ましくは４５°で配向され、その残りのｎ−１段出射偏光子が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になるように、配向されることを特徴とする、請求項２１に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２３】
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ＋１）が、好ましくは前記入射偏光子に対し平行又は直角であり、
前記スペクトル・フィルタが、（５２１、５２２、・・、５２ｎ）をさらに含み、
そのｎ個の回転可能な半波リターダーのそれぞれが、
前記波長範囲において、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、
それぞれ各前記段が請求項１２に従うように配置された前記ｎ光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直後又は直前に位置し、
前記ｎ個の半波リターダーが、それぞれ直前の偏光子に平行になるように、又はその方向角が、それぞれ直前の偏光子に対し、前記配置されたｎ個の光回転子の前記回転角の比と同じ比になるように配向されることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２４】
前記ｎ個のリターダー（５２１、５２２、・・、５２ｎ）が、好ましくは色収差のない又はゼロ次の複屈折リターダー又は同等の液晶電気的回転可能なリターダーであり、それぞれが、直前の偏光子に対し、その方向角が、前記配置されたｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の回転角の比と同じ比であるように配向され、
前記フィルタのスペクトル伝達が、
前記光回転子の前記回転角によって決定され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ個の複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記方向角の前記比を不変のままで、又は前記方向角がゼロの等しいように、機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能であり、
さらに、同時に前記ｎ段出射偏光子を、その方位角が、それぞれ直前の偏光子に対し、直前の光回転角の前記比になるように、回転させることによって同調可能にすることができることを特徴とする、請求項２３に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２５】
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）が、好ましくは静止し、前記入射偏光子に対し平行又は直角に配向され、
前記フィルタが、
ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）であって、その能動型偏光回転子が、前記波長範囲において調節可能である回転角を有し、それぞれ前記ｎ個の受動型光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前又は直後に位置し、したがって各前記段が、請求項１４に記載によるものとし、前記配置されたｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）の回転角が、前記波長範囲においてその直後又は直前のｎ光回転子の回転角の比と同じ比になる、ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）と、
前記ｎ能動型偏光回転子の回転角を変化させる手段とをさらに含み、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
同時に前記能動型回転角を、前記波長範囲において前記能動型回転角の前記比を不変のままで、又は前記能動型回転角をゼロに等しく又はほぼ等しくするように、変化させることによって同調可能又は切り替え可能であり、
さらに、同時に前記ｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ、４９ｎ＋１）を、その方位角が、それぞれその直前の偏光子に対し、その直前の光回転角の前記比になるように、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２６】
前記ｎ個の能動型偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）が、好ましくは
磁場をそれぞれ加えられ、前記磁場の磁束密度を調節することによって可変な回転角を有したファラデー回転子、又は
その回転角が、連続的又は離散的に調節可能であり、それぞれ前記ｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前又は直後に位置する同等の液晶偏光回転子であり、
したがって前記配置されたｎ個のファラデー回転子又は液晶回転子が、前記波長範囲においてオン又はオフに切り替えられたとき、その直後又は直前のｎ個の光回転子の比と同じ比の回転角、又はゼロの等しい又はほぼ等しい回転角を有し、
前記フィルタのスペクトル伝達が、前記波長範囲において同時に前記ファラデー回転子又は液晶回転子の前記回転角を、前記回転角の前記比を不変のままで、又は前記回転角がゼロに等しく又はほぼ等しくなるように、調節することによって同調可能又は切り替え可能であることを特徴とする、請求項２５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２７】
前記ｎ個の液晶偏光回転子（５３１、５３２、・・、５３ｎ）が、好ましくはツイスト・ネマチック液晶偏光回転子であり、それぞれ前記ｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）の直前に位置し、
各前記ツイスト・ネマチック回転子の入射結晶軸が、その直前の偏光子の伝達軸に対し平行であるように配向され、
前記波長範囲において前記ツイスト・ネマチック回転子が、オン又はオフに切り替えられたとき、前記ツイスト・ネマチック回転子が、それぞれゼロに等しい又はほぼ等しい回転角、又は直後のｎ個の光回転子の比と同じ比の回転角を有し、
前記フィルタのスペクトル伝達が、同時に前記ツイスト・ネマチック液晶偏光回転子をオン及びオフすることによって、切り替え可能であることを特徴とする、請求項２６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２８】
前記形成されたｎ段出射偏光子（４９２、４９３、・・、４９ｎ＋１）が、好ましくは静止状態であり、前記入射偏光子（４９１）に対し平行又は直角に配向され、
前記ｎ個の偏光回転子が、好ましくは分散的光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）、通常石英光回転子であり、その回転角が、前記波長範囲において、波長に依存し、前記整数の比であり、
前記フィルタが、
他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）であって、前記他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）及び前記最初のｎ個の光回転子（５１１、５１２、・・、５１ｎ）が、前記波長範囲において、それぞれ等しいが互いに反対の回転角を有したｎ対の光回転子を構築するように選択され、各前記ｎ段が等しいが互いに反対の回転角を有する１対の光回転子を含むように配置される、他のｎ個の分散的光回転子（５４１、５４２、・・、５４ｎ）と、
切り替え可能なリターダーとして働くように動作させ、それぞれが、２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有し、その位相遅れが、前記波長範囲において、それぞれ一方の前記状態ではゼロに、他方の前記状態では１８０°に等しい又はほぼ等しく、
各前記ｎ段が、請求項１７の記載のこの段の光回転子間に挟まれた前記リターダーの１つを含むように配置される、ｎ個の可変リターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）と、
前記ｎ個のリターダーを切り替え、前記ビーム軸のまわりで前記ｎ個のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とする、請求項１９に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項２９】
前記配置されたｎ個の可変リターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）が、前記入射偏光子に対し平行になるように、又はそれらの方向角が、それぞれ直前の偏光子に対し、その直前の光回転子の回転角の比と同じ比になるように配向され、
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
同時に前記ｎ個のリターダー（５５１、５５２、・・、５５ｎ）を前記切り替え状態において切り替えることによって、切り替え可能であり、
さらに、前記ビーム軸のまわりで同時に前記ｎ個のリターダーを、前記方向角に前記比を不変のままで、又は各前記ｎ個のリターダーが、その直前の偏光子に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項２８に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３０】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子を有さない２同調器スペクトル・フィルタであって、
入射偏光子（６１）と、
その回転角ρＳ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（６２）と、
第１のリターダー（６３）と、
その回転角ρＳ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（６４）と、
第２のリターダー（６５）と、
その回転角ρＳ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（６６）と、
出射偏光子（６７）と、
前記ビーム軸のまわりで前記第１及び第２のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρＳ１（λ）、ρＳ２（λ）及びρＳ３（λ）が、前記波長範囲においてρＳ１（λ）：ρＳ２（λ）：ρＳ３（λ）＝１：−２：−１の比であり、
前記第１及び第２のリターダー（６３、６５）が、同一であり、前記波長範囲において好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択される所定の値に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有し、
前記入射及び出射偏光子が、互いに平行で配向され、選択された基準軸に対して４５°である伝達軸を有し、
前記第１の偏光回転子（６２）、第１のリターダー（６３）、第２の偏光回転子（６４）、第２のリターダー（６５）及び第３の偏光回転子（６６）が、前記入射偏光子（６１）と出射偏光子（６７）の間に引用の順番で配置され、
前記リターダー（６３、６５）が、前記基準軸のまわりでそれぞれその光回転子を対称に、前記ビーム軸に沿って見たとき回転角ψ及び−ψで回転するように、配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３１】
前記リターダー（６２、６４、６６）とリターダー（６３、６５）との組み合わせが、同一の位相遅れΔ、及びそれぞれ前記基準軸に対し−（ρＳ１（λ）＋ψ）及び（ρＳ１（λ）＋ψ）に等しい又はほぼ等しい方向角を有した、請求項５に記載の２つのリターダー同調器（６８）、（６９）の直列接続と同等であり、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、式（２４）によって定義され、
前記ビーム軸のまわりで互いに反対の方向で同時に前記リターダー（６３、６５）を、その光軸を基準軸のまわりで対称に保ちながら、回転させることによって同調可能であり、
さらに、同時に前記回転角ρＳ１（λ）、ρＳ２（λ）及びρＳ３（λ）を、前記波長範囲において前記比、１：−２：１を不変のままで、変化させることによって同調可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記リターダー（６３、６５）が前記波長範囲において９０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有したとき、ソルク・タイプの２枚プレート・フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
その伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において同時に前記リターダーの前記位相遅れを好ましくは８０°と１１５°の範囲内で変化させることによって、調節可能であり、
前記出射偏光子（６７）が、前記最初の方向から９０°だけ回転されて前記入射偏光子（６１）に対し直角になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ同調可能で光を伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３２】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは前記波長範囲において前記比１：−２：１である回転角を有した分散的光回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは前記基準軸のまわりで対称に配向された光回転子を有した同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであり、
前記フィルタが、前記ビーム軸のまわりで互いに反対方向に同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記基準軸のまわりで光軸を対称に保って、又は前記複屈折リターダー又は液晶リターダーが、前記入射偏光子（６１）に対し平行であるように、機械的及び／又は電気的に回転させることによって同調可能である、スペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３３】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは、磁場がそれぞれ加えられ、前記波長範囲において前記比１：−２：１である回転角を有した分散的ファラデー回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは、前記基準軸のまわりで対称に、それぞれ前記ビーム軸に沿って見たとき回転角ψ及び−ψで回転して配向された光回転子を有した同等の複屈折リターダーであり、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３４】
前記フィルタが、
前記波長範囲において前記ファラデー回転角の前記比１：−２：１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において同時に前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、前記波長範囲において好ましくは９９．８°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、その光軸が、前記基準軸に対し、好ましくはそれぞれψ＝２２．５°及び−ψ＝−２２．５°で配向されることを特徴とする、請求項３３に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３５】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（６２、６４、６６）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記リターダー（６３、６５）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸が、前記基準軸のまわりで対称であるように配向され、
それぞれが、好ましくは８０°と１１５°の範囲で可変な位相遅れを有し、かつ／又は少なくとも２つの選択状態において切り替え可能であり、
したがって前記可変リターダーが、前記波長範囲において前記切り替え状態の一方では０°に等しい又はほぼ等しい、他方の状態では好ましくは８０°と１１５°の範囲から選択された値に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することを特徴とする、請求項３０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３６】
前記フィルタは、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、同時に前記可変リターダー（６３、６５）の前記位相遅れを変化させることによって調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、
同時に前記可変リターダーを、その光軸を前記基準軸のまわりで対称に保って、互いに反対方向に回転させることによって同調可能であり、
前記位相遅れを前記状態で切り替えて、同時に前記可変リターダー（６３、６５）を切り替えることによって切り替え可能であることを特徴とする、請求項３５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３７】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項３及び５に記載の中間偏光子なしの３同調器フィルタであって、
前記フィルタが、
入射偏光子（７１）と、
その回転角ρｌ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（７２）と、
第１の４倍波リターダー（７３）と、
その回転角ρｌ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（７４）と、
第２の４倍波リターダー（７５）と、
その回転角ρｌ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（７６）と、
出射偏光子（７７）と、
前記光ビーム軸のまわりで前記リターダー及び前記出射偏光子を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρｌ１（λ）、ρｌ２（λ）及びρｌ３（λ）が、前記波長範囲においてρｌ１（λ）：ρｌ２（λ）：ρｌ３（λ）＝１：１：−１の比であり、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、色収差のない又はゼロ次のリターダーであり、前記波長範囲において９０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することが好ましく、
前記第１の偏光回転子（７２）、第１の４倍波リターダー（７３）、第２の偏光回転子（７４）、第２の４倍波リターダー（７５）及び第３の偏光回転子（７６）が、前記入射偏光子（７１）と出射偏光子（７７）の間で引用された順番で配置され、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び前記出射偏光子（７７）が、前記第１及び第２のリターダー（７３、７５）の方向角ψ１及びψ２及び前記出射偏光子（７７）の方位角Ｐ２を前記入射偏光子７１に対し、ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１の比又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１の比にするように、配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３８】
前記回転子（７２、７４、７６）と前記リターダー（７３、７５）と前記出射偏光子（７７）との組み合わせが、請求項５に記載の２つのリターダー同調器（７８、７９）と請求項３に記載の偏光子同調器（８０）との直列接続と同等であり、
前記リターダー同調器が、９０°に等しい又はほぼ等しい同一の位相遅れを有し、その方向角が、それぞれ−（ρｌ１（λ）＋ψ１）及び（２ρｌ１（λ）＋ψ２）に等しく、
前記偏光子同調器が、ρｌ１（λ）＋Ｐ２に等しい方位角を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
リヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、又は前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）が、前記入射偏光子に対して平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記出射偏光子（７７）が、その最初の方向Ｐ２＝ψ１又はＰ２＝９０°＋ψ１から９０°だけ回転させて、前記第１及び第２のリターダー（７３、７５）の方向角及び出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、比ψ１：ψ２：（Ｐ２＋９０°）＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：Ｐ２＝１：２：１になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調的に伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項３９】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であることが好ましく、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角及び前記出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１であり、
前記フィルタが、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記方向角及び方位角の前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、回転させることによって、同調可能であるスペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４０】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ、磁場を加えられ、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であり、
前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角及び前記出射偏光子（７７）の方位角が、前記入射偏光子（７１）に対し、前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１になるように配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、電気的に前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４１】
前記フィルタは、スペクトル伝達が、
前記比１：１：−１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、同調可能であり、
さらに、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１及び第２の複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）を、前記方向角及び方位角の前記比ψ１：ψ２：Ｐ２＝１：２：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（Ｐ２−９０°）＝１：２：１を不変のままで、又は前記複屈折リターダー（７３、７５）及び出射偏光子（７７）が、前記入射偏光子（７１）に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記フィルタが、一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして働き、
前記複屈折リターダー（７３、７５）及び前記出射偏光子（７７）が、静止し、前記入射偏光子（７１）に対し、それぞれ好ましくはψ１＝４５°、ψ２＝９０°及びＰ２＝４５°又はψ１＝４５°、ψ２＝０°及びＰ２＝−４５°で配向されることを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４２】
前記第１、第２及び第３の偏光回転子（７２、７４、７６）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：１：−１であり、
前記出射偏光子（７７）が、静止し、前記入射偏光子に対し、平行又は直角であることが好ましく、
前記フィルタが、回転可能な半波リターダー（８１）をさらに含み、
その半波リターダー（８１）が、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、前記第３の偏光回転子（７６）と前記出射偏光子（７７）の間に配置され、前記入射偏光子（７１）に対し角度ψ３で配向され、
したがって前記第１及び第２の４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になり、又はそれらの方向角ψ１、ψ２及びψ３が、比ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１又は比ψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１になることを特徴とする、請求項３７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４３】
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
リヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）を、その前記方向角の前記比ψ１：ψ２：ψ３＝２：４：１又はψ１：（ψ２−９０°）：（ψ３−９０°）＝２：４：１を不変のままで、又は前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、前記入射偏光子（７１）に対し平行又は直角になるように、回転させることによって同調可能であり、
前記４倍波リターダー（７３、７５）及び前記半波リターダー（８１）が、好ましくは、同等の色収差のない及び前記ゼロ次の複屈折リターダー、又は液晶の電気的回転可能なリターダーであることを特徴とする、請求項４２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４４】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子のない３同調器スペクトル・フィルタであって
入射偏光子（８２）と、
その回転角ρＰ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（８３）と、
第１のリターダー（８４）と、
その回転角ρＰ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（８５）と、
第２のリターダー（８６）と、
その回転角ρＰ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（８７）と、
第３のリターダー（８８）と、
その回転角ρＰ４（λ）が、光波長λの関数として変化する第４の偏光回転子（８９）と、
出射偏光子（９０）と、
前記ビーム軸のまわりで前記第１、第２及び第３のリターダーを回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρＰ１（λ）、ρＰ２（λ）、ρＰ３（λ）及びρＰ４（λ）が、前記波長範囲においてρＰ１（λ）：ρＰ２（λ）：ρＰ３（λ）：ρＰ４（λ）＝１：−２：２：−１の比であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、同一であり、前記波長範囲において好ましくは６０°と１００°に範囲から選択された所定の値に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有し、
前記第２のリターダー（８６）が、半波リターダーであり、前記波長範囲において１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、
前記第１の偏光回転子（８３）、第１のリターダー（８４）、第２の偏光回転子（８５）、第２のリターダー（８６）、第３の偏光回転子（８７）、第３のリターダー（８８）及び第４の偏光回転子（８９）が、前記入射偏光子（８２）と出射偏光子（９０）の間で引用された順番で配置され、前記入射偏光子（８２）が、選択された基準軸に対し平行又は４５°であるように配向されており、
前記出射偏光子（９０）が、前記入射偏光子（８２）に対し直角であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、互いに平行であり、
それらの光軸及び前記第２のリターダー（８６）の光軸が、前記基準軸に対し互いに反対側であり、それぞれ前記ビーム軸に沿って見ると角度−ψ及びψ＋４５°回転していることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４５】
前記回転子（８３、８５、８７、８９）とリターダー（８４、８６、８８）との組み合わせが、請求項５に記載の３つのリターダー同調器（９１、９２、９３）の直列接続と同等であり、
第１及び第３のリターダー同調器（９１、９３）が、Δに等しい同一の位相遅れを有し、互いに平行であり、角度−（ρＰ１（λ）＋ψ）で配向され、
中央のリターダー同調器（９２）が、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れ及び方向角ρＰ１（λ）＋ψ＋４５°を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
式（３１ａ）又は（３１ｂ）によって定義され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）を、前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）を同期して一方向に及び前記第２のリターダー（８６）をそれとは反対方向に同じ速度で回転させ、前記角度ψを変化させることによって同調可能であり、
さらに、前記波長範囲において同時に前記回転角ρＰ１（λ）、ρＰ２（λ）、ρＰ３（λ）及びρＰ４（λ）を、前記比１：−２：２：−１を不変のままで、変化させることによって同調可能であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）の位相遅れの前記所定の値が、７５．５２°又は９０°であるとき、ソルク・タイプの３枚プレート・フィルタ又はリヨ２段フィルタのスペクトル伝達と同等であり、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において同時に前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）の前記位相遅れを、好ましくは６０°と１００°の範囲内で変化させることによって調節可能であり、
前記出射偏光子（９０）が、前記最初の方向から９０°だけ回転し、前記入射偏光子（８２）に対し平行になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調可能で伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４６】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：−２：２：−１であることが好ましく、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであって、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°及び−ψで配向され、
前記フィルタが、前記光ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを機械的及び／又は電気的に回転させ、それら方向角−ψ、ψ＋４５°及び−ψの関係を不変のままで、前記角度ψを変化させることによって、同調可能であるスペクトル伝達を有することを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４７】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ磁場を加え、その回転角が、前記波長範囲において前記比１：−２：２：−１であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°及び−ψで配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４８】
前記フィルタが、
前記ファラデー回転角の前記比１：−２：２：−１を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、静止し、前記基準軸に対し、その光軸が、好ましくはそれぞれ−ψ＝−２２．５°、ψ＋４５°＝６７．５°及び−ψ＝−２２．５°になるように配向され、
前記−ψ＝−２２．５°の複屈折リターダーが、前記波長範囲において好ましくは７０．５°に等しい又はほぼ等しい位相遅れΔを有することを特徴とする、請求項４７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項４９】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１及び第３のリターダー（８４、８８）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸が、互いに平行であり、前記基準軸に対し−ψで配向され、それぞれが、好ましくは６０°と１００°の範囲で可変な位相遅れΔを有し、
前記第３のリターダー（８６）が、好ましくは、前記基準軸に対しψ＋４５°で配向された複屈折半波リターダーであり、
前記フィルタは、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、同時に可変リターダーの前記位相遅れΔを変化させることによっての調節可能であり、
スペクトル伝達が、同時に前記可変リターダー及び前記半波リターダーを、前記可変リターダーを同期して一方向に、前記半波リターダーをそれとは反対の方向に同じ速度で回転させて、前記角度ψを変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５０】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（８３、８５、８７、８９）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（８４、８６、８８）が、好ましくは可変リターダーであって、前記波長範囲において、その光軸が、前記基準軸に対しそれぞれ−ψ、ψ＋４５°、−ψで配向され、少なくとも２つの選択状態で切り替え可能な位相遅れを有するように動作させ、
したがって前記−ψの可変リターダーが、前記切り替え状態の一方では０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、他方の状態では、好ましくは６０°と１００°の範囲の値を取る位相遅れを有することになり、
前記ψ＋４５°の前記可変リターダーが、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有することになることを特徴とする、請求項４４に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５１】
前記フィルタは、
スペクトル伝達が、前記切り替え状態で前記位相遅れを切り替えて、同時に前記可変リターダーを切り替えることによって切り替え可能であり、
そのスペクトル伝達ピークの帯域幅が、前記波長範囲において、同時に前記−ψの可変リターダーの前記位相遅れを変化させ、１８０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有するように前記ψ＋４５°の可変リターダーを動作させることによって、調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記可変リターダーを、前記−ψの可変リターダーを同期して一方向に前記ψ＋４５°の可変リターダーをそれとは反対の方向に同じ速度で回転させて角度ψを変化させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項５０に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５２】
前記フィルタが、前記光ビーム軸に沿って縦列に配置された要素を含む、前記波長範囲において請求項５に記載の中間偏光子のない３同調器スペクトル・フィルタであって
入射偏光子（９４）と、
その回転角ρｂ１（λ）が、光波長λの関数として変化する第１の偏光回転子（９５）と、
第１のリターダー（９６）と、
その回転角ρｂ２（λ）が、光波長λの関数として変化する第２の偏光回転子（９７）と、
第２のリターダー（９８）と、
その回転角ρｂ３（λ）が、光波長λの関数として変化する第３の偏光回転子（９９）と、
第３のリターダー（１００）と、
その回転角ρｂ４（λ）が、光波長λの関数として変化する第４の偏光回転子（１０１）と、
出射偏光子（１０２）と、
前記ビーム軸のまわりで前記リターダー（９６、９８、１００）を回転させる手段とを含むことを特徴とし、
前記回転角ρｂ１（λ）、ρｂ２（λ）、ρｂ３（λ）及びρｂ４（λ）が、前記波長範囲においてρｂ１（λ）：ρｂ２（λ）：ρｂ３（λ）：ρｂ４（λ）＝３：−４：４：−３の比であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、前記波長範囲において好ましくは条件３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°が満たされるように値を取った位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３を有し
前記第１の偏光回転子（９５）、第１のリターダー（９６）、第２の偏光回転子（９７）、第２のリターダー（９８）、第３の偏光回転子（９９）、第３のリターダー（１００）及び第４の偏光回転子（１０１）が、前記入射偏光子（９４）と前記出射偏光子（１０２）の間で引用された順番で配置され、
前記入射偏光子（９４）及び前記出射偏光子（１０２）が、互いに直角であり、前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）の方向角が、前記入射偏光子（９４）に対しそれぞれ３ψ、−ψ及び３ψであり、その比が３ψ：−ψ：３ψ＝３：−１：３になるように配向されることを特徴とする、請求項６に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５３】
前記偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）とリターダー（９６、９８、１００）との組み合わせが、請求項５に記載の３つのリターダー同調器（１０３、１０４、１０５）の直列接続と同等であり、
第１及び第３のリターダー同調器（１０３、１０５）が、Δ１に等しい同一の位相遅れを有し、互いに平行であり、角度３（ρｂ１（λ）＋ψ）で配向され、
中央リターダー同調器（１０４）が、Δ２に等しい位相遅れ及び方向角−（ρｂ１（λ）＋ψ）を有し、
前記フィルタは、そのスペクトル伝達が、
前記回転角によって決定され、
式（３６ａ）又は（３６ｂ）によって定義され、
前記光ビーム軸のまわりで同時に前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）を、前記第１及び第３のリターダー（９６、１００）を同期して一方向で、前記第２のリターダー（９８）をそれとは反対方向で回転させ、前記比３：−１：３の関係を不変のままで、又は前記第１、第２、及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、前記入射偏光子に対し平行であるように前記それらの前記方向角を変化させることによって、同調可能であり、
さらに、前記波長範囲において同時に前記回転角ρｂ１（λ）、ρｂ２（λ）、ρｂ３（λ）及びρｂ４（λ）を、それらの前記比３：−４：４：−３を不変のままで変化させることによって同調可能であり
方形波形又は近似的に方形波形のスペクトル伝達が、前記位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３として好ましくは３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°のように値を取ることによって、得られ、
最大伝達ピークの勾配及び第２の最大値が、同時に前記位相遅れΔ１、Δ２及びΔ３を、好ましくは条件３０°≦Δ１＝Δ３≦５０°及び１７０°≦２Δ１＋Δ２≦２２０°を維持しながら、変化させることによって調節可能であり、
前記出射偏光子（１０２）が、前記最初の方向から９０°だけ回転させ、前記入射偏光子（９４）に対し平行になったとき、そのスペクトル伝達が、反転されて、前記最初のフィルタが、光を遮断し伝達した波長において、それぞれ光を同調可能で伝達し遮断するノッチ・フィルタとして働くことを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５４】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは分散的光回転子であって、その回転角が、前記波長範囲において前記比３：−４：４：−３であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは同等の複屈折リターダー又は液晶の電気的回転可能なリターダーであって、その方向軸が、前記入射偏光子に対し前記比３：−１：３であり、
前記フィルタが、前記ビーム軸のまわりで同時に前記複屈折リターダー又は液晶リターダーを、前記方向角の前記比３：−１：３を不変のままで、又は前記複屈折リターダー又は液晶リターダーが、前記入射偏光子（９４）に対し平行であるように機械的及び／又は電気的に回転させることによって、同調可能であることを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５５】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは分散的ファラデー回転子であって、それぞれ磁場を加え、その回転角が、前記波長範囲において前記比３：−４：４：−３であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは同等の複屈折リターダーであって、その方向角が、前記入射偏光子（９４）に対し前記比３：−４：４：−３になるようにその光軸を配向され、
前記フィルタが、前記磁場の磁束密度を調節することによって、前記ファラデー回転角を変化させる手段をさらに含むことを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５６】
前記フィルタが、
前記波長範囲において前記ファラデー回転角の前記比３：−４：４：−３を不変のままで、同時に前記ファラデー回転角を変化させることによって、又は少なくとも２つの選択状態において前記ファラデー回転角を切り替えることによって、同調可能又は切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
一方向に光を伝達し同調可能でフィルタリングするが、逆方向の光を遮断する一方向デバイスとして機能し、
前記複屈折リターダーが、静止し、前記入射偏光子（９４）に対し、その光軸が、好ましくはそれぞれ３ψ＝６７．５°、−ψ＝−２２．５°及び３ψ＝６７．５°になるように配向され、
前記波長範囲において前記位相遅れΔ１及びΔ３が、好ましくは３８．４°に等しく又はほぼ等しく、前記位相遅れΔ２が、１０８．２°に等しい又はほぼ等しいことを特徴とする、請求項５５に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５７】
前記第１、第２、第３及び第４の偏光回転子（９５、９７、９９、１０１）が、好ましくは同等の分散的光回転子であり、
前記第１、第２及び第３のリターダー（９６、９８、１００）が、好ましくは可変リターダーであって、その光軸の方向角が、前記比３：−１：３になるように前記入射偏光子に対し配向され、少なくとも２つの選択状態で切り替え可能な位相遅れを有するように動作させ、
したがって前記波長範囲において前記切り替え状態の一方では前記可変リターダーが、０°に等しい又はほぼ等しい位相遅れを有し、他方の状態では前記可変リターダーが、位相遅れに対する前記条件を満たすように値を取った位相遅れを有することになることを特徴とする、請求項５２に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５８】
前記フィルタが、前記切り替え状態で前記位相遅れを切り替えて、同時に前記可変リターダーを切り替えることによって切り替え可能なスペクトル伝達を有し、
その最大伝達ピークの勾配及び第２の最大値が、同時に前記可変リターダーの前記位相遅れを、前記条件を満たしたままで変化させることによって調節可能であり、
そのスペクトル伝達が、前記ビーム軸のまわりで同時に前記可変リターダーを、その方向角の前記比３：−１：３を不変のままで、回転させることによって同調可能であることを特徴とする、請求項５７に記載のスペクトル・フィルタ。
【請求項５９】
波長範囲において波長同調可能で光をフィルタリング方法であって、
入射偏光子、少なくとも１つの分散的偏光回転子及び少なくとも１つの方向感受性偏光用要素を含む、請求項６に記載のスペクトル・フィルタを設けるステップと、
前記偏光用要素を回転させることによって、かつ／又は前記偏光回転子の回転角を変化させることによって前記スペクトル・フィルタを同調させるステップとを含む、方法。
【請求項６０】
前記フィルタが、入射偏光子、回転可能な出射偏光子及び分散的偏光回転子を含む、請求項８に記載の１段スペクトル・フィルタであり、
前記方法が、前記入射偏光子に対し前記出射偏光子を回転させることによって、かつ／又は前記分散的偏光回転子の回転角を変化させることによって前記１段フィルタを同調させるステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記１段フィルタが、請求項１２又は請求項１４によって修正され、回転可能な半波リターダー又は能動型偏光回転子をさらに含み、
前記方法が、前記リターダーを回転させることによって、又は前記能動型偏光回転子の回転角を変化させることによって前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記１段フィルタが、請求項１７によって修正され、第２の分散的偏光回転子及び２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有した可変リターダーをさらに含み、
前記方法が、前記切り替え状態において前記リターダーを切り替えることによって、前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記フィルタが、請求項１９に記載のｎ段（ｎ＝２、３、４、・・・）スペクトル・フィルタであって、
その前記ｎ段スペクトル・フィルタが、入射偏光子、ｎ個の回転可能な偏光子及びｎ個の偏光回転子を含み、
前記入射偏光子、ｎ個の回転可能な偏光子及びｎ個の偏光回転子が、請求項１９に記載に従って配向され、
前記方法が、
同時に前記ｎ個の回転可能な偏光子を、その方位角の比を不変のままで、又は前記ｎ個の回転可能な偏光子が、前記入射偏光子に対し平行又は直角になるように回転させることによって、
さらに、同時に前記ｎ個の偏光回転子の前記回転角を、それらの前記回転角の比を不変のままで変化させることによって前記ｎ段フィルタを同調させるステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記ｎ段フィルタが、請求項２３又は請求項２５によって修正され、ｎ個の回転可能な半波リターダー又はｎ個の能動型偏光回転子をさらに含み、
前記方法が、
同時に前記ｎ個の半波リターダーを、それらの方向角の比を不変のままで、又は前記方向角が、ゼロに等しくなるように回転させることによって、又は
同時に前記ｎ個の能動型偏光回転子の回転角を、前記波長範囲においてそれらの比を不変のままで、又はゼロに等しい又はほぼ等しいように、変化させることによって前記ｎ段フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記ｎ段フィルタが、請求項２２によって修正され、他のｎ個の分散的偏光回転子と、それぞれが２つの選択状態間で切り替え可能な位相遅れを有したｎ個の同一の可変リターダーとをさらに含み、
前記方法が、
前記切り替え状態において同時に前記ｎ個の可変リターダーを切り替えることによって、かつ／又は
同時に前記ｎ個のリターダーを、それらの前記方向角の比を不変のままで、又は各前記ｎ個のリターダーがその直前の偏光子に対し平行になるように回転させることによって前記フィルタを同調させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記フィルタが、請求項３０、３７、４４又は５２に記載の中間偏光子のないスペクトル・フィルタであって、
その中間偏光子のないスペクトル・フィルタが、入射偏光子と、出射偏光子と、少なくとも３つの分散的偏光回転子と、少なくとも２つのリターダーとを含み、
前記リターダーが、請求項３０、３７、４４又は５２の記載に従って配向され、
前記方法が、
前記波長範囲において同時に前記リターダーを、又は同時に前記リターダー及び出射偏光子を、それらの方向角の比を不変のままで回転させることによって、かつ／又は
前記波長範囲において同時に前記偏光回転子の回転角を、前記回転角の比を不変のままで変化させることによって、前記フィルタを同調させるステップを含み、かつ／又は
前記リターダーの位相遅れを好ましくは所定の範囲で変化させることによって、前記フィルタの伝達プロフィールを調節するステップを含むことを特徴とする、請求項５９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３ａ】
【図２３ｂ】
【図２３ｃ】
【図２３ｄ】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７ａ】
【図２７ｂ】
【図２７ｃ】
【図２９】
【図３０ａ】
【図３０ｂ】
【図３０ｃ】
【図３０ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３ａ】
【図２３ｂ】
【図２３ｃ】
【図２３ｄ】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７ａ】
【図２７ｂ】
【図２７ｃ】
【図２９】
【図３０ａ】
【図３０ｂ】
【図３０ｃ】
【図３０ｄ】
【公表番号】特表２００６−５１０９３５（Ｐ２００６−５１０９３５Ａ）
【公表日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６１５４７（Ｐ２００４−５６１５４７）
【出願日】平成１５年１２月１９日（２００３．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００３／０００９７７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５７４１３
【国際公開日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（５０５２３１３７２）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１２月１９日（２００３．１２．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＩ２００３／０００９７７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５７４１３
【国際公開日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（５０５２３１３７２）
【Ｆターム（参考）】
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