CN103415803A - 光调制元件以及具备光调制元件的显微镜装置 - Google Patents

Abstract

一种光调整元件，其具有：第1液晶层，其包含沿着第1方向取向的液晶分子；第1液晶元件，其具有夹着第1液晶层地相对配置的两个第1透明电极，通过对这两个第1透明电极之间外加与规定的波长相应的电压，来控制透过第1液晶层的、从光源发出的具有规定的波长的直线偏振光的相位；偏振片，其被配置于比第1液晶元件更靠近光源侧，具有沿着第1液晶元件的第1方向或者与第1方向正交的方向的透光轴；旋转机构，其支承第1液晶元件以及偏振片，且将第1液晶元件的光轴作为旋转轴，使第1液晶元件与偏振片作为一体地旋转。

Description

光调制元件以及具备光调制元件的显微镜装置

技术领域

本发明涉及一种采用液晶并控制透过该液晶的光的相位的光调制元件以及具备这样的光调制元件的显微镜装置。

背景技术

以往以来，一直在利用激光器显微镜、光拾取装置、激光器加工机等，通过将光照射到对象物来检测该对象物的形状等信息或使该对象物产生某些变化的装置。在这样的装置中，为了更加提高析像度，从光源照射并被聚光到对象物的束斑的直径越小越理想。一般地，束斑的最小直径根据衍射极限来规定，该最小直径与波长成比例。因此，从光源照射的光的波长越短，束斑的直径也能够越小。

但是，发出波长短的光的光源，例如发出紫色或紫外光的激光器，相比发出比这更长的波长例如绿色或红色光的光源，一般更昂贵。并且，一般地，在从紫色到紫外的整个波长范围内，随着波长变短，光学材料的透射率也降低。因此，对紫色或紫外光具有高透射率的光学材料的种类一直受到限制。

因此，径向偏振光受到瞩目。径向偏振光是以光轴作为中心，直线偏振光的偏振面放射状地分布的偏振光。报告了如下内容：通过物镜将径向偏振光汇聚于焦点，由此，被聚光到焦平面的光成为z偏振光（即，光的传播方向与电场方向相同的偏振光），能够使光聚焦到比根据X或Y偏振光的衍射极限而确定的束斑直径更小的光点直径，即得到超析象能力的效果。并且，还提出一种插入了将来自光源的直线偏振光转换成径向偏振光的光调制元件的显微镜（例如，参照特开2010-19630号公报以及特开2010-15877号公报）。

并且，还提出了一种通过将采用液晶的光调制元件配置于光学系统内，并将使光学系统中产生的波前像差消除的相位分布提供给通过该光调制元件的光束，来补偿波前像差的技术（例如，参照特开2005-202323号公报）。

发明内容

光调制元件有时被设计为，当直线偏振光的偏振面沿着与该入射面正交的规定的方向入射时，能够将该直线偏振光转换成径向偏振光。因此，为了得到上述那样的超析像度的效果，寻求在插入光调制元件到光照射装置时，调节光调制元件的对准，以使从光源发出的直线偏振光的偏振面在光调制元件的入射面上向着预定的方向。

并且，即使在由采用液晶的光调制元件来校正光学系统中产生的波前像差的情况下，如果直线偏振光的偏振面相对于光调制元件所具有的液晶分子的取向方向没有向着规定的方向，提供给透过了光调制元件的光束的相位分布也不会成为如所设计那样的相位分布，无法适当地校正波前像差。因此，在这种情况下，也寻求正确地对准光调制元件，以使直线偏振光的偏振面相对于光调制元件所具有的液晶分子的取向方向而向着规定的方向。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够使入射的直线偏振光的偏振面与液晶分子的取向方向一致的光调制元件。

根据本发明的一个方面，提供一种光调制元件。该光调制元件，具有：第1液晶层，其包含沿着第1方向取向的液晶分子；第1液晶元件，其具有夹着第1液晶层地相对配置的两个第1透明电极，通过对两个第1透明电极之间外加电压，来控制透过第1液晶层的、从光源发出的具有规定的波长的直线偏振光的相位，电压是与规定的波长相应的电压；偏振片，其被配置为比第1液晶元件更靠近光源侧，具有沿着第1液晶元件的第1方向或者与第1方向正交的方向的透光轴；旋转机构，其支承第1液晶元件以及偏振片，且将第1液晶元件的光轴作为旋转轴，使第1液晶元件与偏振片作为一体地旋转。

在该光调制元件中，优选偏振片相对于旋转机构装卸自如地被支承。

另外，该光调制元件中，优选旋转机构在比第1液晶元件更靠近光源侧处具有导轨，导轨沿着与光轴正交的面，以偏振片能够在从第1位置到第2位置的范围内移动的方式保持偏振片，该第1位置是与入射到第1液晶元件的直线偏振光的光束不重叠的位置，该第2位置是光束整体通过偏振片的位置。

另外，该光调制元件中，优选第1液晶元件的两个第1透明电极的其中一个，是与以光轴为中心的同心圆状的多个环形带中的至少一个第1环形带对应的环形电极，第1液晶元件通过对环形电极与两个第1透明电极的另一个之间外加与规定的波长相应的电压，来使透过第1环形带的直线偏振光的相位相对于透过与多个环形带中的第1环形带不同的第2环形带的直线偏振光的相位发生反转。

该光调制元件优选还具有：偏振面旋转元件，其将从第1液晶元件射出的直线偏振光转换成径向偏振光。这种情况下，旋转机构支承第1液晶元件、偏振面旋转元件以及偏振片，且将光轴作为旋转轴，使第1液晶元件、偏振面旋转元件与偏振片作为一体地旋转。

该光调制元件优选还具有：安装部，其针对具有光源与物镜的显微镜装置，在光源与物镜之间安装光调制元件，以使光调制元件将从光源发出的直线偏振光转换成径向偏振光，并使该径向偏振光被物镜聚光到对象物上。

这种情况下，优选偏振面旋转元件具有包含液晶分子的第2液晶层、以及夹着该第2液晶层相对地配置的第2两个透明电极，第2液晶层具有沿着以光轴为中心的圆周方向配置的多个区域，多个区域中的每个所包含的液晶分子的取向方向相互不同，对于第2液晶层的多个区域中的每一个，通过对第2两个透明电极之间外加与规定的波长相应的电压，使直线偏振光中的透过了该区域的分量的偏振面根据该区域所包含的液晶分子的取向方向，旋转到与以光轴为中心的放射方向平行。

另外，该光调制元件中，优选第1液晶元件的两个第1透明电极的其中一个，是与以光轴为中心的同心圆状的多个环形带中的每一个对应地配置的多个环形电极，第1液晶元件针对多个环形电极中的每一个，通过调节外加于该环形电极与两个第1透明电极的另一个之间的电压，来针对多个环形带的每一个控制透过该环形带的直线偏振光的相位调制量。

另外，优选光调制元件被配置于具有光源与物镜的光学系统内，还具有驱动装置，其针对多个环形电极中的每一个，调节外加于该环形电极与两个第1透明电极的另一个之间的电压，以产生透过多个环形带中的每一个的直线偏振光的相位调制量，从而消除光学系统中产生的波前像差的相位分布。

另外，该光调制元件优选还具有：第2液晶元件，其沿着光轴被配置于偏振片与第1液晶元件之间，第2液晶元件具有：包含沿着第1方向被取向的液晶分子的第2液晶层以及夹着第2液晶层相对地配置的两个第2透明电极，通过对两个第2透明电极之间外加与规定的波长相应的电压，来控制透过第2液晶层的直线偏振光的相位。这种情况下，旋转机构支承第1液晶元件、第2液晶元件以及偏振片，且将光轴作为旋转轴，使第1液晶元件、第2液晶元件与偏振片作为一体地旋转。

该光调制元件中，优选两个第2透明电极中的至少一个的电极图形与两个第1透明电极的任一电极的图形均不同。

本发明的另一方式提供了一种显微镜装置。该显微镜装置具有：光源，其输出具有规定的波长的直线偏振光；光调制元件，其控制直线偏振光的相位；物镜，其将透过了光调制元件的光束聚光到试样的规定点；受光元件，其接受来自规定点的光。光调制元件具有：第1液晶层，其包含沿着第1方向取向的液晶分子；液晶元件，其具有夹着第1液晶层地相对配置的两个第1透明电极，通过对两个第1透明电极之间外加与规定的波长相应的电压，来控制透过第1液晶层的直线偏振光的相位；偏振片，其被配置于比液晶元件更靠近光源侧处，具有沿着液晶元件的第1方向或者与第1方向正交的方向的透光轴；旋转机构，其支承液晶元件以及偏振片，且将液晶元件的光轴作为旋转轴，使液晶元件与偏振片作为一体地旋转。

发明的效果

本发明所涉及的光调制元件，达到了能够使入射的直线偏振光的偏振面与液晶分子的取向方向一致的效果。

附图说明

图1是具备本发明的实施方式所涉及的光调制元件的激光显微镜的概略构成图。

图2的（A）是从偏振面旋转元件侧看去的本发明的第1实施方式所涉及的光调制元件的概略后视图，图2的（B）是第1实施方式所涉及的光调制元件的概略侧视图。

图3的（A）是光调制元件所具有的转动支承部件的概略后视图，图3的（B）是光调制元件的透视侧视图，图3的（C）是从图2的（A）的箭头XX′的方向看去的虚线上的光调制元件的概略侧视剖面图。

图4是光调制元件的概略正视图。

图5的（A）是从图4的YY′的箭头的方向看去的虚线上的、没有外加电压时的光调制元件的概略侧视剖面图，图5的（B）是从图4的YY′的箭头的方向看去的虚线上的、外加了电压时的光调制元件的概略侧视剖面图。

图6的（A）是相位反转元件的透明电极的一个例子的概略正视图，图6的（B）是相位反转元件的透明电极的另一个例子的概略正视图。

图7是示出了偏振面旋转元件的液晶层的各区域内的液晶的取向方向、与透过了各区域的直线偏振光分量的偏振光方向的图。

图8是示出了从本发明的第1实施方式所涉及的光调制元件射出了的径向偏振光的概略的图。

图9是示出了偏振面旋转元件的液晶层具有取向方向相互不同的6个区域的情况下的、各区域内的液晶的取向方向与透过了各区域的直线偏振光分量的偏振光方向的图。

图10是示出了外加于偏振面旋转元件所具有的透明电极之间的液晶层的电压与由于该液晶层产生的正常光线与异常光线的光程差的一个例子的图。

图11的（A）是偏振片被插入到入射于相位反转元件的光束内时的偏振片以及导轨的概略立体图，图11的（B）是偏振片退离到入射到相位反转元件的光束外时的偏振片以及导轨的概略立体图，图11的（C）是偏振片概略立体图。

图12是示出了偏振片透光轴与相位反转元件的液晶分子的取向方向的关系的示意图。

图13是根据第2实施方式的光调制元件的概略侧视剖面图。

图14是示出根据第2实施方式的光调制元件所具有的相位调制元件所具有的两个透明电极的其中一个的构造的一个例子的概略正视图。

图15的（A）以及图15的（B）是分别示出在具有n个圆形电极以及环形电极的相位调制元件中，被外加电压的电极的一个例子的图。

图16的（A）是示出为了校正由包含物镜的光学系统产生的波前像差，对与相位调制元件的各环形电极相对的透明电极之间外加的电压的分布的一个例子的图，图16的（B）是示出了按照图16的（A）所示的电压的分布，相位调制元件7产生的相位调制量的分布的一个例子的图。

图17是根据第2实施方式的变形例的光调制元件的概略侧视剖面图。

图18是示出了相位调制元件所具有的两个透明电极的其中一个的构造的另一个例子的概略正视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对根据各种实施方式的光调制元件进行说明。该光调制元件具有控制入射的直线偏振光的相位或偏振面的液晶元件。进一步地，该光调制元件具有使液晶元件相对于直线偏振光的偏振面旋转的旋转机构，且通过透过了液晶元件的光的强度，来调节直线偏振光的实际的偏振面的方向相对于液晶元件内的液晶分子的取向方向的偏离，由此能够使从光源发出的直线偏振光的偏振光方向与液晶元件内的液晶分子的取向方向一致。

图1是本发明的实施方式所涉及的具备了光调制元件的激光显微镜的概略构成图。在激光器显微镜100中，从作为输出直线偏振光的相干光源的激光源101射出了的光束通过准直光学系统102变成平行光，透过分束器106。然后，该平行光透过光调制元件103，通过物镜104被聚光到试样105上。通过试样105反射或散射了的光束、或者由试样产生的荧光等包含试样105的信息的光束沿光程反向前进，被分束器106反射，由作为第2光学系统的共焦光学系统107再次聚光到共焦点针孔108上。而且，该光束中所包含的、来自试样的焦点位置之外的光束被切断，仅来自该焦点位置的光束被具有光电二极管或光电倍增管的检测器109检测。然后，检测器109将与检测到的光的光量相应的电信号输出到控制器110。

控制器110具有用于将例如处理器、存储器、控制器110与激光器显微镜100的各部连接的接口电路。而且，控制器110控制激光器光源101以及光调制元件103。而且，控制器110通过向激光器光源101供应规定的电力，来使激光器光源101输出照明光。并且，在激光器光源101具有多个发光元件的情况下，例如，控制器110依照用户通过未图示的用户界面的操作，将使多个发光元件中的任意一个发光元件输出照明光的控制信号发送到激光器光源101。

控制器110还具有驱动电路111，通过该驱动电路111来控制光调制元件103。即，控制器110控制驱动电路111，以便将与从激光器光源101输出的光的波长相应的外加电压外加到光调制元件103所具有的各液晶层。由此，光调制元件103能够控制具有规定的波长的直线偏振光的相位以及偏振面。

特别地，在激光器光源101具有输出波长相互不同的光的多个发光元件的情况下，控制器110根据发光的发光元件，调节外加于光调制元件103所具有的液晶层的电压。

另外，从驱动电路111对光调制元件103所具有的液晶层外加的驱动电压，也可以是例如，被脉冲高度调制（PHM）或脉冲宽度调制（PWM）的交流电压。

在这里，为了提高与试样105的表面平行的方向的析像度，优选聚光到试样105上的光束的光点尺寸尽可能小。另一方面，通过使聚光到试样105上的光束成为z偏振光，能够使聚光到试样105上的光束的光点尺寸小于衍射极限，并且加深焦点深度。而且，通过使透过物镜104的光束成为径向偏振光，在试样105上能够将光束变成z偏振光。

因此，在本发明的第1实施方式中，光调制元件103被构成为将透过物镜104的光束变成径向偏振光。

图2的（A）是从物镜侧看去的本发明的第1实施方式所涉及的光调制元件的概略后视图，图2的（B）是光调制元件的概略侧视图。并且，图3的（A）是光调制元件所具有的转动支承部件的概略后视图，图3的（B）是光调制元件的透视侧视图，图3的（C）是从图2的（A）的箭头XX′的方向看去的虚线上的光调制元件的概略侧视剖面图。光调制元件103具有相位反转元件2、偏振面旋转元件3、偏振片4、转动支承部件5、框体6。其中，相位反转元件2以及偏振面旋转元件3分别为液晶元件。

光调制元件103被配置为直线偏振光从相位反转元件2侧入射，该直线偏振光依次透过相位反转元件2、偏振面旋转元件3。因此，在图1所示的激光器显微镜100中，光调制元件103被配置为相位反转元件2位于光源101侧，另一方面，偏振面旋转元件3位于物镜104侧。

当直线偏振光从相位反转元件2侧（图3的（C）中的左侧）入射，光调制元件103将该直线偏振光转换成径向偏振光。然后，光调制元件103使径向偏振光从偏振面旋转元件3侧（图3的（C）中的右侧）射出。并且，偏振片4配置于相对相位反转元件2更靠近光入射的一侧，用于确认针对光调制元件103而预定的偏振面的入射方向相对入射到光调制元件103的直线偏振光的偏振面的偏离。

另外，针对相位反转元件2、偏振面旋转元件3以及偏振片4的详细情况将后述。

转动支承部件5以及框体6是能够使相位反转元件2、偏振面旋转元件3以及偏振片4，以这些元件的光轴作为旋转轴一体地旋转的旋转机构的一个例子。

转动支承部件5由例如金属或者树脂形成，具有大致圆筒形状。而且，转动支承部件5在其内部保持相位反转元件2以及偏振面旋转元件3。相位反转元件2以及偏振面旋转元件3分别以如下方式由转动支承部件5保持，即使相位反转元件2的光轴与偏振面旋转元件3的光轴一致，并且，这些元件的光轴与转动支承部件5的中心线大致一致。下面，将相位反转元件2以及偏振面旋转元件3的一致的光轴称为光轴OA。而且，通过例如采用粘接剂来将相位反转元件2以及偏振面旋转元件3的外周接合到转动支承部件5的内壁，从而固定相位反转元件2以及偏振面旋转元件3。或者，相位反转元件2以及偏振面旋转元件3也可以以其他固定方法，例如采用螺丝等固定用部件，来固定到转动支承部件5。

并且，在转动支承部件5的外周上，与正交于光轴OA的面大致平行地，形成有用于将转动支承部件5与框体6卡合的凸缘51。进一步地，在转动支承部件5的相位反转元件2侧的端部，设有用于保持偏振片4的导轨52。

框体6由例如金属或者树脂形成，是具有与转动支承部件5的外直径大致相等的内直径的圆筒状的部件，框体6的内部插入有转动支承部件5。在框体6的内周形成有沿着与光轴OA正交的面形成的、且沿着光轴OA方向比凸缘51的宽度宽的沟槽61。于是，该沟槽61与转动支承部件5的凸缘51卡合。由此，框体6支承转动支承部件5，使其能够以光轴OA为旋转轴地转动。另外，为了能够将转动支承部件5配置到框体6内，例如，框体6也可以由沿着圆筒的长边方向分割的两个部件构成。将这两个部件配置成夹入转动支承部件5后，例如，通过粘接剂固定这两个部件的接合面。或者，构成框体6的这两个部件也可以通过其他各种公知的方法来固定。

进一步地，在框体6的侧壁形成有贯通孔62，该贯通孔62中插入有固定部件63。在固定部件63的外周以及贯通孔62的内周分别形成有螺纹槽（未图示），将固定部件63拧接到贯通孔62。而且，当使固定部件63例如顺时针旋转时，固定部件63向着框体6的内部移动，固定部件63的顶端按压转动支承部件5。由此，转动支承部件5被固定。另一方面，当使固定部件63例如逆时针旋转，固定部件63向着框体6的外侧移动，其结果，固定部件63的顶端从转动支承部件5离开。当固定部件63的顶端不接触到转动支承部件5时，转动支承部件5能够以光轴OA为旋转轴旋转自如。

并且，框体6具有用于将光调制元件103安装到激光器显微镜100的安装部。例如，框体6在框体6的外周上具有螺丝孔64，作为这样的安装部。或者，框体6也可以具有能够安装到光照射装置所具有的光调制元件的安装机构上的其他机构或者构造，作为安装部。

进一步地，在框体6的侧面也可以形成有穿过用于外加电压到相位反转元件2以及偏振面旋转元件3所具有的电极的布线的孔。

以下，对相位反转元件2以及偏振面旋转元件3的详细情况进行说明。

相位反转元件2在入射了的直线偏振光中，使以光轴OA为中心的至少一个环形的部分的相位相对于其他部分的相位反转。并且，偏振面旋转元件3将从相位反转元件2射出了的光转换成径向偏振光。在本实施方式中，相位反转元件2以及偏振面旋转元件3分别由液晶元件构成。

图4是从直线偏振光入射的一侧看去的相位反转元件2的概略正视图。并且，图5的（A）以及图5的（B）分别是从图4所示的箭头YY′的方向看去的虚线上的相位反转元件2以及偏振面旋转元件3的概略侧视剖面图。其中，图5的（A）表示没有外加电压到相位反转元件2以及偏振面旋转元件3时的相位反转元件2以及偏振面旋转元件3所包含的液晶分子的状态。图5的（B）表示外加了电压到相位反转元件2以及偏振面旋转元件3时的相位反转元件2以及偏振面旋转元件3所包含的液晶分子的状态。

为了方便说明，在将相位反转元件2以及偏振面旋转元件3的方向调整到相对于直线偏振光的偏振面达到最佳的状态下，将入射到相位反转元件2的直线偏振光的偏振面，如图4的箭头A所示，设定为与图4所表示的面正交且处于纵向的面。

相位反转元件2使入射了的直线偏振光中的、图4所示的区域2a内所包含的以光轴OA为中心的至少一个环形的部分的相位相对于其他部分的相位反转。为此，相位反转元件2具有液晶层20、沿着光轴与OA液晶层20的两侧大致平行地配置的透明基板21、22。而且，液晶层20所包含的液晶分子27被封入到透明基板21以及22、与密封部件28之间。并且，相位反转元件2具有配置于透明基板21与液晶层20之间的透明电极23、和配置于液晶层20与透明基板22之间的透明电极24。另外，透明基板21、22由例如玻璃或树脂等，对具有规定的波长范围所包含的波长的光透明的材料形成。并且，透明电极23，24由例如被称为ITO的、添加了氧化锡到氧化铟而得到的材料形成。透明电极23与液晶层20之间配置有取向膜25。并且，透明电极24与液晶层20之间配置有取向膜26。这些取向膜25、26使液晶分子27取向至规定的方向。另外，液晶分子27在通过在基板侧形成结构物以使液晶分子27取向的构造取向等，不采用取向膜的方法来被取向的情况下，取向膜25、26也可以省略。

进一步地，在各基板、各透明电极以及各取向膜的外周配置镜框29，该镜框29保持各基板。

图5的（A）所示，封入到液晶层20的液晶分子27达到例如均质取向，且被取向至与入射的直线偏振光的偏振面大致平行的方向。即，液晶分子被取向成液晶分子27的长轴方向与图4所示的箭头A大致平行。

图6的（A）是配置于入射侧的相位反转元件2中设有的透明电极23的一个例子的概略正视图，图6的（B）是透明电极23的另一个例子的概略正视图。另一方面，透明电极24被形成为覆盖液晶层20整体。另外，透明电极24也可以具有与图6的（A）或图6的（B）所示的透明电极23的形状同样的形状，或者，也可以形成为透明电极24具有图6的（A）或图6的（B）所示的电极形状，透明电极23覆盖液晶层20整体。

透明电极23具有以光轴OA与相位反转元件2的交点c₀为中心的同心圆状的至少一个环形电极。在本实施方式中，透明电极23具有圆形的电极23a、和至少一个同心圆状的环形电极。在该例中，透明电极23在圆形的电极23a的周围具有5个环形电极23b～23f。另外，环形电极23d的外周与图4所示的区域2a的外周对应。

在图6的（A）所示的例中，为了能够独立地控制各环形电极，从各环形电极分别引出布线，且将该布线连接到驱动电路111。并且，在图6的（B）所示的例中，从圆形的电极23a起依次用相同布线分别电连接偶数编号的各环形电极、以及奇数编号的各环形电极，并且与偶数编号的环形电极连接的布线以及与奇数编号的环形电极连接的布线分别连接到驱动电路111。由此，偶数编号的各环形电极能够以相同的电位来驱动。同样地，奇数编号的各环形电极也能够以相同的电位来驱动。并且，在图6的（B）中，也可以不电控制奇数编号的环形电极群与偶数编号的环形电极群的其中一个电极群。在这种情况下，通过外加电压到另一个的电极群与透明电极24之间，能够通过在该另一个的电极群与透明电极24之间被夹住的液晶层，使光的相位反转。另外，由于环形电极也具有厚度，因而，通过了环形电极的光的相位相对于未透过环形电极的光的相位发生偏离。因此，图6的（A）以及图6的（B）所示，通过不仅配置用于电压控制的环形电极，还配置不需要电压控制的环形电极，从而相位反转元件2在不外加电压到液晶层20的情况下，能够使透过相位反转元件2的几乎整个光束变为同相位。

进一步地，优选将不需要电控制的偶数编号、或者奇数编号的环形电极群的电位设定为和与该环形电极群相对的一侧的透明基板中设置的透明电极24相同的基准电位、或者液晶层20内的液晶分子不动作的电位的最大值的阈值电位。阈值电位一般地为约1V～2V的有效电压。由于通过这样设定不需要电控制的环形电极群的电位，相位反转元件2能够将液晶层20的电位控制为一定，因而，能够防止由于静电等噪声而液晶层20的液晶误动作。并且，通过将不需要电控制的环形电极群的电位设定为阈值电位，也抑制能够液晶层20的热波动。

如图6的（B）所示，当通过驱动电路111将电压外加到中心的圆形电极23a以及从中心起的偶数编号的环形电极23c、23e、与夹着液晶层20相对地配置的透明电极24之间，则液晶分子以如下方式倾斜，即液晶层20中的、与这些外加了电压的电极之间相当的第1环形部分20a所包含的液晶分子的长轴方向从与光轴OA正交的方向接近与光轴OA平行的方向。另一方面，若电压未被外加到从中心起的奇数编号的环形电极23b、23d、23f与透明电极24之间，被这些电极夹住的第2环形部分20b所包含的液晶分子的长轴保持向着与光轴OA正交的方向。

一般地，针对与液晶分子的长轴方向平行的偏振光分量（即，异常光线）的折射率n_e，高于针对与液晶分子的短轴方向平行的偏振光分量（即，正常光线）的折射率n_o。在这里，若将对透明电极23与24之间外加了电压时的第1环形部分20a所包含的液晶分子的长轴方向、与外加了电压的方向即光轴OA的方向所成的角设定为ψ，则透过液晶层20的光相对于液晶分子27的长轴方向形成角ψ。此时，当将针对与液晶分子27被取向的方向平行的偏振光分量的液晶分子的折射率设定为n_ψ，则有n_o≦n_ψ≦n_e。因此，当液晶层20所包含的液晶分子27被均质取向，液晶层20的厚度为d，则在液晶层20中，在通过第1环形带部分20a的偏振光分量、与通过第2环形带部分20b的偏振光分量之间，产生光程差Δnd（=n_ψd-n_od）。而且，在这两个偏振光分量之间产生的相位差Δ为2πΔnd/λ。另外，λ是入射到液晶层20的光线的波长。

这样，通过调节外加到透明电极23与透明电极24之间的电压，相位反转元件2能够调制透过液晶层20的光的相位。因此，当在透明电极23与透明电极24之间外加了与入射光的波长相应的规定的电压时，则相位反转元件2能够使通过第1环形带部分20a的光的相位相对于通过第2环形带部分20b的光的相位仅偏移π。

偏振面旋转元件3将透过了相位反转元件2后入射的直线偏振光，转换成以光轴O为中心的具有放射状的直线偏振光分布的径向偏振光。为此，偏振面旋转元件3具有液晶层30、以及沿着光轴OA在液晶层30的两侧大致平行地配置的透明基板31、32。另外，也可以省略透明基板31与相位反转元件2的透明基板22中的某一个。在这种情况下，例如在透明基板22的一个面形成有液晶层20，在透明基板22的另一个面形成有液晶层30。

并且，偏振面旋转元件3具有配置于透明基板31与液晶层30之间的透明电极33、以及配置于液晶层30与透明基板32之间的透明电极34。而且，液晶层30所包含的液晶分子37被封入到透明基板31以及32、与密封部件38之间。另外，透明基板31、32由例如玻璃或树脂等，对具有在规定的波长范围所包含的波长的光透明的材料而形成。并且，透明电极33、34由例如ITO形成。进一步地，在透明电极33与液晶层30之间配置有取向膜35。并且，在透明电极34与液晶层30之间配置有取向膜36。这些取向膜35、36使液晶分子37取向至规定的方向。另外，在液晶分子37通过构造取向等不采用取向膜的方法来被取向的情况下，也可以省略取向膜35、36。

进一步地，在各基板、各透明电极以及各取向膜的外周配置有镜框39，该镜框39保持各基板。另外，镜框29与镜框39也可以一体地形成。

封入到液晶层30的液晶分子例如被均质取向。并且，液晶层30包含以光轴OA与液晶层30的交点c₁为中心而在与光轴OA正交的面内沿着圆周方向配置的多个扇形区域。而且，各扇形区域所包含的液晶分子37被取向为以使入射的直线偏振光的偏振面与以光轴O为中心的放射方向大致平行的方式来使该偏振面旋转。

图7是示出了液晶层30的各扇形区域内的液晶的取向方向、与透过了各扇形区域的直线偏振光的偏振光方向的液晶层30的概略正视图。

在本实施方式中，液晶层30具有顺时针地配置且取向方向相互不同的8个扇形区域30a～30h，各扇形区域30a～30h的中心角被设定为相等。并且，在图7中，箭头40a～40h分别表示各扇形区域30a～30h所包含的液晶分子的取向方向。并且，箭头50a～50h分别表示从各扇形区域30a～30h射出的直线偏振光的偏振面。另外，箭头50a～50h中的、箭头的顶端向着相反方向的两个箭头表示由这些箭头所表示的直线偏振光的相位相互偏离了π。

另外，将通过光轴OA与液晶层30的交点c₁并对扇形区域进行2等分的直线称为该扇形区域的中心线。

各扇形区域30a～30h的取向方向被确定为，例如透过了各扇形区域后的直线偏振光分量的偏振面与该透过了的扇形区域的中心线平行。因此，通过交点c₁并与平行于入射的直线偏振光的偏振面A的面交叉的扇形区域30a设定为第1区域，针对从扇形区域30a起顺时针或逆时针的第n个扇形区域，依照下式设定由该扇形区域的取向方向、与通过扇形区域30a的偏振光分量的偏振面A所成的角θ。

θ=360°×（n-1）/（2N）（n=1，2，...，N）（1）

其中，N为扇形区域的总数，本实施方式中N=8。

例如，在n=1扇形区域30a中，θ=0。即，在扇形区域30a中，液晶分子的取向方向被设定为与入射的直线偏振光的偏振面A大致平行，以使入射的直线偏振光的偏振面不旋转地使直线偏振光透过。

并且，在以扇形区域30a为第1区域而顺时针地将第n扇形区域设定为第n区域时，设定各扇形区域30b～30h的取向方向，以使由各扇形区域30b～30h的取向方向与通过扇形区域30a的偏振光分量的偏振面A所成的角以顺时针为正地，分别为22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°。

或者，在将第n扇形区域设定为从扇形区域30a起逆时针的第n区域时，设定各扇形区域30b～30h的取向方向，以使各扇形区域30b～30h的取向方向与通过扇形区域30a的偏振光分量的偏振面A所成的角以顺时针为正地，分别为-157.5°、-135°、-112.5°、-90°、-67.5°、-45°、-22.5°。

透明电极33、34被配置为夹着整个液晶层30地相对。而且，通过驱动电路111将规定的电压外加到透明电极33与34之间，以使液晶层30的扇形区域30a～30h对于规定的波长范围所包含的波长而作为半波长板发挥功能。

在这里，当对透明电极33与34之间外加了电压时，则液晶分子按照该电压向相对于外加了电压的方向平行的方向倾斜。若将由液晶分子的长轴方向与外加了电压方向所成的角设定为ψ，则透过液晶层30的光相对于长轴方向形成角ψ。此时，如上所述，针对与液晶分子被取向的方向平行的偏振光分量，将液晶分子的折射率设定为n_ψ时，则有n_o≦n_ψ≦n_e。其中，n_o是针对与液晶分子的长轴方向正交的偏振光分量的折射率，n_e是针对与液晶分子的长轴方向平行的偏振光分量的折射率。

因此，当液晶层30所包含的液晶分子被均质取向，液晶层30的厚度为d，则在与液晶分子的取向方向平行的偏振光分量和与液晶分子的取向方向正交的偏振光分量之间，产生了光程差Δnd（=n_ψd-n_od）。因此，通过调节外加到透明电极33与34之间的电压，能够调节与液晶分子的取向方向平行的偏振光分量、和与液晶分子的取向方向正交的偏振光分量的光程差。因此，通过调节外加到透明电极33与34之间的电压，扇形区域30a～30h针对所期望的波长，分别作为半波长板发挥功能。

在各扇形区域30a～30h作为半波长板发挥功能的情况下，当具有相对于液晶分子37的取向方向形成角度θ的偏振面的直线偏振光透过这些扇形区域，则该偏振面以相对于透过了的扇形区域的取向方向形成角度-θ的方式来旋转。即，偏振面以取向方向为中心而旋转角度2θ。

在图7所示的例中，各扇形区域30a～30h中的液晶分子的取向方向被设定为：使相对于入射到扇形区域30a的直线偏振光的偏振面A的角度，达到各扇形区域的中心线与入射到液晶层30的扇形区域30a的直线偏振光的偏振面A的角度的1/2。因此，当以从交点c₁沿着入射直线偏振光的偏振面A向着上方的方向为基准，并将顺时针方向设定为正时，则透过了各扇形区域30a～30h的直线偏振光分量的偏振面的角度分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。这样，从偏振面旋转元件3射出的光线以光轴OA为中心而具有放射状的直线偏振光分量。

图8是示出从光调制元件103射出的径向偏振光61的概略的图。在图8中，各箭头61a～61h分别表示直线偏振光分量。并且，各箭头中的箭头的顶端向着相反方向的两个箭头表示，这些箭头所表示的直线偏振光的相位相互偏离了π。进一步地，环形的区域62a～62c分别表示透过了相位反转元件2的第1环形带部分的偏振光分量。并且，环形的区域62d～62f分别表示透过了相位反转元件2的第2环形带部分的偏振光分量。另外，环形区域62f的外周与图4所示的区域2a的外周对应。

如图8所示，该径向偏振光61具有相对于光轴OA放射状地具有偏振面的8种直线偏振光分量61a～61h。而且，各直线偏振光分量61a～61h沿着放射方向，与透过了第1环形带部分的分量62a～62c和与透过了第2环形带部分的分量62d～62f对应地被分区为6个，相邻的分区之间相位偏离了π。

另外，透过了各扇形区域30a～30h的偏振光分量的偏振面分布为以交点c₁为中心的放射状即可，该偏振面也可以不与透过了的扇形区域的中心线平行。将各扇形区域30a～30h的取向方向设定为使透过了各扇形区域30a～30h的偏振光的偏振面与通过该扇形区域以及交点c₁的规定的直线平行即可。例如，也可以将各扇形区域30a～30h的取向方向设定为，使得由各扇形区域30a～30h的取向方向、与入射到扇形区域30a的直线偏振光的偏振面A所成的角达到通过上述的（1）式而求出的值加上规定的偏置值而得到的值。在这种情况下，为了对各扇形区域30a～30h的中心线与偏振面A所成的角加上该偏置值的2倍而得到的角度（即，透过了扇形区域的偏振光分量的偏振面与入射到扇形区域30a的直线偏振光的偏振面所成的角）不超过该扇形区域和相邻的扇形区域的边界与偏振面A所成的角度，将规定的偏置值设定为例如±5°。

并且，偏振面旋转元件3的液晶层30所具有的、取向方向的不同的区域的数量不限于8个。液晶层30所具有的取向方向不同的区域的数量只要是为了得到由径向偏振光所起到的效果的数量即可。例如，液晶层30也可以具有4、5、6或者16个取向方向相互不同的区域。

图9是示出了液晶层30包含6个扇形区域30i～30n时的各扇型区域内的液晶的取向方向、与透过了各区域的直线偏振光的偏振光方向的概略正视图。另外，在该变形例中，透明电极33、34也被配置为夹着整个液晶层30地相对。

该变形例中，箭头40i～40n分别表示各扇形区域30i～30n所包含的液晶分子的取向方向。并且，箭头50i～50n分别表示从各扇形区域30i～30n射出的直线偏振光的偏振面。另外，箭头50i～50n中的箭头的顶端向着相反方向的两个箭头表示这些箭头所表示的直线偏振光的相位相互偏离了π。

在各扇形区域30i～30n中的、位于光轴OA与液晶层30的交点c₁的上方的扇形区域30i中，入射的直线偏振光的偏振面A与扇形区域30i的中心线一致。因此，将扇形区域30i设定为第1区域。此时，在顺时针方向第n扇形区域的取向方向被设定为例如该取向方向与偏振面A所成的角成为依照上述的（1）式计算的角度。

在这种情况下，各扇形区域30i～30n的取向方向与通过扇形区域30a的偏振光分量的偏振面A所成的角以顺时针为正地分别为0°、30°、60°、90°、120°、150°。

在这种情况下，还向夹着扇形区域30i～30n的透明电极33、34之间外加与入射光的波长相应的电压，以使液晶层30针对透过了各扇形区域30i～30n的直线偏振光作为半波长板发挥功能。

由此，当以从交点c₁沿着入射直线偏振光的偏振面向着上方的方向为基准，并将顺时针方向设定为正时，则透过了各扇形区域30i～30n的直线偏振光分量的偏振面的角度分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°。这样，从偏振面旋转元件3射出的光线以光轴OA为中心而具有放射状的直线偏振光分量。

图10是示出外加于透明电极33、34之间的液晶层30的电压与通过液晶层30产生的正常光线与异常光线的光程差的一个例子的图。

图10中，横轴表示外加于液晶层30的电压，纵轴表示光程差。示图1001针对具有波长405nm的光，表示外加电压与光程差的关系。示图1002针对具有波长650nm的光，表示外加电压与光程差的关系。示图1003针对具有波长780nm的光，表示外加电压与光程差的关系。

例如，为了针对具有波长405nm的光使液晶层30作为半波长板发挥功能，向透明电极33、34之间外加产生对405nm的整数倍加上202.5nm而得到的光程差的电压即可。因此，当参照示图1001，则向透明电极33、34之间外加与光程差1012.5nm相当的约1.4Vrms的电压即可。

并且，为了针对例如具有波长650nm的光使液晶层30作为半波长板发挥功能，向透明电极33、34之间外加产生对650nm的整数倍加上325nm而得到的光程差的电压即可。因此，当参照示图1002，向透明电极33、34之间外加与光程差975nm相当的约1.5Vrms的电压即可。

进一步地，为了针对例如具有波长780nm的光使液晶层30作为半波长板发挥功能，向透明电极33、34之间外加产生对780nm的整数倍加上390nm而得到的光程差的电压即可。因此，当参照示图1003，向透明电极33、34之间外加与光程差1170nm相当的约1.1Vrms的电压即可。

在这里，当实际入射的直线偏振光的偏振面相对于针对光调制元件103预先设定的偏振面的入射方向（图4的箭头A所示的方向）偏离，则通过该直线偏振光透过相位反转元件2而偏振面旋转。而且，在相位反转元件2的液晶层20中的、采用环形电极来外加电压的部分与除此之外的部分，双折射性不同。其结果，按照光透过了液晶层20的位置，直线偏振光的偏振面的旋转量也不同。因此，偏振面旋转元件3无法将从相位反转元件2射出了的光转换成径向偏振光。

因此，偏振片4用于确认实际入射到光调制元件103的直线偏振光的偏振面相对于针对光调制元件103预先设定的偏振面的入射方向的偏离。因此，在相位反转元件2的入射侧，按能够插入到入射于相位反转元件2的光束内或退离到该光束外的方式来安装偏振片4。

另外，在本实施方式中，预先设定的偏振面的入射方向是相位反转元件2不使入射了的直线偏振光的偏振面旋转的方向，即相位反转元件2的液晶层20内的液晶分子的取向方向。

图11的（A）是偏振片4被插入到入射于相位反转元件2的光束内的状态的偏振片4以及导轨52的概略立体图，图11的（B）是偏振片4退离到入射到相位反转元件2的光束外的状态的偏振片4以及导轨52的概略立体图，图11的（C）是偏振片4的概略立体图。

偏振片4在入射了的光中，仅使具有特定的方向的偏振面的直线偏振光分量透过。偏振片4能够被设定为例如线栅型偏振片、或者通过延伸浸渍了碘的聚乙烯醇来构成的薄膜型偏振片。

偏振片4被形成为凸字状，在大致矩形状的偏振片4的主体部分的一个端部，设有宽度比主体部分窄的突起部41。并且，在设有突起部41的端部的相反侧的端部，沿着该端部安装大致圆柱状的制动器42。制动器42防止偏振片4从转动支承部件5脱落。为此，制动器42的长度比偏振片4的宽度长。

偏振片4在转动支承部件5的靠相位反转元件3侧的端部，被插入到沿着与光轴OA大致正交的面设置的大致矩形的板状部件53的3条边上安装的

的字型的导轨52中。为方便起见，将与导轨52的敞开端相邻的2根轨道分别称为左侧轨道52a以及右侧轨道52b，将与敞开端相对的一侧的轨道称为里侧轨道52c。并且，板状部件53的相对的2条边之间的间隔，比入射到相位反转元件2的光束的直径大。因此，左右的轨道52a、52b之间的间隔比入射到相位反转元件2的光束的直径宽。并且，里侧轨道52c也被配置为偏离于该光束。并且，在板状部件53的中心，为了不遮挡入射到相位反转元件2的光束，形成有具有比入射到相位反转元件2的光束的直径宽的直径的大致圆形的孔53a。

使偏振片4的制动器42与里侧轨道52c相对且突起部41位于导轨52的敞开端侧，并以这样的方式被插入到导轨52中，并且制动器42的两端与导轨52的左右的轨道52a、52b卡合。因此，偏振片4如箭头1001所示，能够沿着左右的轨道52a、52b移动。用户能够例如拿着突起部41地使偏振片4移动。而且，当偏振片4沿着轨道52a、52b被插入直到导轨52的最里面，入射到光调制元件103的整个光束透过偏振片4时，制动器42与导轨52的里侧轨道52c抵接。

并且，在导轨52的左右的轨道52a、52b的各靠敞开端侧的端部，设有向着敞开端侧凸出的、具有比制动器41的外直径大的直径的大致半圆弧状的脱落防止部件54。并且，设在左右的轨道52a、52b的脱落防止部件54之间的间隔比制动器42的长度短，且比偏振片4的宽度大。因此，当偏振片4被拉出到导轨52的敞开端侧以使偏振片4位于入射到光调制元件103的光束之外侧，则制动器42被脱落防止部件54卡止。而且，偏振片4能够以制动器42为旋转轴，如箭头1002所示地向转动支承部件5侧旋转约90°。因此，由于偏振片4与光轴OA大致平行，因而，能够减小在未使用偏振片4的情况下的光调制元件103的设置空间。

图12是示出了在被配置成偏振片4位于入射到光调制元件103的光束内时的偏振片4的透光轴、与相位反转元件2的液晶分子的取向方向的关系的示意图。在图12中箭头110表示相位反转元件2的液晶分子的取向方向。并且，箭头111表示偏振片4的透光轴的方向。

根据一个例子，如图12所示，偏振片4被配置为使偏振片4的透光轴与相位反转元件2的液晶分子的取向方向平行，即，使偏振片4的透光轴与相位反转元件2不使偏振面旋转的方向一致。而且，使从激光器显微镜100的光源101发出的直线偏振光从偏振片4侧入射到光调制元件103。此时，从光调制元件103出来的光的强度在直线偏振光的偏振面与相位反转元件2的液晶分子的取向方向平行的情况下达到最高。如上所述，由于导轨52固定地被设在转动支承部件5的一端，因而，通过转动支承部件5旋转，从而偏振片4的透光轴的方向也以光轴OA为旋转轴进行旋转。但是，即使转动支承部件5旋转，相位反转元件2的液晶的取向方向与偏振片4的透光轴所成的角也恒定。

因此，在用户对光调制元件103的偏振面的入射方向与实际入射的直线偏振光的偏振面进行调节的情况下，从光调制元件103出来的光通过例如激光器显微镜100的物镜104被聚光到配置于试样105的位置的图像传感器上。而且，用户一边例如将通过图像传感器而得到的图像显示到显示装置并监控由图像传感器输出的这样被聚光的光的强度，一边使转动支承部件5旋转并求出该强度最高的位置。而且，用户若在该位置固定转动支承部件5，则入射到光调制元件103的直线偏振光的偏振面达到与相位反转元件2的液晶分子的取向方向平行。

并且，根据其他例子，偏振片4也可以被配置为，如虚线箭头112所示地，偏振片4的透光轴与相位反转元件2的液晶分子的取向方向正交，即偏振片4的透光轴与相位反转元件2不使偏振面旋转的方向正交。当这样配置偏振片4时，则使从激光器显微镜100的光源101发出的直线偏振光从偏振片4侧入射到光调制元件103时的、从光调制元件103出来的光的强度，在直线偏振光的偏振面与相位反转元件2的液晶分子的取向方向平行的情况下达到最低。因此，用户一边监控从光调制元件103出来的光的强度，一边使转动支承部件5旋转并求出该强度达到最低的位置，若在该位置固定转动支承部件5，则入射到光调制元件103的直线偏振光的偏振面与相位反转元件2的液晶分子的取向方向平行。

在针对光调制元件103的偏振面的入射方向的调节结束后，用户使偏振片4退离到入射到光调制元件103的光束之外即可。

另外，相比没有外加电压到液晶层的情况，在外加了电压到液晶层的情况下，各个液晶分子的长轴方向相对于取向方向变得更加平行。而且，各个液晶分子的长轴方向相对于取向方向的平行度越高，随着入射直线偏振光相对于取向方向所成的角的变化，由图像传感器输出的这种被聚光的光的强度变化也越敏感。因此，一边外加一定程度的电压到相位反转元件2的液晶层20，一边通过执行上述的对准调整的步骤，能够更加严格地使入射直线偏振光与取向方向一致。或者，也可以首先通过在没有对相位反转元件2的液晶层20外加电压的状态下使相位反转元件2旋转，来使入射直线偏振光与针对液晶层20的液晶分子的取向方向大致一致，其后通过在外加了电压到液晶层20状态下使相位反转元件2旋转，来使入射直线偏振光与针对液晶层20的液晶分子的取向方向严格地一致。

如以上所说明的，根据本发明的第1实施方式所涉及的光调制元件，能够使针对光调制元件预先设定的偏振面的入射方向即相位反转元件的液晶的取向方向，相对于实际入射的直线偏振光的偏振面一致。并且，在调节该光调制元件的入射方向时，用户仅通过一边使转动支承部件旋转一边监控从光调制元件射出了的光的强度，就能够检测光调制元件的入射方向与实际入射的直线偏振光的偏振面一致时的位置。因此，该光调制元件能够简化光调制元件相对于光照射装置的光源的对准调整。

另外，根据变形例，光调制元件也可以被配置在准直光学系统102与分束器106之间。

接着，对根据第2实施方式的光调制元件进行说明。第2实施方式的光调制元件用于校正在激光器显微镜100的光学系统中发生的波前像差。

再次参照图1，物镜104被设计为通过不仅透镜系统内部的光程，还有从透镜顶端到观察面的光程的折射率和间隔，例如与盖玻片厚度或有无盖玻片相应的光程长度，来使成像性能最优化。因此，有时因为作为观察对象的活体试样的深度或盖玻片制造误差所造成的厚度的偏差等，实际的光程长度偏离于光程长度的设计值使得光学系统的像差变大，其结果成像性能降低。因此在第2实施方式中，通过光调制元件来产生相位分布，该相位分布可消除由于实际的光程长度偏离于光程长度的设计值而产生的波前像差，由此来提高成像性能。

一般地，由于出于空间的关系无法将光调制元件配置于物镜的入射光瞳位置，因而，采用转象透镜将光调制元件配置于与入射光瞳共轭的位置。并且，由于从激光源101射出了的光束在去程与归程上2次通过光调制元件，因而，光调制元件在去程、归程上都校正光束的相位。另一方面，显微镜的物镜大体上是无限系统的设计，入射到物镜的光束为平行光。因此，通过将光调制元件配置于物镜的光源侧并尽量配置于物镜的旁边，能够得到较好的校正效果。

图13是示出了代替第1实施方式的光调制元件103的、或者同光调制元件103一起使用的第2实施方式的光调制元件的概略侧视剖面图。光调制元件10具有相位调制元件7、偏振片4、转动支承部件5、框体6。其中，相位调制元件7是液晶元件。另外，由于第2实施方式的光调制元件10的外形形状、转动支承部件5以及框体6的构造与根据第1实施方式的光调制元件1一样，因而，针对光调制元件10的外形形状等，可参照图2的（A）、图2的（B）、图3的（A）以及图3的（B）以及相关联的说明。

第2实施方式的光调制元件10与第1实施方式的光调制元件10相比较，作为容纳到框体6内的液晶元件的相位调制元件7所具有的透明电极的构造以及功能，与相位反转元件2所具有的透明电极的构造以及功能不同。并且，在第2实施方式中，光调制元件10所具有的液晶元件仅仅是相位调制元件7。因此，下面，对相位调制元件7所具有的透明电极以及该关联部分进行说明。并且，关于相位调制元件7所具有的透明电极之外的点，可参照相位反转元件2的说明。

相位调制元件7也与相位反转元件2同样地，具有2片透明基板以及被夹在这些透明基板之间的液晶层。而且，封入到液晶层的液晶分子例如被均质取向。进一步地，在液晶层与各透明基板之间分别设有透明电极，通过调节外加到这2片透明电极之间的电压，来为透过相位调制元件7的光束提供用于消除激光器显微镜100的光学系统中产生的像差的相位分布。

图14是示出相位调制元件7所具有的两个透明电极的其中一个的构造的一个例子的概略正视图。另外，相位调制元件7所具有的两个透明电极中的另一个被形成为例如覆盖整个液晶层。或者，两个透明电极也可以都具有图14所示的形状。

如图14所示，透明电极71具有以光轴OA与相位调制元件7的交点c₀为中心的圆形的电极71a、与同心圆状的多个环形电极71b～71i。而且，环形电极71i的外周与驱动液晶分子的活动区域的外周对应。活动区域的直径被设计为与例如物镜104的光瞳直径大致一致。

在图14所示的例中，从圆形电极71a以及各环形电极71b～71i分别引出布线，该布线连接到驱动电路111，以能够独立地控制圆形电极71a以及各环形电极71b～71i。进一步地，圆形电极71a以及各环形电极71b～71i通过相互分离地配置来被绝缘。而且，通过圆形电极71a以及各环形电极71b～71i来控制外加到液晶层的电压，由此能够针对与圆形电极71a以及各环形电极71b～71i相应的液晶层的环形的每个部分来改变光程长度。作为其结果，光调制元件10能够为透过相位调制元件7的光束提供同心圆状的所期望的相位分布。

另外，圆形电极71a的直径以及各环形电极71b～71i的宽度通过例如以等相位间隔来分割沿着光束的直径方向的所期望的相位分布图来设定。即，优选被设定为相位调制量的变化相对于离光轴的距离的变化越大，该位置所对应的环形带越窄。

并且，圆形电极71a以及各环形电极71b～71i的每个也可以通过具有相同的电阻的电极（电阻元件）连接到相邻的环形电极。在这种情况下，根据所期望的相位分布，确定与相位调制量最大的位置以及最小的位置对应的环形电极。而且，向处于相位调制量最大的位置的环形电极或圆形电极提供与最大相位调制量相应的电位，另一方面，向处于相位调制量最小的位置的环形电极或圆形电极提供与最小相位调制量相应的电位。其结果，通过电阻分压，相邻的环形电极之间的电位差达到相同。因此，相比独立驱动各环形电极，相位调制元件7能够通过更单纯的驱动电路来驱动。

图15的（A）以及图15的（B）是分别示出在相位调制元件7中被外加电压的电极的一个例子的图。在图15的（A）以及图15的（B）中，电极71a是中心的圆形电极，环形电极71i是最外周的环形电极。而且，环形电极71b～71h中的任一个的环形电极71m表示被提供最高电位的环形电极。并且，各相邻的环形电极通过电阻值R的电阻来连接。

在图15的（A）中，各电极通过2个水平的电压来驱动。向中心的圆形电极71a与最外周的环形电极71i提供相同的最低电位V1，另一方面，向环形电极71m提供最高电位V2。通过选择被物镜104聚光的光点与观察对象位置之间的散焦值以使激光器显微镜100的光学系统中发生的波前像差的相位分布中的中心以及端部的相位相等，能够使通过中心的圆形电极71a的光束的相位与通过最外周的环形电极71i的光束的相位一致。在这种情况下，如图15的（A）所示，即使将向中心的圆形电极71a与最外周的环形电极71i提供的电位设定为相同，也能够在液晶层上产生能够消除波前像差的相位分布的相位调制量。这样，在2个水平驱动的例子中，通过改变最低电位V1与最高电位V2间的电位差，能够不改变相位调制分布图的形状地，变更针对与液晶层中的各环形电极对应的区域的相位调制量的大小。

与此相对，图15的（B）中，各电极通过3个水平的电压来驱动。在该构成中，向最外周的环形电极71i提供与提供给圆形电极71a的电位V1不同的电位V3。这样，通过提供与电位V1不同的电位V3以使最外周的环形电极71i上产生任意的相位调制量，从而在采用开口数NA不同的物镜作为物镜104的情况下，相位调制元件7也能够针对每个物镜来在液晶层上产生不同的相位调制量的分布。因此，相位调制元件7按照所使用的物镜，能够高精度地补偿波前像差。

图16的（A）是示出了为了校正由包含物镜的光学系统产生的波前像差而外加于相位调制元件7的各环形电极与相对的透明电极之间的电压的分布的一个例子的图，图16的（B）是示出了相位调制元件7按照图16的（A）所示的电压的分布所产生的相位调制量的分布的一个例子的图。在图16的（A）以及图16的（B）中，横轴表示离光轴OA的距离，区域71a～71i分别与圆形电极71a以及环形电极71b～71i对应。并且，在图16的（A）中，纵轴表示外加于电极之间的电压。而且，示图1601表示与离光轴的距离相应的电压的分布。另一方面，在图16的（B）中纵轴表示相位调制量，表示越向下相位越延迟。而且，示图1602表示与离光轴的距离相应的、相位调制元件7所产生的相位调制量的分布。在该例中，由于中心部与最外周中的相位调制量不同，因而，相位调制元件7优选通过3个水平的电压来驱动。

如示图1601以及1602所示，电极之间的电压越大，相位调制量也越大。

当更换物镜时，设定提供给圆形电极71a、环形电极71m、以及环形电极71i的电位V1、V2、V3的比，以消除与光学系统中发生的波前像差相应的相位分布。最后的电压的调整也可以通过例如一边看着像一边手动来进行，或者通过控制器（未图示）求出根据像得到的对比度等信息，一边将该信息反馈到外加的电位一边自动地设定最佳电位。

另外，一般的激光显微镜具备多个波长不同的激光器光源，针对每个激光器光源，分别需要的相位调制量不同。能够通过使外加到液晶层的电压变化，来应对由波长的差别导致的相位调制量的差别。进一步地，温度变化等所导致的相位调制量的差别也能够通过外加电压的调整来消除。

如上所述，第2实施方式的光调制元件10中的相位调制元件7与第1实施方式中的相位反转元件2同样地，具有包含被均质取向至特定的方向的液晶分子的液晶层。而且，当入射到相位调制元件7的直线偏振光的偏振面相对于该取向方向倾斜时，则与该倾斜相应地相位调制量也变化。因此，为了向透过相位调制元件7的光束提供如所设计那样的相位分布，优选入射到相位调制元件7的直线偏振光的偏振面与液晶分子的取向方向一致。

在这里，偏振片4、转动支承部件5以及框体6与相位调制元件7的位置关系，和第1实施方式中的偏振片4、转动支承部件5以及框体6与相位反转元件2的位置关系相同。而且，偏振片4被配置为偏振片4的透光轴与相位调制元件7的液晶分子的取向方向平行或正交。因此，通过实施与针对第1实施方式的光调制元件1的入射偏振光方向的调节步骤同样的步骤，第2实施方式的光调制元件10能够使入射到相位调制元件7的直线偏振光的偏振面与相位调制元件7所具有的液晶的取向方向一致。

另外，根据第2实施方式的变形例，光调制元件也可以具有沿着光轴方向排列的多个相位调制元件。而且，各相位调制元件也可以分别向透过相位调制元件的光束提供不同的相位调制量的分布，以校正相互不同的种波前像差。

图17是第2实施方式的变形例的光调制元件的概略侧视剖面图。光调制元件11具有两个相位调制元件7-1以及7-2、偏振片4、转动支承部件5、以及框体6。其中，相位调制元件7-1以及7-2分别是液晶元件。另外，由于第2实施方式的光调制元件11的外形形状、转动支承部件5以及框体6的构造与第1实施方式的光调制元件1相同，因而，针对光调制元件11的外形形状等，可参照图2的（A）、图2的（B）、图3的（A）以及图3的（B）以及相关联的说明。

相位调制元件7-1以及相位调制元件7-2能够具有例如与第2实施方式的相位调制元件7相同的构成。而且，相位调制元件7-1以及7-2被配置为，封入到相位调制元件7-1所具有的液晶层的液晶分子的取向方向与封入到相位调制元件7-2所具有的液晶层的液晶分子的取向方向相互平行。

因此，针对该变形例的光调制元件11，也通过实施与针对第1实施方式的光调制元件1的入射偏振光方向的调节步骤同样的步骤，能够使入射到相位调制元件7-1以及7-2的直线偏振光的偏振面与相位调制元件7-1以及7-2所具有的液晶的取向方向一致。

相位调制元件7-1以及7-2也可以例如都具有图14所示那样的同心圆状的环形电极。在这种情况下，也可以通过使外加到相位调制元件7-1的各环形电极的电位与外加到相位调制元件7-2的各环形电极的电位不同，从而例如相位调制元件7-1向光束提供校正3次球面像差的相位调制量的分布，相位调制元件7-2向光束提供校正5次球面像差的相位调制量的分布。

或者，也可以相位调制元件7-1所具有的透明电极图形与相位调制元件7-2所具有的透明电极图形相互不同。

图18是示出了该变形例的相位调制元件7-2所具有的两个透明电极的其中一个的构造的一个例子的概略正视图。另外，封入到相位调制元件7-2所具有的液晶层的液晶分子沿着与图18中的x轴正交的方向被取向。并且，相位调制元件7-2所具有的两个透明电极中的另一个被形成为例如覆盖整个液晶层。或者，也可以两个透明电极都具有图18所示的形状。另外，在该变形例中，相位调制元件7-1也能够被设定为例如与第2实施方式的相位调制元件7相同的构成。

图18所示的透明电极72被最优化为将适于校正激光器显微镜100的光学系统中产生的彗形像差的相位调制量的分布，提供给透过相位调制元件7-2的光束。如图18所示，在从入射到相位调制元件7-2的光束的有效直径721向内侧收缩规定距离（例如，50μm）而得到的内侧区域722内，配置有用于推进相位的两个电极72a以及72b、与用于延迟相位的两个电极72c以及72d。进一步地，在内侧区域721内没有配置电极72a～72d的地方，配置用于外加基准电压的基准电极72e。虽然为了简化而没有图示，但在各电极之间设置有空间而被相互绝缘。

当将相对于外加于基准电极72e的基准电位（例如0V）为正（+）的电位外加到电极72a以及72b时，则在夹着液晶层地相对的透明电极之间产生电位差，这之间的液晶的取向性按照电位差而变化。因此，通过该部分的光束受到了推进该相位的作用。另外，当将相对于外加于基准电极72e的基准电位为负（-）的电位外加到电极72c以及72d，则在夹着液晶层地相对的透明电极之间产生电位差，这之间的液晶的取向性按照电位差而变化。因此，通过该部分的光束受到了延迟该相位的作用。

其结果，通过适当地调节外加到各电极的电位，相位调制元件7-2能够对沿着图18中的x轴方向相对于物镜104倾斜入射的光束，提供使与彗形像差相应的光束的相位分布消除的相位调制量的分布。

另外，进一步地根据其他变形例，光调制元件也可以具有：具有图18所示的电极图形的相位调制元件；具有使图18所示的电极图形围绕光轴旋转90度后的电极图形的相位调制元件。由此，光调制元件还能够校正沿着任意的方向倾斜入射到物镜的光束的彗形像差，而不仅是沿着图18中的x轴方向的光束。

另外，在上述的各实施方式或该变形例中，偏振片也可以相对于光调制元件装卸自如。例如，在上述的实施方式中，通过省略配置于转动支承部件的导轨的敞开端的脱落防止部件，用户能够将偏振片从光调制元件卸下或安装到光调制元件。并且，在将光调制元件插入到光照射装置后，也可以在光照射装置设置容纳偏振片的空间，以能够原样地保持光调制元件。在这种情况下，为了不使用户弄错偏振片透光轴的方向地插入到导轨，例如，也可以在偏振片的一部分设置表示透光轴的方向的标识。

并且，偏振片也可以按来自光源的光通过偏振片并入射到相位反转元件或相位调制元件的方式来固定于转动支承部件的一端。在这种情况下，偏振片优选透射率较高的线栅型偏振片。并且，按偏振片透光轴与相位反转元件不使入射了的直线偏振光的偏振面旋转的方向，即与相位反转元件的液晶分子的取向方向平行的方式，来配置偏振片。

如以上所述，本领域技术人员能够在本发明的范围内结合被实施的方式而进行各种变更。

符号说明

100激光器显微镜

101激光源

102准直光学系统

103光调制元件

104物镜

105试样

106分束器

107共焦光学系统

108共焦点针孔

109检测器

111驱动电路

10，11光调制元件

2相位反转元件

3偏振面旋转元件

4偏振片

41突起部

42制动器

5转动支承部件（旋转机构）

51凸缘

52导轨

53板状部件

54脱落防止部件

6框体（旋转机构）

61沟槽

62贯通孔

63固定部件

20，30液晶层

21、22、31、32透明基板

23、24、33、34透明电极

25、26、35、36取向膜

27、37液晶分子

28、38密封部件

29、39镜框

7、7-1、7-2相位调制元件

Claims (12)

1.一种光调制元件，其特征在于，具有：

第1液晶层，其包含沿着第1方向取向的液晶分子；

第1液晶元件，其具有夹着所述第1液晶层地相对配置的两个第1透明电极，通过对所述两个第1透明电极之间外加电压，来控制透过所述第1液晶层的、从光源发出的具有规定的波长的直线偏振光的相位，所述电压是与所述规定的波长相应的电压；

偏振片，其被配置为比所述第1液晶元件更靠近所述光源侧，具有沿着所述第1液晶元件的所述第1方向或者与所述第1方向正交的方向的透光轴；和

旋转机构，其支承所述第1液晶元件以及所述偏振片，且将所述第1液晶元件的光轴作为旋转轴，使所述第1液晶元件与所述偏振片作为一体地旋转。

2.根据权利要求1所述的光调制元件，其特征在于，

所述偏振片相对于所述旋转机构装卸自如地被支承。

3.根据权利要求1或2所述的光调制元件，其特征在于，

所述旋转机构在比所述第1液晶元件更靠近所述光源侧处具有导轨，所述导轨沿着与所述光轴正交的面，以所述偏振片能够在从第1位置到第2位置的范围内移动的方式保持所述偏振片，所述第1位置是与入射到所述第1液晶元件的所述直线偏振光的光束不重叠的位置，所述第2位置是所述光束整体通过所述偏振片的位置。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的光调制元件，其特征在于，

所述第1液晶元件的所述两个第1透明电极的其中一个，是与以所述光轴为中心的同心圆状的多个环形带中的至少一个第1环形带对应的环形电极，

所述第1液晶元件通过对所述环形电极与所述两个第1透明电极的另一个之间外加与所述规定的波长相应的电压，来使透过所述第1环形带的所述直线偏振光的相位相对于透过与所述多个环形带中的所述第1环形带不同的第2环形带的所述直线偏振光的相位发生反转。

5.根据权利要求4所述的光调制元件，其特征在于，还具有：

偏振面旋转元件，其将从所述第1液晶元件射出的所述直线偏振光转换成径向偏振光，

所述旋转机构支承所述第1液晶元件、所述偏振面旋转元件以及所述偏振片，且将所述光轴作为旋转轴，使所述第1液晶元件、所述偏振面旋转元件与所述偏振片作为一体地旋转。

6.根据权利要求5所述的光调制元件，其特征在于，还具有：

安装部，其针对具有所述光源与物镜的显微镜装置，在所述光源与所述物镜之间安装所述光调制元件，以使所述光调制元件将从所述光源发出的所述直线偏振光转换成径向偏振光，并使该径向偏振光被所述物镜聚光到对象物上。

7.根据权利要求5或6所述的光调制元件，其特征在于，

所述偏振面旋转元件具有包含液晶分子的第2液晶层、以及夹着该第2液晶层相对地配置的第2两个透明电极，

所述第2液晶层具有沿着以所述光轴为中心的圆周方向配置的多个区域，所述多个区域中的每个所包含的所述液晶分子的取向方向相互不同，

对于所述第2液晶层的所述多个区域中的每一个，通过对所述第2两个透明电极之间外加与所述规定的波长相应的电压，使所述直线偏振光中的透过了该区域的分量的偏振面根据该区域所包含的所述液晶分子的取向方向，旋转到与以所述光轴为中心的放射方向平行。

8.根据权利要求1～3的任一项所述的光调制元件，其特征在于，

所述第1液晶元件的所述两个第1透明电极的其中一个，是与以所述光轴为中心的同心圆状的多个环形带中的每一个对应地配置的多个环形电极，

所述第1液晶元件针对所述多个环形电极中的每一个，通过调节外加于该环形电极与所述两个第1透明电极的另一个之间的电压，来针对所述多个环形带的每一个控制透过该环形带的所述直线偏振光的相位调制量。

9.根据权利要求8所述的光调制元件，其特征在于，

所述光调制元件被配置于具有所述光源与物镜的光学系统内，

还具有驱动装置，其针对所述多个环形电极中的每一个，调节外加于该环形电极与所述两个第1透明电极的另一个之间的电压，以产生透过所述多个环形带中的每一个的所述直线偏振光的相位调制量，从而消除所述光学系统中产生的波前像差的相位分布。

10.根据权利要求8或9所述的光调制元件，其特征在于，还具有：

第2液晶元件，其沿着所述光轴被配置于所述偏振片与所述第1液晶元件之间，

所述第2液晶元件具有：包含沿着所述第1方向被取向的液晶分子的第2液晶层以及夹着所述第2液晶层相对地配置的两个第2透明电极，通过对所述两个第2透明电极之间外加与所述规定的波长相应的电压，来控制透过所述第2液晶层的所述直线偏振光的相位，

所述旋转机构支承所述第1液晶元件、所述第2液晶元件以及所述偏振片，且将所述光轴作为旋转轴，使所述第1液晶元件、所述第2液晶元件与所述偏振片作为一体地旋转。

11.根据权利要求8～10的任一项所述的光调制元件，其特征在于，

所述两个第2透明电极中的至少一个的电极图形与所述两个第1透明电极的任一电极的图形均不同。

12.一种显微镜装置，其特征在于，具有：

光源，其输出具有规定的波长的直线偏振光；

光调制元件，其控制所述直线偏振光的相位；

物镜，其将透过了所述光调制元件的光束聚光到试样的规定点；和受光元件，其接受来自所述规定点的光，

所述光调制元件具有：

第1液晶层，其包含沿着第1方向取向的液晶分子；

液晶元件，其具有夹着所述第1液晶层地相对配置的两个第1透明电极，通过对所述两个第1透明电极之间外加与所述规定的波长相应的电压，来控制透过所述第1液晶层的所述直线偏振光的相位；

偏振片，其被配置于比所述液晶元件更靠近所述光源侧处，具有沿着所述液晶元件的所述第1方向或者与所述第1方向正交的方向的透光轴；和

旋转机构，其支承所述液晶元件以及所述偏振片，且将所述液晶元件的光轴作为旋转轴，使所述液晶元件与所述偏振片作为一体地旋转。

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