DE112013002113B4

DE112013002113B4 - Strahlformer

Info

Publication number: DE112013002113B4
Application number: DE112013002113.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K. Matsumoto Naoya; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Inoue Takashi; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Takiguchi Yuu
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN104246572A; JPWO2013157606A1; WO2013157606A1; DE112013002113T5; JP6162688B2; US10067401B2; US20150131142A1; CN104246572B

Abstract

Strahlformer (10A-10C) zur Anpassung eines Licht-Durchmessers von parallelem Licht, der umfasst:
eine erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b), die einen räumlichen Lichtmodulator enthält;
eine zweite Objektiv-Einheit (14, 24, 30c), die optisch mit der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) gekoppelt ist und einen räumlichen Lichtmodulator enthält; sowie eine Steuereinheit (26), die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) und der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) steuert, wobei
bei dem Strahlformer ein Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) und der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) unveränderlich ist, und
wobei die Steuereinheit (12, 22, 30b) die räumlichen Lichtmodulatoren jeweils mit einem Linsen-Muster versieht, um die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) sowie der zweiten Objektiv-Einheit so zu steuern, dass sich ein Licht-Durchmesser von in die erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) eingeleitetem Licht und der Licht-Durchmesser von aus der zweiten Objektiv-Einheit ausgeleitetem Licht voneinander unterscheiden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlformer.
Technischer Hintergrund
Als Strahlformer wird eine optische Komponente bezeichnet, die in der Lage ist, einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht zur Anpassung an eine optische Komponente einer nachfolgenden Stufe zu ändern. Im Allgemeinen müssen, um einen Strahlformer einzurichten, wenigstens zwei Gruppen von Linsen bzw. Objektiven auf einer optischen Achse zueinander bewegt werden. Das heißt, diese Gruppen werden zueinander in einem optischen System bewegt, das aus den zwei Gruppen von Objektiven besteht, um eine kombinierte Brennweite zu ändern. Damit wird es möglich, einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht, das von der anderen Gruppe ausgegeben wird, in Bezug auf einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht zu verändern, das in eine der Gruppen eintritt (siehe beispielsweise Nicht-Patentdokument 1).
Die JP 2006-147057 A offenbart einen optischen Lesekopf für Blue-ray-Medien mit einem Strahlformer, der elastische Linsen zur Brennweitenänderung umfasst.
Liste der Anführungen
Nicht-Patentdokumente

Nicht-Patentdokument 1: Asakura Publishing Co., Ltd. „Saishin Kogaku Gijutsu Handbook (Latest Optical Technology Handbook)“ Teil IV, Abschnitt 1.3.2 c
Nicht-Patentdokument 2: L. A. Romero enthält al., „Lossless laser beam shaping," JOSA, vol. 13, No. 4, Seiten 751-760 (1996)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem herkömmlichen Strahlformer, der aus einer Vielzahl von Linsen- bzw. Objektiv-Gruppen besteht, ist es, wie oben beschrieben, erforderlich, die Objektiv-Gruppen in Richtung einer optischen Achse zu bewegen, um einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht zu ändern. Jedoch ist, um eine Positionsgenauigkeit beim mechanischen Bewegen der Linsen zu verbessern, ein außerordentlich komplizierter Mechanismus erforderlich. Des Weiteren ist es, da eine bestimmte Zeit zum Bewegen der Objektiv-Gruppen erforderlich ist, schwierig, eine erforderliche Zeit beim Ändern eines Licht-Durchmessers zu verkürzen.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des oben dargestellten Problems gemacht worden und eine Aufgabe derselben besteht darin, einen Strahlformer zu schaffen, der einfach eingerichtet werden kann und mit dem eine erforderliche Zeit beim Ändern eines Licht-Durchmessers verkürzt werden kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung der Aufgabenstellung stellt die Erfindung einen Strahlformer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.
Das heißt, die Steuereinheit steuert die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit, indem sie einem räumlichen Lichtmodulator eine Linsenstruktur verleiht.
Dieser Strahlformer weist anstelle der zwei oder mehr Objektiv-Gruppen des herkömmlichen Strahlformers die erste Objektiv-Einheit und die zweite Objektiv-Einheit auf, die aus den räumlichen Lichtmodulatoren bestehen. Der räumliche Lichtmodulator ist eine optische Komponente, die in der Lage ist, eine Brennweite ohne Veränderung einer Position in Richtung einer optischen Achse zu ändern. Daher lässt sich eine Brennweite des gesamten Strahlaufweit-Systems in einem Zustand, in dem ein Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit unveränderlich ist, beliebig ändern, und damit ist es möglich, einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht, das aus der zweiten Objektiv-Einheit auftritt, in Bezug auf einen Licht-Durchmesser von parallelem Licht zu ändern, das in die erste Objektiv-Einheit eintritt. Des Weiteren sind diese optischen Komponenten in der Lage, eine Brennweite auf ein elektrisches Signal von der Steuereinheit hin in außerordentlich kurzer Zeit zu ändern. Dementsprechend ist es mit dem oben beschriebenen Strahlformer möglich, eine Zeit zu verkürzen, die beim Ändern eines Licht-Durchmessers erforderlich ist. Weiterhin ist es, da kein komplizierter Mechanismus zum Bewegen von Objektiv-Gruppen erforderlich ist, möglich, das gesamte Strahlaufweit-System einfach einzurichten.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit dem Strahlformer gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den Strahlformer einfach einzurichten und eine beim Ändern eines Licht-Durchmessers erforderliche Zeit zu verkürzen.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Strahlformers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 enthält Darstellungen, die Situationen zeigen, in denen der Durchmesser von parallelem Licht mit dem Strahlformer vergrößert oder verkleinert wird.
3 enthält Darstellungen, die andere Beispiele eines Verfahrens zum Steuern einer ersten Objektiv-Einheit und einer zweiten Objektiv-Einheit mit einer Steuereinheit zeigen.
4 enthält Darstellungen, die andere Beispiele des Verfahrens zum Steuern der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit mit der Steuereinheit zeigen.
5 ist eine Darstellung, die einen Aufbau des Strahlformers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine Darstellung, die einen Aufbau des Strahlformers als eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Darstellung, die einen Aufbau des Strahlteilers als eine weitere Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 enthält Darstellungen, die ein Objektiv mit kleiner numerischer Apertur/ schwacher Vergrößerung und ein Objektiv mit großer numerischer Apertur/starker Vergrößerung zeigen.
9 enthält Darstellungen, die einen Aufbau eines Mikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform zeigen.
10 ist eine Darstellung, die ein TIRF-Mikroskop gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für einen Aufbau eines Bearbeitungs-Mikroskops gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Strahlformers gemäß der vorliegenden Erfindung oder als technologischer Hintergrund zum Verständnis der Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Des Weiteren werden bei der Beschreibung der Zeichnungen die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und auf sich auf wiederholende Beschreibungen wird verzichtet.
Ausführungsformen, bei denen die erste Objektiv-Einheit und/oder die zweite Objektiv-Einheit ein Variofokus-Objektiv enthalten, dienen als technologischer Hintergrund zum Verständnis der Erfindung.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Strahlformers 10A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Strahlformer 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine erste Objektiv-Einheit 12, eine zweite Objektiv-Einheit 14 sowie eine Steuereinheit 16. Die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 sind hintereinander in einer Richtung entlang einer optischen Achse A von parallelem Licht angeordnet, das in den Strahlformer 10A eintritt, und die zweite Objektiv-Einheit 14 ist optisch mit der ersten Objektiv-Einheit 12 gekoppelt. Des Weiteren kann, wie in einer weiter unten beschriebenen anderen Ausführungsform gezeigt, eine optische Komponente, wie beispielsweise eine Linse oder ein reflektierender Spiegel zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 angeordnet sein.
Bei diesem Strahlformer 10A trifft Eintritts-Licht P₁ , das paralleles Licht ist, über die vordere Fläche (eine Fläche an der einer der zweiten Objektiv-Einheit 14 zugewandten Fläche gegenüberliegenden Seite) der ersten Objektiv-Einheit 12 auf. Dann wird durch die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 der Durchmesser dieses Eintritts-Lichts P₁ vergrößert (oder verkleinert), und Austritt-Licht P₂ , das paralleles Licht ist, tritt über eine hintere Fläche (eine Fläche an der einer der ersten Objektiv-Einheit 12 zugewandten Fläche gegenüberliegenden Seite) der zweiten Objektiv-Einheit 14 aus. Eine Größe eines Licht-Durchmessers D₂ des Austritts-Lichts P₂ unterscheidet sich von einer Größe eines Licht-Durchmessers D₁ des Eintritts-Lichts P₁ . Des Weiteren steht ein Licht-Durchmesser für einen maximalen Durchmesser des Eintritts-Lichts P₁ oder des Austritts-Lichts P₂ in einem Querschnitt senkrecht zu der optischen Achse. Weiterhin ist der Querschnitt senkrecht zu den optischen Achsen des Eintritts-Lichts P₁ und des Austritts-Lichts P₂ üblicherweise kreisförmig.

Die erste Objektiv-Einheit 12 enthält einen räumlichen Lichtmodulator (spacial light modulator-SLM) oder ein Variofokus-Objektiv (vari-focal lens - VFL). Des Weiteren enthält die zweite Objektiv-Einheit 14 gleichfalls ebenso einen räumlichen Lichtmodulator oder ein Variofokus-Objektiv. Das heißt, es gibt die folgenden vier Muster bzw. Strukturen als eine Kombination aus der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14. Tabelle 1

	erste Objektiv-Einheit	zweite Objektiv-Einheit
Struktur 1	räumlicher Lichtmodulator	räumlicher Lichtmodulator
Struktur 2	räumlicher Lichtmodulator	Variofokus-Objektiv
Struktur 3	Variofokus-Objektiv	räumlicher Lichtmodulator
Struktur 4	Variofokus-Objektiv	Variofokus-Objektiv

Als ein räumlicher Lichtmodulator, der als die erste Objektiv-Einheit 12 oder die zweite Objektiv-Einheit 14 eingesetzt werden kann, dienen ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenmodulations-Typ, beispielsweise ein SLM aus Material mit veränderlichen Brechungsindex (zum Beispiel ein SLM, bei dem ein Flüssigkristall eingesetzt wird, vom Typ LCOS (Liquid Crystal on Silicon), ein LCD (Liquid Crystal Display) oder dergleichen), ein Segmentspiegel-SLM, ein SLM mit stufenlos verformbarem Spiegel oder dergleichen. Ein SLM aus Material mit veränderlichem Brechungsindex, ein Segmentspiegel-SLM und ein SLM mit stufenlos verformbarem Spiegel dienen als eine Linse bzw. ein Objektiv, die/das durch Anlegen einer Spannung, eines Stroms oder Einwirken von Schreib-Licht eine Vielzahl von Linsenstrukturen enthält, so dass es eine beliebige Brennweite hat.
Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform als Beispiel ein transmissiver räumlicher Lichtmodulator dargestellt, jedoch kann der räumliche Lichtmodulator auch ein reflektierender räumlicher Lichtmodulator sein. Weiterhin ist es möglich, als ein Variofokus-Objektiv für die erste Objektiv-Einheit 12 oder die zweite Objektiv-Einheit 14 ein Objektiv einzusetzen, das in der Lage ist, einen Brechungsindex eines optischen Weges, wie beispielsweise eines Flüssigkristalls oder eines elektrooptischen Kristalls, beliebig zu ändern, oder in der Lage ist, seine Form zu ändern. Bei diesen Variofokus-Objektiven wird eine Brennweite durch Anlegen einer Spannung oder eines Stroms beliebig gesteuert.
Des Weiteren ist im Unterschied zu dem herkömmlichen Strahlformer bei dem Strahlformer 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Abstand L₁ zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 unveränderlich, und die Positionen der ersten Objektiv-Einheit 12 sowie der zweiten Objektiv-Einheit 14 in Bezug auf eine optische Komponente (nicht dargestellt), die sich auf der nachfolgenden Stufe befindet, sind feststehend.
Die Steuereinheit 16 steuert eine Brennweite f₁ der ersten Objektiv-Einheit 12 und eine Brennweite f₂ der zweiten Objektiv-Einheit 14. In dem Fall, in dem die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 räumlichen Lichtmodulatoren sind, leitet die Steuereinheit 16 ein elektrisches Signal (eine Linsen-Struktur) zum Ansteuern der jeweiligen Pixel des räumlichen Lichtmodulators zu der ersten Objektiv-Einheit 12 und/oder der zweiten Objektiv-Einheit 14. Des Weiteren leitet, wenn die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 Variofokus-Objektive sind/ist, die Steuereinheit 16 ein elektrisches Signal zum Steuern einer Brennweite des Variofokus-Objektivs zu der ersten Objektiv-Einheit 12 und/oder der zweiten Objektiv-Einheit 14. Bei dem Strahlformer 10A ändert die Steuereinheit 16 die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 auf diese Weise, so dass der Licht-Durchmesser D₂ des Austritts-Lichts P₂ in Bezug auf den Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichts P₁ beliebig geändert wird. Des Weiteren kann sich die Steuereinheit 16 in einem Gehäuse befinden, in dem die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 aufgenommen sind, oder sie kann sich außerhalb des Gehäuses befinden.
Beispielsweise leitet, um das Austritts-Licht P₂ als paralleles Licht auszugeben, wenn das Eintritts-Licht P₁ auftrifft, das paralleles Licht ist, die Steuereinheit 16 vorzugsweise ein elektrisches Signal (im Fall des räumlichen Lichtmodulators ein Linsen-Muster), durch das die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 12 bzw. der zweiten Objektiv-Einheit 14, die in der folgenden Gleichung (1) gezeigte Beziehung erfüllen, zu der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14.
Gleichung 1 $f_{2} = L_{1} - f_{1}$
Dabei wird ein Verhältnis zwischen dem Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichts P₁ und dem Licht-Durchmesser D₂ des Austritts-Lichts P₂ (Vergrößerungsverhältnis M = D₂/D₁) mit der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt.
Gleichung 2 $M = \frac{| L_{1} - f_{1} |}{f_{1}}$
Wie aus den obenstehenden Gleichungen (1) und (2) deutlich wird, wird, wenn die Brennweite f₁ der ersten Objektiv-Einheit 12 größer ist als der Abstand L₁ zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14, die Brennweite f₂ der zweiten Objektiv-Einheit 14 negativ, und ein Licht, das sich von der ersten Objektiv-Einheit 12 zu der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausbreitet, wird konvergentes Licht. Des Weiteren wird, wenn die Brennweite f₁ größer als Null und kleiner als der Abstand L₁ ist, die Brennweite f₂ positiv, wobei in diesem Fall Licht, das sich von der ersten Objektiv-Einheit 12 zu der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausbreitet, zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 einmal gebündelt und anschließend zu gestreutem Licht wird, das sich zu der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausbreitet. Danach wird dieses Licht durch ein Objektiv bzw. eine Linse kollimiert, dessen/deren auf der zweiten Objektiv-Einheit 14 angezeigte Brechkraft positiv ist. Weiterhin wird, wenn die Brennweite f₁ ebenfalls kleiner als Null ist, die Brennweite f₂ positiv, wobei in diesem Fall Licht, das sich von der ersten Objektiv-Einheit 12 zu der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausbreitet, zu gestreutem Licht wird. Dann wird dieses Licht durch eine Linse kollimiert, deren an der zweiten Objektiv-Einheit 14 angezeigte Brechkraft positiv ist.
2 enthält schematische Darstellungen, die Situationen zeigen, in denen der Durchmesser von parallelem Licht durch den Strahlformer 10A vergrößert oder verkleinert wird. (a) in 2 zeigt eine Situation, in der der Durchmesser des parallelen Lichtes vergrößert wird (f1<0, f2>0, f2 = L1-f1), und (b) in 2 zeigt eine Situation, in der der Durchmesser von parallelem Licht verkleinert wird (f1>0, f2<0, f2 = L1-f1). Dabei beträgt der Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichts P₁ , das auf die erste Objektiv-Einheit 12 auftrifft, vorzugsweise die Hälfte oder weniger einer Länge L₂ einer wirksamen Oberfläche der ersten Objektiv-Einheit 12. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es, da der Licht-Durchmesser D₁ die Hälfte oder weniger einer Länge L₂ beträgt, möglich ist, Verringerung des Beugungs-Wirkungsgrades (Lichtbündelungs-Wirkungsgrad) in der ersten Objektiv-Einheit 12 einzuschränken und den Abstand L₁ zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 zu verkürzen.
Beispielsweise wird angenommen, dass das Eintritts-Licht P₁ mit einem Licht-Durchmesser von 10 mm in die erste Objektiv-Einheit 12 eintritt, die aus einem räumlichen Modulator vom LCOS-Typ besteht. Dabei beträgt, wenn beispielsweise ein Linsen-Muster auf dem räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, bei dem die Brennweite f₁ 800 mm oder mehr beträgt, sein Lichtbündelungs-Wirkungsgrad ungefähr 90%. Dann nimmt, wenn die Brennweite f₁ kürzer wird als 800 mm, der Lichtbündelungs-Wirkungsgrad ab, und wenn die Brennweite f₁ 300 mm beträgt, beträgt sein Lichtbündelungs-Wirkungsgrad + 50%. Diese Verringerung des Lichtbündelungs-Wirkungsgrades ist darauf zurückzuführen, dass eine Raumfrequenz des Linsen-Musters höher wird und ein Brechungs-Wirkungsgrad in einem Bereich in der Nähe des äußeren Randes des räumlichen Lichtmodulators abnimmt. Das heißt, wenn der Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichts P₁ kleiner ist, ist es möglich, selbst dann einen hohen Lichtbündelungs-Wirkungsgrad zu erzielen, wenn die Brennweiten f₁ und f₂ kurz sind. Beispielsweise beträgt der Licht-Durchmesser D₁ die Hälfte oder weniger der Länge L₂ , so dass es möglich ist, auf der zweiten Objektiv-Einheit 14 ein Linsen-Muster anzuzeigen, bei dem die Brennweite f₂ kürzer ist als 800 mm. Wenn dann versucht wird, den gleichen Licht-Durchmesser D₂ zu erzielen, kann der Abstand L₁ um diese Länge verkürzt werden, wenn die Brennweite f₂ kürzer ist. Indem der Abstand L₁ verkürzt wird, kann der Strahlformer 10A weiter verkleinert werden.
Des Weiteren ist es, da der Licht-Durchmesser D₁ die Hälfte oder weniger der Länge L₂ beträgt, auch möglich, den im Folgenden beschriebenen Effekt zu erzielen. Das heißt, es ist möglich, einen Licht-Durchmesser effektiv zu reduzieren, indem eine Konvexlinse auf der ersten Objektiv-Einheit 12 angezeigt wird, und im Gegensatz dazu ist es möglich, einen Licht-Durchmesser effektiv zu vergrößern, indem eine Konkavlinse angezeigt wird. Beispielsweise werden ein Fall (siehe (a) in 2), in dem das Eintritts-Licht P₁ mit einem Licht-Durchmesser D₁ = 5 mm in die erste Objektiv-Einheit 12 eintritt, und das Austritts-Licht P₂ mit einem Licht-Durchmesser D₂ = 10 mm aus der zweiten Objektiv-Einheit 14 Austritt, sowie ein Fall (siehe (b) in 2) betrachtet, in dem das Austritts-Licht P₂ mit einem Licht-Durchmesser D₂ = 0,5 mm aus der zweiten Objektiv-Einheit 14 austritt. In dem Fall, in dem der Licht-Durchmesser D₂ 10 mm beträgt, beträgt der Vergrößerungsfaktor des Licht-Durchmessers 2. In dem Fall, in dem die Brennweite f₂ der zweiten Objektiv-Einheit 14 bis zu 800 mm beträgt, kann der Abstand L₁ auf 400 mm eingestellt werden, und die Brennweite f₁ beträgt in diesem Fall -400 mm. Des Weiteren beträgt, wenn der Licht-Durchmesser D₂ 0,5 mm beträgt, der Vergrößerungsfaktor des Licht-Durchmessers 0,1. In dem Fall, in dem der Abstand L₁ auf 400 mm eingestellt ist, wird die Brennweite f₂ auf 440 mm eingestellt, und wird die Brennweite f₂ auf -40 mm eingestellt, so dass es möglich ist, diesen kleinen Licht-Durchmesser D₂ zu erzielen.
3 enthält Darstellungen, die andere Beispiele eines Verfahrens zum Steuern der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 mit der Steuereinheit 16 zeigen. 3 zeigt Beispiele, bei denen sich die Positionen und die Licht-Durchmesser des Eintritts-Lichts P₁ , das in die erste Objektiv-Einheit 12 eintritt, und des Austritts-Lichts P₂ , das aus der zweiten Objektiv-Einheit 14 austritt, jeweils voneinander unterscheiden. Das heißt, in (a) in 3 sind die gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie A1 des Eintritts-Lichts P₁ einschließt, und die gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie A2 des Austritts-Lichts P₂ einschließt, voneinander um einen Abstand L₃ getrennt, und in (b) in 3 sind die gerade Linie, die die Mittelachsen-Linie A1 des Eintritts-Lichts P₁ einschließt, und die gerade Linie, die die Mittelachsen-Linie A2 des Austritts-Lichts P₂ einschließt, um einen Abstand L₄ voneinander getrennt. Diese Anordnungen sind in dem Fall möglich, in dem die erste Objektiv-Einheit 12 oder/und die zweite Objektiv-Einheit 14 aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht/bestehen, und sie werden vorzugsweise hergestellt, indem der räumliche Lichtmodulator beispielsweise mit einem Überlagerung-Muster versehen wird, in dem ein Linsenmuster mit einem Phasen-Muster, wie beispielsweise einem Beugungsgitter-Muster oder ein Hologramm-Muster überlagert wird.
Das heißt, in dem Fall, in dem die erste Objektiv-Einheit 12 oder/und die zweite Objektiv-Einheit 14 aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht/bestehen, kann die Steuereinheit 16 in dem räumlichen Lichtmodulator ein Überlagerungsmuster zeigen, in dem ein Linsen-Muster, mit dem die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 versehen sind/ist, mit verschiedenartigen Beugungsgitter-Muster überlagert wird. Dementsprechend wird, wie beispielsweise in (a) in 3 und (b) in 3 gezeigt, sogenannte Stahlablenkung ermöglicht, bei der das Austritts-Licht P₂ auf eine beliebige optische Achse A2 verschoben wird, die sich von der optischen Achse A1 unterscheidet. Bei dieser Anordnung ist es möglich, die optische Achse A2 des von der zweiten Objektiv-Einheit 14 austretenden Lichtes P₂ parallel zu der optischen Achse A1 des eintretenden Lichtes P₁ verlaufen zu lassen, während eine optische Achse von Licht, das sich zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausbreitet, geneigt ist.
Des Weiteren ist es, da die Steuereinheit 16 ein Überlagerung-Muster in dem räumlichen Lichtmodulator schafft, bei dem, wie in (a) in 4 gezeigt, ein Linsen-Muster mit einem vorgegebenen Beugungsgitter-Muster überlagert wird, möglich, Ablenkung einer Vielzahl von Strahlen durchzuführen, das heißt, das Austritts-Licht P₂ wird auf eine Vielzahl optischer Achsen (beispielsweise A2 in der Zeichnung) verschoben, die sich von der optischen Achse A1 unterscheiden, wobei gleichzeitig eine Vielzahl (in der Zeichnung zwei) optischer Achsen, die in Richtungen, die sich voneinander unterscheiden, in Bezug auf die optische Achse A1 geneigt sind, zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausgebildet werden. Es ist möglich, eine derartige Anordnung herzustellen, indem beispielsweise der räumliche Lichtmodulator mit einem Linsen-Muster versehen wird, mit dem aus der zweiten Objektiv-Einheit 14 austretendes Licht in eine Vielzahl optischer Wege für in die erste Objektiv-Einheit 12 eintretendes Licht geteilt wird.
Des Weiteren kann, da die Steuereinheit 16 in dem räumlichen Lichtmodulator ein Überlagerungsmuster zeigt, in dem, wie in (b) in 4 gezeigt, ein Linsen-Muster mit einem vorgegebenen Beugungsgitter-Muster überlagert wird, die erste Objektiv-Einheit 12 in eine Vielzahl (in der Zeichnung zwei) von Bereichen unterteilt werden, und optische Achsen, die in Bezug auf die optische Achse A1 geneigt (oder parallel) sind, können zwischen allen diesen Bereichen und der zweiten Objektiv-Einheit 14 ausgebildet werden. Entsprechend dem in (b) in 4 gezeigten Aufbau ist es im Unterschied zu dem Aufbau bzw. der Anordnung (a) in 4 möglich, einen Beugungswinkel in der ersten Objektiv-Einheit 12 zu verkleinern, wodurch es möglich wird, die Last der ersten Objektiv-Einheit 12 zu verringern. Im Folgenden wird die Last der ersten Objektiv-Einheit 12 beschrieben. In dem Fall, in dem die erste Objektiv-Einheit 12 aus einem räumlichen Lichtmodulator (SLM) besteht, ist ein auf diesem SLM anzuzeigendes Linsen-Muster ein Phasen-Muster, das als ein Fresnel-Linsen-Muster bezeichnet wird. Dieses Muster wird mit der folgenden Gleichung (3) hergeleitet.
Gleichung 3 $ϕ (r) = mod (- \frac{π r^{2}}{λ f},2 π)$
In der Gleichung (3) ist r ein Abstand zu dem Mittelpunkt eines Linsen-Musters, λ ist eine Wellenlänge eines auftreffenden Strahls, und f ist eine Brennweite einer Linse. Des Weiteren spiegelt diese Gleichung (3) den Fall wider, in dem ein Verfahren des sogenannten „Wrapping“ einer Phase bei 2π (rad) (als Phase-Wrapping bezeichnet) eingesetzt wird, um ein Fresnel-Linsen-Muster in einem SLM anzuzeigen, mit dem eine Phasendifferenz bis zu 2π (rad) ausgedrückt werden kann. Wie aus dieser Gleichung (3) ersichtlich ist, wird eine Phase bei Bewegung von dem Mittelpunkt des Linsen-Musters weg steiler. Daher wird häufig Phase-Wrapping in dem Randabschnitt des Linsen-Musters verursacht. Wenn dann ein Intervall des Phase-Wrapping kürzer wird als das Doppelte des Pixel-Abstandes (pixel pitch) des SLM, ist es nicht mehr möglich, ein Fresnel-Linsen-Muster auszudrücken. Um eine derartige Erscheinung zu vermeiden, wird, wenn die NA zu groß wird, vorzugsweise das Licht effektiv genutzt, indem Licht in eine Vielzahl von Bereichen geteilt wird, während gleichzeitig die NA unter Verwendung der in (b) in 4 gezeigten Anordnung beschränkt wird.
Bei dem Strahlformer 10A der vorliegenden Ausführungsform ist es, wie in 3 und 4 gezeigt, möglich, zusätzlich zum Ändern eines Licht-Durchmessers Steuerungsvorgänge, wie beispielsweise Ändern einer Position der optischen Achse des Austritts-Lichts P₂ sowie Teilen des Austritts-Lichts P₂ durchzuführen, die mit einer herkömmlichen optischen Linse bisher nicht durchgeführt werden konnten.
Des Weiteren ist, wenn die erste Objektiv-Einheit 12 oder/und die zwei Objektiv-Einheit 14 aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht, die Steuereinheit 16 in der Lage, ein Linsen-Muster, mit dem die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 versehen werden/wird, mit einer Vielzahl von Hologramm-Mustern zu überlagern. Dementsprechend können die in 3 und 4 gezeigten Anordnungen hergestellt werden.
Des Weiteren ist, wenn die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht, die Steuereinheit 16 in der Lage, ein Linsen-Muster, mit dem die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 versehen werden/wird, mit einem Muster zum Korrigieren von Aberrationen zu überlagern, die durch eine in einem optischen System oder einem Variofokus-Objektiv enthaltene Verzerrung erzeugt werden.
Eine Linse, die separat von der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 vorhanden ist, und ein Variofokus-Objektiv, das als die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 eingesetzt wird, können geringfügige Verzerrungen aufweisen. Wünschenswerterweise werden Aberrationen aufgrund derartiger Verzerrungen korrigiert, um Phasenmodulation akurat durchzuführen. Dementsprechend wird ein Linsen-Muster, mit dem die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 versehen werden/wird, mit einem Muster zum Korrigieren von Aberrationen überlagert. Damit kann ein optisches System sehr genau eingerichtet werden. Des Weiteren ist es auf diese Weise mit dem Strahlformer 10A der vorliegenden Ausführungsform auch möglich, das gesamte System einfach einzurichten, ohne dass eine komplexe Linsenformung beim Korrigieren von Aberrationen erforderlich ist.
Bei dem oben beschriebenen Strahlformer 10A der vorliegenden Ausführungsform sind anstelle der zwei oder mehr Objektiv-Gruppen bei dem herkömmlichen Strahlformer die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 vorhanden, die aus den räumlichen Lichtmodulatoren oder Variofokus-Objektiven bestehen. Ein räumlicher Lichtmodulator und ein Variofokus-Objektiv sind, wie oben beschrieben, optische Komponenten, mit denen die Brennweiten f₁ und f₂ geändert werden können, ohne eine Position in einer Richtung der optischen Achse A zu verändern. Daher ist es in einem Zustand, in dem der Abstand L₁ zwischen der ersten Objektiv-Einheit 12 und der zweiten Objektiv-Einheit 14 unveränderlich ist, möglich, eine Vergrößerung des Licht-Durchmessers D₂ des Austritts-Lichts P₂ in Bezug auf den Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichts P₁ beliebig zu ändern. Des Weiteren sind diese optischen Komponenten in der Lage, die Brennweiten f₁ und f₂ auf ein elektrisches Signal von der Steuereinheit 16 hin in einer außerordentlich kurzen Zeit zu ändern. Dementsprechend ist es mit dem Strahlformer 10A der vorliegenden Ausführungsform, im Unterschied zu dem herkömmlichen Strahlformer, möglich, eine erforderliche Zeit beim Ändern einer Vergrößerung des Licht-Durchmessers D₂ erheblich zu verkürzen. Des Weiteren ist es, da kein komplizierter Mechanismus zum Bewegung von Objektiv-Gruppen erforderlich, möglich, das gesamte Strahlaufweit-System einfach einzurichten.
Darüber hinaus hat, wenn die erste Objektiv-Einheit 12 oder/und die zweite Objektiv-Einheit 14 aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht/bestehen, ein Wert einer Brennweite, der mit dem räumlichen Lichtmodulator erreicht werden kann, eine untere Grenze. Dementsprechend ist auch ein Bereich begrenzt, in dem der Licht-Durchmesser mit dem Strahlformer 10A geändert werden kann. Um ein derartiges Problem zu lösen, wird vorzugsweise ein Objektiv mit fester Brennweite zwischen die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 eingesetzt. Es kann/können die erste Objektiv-Einheit 12 und/oder die zweite Objektiv-Einheit 14 auch aus einer Vielzahl räumlicher Lichtmodulatoren bestehen, oder eine Vielzahl von Linsen-Mustern können auf der ersten Objektiv-Einheit 12 und/oder der zweiten Objektiv-Einheit 14 angezeigt werden, um so Phasenmodulation mehrmals durchzuführen. Beispielsweise ist es, wenn diese Verfahren eingesetzt werden, möglich, einen Änderungsbereich des Licht-Durchmessers zu erweitern.
Des Weiteren können in der vorliegenden Ausführungsform die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 eine 4f- Optik bilden. Als die 4f-Optik wird beispielsweise eine beidseitig telezentrische Optik bevorzugt, die aus einer Vielzahl von Linsen besteht.
Zweite Ausführungsform
5 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Strahlformers 10B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Strahlformer 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine erste Objektiv-Einheit 22, eine zweite Objektiv-Einheit 24 sowie eine Steuereinheit 26. Die erste Objektiv-Einheit 22 und die zweite Objektiv-Einheit 22 bestehen aus reflektierenden räumlichen Lichtmodulatoren und weisen jeweils lichtreflektierende Flächen 22a und 24a auf. Des Weiteren kann, wie in 5 gezeigt, der Strahlformer 10B darüber hinaus eine Laserlicht-Quelle 28, ein Raumfilter 32, eine Kollimationslinse 34 sowie reflektierende Spiegel 36a bis 36e enthalten, die als reflektierende Elemente dienen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Objektiv-Einheit 24 in einer im Folgenden beschriebenen Struktur mit der ersten Objektiv-Einheit 22 optisch gekoppelt. Das heißt, die lichtreflektierende Fläche 24a der zweiten Objektiv-Einheit 24 ist über die reflektierenden Spiegel 36d und 36c, die als eine Vielzahl reflektierender Elemente dienen, optisch mit der lichtreflektierenden Fläche 22a der ersten Objektiv-Einheit 22 gekoppelt und ist gleichzeitig optisch mit dem reflektierenden Spiegel 36e gekoppelt. Des Weiteren trifft das Eintritts-Licht P₁ über die reflektierenden Spiegel 36b und 36a auf die lichtreflektierende Fläche 22a der ersten Objektiv-Einheit 22 auf. Das Eintritts-Licht P₁ wird geeigneterweise beispielsweise so erzeugt, dass von der Laserlicht-Quelle 28 emittiertes Laserlicht durch eine Bündelungslinse 32a und ein Loch (pin hole) 32b des Raumfilters 32 hindurchtritt, um Wellenfront-Rauschen und -Verzerrung zu eliminieren, und anschließend durch die Kollimationslinse 34 hindurch tritt, so dass es parallel gerichtet wird.
Bei dem Strahlformer 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ebenfalls ein optischer Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit 22 und der zweiten Objektiv-Einheit 24 (das heißt, ein Abstand von der ersten Objektiv-Einheit 22 bis zu der zweiten Objektiv-Einheit 24 über die reflektierenden Spiegel 36c und Spiegel 36d) unveränderlich, und die Positionen der ersten Objektiv-Einheit 22 sowie der zweiten Objektiv-Einheit 24 relativ zu einer optischen Komponente, die an die nachfolgenden Stufe des reflektierenden Spiegel 36e gekoppelt ist, sind feststehend. Des Weiteren entspricht der optische Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit 22 und der zweiten Objektiv-Einheit 24 dem Abstand L₁ in der ersten Ausführungsform.
Die Steuereinheit 26 steuert die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 22 und der zweiten Objektiv-Einheit 24. Die Steuereinheit 26 erzeugt ein elektrisches Signal (ein Linsen-Muster) zum Ansteuern der jeweiligen Pixel der räumlichen Lichtmodulatoren für die erste Objektiv-Einheit 22 und die zweite Objektiv-Einheit 24, so dass die Linsen mit den Brennweiten f₁ bzw. f₂ an diesen räumlichen Lichtmodulatoren angezeigt werden. Bei dem Strahlformer 10B ändert die Steuereinheit 26 die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 22 und der zweiten Objektiv-Einheit 24 auf diese Weise und gibt so das Austritts-Licht P₂ aus, das paralleles Licht ist, dessen Licht-Durchmesser sich von dem des Eintritts-Lichtes P₁ unterscheidet. Des Weiteren kann die Steuereinheit 26 in einem Gehäuse angeordnet sein, in dem die erste Objektiv-Einheit 22 und die zweite Objektiv-Einheit 24 aufgenommen sind, oder kann sich außerhalb des Gehäuses befinden.
Wie bei der vorliegenden Ausführungsform können die erste Objektiv-Einheit 22 und die zweite Objektiv-Einheit 24 aus reflektierenden räumlichen Lichtmodulatoren bestehen. Selbst in diesem Fall können die gleichen Effekte wie diejenigen bei der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt werden.
Abwandlung
6 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Strahlformers 10C als einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt. Ein Punkt, in dem sich der Strahlformer 10C gemäß der vorliegenden Abwandlung von der zweiten Ausführungsform unterscheidet, ist der Aufbau der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit. Das heißt, bei der vorliegenden Abwandlung enthält der Strahlformer 10C einen einzelnen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 30 und die erste Objektiv-Einheit sowie die zweite Objektiv-Einheit bestehen aus einem einzelnen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 30, und ein Teilbereich (ein erster Bereich) seiner lichtreflektierenden Fläche 30a dient als eine erste Objektiv-Einheit 30b, und ein anderer Teilbereich (ein zweiter Bereich) dient als eine zweite Objektiv-Einheit 30c.
In der vorliegenden Abwandlung ist die zweite Objektiv-Einheit 30c über die reflektierenden Spiegel 36d und 36c optisch mit der ersten Objektiv-Einheit 30b gekoppelt und ist gleichzeitig optisch mit dem reflektierenden Spiegel 36e gekoppelt. Des Weiteren trifft das Eintritts-Licht P₁ , das paralleles Licht ist, über die reflektierenden Spiegel 36b und 36a auf die erste Objektiv-Einheit 30b auf.
Bei dem Strahlformer 10C gemäß der vorliegenden Abwandlung ist ebenfalls ein optischer Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit 30b und der zweiten Objektiv-Einheit 30c unveränderlich und die Positionen der ersten Objektiv-Einheit 30b sowie der zweiten Objektiv-Einheit 30c relativ zu einer optischen Komponente, die an die darauffolgende Stufe des reflektierenden Spiegel 36e gekoppelt ist, sind feststehend. Darüber hinaus entspricht der optische Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit 30b und der zweiten Objektiv-Einheit 30c dem Abstand L₁ in der ersten Ausführungsform.
Die Steuereinheit 26 steuert die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 30b und der zweiten Objektiv-Einheit 30c. Die Steuereinheit 26 leitet ein elektrisches Signal (ein Linsen-Muster) zum Ansteuern der entsprechenden Pixel des räumlichen Lichtmodulators 30 zu dem räumlichen Lichtmodulator 30, um so die Linsen mit den Brennweiten f₁ bzw. f₂ auf der ersten Objektiv-Einheit 30b und der zweiten Objektiv-Einheit 30c anzuzeigen. Bei dem Strahlformer 10C ändert die Steuereinheit 26 die Brennweiten f₁ und f₂ der ersten Objektiv-Einheit 30b und der zweiten Objektiv-Einheit 30c auf diese Weise und gibt so das Austritts-Licht P₂ aus, das paralleles Licht ist, dessen Licht-Durchmesser sich von dem des Eintritts-Lichtes P₁ unterscheidet.
Wie bei der vorliegenden Ausführungsform können die erste Objektiv-Einheit und die zweite Objektiv-Einheit aus einem gemeinsamen einzelnen räumlichen Lichtmodulator bestehen. Auch in diesem Fall können die gleichen Effekte wie diejenigen bei der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform erzielt werden.
Des Weiteren sind bei der zweiten Ausführungsform und der Abwandlung für ein optisches System, in dem Licht auf die erste Objektiv-Einheit und die zweite Objektiv-Einheit auftrifft und von ihnen emittiert wird, verschiedenartige andere Anordnungen als die in 5 und 6 gezeigten Anordnungen möglich. Beispielsweise kann ein Aufweiter anstelle des Raumfilters 32 und der Kollimationslinse 34 vorhanden sein, und die reflektierenden Spiegel 36a bis 36e können durch andere lichtreflektierende optische Komponenten, wie beispielsweise ein Dreiseit-Prisma, ersetzt werden. Des Weiteren ist, wie in 7 gezeigt, eine Konfiguration ohne den Einsatz reflektierender Spiegel möglich. Weiterhin sind in der Konfiguration in 7 der reflektierende räumlicher Lichtmodulator, der die erste Objektiv-Einheit 22 bildet, und der reflektierende räumlicher Lichtmodulator, der die zweite Objektiv-Einheit 24 bildet, vorzugsweise so angeordnet, dass ihre lichtreflektierenden Flächen 22a und 24a parallel zueinander sind. In diesem Fall können das Eintritts-Licht P₁ und das Austritts-Licht P₂ im Wesentlichen parallel zueinander sein und kann die Vorrichtung relativ kompakt ausgeführt sein.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Mikroskop beschrieben, das den Strahlformer 10A gemäß der ersten Ausführungsform enthält. Dabei wird ein Laserscanning-Mikroskop als ein Beispiel beschrieben.
Das Laserscanning-Mikroskop führt Rasterabtasten (raster scanning) eines Lichtbündelungspunktes von Laserlicht durch, das mittels einer Objektivlinse oder dergleichen auf einer Oberfläche eines Objektes konzentriert wird, und führt Bilderzeugung mittels Fluoreszenz, reflektiertem Licht oder gestreutem Licht, das durch das Scannen erzeugt wird, oder Emission von Licht durch, das von dem Objekt durch das aufgestrahlte Laserlicht erzeugt wird. Je größer die numerische Apertur (NA) der Objektivlinse ist, umso geringer ist die Größe des Lichtbündelungspunktes des Laserlichtes, und je kleiner der Lichtbündelungspunkt ist, umso höher ist die Auflösung bei der Bilderzeugung. Je kleiner der Lichtbündelungspunkt ist, umso größer ist jedoch die Anzahl von Abtastvorgängen für die Bilderzeugung, wodurch eine lange Zeit für die Bilderzeugung erforderlich ist. Daher ist vorstellbar, dass zunächst Bilderzeugung mit niedriger Auflösung für einen großen Bereich eines Objektes in kurzer Zeit unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer kleineren numerischen Apertur durchgeführt wird, ein Teilbereich in dem Bereich auf Basis eines Ergebnisses der Bilderzeugung ausgewählt wird, und Bilderzeugung mit hoher Auflösung für den Bereich unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer größeren numerischen Apertur durchgeführt wird.
In diesem Fall ist es erforderlich, zwischen der Objektivlinse mit kleinerer numerischer Apertur und der Objektivlinse mit größerer numerischer Apertur zu wechseln, wodurch in diesem Fall ein im Folgenden beschriebenes Problem auftritt. Im Allgemeinen haben viele schwach vergrößernde Objektivlinsen kleinere numerische Aperturen und viele stark vergrößernde Objektivlinsen größere numerische Aperturen. 8 zeigt als ein Beispiel eine schwach vergrößernde Objektivlinse 40 mit einer numerischen Apertur von 0,3 und mit einer 10fachen Vergrößerung ((a) in 8) sowie eine stark vergrößernde Objektivlinse 42 mit einer numerischen Apertur von 0,75 und mit einer 40fachen Vergrößerung ((b) in 8). Um Licht mit den Objektivlinsen 40 und 42 zu bündeln und ein beugungsbegrenztes Bild zu gewinnen, wird ein Licht-Durchmesser D₃ von Licht P₃ , das auf die Objektivlinsen 40 und 42 auftritt, vorzugsweise an Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ und EP₂ angepasst.
Die Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ und EP₂ der Objektivlinsen 40 und 42 werden entsprechend der Vergrößerung und der numerischen Apertur der Objektivlinsen 40 und 42 bestimmt. Beispielsweise beträgt bei der Objektivlinse 40 mit einer 10fachen Vergrößerung und einer numerischen Apertur von 0,3, die in (a) in 8 dargestellt ist, der Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ 10,80 mm. Weiterhin beträgt beispielsweise bei der Objektivlinse 42 mit einer 40fachen Vergrößerung und einer numerischen Apertur von 0,75, die in (b) in 8 dargestellt ist, der Austrittspupillen-Durchmesser EP₂ 6,75 mm. Dadurch ist ein Austrittspupillen-Durchmesser einer Objektivlinse mit schwacher Vergrößerung größer als ein Austrittspupillen-Durchmesser einer stark vergrößernden Objektivlinse. Dementsprechend ist, wenn kein Mechanismus zum Ändern eines Licht-Durchmessers vorhanden ist, der Licht-Durchmesser D₃ des Lichtes P₃ an den Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ der schwach vergrößernden Objektivlinse 40 angepasst. Da jedoch dieser Licht-Durchmesser D₃ für den Austrittspupillen-Durchmesser EP₂ der stark vergrößernden Objektivlinse 42 zu groß ist, kann der am Rand befindliche Teil des Lichtes P₃ nicht durch die Austrittspupille hindurchtreten. Dementsprechend wird nur ein Teil des Lichtes P₃ gebündelt, wodurch es zu einem Verlust bei der Lichtmenge kommt. Beispielsweise beträgt, wenn das Licht P₃ eine Intensitätsverteilung in Form eines Zylinderhutes hat, eine Menge an Licht, dass durch die Objektivlinse 42 mit einer 40fachen Vergrößerung gebündelt wird, ungefähr 40% einer Lichtmenge des auftreffenden Lichtes P₃ , so dass es zu einem starken Verlust der Lichtmenge kommt.
So tritt, wenn zwischen Objektivlinsen mit verschiedenartigen Vergrößerung und numerischen Aperturen gewechselt wird, um Beobachtung durchzuführen, da sich die Austrittspupillen-Durchmesser dieser Objektivlinsen voneinander unterscheiden, das Problem auf, dass es zu einem Verlust der Lichtmenge an einer stark vergrößernden Objektivlinse kommt. Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Licht-Durchmesser von Licht, das in die Objektivlinse eintritt, entsprechend einem Austrittspupillen-Durchmesser der Objektivlinse unter Verwendung des Strahlformers 10A gemäß der ersten Ausführungsform angepasst.
9 enthält Darstellungen, die einen Aufbau eines Mikroskops 50A gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Das Mikroskop 50A enthält, wie in 9 gezeigt, den Strahlformer 10A, die Laserlicht-Quelle 28, das Raumfilter 32, die Kollimationslinse 34 sowie die Objektivlinsen 40 und 42. Des Weiteren kann der Strahlformer 10B (oder 10C) der zweiten Ausführungsform anstelle des Strahlformers 10A eingesetzt werden.
Das Eintritts-Licht P₁ tritt in die erste Objektiv-Einheit 12 ein. Das Eintritts-Licht P₁ wird geeigneterweise beispielsweise so erzeugt, dass von der Laserlicht-Quelle 28 emittiertes Laserlicht durch die Bündelungslinse 32a und das Loch 32b des Raumfilters 32 hindurchtritt, um Wellenfront-Rauschen und -Verzerrung zu eliminieren, und anschließend durch die Kollimationslinse 34 hindurch tritt, so dass es sich parallel ausbreitet. Dann wird der Durchmesser dieses Eintritts-Lichtes P₁ durch die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 vergrößert (oder verkleinert), und Austritts-Licht P₂ , das paralleles Licht ist, tritt über eine hintere Fläche (eine Fläche an der einer der ersten Objektiv-Einheit 12 zugewandten Fläche gegenüberliegenden Seite) der zweiten Objektiv-Einheit 14 aus. Das Austritts-Licht P₂ tritt in die Austrittspupille der Objektivlinse 40 oder 42 ein und wird an der Objektivlinse 40 oder 42 gebündelt.
Eine Größe des Licht-Durchmessers D₂ des Austritts-Lichtes P₂ wird durch die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 so angepasst, dass sie den Austrittspupillen-Durchmessern EP₁ und EP₂ der Objektivlinsen 40 und 42 entspricht. Das heißt, wenn die Objektivlinse 40 mit schwacher Vergrößerung/kleiner numerischer Apertur ausgewählt wird, werden, wie in (a) in 9 gezeigt, die Brennweite f₁ der ersten Objektiv-Einheit 12 und die Brennweite f₂ der zweiten Objektiv-Einheit 14 so gesteuert, dass der Licht-Durchmesser D₂ des Austritts-Lichtes P₂ an den relativ großen Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ angenähert wird. Des Weiteren kann der Licht-Durchmesser D₁ des Eintritts-Lichtes P₁ im Voraus an dem Austrittspupillen-Durchmesser EP₁ der Objektivlinse 40 angepasst werden, und die Vergrößerung des Licht-Durchmessers D₂ in Bezug auf den Licht-Durchmesser D₁ kann 1 betragen. Weiterhin werden, wie in (b) in 9 gezeigt, wenn die Objektivlinse 42 mit starker Vergrößerung/großer numerischer Apertur ausgewählt wird, die Brennweite f₁ der ersten Objektiv-Einheit und die Brennweite f₂ der zweiten Objektiv-Einheit 14 so gesteuert, dass der Licht-Durchmesser D₂ des Austritts-Lichtes P₁ an den relativ kleinen Austrittspupillen-Durchmesser EP₂ angenähert wird.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, einen Verlust der Lichtmenge zu reduzieren, indem ein Licht-Durchmesser von Licht, das in die Objektivlinse eintritt, unter Verwendung des Strahlformers 10A (oder 10B, 10C) an einen Austrittspupillen-Durchmesser angepasst wird.
In Bezug auf die oben beschriebenen Effekte werden hier spezifische numerische Werte aufgeführt. Gegenwärtig gibt es räumliche Lichtmodulatoren, die einen Lichtnutzungs-Wirkungsgrad von 90% oder mehr haben. Wenn derartige räumliche Lichtmodulatoren als die erste Objektiv-Einheit 12 und die zweite Objektiv-Einheit 14 eingesetzt werden, beträgt eine Lichtmenge des Austritts-Lichtes P₂ ungefähr 80% einer Lichtmenge des Eintritts-Lichtes P₁ . Dementsprechend beträgt ein Verlust der Lichtmenge in der Objektivlinse 42 ungefähr 20%, und es ist möglich, eine Menge an gebündeltem Licht zu erzielen, die das Doppelte der Menge an gebündeltem Licht bei der herkömmlichen Technik beträgt.
Vierte Ausführungsform
Im Folgenden wird als eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein weiteres Mikroskop beschrieben, das den Strahlformer 10A gemäß der ersten Ausführungsform enthält. Dabei wird ein TIRF-Mikroskop (total internal reflection fluorescence microscope) als ein Beispiel beschrieben. Ein TIRF-Mikroskop ist eine Vorrichtung, die Bilderzeugung so durchführt, dass Laserlicht vollständig an einem Betrachtungsobjekt reflektiert wird, um ein abklingendes Feld zu generieren und Fluoreszenz zu erregen, und es enthält eine Objektivlinse mit ultrastarker Vergrößerung, die eine außerordentlich große numerische Apertur hat.
10 ist eine Darstellung, die dieses TIRF-Mikroskop 50B zeigt. Das TIRF-Mikroskop 50B enthält den Strahlformer 10A, die Laserlicht-Quelle 28, das Raumfilter 32, die Kollimationslinse 34 und die Objektivlinse 44. Weiterhin kann der Strahlformer 10A (oder 10C) gemäß der zweiten Ausführungsform anstelle des Strahlformers 10A eingesetzt werden.
Die Objektivlinse 44 hat eine außerordentlich große numerische Apertur von beispielsweise 1,65 sowie eine ultrastarke Vergrößerung von beispielsweise dem 100-fachen. Bei diesem TIRF-Mikroskop ist es, um Totalreflektion von Laserlicht zu nutzen, erforderlich, das Licht in die Umgebung des Randabschnitts der Austrittspupille der Objektivlinse 44 eintreten zu lassen. Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, die Position der Mittelachsen-Linie des Austritts-Lichtes P₂ dem Strahlformer 10A in die Nähe des Randabschnitts der Austrittspupille der Objektivlinse verschoben. Zur gleichen Zeit wird der Licht-Durchmesser D₂ des Austritts-Lichtes P₂ im Vergleich zu dem Austrittspupillen-Durchmesser EP₃ der Objektivlinse 44 ausreichend verkleinert.
So wird der Strahlformer 10A (oder 10B, 10C) bei dem TIRF-Mikroskop 50B eingesetzt und damit ist es möglich, eine Position und einen Licht-Durchmesser von Licht, das in die Objektivlinse 44 eintritt, beliebig zu steuern und vorzugsweise ein TIRF-Bild zu erzeugen. Des Weiteren ist es, wenn dieses Mikroskop auch eine normale Objektivlinse enthält, möglich, einen Licht-Durchmesser und eine Position der optischen Achse von Licht so zu ändern, dass sie diesen Objektivlinsen entsprechen. Dann kann ein Mikroskop einfach eingerichtet werden, und kann eine erforderliche Zeit beim Ändern eines Licht-Durchmessers verkürzt werden.
Fünfte Ausführungsform
Im Folgenden wird als eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein weiteres Mikroskop beschrieben, das den Strahlformer 10A gemäß der ersten Ausführungsform enthält. Dabei wird ein Bearbeitungs-Mikroskop als ein Beispiel beschrieben. Ein Bearbeitungs-Mikroskop ist eine Vorrichtung, die Bearbeitung durch Bestrahlen eines Objektes mit Laserlicht durchführt, um das Objekt zum Schmelzen zu bringen.
11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel des Aufbaus eines derartigen Bearbeitungs-Mikroskops zeigt. Das in 11 gezeigte Bearbeitungs-Mikroskop 50C enthält den Strahlformer 10A, die Laserlicht-Quelle 28, das Raumfilter 32, die Kollimationslinse 34 sowie die Objektivlinse 42. Des Weiteren kann anstelle des Strahlformers 10A der Strahlformer 10B (oder 10C) gemäß der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden.
Des Weiteren enthält das Bearbeitungs-Mikroskop 50C darüber hinaus eine diffraktive Optik (Diffractive Optical Element - DOE) 46. Die diffraktive Optik 46 ist optisch zwischen die Kollimationslinse 34 und die erste Objektiv-Einheit 12 gekoppelt und übt eine vorgegebene beugende Wirkung auf das Eintritts-Licht P₁ aus, das von der Kollimationslinse 34 zu der ersten Objektiv-Einheit 12 geleitet wird. Diese diffraktive Optik 46 und ein räumlicher Lichtmodulator werden kombiniert, und beispielsweise wird eine Phasenverteilung mittels eines iterativen Fourier-Verfahrens oder eine Phasenverteilung, wie sie in Nicht-Patentdokument 2 beschrieben ist, auf Licht angewendet, das eine Gaußsche Intensitätsverteilung aufweist, so dass es möglich ist, ein gebündeltes Licht-Bild mit einer flachen Intensitätsverteilung (Zylinderhut-Form) an einer Lichtbündelungs-Position der Objektivlinse 42 zu erzielen. Dann ist es, indem Bearbeitung unter Verwendung eines derartigen gebündelten Licht-Bildes durchgeführt wird, möglich, einen Bereich, der über die Beugungsgrenze hinausreicht, gleichmäßig zu bearbeiten, und eine Geschwindigkeit der Bearbeitung kann verbessert werden.
Um ein derartiges gebündeltes Licht-Bild in Zylinderhut-Form zu erzielen, ist es wichtig, dass das gesamte Eintritts-Licht von der Mitte bis zum hinteren Ende der Gauss'schen Verteilung durch die Objektivlinse hindurchgelassen wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn das hintere Ende der Gauss'schen Verteilung in der Objektivlinse 42 abgeschnitten wird, es nicht möglich ist, eine zylinderhutförmige Intensitätsverteilung bei einem gebündelten Licht-Bild zu erzielen. Dementsprechend wird, wenn Bearbeitung durchgeführt wird, indem zwischen einer Vielzahl von Objektivlinsen mit unterschiedlichen Vergrößerungen und numerischen Aperturen gewechselt wird, vorzugsweise ein Licht-Durchmesser von Licht, das in die Objektivlinse 42 eintritt, unter Verwendung eines der Strahlformer 10A bis 10C gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform geändert. Damit wird ermöglicht, dass das gesamte Eintritts-Licht durch die Objektivlinse 42 hindurchtritt, wodurch es möglich wird, ein gebündeltes Licht-Bild in Zylinderhut-Form zu schaffen.
Des Weiteren kann ein Linsen-Muster der ersten Objektiv-Einheit 12 oder/und der zweiten Objektiv-Einheit 14 mit einer Phasenverteilung zum Erzeugen einer Zylinderhut-Form überlagert werden. Des Weiteren kann die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform bei einem Mikroskop zur Betrachtung eingesetzt werden. Das heißt, schnelles Abtasten und gleichmäßige Beleuchtung sind möglich, indem Abtastung oder Beleuchtung an einem Betrachtungsobjekt unter Verwendung von gleichmäßigem Licht über die Beugungsgrenze hinaus ausgeführt wird. Des Weiteren kann ein derartiges gebündeltes Licht-Bild in Zylinderhut-Form eingesetzt werden, um eine Reaktion eines Betrachtungsobjektes mittels Bestrahlung des Objektes mit Licht zu beobachten, beispielsweise für eine Halbleiter-Fehleranalyse oder Licht-Stimulation von Zellen.
Ein Strahlformer gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen beschränkt, und es sind verschiedene weitere Abwandlungen möglich. Beispielsweise wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen als Beispiel der Fall beschrieben, in dem in die erste Objektiv-Einheit eintretendes Licht paralleles Licht ist, jedoch ist das Licht, das in die erste Objektiv-Einheit eintritt, nicht auf paralleles Licht beschränkt, und es können verschiedene Lichtstrahlen eingesetzt werden.
Weiterhin ist in der oben beschriebenen dritten bis fünften Ausführungsform das Beispiel dargestellt, bei dem der Strahlformer gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Mikroskop eingesetzt wird, jedoch kann der Strahlformer gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Beleuchtungsoptik eingesetzt werden, mit der ein beleuchteter Bereich geändert werden kann. Weiterhin ist es, wie in 3 gezeigt, auch möglich, eine Beleuchtungsposition zu ändern, indem die Mittelachsen-Linie des Austritts-Lichtes gegenüber der Mittelachsen-Linie des Eintritts-Lichtes verschoben wird.
Weiterhin befindet sich in der dritten bis fünften Ausführungsform, wie sie oben beschrieben sind, die Objektivlinse unmittelbar hinter der zweiten Objektiv-Einheit, jedoch können die zweite Objektiv-Einheit und die Austrittspupille oder die hintere Fokus-Position der Objektivlinse über ein telezentrisches Objektiv, wie beispielsweise ein Objektiv eines 4f-Systems, gekoppelt sein.
Weiterhin ist bei der dritten bis fünften Ausführungsform, wie sie oben beschrieben sind, die Objektivlinse als Beispiel als eine optische Komponente dargestellt, die sich auf der nachfolgenden Stufe der zweiten Objektiv-Einheit befindet, wobei jedoch nicht nur eine Objektivlinse, sondern auch verschiedene optische Komponenten auf der nachfolgenden Stufe der zweiten Objektiv-Einheit des Strahlformers gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können.
Ein Strahlformer gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält eine erste Objektiv-Einheit, die aus einem räumlichen Lichtmodulator oder einem Variofokus-Objektiv besteht, eine zweite Objektiv-Einheit, die optisch mit der ersten Objektiv-Einheit gekoppelt ist und die aus einem räumlichen Lichtmodulator oder einem Variofokus-Objektiv besteht, sowie eine Steuereinheit, die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit steuert, indem sie den räumlichen Lichtmodulator mit einem Linsen-Muster versieht, oder indem sie eine Brennweite des Variofokus-Objektivs steuert, wobei in dem Strahlformer ein Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit unveränderlich ist und die Steuereinheit die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit sowie der zweiten Objektiv-Einheit so steuert, dass sich ein Licht-Durchmesser von Licht, dass in die erste Objektiv-Einheit eintritt, und ein Licht-Durchmesser von Licht, das aus der zweiten Objektiv-Einheit 14 austritt, voneinander unterscheiden.
Des Weiteren kann der Strahlformer so aufgebaut sein, dass die erste Objektiv-Einheit oder/und die zweite Objektiv-Einheit einen räumlichen Lichtmodulator enthält/enthalten, und die Steuereinheit den räumlichen Lichtmodulator mit dem Linsen-Muster versieht, mit dem eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie des in die erste Objektiv-Einheit eintretenden Lichtes einschließt, und eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie von aus der zweiten Objektiv-Einheit austretendem Licht einschließt, voneinander getrennt werden. Beispielsweise wird, wenn sich eine optische Komponente, wie zum Beispiel ein TIRF-Mikroskop, an der nachfolgenden Stufe befindet, vorzugsweise die Position der optischen Achse des aus der zweiten Objektiv-Einheit austretenden parallelen Lichtes in Bezug auf die Position der optischen Achse des in die erste Objektiv-Einheit eintretenden parallelen Lichtes geändert wird.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die erste Objektiv-Einheit oder/und die zweite Objektiv-Einheit einen räumlichen Lichtmodulator enthält/enthalten. Damit ist es möglich, zusätzlich zum Ändern eines Licht-Durchmessers Steuervorgänge durchzuführen, so beispielsweise Ändern einer Position der optischen Achse und Teilen einer optischen Achse, die mit einer herkömmlichen optischen Linse bisher nicht durchgeführt werden konnten. Derartige Steuervorgänge werden vorzugsweise zum Beispiel dadurch ausgeführt, dass die Steuereinheit das Linsen-Muster, mit dem der räumliche Lichtmodulator versehen wird, mit einem Beugungsgitter- oder einem Hologramm-Muster überlagert.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die Steuereinheit das Linsen-Muster, mit dem der räumliche Lichtmodulator versehen wird, mit einem Muster zum Korrigieren von in dem Strahlformer erzeugten Aberrationen überlagert. Auf diese Weise ist es mit dem Strahlformer auch möglich, das gesamte System einfach einzurichten, ohne das ein komplexes Linsen-Formen beim Korrigieren von Aberrationen erforderlich ist.
Des Weiteren enthält ein Strahlformer gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform eine erste Objektiv-Einheit, die einen räumlichen Lichtmodulator oder ein Variofokus-Objektiv enthält, eine zweite Objektiv-Einheit, die optisch mit der ersten Objektiv-Einheit gekoppelt ist und einen räumlichen Lichtmodulator oder ein Variofokus-Objektiv enthält, sowie eine Steuereinrichtung, die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit steuert, wobei bei dem Strahlformer ein Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit und der zweiten Objektiv-Einheit unveränderlich ist und die Steuereinheit die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit sowie der zweiten Objektiv-Einheit so steuert, dass sich ein Licht-Durchmesser von in die erste Objektiv-Einheit eintretendem Licht und ein Licht-Durchmesser von aus der zweiten Objektiv-Einheit austretendem Licht, voneinander unterscheiden.
Dabei steuert beispielsweise in dem Fall, in dem die Objektiv-Einheit (die erste Objektiv-Einheit oder die zweite Objektiv-Einheit) aus einem räumlichen Lichtmodulator besteht, die Steuereinheit eine Brennweite der Objektiv-Einheit, indem sie den räumlichen Lichtmodulator mit einem Linsen-Muster versieht. Des Weiteren steuert in dem Fall, in dem Objektiv-Einheit aus einem Variofokus-Objektiv besteht, die Steuereinheit eine Brennweite der Objektiv-Einheit, indem sie eine Brennweite des Variofokus-Objektivs steuert.
Des Weiteren kann bei der oben beschriebenen Konstruktion der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die erste Objektiv-Einheit oder/und die zweite Objektiv-Einheit einen räumlichen Lichtmodulator enthält/enthalten, und versieht die Steuereinheit den räumlichen Lichtmodulator mit einem Linsen-Muster.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die erste Objektiv-Einheit und die zweite Objektiv-Einheit jeweils reflektierende räumliche Lichtmodulatoren enthalten. Weiterhin kann in diesem Fall der Strahlformer so eingerichtet sein, dass der reflektierende räumlicher Lichtmodulator, der die erste Objektiv-Einheit bildet, und der reflektierende räumlicher Lichtmodulator, der die zweite Objektiv-Einheit bildet, so angeordnet sind, dass ihre lichtreflektierenden Flächen parallel zueinander sind.
Des Weiteren können bei dem Strahlformer die erste Objektiv-Einheit und die zweite Objektiv-Einheit einen einzelnen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator enthalten, ein Teilbereich seiner lichtreflektierenden Fläche kann als die erste Objektiv-Einheit eingesetzt werden, und ein weiterer Teilbereich kann als die zweite Objektiv-Einheit eingesetzt werden.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass er eine Vielzahl reflektierender Elemente enthält, und so, dass die zweite Objektiv-Einheit über die Vielzahl reflektierender Elemente optisch mit der ersten Objektiv-Einheit gekoppelt ist.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass der räumliche Lichtmodulator ein transmissiver räumlicher Lichtmodulator ist.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die Steuereinheit den räumlichen Lichtmodulator mit dem Linsen-Muster versieht, mit dem eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie von in die erste Objektiv-Einheit eintretendem Licht einschließt, und eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie von aus der zweiten Objektiv-Einheit austretendem Licht einschließt, voneinander getrennt werden.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die Steuereinheit den räumlichen Lichtmodulator mit dem Linsen-Muster versieht, mit dem aus der zweiten Objektiv-Einheit austretendes Licht in eine Vielzahl von optischen Wegen in Bezug auf in die erste Objektiv-Einheit eintretendes Licht geteilt wird.
Des Weiteren kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass die Steuereinheit das Linsen-Muster, mit dem der räumlichen Lichtmodulator versehen wird, mit einem Muster zum Korrigieren von in dem Strahlformer erzeugten Aberrationen überlagert.
Weiterhin kann der Strahlformer so eingerichtet sein, dass ein Licht-Durchmesser von auf die erste Objektiv-Einheit auftreffendem Eintritts-Licht die Hälfte oder weniger einer Länge einer wirksamen Oberfläche der ersten Objektiv-Einheit beträgt.
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
Die vorliegende Erfindung kann als ein Strahlformer eingesetzt werden, der einfach eingerichtet werden kann, und eine beim Ändern eines Licht-Durchmessers erforderliche Zeit verkürzen kann.
Bezugszeichenliste

10A bis 10C: Strahlformer
36a bis 36e: reflektierender Spiegel
12: erste Objektiv-Einheit
14: zweite Objektiv-Einheit
16: Steuereinheit
22: erste Objektiv-Einheit
24: zweite Objektiv-Einheit
26: Steuereinheit
28: Laserlicht-Quelle 28
30: räumlicher Lichtmodulator
30a: lichtreflektierende Fläche
30b: erste Objektiv-Einheit
30c: zweite Objektiv-Einheit
32: Raumfilter
32a: bündelnde Linse
32b: Loch
34: Kollimationslinse
40, 42, 44: Objektivlinse
46: diffraktive Optik
50A: Mikroskop
50B: TIRF-Mikroskop
50C: Bearbeitungs-Mikroskop
P₁: Eintritts-Licht
P₂: Austritts-Licht

Claims

Strahlformer (10A-10C) zur Anpassung eines Licht-Durchmessers von parallelem Licht, der umfasst: eine erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b), die einen räumlichen Lichtmodulator enthält; eine zweite Objektiv-Einheit (14, 24, 30c), die optisch mit der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) gekoppelt ist und einen räumlichen Lichtmodulator enthält; sowie eine Steuereinheit (26), die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) und der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) steuert, wobei bei dem Strahlformer ein Abstand zwischen der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) und der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) unveränderlich ist, und wobei die Steuereinheit (12, 22, 30b) die räumlichen Lichtmodulatoren jeweils mit einem Linsen-Muster versieht, um die Brennweiten der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) sowie der zweiten Objektiv-Einheit so zu steuern, dass sich ein Licht-Durchmesser von in die erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) eingeleitetem Licht und der Licht-Durchmesser von aus der zweiten Objektiv-Einheit ausgeleitetem Licht voneinander unterscheiden.
Strahlformer (10B-10C) nach Anspruch 1, wobei die erste Objektiv-Einheit (22, 30b) und die zweite Objektiv-Einheit (24, 30c) jeweils reflektierende räumliche Lichtmodulatoren enthalten.
Strahlformer (10B-10C) nach Anspruch 2, wobei der reflektierende räumliche Lichtmodulator, der die erste Objektiv-Einheit (22, 30b) bildet, und der reflektierende räumliche Lichtmodulator, der die zweite Objektiv-Einheit (24, 30c) bildet, so angeordnet sind, dass ihre lichtreflektierenden Flächen parallel zueinander sind.
Strahlformer (10C) nach Anspruch 1, wobei die erste Objektiv-Einheit (30b) und die zweite Objektiv-Einheit (30c) einen einzelnen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator (30) enthalten und ein Teilbereich seiner reflektierenden Fläche als die erste Objektiv-Einheit (30b) genutzt wird, und ein anderer Teilbereich als die zweite Objektiv-Einheit (30c) genutzt wird.
Strahlformer (10B-10C) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, der eine Vielzahl reflektierender Elemente umfasst, wobei die zweite Objektiv-Einheit (24, 30c) über eine Vielzahl reflektierender Elemente (36c, 36d) optisch mit der ersten Objektiv-Einheit (22, 30b) gekoppelt ist.
Strahlformer (10A) nach Anspruch 1, wobei der räumliche Lichtmodulator ein transmissiver räumlicher Lichtmodulator ist.
Strahlformer (10A-10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (26) den räumlichen Lichtmodulator mit dem Linsen-Muster versieht, mit dem eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie (A1) von in die erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) eintretendem Licht (P₁) einschließt, und eine gerade Linie, die eine Mittelachsen-Linie (A2) von aus der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) austretendem Licht (P₂) einschließt, voneinander getrennt werden.
Strahlformer (10A-10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinheit (26) den räumlichen Lichtmodulator mit dem Linsen-Muster versieht, mit dem aus der zweiten Objektiv-Einheit (14, 24, 30c) austretendes Licht in Bezug auf in die erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) eintretendes Licht in eine Vielzahl optischer Wege geteilt wird.
Strahlformer (10A-10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (26) das Linsen-Muster, mit dem der räumliche Lichtmodulator versehen wird, mit einem Muster zum Korrigieren von in dem Strahlformer (10A-10C) erzeugten Aberrationen überlagert.
Strahlformer (10A-10C) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Licht-Durchmesser von Eintritts-Licht (P₁), das auf die erste Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) auftrifft, die Hälfte oder weniger einer Länge einer wirksamen Fläche der ersten Objektiv-Einheit (12, 22, 30b) beträgt.