DE112014001820T5 - Optisches Modul und eine Beobachtungsvorrichtung - Google Patents

Optisches Modul und eine Beobachtungsvorrichtung Download PDF

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Hirotoshi Terada
Takashi Inoue
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Abstract

Ein optisches Modul (1A) umfasst einen Polarisationsstrahlenteiler (10A) mit einer Lichtteilungsfläche (11), Polarisationselemente (20 und 40), die eine nicht-reziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweisen, und die jeweils in einem optischen Pfad einer ersten Polarisationskomponente (L2), die durch die Lichtteilungsfläche (11) übertragen wird, und in einem optischen Pfad einer zweiten Polarisationskomponente (L4), die durch die Lichtteilungsfläche (11) reflektiert wird, angeordnet sind, einen ersten reflektierenden SLM (30), der die erste Polarisationskomponente (L2), die durch das erste Polarisationselement (20) hindurchgeht, moduliert und reflektiert, und einen zweiten reflektierenden SLM (50), der die zweite Polarisationskomponente (L4), die durch das zweite Polarisationselement (40) hindurchgeht, moduliert und reflektiert. Ein erstes Modulationslicht (L3), das erneut durch das erste Polarisationselement (20) hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche (11) reflektiert wird, und ein zweites Lichtmodulation (L5), das erneut durch das zweite Polarisationselement (40) hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche übertragen wird, werden miteinander kombiniert.

Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und eine Beobachtungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Nicht-Patentliteratur 1 offenbart eine Aberrationskorrektur unter Verwendung eines PPM (programmierbarer Phasenmodulator), der ein räumlicher Lichtmodulator in einem Fundus-Messgerät ist.
  • Zitationsliste
  • Nicht-Patentliteratur
  • Nicht-Patentliteratur 1: Pedro Prieto, Enrique Fernandez, Silvestre Manzanera und PabloArtal, ”Adaptive optics with a programmable phase modulator: applications in the human eye,” Optics Express, Band 12, Ausgabe 17, S. 4059–4071 (2004)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In den letzten Jahren wurde ein Verfahren zur Modulation einer Intensitätsverteilung oder einer Phasenverteilung von Bestrahlungslicht unter Verwendung eines SLM zur Korrektur von Linsenaberrationen in einer Beobachtungsvorrichtung oder dergleichen untersucht. Jedoch kann gemäß einer Konfiguration des SLM lediglich eine lineare Polarisationskomponente modulied werden. Beispielsweise wird in einem in der Nicht-Patentliteratur 1 beschriebenen Aufbau nur linear polarisiertes Licht, das in dem PPM moduliert werden kann, aus dem Licht (Beobachtungslicht) von einem Fundus, das durch einen linearen Polarisator in den PPM eingegeben wird, extrahiert. Wenn somit der SLM nur die lineare Polarisationskomponente modulieren kann, werden keine weiteren Polarisationskomponenten verwendet und die Lichtnutzungseffizienz (ein Intensitätsverhältnis zwischen dem Beobachtungslicht und dem Licht nach der Modulation) auf einen kleinen Wert gehalten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme konzipiert und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Modul, das in der Lage ist, die Lichtnutzungseffizienz in einem Gerät, das Eingangslicht moduliert, wie beispielsweise Beobachtungslicht, zu erhöhen, und eine Beobachtungsvorrichtung mit dem optischen Modul bereitzustellen.
  • Lösung des Problems
  • Zur Lösung des obigen Problems umfasst ein erstes optisches Modul gemäß der vorliegenden Erfindung einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Eingangslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer durch die Lichtteilungsfläche übertragenen ersten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die erste Polarisationskomponente, die durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer von der Lichtteilungsfläche reflektierten zweiten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die zweite Polarisationskomponente, die durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert, wobei das erste Modulationslicht, das erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und dann an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird, und das zweite Modulationslicht, das erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche übertragen wird, miteinander kombiniert werden und von dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden.
  • In dem ersten optischen Modul wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente (p-Polarisationskomponente), die durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen wird, durch das erste Polarisationselement gedreht, und dann wird die erste Polarisationskomponente in den ersten reflektierenden SLM eingegeben. Die erste Polarisationskomponente wird durch den ersten reflektierenden SLM zur Bildung des ersten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts wird erneut durch das erste Polarisationselement gedreht. Da das erste Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das erste Modulationslicht, das durch das erste Polarisationselement auf diese Weise hin und her bewegt wird, die durch den Polarisationsstrahlteiler reflektierte s-Polarisationskomponente umfassen. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente vor der Modulation durch das erste Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts nach der Modulation kann durch das erste Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Ferner wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente (s-Polarisationskomponente), die durch den Polarisationsstrahlteiler reflektiert wird, durch das zweite Polarisationselement gedreht, und anschließend wird die zweite Polarisationskomponente in den zweiten reflektierenden SLM eingegeben. Die zweite Polarisationskomponente wird durch den zweiten reflektierenden SLM zur Bildung des zweiten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts wird erneut durch das zweite Polarisationselement gedreht. Da das zweite Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das zweite modulierte Licht, das auf diese Weise durch das zweite Polarisationselement hin und her bewegt wird, eine p-Polarisationskomponente umfassen, die durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen wird. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente vor der Modulation durch das zweite Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts kann nach der Modulation durch das zweite Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Danach wird das erste Modulationslicht mit der s-Polarisationskomponente durch den Polarisationsstrahlteiler reflektiert, und das zweite Modulationslicht mit der p-Polarisationskomponente wird durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen. Diese Modulationslichter werden miteinander kombiniert und aus dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben.
  • Wie zuvor beschrieben, können in dem ersten optischen Modul die p-Polarisationskomponente und die s-Polarisationskomponente des eingegebenen Lichts (beispielsweise das Beobachtungslicht) geteilt und anschließend moduliert werden, und das erste und das zweite Modulationslicht können nach der Modulation kombiniert und ausgegeben werden. Somit ist es gemäß dem ersten optischen Modul möglich, wirksam sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente des Eingangslichts zu nutzen und die Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen.
  • Ferner können in dem ersten optischen Modul der erste und zweite räumliche Reflexionslichtmodulator Flüssigkristalltypen umfassen, und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM können senkrecht zueinander sein. Somit ist es möglich, die erste und die zweite Polarisationskomponente mit den senkrechten Polarisationsebenen in dem jeweils ersten und zweiten reflektierenden SLM wirksam zu modulieren.
  • Ferner kann das erste optische Modul weiterhin umfassen: ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität, das in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem ersten reflektierenden SLM oder in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten reflektierenden SLM angeordnet ist. Somit kann ein Winkel der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente direkt vor der Eingabe der ersten Polarisationskomponente in den ersten reflektierenden SLM, oder ein Winkel der Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente direkt vor der Eingabe der zweiten Polarisationskomponente in den zweiten reflektierenden SLM beliebig gesteuert werden.
  • Ferner kann die erste Beobachtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen: eines der ersten optischen Module; eine Erfassungsoptik zum Sammeln von Beobachtungslicht von dem Beobachtungsziel und zum Eingeben des Beobachtungslichts als Eingangslicht in das optische Modul; eine Bildgebungsoptik zum Bilden eines Bildes aus Licht, das von dem optischen Modul ausgegeben wird; und einen Fotodetektor zum Detektieren des Lichts, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde. Gemäß der ersten Beobachtungsvorrichtung ist es durch Aufnahme des zuvor beschriebenen ersten optischen Moduls möglich, die Lichtnutzungseffizienz des Beobachtungslichts zu erhöhen.
  • Ferner kann in der ersten Beobachtungsvorrichtung eine Lochblende in einem optischen Weg zwischen der Bildgebungsoptik und dem Fotodetektor angeordnet werden. Dementsprechend ist es möglich, Rauschlicht in dem Licht, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde, zu verringern und eine klarere Beobachtung zu gewährleisten.
  • Ein zweites optisches Modul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Eingangslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad der ersten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht, die durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers reflektiert wird, angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der das erste Beobachtungslicht, das durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; einen zweiten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt, und der eine zweite Polarisationskomponente in dem Eingangslicht, die durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, unter Verwendung der Lichtteilungsfläche empfängt; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente, die durch die Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers einer Übertragung oder einer Reflexion unterworfen wird, angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die zweite Polarisationskomponente, das durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert; wobei das erste Modulationslicht erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht, durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, und dann ausgegeben wird, und wobei das zweite Modulationslicht erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und durch das andere von der Übertragung oder der Reflexion durch die Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers ausgegeben wird.
  • Die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente, die durch den ersten Polarisationsstrahlteiler übertragen wird, wird durch das erste Polarisationselement gedreht, und dann wird die erste Polarisationskomponente in den ersten reflektierenden SLM eingegeben. Das erste Beobachtungslicht wird durch den ersten reflektierenden SLM zur Bildung des ersten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts wird erneut durch das erste Polarisationselement gedreht. Da das erste Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das erste Modulationslicht, das auf diese Weise durch das erste Polarisationselement hin und her bewegt wird, die in dem Polarisationsstrahlteiler reflektierte s-Polarisationskomponente umfassen und nach der Reflexion aus dem optischen Modul nach außen ausgegeben werden. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene des ersten Beobachtungslichts vor der Modulation durch das erste Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts nach der Modulation kann durch das erste Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Ferner wird die zweite Polarisationskomponente, die von dem ersten Polarisationsstrahlteiler reflektiert wird, in den zweiten Polarisationsstrahlteiler eingegeben. Die zweite Polarisationskomponente wird der Übertragung oder der Reflexion durch den zweiten Polarisationsstrahlteiler unterworfen, und die Polarisationsebene derselben wird durch das zweite Polarisationselement gedreht und dann in den zweiten reflektierenden SLM eingegeben. Die zweite Polarisationskomponente wird durch den zweiten reflektierenden SLM zur Bildung des zweiten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts wird erneut durch das zweite Polarisationselement gedreht. Da das zweite Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, wird das zweite Modulationslicht, das auf diese Weise durch das zweite Polarisationselement hin und her bewegt wird, der anderen von der Übertragung oder der Reflexion durch den zweiten Polarisationsstrahlteiler unterworfen und aus dem zweiten optischen Modul nach außen ausgegeben. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente vor der Modulation durch das zweite Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts kann nach der Modulation durch das zweite Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Wie zuvor beschrieben, kann das zweite optische Modul die p-Polarisationskomponente und die s-Polarisationskomponente des Eingangslichts teilen, modulieren, und ausgeben. Daher ist es gemäß dem zweiten optischen Modul möglich, sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente des Eingangslichts effizient zu nutzen und die Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen.
  • Ferner kann das zweite optische Modul weiterhin ein optisches Weglängen-Einstellelement, das in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem ersten reflektierenden SLM vorgesehen ist, umfassen.
  • Ferner kann das zweite optische Modul weiterhin ein Polarisationselement umfassen, das eine reziproke optische Aktivität aufweist und in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler vorgesehen ist. Somit kann die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts, das an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers reflektiert wird, gedreht werden, und das zweite Modulationslicht kann vorzugsweise durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen werden.
  • Ferner kann die zweite Beobachtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen: eines der zweiten optischen Module; eine Erfassungsoptik zum Sammeln von Beobachtungslicht von dem Beobachtungsziel und zum Eingeben des Beobachtungslichts als Eingangslicht in das optische Modul; eine Bildgebungsoptik zum Bilden eines Bildes aus Licht, das von dem optischen Modul ausgegeben wird; und einen Fotodetektor zum Detektieren des Lichts, aus dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde. Gemäß der zweiten Beobachtungsvorrichtung ist es durch Aufnahme des zuvor beschriebenen zweiten optischen Moduls möglich, die Lichtnutzungseffizienz des Beobachtungslichts zu erhöhen.
  • Ferner kann in der zweiten Beobachtungsvorrichtung eine Lochblende in einem optischen Weg zwischen der Bildgebungsoptik und dem Fotodetektor angeordnet werden. Dementsprechend ist es möglich, Rauschlicht in dem Licht, aus dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde, zu verringern und eine klarere Beobachtung zu gewährleisten.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein optisches Modul und eine Beobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, die Lichtnutzungseffizienz in einem Gerät zu erhöhen, das Eingangslicht, wie zum Beispiel Beobachtungslicht, moduliert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung mit einem optischen Modul der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung mit dem optischen Modul der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung mit dem optischen Modul gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines konfokalen Fluoreszenzmikroskops als eine Beobachtungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen des optischen Moduls und der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Ferner werden in der Beschreibung der Zeichnungen die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholend beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt 2 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A mit dem optischen Modul 1A darstellt. Ferner ist der Einfachheit halber ein XYZ-orthogonales Koordinatensystem in den 1 und 2 dargestellt. Ferner sind in den 1 und 2 der Einfachheit halber eine optische Achse des Lichts L2 und eine optische Achse des Lichts L3 getrennt dargestellt, wobei sich jedoch die optische Achse des Lichts L2 und die optische Achse des Lichts L3 tatsächlich teilweise überlappen. Dasselbe trifft auf das Licht L4 und das Licht L5 zu.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das optische Modul 1A einen Polarisationsstrahlteiler 10A, ein erstes Polarisationselement 20, einen ersten reflektierenden SLM 30, ein zweites Polarisationselement 40 und einen zweiten reflektierenden SLM 50.
  • Der Polarisationsstrahlteiler 10A ist ein optisches Teil mit einer Lichtteilungsfläche 11. Die Lichtteilungsfläche 11 ist in Hinblick auf sowohl eine erste Richtung (eine X-Achsenrichtung in dieser Ausführungsform) als auch eine zweite Richtung (eine Y-Achsenrichtung gemäß dieser Ausführungsform), die die erste Richtung schneidet, geneigt, und der Neigungswinkel beträgt beispielsweise 45°. Die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert eine s-Polarisationskomponente, die in dem von diesen Richtungen eingegebenen Licht enthalten ist, und überträgt eine p-Polarisationskomponente. Die Lichtteilungsfläche 11 empfängt Beobachtungslicht L1, das entlang der X-Achsenrichtung von außerhalb des optischen Moduls 1A eingegeben wird. Dieses Beobachtungslicht L1 kann Licht sein, das sowohl die p-Polarisationskomponente als auch s-Polarisationskomponente umfasst, und kann beispielsweise Licht sein, das keine Polarisation (beliebige Polarisation), eine kreisförmige Polarisation, eine elliptische Polarisation, oder eine lineare Polarisation, die weder die p-Polarisation noch die s-Polarisation aufweist, oder kann Licht sein, bei dem das s-Polarisationslicht mit einer zum p-Polarisationslicht unterschiedlichen Wellenlänge das p-Polarisationslicht überlagert.
  • Ferner weist eine Querschnittsform des Polarisationsstrahlteilers 10A entlang der XY-Ebene eine rechteckige Form auf. Auch der Polarisationsstrahlteiler 10A umfasst eine Lichteingangsfläche 12, eine Lichtaustrittsfläche 13, eine erste Fläche 14 und eine zweite Fläche 15, die in diesem Querschnitt gezeigt sind. Die Lichteingangsfläche 12 verläuft entlang einer Ebene, die die X-Achsenrichtung schneidet, und empfängt das Beobachtungslicht L1. Die Lichtaustrittsfläche 13 verläuft entlang einer Ebene, die die Y-Achsenrichtung schneidet, und gibt kombiniertes Modulationslicht L6 aus. Die erste Fläche 14 verläuft entlang der Ebene, die die X-Achsenrichtung schneidet, sodass die Lichteingangsfläche 12 und die erste Fläche 14 in der X-Achsenrichtung Seite an Seite angeordnet sind. Die zweite Fläche 15 verläuft entlang einer Ebene, die die Y-Achsenrichtung schneidet, sodass die Lichtaustrittsfläche 13 und die zweite Fläche 15 in der Y-Achsenrichtung Seite an Seite angeordnet sind. Von den vier Flächen sind die Lichteingangsfläche 12 und die zweite Fläche 15 an einer Oberflächenseite der Lichtteilungsfläche 11 angeordnet und die Lichtaustrittsfläche 13 und die erste Fläche 14 auf der anderen Oberflächenseite der Lichtteilungsfläche 11 angeordnet.
  • Das erste Polarisationselement 20 ist mit der ersten Fläche 14 des Polarisationsstrahlteilers 10A optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad einer ersten Polarisationskomponente L2, die durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Beobachtungslicht L1 übertragen wird (eine p-Polarisationskomponente zu dem Zeitpunkt, an dem das Beobachtungslicht L1 durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen wird), angeordnet. Ferner bezieht sich der optische Pfad der ersten Polarisationskomponente L2 auf einen optischen Pfad des Lichts, das durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Beobachtungslicht L1 übertragen wird. Das erste Polarisationselement 20 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der X-Achsen angeordnet. Das erste Polarisationselement 20 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 auf. Hierin ist die nichtreziproke optische Aktivität eine Polarisationseigenschaft, bei der eine Drehrichtung des sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts und eine Drehrichtung des sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden Lichts einander gleich sind. Wird beispielsweise die Polarisationsebene des Lichts, das aus einer beliebigen Richtung durch das erste Polarisationselement 20 hindurchgeht, um einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 45° oder 135°) in einer vorbestimmten Richtung gedreht, wird die Polarisationsebene des Lichts, das von einer entgegengesetzten Richtung durch das erste Polarisationselement 20 hindurchgeht, um denselben Winkel in der obigen vorbestimmten Richtung weiter gedreht. Beträgt beispielsweise der vorbestimmte Winkel 45° und bewegt sich das Licht durch das erste Polarisationselement 20 hin und her, wird die Polarisationsebene des Lichts um 90° gedreht. Das erste Polarisationselement 20 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Während ferner eine ½-Wellenlängenplatte mit einem optischen Kristall die Polarisationsebene des hindurchgehenden Lichts ebenfalls dreht, verlaufen die Drehrichtung des sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts und die Drehrichtung des sich in die entgegengesetzte Richtung bewegenden Lichts in der ½-Wellenlängenplatte entgegengesetzt zueinander, und somit kehrt die Polarisationsebene des Lichts in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wenn sich das Licht hin und her bewegt. Somit ist die ½-Wellenlängenplatte kein Polarisationselement mit einer nichtreziproken optischen Aktivität und wird nicht als das erste Polarisationselement 20 verwendet.
  • Der erste reflektierende SLM 30 moduliert die erste Polarisationskomponente L2, die das erste Polarisationselement 20 durchläuft, zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts L3 und reflektiert das erste Modulationslicht L3 auf das erste Polarisationselement 20. Unterschiedliche SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, eine Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Polarisationsmodulations-SLM sind als das erste SLM 30 verwendbar. Der erste reflektierende SLM 30 umfasst eine Modulationsfläche 31 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln). Der erste reflektierende SLM 30 moduliert zur Erzeugung des ersten Modulationslichts L3 die Phase, die Stärke oder dergleichen der ersten Polarisationskomponente L2 in jedem der Vielzahl von Bereichen. In einem Beispiel ist der erste reflektierende SLM 30 ein LCOS-(Flüssigkristall auf Silizium)SLM mit parallel ausgerichtetem, nematischen Flüssigkristall. Der erste reflektierende SLM 30 ist auf kein elektrisch angesteuertes Flüssigkristallelement beschränkt und kann beispielsweise ein optisch angesteuertes Flüssigkristallelement, ein Element, das ein anderes elektro-optisches Effekt-Material als den Flüssigkristall aufweist, ein Element mit einer Anzahl von Mikrospiegeln oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen.
  • Das zweite Polarisationselement 40 ist mit der zweiten Fläche 15 des Polarisationsstrahlteilers 10A optisch gekoppelt und in dem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente L4, die durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Beobachtungslicht L1 reflektiert wird (die s-Polarisationskomponente zu dem Zeitpunkt, an dem das Beobachtungslicht L1 durch die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert wird), angeordnet. Ferner bezieht sich der optische Pfad der zweiten Polarisationskomponente L4 auf einen optischen Pfad, der durch die die Lichtteilungsfläche 11 in dem Beobachtungslicht L1 reflektiert wird. Das zweite Polarisationselement 40 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der Y-Achsenrichtung angeordnet. Das zweite Polarisationselement 40 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene des zweiten Polarisationskomponente L4 auf. Ferner entspricht die Definition der nichtreziproken optischen Aktivität jener des zuvor beschriebenen ersten Polarisationselements 20. Das zweite Polarisationselement 40 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der zweite reflektierende SLM 50 moduliert die zweite Polarisationskomponente L4, die das zweite Polarisationselement 40 durchlaufen hat, zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts L5 und reflektiert das zweite Modulationslicht L5 auf das zweite Polarisationselement 40. Es sind unterschiedliche SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder Phasenmodulations-SLM als der zweite reflektierende SLM 50, in ähnlicher Weise wie im Falle des ersten reflektierenden SLM 30, verwendbar. Der reflektierende SLM 50 umfasst eine Modulationsfläche 51 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln). Der zweite reflektierende SLM 50 moduliert zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts L5 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen der zweiten Polarisationskomponente L4 in jedem der Vielzahl von Bereichen. In einem Beispiel ist der zweite reflektierende SLM 50 ein LCOS-SLM mit parallel ausgerichtetem nematischen Flüssigkristall. Der zweite reflektierende SLM 50 ist auf kein elektrisch angesteuertes Flüssigkristallelement beschränkt und kann beispielsweise ein optisch angesteuertes Flüssigkristallelement, ein Element mit einem anderen elektro-optischen Effekt-Material als dem Flüssigkristall, ein Element mit einer Anzahl von Mikrospiegeln oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen.
  • Sind ferner die reflektierenden SLMs 30 und 50 LCOS-SLMs, wird nur eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls ist, moduliert und somit können die reflektierenden SLMs 30 und 50 nach der Drehung durch die Polarisationselemente 20 und 40 entsprechend dem Winkel der Polarisationsebene angeordnet werden.
  • Wie in 2 gezeigt umfasst die Beobachtungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform, zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen optischen Modul 1A, eine Lichtquelle 3, eine Beleuchtungsoptik 5A, ein Erfassungsoptik 5B, eine Bildgebungsoptik 6, eine Stufe 7 und einen Fotodetektor 8.
  • Die Lichtquelle 3 ist eine Lichtquelle, die das Beleuchtungslicht 10 (beispielsweise nicht-polarisiertes Licht) mit einer p-Polarisationskomponente und eine S-Polarisationskomponente ausgibt. Die Lichtquelle 3 ist mit einem Beobachtungsziel (Messziel) 4, das auf der Stufe 7 angeordnet ist, über die Beleuchtungsoptik 5A, die beispielsweise eine Linse umfasst, optisch gekoppelt. Ferner ist die Erfassungsoptik 5B in einem optischen Pfad zwischen dem Beobachtungsziel 4 und eine Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlenteilers 10A angeordnet und leitet das Beobachtungslicht L1, das von dem durch das Beobachtungsziel 4 übertragene Beleuchtungslicht 10 erzeugt wird, auf den Polarisationsstrahlteiler 10A. Die Erfassungsoptik 5B umfasst beispielsweise eine Objektivlinse. Die Bildgebungsoptik 6 bildet ein Bild aus kombiniertem Modulationslicht L6, das aus dem optischen Modul 1A in Richtung des Fotodetektors 8 ausgegeben wird. Der Fotodetektor 8 ist eine Vorrichtung, die ein optisches Eingangsbild in elektrische Bilddaten umgewandelt und über die Bildgebungsoptik 6 mit einer Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlenteiler 10A optisch gekoppelt ist.
  • Im Nachfolgenden wird der Betrieb des optischen Moduls 1A und der Beobachtungsvorrichtung 2A mit dem obigen Aufbau beschrieben. Wird das Beleuchtungslicht L10 aus der Lichtquelle 3 ausgegeben, wird das Beleuchtungslicht L10 durch das Beobachtungsziel 4 übertragen. In diesem Fall wird ein optisches Bild des Beobachtungsziels 4 als das Beobachtungslicht L1 erzeugt. Das Beobachtungslicht L1 durchläuft eine Erfassungsoptik 5B und erreicht den Polarisationsstrahlteiler 10A. In dem Beobachtungslicht L1, das in die Lichteintrittsfläche 12 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der X-Achsenrichtung eingegeben wird, wird die erste Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen und von der ersten Fläche 14 ausgegeben. Ferner wird die zweite Polarisationskomponente L4 durch die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert und von der zweiten Fläche 15 ausgegeben. Die erste Polarisationskomponente L2 durchläuft das erste Polarisationselement 20, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 durch das erste Polarisationselement 20 um beispielsweise 45° oder 135° in einer vorbestimmten Richtung von einer p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die erste Polarisationskomponente L2 durch den ersten reflektierenden SLM 30 zur Bildung des ersten Modulationslichts L3 moduliert und gleichzeitig auf das erste Polarisationselement 20 reflektiert. Das erste Modulationslicht L3 durchläuft erneut das erste Polarisationselement 20, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 durch das erste Polarisationselement 20 um beispielsweise 45° oder 135° in der vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das erste Modulationslicht L3 hauptsächlich die s-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der s-Polarisationskomponente).
  • Andererseits durchläuft die zweite Polarisationskomponente L4 das zweite Polarisationselement 40, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L4 durch das zweite Polarisationselement 40 um beispielsweise 45° oder 135° in eine vorbestimmte Richtung von der s-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die zweite Polarisationskomponente L4 durch den zweiten reflektierenden SLM 50 zur Bildung des zweiten Modulationslichts L5 moduliert und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 40 reflektiert. Das zweite Modulationslicht L5 durchläuft erneut das zweite Polarisationselement 40, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L5 durch das zweite Polarisationselement 40 um beispielsweise 45° oder 135° in der vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das zweite Modulationslicht L5 hauptsächlich die p-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der p-Polarisationskomponente).
  • Danach wird das erste Modulationslicht L3 mit der s-Polarisationskomponente durch den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert, und das zweite Modulationslicht L5 mit der p-Polarisationskomponente wird durch den Polarisationsstrahlteiler 10A übertragen. Das Modulationslicht L3 wird mit dem Modulationslicht L5 kombiniert und von der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlteilers 10A als kombiniertes Modulationslicht L6 ausgegeben. Aus dem kombinierten Modulationslicht L6 wird durch die Bildgebungsoptik 6 ein Bild gebildet und von dem Fotodetektor 8 abgebildet.
  • Im Nachfolgenden werden die Effekte, die durch das optische Modul 1A und die Beobachtungsvorrichtung 2A der zuvor beschriebenen Ausführungsform erzielt werden, beschrieben. In dem optischen Modul 1A können die p-Polarisationskomponente (die erste Polarisationskomponente L2) und die s-Polarisationskomponente (die zweite Polarisationskomponente L4) des Beobachtungslichts L1 geteilt und dann moduliert werden, und das erste und das zweite Modulationslicht L3 und L5 können nach der Modulation kombiniert und ausgegeben werden. Somit ist es gemäß dem optischen Modul 1A dieser Ausführungsform möglich, sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente des Beobachtungslichts L1 wirksam zu nutzen und die Lichtnutzungseffizienz (ein Verhältnis der Intensität des Beobachtungslichts L1 und Intensität eines optischen Bildes, das in den Fotodetektor 8 eingegeben wird). Dementsprechend ist es möglich, das Beobachtungslicht L1 mit einer größeren Lichtmenge als im herkömmlichen Fall zu beobachten und das Beobachtungsziel 4, selbst bei geringer Lichtintensität des Beobachtungslichts L1, deutlich zu beobachten.
  • Ferner können gemäß dem optischen Modul 1A und der Beobachtungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L3 und L5 angewendet werden. Dementsprechend können beispielsweise zwei Strahlenmuster mit einer unterschiedlichen Lichtphasenverteilung oder Lichtintensitätsverteilung innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, angewendet werden. Alternativ ist es möglich, Aberrationen für jede Polarisationskomponente unabhängig voneinander zu korrigieren. Somit ist es beispielsweise gemäß dem optischen Modul 1A und der Beobachtungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform möglich, einem Benutzer eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen als dies mit einer herkömmlichen Vorrichtung möglich ist. Da ferner das erste und das zweite einzeln modulierte Modulationslicht L3 und L5 kombiniert und ausgegeben werden, ist es möglich, Flecken in dem optischen Bild, das in den Fotodetektor 8 eingegeben wird, zu verringern. In dieser Ausführungsform können der erste reflektierende SLM 30 und der zweite reflektierende SLM 50 das gleiche Modulationsmuster aufweisen.
  • Ferner sind in dem optischen Modul 1A die zwei reflektierenden SLMs 30 und 50 um einen Polarisationsstrahlteiler 10A angeordnet. Zudem wird das Licht (erste Polarisationskomponente L2), das in den ersten reflektierenden SLM 30 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10A eingegeben, und das Licht nach der Modulation (erstes Modulationslicht L3) wird auf den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert. In ähnlicher Weise wird Licht (erste Polarisationskomponente L2), das in den zweiten reflektierenden SLM 50 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10A eingegeben, und das Licht nach der Modulation (das zweite Modulationslicht L5) wird auf den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert. Mit diesem Aufbau kann das Licht in normale Richtungen der entsprechenden Modulationsflächen 31 und 51 der reflektierenden SLMs 30 und 50 eingegeben und reflektiert werden, und somit ist die optische Achse auf einfache Weise einstellbar, und es ist möglich, die Eingabeeffizienz an den SLM und die Ausgabeeffizienz aus dem SLM zu erhöhen. Ferner können die optische Achse des Beobachtungslichts L1 und die optische Achse des kombinierten Modulationslichts L6 viel mehr senkrecht als schräg angeordnet sein, und somit ist es möglich, eine einfache Verbindung mit der Erfassungsoptik 5B oder der Bildgebungsoptik 6 herzustellen und die Bildung von Aberrationen zu verringern. Da sich ferner das Licht in einem Teil des optischen Pfades hin und her bewegt, ist es möglich, den Aufbau des gesamten Systems zu vereinfachen und zu verkleinern.
  • Sind in dem optischen Modul 1A dieser Ausführungsform der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 vom Flüssigkristall-Typ, wird, wie zuvor beschrieben, nur eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls verläuft, moduliert. Somit werden der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 vorzugsweise derart angeordnet, dass die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 50 ist. Somit können die erste und die zweite Polarisationskomponente L2 und L4, deren Polarisationsebenen senkrecht zueinander sind, jeweils in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM 30 und 50 wirksam moduliert werden.
  • (Erstes Modifikationsbeispiel)
  • 3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1B gemäß einem Modifikationsbeispiel der obigen Ausführungsform darstellt. Das optische Modul 1B dieses Modifikationsbeispiels umfasst, zusätzlich zu dem Aufbau des optischen Moduls 1A der obigen Ausführungsform, ferner eine ½-Wellenlängenplatte 90, die ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität bildet. In diesem Modifikationsbeispiel ist die ½-Wellenlängenplatte 90 in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem ersten reflektierenden SLM 30 angeordnet. Ein Beispiel, in dem die ½-Wellenlängenplatte 90 in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem ersten Polarisationselement 20 angeordnet ist, ist in 3 gezeigt. Eine Verzögerungsachse der ½-Wellenlängenplatte 90 ist in Bezug auf die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2, die die ½-Wellenlängen-Platte 90 durchläuft, auf beispielsweise 45° eingestellt.
  • In diesem Beispiel durchläuft die erste Polarisationskomponente L2, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A übertragen wird, die ½-Wellenlängenplatte 90. In diesem Fall wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 in einer bestimmten Drehrichtung von einer p-Polarisationsebene durch die ½-Wellenlängenplatte 90 um 90° gedreht. Anschließend wird die erste Polarisationskomponente L2 zwischen dem ersten Polarisationselement 20 und dem ersten reflektierenden SLM 30 als erstes Modulationslicht L3 hin und her bewegt und durchläuft erneut die ½-Wellenlängenplatte 90. In diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 durch die ½-Wellenlängenplatte 90 in einer Richtung entgegengesetzt zur obigen Richtung um 90° gedreht. Folglich ist bei Eingabe des ersten Modulationslichts L3 in den Polarisationsstrahlteiler 10A die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 gleich jener der ersten Ausführungsform.
  • In diesem Modifikationsbeispiel wird bei Eingabe der die ersten Polarisationskomponente L2 in den ersten reflektierenden SLM 30 die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 durch das Polarisationselement mit der reziproken optischen Aktivität gedreht. Dementsprechend kann der Winkel der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2, vor der direkten Eingabe der ersten Polarisationskomponente L2 in den ersten reflektierenden SLM 30, beliebig gesteuert werden. Umfassen der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 Flüssigkristall-SLMs, kann somit beispielsweise eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 beliebig eingestellt werden. Entsprechend können beispielsweise die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 und die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 50 miteinander ausgerichtet werden (parallel zueinander angeordnet werden) und die Steuerung des ersten und des zweiten SLM 30 und 50 kann für die Modulationsdaten, die in den ersten und zweiten reflektierenden SLM 30 und 50 eingegeben werden, gleich erfolgen.
  • Ferner kann die ½-Wellenlängenplatte 90 in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationselement 20 und dem ersten reflektierenden SLM 30 angeordnet sein oder sie kann in dem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten reflektierenden SLM 50 angeordnet sein (zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten Polarisationselement 40 oder zwischen dem zweiten Polarisationselement 40 und dem zweiten reflektierenden SLM 50). Ist die ½-Wellenlängenplatte 90 in dem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten reflektierenden SLM 50 angeordnet, kann ein Winkel der Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L4 vor der direkten Eingabe der zweiten Polarisationskomponente L4 in den zweiten reflektierenden SLM 50 beliebig gesteuert werden und somit ist es möglich, dieselben Effekte, wie zuvor beschrieben, zu erzielen.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 4 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1C gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt 5 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung 2C mit dem optischen Modul 1C darstellt. Ferner ist auch der Einfachheit halber ein XYZ-orthogonales Koordinatensystem in 4 und 5 dargestellt. Ferner sind in 4 und 5 der Einfachheit halber die optischen Achsen des Lichts L8 und des Lichts L9 getrennt dargestellt, wobei sich jedoch tatsächlich die optische Achse des Lichts L8 und die optische Achse des Lichts L9 teilweise überlappen. Dasselbe trifft auf das Licht L10 und das Licht L11 zu.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst das optische Modul 1C einen ersten Polarisationsstrahlteiler 10B, einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C, ein erstes Polarisationselement 22, einen ersten reflektierenden SLM 32, ein zweites Polarisationselement 42, einen zweiten reflektierenden SLM 52, ein optisches Weglängen-Einstellelement 60 und eine ½-Wellenlängenplatte 70.
  • Der erste und der zweite Polarisationsstrahlteiler 10B und 10C weisen denselben Aufbau wie der Polarisationsstrahlteiler 10A der ersten Ausführungsform auf. Das heißt, der erste und der zweite Polarisationsstrahlteiler 10B und 10C umfassen eine Lichtteilungsfläche 11, die die s-Polarisationskomponente des eingegebenen Lichts reflektiert und die p-Polarisationskomponente überträgt, eine Lichteingangsfläche 12, eine Lichtaustrittsfläche 13, eine erste Fläche 14 und eine zweite Fläche 15. Der erste Polarisationsstrahlteiler 10B empfängt das erste Beobachtungslicht L7 mit der p-Polarisationskomponente und der s-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche 11. Das Beobachtungslicht L7 umfasst ähnlich wie in der ersten Ausführungsform zum Beispiel Licht ohne Polarisation (beliebige Polarisation), mit kreisförmiger Polarisation, oder elliptischer Polarisation.
  • Das erste Polarisationselement 22 ist mit der zweiten Fläche 15 des Polarisationsstrahlteilers 10B optisch gekoppelt und in dem optischen Pfad der ersten Polarisationskomponente L8 angeordnet, die durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Beobachtungslicht L7 übertragen wird. Das erste Polarisationselement 22 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B in der X-Achsenrichtung angeordnet. Das erste Polarisationselement 22 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L8 auf. Eine Definition der nichtreziproken optischen Aktivität entspricht jener der ersten Ausführungsform. Das erste Polarisationselement 22 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der erste reflektierende SLM 32 moduliert die erste Polarisationskomponente L8, die das erste Polarisationselement 22 durchlaufen hat, zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts L9 und reflektiert das erste Modulationslicht L9 auf das erste Polarisationselement 22. Es sind verschiedene SLMs wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Phasenmodulations-SLM als der erste reflektierende SLM 32, ähnlich dem ersten reflektierenden SLM 30 der ersten Ausführungsform, verwendbar. Der erste reflektierende SLM 32 weist eine Modulationsfläche 33 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln) auf. Der erste reflektierende SLM 32 moduliert zur Erzeugung des ersten Modulationslichts L9 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen der ersten Polarisationskomponente L8 in jedem der Vielzahl von Bereichen.
  • Das optische Weglängen-Einstellelement 60 ist in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem ersten reflektierenden SLM 32 vorgesehen und stellt eine optische Wellenlänge der ersten Polarisationskomponente L8 und des ersten Modulationslichts L9 ein. In einem Beispiel wird die Länge des optischen Weglängen-Einstellelements 60 derart eingestellt, dass die optische Weglänge der ersten Polarisationskomponente L8 und des ersten Modulationslichts L9 gleich der optischen Weglänge der zweiten Polarisationskomponente L10 und des zweiten Modulationslichts L11 ist, die im Nachfolgenden beschrieben werden. Obwohl das optische Weglängen-Einstellelement 60 zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem ersten Polarisationselement 22 in 4 angeordnet ist, kann das optische Weglängen-Einstellelement 60 zwischen dem ersten. Polarisationselement 22 und dem ersten reflektierenden SLM 32 angeordnet sein.
  • Das erste Modulationslicht L9 durchläuft erneut das erste Polarisationselement 22, wird durch die Lichtteilungsfläche 11 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen und von der Lichtaustrittsfläche 13 ausgegeben.
  • Der zweite Polarisationsstrahlteiler 10C ist neben dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B in der Y-Achsenrichtung angeordnet, so dass die erste Fläche 14 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B und der Lichteingangsfläche 12 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C optisch miteinander gekoppelt sind. Der ½-Wellenlängenplatte 70, die ein Polarisationselement mit reziproker optischer Aktivität ist, ist in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C vorgesehen. Eine Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 mit einer p-Polarisationskomponente, die durch den ersten Polarisationsstrahlteiler 10B übertragen wird, wird durch die ½-Wellenlängenplatte gedreht, und in die Lichteingangsfläche 12 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C als zweite Polarisationskomponente L10, die die s-Polarisationskomponente aufweist, eingegeben. Der zweite Polarisationsstrahlteiler 10C empfängt durch die Lichtteilungsfläche 11 die zweite Polarisationskomponente L10 mit der s-Polarisationskomponente.
  • Das zweite Polarisationselement 42 ist mit der zweiten Fläche 15 des Polarisationsstrahlteilers 10C optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente, das durch die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert wird, angeordnet. Das zweite Polarisationselement 42 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C in der X-Achsenrichtung angeordnet. Das zweite Polarisationselement 42 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 auf. Ferner entspricht eine Definition der nichtreziproken optischen Aktivität jener der ersten Ausführungsform. Das zweite Polarisationselement 42 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts L11 die zweite Polarisationskomponente L10, die das zweite Polarisationselement 42 durchlaufen hat, und reflektiert das zweite Modulationslicht L11 auf das zweite Polarisationselement 42. Es sind verschiedene SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Phasenmodulations-SLM als der zweite reflektierende SLM 52, wie der zweite reflektierende SLM 50 der ersten Ausführungsform, verwendbar. Der zweite reflektierende SLM 52 weist eine Modulationsfläche 53 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln) auf. Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts L11 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen der zweiten Polarisationskomponente L10 in jedem der Vielzahl von Bereichen.
  • In einem Beispiel umfassen das erste reflektierende SLM 32 und das zweite reflektierende SLM 52 LCOS-SLMs mit jeweils einem parallel ausgerichteten, nematischen Flüssigkristall. Die reflektierenden SLMs 32 und 52 sind nicht auf ein elektrisch ansteuerbares Flüssigkristallelement beschränkt und können beispielsweise ein optisch ansteuerbares Flüssigkristallelement oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen. Sind ferner die reflektierenden SLMs 32 und 52 LCOS-SLMs, wird lediglich eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu einer Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls ist, moduliert und so können die reflektierenden SLMs 32 und 52 nach der Drehung durch die Polarisationselemente 22 und 42 gemäß dem Winkel der Polarisationsebene angeordnet werden.
  • Der zweite Modulationsstrahl L11 durchläuft erneut das zweite Polarisationselement 42, wird durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C übertragen und von der Lichtaustrittsfläche 13 ausgegeben.
  • Wie in 5 gezeigt, umfasst die Beobachtungsvorrichtung 2C dieser Ausführungsform, zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen optischen Modul 10, eine Lichtquelle 3, eine Beleuchtungsoptik 5A, ein Erfassungsoptik 5B, eine Bildgebungsoptik 6, eine Stufe 7 und Fotodetektoren 8A und 8B. Ferner entsprechen in dieser Ausführungsform die Lichtquelle 3, die Beleuchtungsoptik 5A, die Erfassungsoptik 5B und die Stufe 7 jenen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • Die Bildgebungsoptik 6A bildet ein Bild des ersten Modulationslichts L9, das von dem Polarisationsstrahlteiler 10B des optischen Moduls 1C an den Fotodetektor 8A ausgegeben wird. Der Fotodetektor 8A ist eine Vorrichtung, die ein optisches Eingangsbild in elektrische Bilddaten umgewandelt, und der über die Bildgebungsoptik 6A mit der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlenteilers 10b optisch gekoppelt ist. Ferner bildet die Bildgebungsoptik 6B ein Bild des zweiten Modulationslicht L11, das von dem Polarisationsstrahlteiler 10C des optischen Moduls 1C an den Fotodetektor 8B ausgegeben wird. Der Fotodetektor 8B ist eine Vorrichtung, die ein optisches Eingangsbild in elektrische Bilddaten umgewandelt, und der über die Bildgebungsoptik 6B mit der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlenteilers 10C optisch gekoppelt ist.
  • Im Nachfolgenden wird der Betrieb des optischen Moduls 1c und der Beobachtungsvorrichtung 2C mit der obigen Konfiguration beschrieben. Wenn das Beleuchtungslicht L0 aus der Lichtquelle 3A ausgegeben wird, wird das Beleuchtungslicht L0 durch das Beobachtungsziel 4 übertragen. In diesem Fall wird ein optisches Bild des Beobachtungsziels 4 als Beobachtungslicht L7 erzeugt. Das Beobachtungslicht L7 durchläuft die Erfassungsoptik 5B und erreicht den Polarisationsstrahlteiler 10B. In dem Beobachtungslicht L7, das in die Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlenteilers 10B in der X-Achsenrichtung eingegeben wird, wird die erste Polarisationskomponente L8 durch das Lichtteilungsfläche 11 reflektiert und von der zweiten Fläche 15 ausgegeben. Ferner wird die zweite Polarisationskomponente L10 durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen und von der ersten Fläche 14 ausgegeben. Während die erste Polarisationskomponente L8 das erste Polarisationselement 22 durchläuft, wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L8 durch das erste Polarisationselement 22 um beispielsweise 45° oder 135° in einer vorbestimmten Richtung von der p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die erste Polarisationskomponente L8 durch den ersten reflektierenden SLM 32 zur Bildung des ersten Modulationslichts L9 moduliert und gleichzeitig auf das erste Polarisationselement 22 reflektiert. Das erste Modulationslicht L9 durchläuft erneut das erste Polarisationselement 22, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L9 durch das erste Polarisationselement 22 um beispielsweise 45° oder 135° in der obigen vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das erste Modulationslicht L9 hauptsächlich die p-Polarisationskomponente (oder besteht lediglich aus der p-Polarisationskomponente).
  • Dann wird das erste Modulationslicht L9 mit der p-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlenteilers 10B übertragen und von der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlenteilers 10B ausgegeben. Aus dem ersten Modulationslichts L9 wird durch die Bildgebungsoptik 6A ein Bild gebildet und durch den Fotodetektor 8A abgebildet.
  • Andererseits wird die zweite Polarisationskomponente L10 mit der s-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen, durchläuft die ½-Wellenlängenplatte 70 und erreicht die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C. Wenn die zweite Polarisationskomponente L10 die ½-Wellenlängenplatte 70 durchläuft, wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 in einer bestimmten Drehrichtung von der s-Polarisationsebene um beispielsweise 90° gedreht. Somit umfasst die zweite Polarisationskomponente L10 hauptsächlich eine s-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der s-Polarisationskomponente) und wird durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert.
  • Während zudem die zweite Polarisationskomponente L10 das zweite Polarisationselement 42 durchläuft, wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 in diesem Fall durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° oder 135° in einer vorbestimmten Richtung von der s-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die zweite Polarisationskomponente L10 von dem zweiten reflektierenden SLM 52 zur Bildung des zweiten Modulationslichts L11 moduliert und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 42 reflektiert. Das zweite Modulationslicht L11 durchläuft erneut das zweite Polarisationselement 42, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L11 durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° oder 135° in der obigen vorbestimmten Richtung gedreht. Als Ergebnis umfasst das zweite Modulationslicht L11 im Wesentlichen die p-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der p-Polarisationskomponente).
  • Dann wird das zweite Modulationslicht L11 mit der p-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlenteilers 10C übertragen und von der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlenteilers 10C ausgegeben. Aus dem zweiten Modulationslicht L11 wird durch die Bildgebungsoptik 6B ein Bild gebildet und durch den Fotodetektor 8B abgebildet.
  • Gemäß dem optischen Modul 1C und der Beobachtungsvorrichtung 2C der zuvor beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, dieselben Effekte, wie im Falle des optischen Moduls 1A und der Beobachtungsvorrichtung 2A der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform können die p-Polarisationskomponente (die erste Polarisationskomponente L8) des Beobachtungslichts L7 und die s-Polarisationskomponente (die zweite Polarisationskomponente L10) geteilt und dann moduliert werden, und das erste und das zweite Modulationslicht L9 und L11 können nach der Modulation einzeln ausgegeben werden. Daher ist es gemäß dem optischen Modul 1C und der Beobachtungsvorrichtung 2C der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente des Beobachtungslichts L7 effektiv zu nutzen und die Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen. Somit ist es möglich, das Beobachtungslicht L7 mit einer größeren Lichtmenge als im herkömmlichen Fall zu beobachten und das Beobachtungsziel 4, selbst bei geringer Lichtintensität des Beobachtungslichts L7, deutlich zu beobachten.
  • Ferner können gemäß dem optischen Modul 1C und der Beobachtungsvorrichtung 2C der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L9 und L11 angewendet werden. Dementsprechend können beispielsweise zwei Modulationsmuster mit einer unterschiedlichen optischer Phasenverteilung oder Lichtintensitätsverteilung innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, angewendet werden. Alternativ ist es möglich, Aberrationen für jede Polarisationskomponente unabhängig voneinander zu korrigieren. Somit ist es beispielsweise gemäß dem optischen Modul 1C und der Beobachtungsvorrichtung 2C der vorliegenden Ausführungsform möglich, einem Benutzer eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen als dies mit einer herkömmlichen Vorrichtung möglich ist. Ferner können gemäß der vorliegenden Ausführungsform der erste reflektierende SLM 30 und der zweite reflektierende SLM 50 das gleiche Modulationsmuster aufweisen.
  • Gemäß dem optischen Modul 1C kann ferner das Licht in normale Richtungen der entsprechenden Modulationsflächen 33 und 53 der reflektierenden SLMs 32 und 52 eingegeben und reflektiert werden, und somit ist die optische Achse auf einfache Weise einstellbar, und es ist möglich, die Eingabeeffizienz an den SLM und die Ausgabeeffizienz aus dem SLM zu erhöhen. Ferner können die optische Achse des Beobachtungslichts L7 und jede der optischen Achsen des ersten und des zweiten Modulationslichts L9 und L11 viel mehr senkrecht als schräg angeordnet sein, und somit ist es möglich, eine einfache Verbindung zu der Erfassungsoptik 5B oder zur Bildgebungsoptik 6 herzustellen und die Bildung von Aberrationen zu verringern. Da sich ferner das Licht in einem Teil des optischen Pfades hin und her bewegt, ist es möglich, den Aufbau des gesamten Systems zu vereinfachen und zu verkleinern.
  • Ferner wird vorzugsweise, wie im Falle der vorliegenden Ausführungsform, ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität (beispielsweise die ½-Wellenlängenplatte 70) in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C vorgesehen. Dementsprechend kann die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 mit der p-Polarisationskomponente, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen wird, gedreht werden, so dass die s-Polarisationskomponente enthalten ist, und die zweite Polarisationskomponente L10 kann vorzugsweise durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert werden. Ferner kann entsprechend die Lichtverteilungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 32 und die Lichtverteilungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 52 zueinander ausgerichtet werden (parallel zueinander angeordnet werden), und die Steuerung des ersten und des zweiten reflektierenden SLM 32 und 52 kann für die Modulationsdaten, die in sowohl dem ersten als auch dem zweiten reflektierenden SLM 32 und 52 eingegeben werden, gemeinsam erfolgen.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1D gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt 7 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Beobachtungsvorrichtung 2D mit dem optischen Modul 1D darstellt. Das optische Modul 1D dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem optischen Modul 1C der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass sich die Anordnung des zweiten Polarisationselements 42 und des zweiten reflektierenden SLM 52 unterscheidet und keine ½-Wellenlängenplatte 70 verwendet wird. Ferner umfasst die Beobachtungsvorrichtung 2D der vorliegenden Ausführungsform Lochblenden 84A und 84B.
  • In dieser Ausführungsform ist das zweite Polarisationselement 42 an eine erste Fläche 14 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente L10 angeordnet, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C übertragen wird. Das zweite Polarisationselement 42 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlenteilers 10C in der Y-Achsenrichtung angeordnet. Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert die zweite Polarisationskomponente L10, der das zweite Polarisationselement 42 durchlaufen hat, zur Bildung des zweiten Modulationslichts L11 und reflektiert das zweite Modulationslicht L11 auf das zweite Polarisationselement 42.
  • In der obigen Konfiguration durchläuft die zweite Polarisationskomponente L10 mit der p-Polarisationskomponente, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C übertragen wird, das zweite Polarisationselement 42. In diesem Fall wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L10 durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° in einer vorbestimmten Richtung von einer p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die zweite Polarisationskomponente L10 von dem zweiten reflektierenden SLM 52 zur Bildung des zweiten Modulationslichts L11 moduliert, und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 42 reflektiert. Während das zweite Modulationslicht L11 das zweite Polarisationselement 42 erneut durchläuft, wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L11 in diesem Fall durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° in der obigen vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das zweite Modulationslicht L11 hauptsächlich eine s-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der s-Polarisationskomponente). Dann wird das zweite Modulationslicht L11 mit der s-Polarisationskomponente von der Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert und von der Lichtaustrittsfläche 13 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C ausgegeben.
  • Eine Lochblende 84A ist in dem optischen Pfad zwischen der Bildgebungsoptik 6A und dem Fotodetektor 8A angeordnet, und das erste Modulationslicht L9, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik 6A gebildet wurde, durchläuft die Lochblende 84A und erreicht den Fotodetektor 8A. Ferner ist die Lochblende 84B in dem optischen Pfad zwischen der Bildgebungsoptik 6B und dem Fotodetektor 8B angeordnet, und das zweite Modulationslicht L11, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik 6B gebildet wurde, durchläuft die Lochblende 84B und erreicht den Fotodetektor 8B. Da die Lochblenden 84A und 84B vorgesehen sind, ist es möglich, Rauschlicht in dem ersten und dem zweiten Modulationslicht L9 und L11 zu verringern, von denen das Bild durch die Bildgebungsoptik 6A und 6B gebildet wurde, und eine deutlichere Beobachtung zu gewährleisten.
  • Somit ist es gemäß dem optischen Modul 1D und der Beobachtungsvorrichtung 2D der vorliegenden Ausführungsform möglich, sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente des Beobachtungslichts L7 wirksam zu nutzen und die Lichtnutzungseffizienz, wie in der zweiten Ausführungsform, zu erhöhen. Da ferner unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L9 und L11 anwendbar sind, ist es möglich, einem Benutzer eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen als dies mit einer herkömmlichen Vorrichtung möglich ist. Da ferner das Licht in eine normale Richtung der entsprechenden Modulationsflächen 33 und 53 der reflektierenden SLMs 32 und 52 eingegeben und reflektiert wird, ist es möglich, eine einfache Verbindung mit der Erfassungsoptik 5B oder der Bildgebungsoptik 6 herzustellen und das gesamte optische System zu verkleinern.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 8 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines konfokalen Fluoreszenzmikroskops 2E als eine Beobachtungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Dieses konfokale Fluoreszenzmikroskop 2E unterscheidet sich von der Beobachtungsvorrichtung 2A der ersten Ausführungsform hinsichtlich eines Bestrahlungsschemas eines Beobachtungsziels 4 mit Bestrahlungslicht und der Verwendung einer Lochblende 83.
  • Das konfokale Fluoreszenzmikroskop 2E enthält, anstelle der Lichtquelle 3, der Beleuchtungsoptik 5A, und der Erfassungsoptik 5B der ersten Ausführungsform, eine Lichtquelle 80, einen dichroitischen Spiegel 81, einen Strahlen-Scanner 82 und eine Objektivlinse 5C. Die Lichtquelle 80 gibt Anregungslicht L12 aus (Nicht-Polarisationslicht in einem Beispiel), das eine p-Polarisationskomponente und eine s-Polarisationskomponente umfasst. Der dichroitische Spiegel 81 ist in einem optischen Pfad angeordnet, der eine Lichteingangsfläche 12 eines Polarisationsstrahlteilers 10A mit einem Beobachtungsziel 4 verbindet, reflektiert das Anregungslicht L12 von der Lichtquelle 80 auf das Beobachtungsziel 4 und überträgt Beobachtungslicht (Fluoreszenz) L1 von dem Beobachtungsziel 4 auf den Polarisationsstrahlteiler 10A. Die Objektivlinse 5C ist in einem optischen Pfad zwischen dem Beobachtungsziel 4 und dem dichroitischen Spiegel 81 angeordnet, sammelt das Anregungslicht L12 auf dem Beobachtungsziel 4 und leitet das Beobachtungslicht (Fluoreszenz) L1, das von dem Beobachtungsziel 4 erzeugt wird, auf den Polarisationsstrahlteiler 10A. Der Strahlen-Scanner 82 kann eine Erfassungsposition des Anregungslichts L12 in dem Beobachtungsziel 4 in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse bewegen und führt eine Abtastung des Anregungslichts L12 bezüglich des Beobachtungsziels 4 durch. Durch den Strahlen-Scanner 82 wird ein Fluoreszenzbild durch zweidimensionales oder dreidimensionales Abtasten des Anregungslichts L12 erhalten. Ferner kann eine Übertragungslinse zwischen dem Strahlen-Scanner 82 und der Objektivlinse 5C eingesetzt werden. Ferner kann eine Übertragungslinse zwischen dem Strahlen-Scanner 82 und dem optischen Modul 1A eingesetzt werden.
  • Ferner ist eine Lochblende 83 in einem optischen Weg zwischen einer Bildgebungsoptik 6 und einem Fotodetektor 8 angeordnet, und ein kombiniertes Modulationslicht L6, von dem ein Bild durch die Bildgebungsoptik 6 gebildet wurde, durchläuft die Lochblende 83 und erreicht den Fotodetektor 8. Da die Lochblende 83 vorgesehen ist, ist es möglich, Rauschlicht in dem kombinierten Modulationslicht L6, von dem ein Bild durch die Bildgebungsoptik 6 gebildet wurde, zu reduzieren und eine deutlichere Beobachtung zu gewährleisten.
  • Gemäß dem konfokalen Fluoreszenzmikroskops 2E der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, sowohl die p-Polarisationskomponente und die s-Polarisationskomponente des Beobachtungslichts (Fluoreszenz) L1 effektiv zu nutzen und der Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen, und somit ist es möglich, ähnlich wie bei der Beobachtungsvorrichtung 2A der ersten Ausführungsform, selbst bei geringer Lichtintensität des Beobachtungslichts (Fluoreszenz) L1, eine deutliche Fluoreszenzbeobachtung durchzuführen. Da ferner unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslichter L3 und L5 angewendet werden, ist es möglich, einem Benutzer mit einer größeren Vielfalt an Beobachtungsformen als bei einem herkömmlichen konfokalen Fluoreszenzmikroskop zur Verfügung zu stellen. Da ferner das Licht in eine normale Richtung der entsprechenden Modulationsflächen 31 und 51 der reflektierenden SLMs 30 und 50 eingegeben und reflektiert wird, ist es möglich, eine einfache Verbindung eines optischen Systems, wie den dichroitischen Spiegel 81, die Objektivlinse 5C oder die Bildgebungsoptik 6 herzustellen und das gesamte optische System zu verkleinern.
  • Während in der vorliegenden Ausführungsform das konfokale Fluoreszenzmikroskop mit dem optischen Modul 1A der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, kann das konfokale Fluoreszenzmikroskop das optische Modul 1B des ersten Modifizierungsbeispiels, das optische Moduls 1C der zweiten Ausführungsform oder das optische Modul 1D der dritten Ausführungsform umfassen. Indem eines der optischen Module verwendet wird, ist es vorzugsweise möglich, die vorstehend beschriebenen Effekte zu erzielen. Während ferner die Lichtquelle 80 und der dichroitische Spiegel 81 zwischen dem optischen Modul 1A und dem Strahlen-Scanner 82 in 8 eingebaut sind, kann die Lichtquelle 80 und der dichroitische Spiegel 81 zwischen der Bildgebungslinse 6 und dem optische Modul 1A eingebaut werden.
  • Das optische Modul und die Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene andere Modifikationen möglich. Während zum Beispiel in der vierten Ausführungsform das Beispiel gezeigt ist, bei dem das optische Modul der vorliegenden Erfindung auf ein konfokales Fluoreszenzmikroskops angewendet wurde, kann das optische Modul der vorliegenden Erfindung für eine mikroskopische Beobachtung, eine Augenhintergrundbeobachtung, ein Laserscanner-Mikroskop, das nicht konfokal ist, ein Mikroskop mit einer Kamera, ein Transmissionsmikroskop, oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann das optische Modul der vorliegenden Erfindung für ein nicht-Fluoreszenz-Beobachtungsmikroskop, wie beispielsweise ein Rückstreulicht-Beobachtungsmikroskop oder verschiedene Raman-Streuung-Beobachtungsmikroskope, verwendet werden.
  • Während ferner der Polarisationsstrahlenteiler mit einem rechteckigen Querschnitt in jeder der obigen Ausführungsformen verwendet wird, ist jedoch die Form des Polarisationsstrahlteilers nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise plattenförmig sein. Während ferner das Licht in Hinblick auf den reflektierenden SLM in den obigen Ausführungsformen vertikal eingegeben und ausgegeben wird, können die Eingabe- und Reflexionswinkel in Hinblick auf den reflektierenden SLM größer als 0° sein.
  • Ferner werden in einem optischen System mit dem SLM für gewöhnlich Aberrationen erzeugt. Jedoch kann in jeder der obigen Ausführungsformen ein Muster für die Korrektur der Aberrationen in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM vorgesehen sein. Durch Anwenden eines derartigen Musters auf das gewünschte Phasenmuster ist es möglich, die Aberrationen zu korrigieren. In diesem Fall können die Aberrationen, die in dem ersten Modulationslicht erzeugt werden, und die Aberrationen, die in dem zweiten Modulationslicht erzeugt werden, unabhängig voneinander erhalten werden und einzeln in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM entfernt werden.
  • Während ferner das Beobachtungsziel in übertragender Weise beleuchtet wird und das übertragene Licht in den ersten bis dritten Ausführungsformen zu dem Beobachtungslicht wird, kann reflektiertes Licht oder gestreutes Licht von dem Dunkelfeld beleuchteten Beobachtungsziel das Beobachtungslicht sein. Zudem kann fluoreszierendes Raman-Streulicht, parametrisches Oszillationslicht oder Oberwellenlicht, das durch Beleuchten des Beobachtungsziels erzeugt wird, das Beobachtungslicht sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und eine Beobachtungsvorrichtung, die in der Lage sind, die Lichtnutzungseffizienz zu erhöhen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1A bis 1D
    Optisches Modul
    2A, 2C und 2D
    Beobachtungsvorrichtung
    2E
    Konfokales Fluoreszenzmikroskop
    3
    Lichtquelle
    4
    Bestrahlungsziel
    5A
    Beleuchtungsoptik
    5B
    Erfassungsoptik
    5C
    Objektivlinse
    6, 6A und 6B
    Bildgebungsoptik
    7
    Stufe
    8, 8A und 8B
    Fotodetektor
    10A
    Polarisationsstrahlteiler
    10B
    Erster Polarisationsstrahlteiler
    10C
    Zweiter Polarisationsstrahlenteiler
    11
    Lichtteilungsfläche
    12
    Lichteingangsfläche
    13
    Lichtaustrittsfläche
    14
    Erste Fläche
    15
    Zweite Fläche
    20 und 22
    Erstes Polarisationselement
    30 und 32
    Erster reflektierender SLM
    31 und 33
    Modulationsfläche
    40 und 42
    Zweites Polarisationselement
    50 und 52
    Zweiter reflektierender SLM
    51 und 53
    Modulationsfläche
    60
    Optisches Weglängen-Einstellelement
    70
    ½-Wellenlängenplatte
    80
    Lichtquelle
    81
    Dichroitisches Spiegel
    82
    Strahlen-Scanner
    83, 84A und 84B
    Lochblende
    90
    ½-Wellenlängenplatte
    10
    Bestrahlungslicht
    L1 und L7
    Beobachtungslicht
    L2 und L8
    Erste Polarisationskomponente
    L3 und L9
    Erstes Modulationslicht
    L4 und L10
    Zweite Polarisationskomponente
    L5 und L11
    Zweites Modulationslicht
    L6
    Kombiniertes Modulationslicht
    L11
    Zweites Modulationslicht
    L12
    Anregungslicht

Claims (10)

  1. Optisches Modul, umfassend: einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Eingangslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer durch die Lichtteilungsfläche übertragenen ersten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die erste Polarisationskomponente, die durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer von der Lichtteilungsfläche reflektierten zweiten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die zweite Polarisationskomponente, die durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert, wobei das erste Modulationslicht, das erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und dann an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird, und das zweite Modulationslicht, das erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche übertragen wird, miteinander kombiniert werden und von dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden.
  2. Optisches Modul gemäß Anspruch 1, wobei der erste und der zweite räumliche Reflexionslichtmodulator vom Flüssigkristalltyp sind, und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten räumlichen Reflexionslichtmodulators und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulators senkrecht zueinander sind.
  3. Optisches Modul gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner umfasst: ein Polarisationselement, das eine reziproke optische Aktivität aufweist, und das in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator oder in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator angeordnet ist.
  4. Beobachtungsvorrichtung, umfassend: das optische Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; eine Erfassungsoptik zum Sammeln von Beobachtungslicht von dem Beobachtungsziel und zum Eingeben des Beobachtungslichts als Eingangslicht in das optische Modul; eine Bildgebungsoptik zum Bilden eines Bildes aus Licht, das von dem optischen Modul ausgegeben wird; und einen Fotodetektor zum Detektieren des Lichts, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde.
  5. Beobachtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei eine Lochblende in dem optischen Pfad zwischen der Bildgebungsoptik und dem Fotodetektor angeordnet ist.
  6. Optisches Modul, umfassend: einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Eingangslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad der ersten Polarisationskomponente in dem Eingangslicht, das durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers reflektiert wird, angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der das erste Beobachtungslicht, das durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; einen zweiten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt, und der eine zweite Polarisationskomponente in dem Eingangslicht, das durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, unter Verwendung der Lichtteilungsfläche empfängt; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente, die durch die Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers einer Übertragung oder einer Reflexion unterworfen wird, angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die zweite Polarisationskomponente, das durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert; wobei das erste Modulationslicht erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht, durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, und dann ausgegeben wird, und wobei das zweite Modulationslicht erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und durch das andere von der Übertragung oder der Reflexion durch die Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers ausgegeben wird.
  7. Optisches Modul gemäß Anspruch 5, das ferner umfasst: ein optisches Weglängen-Einstellelement, das in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator vorgesehen ist.
  8. Optisches Modul gemäß Anspruch 6 oder 7, das ferner umfasst: ein Polarisationselement, das eine reziproke optische Aktivität aufweist und in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler vorgesehen ist.
  9. Beobachtungsvorrichtung, umfassend: das optische Modul gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8; eine Erfassungsoptik zum Sammeln von Beobachtungslicht von einem Beobachtungsziel und zum Eingeben des Beobachtungslichts als Eingangslicht in das optische Modul; eine Bildgebungsoptik zum Bilden eines Bildes aus Licht, das von dem optischen Modul ausgegeben wird; und einen Fotodetektor zum Detektieren des Lichts, von dem das Bild durch die Bildgebungsoptik gebildet wurde.
  10. Beobachtungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei eine Lochblende in dem optischen Pfad zwischen der Bildgebungsoptik und dem Fotodetektor angeordnet ist.
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