JP2014202957A - 光学モジュールおよび観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率を高めることができる光学モジュールおよび観察装置を提供する。
【解決手段】光学モジュール１Ａは、光分岐面１１を有する偏光ビームスプリッタ１０Ａと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を各々有し、光分岐面１１を透過した第１の偏光成分Ｌ２、及び光分岐面１１において反射された第２の偏光成分Ｌ４の光路上のそれぞれに配置された偏光素子２０及び４０と、第１の偏光素子２０を通過した第１の偏光成分Ｌ２を変調して反射する第１の反射型ＳＬＭ３０と、第２の偏光素子４０を通過した第２の偏光成分Ｌ４を変調して反射する第２の反射型ＳＬＭ５０とを備える。第１の偏光素子２０を再び通過した後、光分岐面１１において反射された第１の変調光Ｌ３と、第２の偏光素子４０を再び通過した後、光分岐面１１を透過した第２の変調光Ｌ５とが互いに合波される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学モジュールおよび観察装置に関するものである。

非特許文献１には、眼底測定装置において、空間光変調器であるＰＰＭ（Programmable Phase Modulator）を用いて収差補正を行うことが開示されている。

Pedro Prieto, Enrique Fernandez, Silvestre Manzanera, and PabloArtal, "Adaptive optics with a programmable phase modulator: applications inthe human eye", Optics Express, Volume 12, Issue 17, pp.4059-4071 (2004)

近年、観察装置などにおけるレンズ収差の補正などの目的のために、ＳＬＭを用いて被観察光の強度分布や位相分布を変調する技術が研究されている。しかしながら、ＳＬＭの構成によっては直線偏光成分しか変調できない場合があり、例えば非特許文献１に記載された構成では、ＰＰＭに入射される眼底からの光（被観察光）から、直線偏光子によって、ＰＰＭにおいて変調し得る直線偏光の光だけが抽出されている。このように、ＳＬＭが直線偏光成分しか変調できない場合、他の偏光成分が利用されず、光利用効率（被観察光と変調後の光との強度比）が小さく抑えられてしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、被観察光などの入射光を変調する装置における光利用効率を高めることができる光学モジュール、および該光学モジュールを備える観察装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による第１の光学モジュールは、入射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、入射光のうち光分岐面を透過した第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型ＳＬＭと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、入射光のうち光分岐面において反射された第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型ＳＬＭと、を備え、第１の偏光素子を再び通過した後、光分岐面において反射された第１の変調光と、第２の偏光素子を再び通過した後、光分岐面を透過した第２の変調光とが互いに合波されて偏光ビームスプリッタから出力されることを特徴とする。

この第１の光学モジュールにおいて、偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分（ｐ偏光成分）は、その偏光面が第１の偏光素子によって回転されたのち、第１の反射型ＳＬＭに入射する。第１の偏光成分は、第１の反射型ＳＬＭによって変調されて第１の変調光となり、この第１の変調光の偏光面は、第１の偏光素子によって再び回転される。第１の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第１の偏光素子を往復した後の第１の変調光は、偏光ビームスプリッタにおいて反射されるｓ偏光成分を含むことができる。なお、好適には、変調前の第１の偏光成分の偏光面が第１の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第１の変調光の偏光面が第１の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

また、偏光ビームスプリッタにおいて反射された第２の偏光成分（ｓ偏光成分）は、その偏光面が第２の偏光素子によって回転されたのち、第２の反射型ＳＬＭに入射する。第２の偏光成分は、第２の反射型ＳＬＭによって変調されて第２の変調光となり、この第２の変調光の偏光面は、第２の偏光素子によって再び回転される。第２の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第２の偏光素子を往復した後の第２の変調光は、偏光ビームスプリッタを透過するｐ偏光成分を含むことができる。なお、好適には、変調前の第２の偏光成分の偏光面が第２の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第２の変調光の偏光面が第２の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光は偏光ビームスプリッタにおいて反射され、ｐ偏光成分を含む第２の変調光は偏光ビームスプリッタを透過する。これらの変調光は互いに合波され、偏光ビームスプリッタから出力される。

以上に説明したように、上記第１の光学モジュールでは、入射光（例えば被観察光）のｐ偏光成分及びｓ偏光成分を分離させた後にそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光を合波して出力することができる。したがって、この第１の光学モジュールによれば、入射光のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率を高めることができる。

また、第１の光学モジュールは、第１及び第２の反射型ＳＬＭが液晶型であり、第１の反射型ＳＬＭの液晶の配向方向と、第２の反射型ＳＬＭの液晶の配向方向とが互いに直交することを特徴としてもよい。これにより、偏光面が互いに直交する第１及び第２の偏光成分それぞれを、第１及び第２の反射型ＳＬＭそれぞれにおいて効率良く変調することができる。

また、第１の光学モジュールは、相反性の光学活性を有し、偏光ビームスプリッタと第１の反射型ＳＬＭとの間の光路上、又は偏光ビームスプリッタと第２の反射型ＳＬＭとの間の光路上に配置された偏光素子を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、第１の反射型ＳＬＭに入射する直前の第１の偏光成分の偏光面の角度、または第２の反射型ＳＬＭに入射する直前の第２の偏光成分の偏光面の角度を任意に制御することができる。

また、本発明による第１の観察装置は、上記いずれかの第１の光学モジュールと、観察対象物からの被観察光を集光し、光学モジュールへ入射光として入射させる集光光学系と、光学モジュールから出力された光を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。この第１の観察装置によれば、上述した第１の光学モジュールを備えることにより、被観察光の光利用効率を高めることができる。

また、第１の観察装置は、結像光学系と光検出器との間の光路上にピンホールが配置されていることを特徴としてもよい。これにより、結像光学系により結像された光に含まれるノイズ光を低減して、より明瞭な観察を可能にできる。

本発明による第２の光学モジュールは、入射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、入射光のうち、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面において反射された第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型ＳＬＭと、ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、入射光のうち、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面を透過した第２の偏光成分を光分岐面に受ける第２の偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において透過及び反射のうち一方を経た第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型ＳＬＭとを備え、第１の変調光は、第１の偏光素子を再び通過した後、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面を透過して出力され、第２の変調光は、第２の偏光素子を再び通過した後、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において透過及び反射のうち他方を経て出力されることを特徴とする。

第１の偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分は、その偏光面が第１の偏光素子によって回転されたのち、第１の反射型ＳＬＭに入射する。第１の偏光成分は、第１の反射型ＳＬＭによって変調されて第１の変調光となり、この第１の変調光の偏光面は、第１の偏光素子によって再び回転される。第１の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第１の偏光素子を往復した後の第１の変調光は、偏光ビームスプリッタにおいて反射されるｓ偏光成分を含むことができ、反射後に光学モジュールの外部へ出力される。なお、好適には、変調前の第１の偏光成分の偏光面が第１の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第１の変調光の偏光面が第１の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

また、第１の偏光ビームスプリッタにおいて反射された第２の偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタに入射する。第２の偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタにおいて透過及び反射のうち一方を経て、その偏光面が第２の偏光素子によって回転されたのち、第２の反射型ＳＬＭに入射する。第２の偏光成分は、第２の反射型ＳＬＭによって変調されて第２の変調光となり、この第２の変調光の偏光面は、第２の偏光素子によって再び回転される。第２の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第２の偏光素子を往復した後の第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタにおいて透過及び反射のうち他方を経て、第２の光学モジュールの外部へ出力される。なお、好適には、変調前の第２の偏光成分の偏光面が第２の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第２の変調光の偏光面が第２の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

以上に説明したように、上記第２の光学モジュールでは、入射光のｐ偏光成分及びｓ偏光成分を分離させた後にそれぞれ変調して出力することができる。したがって、この第２の光学モジュールによれば、入射光のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率を高めることができる。

また、第２の光学モジュールは、第１の偏光ビームスプリッタと第１の反射型ＳＬＭとの間の光路上に設けられた光路長調整素子を更に備えてもよい。

また、第２の光学モジュールは、相反性の光学活性を有し、第１の偏光ビームスプリッタと第２の反射型ＳＬＭとの間の光路上に設けられた偏光素子を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において反射された第２の変調光の偏光面を回転させ、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面を好適に透過させることができる。

また、本発明による第２の観察装置は、上記いずれかの第２の光学モジュールと、観察対象物からの被観察光を集光し、光学モジュールへ入射光として入射させる集光光学系と、光学モジュールから出力された光を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。この第２の観察装置によれば、上述した第２の光学モジュールを備えることにより、被観察光の光利用効率を高めることができる。

また、第２の観察装置は、結像光学系と光検出器との間の光路上にピンホールが配置されていることを特徴としてもよい。これにより、結像光学系により結像された光に含まれるノイズ光を低減して、より明瞭な観察を可能にできる。

本発明による光学モジュールおよび観察装置によれば、被観察光などの入射光を変調する装置における光利用効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 第１実施形態の光学モジュールを備える観察装置の構成を示す図である。 第１実施形態の一変形例に係る光学モジュールの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 第２実施形態の光学モジュールを備える観察装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 第３実施形態の光学モジュールを備える観察装置の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る観察装置として、共焦点蛍光顕微鏡の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光学モジュールおよび観察装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学モジュール１Ａの構成を示す図である。また、図２は、光学モジュール１Ａを備える観察装置２Ａの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図１及び図２にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図１及び図２では、理解の容易のため、光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ４及び光Ｌ５についても同様である。

図１に示されるように、光学モジュール１Ａは、偏光ビームスプリッタ１０Ａと、第１の偏光素子２０と、第１の反射型ＳＬＭ３０と、第２の偏光素子４０と、第２の反射型ＳＬＭ５０とを備えている。

偏光ビームスプリッタ１０Ａは、光分岐面１１を有する光学部品である。光分岐面１１は、第１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）、及び第１の方向と交差する第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）の双方に対して傾斜しており、その傾斜角は例えば４５°である。光分岐面１１は、これらの方向から入射した光に含まれるｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する。光分岐面１１は、光学モジュール１Ａの外部からＸ軸方向に沿って入射された被観察光Ｌ１を受ける。この被観察光Ｌ１は、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を含む光であり、例えば無偏光（ランダム偏光）、円偏光、楕円偏光、ｐ偏光でもｓ偏光でもない直線偏光の光、或いはｐ偏光の光にそれと波長の異なるｓ偏光の光が重なった光である。

また、ＸＹ平面に沿った偏光ビームスプリッタ１０Ａの断面形状は矩形状を呈している。そして、偏光ビームスプリッタ１０Ａは、この断面に現れる光入射面１２、光出射面１３、第１の面１４および第２の面１５を有している。光入射面１２は、Ｘ軸方向と交差する平面に沿っており、被観察光Ｌ１を受ける。光出射面１３は、Ｙ軸方向と交差する平面に沿っており、合成変調光Ｌ６を出力する。第１の面１４はＸ軸方向と交差する平面に沿っており、光入射面１２及び第１の面１４はＸ軸方向に並んで配置されている。第２の面１５はＹ軸方向と交差する平面に沿っており、光出射面１３及び第２の面１５はＹ軸方向に並んで配置されている。これら４つの面のうち、光入射面１２および第２の面１５は光分岐面１１の一方の面側に配置されており、光出射面１３および第１の面１４は光分岐面１１の他方の面側に配置されている。

第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの第１の面１４と光学的に結合されており、被観察光Ｌ１のうち光分岐面１１を透過した第１の偏光成分Ｌ２（光分岐面１１を透過した時点ではｐ偏光成分）の光路上に配置されている。なお、第１の偏光成分Ｌ２の光路とは、被観察光Ｌ１のうち光分岐面１１を透過した光の光路を指す。本実施形態の第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２０は、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。ここで、非相反性の光学活性とは、順方向に進む光の回転の向きと、逆方向に進む光の回転の向きとが互いに等しい偏光特性を意味する。例えば、或る方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面が所定の向きに所定の角度（例えば、４５°もしくは１３５°）だけ回転する場合、逆方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面は、上記の所定の向きに更に同じ角度だけ回転する。例えば、所定の角度が４５°の場合、第１の偏光素子２０を光が往復すると、その光の偏光面は９０°回転することとなる。第１の偏光素子２０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

なお、光学性結晶から成る１／２波長板も通過光の偏光面を回転させるものであるが、１／２波長板では順方向に進む光の回転の向きと逆方向に進む光の回転の向きとが互いに逆であるため、光が往復すると、その光の偏光面は元に戻ってしまう。したがって、１／２波長板は、非相反性の光学活性を有する偏光素子ではなく、第１の偏光素子２０としては用いられない。

第１の反射型ＳＬＭ３０は、第１の偏光素子２０を通過した第１の偏光成分Ｌ２を変調して第１の変調光Ｌ３を生成するとともに、第１の変調光Ｌ３を第１の偏光素子２０へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３０としては、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３１を有する。第１の反射型ＳＬＭ３０は、その複数の領域毎に第１の偏光成分Ｌ２の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ３を生成する。一例では、第１の反射型ＳＬＭ３０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型のＳＬＭである。第１の反射型ＳＬＭ３０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、液晶以外の電気光効果材料を有する素子、多数のマイクロミラーによって構成される素子、可変鏡型の光変調器であってもよい。

第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの第２の面１５と光学的に結合されており、被観察光Ｌ１のうち光分岐面１１において反射された第２の偏光成分Ｌ４（光分岐面１１において反射された時点ではｓ偏光成分）の光路上に配置されている。なお、第２の偏光成分Ｌ４の光路とは、被観察光Ｌ１のうち光分岐面１１において反射された光の光路を指す。本実施形態の第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の偏光素子４０は、第２の偏光成分Ｌ４の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は前述した第１の偏光素子２０と同様である。第２の偏光素子４０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

第２の反射型ＳＬＭ５０は、第２の偏光素子４０を通過した第２の偏光成分Ｌ４を変調して第２の変調光Ｌ５を生成するとともに、第２の変調光Ｌ５を第２の偏光素子４０へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５０としては、第１の反射型ＳＬＭ３０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５１を有する。第２の反射型ＳＬＭ５０は、その複数の領域毎に第２の偏光成分Ｌ４の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ５を生成する。一例では、第２の反射型ＳＬＭ５０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。第２の反射型ＳＬＭ５０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、液晶以外の電気光効果材料を有する素子、多数のマイクロミラーによって構成される素子、可変鏡型の光変調器であってもよい。

なお、反射型ＳＬＭ３０，５０がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、偏光素子２０，４０による回転後の偏光面の角度に合わせて反射型ＳＬＭ３０，５０を配置するとよい。

図２に示されるように、本実施形態の観察装置２Ａは、上述した光学モジュール１Ａに加えて、光源３、照明光学系５Ａ、集光光学系５Ｂ、結像光学系６、ステージ７、及び光検出器８を備えている。

光源３は、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分を含む照明光Ｌ０（一例では無偏光の光）を出力する光源である。光源３は、レンズ等を含む照明光学系５Ａを介して、ステージ７上に載置された観察対象物（測定対象物）４と光学的に結合されている。また、集光光学系５Ｂは、観察対象物４と偏光ビームスプリッタ１０Ａの光入射面１２との間の光路上に配置されており、照明光Ｌ０が観察対象物４を透過して生じた被観察光Ｌ１を偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて導光する。集光光学系５Ｂは、例えば対物レンズを含む。結像光学系６は、光学モジュール１Ａから出力された合成変調光Ｌ６を光検出器８に向けて結像する。光検出器８は、入射した光像を電気的な画像データに変換するデバイスであり、結像光学系６を介して偏光ビームスプリッタ１０Ａの光出射面１３と光学的に結合されている。

以上の構成を備える光学モジュール１Ａ及び観察装置２Ａの動作について説明する。光源３から照明光Ｌ０が出力されると、照明光Ｌ０は観察対象物４を透過する。このとき、観察対象物４の光像が被観察光Ｌ１として生成される。被観察光Ｌ１は、集光光学系５Ｂを通過して偏光ビームスプリッタ１０Ａに達する。Ｘ軸方向に沿って偏光ビームスプリッタ１０Ａの光入射面１２に入射した被観察光Ｌ１のうち、第１の偏光成分Ｌ２は光分岐面１１を透過し、第１の面１４から出射される。また、第２の偏光成分Ｌ４は光分岐面１１において反射され、第２の面１５から出射される。第１の偏光成分Ｌ２は第１の偏光素子２０を通過するが、このとき、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面は、第１の偏光素子２０によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第１の偏光成分Ｌ２は、第１の反射型ＳＬＭ３０によって変調されて第１の変調光Ｌ３と成り、同時に第１の偏光素子２０に向けて反射される。第１の変調光Ｌ３は、第１の偏光素子２０を再び通過するが、このとき、第１の変調光Ｌ３の偏光面は、第１の偏光素子２０によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ３はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。

一方、第２の偏光成分Ｌ４は第２の偏光素子４０を通過するが、このとき、第２の偏光成分Ｌ４の偏光面は、第２の偏光素子４０によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第２の偏光成分Ｌ４は、第２の反射型ＳＬＭ５０によって変調されて第２の変調光Ｌ５と成り、同時に第２の偏光素子４０に向けて反射される。第２の変調光Ｌ５は、第２の偏光素子４０を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ５の偏光面は、第２の偏光素子４０によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ５はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光Ｌ３は偏光ビームスプリッタ１０Ａにおいて反射され、ｐ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ５は偏光ビームスプリッタ１０Ａを透過する。これらの変調光Ｌ３，Ｌ５は互いに合波され、合成変調光Ｌ６として偏光ビームスプリッタ１０Ａの光出射面１３から出力される。合成変調光Ｌ６は、結像光学系６によって結像され、光検出器８によって撮像される。

以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ａ及び観察装置２Ａによって得られる効果について説明する。光学モジュール１Ａでは、被観察光Ｌ１のｐ偏光成分（第１の偏光成分Ｌ２）及びｓ偏光成分（第２の偏光成分Ｌ４）を分離させた後にそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５を合波して出力することができる。したがって、本実施形態の光学モジュール１Ａによれば、被観察光Ｌ１のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率（被観察光Ｌ１の強度と、光検出器８に入射する光像の強度との比）を高めることができる。これにより、従来よりも大きな光量で被観察光Ｌ１を観察することができ、被観察光Ｌ１の光強度が微小である場合であっても、明瞭に観察対象物４を観察することができる。

また、本実施形態の光学モジュール１Ａ及び観察装置２Ａによれば、第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５に対して異なる変調パターンを与えることができる。これにより、例えば光軸に垂直な面内での光位相分布や光強度分布が互いに異なる２つの変調パターンを付与することができる。或いは、偏光成分毎に独立して収差を補正することもできる。これらのように、本実施形態の光学モジュール１Ａ及び観察装置２Ａによれば、従来の装置よりも多様な観察形態を使用者に提供することを可能にできる。また、個別に変調された第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５を合波して出力するので、光検出器８に入射する光像に含まれるスペックルを低減することができる。なお、本実施形態では、第１の反射型ＳＬＭ３０及び第２の反射型ＳＬＭ５０が、同一の変調パターンを呈示してもよい。

また、光学モジュール１Ａでは、一つの偏光ビームスプリッタ１０Ａの周囲に２つの反射型ＳＬＭ３０，５０が配置されている。そして、第１の反射型ＳＬＭ３０への入射光（第１の偏光成分Ｌ２）は偏光ビームスプリッタ１０Ａから入射し、変調後の光（第１の変調光Ｌ３）は偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて反射される。同様に、第２の反射型ＳＬＭ５０への入射光（第２の偏光成分Ｌ４）は偏光ビームスプリッタ１０Ａから入射し、変調後の光（第２の変調光Ｌ５）は偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて反射される。このような構成により、反射型ＳＬＭ３０，５０の各変調面３１，５１の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。また、被観察光Ｌ１の光軸と合成変調光Ｌ６の光軸とを斜めではなく直交させることができるので、集光光学系５Ｂや結像光学系６との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。

本実施形態の光学モジュール１Ａにおいて、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が液晶型である場合、前述したように、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されない。したがって、第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配向方向と、第２の反射型ＳＬＭ５０の液晶の配向方向とが互いに直交するように、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が配置されることが好ましい。これにより、偏光面が互いに直交する第１及び第２の偏光成分Ｌ２，Ｌ４それぞれを、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０それぞれにおいて効率良く変調することができる。

（第１の変形例）
図３は、上記実施形態の一変形例に係る光学モジュール１Ｂの構成を示す図である。本変形例の光学モジュール１Ｂは、上記実施形態の光学モジュール１Ａの構成に加えて、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板９０を更に備えている。本変形例では、１／２波長板９０は偏光ビームスプリッタ１０Ａと第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されており、図には偏光ビームスプリッタ１０Ａと第１の偏光素子２０との間の光路上に配置された例が示されている。１／２波長板９０の遅延軸は、１／２波長板９０を通過する第１の偏光成分Ｌ２の偏光面に対して例えば４５°に設定される。

この例において、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１を透過した第１の偏光成分Ｌ２は、１／２波長板９０を通過する。このとき、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面は、１／２波長板９０によってｐ偏光面から或る回転方向に９０°回転する。その後、第１の偏光成分Ｌ２は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間を往復して第１の変調光Ｌ３となり、１／２波長板９０を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ３の偏光面は、１／２波長板９０によって上記とは逆の向きに９０°回転する。その結果、偏光ビームスプリッタ１０Ａに入射するときの第１の変調光Ｌ３の偏光面は、第１実施形態と同様になる。

本変形例では、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する際の第１の偏光成分Ｌ２の偏光面を、相反性の光学活性を有する偏光素子によって回転させている。これにより、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する直前の第１の偏光成分Ｌ２の偏光面の角度を任意に制御することができる。したがって、例えば第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が液晶型ＳＬＭである場合に、第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配光方向を任意に設定することができる。これにより、例えば第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配光方向と第２の反射型ＳＬＭ５０の液晶の配光方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０のそれぞれに入力される変調データに対し、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０の制御を共通化することが可能になる。

なお、１／２波長板９０は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されてもよく、或いは、偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の反射型ＳＬＭ５０との間（偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の偏光素子４０との間、もしくは第２の偏光素子４０と第２の反射型ＳＬＭ５０との間）の光路上に配置されてもよい。１／２波長板９０が偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の反射型ＳＬＭ５０との間の光路上に配置される場合、第２の反射型ＳＬＭ５０に入射する直前の第２の偏光成分Ｌ４の偏光面の角度を任意に制御することができ、上述した効果を同様に奏することができる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る光学モジュール１Ｃの構成を示す図である。また、図５は、光学モジュール１Ｃを備える観察装置２Ｃの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図４及び図５にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図４及び図５では、理解の容易のため、光Ｌ８の光軸と光Ｌ９の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ８の光軸と光Ｌ９の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ１０及び光Ｌ１１についても同様である。

図４に示されるように、光学モジュール１Ｃは、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃと、第１の偏光素子２２と、第１の反射型ＳＬＭ３２と、第２の偏光素子４２と、第２の反射型ＳＬＭ５２と、光路長調整素子６０と、１／２波長板７０とを備えている。

第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｂ，１０Ｃは、第１実施形態の偏光ビームスプリッタ１０Ａと同様の構成を有する。すなわち、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｂ，１０Ｃは、入射光のｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する光分岐面１１と、光入射面１２と、光出射面１３と、第１の面１４と、第２の面１５とを有する。第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂは、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分を含む被観察光Ｌ７を光分岐面１１に受ける。被観察光Ｌ７は、第１実施形態と同様に、例えば無偏光（ランダム偏光）、円偏光、或いは楕円偏光の光である。

第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの第２の面１５と光学的に結合されており、被観察光Ｌ７のうち光分岐面１１において反射された第１の偏光成分Ｌ８の光路上に配置されている。本実施形態の第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２２は、第１の偏光成分Ｌ８の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は第１実施形態と同様である。第１の偏光素子２２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

第１の反射型ＳＬＭ３２は、第１の偏光素子２２を通過した第１の偏光成分Ｌ８を変調して第１の変調光Ｌ９を生成するとともに、第１の変調光Ｌ９を第１の偏光素子２２へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３２としては、第１実施形態の第１の反射型ＳＬＭ３０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３３を有する。第１の反射型ＳＬＭ３２は、その複数の領域毎に第１の偏光成分Ｌ８の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ９を生成する。

光路長調整素子６０は、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第１の反射型ＳＬＭ３２との間の光路上に設けられており、第１の偏光成分Ｌ８および第１の変調光Ｌ９の光路長を調整する。一例では、第１の偏光成分Ｌ８および第１の変調光Ｌ９の光路長が、後述する第２の偏光成分Ｌ１０および第２の変調光Ｌ１１の光路長と等しくなるように、光路長調整素子６０の長さが設定される。なお、図では光路長調整素子６０が第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第１の偏光素子２２との間に配置されているが、光路長調整素子６０は第１の偏光素子２２と第１の反射型ＳＬＭ３２との間に配置されてもよい。

第１の変調光Ｌ９は、第１の偏光素子２２を再び通過した後、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過して、光出射面１３から出力される。

第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃは、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの第１の面１４と、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光入射面１２とが互いに光結合されるように、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂに対してＹ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃとの間の光路上には、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板７０が設けられている。第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂを透過したｐ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０は、この１／２波長板７０によってその偏光面が回転され、ｓ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０として第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光入射面１２に入射する。第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃは、ｓ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０を、光分岐面１１に受ける。

第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの第２の面１５と光学的に結合されており、光分岐面１１において反射された第２の偏光成分Ｌ１０の光路上に配置されている。本実施形態の第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第２の偏光素子４２は、第２の偏光成分Ｌ１０の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は第１実施形態と同様である。第２の偏光素子４２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

第２の反射型ＳＬＭ５２は、第２の偏光素子４２を通過した第２の偏光成分Ｌ１０を変調して第２の変調光Ｌ１１を生成するとともに、第２の変調光Ｌ１１を第２の偏光素子４２へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５２としては、第１実施形態の第２の反射型ＳＬＭ５０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５３を有する。第２の反射型ＳＬＭ５２は、その複数の領域毎に第２の偏光成分Ｌ１０の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ１１を生成する。

一例では、第１の反射型ＳＬＭ３２および第２の反射型ＳＬＭ５２は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。反射型ＳＬＭ３２，５２は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。なお、反射型ＳＬＭ３２，５２がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、偏光素子２２，４２による回転後の偏光面の角度に合わせて反射型ＳＬＭ３２，５２を配置するとよい。

第２の変調光Ｌ１１は、第２の偏光素子４２を再び通過した後、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１を透過して、光出射面１３から出力される。

図５に示されるように、本実施形態の観察装置２Ｃは、上述した光学モジュール１Ｃに加えて、光源３、照明光学系５Ａ、集光光学系５Ｂ、結像光学系６Ａ及び６Ｂ、ステージ７、並びに光検出器８Ａ及び８Ｂを備えている。なお、光源３、照明光学系５Ａ、集光光学系５Ｂ、及びステージ７の構成は、前述した第１実施形態と同様である。

結像光学系６Ａは、光学モジュール１Ｃの偏光ビームスプリッタ１０Ｂから出力された第１の変調光Ｌ９を光検出器８Ａに向けて結像する。光検出器８Ａは、入射した光像を電気的な画像データに変換するデバイスであり、結像光学系６Ａを介して偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光出射面１３と光学的に結合されている。また、結像光学系６Ｂは、光学モジュール１Ｃの偏光ビームスプリッタ１０Ｃから出力された第２の変調光Ｌ１１を光検出器８Ｂに向けて結像する。光検出器８Ｂは、入射した光像を電気的な画像データに変換するデバイスであり、結像光学系６Ｂを介して偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光出射面１３と光学的に結合されている。

以上の構成を備える光学モジュール１Ｃ及び観察装置２Ｃの動作について説明する。光源３から照明光Ｌ０が出力されると、照明光Ｌ０は観察対象物４を透過する。このとき、観察対象物４の光像が被観察光Ｌ７として生成される。被観察光Ｌ７は、集光光学系５Ｂを通過して偏光ビームスプリッタ１０Ｂに達する。Ｘ軸方向に沿って偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光入射面１２に入射した被観察光Ｌ７のうち、第１の偏光成分Ｌ８は光分岐面１１において反射され、第２の面１５から出射される。また、第２の偏光成分Ｌ１０は光分岐面１１を透過し、第１の面１４から出射される。第１の偏光成分Ｌ８は第１の偏光素子２２を通過するが、このとき、第１の偏光成分Ｌ８の偏光面は、第１の偏光素子２２によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第１の偏光成分Ｌ８は、第１の反射型ＳＬＭ３２によって変調されて第１の変調光Ｌ９と成り、同時に第１の偏光素子２２に向けて反射される。第１の変調光Ｌ９は、第１の偏光素子２２を再び通過するが、このとき、第１の変調光Ｌ９の偏光面は、第１の偏光素子２２によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ９はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。

その後、ｐ偏光成分を含む第１の変調光Ｌ９は偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過し、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光出射面１３から出力される。第１の変調光Ｌ９は、結像光学系６Ａによって結像され、光検出器８Ａによって撮像される。

一方、ｐ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０は、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過したのち、１／２波長板７０を通過して偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１に達する。第２の偏光成分Ｌ１０が１／２波長板７０を通過する際、第２の偏光成分Ｌ１０の偏光面はｐ偏光面から或る回転方向に例えば９０°回転する。したがって、第２の偏光成分Ｌ１０は、ｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなり、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射される。

そして、第２の偏光成分Ｌ１０は第２の偏光素子４２を通過するが、このとき、第２の偏光成分Ｌ１０の偏光面は、第２の偏光素子４２によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第２の偏光成分Ｌ１０は、第２の反射型ＳＬＭ５２によって変調されて第２の変調光Ｌ１１と成り、同時に第２の偏光素子４２に向けて反射される。第２の変調光Ｌ１１は、第２の偏光素子４２を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ１１の偏光面は、第２の偏光素子４２によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ１１はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。

その後、ｐ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ１１は偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１を透過し、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光出射面１３から出力される。第２の変調光Ｌ１１は、結像光学系６Ｂによって結像され、光検出器８Ｂによって撮像される。

以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び観察装置２Ｃによれば、前述した第１実施形態の光学モジュール１Ａ及び観察装置２Ａと同様の効果が得られる。すなわち、本実施形態では、被観察光Ｌ７のｐ偏光成分（第１の偏光成分Ｌ８）及びｓ偏光成分（第２の偏光成分Ｌ１０）を分離させた後にそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光Ｌ９，Ｌ１１をそれぞれ個別に出力することができる。したがって、本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び観察装置２Ｃによれば、被観察光Ｌ７のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率を高めることができる。これにより、従来よりも大きな光量で被観察光Ｌ７を観察することができ、被観察光Ｌ７の光強度が微小である場合であっても、明瞭に観察対象物４を観察することができる。

また、本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び観察装置２Ｃによれば、第１及び第２の変調光Ｌ９，Ｌ１１に対して異なる変調パターンを与えることができる。これにより、例えば光軸に垂直な面内での光強度分布が互いに異なる２つの変調パターンを付与することができる。或いは、偏光成分毎に独立して収差を補正することもできる。これらのように、本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び観察装置２Ｃによれば、従来の装置よりも多様な観察形態を使用者に提供することを可能にできる。なお、本実施形態では、第１の反射型ＳＬＭ３２及び第２の反射型ＳＬＭ５２が、同一の変調パターンを呈示してもよい。

また、光学モジュール１Ｃによれば、反射型ＳＬＭ３２，５２の各変調面３３，５３の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。また、被観察光Ｌ７の光軸と第１及び第２の変調光Ｌ９，Ｌ１１の各光軸とを斜めではなく直交させることができるので、集光光学系５Ｂや結像光学系６Ａ，６Ｂとの接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。

また、本実施形態のように、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃとの間の光路上には、相反性の光学活性を有する偏光素子（例えば１／２波長板７０）が設けられることが好ましい。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過したｐ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０の偏光面を回転させてｓ偏光成分を含むようにし、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において好適に反射させることができる。また、これにより、第１の反射型ＳＬＭ３２の液晶の配光方向と第２の反射型ＳＬＭ５２の液晶の配光方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３２，５２のそれぞれに入力される変調データに対し、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０の制御を共通化することが可能になる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る光学モジュール１Ｄの構成を示す図である。また、図７は、光学モジュール１Ｄを備える観察装置２Ｄの構成を示す図である。本実施形態の光学モジュール１Ｄが第２実施形態の光学モジュール１Ｃと相違する点は、第２の偏光素子４２および第２の反射型ＳＬＭ５２の配置、並びに１／２波長板７０を備えない点である。また、本実施形態の観察装置２Ｄは、ピンホール８４Ａ，８４Ｂを備えている。

本実施形態において、第２の偏光素子４２は、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの第１の面１４と光学的に結合されており、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１を透過した第２の偏光成分Ｌ１０の光路上に配置されている。本実施形態の第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の反射型ＳＬＭ５２は、第２の偏光素子４２を通過した第２の偏光成分Ｌ１０を変調して第２の変調光Ｌ１１を生成するとともに、第２の変調光Ｌ１１を第２の偏光素子４２へ反射する。

上記の構成において、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１を透過したｐ偏光成分を含む第２の偏光成分Ｌ１０は、第２の偏光素子４２を通過する。その際、第２の偏光成分Ｌ１０の偏光面が第２の偏光素子４２によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第２の偏光成分Ｌ１０は、第２の反射型ＳＬＭ５２によって変調されて第２の変調光Ｌ１１となり、同時に第２の偏光素子４２に向けて反射される。第２の変調光Ｌ１１は、第２の偏光素子４２を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ１１の偏光面は、第２の偏光素子４２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ１１はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。その後、ｓ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ１１は、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射され、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光出射面１３から出力される。

ピンホール８４Ａは結像光学系６Ａと光検出器８Ａとの間の光路上に配置されており、結像光学系６Ａによって結像された第１の変調光Ｌ９は、ピンホール８４Ａを通過して光検出器８Ａに達する。また、ピンホール８４Ｂは結像光学系６Ｂと光検出器８Ｂとの間の光路上に配置されており、結像光学系６Ｂによって結像された第２の変調光Ｌ１１は、ピンホール８４Ｂを通過して光検出器８Ｂに達する。ピンホール８４Ａ，８４Ｂが設けられることにより、結像光学系６Ａ，６Ｂにより各々結像された第１及び第２の変調光Ｌ９，Ｌ１１に含まれるノイズ光を低減して、より明瞭な観察を可能にできる。

本実施形態の光学モジュール１Ｄ及び観察装置２Ｄによれば、第２実施形態と同様に、被観察光Ｌ７のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率を高めることができる。また、第１及び第２の変調光Ｌ９，Ｌ１１に対して異なる変調パターンを与えることができるので、従来の装置よりも多様な観察形態を使用者に提供することを可能にできる。更に、反射型ＳＬＭ３２，５２の各変調面３３，５３の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、集光光学系５Ｂや結像光学系６Ａ，６Ｂとの接続を容易にすることができ、また光学系全体の小型化が可能となる。

（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る観察装置として、共焦点蛍光顕微鏡２Ｅの構成を示す図である。この共焦点蛍光顕微鏡２Ｅが第１実施形態の観察装置２Ａと相違する点は、観察対象物４への照明光の照射方式、およびピンホール８３を備える点である。

共焦点蛍光顕微鏡２Ｅは、第１実施形態の光源３、照明光学系５Ａ及び集光光学系５Ｂに代えて、光源８０、ダイクロイックミラー８１、ビームスキャナ８２、及び対物レンズ５Ｃを備えている。光源８０は、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分を含む励起光Ｌ１２（一例では無偏光の光）を出力する。ダイクロイックミラー８１は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光入射面１２と観察対象物４とを結ぶ光路上に配置されており、光源８０からの励起光Ｌ１２を観察対象物４へ向けて反射するとともに、観察対象物４からの被観察光（蛍光）Ｌ１を偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて透過する。対物レンズ５Ｃは、観察対象物４とダイクロイックミラー８１との間の光路上に配置されており、励起光Ｌ１２を観察対象物４に向けて集光するとともに、観察対象物４から生じた被観察光（蛍光）Ｌ１を偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて導光する。ビームスキャナ８２は、観察対象物４における励起光Ｌ１２の集光位置を光軸に垂直な面内において移動させることができ、観察対象物４に対して励起光Ｌ１２の走査（スキャン）を行う。ビームスキャナ８２が励起光Ｌ１２を二次元的あるいは三次元的に走査することによって、蛍光像が得られる。なお、ビームスキャナ８２と対物レンズ５Ｃとの間に、リレーレンズが挿入されていても良い。また、ビームスキャナ８２と光学モジュール１Ａとの間にリレーレンズが挿入されていても良い。

また、ピンホール８３は結像光学系６と光検出器８との間の光路上に配置されており、結像光学系６によって結像された合成変調光Ｌ６は、ピンホール８３を通過して光検出器８に達する。ピンホール８３が設けられることにより、結像光学系６により結像された合成変調光Ｌ６に含まれるノイズ光を低減して、より明瞭な観察を可能にできる。

本実施形態の共焦点蛍光顕微鏡２Ｅによれば、第１実施形態の観察装置２Ａと同様に、被観察光（蛍光）Ｌ１のｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を有効に利用し、光利用効率を高めることができるので、被観察光（蛍光）Ｌ１の光強度が微小であっても、明瞭に蛍光観察を行うことができる。また、第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５に対して異なる変調パターンを与えることができるので、従来の共焦点蛍光顕微鏡よりも多様な観察形態を使用者に提供することを可能にできる。更に、反射型ＳＬＭ３０，５０の各変調面３１，５１の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、ダイクロイックミラー８１や対物レンズ５Ｃ、結像光学系６といった光学系の接続を容易にすることができ、また光学系全体の小型化が可能となる。

なお、本実施形態では第１実施形態の光学モジュール１Ａを備える共焦点蛍光顕微鏡について説明したが、共焦点蛍光顕微鏡は第１変形例の光学モジュール１Ｂ、第２実施形態の光学モジュール１Ｃ、または第３実施形態の光学モジュール１Ｄを備えてもよい。何れかの光学モジュールを備えることによって、上述した効果を好適に奏することができる。また、図８では、光源８０とダイクロイックミラー８１が、光学モジュール１Ａとビームスキャナ８２との間に設置されているが、結像レンズ６と光学モジュール１Ａとの間に設置されていても良い。

本発明による光学モジュールおよび光照射装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、第４実施形態において本発明の光学モジュールを共焦点蛍光顕微鏡に応用した例を示したが、本発明の光学モジュールは、顕微観察、眼底観察、共焦点でないレーザー走査顕微鏡、カメラを用いた顕微鏡、或いは透過型の顕微鏡等にも適用可能である。また、本発明の光学モジュールは、蛍光観察でない顕微鏡、たとえば後方散乱光観察顕微鏡や各種のラマン散乱観察顕微鏡にも適用可能である。

また、上記各実施形態では断面矩形状の偏光ビームスプリッタを用いているが、偏光ビームスプリッタの形状はこれに限られず、例えば板状であってもよい。また、上記各実施形態では反射型ＳＬＭに対して光を垂直に入射および出射させているが、反射型ＳＬＭに対する入反射角は０°より大きくてもよい。

また、一般的に、ＳＬＭを含む光学系には収差が発生するが、上記各実施形態において、収差を補正するためのパターンを第１及び第２の反射型ＳＬＭに表示させてもよい。このようなパターンを所望の位相パターンに加えることにより、収差の補正が可能となる。この場合、第１の変調光に生じる収差と、第２の変調光に生じる収差とを独立して求め、それらの収差を第１及び第２の反射型ＳＬＭそれぞれで個別に除去するとよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、観察対象物が透過照明され、その透過光が被観察光とされているが、暗視野照明がされた観察対象物からの反射光や散乱光が被観察光とされてもよい。また、観察対象物を照明することによって生じた蛍光ラマン散乱光、パラメトリック発振光、或いは高調波光が被観察光とされてもよい。

１Ａ〜１Ｄ…光学モジュール、２Ａ，２Ｃ，２Ｄ…観察装置、２Ｅ…共焦点蛍光顕微鏡、３…光源、４…観察対象物、５Ａ…照明光学系、５Ｂ…集光光学系、５Ｃ…対物レンズ、６，６Ａ，６Ｂ…結像光学系、７…ステージ、８，８Ａ，８Ｂ…光検出器、１０Ａ…偏光ビームスプリッタ、１０Ｂ…第１の偏光ビームスプリッタ、１０Ｃ…第２の偏光ビームスプリッタ、１１…光分岐面、１２…光入射面、１３…光出射面、１４…第１の面、１５…第２の面、２０，２２…第１の偏光素子、３０，３２…第１の反射型ＳＬＭ、３１，３３…変調面、５０，５２…第２の反射型ＳＬＭ、４０，４２…第２の偏光素子、５０，５２…第２の反射型ＳＬＭ、５１，５３…変調面、６０…光路長調整素子、７０…１／２波長板、８０…光源、８１…ダイクロイックミラー、８２…ビームスキャナ、８３，８４Ａ，８４Ｂ…ピンホール、９０…１／２波長板、Ｌ０…照明光、Ｌ１，Ｌ７…被観察光、Ｌ２，Ｌ８…第１の偏光成分、Ｌ３，Ｌ９…第１の変調光、Ｌ４，Ｌ１０…第２の偏光成分、Ｌ５，Ｌ１１…第２の変調光、Ｌ６…合成変調光、Ｌ１１…第２の変調光、Ｌ１２…励起光。

Claims (10)

1. 入射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する偏光ビームスプリッタと、
   偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記入射光のうち前記光分岐面を透過した第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、
   前記第１の偏光素子を通過した前記第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
   偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記入射光のうち前記光分岐面において反射された第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、
   前記第２の偏光素子を通過した前記第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
   前記第１の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面において反射された前記第１の変調光と、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面を透過した前記第２の変調光とが互いに合波されて前記偏光ビームスプリッタから出力されることを特徴とする、光学モジュール。
2. 前記第１及び第２の反射型空間光変調器が液晶型であり、
   前記第１の反射型空間光変調器の液晶の配向方向と、前記第２の反射型空間光変調器の液晶の配向方向とが互いに直交することを特徴とする、請求項１に記載の光学モジュール。
3. 相反性の光学活性を有し、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型空間光変調器との間の光路上、又は前記偏光ビームスプリッタと前記第２の反射型空間光変調器との間の光路上に配置された偏光素子を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
   観察対象物からの被観察光を集光し、前記光学モジュールへ前記入射光として入射させる集光光学系と、
   前記光学モジュールから出力された光を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系により結像された光を検出する光検出器と
   を備えることを特徴とする、観察装置。
5. 前記結像光学系と前記光検出器との間の光路上にピンホールが配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の観察装置。
6. 入射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
   偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記入射光のうち、前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において反射された第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、
   前記第１の偏光素子を通過した前記第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
   ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、前記入射光のうち、前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面を透過した第２の偏光成分を前記光分岐面に受ける第２の偏光ビームスプリッタと、
   偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記第２の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において透過及び反射のうち一方を経た前記第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、
   前記第２の偏光素子を通過した前記第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
   前記第１の変調光は、前記第１の偏光素子を再び通過した後、前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面を透過して出力され、前記第２の変調光は、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記第２の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において透過及び反射のうち他方を経て出力されることを特徴とする、光学モジュール。
7. 前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型空間光変調器との間の光路上に設けられた光路長調整素子を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載の光学モジュール。
8. 相反性の光学活性を有し、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路上に設けられた偏光素子を更に備えることを特徴とする、請求項６または７に記載の光学モジュール。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
   観察対象物からの被観察光を集光し、前記光学モジュールへ前記入射光として入射させる集光光学系と、
   前記光学モジュールから出力された光を結像する結像光学系と、
   前記結像光学系により結像された光を検出する光検出器と
   を備えることを特徴とする、観察装置。
10. 前記結像光学系と前記光検出器との間の光路上にピンホールが配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の観察装置。
    

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