JP2021006902A - マイクロスコープシステム用放射線デリバリ装置 - Google Patents

マイクロスコープシステム用放射線デリバリ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ光を回転拡散板によって、空間的にランダム化する場合、空間的パターンが繰り返されることを防止し、均一性を向上させる放射線デリバリ装置を提供する。【解決手段】マイクロスコープ用レーザビームデリバリ装置14は、それぞれ異なる周波数で周期的に移動するように構成された第1および第2光学拡散板50,60を有する。それぞれの光学拡散板は回転するディスクを有してもよい。レーザ光18は、第1回転拡散板50によって、空間的にランダム化され、第2拡散板60によって、その空間パターンはさらにランダム化される。第2拡散板60は、第1拡散板50の1回転の後において、いずれかの空間的パターンが繰り返されることを防止する。これは、光が回転する共焦点ディスクを通じて撮像される場合、うなりパターンが生じることを防止し、他の場合において、均一性を向上させる。【選択図】図1

Description

本発明は、特に、しかしながらそれに限らず、マイクロスコープシステムに使用する、放射線デリバリ装置に関する。本発明は、特に、マルチモード光ファイバを有する放射線デリバリ装置に関する。
蛍光マイクロスコープにおいて、光源としてレーザ光を使用することで、他の光源よりも非常に高い輝度を提供できる。従来、マイクロスコープにレーザ光を供給するために、シングルモード光ファイバが使用される。しかし、結果として生じるガウス分布に似たモード分布は、画像の端において大幅に少ない光を供給し、または、ガウス分布のより均一な中央部分のみを使用することで光の大部分を除去することを必要とする。
画像上において均一な光の強度を提供するために、マイクロスコープシステム内の光供給のためにマルチモード光ファイバを使用することが知られている。マルチモードファイバを使用することの問題点は、ファイバに支持されているモードは、光源の高いコヒーレンスによってコヒーレント干渉を発生させ得る。これは、照射の全体的なエンベロープが平坦であっても、画像における小さな空間変化を生じさせる画像におけるスペックルパターンを設ける。
この問題点に対して知られている解決策は、光ファイバを振動させる偏心モータを設け、ファイバからの光を均一化し、均一な画像を提供することを補助することである。このデザインは、充分な振動を設けるために、ファイバが偏心モータの周りを複数回巻き付けられ、空間を埋め、マイクロスコープシステムに振動を加えることを必要とする。その結果、この解決策は、比較的大きいことと大きな振動を生じさせることと、2つの主な欠点を有する。これは、小型のサイズが必要とされる統合されたイメージングシステムにおいて、特に問題となる。また、ナノメートル精度が通常必要とされるイメージングシステムから振動を隔絶することが困難である。代わりに、光にある程度のランダムネスを与え、よって、偏心振動モータが必要でなくなるマルチモードレーザを使用する。しかしながら、マイクロスコープの設計をマルチモードレーザダイオードに限定することは、波長、性能およびコストにおいて限定的すぎると考えられる。
上記で説明した問題を解決することが望ましい。
本発明の第1態様は、放射線デリバリ装置であって、
放射線ビーム入力と、
放射線ビーム出力と、
光路に沿って、前記放射線ビーム入力から前記放射線ビーム出力まで、放射線ビームを供給するように構成されたビームデリバリ手段と、
を有し、
前記ビームデリバリ手段は、
第1光学均一化手段と、
第2光学均一化手段と、
を有し、
前記第1光学均一化手段と前記第光学2均一化手段とは、それぞれ異なる周波数で周期的に移動するよう構成されている、放射線デリバリ装置を設ける。
望ましくは、前記第1光学均一化手段は、前記光路と交差し、前記光路に対して移動できる第1光学拡散板を有する。前記第1光学拡散板は光学的な透過性を有してもよい。あるいは、第1光学拡散板は光学的な反射性を有する。
望ましくは、前記第2光学均一化手段は、前記光路と交差し、前記光路に対して移動できる第2光学拡散板を有する。前記第2光学拡散板は光学的な透過性を有してもよい。あるいは、第2光学拡散板は光学的な反射性を有する。
望ましい実施の形態では、前記第1光学均一化手段と、前記第2光学均一化手段との内の1つまたは両方は、光路に対して回転可能である。望ましくは、それぞれが回転可能な場合、前記第1光学均一化手段と前記第2光学均一化手段とは、それぞれ異なる速度で回転可能である。
望ましい実施の形態では、前記第1および第2光学拡散板は回転可能であり、互いに対してそれぞれ異なる速度で使用時に回転される。
通常、前記第1および第2光学拡散板は、前記放射線ビームが、使用時において、前記第1光学拡散板から前記第2光学拡散板に伝送されるように、前記光路内に配置される。
通常、前記放射線ビーム出力は、出力光ファイバ、望ましくはマルチモード光ファイバ、を有する。前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記出力光ファイバの入口端内に向けるように構成される。ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを第2光学拡散板から、望ましくは、自由空間を通じて、前記出力光ファイバへ向けるように構成されてもよい。出力ファイバは、出力ファイバの入口端において、望ましくは自由空間から放射線ビームを受けて、出力ファイバの入口端内に放射線ビームを向けるように構成された光カプラを有してもよい。前記光カプラは、放射線ビームを縮小するための、少なくとも1つの光学要素を有してもよい。光カプラは、出力ファイバの入口端内に放射線ビームの焦点を合わせるための、少なくとも1つの光学要素を有してもよい。
望ましい実施の形態では、前記放射線ビーム入力は、入力光ファイバ、望ましくはマルチモード光ファイバ、を有する。前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記入力光ファイバの出口端から前記第1光学均一化手段に向けるように構成される。前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを、前記入力光ファイバから、望ましくは自由空間を通じて、第1光学拡散板へ向けるように構成されてもよい。
光カプラは、入力ファイバの出口端において設けられてもよい。光カプラは、望ましくは、入力ファイバの出口端から放射線ビームを受けて、放射線ビームを自由空間へ放射するように構成される。光カプラは、放射線ビームを拡大するための少なくとも1つの光学要素を有してもよい。光カプラは、第1光学均一化手段上に放射線ビームの焦点を合わせるまたは撮像するための少なくとも1つの光学要素を有してもよい。
ある実施の形態では、前記第2光学均一化手段は、出力ファイバを周期的に、望ましくは往復するように、移動させる手段を有する。
望ましい実施の形態では、第1および第2光学均一化手段のそれぞれの周期的な移動は、第1および第2均一化手段の内の周波数が高い方のいずれかの一周期後における、前記放射線ビーム出力における、放射線ビームの断面空間パターンが、第1および第2均一化手段の内の周波数が高い方の前周期の後における、前記放射線ビーム出力における、放射線ビームの断面空間パターンと、実質的に相関がないように構成される。
望ましくは、前記第1光学均一化手段は、前記放射線ビームの断面空間パターンを変更するように移動可能である。前記第2光学均一化手段は、前記放射線ビームの断面空間パターンをさらに変更するように移動可能である。
本発明の他の態様は、放射線源モジュール、マイクロスコープモジュールおよび第1態様の放射線デリバリ装置を有するマイクロスコープシステムを提供する。前記放射線デリバリ装置は、放射線ビームを放射線源モジュールからマイクロスコープモジュールへ供給するように構成される。
本発明の他の態様は、放射線ビームを均一化する方法を提供し、方法は、
前記放射線ビームを第1光学均一化手段に向けることと、
前記放射線ビームを第1光学均一化手段から第2光学均一化手段に向けることと、
前記第1光学均一化手段および前記第2光学均一化手段を、それぞれ異なる周波数で、周期的に移動させることと、を有する。
望ましい方法は、前記第1光学均一化手段を移動させることにより、前記放射線ビームの断面空間パターンを変更することと、前記第2光学均一化手段を移動させることにより、前記放射線ビームの前記断面空間パターンをさらに変更することと、を含む。
本発明の他の態様は、放射線ビームを均一化する装置であって、前記装置は、前記放射線ビームを第1光学均一化手段に向ける手段と、前記放射線ビームを前記第1光学均一化手段から第2光学均一化手段に向ける手段と、前記第1光学均一化手段を周期的に移動させる手段と、前記第2光学均一化手段を周期的に移動させる手段とを有する。前記移動させる手段は、前記第1光学均一化手段および前記第2光学均一化手段をそれぞれ異なる周波数で移動させるように構成される。
望ましい実施の形態では、マルチモードファイバからのレーザ光は、第1回転拡散板、または、ホモジナイザによって、空間的にランダム化され、第2マルチモードファイバ内に係合される。第2拡散手段、または、ホモジナイザは、空間パターン、特に、レーザ/放射線ビームの断面空間パターンをさらにランダム化するために使用されてもよい。第2拡散手段は、第1拡散板の1回転または周期の後において、いずれかの空間的パターンが繰り返されることを防止する。これは、光が、回転する共焦点ディスクを通じて撮像される場合、うなりパターンが生じることを防止し、他の場合において、均一性を向上させる。望ましい実施の形態では、第2拡散手段は、第1とは異なる速度で作動する第2回転拡散板である。他の実施の形態では、第2拡散手段は、第2ファイバを物理的に移動させる装置である。
望ましい実施の形態は、レーザ源のコヒーレンスに制限をかけることはなく、低減された振動とスペースで非常に良い均一性を提供する。
本発明のさらなる効果は、特定の実施の形態の後続の説明の検討し、および、添付の図面を参照した後、当分野の当業者にとって明確である。
本発明の実施の形態は、例示および添付の図面を参照して説明される。図面において、類似の部品には類似の符号を付されている。
本発明の一の態様に係るマイクロスコープシステムのブロック図であり、本発明の他の態様に係る放射線デリバリ装置を含む。 図1のマイクロスコープシステムの一部である放射線源モジュールの例示のブロック図である。 第1例示光カプラの模式図である。 第2例示光カプラの模式図である。 回転拡散板の模式図である。 本発明の一の態様に係る代替的なマイクロスコープシステムのブロック図であり、本発明の他の態様に係る代替の放射線デリバリ装置を含む。
図面の図1を参照すると、通常符号10が付されている本発明の一の態様に係る光学マイクロスコープシステムが示されている。マイクロスコープシステム10は、放射線源モジュール12、放射線デリバリ装置14、および、マイクロスコープモジュール16を有する。マイクロスコープシステム10は、放射線源モジュール12に放射される放射線ビーム18が、放射線デリバリ装置14によって、マイクロスコープ16に供給されるように構成される。放射線デリバリ装置14は、放射線ビーム18を、光路に沿ってビーム入力からビーム出力に供給するように構成される。特に、放射線デリバリ装置14は、ビーム18を入力と出力との間に供給するビームデリバリ手段を有し、ビームデリバリ手段は、本明細書にて後述でより詳細に説明するように、第1および第2光学均一化手段とを有する。
図2は、通常の放射線源モジュール12の例を示す。放射線源モジュール12は、放射線を発生および放射するための1つまたはそれより多くの放射線源20を有する。通常の実施の形態において、放射線は光、特に紫外線(UV)、可視光またはNIR(近赤外線)の周波数域である。望ましい実施の形態では、したがって、放射線源モジュール12は、1つまたはそれより多くの光源20を有する光源モジュールとして説明してもよい。望ましい実施の形態では、光はレーザ光であり、各光源20はレーザ装置を有する。しかしながら、各放射線源は、放射線を発生および放射することができるいずれかの光源を有してもよい。放射線源は、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード、固体相装置、スーパー発光ダイオード(SLD)またはアークランプを含むがこれらに限定しない。各放射線源20は、1つまたはそれより多くの波長で、放射線または光を発生および放射するように構成される。図2の例では、2つのレーザ装置20が示されている。しかし、代替の実施の形態では、1つの放射線源または2つより多くの放射線源があってもよいと理解されよう。各レーザ装置20はシングルモードレーザ装置またはマルチモードレーザ装置であってもよい。望ましい実施の形態では、放射線源モジュール12は光、望ましくはレーザ光を、複数の波長で放射する。即ち、放射線源モジュール12は、マルチ波長な放射線源またはレーザ源を有してもよい。図示されているように、これはモジュール12に、それぞれ異なる波長または異なる周波数域で放射線を発生させる複数の放射線源20を設けることで実現され得る。あるいは、放射線源モジュール12は、1つの波長で放射線を放射してもよい。放射線源モジュール12は1つまたはそれより多くのレーザ装置20を有する望ましい実施の形態では、結果として生じるビーム18はコヒーレントなレーザ光を有する。
選択的に、放射線源モジュール12は、モジュール12から放射されたビーム18の断面形状および/または寸法を変更するための放射線制御と調節ユニット22とを有する。1つより多くの放射線源20を有する実施の形態では、制御および調節ユニット22は、各放射線源20に対応する(図示されていない)制御および調節サブユニットを含んでもよい。制御と調節ユニット22(またはそれぞれの該当するサブユニット)は、いずれかの望ましい従来の方法で、ビーム18を制御および調節するための、(図示されていない)いずれかの光学要素または光学要素の組み合わせ、を有してもよい。例えば、制御および調節ユニット22(またはそれぞれの該当するサブユニット)は、ガリレイ望遠ビームエキスパンダまたはアナモルフィックプリズムまたは円柱光学系および/またはいずれかの他の従来のビーム整形手段、および/または音響光学チューナブルフィルタ(AOFT)または機械的シャッターを有してもよい。
放射線源モジュール12が1つより多くの放射線源20を有する実施の形態は、出力放射線ビーム18を生成するように各放射線源20からのそれぞれのビームを結合させるためのいずれかの従来の方法で配置された、1つまたはそれより多くの光学要素を有する光結合ユニット24と含んでもよい。光結合ユニット24は、例えば、1つまたはそれより多くのミラーおよび/またはビームスプリッタおよび/またはダイクロイックビームコンバイナを有してもよい。図示された実施の形態では、光結合ユニット24は、光調節ユニット22の後に配置される。よって、レーザ源20からの光は、結合される前に調節される。(図示されていない)代替的な実施の形態では、光結合ユニット24は光調節ユニット22の前に配置される。よって、レーザ源20からの光は、調節される前に結合される。
放射線源モジュール12は、通常、光カプラ26を含み、光カプラ26を通じてモジュール12から放射線ビーム18が放射される。光カプラ26は、ビーム18を光ファイバに向けるための(図示されていない)1つまたはそれより多くの光学要素を含む。通常、光カプラ26は、光ファイバの端上にビーム18の焦点を合わせるために、1つまたはそれより多くのレンズ(例えば、コリメータレンズ、コンデンサレンズおよび/または顕微鏡対物レンズ)を有する。構成は、光カプラ26がビーム18を自由空間へ放射するようなものであってもよい。
再度図1を参照すると、通常の実施の形態では、放射線デリバリ装置14は、放射線源モジュール12から放射線ビーム18を受けるための入口端32を有する入力光ファイバ30を有する。入口端32は自由空間から放射線ビーム18を受けてもよい。望ましい実施の形態では、光カプラ26は、ファイバ30の入口端32上に放射線ビーム18の焦点を合わせるように構成される。ビーム18とファイバ30の光学コアとの、それぞれの断面形状と大きさとは、ビーム18をファイバ30に沿って伝送できるように互いに適合性を有する。この適合性は、少なくとも部分的に、制御と調節ユニット22とによって実現されてもよい。(図示されていない)代替的な実施の形態では、本明細書にて後述でより詳細に説明するように、入力光ファイバ30は省略されてもよい。
放射線デリバリ装置14は、出力手段も有する。出力手段は、望ましくは、出口端36を有する出力光ファイバ34を有し、出口端36から、放射線ビーム18をマイクロスコープモジュール16へ供給する。出口端36は、放射線ビームを自由空間に放射してもよい。
光ファイバ30、34は従来のものであってもよい。光ファイバ30、34は、通常、ビーム18を伝送するための(図示していない)光学的透明なコアを有する。コアは、通常、コアよりも低い屈折率を有する(図示していない)透明なクラッド材料に囲まれている。コアとクラッド材料とは、いずれかの適切な材料、例えば、ガラス(シリカ)またはプラスチックで形成されてもよい。ファイバ30,34は、光導波路として説明されてもよい。ファイバ30,34は、いずれかの知られている形態、例えば、光パイプとして知られている種類であってもよい。光パイプは、(例えば、ガラスまたはプラスチックで形成された)光学的透明なコアを有するが、クラッド材を有しなくてもよい。
望ましい実施の形態では、出力光ファイバ34は、マルチモード光ファイバである。入力光ファイバ30がマルチモード光ファイバであることは望ましいが、代わりにシングルモード光ファイバであってもよい。マルチモード光ファイバは、複数の伝播光路またはモードを支える光ファイバである。複数の光路または光モードは、広域の波長上で並行して支えられてもよい。対照的に、シングルモード光ファイバは、1つのモードのみ支える。マルチモードファイバは、一般的に、シングルモードファイバより大きいコア直径(通常、50−400マイクロメートル)を有する。マルチモード光ファイバのコア直径は、その中で伝送する光の波長より大きい。マルチモードファイバ30、34のコアは、円形の断面、四角の断面、長方形の断面またはいずれの他の適切な断面を有してもよい。
例示によって、入力ファイバ30は、50μmのコア直径と0.12の開口数(NA)を有してもよい。出力ファイバ34は、200μmのコア直径と0.12の開口数(NA)を有してもよい。通常の実施の形態では、入力ファイバ30のコア直径は、出力ファイバのコア直径より小さい。
選択的に、光ファイバ30の入口端32と、光ファイバ34の出口端36とには、それぞれ、(図示していない)入力コネクタと(図示していない)出力コネクタとを、設けてもよいまたは接続できるようにしてもよい。入力および出力コネクタはいずれかの適切な従来の種類であってもよい。
マイクロスコープモジュール16は、サンプルを照射または励起させるための放射線ビームを必要とするいずれかの従来の種類の(図示していない)マイクロスコープを有してもよい。例えば、マイクロスコープは、広視野マイクロスコープ、共焦点マイクロスコープ、例えば、回転ディスク共焦点マイクロスコープ、または他の光学マイクロスコープであってもよい。マイクロスコープモジュール16は従来のものであってもよく、マイクロスコープの操作に必要で当業者によって明らかな、いずれかの他の要素を含んでもよい。マイクロスコープモジュール16は、通常、光ファイバ34の出口端36からの放射線ビーム18を受けるための(図示していない)光カプラを含む。光カプラは、用途に適するような、1つまたはそれより多くの光学要素を含むいずれかの従来の配置を有してもよい。例えば、光カプラは、いずれか1つまたは多く単一レンズ、複数レンズ、ミラー、複数のミラーまたは適切な光学要素のいずれかの組み合わせを有してもよい。(図示していない)代替的な実施の形態では、放射線デリバリ装置14は、放射線ビーム18を必要とするいずれかの他の末端システム、例えば、投影ディスプレイ装置と係合されてもよい。
入力ファイバ30は、出口端33を有し、出口端33から放射線ビーム18が放射される。ビーム18は、端33から自由空間へと放射されてもよい。望ましい実施の形態では、光カプラ40は、入力ファイバ30の出口端33において設けられている。光カプラ40は、ビーム18を入力ファイバ30の出口端33から受けるため、および、ビーム18を自由空間へ放射するために構成される。
光カプラ40は、いずれかの従来の種類の光ファイバから自由空間へのカプラを有してもよい。光カプラ40は、通常、1つまたはそれより多くの(図示していない)光学要素を有する。光学要素は、ファイバ30からビーム18を受けて、自由空間内の対象物に向けるように配置される。選択的に、光カプラ40は、コリメータを含む。通常、光カプラ40は、ビーム18を拡大するために、1つまたはそれより多くの光学要素を有する。望ましくは、光カプラ40は、対象物上にビーム18の焦点を合わせるまたは撮像させるための、1つまたはそれより多くの光学要素を有する。光カプラ40は、通常、該当する場合において、上述で特定したタスクの一部またはその全てを実行する、1つまたはそれより多くのレンズを含む。図3は、コリメータ41と、ビーム18を拡大し、自由空間の対象物に焦点を合わせるレンズ42とを有する光カプラ40の例示的実施の形態を示す。
出力ファイバ34は、放射線ビーム18を受けるための入口端35を有する。ビーム18は、自由空間から端35によって受けられてもよい。望ましい実施の形態では、出力ファイバ34の入口端35において光カプラ44が設けられている。光カプラ44は、自由空間からビーム18を受け、出力ファイバ34の入口端35内にビーム18を向けるように構成される。光カプラ44は、自由空間から光ファイバへのカプラのいずれかの従来の種類を有してもよい。光カプラ44は、ビーム18を自由空間から受けて、出力ファイバ34の入口端35内に向けるように配置される1つまたはそれより多くの(図示していない)光学要素を有する。通常、光カプラ44は、ビーム18を縮小するための1つまたはそれより多くの光学要素を有する。望ましくは、光カプラ44は、出力ファイバ34の入口端35内へビーム18の焦点を合わせる1つまたはそれより多くの光学要素を有する。光カプラ44は、通常、必要なタスクを行うために1つまたはそれより多くのレンズを含む。図4は、光カプラ44の例示的実施の形態を示す。光カプラ44は、ビーム18を縮小して、出力ファイバ24の入口端内に焦点を合わせるためのレンズ46を有する。
代替的な実施の形態では、1つまたは他のまたは両方のカプラ40、44は省略されてもよい。もしいずれかのカプラ40、44は除去されたら、それぞれのファイバ30、34の該当する端33、35は、それぞれの拡散板50、60に直接隣接するように(つまり、2mm以下の間隔で)配置されてもよい。拡散角度は、それぞれのファイバ30、34と一致する。
放射線デリバリ装置14は、入力ファイバ30と出力ファイバ34との間に配置された第1光学拡散板50の望ましい形態で、第1光学均一化手段を有する。望ましい実施の形態では、第1光学拡散板50は、光カプラ40、44との間に配置される。ビーム18が、入力ファイバ30から出力ファイバ34へ第1光学拡散板50を通じて、伝送されるような配置である。望ましい実施の形態では、光カプラ40は、ビーム18を光学拡散板50に向けるように、および、望ましくは、第1光学拡散板50上にビーム18の焦点を合わせるように構成される。実施の形態では、光カプラ40は、光学拡散板50上にビーム18を撮像するように構成される。効果的には、光カプラ40はビーム18を拡大する。
(図示していない)代替的な実施の形態では、入力ファイバ30(およびカプラ40)は省略されてもよい。その場合、ビーム18は、撮像または放射線源モジュール12から直接光学拡散板50に向けられてもよい。光カプラ26は、通常、自由空間にある対象物にモジュール12からビーム18を向けるように配置された、1つ又はそれより多くの(図示していない)光学要素を有する。選択的には、光カプラ26はコリメータを含む。通常、光カプラ26は、ビーム18を拡大する1つまたはそれより多くの光学要素を有する。望ましくは、光カプラ26は、対象物上にビーム18の焦点を合わせるまたは撮像するための、1つまたはそれより多くの光学要素を有する。光カプラ26は、通常、該当する場合において、上記で特定されるタスクの一部またはすべてを実行するための、1つまたはそれより多くのレンズを含む。そのような実施の形態では、光カプラ26は、図3に示すようなものであってもよい。装置14は、放射線源モジュール12からビーム18を受けるためのいずれかの適切な入力手段を含んでもよい。例えば、入力手段は、単に(図示していない)開口を有してもよい、および/または、選択的に、レンズ等の1つまたはそれより多くの光学要素を有してもよい。
望ましい実施の形態では、光カプラ44は、ビーム18を受けて、および、出力ファイバ34の入口端内25にビーム18を向けるように構成される。通常、光カプラ44は、出力ファイバ34の開口数(NA)に合うようにビーム18を縮小する。
便宜上、光カプラ40、44は、共通軸上で互いに位置合わせされており、ビーム18は、共通軸と一致するまたは共通軸と平行な光路に沿って、カプラ40からカプラ44まで移動してもよい。あるいはまたは加えて、光カプラ40は、ビーム18を、第1拡散板50へ光路に沿ってガイドするための、1つまたはそれより多くの(図示していない)ビームガイド装置を含んでもよい。および/または、光カプラ44は、受けられてビーム18にカプラ44の光学系を位置合わせするための、1つまたはそれより多くの(図示していない)ビームガイド装置を含んでもよい。この場合、カプラ40,44は必ずしも互いに位置合わせされなくてもよい。より一般的に、デリバリ装置14は、ビーム18を、装置14の入力から(例えば、望ましい実施の形態の入力ファイバ30から)装置14の出力(例えば、望ましい実施の形態の出力ファイバ34から)まで、光路に沿ってガイドする、1つまたはそれより多くのビームガイド装置(例えば、1つまたは複数のミラー、1つまたは複数のビームスプリッタおよび/または1つまたは複数のレンズのいずれかの適切な配置)を含んでもよい。このような構造によって、装置14の入力と出力との間の光路は、必ず線形である必要はない。1つまたは複数のビームガイド装置、存在するのなら、装置14のビームデリバリ手段の一部を形成し、ビームデリバリ手段は光学均一化手段も含む。
光学拡散板50は、いずれかの従来の形態を有してもよい。望ましい実施の形態では、拡散板50は光学的な透過性を有するが、光学的な反射性を有してもよい。例えば、拡散板50は、半透明であるが望ましくは非透明な材料、または光学的に反射的な材料から形成されてもよく、および/または、表面構造、内部構造、表面マーキング(marking)、表面コーティングまたはレンズのいずれかの1つまたはそれより多くのものを、光学拡散効果を設けるために、有してもよい。例えば、拡散板50は、すりガラス、テフロン(登録商標)、ホログラフィック材料、乳白色ガラスから形成されてもよい。望ましい実施の形態では、拡散板50は、設計された拡散板を有し、拡散板内には疑似的にランダムなパターンが、通常ガラスまたはプラスチックで形成される光学透過性の基板内にエッチングされている。代替的な実施の形態では、拡散板50は、反射的な拡散板を有してもよい。例示によって、拡散板50は、1°−3°の間の半角によって拡散を形成するように構成されてもよい。
望ましい実施の形態では、第1光学拡散板50は、回転可能な光学拡散板を有する。図5は、回転可能な光学拡散板50の例を示す。光学拡散板50は、モータ52を便宜上有する回転駆動手段に係合されたディスクを便宜上有するが、ディスクは必須ではない。モータ52は、その中心の周りに拡散板50を回転させるために操作できる。図示された拡散板50は、回転ディスク拡散板と呼ばれてもよい。拡散板50の回転移動は、ビーム18のパスと平行または実質的平行な軸、または、本例示のカプラ40、44との間の共通軸と平行または実質的に平行な軸の周りの移動であることが望ましい。望ましい実施の形態では、ファイバ端33内への反射を回避するため、回転軸は、ビームパスまたは共通軸と完全に平行ではない(例えば、平行方向から0.5°から5°ずらしていてもよい)。代替的な実施の形態では、拡散板50は、往復運動する拡散板50であってもよい。この目的において、拡散板50は、拡散板50に往復運動を伝達するため、いずれかの適切な(図示していない)往復運動アクチュエータと係合してもよい。例えば、往復運動アクチュエータは振動装置、例えば、圧電ドライバーを有してもよい。拡散板50の往復運動は、望ましくは、ビーム18のパスまたはカプラ40、44との間の共通軸に対して、直交しまたは傾斜される。いずれかの場合も、望ましい配置は、使用されているビーム18に対して拡散効果を有するために、拡散板50がビーム18のパスと交差し、ビームのパスに対して移動することができる配置である。
望ましい実施の形態では、拡散板50は、ビーム18がカプラ40からカプラ44に移動するとき、ビーム18が拡散板50を透過するように、光学透過性を有する。便宜上、拡散板50は、カプラ40、44との間の共通軸と交差する。拡散板50は、ビーム18のパスに対して直交するまたは傾斜される平面に配置されてもよい。拡散板が、ビーム18のパスに対して、実質的に垂直だが完全に垂直ではない平面に配置されていることが望ましい。
望ましい実施の形態では、光カプラ40は、望ましくは拡大とともに、拡散板50上にビーム18の焦点を合わせるまたは撮像する。よって、ビーム18は拡散板50上に、カプラ40から放射されるビーム18の断面積より大きいスポットを形成する。例えば、拡大倍率は2倍から20倍の間であってもよい。望ましい実施の形態では、カプラ40によって実施される拡大倍率は、カプラ40によって実施される拡大倍率は、カプラ44によって実施される縮小倍率より大きい。例えば、カプラ40は、ビーム18を8倍に拡大してもよく、一方で、カプラ44はビーム18を2.5倍で縮小する。
拡散板50は、ビーム18を拡散または散乱させる。これは、特に、横方向の断面において、即ち、伝播方向に垂直な方向において、光を空間的にランダム化または変更する効果を有する。光は、その強度または振幅および/または位相に対して、空間的にランダム化/変更されてもよい。空間的ランダム化は、放射線源モジュール12によって生成される光のコヒーレンスの結果として発生し得るスペックルを抑制する。スペックルの発生は、非常にコヒーレントな光源(空間的におよび時間的にシングルモード)および適度にコヒーレントな光源(空間的にシングルモードおよび時間的にマルチモード)において生じる傾向がある。
放射線デリバリ装置は、第2光学拡散板60という望ましい形態で、第2光学均一化手段を含む。第2光学拡散板60は、入力ファイバ30と出力ファイバ34との間に配置される。望ましい実施の形態では、第2光学拡散板60は、光カプラ40、44との間に配置されている。この配置では、第1および第2光学拡散板50、60を通じて、ビーム18が入力ファイバ30から出力ファイバ34まで伝送される。図示された実施の形態では、第2拡散板60は、第1拡散板50と出力ファイバ34との間に配置されるが、代わりに第1拡散板50と入力ファイバ34との間に配置されてもよい。
第2光学拡散板60は、いずれかの従来の形態を有してもよい。望ましい実施の形態では、拡散板60は光学的な透過性を有するが、代わりに、光学的な反射性を有してもよい。例えば、拡散板60は、半透明であるが望ましくは非透明な材料、または光学的に反射的な材料から形成されてもよく、および/または、表面構造、内部構造、表面マーキング(marking)、表面コーティングまたはレンズのいずれかの1つまたはそれより多くのものを、光学拡散効果を設けるために、有してもよい。例えば、拡散板60は、すりガラス、テフロン(登録商標)、ホログラフィック材料、乳白色ガラスから形成されてもよい。望ましい実施の形態では、拡散板50は、設計された拡散板を有し、拡散板内には疑似的にランダムなパターンが、通常ガラスまたはプラスチックで形成される光学透過性の基板内にエッチングされている。代替的な実施の形態では、拡散板60は、反射的な拡散板を有してもよい。例示によって、拡散板60は、1°−3°との間の半角にわたる拡散を形成するように構成されてもよい。
望ましい実施の形態では、第2光学拡散板60は、例えば、図5に示す種類のような回転可能な光学拡散板を有する。よって、第2拡散板は回転ディスク拡散板であってもよい。拡散板60の回転移動は、ビーム18のパスと平行または実質的に平行、または、本例において、カプラ40、44との間の共通軸と平行または実質的に平行な軸の周りの移動であることが望ましい。望ましい実施の形態では、回転軸は、ビームパスまたは共通軸と完全に平行ではない(例えば、平行方向から0.5°から5°ずらしていてもよい)。代替的な実施の形態では、拡散板60は、往復運動する拡散板60であってもよい。この目的において、拡散板60は、拡散板60に往復運動を伝達するため、いずれかの適切な(図示していない)往復運動アクチュエータと係合してもよい。例えば、往復運動アクチュエータは振動装置、例えば、圧電ドライバーを有してもよい。拡散板60の往復運動は、望ましくは、ビーム18のパスまたはカプラ40、44との間の共通軸に対して、直交しまたは傾斜される。いずれかの場合も、望ましい配置は、使用されているビーム18に拡散効果を有するために、拡散板60がビーム18のパスと交差し、ビームのパスに対して移動することができる配置である。
望ましい実施の形態では、拡散板60は、ビーム18がカプラ40からカプラ44に移動するとき、ビーム18が拡散板60を透過するように、光学透過性を有する。便宜上、拡散板60は、カプラ40、44との間の共通軸と交差する。拡散板60は、ビーム18のパスに対して直交するまたは傾斜される平面に配置されてもよい。拡散板が、ビーム18のパスに対して、(例えば、垂直方向から0.5°から5°の間でずらされている)実質的に垂直だが完全に垂直ではない平面に配置されていることが望ましい。
第1と第2拡散板50、60は、いずれかの適切な距離、例えば、1mmから10mmの間で、ビーム18の移動の方向において、間隔が空けられてもよい。選択的に、1つまたはそれより多くのレンズ、例えば、1つまたはそれより多くの(図示していない)リレーレンズは、拡散板50と60との間に設けられてもよい。
図6は、光学顕微鏡システム10’の代替的な実施の形態を示す。他で言及がない限り、システム10’は図1のシステム10と同じであってもよく、当業者によって明らかなように、同じまたは類似の説明が該当し得る。システム10’では、第1および第2光学拡散板50’、60’は、反射拡散板を有する。例えば、拡散板50’、60’は、それぞれ光学的に反射的な表向き表面51’、61’を有してもよい。表向き表面51’、61’は、構造、マーキング(marking)および/またはビーム18を拡散させるための他の光学拡散手段を含む。システム10’は、カプラ40から放射されるビーム18がそれぞれの拡散板50’と60’とに反射され、カプラ44に向けられているように配置される。(図示していない)他の実施の形態は、第1およい第2拡散板のいずれか一方が光学的な透過性を有し、他方の拡散板が光学的な反射性を有してもよく、システムは、ビームが1つの拡散板に反射され、他の拡散板を透過し、出力ファイバに向けられるように配置される。
第2拡散板60、60’は、第1拡散板50、50’と同じ方向または反対方向に回転されてもよい。効果的に、第1および第2拡散板50、50’、60、60’は異なる速度で回転される。望ましくは、第2拡散板60、60’は、第1拡散板50、50’よりゆっくり回転されている。例えば、第2拡散板60、60’の速度は、第1拡散板50、50’の速度の5%と95%との間であってもよい。例示によって、第1拡散板50、50’は約5000rpmで回転され、一方で、第2拡散板60、60’は約4800rpmで回転されてもよい。
より一般的に、第1および第2拡散板50、50’、60、60’は、互いに異なる速度で効果的に移動される。移動が回転移動であるか往復運動であるかは問わない。望ましい実施の形態では、特に各拡散板50、50’、60、60’が回転可能な場合、だがこれに限定せず、拡散板50、50’、60、60’のいずれかが、他の拡散板60、60’、50、50’の速度の5%から95%との間の速度で回転され、または別の方法で移動される。回転拡散板において、速度は、回転の速度または回転の周波数であってもよい。往復運動する拡散板または他の往復要素において、速度は直線速度または往復運動の周波数であってもよい。
第2拡散板60、60’も、ビーム18を拡散または散乱させ、その空間パターン、特に横方向の断面における空間パターンをさらにランダム化または変更する。通常、ビーム18の空間パターンは、その強度(または振幅)および/または位相に対して、さらにランダム化または変更される。この配置では、空間パターンの非均一性が時間と共に変化するため、時間が経過すると(例えば、カメラ露出の間)、非均一性は平均化し、よって、空間パターンが実質的に均一であるまたは少なくとも均一であるように見える。たった1つの周期均一化手段が使用されると、ホモジナイザの1周期後のビームの瞬間的断面スナップショット(snapshot)は、その前の周期と実質的に同じのように見える。即ち、各周期の終わりにおけるそれぞれの空間パターンとの間に相関があり、相関は、マイクロスコープによって形成された画像において、周期的な模様として現れ得る。第2均一化手段を使用することは、そのようないずれかの相関は小さいことを保証する。即ち、両方のホモジナイザが同じ初期状態に戻るまで、周期的なパターンは生じない。これは、第1ホモジナイザの1周期より充分に長い時間がかかる。2つのホモジナイザによって形成される後続の空間パターンは予測可能であるが、実用上、ランダムであるように見える。
有利に、したがって、第2拡散板60、60’は、ビーム18が、特に、第1拡散板50、50’の周期的な移動により、視認できる周期的空間パターンを形成することを防止する。結果として、放射線デリバリ装置14によって供給されるビーム18はより一様なまたは均一化された強度を有し、サンプルのより均一な照射を提供することができる。マイクロスコープが共焦点マイクロスコープである場合、第2拡散板60、60’の作用によって、回転する共焦点ディスクを通じて光を撮像するとき、うなりパターンの形成を防止する。
代替的な実施の形態では、第2拡散板60は、ファイバ34とマイクロスコープ16との間に配置されてもよく、または、ファイバ34の端36からビーム18を受けるためにマイクロスコープ内に統合されてもよい。(図示していない)他の代替的な実施の形態では、第2光学拡散手段は、出力ファイバ34を、望ましくは、往復的にまたは他の周期的な方法で、ビーム18のパスに対して、移動させるための手段を有してもよい。例えば、これは、ファイバ34は振動させるために出力ファイバ34を振動装置に係合させることで実現されてもよい。いずれかの適切な従来の振動モータまたは他の振動装置、例えば、圧電ドライバーはこの目的に使用されてもよい。望ましくは、振動速度または周波数は、第1拡散板50、50’の速度または周波数と異なる。出力ファイバ34の移動は、ファイバ34に伝送される光に対して拡散効果を有する。しかしながら、より重要なのは、出力ファイバ34の移動は、拡散板50の回転と非同期であるため、拡散板50の周期的な移動によって生じ得るいずれかの他の周期的空間パターンを妨害する。効果的に、ファイバ34の振動による妨害効果は、ファイバ34を振動装置の周りに巻き付けずに、例えば、ファイバ34の端またはファイバ34の巻かれていない長さを振動させることによって、実現されてもよい。
より一般的に、第1光学均一化手段と第2光学均一化手段は、それらの移動が同期しないように、異なる周波数で操作される。特に、第1光学均一化手段と第2光学均一化手段とは、それぞれ異なる周波数で周期的に移動する。望ましい実施の形態では、これは第1と第2拡散板50、50’、60、60’とを回転させることで実現される。望ましい配置では、第1拡散板50、50’と第2拡散手段とが同期してまたは一定の位相関係で移動しない。移動の非同期化は、出力ビーム18、即ち、出力ファイバ34の出口端36から照射される放射線ビームにおいて、繰り返しパターンが生じることを防止する。繰り返しパターンは、マイクロスコープまたは他の末端システムによって形成される画像の品質に悪影響を与える可能性がある。望ましい実施の形態では、第1および第2光学均一化手段のそれぞれの周期的移動は、第1および第2均一化手段の内のより早いまたはより高周波数のもののいずれかの1周期後におけるファイバ34からの放射線ビーム18の出力の断面空間パターン(特に、断面強度パターン)が、第1および第2均一化手段の内のより早いまたはより高周波数のものの前周期後におけるファイバ34からの放射線ビーム18の出力の断面空間パターン(特に、断面強度パターン)と、相関がないまたは実質的に相関がないように構成される。断面パターン、特に断面強度パターンは、より高周波数のホモジナイザの各周期後に繰り返されないという点で、それぞれのパターンは相関が無いまたは実質的に相関が無い。
望ましい実施の形態の使用において、光カプラ40によって、第1拡散板50上にスポット、望ましくは拡大されたスポットを形成するために、第1拡散板50へ、入力ファイバ30の出口端33からの光は撮像されるまたは向けられる。ビーム18は第1拡散板50から第2拡散板60に伝播し、第2拡散板60上に対応するスポットを形成する。選択的に、第1拡散板から第2拡散板へスポットをリレーするために、拡散板50、60との間に、1つまたはそれより多くのリレーレンズは設けられている。ビーム18は、第2拡散板60から光カプラ40に(例えば、図示するようにカプラ40、44の位置合わせの結果としておよび/またはいずれかの他の従来の1つまたは複数のビームガイド要素によって)向けられる。そこで、カプラ40は、ビーム18を出力ファイバ34の入口端35内に向ける。カプラ44は、第2拡散板上にあるスポットをファイバ34に、望ましくは、縮小と共に、撮像するまたは焦点を合わせるように構成されてもよい。
ビーム18の直径と、拡散板50、60の性質とは、出力ファイバ34内の光の効率的な係合を設けるため、および、ファイバ34から充分な均一性を設けるために、有利に設計される。例えば、拡散板50、60から出力ファイバ34内へ光を係合するため、拡散板50に入射されるビーム直径(Dd)、拡散板50、60の有効合計拡散角(角度alphaの半分)、ファイバ34のコア直径(Df)およびファイバ34の開口数(NA)は、以下の関係をおおよそ満たしてもよい。
Dd*sin(alpha)<Df*NA・・・[1]
Dd*alphaの値が大きいほど、損失も大きくなるが、拡散板が動くほど、モードの変化が多くなり、よってより均一な画像を得ることができる。拡散板50に照射されるビーム18がコリメートされていないと、角度(角度thetaの半分)において少し広がりを有し、よって式[1]は下記によって置き換えられる。
Dd*sin(alpha+theta)<Df*NA・・・[2]
ファイバ34に入る光は、ファイバ34の認容角度(NA)よりも小さい角度と、ファイバ直径(Df)よりも少ない空間範囲と、を有する必要がある。これは、第2拡散板60上のスポットを、縮小倍率Mと共に光カプラ44を通じてファイバ34へ撮像することによって実現されてもよい。望ましくは、縮小倍率は、大きさ要件を満たすためには、以下を満たす。
Dd/M<Df・・・[3]
また、縮小倍率は、角度要件において、以下を満たす(角度thetaは、コリメートされた入力ビームに対しては省略してもよい)。
M*sin(alpha+theta)<NA・・・[4]
本発明は、本明細書にて説明した1つまたは複数の実施の形態に限定されず、本発明の範囲から離脱せず、補正または改造されてもよい。

Claims (25)

  1. 放射線デリバリ装置であって、
    放射線ビーム入力と、
    放射線ビーム出力と、
    光路に沿って、前記放射線ビーム入力から前記放射線ビーム出力へ、放射線ビームを供給するように構成されたビームデリバリ手段と、
    を有し、
    前記ビームデリバリ手段は、
    第1光学均一化手段と、
    第2光学均一化手段と、
    を有し、
    前記第1光学均一化手段と前記第2光学均一化手段とは、それぞれ異なる周波数で周期的に移動するよう構成されている、放射線デリバリ装置。
  2. 前記第1光学均一化手段は、前記光路と交差し、前記光路に対して移動できる第1光学拡散板を有する、請求項1に記載の放射線デリバリ装置。
  3. 前記第1光学拡散板は光学的な透過性を有する、または、光学的な反射性を有する、請求項2に記載の放射線デリバリ装置。
  4. 前記第2光学均一化手段は、前記光路と交差し、前記光路に対して移動できる第2光学拡散板を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  5. 前記第2光学拡散板は光学的な透過性を有する、または、光学的な反射性を有する、請求項4に記載の放射線デリバリ装置。
  6. 前記第1光学均一化手段と前記第2光学均一化手段との内の1つまたは両方は、前記光路に対して回転可能である、請求項1から5のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  7. 前記第1光学均一化手段と前記第2光学均一化手段とは、それぞれ異なる速度で回転可能である、請求項6に記載の放射線デリバリ装置。
  8. 前記第1光学均一化手段は第1光学拡散板を有し、前記第2光学均一化手段は第2光学拡散板を有して、
    前記第1および第2光学拡散板は回転可能であり、互いに対してそれぞれ異なる速度で使用時に回転される、請求項1から7のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  9. 前記第1光学均一化手段は第1光学拡散板を有し、前記第2光学均一化手段は第2光学拡散板を有して、
    前記第1および第2光学拡散板は、前記放射線ビームが、使用時において、前記第1光学拡散板から前記第2光学拡散板に伝送されるように、前記光路内に配置される、請求項1から8のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  10. 前記放射線ビーム出力は、出力光ファイバ、望ましくはマルチモード光ファイバ、を有し、
    前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記出力光ファイバの入口端内に向けるように構成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  11. 前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記第2光学拡散板から、前記出力光ファイバへ、望ましくは自由空間を通じて、向けるように構成される、請求項9に従属する請求項10に記載の放射線デリバリ装置。
  12. 前記出力ファイバは、前記出力ファイバの入口端において、光カプラを有し、
    前記光カプラは、望ましくは自由空間から前記放射線ビームを受けて、前記出力ファイバの前記入口端内に前記放射線ビームを向けるように構成され、
    前記光カプラは、前記放射線ビームを縮小するための、少なくとも1つの光学要素を選択的に有する、請求項11に記載の放射線デリバリ装置。
  13. 前記光カプラは、前記出力ファイバの前記入口端内に前記放射線ビームの焦点を合わせるための、少なくとも1つの光学要素を有する、請求項12に記載の放射線デリバリ装置。
  14. 前記放射線ビーム入力は、入力光ファイバ、望ましくはマルチモード光ファイバ、を有し、
    前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記入力光ファイバの出口端から第1光学均一化手段に向けるように構成される、請求項1から13のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置。
  15. 前記ビームデリバリ手段は、前記放射線ビームを前記入力光ファイバから第1光学拡散板へ、望ましくは自由空間を通じて、向けるように構成される、請求項9に従属する請求項14に記載の放射線デリバリ装置。
  16. 前記入力ファイバの出口端において、光カプラが設けられ、
    前記光カプラは、望ましくは、前記入力ファイバの前記出口端から前記放射線ビームを受けて、前記放射線ビームを自由空間内へ放射するように構成される、請求項14または15に記載の放射線デリバリ装置。
  17. 前記光カプラは、前記放射線ビームを拡大するための少なくとも1つの光学要素を有する、請求項16に記載の放射線デリバリ装置。
  18. 前記光カプラは、前記第1光学均一化手段上に前記放射線ビームの焦点を合わせるまたは撮像するための少なくとも1つの光学要素を有する、請求項16または17に記載の放射線デリバリ装置。
  19. 前記第2光学均一化手段は、前記出力ファイバを周期的に、望ましくは、往復的に移動させる手段を有する、請求項10に記載の放射線デリバリ装置。
  20. 前記第1および第2光学均一化手段のそれぞれの周期的な移動は、前記第1および第2均一化手段の内の周波数が高い方のいずれかの一周期後における、前記放射線ビーム出力における前記放射線ビームの断面空間パターンが、前記第1および第2均一化手段の内の周波数が高い方の前周期の後における、前記放射線ビーム出力における前記放射線ビームの断面空間パターンと、概ね相関がないように構成される、請求項1から19のいずれ一項に記載の放射線デリバリ装置。
  21. 前記第1光学均一化手段は、前記放射線ビームの断面空間パターンを変更するように移動可能であり、
    前記第2光学均一化手段は、前記放射線ビームの前記断面空間パターンをさらに変更するように移動可能である、請求項1から20のいずれ一項に記載の放射線デリバリ装置。
  22. 放射線源モジュール、マイクロスコープモジュールおよび請求項1から23のいずれか一項に記載の放射線デリバリ装置を有するマイクロスコープシステムであって、
    前記放射線デリバリ装置は、放射線ビームを前記放射線源モジュールから前記マイクロスコープモジュールへ供給するように構成される、マイクロスコープシステム。
  23. 放射線ビームを均一化する方法であって、
    前記方法は、
    前記放射線ビームを第1光学均一化手段に向けることと、
    前記放射線ビームを前記第1光学均一化手段から第2光学均一化手段に向けることと、
    前記第1光学均一化手段および前記第2光学均一化手段を、それぞれ異なる周波数で、周期的に移動させることと、
    を有する、方法。
  24. 前記第1光学均一化手段を移動させることにより、前記放射線ビームの断面空間パターンを変更することと、
    前記第2光学均一化手段を移動させることにより、前記放射線ビームの前記断面空間パターンをさらに変更することと、を含む、請求項23に記載の方法。
  25. 放射線ビームを均一化する装置であって、
    前記装置は、
    前記放射線ビームを、第1光学均一化手段に向ける手段と、
    前記放射線ビームを、前記第1光学均一化手段から第2光学均一化手段に向ける手段と、
    前記第1光学均一化手段を周期的に移動させる手段と、
    前記第2光学均一化手段を周期的に移動させる手段と、
    を有し、
    両方の前記移動させる手段は、前記第1光学均一化手段および前記第2光学均一化手段をそれぞれ異なる周波数で移動させるように構成される、装置。
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