JP4959590B2 - 観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察装置，レーザ加工装置および光ピンセット装置に関するものである。

特許文献１に開示されたレーザ加工装置が知られている。この文献に開示されたレーザ加工装置は、位相変調型の空間光変調器にホログラムを呈示し、この空間光変調器によりレーザ光を位相変調し、その位相変調後のレーザ光を結像レンズにより加工面に集光して、その加工面を加工する。

また、この文献に開示されたレーザ加工装置は、上記レーザ光とは別の照明光を加工面に照射し、その照明光の照射に伴って加工面で発生した光（反射光、散乱光）を受光して、その加工面を観察する。この装置は、この観察により、加工位置の位置合わせを高精度に行うことを意図している。このレーザ加工装置は、レーザ光と照明光とを合分波するためのダイクロイックミラーを、空間光変調器と結像レンズとの間の光路上に備えている。
特開２００６−１１３１８５号公報

上記の特許文献１に開示されたレーザ加工装置は、空間光変調器と結像レンズとの間の光路上にダイクロイックミラーを備えていることから、大型のものとなる。また、空間光変調器と結像レンズとの間の距離が長くなるので、空間光変調器により位相変調されて回折されたレーザ光が結像レンズに達するときには、そのレーザ光の拡がりが結像レンズの有効範囲から外れて、レーザ光の利用効率が低下するだけでなく、加工面において所望のレーザ光の集光パターンが得られない場合がある。

空間光変調器と結像レンズとの間の距離が長い場合に、上記問題を回避するために、空間光変調器により位相変調されて出力されるレーザ光のビーム径を小さくすることが考えられる。しかし、この場合には、空間光変調器の狭い範囲に高パワーのレーザ光が入力されることになり、空間光変調器が破壊される危険がある。

なお、以上のような問題点は、レーザ光により加工面を加工するとともに照明光により加工面を観察するレーザ加工装置だけでなく、レーザ光の集束時の圧力により対象物を捕捉するとともに照明光により対象物を観察する光ピンセット装置においても存在し、また、一般に、第１の光により対象物に対して何らかの操作をするとともに第２の光により対象物を観察する観察装置においても存在する。

また、一方で、上記問題に対し、空間光変調器と結像レンズとの間にリレーレンズを挿入し、空間光変調器で生成した位相を正しく伝播する方法がある。しかしながら、リレーレンズを用いることで系が大きくなる問題と、特に加工用のフェムト秒レーザではエアブレイクダウンという現象が発生するために、リレーレンズを用いた伝搬を行うことができない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、安定して所望の動作をすることが可能で小型化可能な観察装置，レーザ加工装置および光ピンセット装置を提供することを目的とする。

本発明に係る観察装置は、(1) 第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光を出力する第１の光源部と、(2)第１の方位の直線偏光の光を選択的に位相変調する複数の画素が２次元配列されており、第１の光源部から出力される第１の光を入力し、複数の画素それぞれにおいて第１の光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後の第１の光を出力する位相変調型の空間光変調器と、(3)空間光変調器から出力される第１の光を入力して、その第１の光を結像させる結像光学系と、(4) 第１の方位に対して直交する第２の方位の直線偏光の第２の光を出力する第２の光源部と、(5)第１の光源部から出力される第１の光と第２の光源部から出力される第２の光とを入力して、これら第１および第２の光を合波して空間光変調器へ出力する光合波部と、(6)第２の光源部から出力される第２の光が空間光変調器および結像光学系を経て対象物に照射されて生じる光のうち結像光学系および空間光変調器を経た光を入力して、この入力光に基づいて対象物を観察する観察部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る観察装置では、第１の光源部から出力される第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光は、偏光依存性を有する空間光変調器に呈示されたホログラムより画素毎に位相変調され、結像光学系により結像される。一方、第２の光源部から出力される第２の方位の直線偏光の第２の光は、第１の光源部から出力される第１方位の直線偏光の第１の光と光合波部により合波されて、空間光変調器に入力される。しかし、この第２の光は、空間光変調器により位相変調されることなく、結像光学系を経て対象物に照射される。そして、この第２の光が対象物に照射されて生じる光のうち結像光学系および空間光変調器を経た光は観察部に入力されて、この入力光に基づいて対象物が観察される。

本発明に係る観察装置では、第２の光源部が、第２の方位の直線偏光の第２の光を出力する光源を含み、偏光選択部を含まないのが好適である。第２の光源部が、インコヒーレントな光を出力する光源と、この光源から出力される光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、を含むのが好適である。第２の光源部が、白色光を出力する光源と、この光源から出力される白色光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、を含むのも好適である。また、第２の光源部が、コヒーレントな光を出力する光源と、この光源から出力される光を散乱させる散乱板と、この散乱板により散乱される光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、を含むのも好適である。この場合、第２の光源部が、光源から出力される光が結像光学系を経た後の集光深さを調整する集光深さ調整部を更に含むのも好適である。

本発明に係る観察装置は、第１の光源部から出力されて空間光変調器に入力される第１の光のうち空間光変調器において位相変調されなかった光が結像光学系を経て対象物に照射されるのを阻止する阻止手段を更に備えるのが好適である。

本発明に係るレーザ加工装置は、上記の本発明に係る観察装置を備え、第１の光源部から出力される第１の光を、空間光変調器および結像光学系を経て対象物に集光させることで、その対象物を加工することを特徴とする。

本発明に係る光ピンセット装置は、上記の本発明に係る観察装置を備え、第１の光源部から出力される第１の光を、空間光変調器および結像光学系を経て対象物に集束させ、その集束時の光の圧力によって、その集束位置にある対象物を捕捉することを特徴とする。

本発明によれば、安定して所望の動作をすることが可能であり、装置の小型化が可能である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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実施形態）

先ず、本発明に係る観察装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成図である。この図に示される観察装置１Ａは、光源１１、光源２１、偏光選択部２２、観察部３１、ハーフミラー４１、ダイクロイックミラー４２、プリズム４３、空間光変調器５１、駆動部５２、制御部５３、結像レンズ６１およびレンズ６２を備える。

光源１１は、第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光を出力する第１の光源を構成していて、具体的にはレーザ光源を含む。光源２１および偏光選択部２２は、第１の方位に対して直交する第２の方位の直線偏光の第２の光を出力する第２の光源を構成している。光源２１は、インコヒーレントな光を出力してもよいし、白色光を出力してもよい。光源２１として例えばハロゲンランプが用いられる。偏光選択部２２は、光源２１から出力されるランダム偏光の光を入力して、その入力光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的にハーフミラー４１へ出力する。偏光選択部２２としては偏光板や偏光ビームスプリッタが用いられる。

ハーフミラー４１は、偏光選択部２２から出力されて到達する第２の光をレンズ６２へ透過させるとともに、レンズ６２から出力されて到達する光を観察部３１へ反射させる。観察部３１は、ハーフミラー４１から到達した光を入力して、この入力光に基づいて対象物９１を観察する。

ダイクロイックミラー４２は、光源１１から出力されて到達する第１の光をプリズム４３へ反射させ、レンズ６２から出力されて到達する第２の光をプリズム４３へ透過させ、また、プリズム４３から到達する第２の光をレンズ６２へ透過させる。すなわち、ダイクロイックミラー４２は、光源１１から出力される第１の光と、光源２１から偏光選択部２２を経て出力される第２の光とを入力して、これら第１および第２の光を合波して空間光変調器４３へ出力する光合波部を構成している。

プリズム４３は、第１反射面４３ａおよび第２反射面４３ｂを有する。第１反射面４３ａは、ダイクロイックミラー４２から到達した光を空間光変調器５１へ反射させ、また、空間光変調器５１から到達した光をダイクロイックミラー４２へ反射させる。第２反射面４３ｂは、空間光変調器５１から到達した光を結像レンズ６１へ反射させ、また、結像レンズ６１から到達した光を空間光変調器５１へ反射させる。

空間光変調器５１は、位相変調型のものであって、第１の方位の直線偏光の光を選択的に位相変調する複数の画素が２次元配列されており、光源１１から出力されプリズム４３の第１反射面４３ａで反射されて到達する第１の光を入力し、複数の画素それぞれにおいて第１の光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後の第１の光をプリズム４３の第２反射面４３ｂへ出力する。

この空間光変調器５１に呈示される位相ホログラムは、数値計算により求められたホログラム（ＣＧＨ: Computer Generated Hologram）であるのが好ましい。また、この空間光変調器５１は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。透過型の空間光変調器を用いる場合には、プリズム４３は不要である。図１では、反射型の空間光変調器５１が示されている。反射型の空間光変調器５１として例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型が好適に用いられる。

駆動部５２は、空間光変調器５１の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定するものであり、その画素毎の位相変調量設定のための信号を空間光変調器５１に与える。駆動部５２は、空間光変調器５１の２次元配列された複数の画素それぞれにおける位相変調量を設定することで、空間光変調器５１にホログラムを呈示させる。

制御部５３は、例えばコンピュータで構成され、駆動部５２の動作を制御することで、駆動部５２から空間光変調器５１へホログラムを書き込ませる。このとき、制御部５３は、空間光変調器５１から出力された第１の光を結像レンズ６１により対象物９１において所定の集光パターンで集光させるホログラムを空間光変調器５１に呈示させる。

結像レンズ６１は、空間光変調器５１から出力されプリズム４３の第２反射面４３ｂで反射された第１の光を入力して、その第１の光をフーリエ変換して対象物９１において結像させる結像光学系を構成している。また、結像レンズ６１は、対象物９１で生じる光を入力して、その光をプリズム４３へ出力する。結像レンズ６１として無限焦点対物レンズが好適に用いられる。

本実施形態に係る観察装置１Ａは以下のように動作する。制御部５３により制御された駆動部５２により、空間光変調器５１の複数の画素それぞれにおける位相変調量が設定されて、これにより、空間光変調器５１に位相ホログラムが呈示される。光源１１から出力される第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光は、ダイクロイックミラー４２で反射され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、空間光変調器５１に入力されて、この空間光変調器５１において画素毎に位相変調されて出力される。空間光変調器５１において位相変調されて出力された第１の光は、プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、結像レンズ６１によりフーリエ変換されて対象物９１において結像される。

一方、光源２１から偏光選択部２２を経て出力される第２の方位の直線偏光の第２の光は、ハーフミラー４１で透過され、レンズ６２を経て、ダイクロイックミラー４２で透過され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、空間光変調器５１に入力される。ここで、空間光変調器５１は、偏光依存性を有していて、第１の方位の直線偏光の光に対しては選択的に位相変調することができるが、第１の方位に直交する第２の方位の直線偏光の光に対しては位相変調することができない。したがって、空間光変調器５１に入力された第２の光は、空間光変調器５１において位相変調されることなく出力される。空間光変調器５１から出力された第２の光は、プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、結像レンズ６１を経て対象物９１に照射される。

結像レンズ６１により第２の光が対象物９１に照射されて生じる光（反射光、散乱光）は、結像レンズ６１，プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、空間光変調器５１で反射され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、ダイクロイックミラー４２で透過され、レンズ６２を経て、ハーフミラー４１で反射されて、観察部３１に入力される。そして、観察部３１では、この入力光に基づいて対象物９１が観察される。

以上のように、本実施形態に係る観察装置１Ａは、特許文献１に開示された発明の如く空間光変調器５１と結像レンズ６１との間の光路上にダイクロイックミラーを備えるのではなく、第１の光と第２の光とを合分波するダイクロイックミラー４２を空間光変調器５１の前段に備えている。このことから、この観察装置１Ａは、小型化が可能であり、また、空間光変調器５１と結像レンズ６１との間の光路長を短くすることができる。

また、本実施形態に係る観察装置１Ａは、偏光依存性を有する空間光変調器５１を用いて、第１の光については空間光変調器５１が位相変調することができる第１の方位の直線偏光として空間光変調器５１に入力させる。このことから、第１の光は、空間光変調器５１において画素毎に位相変調され、結像レンズ６１によりフーリエ変換されて対象物９１において結像される。

その一方で、第２の光については空間光変調器５１が位相変調することができない第２の方位の直線偏光として空間光変調器５１に入力させる。このことから、第２の光は、空間光変調器５１において位相変調されることなく、結像レンズ６１を経て対象物９１に照射される。また、結像レンズ６１により第２の光が対象物９１に照射されて生じる光（反射光、散乱光）も、空間光変調器５１において位相変調されることなく、観察部３１に到達する。したがって、本実施形態に係る観察装置１Ａは、第２の光を受光した観察部３１により対象物９１をコントラストよく観察することができ、第１の光により対象物９１に対して所望の操作をすることができる。

図２は、第１実施形態に係る観察装置１Ａにおいて観察部３１により観察される対象物９１の像である。また、図３は、第１実施形態に係る観察装置１Ａにおいて偏光選択部２２を除いた構成の比較例において観察部３１により観察される対象物９１の像である。図３に示されるように、第２の光をランダム偏光のまま空間光変調器５１に入力させる比較例では、この第２の光も空間光変調器５１により位相変調されるので、観察部３１により観察される対象物９１の像はコントラストが悪い。これに対して、図２に示されるように、第２の光を第２の方位の直線偏光として空間光変調器５１に入力させる本実施形態では、この第２の光は空間光変調器５１により位相変調されないので、観察部３１により観察される対象物９１の像はコントラストがよい。

（第２実施形態）

次に、本発明に係る観察装置の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る観察装置１Ｂの構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成と比較すると、この図４に示される第２実施形態に係る観察装置１Ｂは、光源２１と偏光選択部２２との間にフィルタ２３を更に備える点で相違する。

フィルタ２３は、光源２１から出力される光のうち特定波長域の光を選択的に透過させる。このフィルタ２３は、カラーフィルタであってもよいし、干渉フィルタであってもよい。偏光選択部２２は、このフィルタ２３から出力される特定波長域のランダム偏光の光を入力して、その入力光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的にハーフミラー４１へ出力する。この第２実施形態に係る観察装置１Ｂも、第１実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。

また、一般に、偏光選択部２２として用いられる偏光板や偏光ビームスプリッタの偏光分離特性は波長依存性を有している。したがって、第２実施形態では、特定波長域の光が偏光選択部２２に入力されることで、偏光選択部２２から出力される第２の光において、第１の方位の直線偏光成分の割合を小さくすることができる。ひいては、第２の光を受光した観察部３１により対象物９１を更にコントラストよく観察することができる。

（第３実施形態）

次に、本発明に係る観察装置の第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態に係る観察装置１Ｃの構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成と比較すると、この図５に示される第３実施形態に係る観察装置１Ｃは、光源２１と偏光選択部２２との間に散乱板２４を更に備える点で相違し、また、光源２１がコヒーレントな光を出力する点で相違する。

この第３実施形態では、光源２１は、コヒーレントな光を出力するものであり、好適にはレーザ光源である。散乱板２４は、この光源２１から出力される光を散乱させる。偏光選択部２２は、この散乱板２４により散乱されて出力される光を入力して、その入力光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的にハーフミラー４１へ出力する。この第３実施形態に係る観察装置１Ｃも、第１実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。

（第４実施形態）

次に、本発明に係る観察装置の第４実施形態について説明する。図６は、第４実施形態に係る観察装置１Ｄの構成図である。図５に示された第３実施形態に係る観察装置１Ｃの構成と比較すると、この図６に示される第４実施形態に係る観察装置１Ｄは、レンズ６２に替えてレンズ６３およびレンズ６４を備える点で相違する。

この第４実施形態でも、第３実施形態と同様に、光源２１は、コヒーレントな光を出力するものであり、好適にはレーザ光源である。レンズ６３は、偏光選択部２２とハーフミラー４１との間の光路上に設けられている。また、レンズ６４は、ハーフミラー４１と観察部３１との間の光路上に設けられている。

この第４実施形態に係る観察装置１Ｄも、第１実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。また、レンズ６３，６４は、光源２１から出力される光が結像レンズ６１を経た後の集光深さを調整する集光深さ調整部を構成している。このような構成とすることにより、第２の光がコヒーレントな光である場合に、その第２の光を対象物８１の広範囲に照射することができる。

（第５実施形態）

次に、本発明に係る観察装置の第５実施形態について説明する。図７は、第５実施形態に係る観察装置１Ｅの構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成と比較すると、この図７に示される第５実施形態に係る観察装置１Ｅは、遮蔽板７１を更に備える点で相違する。

遮蔽板７１は、結像レンズ６１と対象物９１との間に設けられ、光源１１から出力されて空間光変調器５１に入力される第１の光のうち空間光変調器５１において位相変調されなかった光（０次光）が結像レンズ６１を経て対象物９１に照射されるのを阻止する阻止手段として作用する。この遮蔽板７１は、入射した光を吸収するものであってもよいし、入射光を反射させるものであってもよい。

このような遮蔽板７１が設けられることにより、第１の光の０次光が対象物９１に照射されて生じる光（反射光、散乱光）が空間光変調器５１により位相変調されて虚像が観察部３１に観察されるのを回避することができる。

図８は、第５実施形態に係る観察装置１Ｅにおいて観察部３１により観察される対象物９１の像を示す図である。また、図９は、第５実施形態に係る観察装置１Ｅにおいて遮蔽板７１を除いた構成の比較例において観察部３１により観察される対象物９１の像を示す図である。図９に示されるように、第１の光の０次光が対象物９１に照射される比較例では、その照射により生じる光（反射光、散乱光）が空間光変調器５１により位相変調されて、虚像が観察部３１により観察される。これに対して、図８に示されるように、遮蔽板７１により第１の光の０次光が対象物９１に照射されない本実施形態では、虚像が観察部３１により観察されることが抑制される。

なお、第１の光の０次光が対象物９１に照射されるのを阻止する阻止手段としては、上記のような遮蔽板７１を設けることの他に、空間光変調器５１に呈示するホログラムにフレネルゾーンプレートを重畳することでも実現することができる。すなわち、後者の場合には、重畳したフレネルゾーンプレートにより、０次光を収斂もしくは発散させ、または、０次光の進行方法を異ならせる。これにより、０次光は、対象物９１の表面と異なる面上に集光され、または、反射光が結像レンズ６１に戻る割合が低い位置に集光される。このようにしても、虚像が観察部３１により観察されることが抑制される。

（第６実施形態）

次に、本発明に係る観察装置の第６実施形態について説明する。図１０は、第６実施形態に係る観察装置１Ｆの構成図である。また、図１１は、第６実施形態に係る観察装置１Ｆに含まれるコモンパス干渉計３２の構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成と比較すると、この図１０に示される第６実施形態に係る観察装置１Ｆは、光源２１に替えて光源２１Ａおよび光源２１Ｂを備える点、ハーフミラー４１およびダイクロイックミラー４２に替えてダイクロイックミラー４２Ａ〜４２Ｃを備える点、レンズ６２に替えてレンズ６３Ａ〜６３Ｃを備える点、偏光選択部２２に替えて偏光選択部２２Ａおよび偏光選択部２２Ｂを備える点、レンズ６５〜６８を更に備える点、フィルタ２５を更に備える点、ならびに、コモンパス干渉計３２を更に備える点、で相違する。

この観察装置１Ｆでは、制御部５３により制御された駆動部５２により、空間光変調器５１の複数の画素それぞれにおける位相変調量が設定されて、これにより、空間光変調器５１に位相ホログラムが呈示される。光源１１から出力される第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光は、ダイクロイックミラー４２Ａ〜４２Ｃで透過され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、空間光変調器５１に入力されて、この空間光変調器５１において画素毎に位相変調されて出力される。空間光変調器５１において位相変調されて出力された第１の光は、プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、結像レンズ６１によりフーリエ変換されて対象物９１において結像される。

光源２１Ａからレンズ６３Ａおよび偏光選択部２２Ａを経て出力される第２の方位の直線偏光の第２の光は、ダイクロイックミラー４２Ａで反射され、ダイクロイックミラー４２Ｂ，４２Ｃで透過され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、空間光変調器５１に入力される。ここで、空間光変調器５１は、偏光依存性を有していて、第１の方位の直線偏光の光に対しては選択的に位相変調することができるが、第１の方位に直交する第２の方位の直線偏光の光に対しては位相変調することができない。したがって、空間光変調器５１に入力された第２の光は、空間光変調器５１において位相変調されることなく出力される。空間光変調器５１から出力された第２の光は、プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、結像レンズ６１を経て対象物９１に照射される。

光源２１Ａから出力されて結像レンズ６１により第２の光が対象物９１に照射されて生じる光（反射光、散乱光）は、結像レンズ６１，プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、空間光変調器５１で反射され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、ダイクロイックミラー４２Ｃで反射され、レンズ６３Ｃを経て、観察部３１に入力される。そして、観察部３１では、この入力光に基づいて対象物９１が観察される。

また、光源２１Ｂからレンズ６３Ｂおよび偏光選択部２２Ｂを経て出力される第２の方位の直線偏光の第２の光は、ダイクロイックミラー４２Ｂで反射され、ダイクロイックミラー４２Ｃで透過され、プリズム４３の第１反射面４３ａで反射され、空間光変調器５１に入力される。空間光変調器５１に入力された第２の光は、空間光変調器５１において位相変調されることなく出力される。空間光変調器５１から出力された第２の光は、プリズム４３の第２反射面４３ｂで反射され、結像レンズ６１を経て対象物９１に照射される。光源２１Ｂから出力されて結像レンズ６１により第２の光が対象物９１に照射されて透過した光は、無限焦点対物レンズ６５，リレーレンズ６６，リレーレンズ６７、レンズ６８およびフィルタ２５を経て、コモンパス干渉計３２に入力される。

コモンパス干渉計３２は、図１１に示されるように、グレーティング３２１、マスク３２２、レンズ３２３、レンズ３２４およびイメージセンサ３２５を含む、一般にコモンパス干渉計は振動に強い。

コモンパス干渉計３２に到達した第２の光は、グレーティング３２１により互いに異なる回折次数の複数の回折光に分岐され、そのうちの或る次数の回折光と他の或る次数の回折光とがマスク３２２のピンホールを通過する。そして、マスク３２２のピンホールを通過した２つの回折光は、レンズ３２３およびレンズ３２４を経てイメージセンサ３２５の撮像面上で干渉して、その干渉パターンがイメージセンサ３２５により撮像される。

例えば、対象物９１としてのガラスを第１の光により加工して該ガラス中に光導波路を形成する場合、その形成した（または形成途中の）光導波路の屈折率の変化は、コモンパス干渉計３２により測定され得る。また、加工とともに測定（または検査）も同時に行うことができる。

（第７実施形態）

次に、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について説明する。図１２は、本実施形態に係るレーザ加工装置２の構成図である。この図１２に示されるレーザ加工装置２は、図１に示された第１実施形態に係る観察装置１の構成と同様の構成を有し、第１の光により加工対象物９２を加工するとともに第２の光により加工対象物９２を観察する。

このレーザ加工装置２では、加工対象物９２において複数の位置に第１の光が同時に集光されるような位相ホログラムが空間光変調器５１に呈示されるのが好適である。或いは、加工対象物９１において列毎に１または複数の位置に第１の光が同時に集光されるとともに行方向に走査するような複数の位相ホログラムが順次に空間光変調器５１に呈示されてもよい。加工に用いられる第１の光を出力する光源１１は、フェムト秒レーザ光源やＮｄ:ＹＡＧレーザ光源などのパルスレーザ光源であるのが好ましい。なお、レーザ加工装置は、第２〜第６の実施形態に係る観察装置と同様の構成であってもよい。

（第８実施形態）

次に、本発明に係る光ピンセット装置の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る光ピンセット装置３の構成図である。この図１３に示される光ピンセット装置３は、図１に示された第１実施形態に係る観察装置１の構成と同様の構成を有し、第１の光の集束時の圧力により捕捉対象物９３を捕捉するとともに第２の光により捕捉対象物９３を観察する。

この光ピンセット装置３でも、捕捉対象物９３において複数の位置に第１の光が同時に集束されるような位相ホログラムが空間光変調器５１に呈示されるのが好適である。捕捉に用いられる第１の光を出力する光源１１は、例えば細胞を捕捉する場合、その細胞を傷付けないようなレーザ光を出力するものであるのが好ましい。なお、光ピンセット装置は、第２〜第６の実施形態に係る観察装置と同様の構成であってもよい。

空間光変調器により対象物９１において複数の集光点を生成する。例えば生成した多点で細胞を励起したり、刺激したりし、その様子を観察する顕微鏡として用いる。

第１実施形態に係る観察装置１Ａの構成図である。 第１実施形態に係る観察装置１Ａにおいて観察部３１により観察される対象物９１の像である。 第１実施形態に係る観察装置１Ａにおいて偏光選択部２２を除いた構成の比較例において観察部３１により観察される対象物９１の像である。 第２実施形態に係る観察装置１Ｂの構成図である。 第３実施形態に係る観察装置１Ｃの構成図である。 第４実施形態に係る観察装置１Ｄの構成図である。 第５実施形態に係る観察装置１Ｅの構成図である。 第５実施形態に係る観察装置１Ｅにおいて観察部３１により観察される対象物９１の像を示す図である。 第５実施形態に係る観察装置１Ｅにおいて遮蔽板７１を除いた構成の比較例において観察部３１により観察される対象物９１の像を示す図である。 第６実施形態に係る観察装置１Ｆの構成図である。 第６実施形態に係る観察装置１Ｆに含まれるコモンパス干渉計３２の構成図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置２の構成図である。 本実施形態に係る光ピンセット装置３の構成図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｆ…観察装置、２…レーザ加工装置、３…光ピンセット装置、１１…光源、２１，２１Ａ，２１Ｂ…光源、２２，２２Ａ，２２Ｂ…偏光選択部、２３…フィルタ、２４…散乱板、２５…フィルタ、３１…観察部、３２…コモンパス干渉計、４１…ハーフミラー、４２，４２Ａ〜４２Ｃ…ダイクロイックミラー、４３…プリズム、５１…空間光変調器、５２…駆動部、５３…制御部、６１…結像レンズ、６２〜６４…レンズ、６５…対物レンズ、６６〜６８…レンズ、７１…遮蔽板。

Claims (9)

1. 第１の方位の直線偏光のコヒーレントな第１の光を出力する第１の光源部と、
   第１の方位の直線偏光の光を選択的に位相変調する複数の画素が２次元配列されており、前記第１の光源部から出力される第１の光を入力し、前記複数の画素それぞれにおいて第１の光の位相を変調するホログラムを呈示して、その位相変調後の第１の光を出力する位相変調型の空間光変調器と、
   前記空間光変調器から出力される第１の光を入力して、その第１の光を結像させる結像光学系と、
   第１の方位に対して直交する第２の方位の直線偏光の第２の光を出力する第２の光源部と、
   前記第１の光源部から出力される第１の光と前記第２の光源部から出力される第２の光とを入力して、これら第１および第２の光を合波して前記空間光変調器へ出力する光合波部と、
   前記第２の光源部から出力される第２の光が前記空間光変調器および前記結像光学系を経て対象物に照射されて生じる光のうち前記結像光学系および前記空間光変調器を経た光を入力して、この入力光に基づいて前記対象物を観察する観察部と、
   を備えることを特徴とする観察装置。
2. 前記第２の光源部が、第２の方位の直線偏光の第２の光を出力する光源を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
3. 前記第２の光源部が、
   インコヒーレントな光を出力する光源と、
   この光源から出力される光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
4. 前記第２の光源部が、
   白色光を出力する光源と、
   この光源から出力される白色光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
5. 前記第２の光源部が、
   コヒーレントな光を出力する光源と、
   この光源から出力される光を散乱させる散乱板と、
   この散乱板により散乱される光のうち第２の方位の直線偏光の光を第２の光として選択的に出力する偏光選択部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
6. 前記第２の光源部が、前記光源から出力される光が前記結像光学系を経た後の集光深さを調整する集光深さ調整部を更に含む、ことを特徴とする請求項５に記載の観察装置。
7. 前記第１の光源部から出力されて前記空間光変調器に入力される第１の光のうち前記空間光変調器において位相変調されなかった光が前記結像光学系を経て前記対象物に照射されるのを阻止する阻止手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の観察装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の観察装置を備え、
   前記第１の光源部から出力される第１の光を、前記空間光変調器および前記結像光学系を経て対象物に集光させることで、その対象物を加工する、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項１〜７の何れか１項に記載の観察装置を備え、
   前記第１の光源部から出力される第１の光を、前記空間光変調器および前記結像光学系を経て対象物に集束させ、その集束時の光の圧力によって、その集束位置にある対象物を捕捉する、
   ことを特徴とする光ピンセット装置。