JPWO2014084007A1 - 光変調素子 - Google Patents
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- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/50—Phase-only modulation
Abstract
Description
この場合において、シャッター素子は、複数の方向のうちの何れか一つの方向に沿って回折された複数の次数の回折光が通る第2の液晶層の部分領域に照明光の波長に応じた所定の電圧が印加されることにより、部分領域を通る回折光の偏光面を第2の偏光方向と平行になるように回転させることでその方向に沿って回折された複数の次数の回折光を透過させることが好ましい。
この場合において、第3の液晶素子は、第3の液晶層に照明光の波長に応じた所定の電圧が印加されることにより、第3の液晶層を通る複数の次数の回折光の偏光面を放射方向に対して直交する方向に回転させることが好ましい。
ビームスプリッタ105、対物レンズ106、集光レンズ107及び受光素子108は、対物レンズ106と集光レンズ107とによって規定される光軸OA’に沿って一列に配置される。またビームスプリッタ105の側面には、光軸OA’と直交し、コリメータ102及びコリメータ104によって規定される光軸OAに沿って光源101、コリメータ102、光変調素子103及びコリメータ104が一列に配置される。そして、光源101、コリメータ102、光変調素子103、コリメータ104、ビームスプリッタ105及び対物レンズ106が、構造化照明光としての干渉縞を試料に投影する照明装置を構成する。
さらに、光源101は、所定の波長域に含まれる、互いに異なる波長の光を出力する複数の発光素子を有していてもよい。この場合、光源101は、例えば、コントローラ109からの制御信号に従って、何れか一つの発光素子に照明光を出力させる。
なお、理解を容易にするために図示していないが、顕微鏡装置100は、光路上に、球面収差用補償光学系などの各種の補償光学系、または光路を曲げるためのミラーを有していてもよい。
特に、光源101が、互いに波長の異なる光を出力する複数の発光素子を有している場合、コントローラ109は、発光させる発光素子に応じて、光変調素子103が有する各液晶素子に印加される電圧を調節する。
なお、駆動回路から光変調素子103が有する各液晶素子に対して印加される駆動電圧は、例えば、パルス高さ変調(PHM)またはパルス幅変調(PWM)された交流電圧であってもよい。さらに、駆動回路は、オーバードライブによって光変調素子103が有する各液晶素子を駆動して、各液晶素子の応答を速めてもよい。
図2は、光変調素子103の模式図である。光変調素子103は、選択回折素子10と、偏光面回転素子14とを有する。
液晶素子121は、第2の液晶素子の一例であり、入射した回折光のうち、シャッター12を透過させる回折光に対して半波長板として動作し、その透過させる回折光の偏光面を90°回転させる。一方、液晶素子121は、シャッター12を透過させない回折光の偏光面を回転させない。
さらに、各基板、各透明電極及び各配向膜の外周には鏡枠29が配置され、この鏡枠29が、各基板を保持している。
部分領域20aには、各回折光のうちの0次回折光301のみが入射する。一方、部分領域20b〜20gには、+1次の回折光または−1次の回折光の何れかが入射する。このうち、部分領域20bには、照明光の偏光面に沿って回折された+1次の回折光302が入射し、部分領域20bと部分領域20aを挟んで対向する部分領域20eには、照明光の偏光面に沿って回折された−1次の回折光303が入射する。また、部分領域20cには、照明光の偏光面から時計回りに60°回転した面に平行な方向に沿って回折された+1次の回折光304が入射し、部分領域20cと部分領域20aを挟んで対向する部分領域20fには、照明光の偏光面から時計回りに60°回転した面に平行な方向に沿って回折された−1次の回折光305が入射する。さらに、部分領域20dには、照明光の偏光面から反時計回りに60°回転した面に平行な方向に沿って回折された−1次の回折光306が入射し、部分領域20dと部分領域20aを挟んで対向する部分領域20gには、照明光の偏光面から反時計回りに60°回転した面に平行な方向に沿って回折された+1次の回折光307が入射する。なお、液晶素子121に入射する際の各回折光の偏光面は、照明光の偏光面と同一である。
本実施形態では、液晶素子131が有する液晶層に封入された液晶分子は、図5において矢印501で示される、光源101からの照明光の偏光方向と直交する方向に沿って液晶分子の長軸方向が揃うようにホモジニアス配向される。すなわち、シャッター12から出射した回折光の偏光方向と液晶分子の配向方向が略平行となる。そのため、回折光に対する液晶素子131の液晶層についての光路長は、液晶分子が配向された方向と平行な偏光成分に対する液晶分子の屈折率に依存する。
これにより、偏光面回転素子14を透過した回折光は、試料に入射する際にS偏光となる。
の回折光の何れか一つが入射するように決定されればよい。
図9は、第2の実施形態に係る光変調素子103’の模式図である。光変調素子103’は、選択回折素子10’と、偏光面回転素子14とを有する。第2の実施形態による光変調素子103’は、図2に示された第1の実施形態による光変調素子103と比較して、選択回折素子10’の構成が異なる。そこで以下では、選択回折素子10’について説明する。
また、照明光の偏光方向の調整のために、偏光ビームスプリッタ17と空間光変調素子16の間に波長板が配置されてもよい。
なお、空間光変調素子16及び偏光面回転素子14を経由して試料に達する迷光の光量が無視できる程度であれば、シャッター18は省略されてもよい。
また他の変形例によれば、空間光変調素子16は、液晶層の少なくとも一方の表面に、2次元に配列された複数の画素ごとに独立した透明電極を有する、透過型の液晶素子であってもよい。この場合には、照明光は、光軸OAに沿って空間光変調素子16に入射する。そして空間光変調素子16によって回折された回折光は、照明光が入射した側の面と反対側であり、かつ、シャッター18と対向する側の面から出射する。この変形例では、偏光ビームスプリッタは省略されてもよい。
101 光源
102、104 コリメータ
103、103’ 光変調素子
105 ビームスプリッタ
106 対物レンズ
107 集光レンズ
108 受光素子
109 コントローラ
10、10’ 選択回折素子
11 回折格子
12 シャッター
121 液晶素子
122 検光子
13 位相変調素子
131、132 液晶素子
14 偏光面回転素子
141、142 液晶素子
15 アジマス偏光変換素子
16 空間光変調素子
17 偏光ビームスプリッタ
18 シャッター
181 液晶素子
182 検光子
20 液晶層
20a〜20g、30a〜30g、80a〜80f 部分領域
21、22 透明基板
23、24 透明電極
25、26 配向膜
27 液晶分子
28 シール材
29 鏡枠
Claims (10)
- 第1の偏光方向に沿った偏光面を持つ直線偏光である照明光を、複数の方向のうちの何れか一つの方向に沿って回折させて複数の次数の回折光を生成し、前記複数の次数の回折光間に位相差を生じさせる選択回折素子と、
前記複数の次数の回折光の偏光面を光軸からの放射方向に対して直交する方向に回転させる偏光面回転素子と、
を有することを特徴とする光変調素子。 - 前記選択回折素子は、前記照明光が入射する液晶層を含み、該液晶層により前記複数の次数の回折光間に位相差を生じさせる、請求項1に記載の光変調素子。
- 前記選択回折素子は、前記複数の方向のうちの選択された一つの方向に前記照明光を回折させ、かつ、前記複数の次数の回折光間に位相差を生じさせる回折格子を表示させる空間光変調素子を有する、請求項1または2に記載の光変調素子。
- 前記選択回折素子は、光が透過する領域が前記複数の方向のそれぞれについての前記複数の次数の回折光のそれぞれが透過する複数の部分領域に分割され、前記複数の部分領域のうち、前記選択された一つの方向に沿って回折された複数の次数の回折光のそれぞれが透過する部分領域以外の部分領域を透過する光を減衰させるシャッター素子をさらに有する、請求項3に記載の光変調素子。
- 前記選択回折素子は、
前記照明光を前記複数の方向のそれぞれに沿って回折させる回折素子と、
前記複数の方向のうちの前記一つの方向に沿って回折された複数の次数の回折光を透過させるシャッター素子と、
前記シャッター素子を透過した前記複数の次数の回折光間に位相差を生じさせる、少なくとも一つの第1の液晶素子を有する位相変調素子と、
を有する請求項1または2に記載の光変調素子。 - 前記少なくとも一つの第1の液晶素子は、
前記シャッター素子を透過した前記複数の次数の回折光のそれぞれの偏光方向と平行に配向された液晶分子が封入された第1の液晶層を有し、
前記複数の次数の回折光のうちの第1の次数の回折光が通る前記第1の液晶層の第1の部分領域に印加される第1の電圧と、前記複数の次数の回折光のうちの第2の次数の回折光が通る前記第1の液晶層の第2の部分領域に印加される第2の電圧との差に応じた位相差を、前記第1の次数の回折光と前記第2の次数の回折光との間に生じさせる、
請求項5に記載の光変調素子。 - 前記位相変調素子は、前記光軸に沿って配置された二つの前記第1の液晶素子を有し、該二つの第1の液晶素子の前記第1の液晶層のそれぞれの厚さは、当該第1の液晶層において前記第1の次数の回折光と前記第2の次数の回折光との間に生じさせる光路長の差の最大値が前記照明光の波長未満となる厚さである、請求項5または6に記載の光変調素子。
- 前記シャッター素子は、
前記第1の偏光方向と第2の偏光方向のなす角を2等分する方向に配向された液晶分子が封入された第2の液晶層を有する第2の液晶素子と、
前記光軸に沿って前記第2の液晶素子よりも前記位相変調素子側に配置され、前記第2の偏光方向に沿った偏光面を持つ直線偏光を透過させ、前記第2の偏光方向と異なる方向に沿った偏光面を持つ直線偏光を遮る検光子とを有し、
前記複数の方向のうちの何れか一つの方向に沿って回折された前記複数の次数の回折光が通る前記第2の液晶層の部分領域に前記照明光の波長に応じた所定の電圧が印加されることにより、当該部分領域を通る回折光の偏光面を前記第2の偏光方向と平行になるように回転させることで当該方向に沿って回折された前記複数の次数の回折光を透過させる、請求項5〜7の何れか一項に記載の光変調素子。 - 前記偏光面回転素子は、前記位相変調素子を透過した前記複数の次数の回折光の偏光面と前記放射方向に直交する方向とを2等分する方向に沿って配向された液晶分子が封入された第3の液晶層を有する第3の液晶素子を有し、
前記第3の液晶素子は、前記第3の液晶層に前記照明光の波長に応じた所定の電圧が印加されることにより、当該第3の液晶層を通る前記複数の次数の回折光の偏光面を前記放射方向に対して直交する方向に回転させる、請求項1〜8の何れか一項に記載の光変調素子。 - 前記偏光面回転素子は、前記位相変調素子を透過した前記複数の次数の回折光の偏光面と平行な偏光面を持つ直線偏光をアジマス偏光に変換するアジマス偏光変換素子を有する、請求項1〜8の何れか一項に記載の光変調素子。
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