光调制元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在将结构化照明光投影到对象物的照明装置中使用的光调制元件。
【背景技术】
[0002]近年来，开发了一种显微镜装置，该显微镜装置通过将作为结构化照明光的干涉条纹投影到试样上，解析对根据该干涉条纹和试样的构造而产生的莫尔条纹进行摄影而得到的图像，能够以高于物镜的分辨率极限的分辨率解析试样的构造(例如，参照专利文献I和2、以及非专利文献I)。
[0003]在所涉及的现有技术中，显微镜装置使来自光源的光在相互不同的3个方向上进行衍射，通过光闸选择其中的I个方向的+1级衍射光与-1级衍射光，在分别设为S偏振光之后，使其在试样上发生干涉，由此，在试样上产生干涉条纹。另外，解析莫尔条纹的图像，为了得到具有高于物镜的分辨率极限的分辨率的试样的超分辨率图像，在试样上，改变+1级衍射光与-1级衍射光之间的相位差，同时进行多次摄影。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2006-268004号公报
[0007]专利文献2:国际公开第2009-031418号公报
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1:大内，“構造化照明爸利用L.超解像顕微鏡N-SM”、0 PLUS E，7F 3 Λ.少 τ 八 7，2012 年，第 34 卷，第 9 号，ρ.827-833
【发明内容】
[0010]发明要解决的技术问题
[0011]在上述的显微镜装置中，为了调节+1级衍射光与-1级衍射光之间的相位差，例如，使用圆板状的相位板，该圆板状的相位板构成为对于该光束的光程长根据光束透过的区域不同而不同。然后，通过使该相位板以光轴为中心旋转，来对上述3个方向的I级衍射光的组中的某一个赋予规定的相位差。或者，使+1级衍射光以及-1级衍射光反射，调节朝向试样一方的镜的倾斜度，由此调节+1级衍射光与-1级衍射光之间的相位差。
[0012]这样，在上述的显微镜中，为了调节+1级衍射光与-1级衍射光之间的相位差，采用机械地工作的机构。然后，为了将+1级衍射光与-1级衍射光之间的相位差设定为规定量，需要精确地控制该机构的动作。同样地，为了调节用于选择沿着特定方向进行衍射的衍射光的光闸的控制、以及、入射到试样的衍射光的偏振方向，也使用机械地工作的机构。在这样的机械地工作的机构中，从使该机构动作起直到稳定地静止需要耗费时间。如上所述，为了生成超分辨率图像，需要改变衍射光之间的相位差或者衍射光的方向而进行多次摄影，所以机械性的工作机构的动作所需的时间之长成为生成超分辨率图像所需的时间变长的原因。
[0013]因此，本发明的目的在于，提供一种不利用机械地工作的零件就能够调节结构化照明光的相位以及偏振方向的光调制元件。
[0014]解决技术问题的技术手段
[0015]根据本发明的一个方面，提供一种光调制元件。该光调制元件具有:选择衍射元件，使作为具有沿着第I偏振方向的偏振面的直线偏振光的照明光沿着多个方向中的某一个方向进行衍射而生成多个级数的衍射光，并且使多个级数的衍射光之间产生相位差；以及偏振面旋转元件，使多个级数的衍射光的偏振面旋转到与自光轴起的放射方向正交的方向。
[0016]在该光调制元件中，优选的是，选择衍射元件包括照明光所入射的液晶层，通过该液晶层使多个级数的衍射光之间产生相位差。
[0017]在该光调制元件中，优选的是，选择衍射元件具有表示衍射光栅的空间光调制元件，该衍射光栅使所述照明光在所述多个方向中的被选择的一个方向上进行衍射，且使所述多个级数的衍射光之间产生相位差。
[0018]另外，在该光调制元件中，优选的是，选择衍射元件还具有光闸元件，在该光闸元件中，光透过的区域被分割成关于多个方向的各个方向的多个级数的衍射光各自透过的多个部分区域，并且使透过多个部分区域中的、沿着被选择的一个方向进行衍射的多个级数的衍射光各自透过的部分区域以外的部分区域的光衰减。
[0019]或者，在该光调制元件中，优选的是，选择衍射元件具有:衍射元件，使照明光沿着多个方向的各个方向进行衍射；光闸元件，使沿着多个方向中的一个方向进行衍射的多个级数的衍射光透过；以及相位调制元件，具有使透过了光闸元件的多个级数的衍射光之间产生相位差的、至少一个第I液晶元件。
[0020]在该光调制元件中，至少一个第I液晶元件具有:第I液晶层，封入有与透过了光闸元件的多个级数的衍射光各自的偏振方向平行地被取向了的液晶分子，所述至少一个第I液晶元件使第I级数的衍射光与第2级数的衍射光之间产生相位差，该相位差是和对多个级数的衍射光中的第I级数的衍射光所通过的第I液晶层的第I部分区域施加的第I电压、与对多个级数的衍射光中的第2级数的衍射光所通过的第I液晶层的第2部分区域施加的第2电压之差相应的相位差。
[0021]进一步地，优选的是，相位调制元件具有沿着光轴配置的两个第I液晶元件，该两个第I液晶元件的第I液晶层各自的厚度是使得在该第I液晶层中在第I级数的衍射光与第2级数的衍射光之间产生的光程长之差的最大值低于照明光的波长的厚度。
[0022]另外，在该光调制元件中，优选的是，光闸元件具有:第2液晶元件，具有封入有液晶分子的第2液晶层，所述第2液晶层的液晶分子在对第I偏振方向与第2偏振方向所构成的角进行2等分的方向上被取向；以及检偏振器，沿着光轴被配置在第2液晶元件的相位调制元件侧，使具有沿着第2偏振方向的偏振面的直线偏振光透过，遮挡具有沿着与第2偏振方向不同的方向的偏振面的直线偏振光。
[0023]在这种情况下，优选的是，光闸元件通过对沿着多个方向中的某一个方向进行衍射的多个级数的衍射光所通过的第2液晶层的部分区域施加与照明光的波长相应的规定的电压，来使通过该部分区域的衍射光的偏振面旋转成与第2偏振方向平行，从而使沿着该方向进行衍射的多个级数的衍射光透过。
[0024]进一步地，在该光调制元件中，优选的是，偏振面旋转元件具有第3液晶元件，该第3液晶元件具有封入有液晶分子的第3液晶层，所述第3液晶层的液晶分子沿着对透过了相位调制元件的多个级数的衍射光的偏振面、和与放射方向正交的方向进行2等分的方向被取向。
[0025]在这种情况下，优选的是，第3液晶元件通过对第3液晶层施加与照明光的波长相应的规定的电压，来使通过该第3液晶层的多个级数的衍射光的偏振面旋转到与放射方向正交的方向。
[0026]或者，优选的是，偏振面旋转元件具有方位角偏振光转换元件，该方位角偏振光转换元件将具有与透过了相位调制元件的多个级数的衍射光的偏振面平行的偏振面的直线偏振光转换成方位角偏振光。
[0027]发明效果
[0028]本发明所涉及的光调制元件起到不利用机械地工作的零件就能够调节结构化照明光的相位以及偏振方向这样的效果。
【附图说明】
[0029]图1是具有本发明的实施方式的光调制元件的显微镜装置的概略构成图。
[0030]图2是本发明的第I实施方式所涉及的光调制元件的示意图。
[0031 ] 图3A是从检偏振器侧观察液晶元件的概略主视图。
[0032]图3B是图3A的箭头A、A’所示的线处的、液晶元件的概略侧视剖面图。
[0033]图4是光闸所具有的液晶元件的透明电极的概略主视图。
[0034]图5是从偏振面旋转元件侧观察到的、相位调制元件所具有的液晶元件的概略主视图。
[0035]图6是表示对相位调制元件所具有的液晶元件的液晶层施加的电压、与针对与液晶分子被取向了的方向平行的偏振分量的液晶分子的折射率的关系的示图。
[0036]图7A是从衍射光射出的一侧观察到的偏振面旋转元件所具有的液晶元件的概略主视图。
[0037]图7B是从衍射光射出的一侧观察到的偏振面旋转元件所具有的液晶元件的概略主视图。
[0038]图8是变形例的、从衍射光射出的一侧观察到的偏振面旋转元件所具有的方位角偏振光转换元件的概略主视图。
[0039]图9是第2实施方式的光调制元件的示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面，参照附图，说明本发明的实施方式的光调制元件。该光调制元件使作为来自光源的直线偏振光的照明光在相互不同的3个方向上进行衍射，得到三组+1级衍射光以及-1级衍射光、与O级衍射光。然后，在该光调制元件中，为了省去机械地工作的部分，在三组I级衍射光和O级衍射光中选择透过的衍射光的光闸元件、调节选择性地透过了的各级衍射光之间的相位差的相位调制元件、以及调节选择性地透过了的各级衍射光和-1级衍射光的偏振面的方向的偏振面旋转元件分别通过液晶元件来构成。
[0041]图1是示出具有本发明的第I实施方式的光调制元件的显微镜装置的概略构成图。如图1所示，显微镜装置100具有光源101、准直仪102、光调制元件103、准直仪104、分束器105、物镜106、聚光透镜107、受光元件108、以及控制器109。
[0042]分束器105、物镜106、聚光透镜107以及受光元件108沿着由物镜106和聚光透镜107来规定的光轴OA’配置成一列。另外，在分束器105的侧面，沿着与光轴OA’正交并且由准直仪102以及准直仪104规定的光轴OA而将光源101、准直仪102、光调制元件103以及准直仪104配置成一列。然后，光源101、准直仪102、光调制元件103、准直仪104、分束器105以及物镜106构成将作为结构化照明光的干涉条纹投影到试样的照明装置。
[0043]光源101输出作为直线偏振光的照明光。因此，光源101例如具有半导体激光器。或者，光源101也可以具有氩离子激光器这样的气体激光器、或者YAG激光器这样的固体激光器。在从光源101输出的照明光不是直线偏振光的情况下，也可以在光源101与准直仪102之间，为了使照明光成为直线偏振光而配置检偏振器。进一步地，来自光源101的光例如也可以通过光纤而被引导到准直仪102。
[0044]进一步地，光源101也可以具有输出在规定的波长区域中包含的、相互不同的波长的光的多个发光元件。在这种情况下，光源101例如依照来自控制器109的控制信号，使某一个发光元件输出照明光。
[0045]作为从光源101放射了的直线偏振光的照明光在通过准直仪102而被平行光化之后，透过光调制元件103。然后，该照明光通过透过光调制元件103，被分离成沿着自光轴OA起的多个放射方向中的某一个方向的多个级数的衍射光。另外，各级数的衍射光具有沿着关于光轴OA的圆周方向的偏振面，并且，在各级数的衍射光之间被提供规定的相位差，以使得在入射到试样200的表面时成为S偏振光。此外，衍射的方向以及各级数的衍射光之间的相位差中的至少一方在每次进行莫尔条纹的图像的摄影时变更。然后，各级数的衍射光在通