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JP4512693B2 - Polarization control element, manufacturing method thereof, and microscope - Google Patents

Polarization control element, manufacturing method thereof, and microscope Download PDF

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JP4512693B2 JP2006010193A JP2006010193A JP4512693B2 JP 4512693 B2 JP4512693 B2 JP 4512693B2 JP 2006010193 A JP2006010193 A JP 2006010193A JP 2006010193 A JP2006010193 A JP 2006010193A JP 4512693 B2 JP4512693 B2 JP 4512693B2
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Description

本発明は、偏光制御素子及びその製造方法、並びに、顕微鏡に関する。   The present invention relates to a polarization control element, a manufacturing method thereof, and a microscope.

顕微鏡などの光学機器には、様々な光学素子が用いられる。光学素子としては、入射光を直線偏光にする偏光板や、入射光の位相を遅らせる位相板などがある。このような光学素子によって、入射光の偏向状態を変化させることができる。また、異方性光学素子を4分割した光学素子が開示されている(非特許文献1)。さらに、フォトニック結晶を用いた光学素子が開示されている(特許文献1、非特許文献2)。   Various optical elements are used in optical instruments such as a microscope. Examples of the optical element include a polarizing plate that converts incident light into linearly polarized light and a phase plate that delays the phase of incident light. Such an optical element can change the deflection state of incident light. Further, an optical element obtained by dividing an anisotropic optical element into four parts is disclosed (Non-Patent Document 1). Furthermore, an optical element using a photonic crystal is disclosed (Patent Document 1, Non-Patent Document 2).

偏光板は、所定の方向の偏光軸を有しており、光が直線偏光になるよう制御する。すなわち、偏光板は、その光学軸に沿った方向の直線偏光として光を出射する。従って、自然光(無偏光)を入射させると、直線偏光となって光が出射される。また、波長板は、O光線とE光線との間に所定の位相差を生じさせる。例えば、1/2波長板では、180°の位相差を生じさせる。また、1/4波長板では、90°の位相差を生じさせる。従って、1/2波長板では、波長板の光学軸と、直線偏光との方位との成す角度が45°のとき、直線偏光の方位が90°回転して出射される。1/4波長板では、波長板の光学軸と直線偏光の方位との成す角度が45°のとき、直線偏光から円偏光の光となって波長板から出射される。
特開平10−335758号公報 R.Dorn,S.Quabis,and G.Leuchs,Phys.Rev,Lett.91,233901(2003) フォトニックラティス社ホームページ 製品&応用 光学素子 フォトニック結晶複合光学素子 [平成18年1月5日検索]、インターネット<URL:http://www.photonic-lattice.com/index.html>
The polarizing plate has a polarization axis in a predetermined direction, and controls so that light becomes linearly polarized light. That is, the polarizing plate emits light as linearly polarized light in a direction along the optical axis. Therefore, when natural light (non-polarized light) is incident, the light is emitted as linearly polarized light. In addition, the wave plate causes a predetermined phase difference between the O light and the E light. For example, a half-wave plate causes a phase difference of 180 °. In addition, the quarter wavelength plate causes a phase difference of 90 °. Therefore, in the half-wave plate, when the angle formed by the optical axis of the wave plate and the direction of the linearly polarized light is 45 °, the direction of the linearly polarized light is rotated by 90 ° and emitted. In the quarter wave plate, when the angle formed by the optical axis of the wave plate and the direction of the linearly polarized light is 45 °, the light is emitted from the linearly polarized light as circularly polarized light.
JP-A-10-335758 R. Dorn, S .; Quabis, and G.G. Leuchs, Phys. Rev, Lett. 91,233901 (2003) Photonic Lattice Website Products & Applications Optical Elements Photonic Crystal Composite Optical Elements [Search January 5, 2006], Internet <URL: http://www.photonic-lattice.com/index.html>

ところで、第2高調波顕微鏡(SHG:Second Harmonic Generation)、分子配向検出用のレーザ蛍光顕微鏡、ラマン顕微鏡、近接場顕微鏡等で、集光電場のz成分を大きくするため、又は、小さくすることが望まれている。図12(a)に示すように、偏光軸が放射状になるラディアル偏光、あるいは、ラディアル偏光と直交する方向に直線偏光が分布するアジマス偏光の生成が望まれている。ラディアル偏光及びアジマス偏光では、Ex,Eyがx、yの分布を有する。ラディアル偏光では、図12(a)に示すように中心の1点から放射状の方向に沿って直線偏光が分布している。また、アジマス偏光では、図12(b)に示すように、ラディアル偏光と直交する方向に直線偏光が分布している。このように、光束断面において、光の電気ベクトルの振動方向が空間的な分布を有する偏光状態を形成する光学素子が望まれている。   By the way, in the second harmonic microscope (SHG: Second Harmonic Generation), a laser fluorescence microscope for detecting molecular orientation, a Raman microscope, a near-field microscope, etc., the z component of the focused electric field can be increased or decreased. It is desired. As shown in FIG. 12A, it is desired to generate radial polarized light whose polarization axis is radial, or azimuth polarized light in which linearly polarized light is distributed in a direction orthogonal to the radial polarized light. In radial polarization and azimuth polarization, Ex and Ey have distributions of x and y. In the radial polarization, as shown in FIG. 12A, linearly polarized light is distributed along a radial direction from one central point. In azimuth polarized light, as shown in FIG. 12B, linearly polarized light is distributed in a direction orthogonal to radial polarized light. Thus, there is a demand for an optical element that forms a polarization state in which the vibration direction of the electric vector of light has a spatial distribution in the light beam cross section.

ラディアル偏光状態の光ビームを、例えば、対物レンズで集光して試料に照射すると、試料上で、光の電気ベクトルのz成分が大きくなる。一方、アジマス偏光を、対物レンズで集光して試料に照射すると、試料上で、光の電気ベクトルのz成分が小さくなる。従って、ラディアル偏光又はアジマス偏光状態を生成する光学素子は、様々な用途に対して利用することが期待される。しかしながら、このような光学素子については、その製造方法が確立されておらず、高い生産性で製造することができないという問題点があった。   When a light beam in a radial polarization state is collected by, for example, an objective lens and irradiated on the sample, the z component of the electric vector of light increases on the sample. On the other hand, when the azimuth polarized light is condensed by the objective lens and irradiated on the sample, the z component of the electric vector of light becomes small on the sample. Therefore, an optical element that generates a radial polarization state or an azimuth polarization state is expected to be used for various applications. However, such an optical element has a problem that its manufacturing method has not been established and it cannot be manufactured with high productivity.

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、光を所定の偏光状態とすることができる偏光制御素子及びその製造方法、並びに当該偏光制御素子を用いた顕微鏡を提供することである。   The present invention has been made against the background of such circumstances, and an object of the present invention is to use a polarization control element capable of bringing light into a predetermined polarization state, a method for manufacturing the same, and the polarization control element. Is to provide a microscope.

本発明の第1の態様にかかる偏光制御素子は、入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させる偏光制御素子であって、放射状に8以上分割された分割領域であって、入射した光の位相をずらして出射する波長板がそれぞれ設けられている分割領域を有し、互いに対向する分割領域に設けられている1対の波長板の光学軸が略直交しているものである。これにより、擬似ラディアル偏光、又は擬似アジマス偏光を容易に実現することができる。   The polarization control element according to the first aspect of the present invention is a polarization control element that changes the polarization state of incident light in accordance with the incident position, and is a divided region that is radially divided into eight or more, and the incident light. In this example, there are divided regions each provided with a wavelength plate that emits light with a phase shifted, and the optical axes of a pair of wavelength plates provided in the opposite divided regions are substantially orthogonal to each other. Thereby, pseudo radial polarization or pseudo azimuth polarization can be easily realized.

本発明の第2の態様にかかる偏光制御素子は、上述の偏光制御素子において、前記波長板が、前記基板上に形成されたフォトニック結晶を有しているものである。これにより、分割領域の境界において、偏光状態が乱れるのを防ぐことができる。   The polarization control element according to the second aspect of the present invention is the polarization control element described above, wherein the wavelength plate has a photonic crystal formed on the substrate. Thereby, it is possible to prevent the polarization state from being disturbed at the boundary between the divided regions.

本発明の第3の態様にかかる偏光制御素子は、上述の偏光制御素子において、放射状に分割された波長板を基板に貼り付けることによって、前記分割領域が形成されていることを特徴とするものである。簡便な構成で、擬似ラディアル偏光、又は擬似アジマス偏光を容易に実現することができる。   A polarization control element according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the above-described polarization control element, the divided region is formed by attaching a radially divided wave plate to a substrate. It is. With a simple configuration, pseudo radial polarization or pseudo azimuth polarization can be easily realized.

本発明の第4の態様にかかる偏光制御素子は、上述の偏光制御素子において、前記分割領域が16個設けられているものである。これにより、ラディアル偏光、又はアジマス偏光により近い偏光状態とすることができる。   A polarization control element according to a fourth aspect of the present invention is the polarization control element described above, wherein the 16 divided regions are provided. Thereby, it can be set as the polarization state closer to radial polarization or azimuth polarization.

本発明の第5の態様にかかる偏光制御素子は、上述の偏光制御素子において、前記波長板の光学軸を識別するための識別マークが設けられていることを特徴とするものである。これにより、偏光制御素子100を配置する際に、簡便に角度を調整することができる   A polarization control element according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that an identification mark for identifying the optical axis of the wave plate is provided in the polarization control element described above. Thereby, when arrange | positioning the polarization control element 100, an angle can be adjusted simply.

本発明の第6の態様にかかるレーザ顕微鏡は、上記に偏光制御素子と、前記偏光制御素子に入射する光を出射する光源と、前記偏光制御素子から出射された光を集光して、試料に照射する対物レンズとを備えるものである。これにより、電気ベクトルのz成分を高くすること、又は、z成分を低くすることができ、レーザ顕微鏡の利用分野を拡大することができる。   A laser microscope according to a sixth aspect of the present invention includes a polarization control element, a light source that emits light incident on the polarization control element, and a light that is collected from the polarization control element. And an objective lens for irradiating the lens. Thereby, z component of an electric vector can be made high or z component can be made low, and the application field of a laser microscope can be expanded.

本発明の第7の態様にかかる偏光制御素子の製造方法は、入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させる偏光制御素子の製造方法であって、基板上において放射状に2以上分割された分割領域毎に所定の方向の溝パターンを形成して、前記溝パターンが設けられた基板上に、複数の誘電膜の周期構造からなるフォトニック結晶を形成して、対向する前記分割領域に光学軸が略直交する波長板を形成するものである。これにより、簡便な方法で、擬似ラディアル偏光、又は擬似アジマス偏光を実現できる偏光制御素子を製造することができる。   A method for manufacturing a polarization control element according to a seventh aspect of the present invention is a method for manufacturing a polarization control element that changes a polarization state of incident light in accordance with an incident position, and is divided into two or more radially on a substrate. A groove pattern in a predetermined direction is formed for each divided region, a photonic crystal having a periodic structure of a plurality of dielectric films is formed on a substrate provided with the groove pattern, and an optical element is formed on the opposed divided regions. A wave plate whose axes are substantially orthogonal is formed. Thereby, the polarization control element which can implement | achieve pseudo radial polarization or pseudo azimuth polarization by a simple method can be manufactured.

本発明の第8の態様にかかる偏光制御素子の製造方法は、入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させる偏光制御素子の製造方法であって、所定の方向に光学軸が設けられている波長板を複数用意し、前記光学軸と切断線が成す角度が前記複数の波長板毎に異なる角度となるよう、前記波長板のそれぞれを放射状に分割して、それぞれの波長板から2以上の分割領域を形成し、入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させる偏光制御素子の製造方法であって、前記複数の波長板から形成された複数の分割領域の中から所定数の分割領域を選択し、前記複数の波長板のうち、第1の波長板から選択された分割領域を基板に貼り付け、前記第1の波長板から選択された分割領域の隣に、前記複数の波長板のうち、他の波長板から選択された分割領域を貼り付け、対向する分割領域において、波長板の光学軸が直交するよう配置するものである。これにより、簡便な方法で、擬似ラディアル偏光、又は擬似アジマス偏光を実現できる偏光制御素子を製造することができる。   A method for manufacturing a polarization control element according to an eighth aspect of the present invention is a method for manufacturing a polarization control element that changes the polarization state of incident light according to an incident position, and an optical axis is provided in a predetermined direction. A plurality of wave plates are prepared, and each of the wave plates is radially divided so that an angle formed by the optical axis and the cutting line is different for each of the wave plates, and two or more from each wave plate A polarization control element that changes the polarization state of incident light according to an incident position, wherein a predetermined number of divided areas are formed from the plurality of divided areas formed from the plurality of wavelength plates. A region is selected, and among the plurality of wave plates, a divided region selected from the first wave plate is attached to the substrate, and the plurality of wavelengths are adjacent to the divided region selected from the first wave plate. Of the plates selected from other wave plates Paste regions, on opposite divided region, in which the optical axis of the wavelength plate is arranged perpendicular. Thereby, the polarization control element which can implement | achieve pseudo radial polarization or pseudo azimuth polarization by a simple method can be manufactured.

本発明の第9の態様にかかる偏光制御素子の製造方法は、上述の製造方法において、前記第1の波長板から分割された分割領域のうち、前記基板に貼り合わされていない分割領域を他の基板上に貼り合わせ、前記第2の波長板から分割された分割領域のうち、前記基板に貼りあわされていない分割領域を、前記第1の波長板から分割された分割領域の隣に配置されるよう、前記他の基板に貼り合わせるものである。これにより、材料費を低減することができ、高い生産性で製造することができる。   A polarization control element manufacturing method according to a ninth aspect of the present invention is the above-described manufacturing method, wherein, among the divided regions divided from the first wave plate, other divided regions that are not bonded to the substrate are used. Of the divided regions that are bonded to the substrate and divided from the second wave plate, the divided regions that are not bonded to the substrate are arranged next to the divided region that is divided from the first wave plate. In this way, it is bonded to the other substrate. Thereby, material cost can be reduced and it can manufacture with high productivity.

本発明によれば、所定の偏光状態とすることができる偏光制御素子及びその製造方法、並びに顕微鏡を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polarization control element which can be set as a predetermined polarization state, its manufacturing method, and a microscope can be provided.

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。   Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description is omitted and simplified as appropriate. Further, those skilled in the art will be able to easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and abbreviate | omits description suitably.

発明の実施の形態1.
本発明の実施の形態にかかる偏光制御素子について、図1を参照して説明する。図1(a)は、本実施の形態にかかる偏光制御素子の構成を模式的に示す正面図である。図1(b)は本実施の形態にかかる偏光制御素子の構成を示す側面図である。ここでは、本発明にかかる偏光制御素子の一例として、8分割されている偏光制御素子100について説明する。また、板状の偏光制御素子100が配置される面を図1(a)に示すようにXY平面とする。また、図1(b)に示すように、偏光制御素子100と垂直な方向をZ方向とする。従って、偏光制御素子100を通過する光ビームは、通常Z方向に沿って伝播する。
Embodiment 1 of the Invention
A polarization control element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Fig.1 (a) is a front view which shows typically the structure of the polarization control element concerning this Embodiment. FIG.1 (b) is a side view which shows the structure of the polarization control element concerning this Embodiment. Here, the polarization control element 100 divided into eight will be described as an example of the polarization control element according to the present invention. Further, the surface on which the plate-like polarization control element 100 is arranged is an XY plane as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1B, the direction perpendicular to the polarization control element 100 is taken as the Z direction. Therefore, the light beam that passes through the polarization control element 100 usually propagates along the Z direction.

偏光制御素子100は、ガラス等からなる透明な基板50を有している。この、基板50は、放射状に分割された8つの領域を有している。図1に示すように、この8つの領域を分割領域51〜分割領域58とする。すなわち、偏光制御素子100は、8つの分割領域51〜58を備えている。分割領域51〜58は、中心点に対して対称に分割されている。従って、8つの偏光制御素子100は、放射状に配置されている。このように、放射状に分割された8つの領域が分割領域51〜分割領域58となる。それぞれの分割領域の大きさは等しくなっている。分割領域51〜58は周方向の全体にわたって設けられている。従って、分割領域51〜58のそれぞれは、中心点近傍の点に対応する内角が45°の二等辺三角形となる。そして、分割領域51〜分割領域58を合わせた形状は、正八角形となる。換言すると、正八8角形を放射状に8等分した三角形が、分割領域51〜58となる。なお、分割領域の中心点は、基板50の中心でなくてもよい。すなわち、基板50の中心と、分割領域の中心とは、一致していなくてもよい。   The polarization control element 100 has a transparent substrate 50 made of glass or the like. The substrate 50 has eight regions divided radially. As shown in FIG. 1, these eight areas are defined as a divided area 51 to a divided area 58. That is, the polarization control element 100 includes eight divided regions 51 to 58. The divided areas 51 to 58 are divided symmetrically with respect to the center point. Therefore, the eight polarization control elements 100 are arranged radially. In this way, the eight regions divided radially are divided regions 51 to 58. The size of each divided area is equal. The divided areas 51 to 58 are provided over the entire circumferential direction. Accordingly, each of the divided regions 51 to 58 is an isosceles triangle having an internal angle of 45 ° corresponding to a point near the center point. The combined shape of the divided areas 51 to 58 is a regular octagon. In other words, triangles obtained by dividing a regular octagon into eight equal parts are divided areas 51 to 58. Note that the center point of the divided region may not be the center of the substrate 50. That is, the center of the substrate 50 and the center of the divided region do not have to coincide with each other.

分割領域51〜分割領域58にはそれぞれ異なる方向の光学軸を有する1/2波長板が設けられている。すなわち、分割領域51〜分割領域58毎に、光の振動方向が異なっている。図1(a)には、分割領域51〜分割領域58における光学軸が矢印で示されている。ここで、それぞれの分割領域の光学軸は、隣の分割領域の光学軸から22.5°ずれている。すなわち、Y軸の方向を基準とすると、図1に示すように、分割領域51における波長板の光学軸の角度は0°となり、分割領域52の光学軸は−22.5°となり、分割領域52の光学軸は−45°となり、分割領域54の光学軸は−67.5°となっている。また、分割領域58の光学軸は22.5°であり、分割領域57の光学軸は45°となり、分割領域56の光学軸は67.5°となり、分割領域55の光学軸は、90°となる。   Each of the divided regions 51 to 58 is provided with a half-wave plate having optical axes in different directions. That is, the vibration direction of light is different for each of the divided areas 51 to 58. In FIG. 1A, the optical axes in the divided areas 51 to 58 are indicated by arrows. Here, the optical axis of each divided region is shifted by 22.5 ° from the optical axis of the adjacent divided region. That is, with reference to the direction of the Y-axis, as shown in FIG. 1, the angle of the optical axis of the wave plate in the divided region 51 is 0 °, the optical axis of the divided region 52 is −22.5 °, and the divided region The optical axis of 52 is −45 °, and the optical axis of the divided region 54 is −67.5 °. The optical axis of the divided area 58 is 22.5 °, the optical axis of the divided area 57 is 45 °, the optical axis of the divided area 56 is 67.5 °, and the optical axis of the divided area 55 is 90 °. It becomes.

従って、中心点に対して互いに対向する分割領域に設けられている1対の波長板は、光学軸が直交する。例えば、分割領域51の光学軸は0°であり、分割領域51に対向する分割領域55の光学軸は90°となっている。また、分割領域52の光学軸と、分割領域56の光学軸は、互いに直交している。同様に、分割領域53と分割領域57とでは、光学軸が直交しており、分割領域54と分割領域58とでは、光学軸が直交している。換言すると、互いに対向する分割領域に設けられている一対の波長板の光学軸の角度の差が90°となっている。このように、分割領域51〜58の中心点を挟んで対角に配置された一対の分割領域には、光学軸が90°異なる波長板が設けられる。   Accordingly, the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided regions facing each other with respect to the center point are orthogonal to each other. For example, the optical axis of the divided area 51 is 0 °, and the optical axis of the divided area 55 facing the divided area 51 is 90 °. The optical axis of the divided area 52 and the optical axis of the divided area 56 are orthogonal to each other. Similarly, the divided regions 53 and 57 have orthogonal optical axes, and the divided regions 54 and 58 have orthogonal optical axes. In other words, the angle difference between the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided regions facing each other is 90 °. As described above, the pair of divided regions arranged diagonally across the center point of the divided regions 51 to 58 are provided with wave plates having different optical axes by 90 °.

1/2波長板は、入射光に1/2波長の位相差を与えて出射する。従って、直線偏光の方位が1/2波長板における光学軸に対して成す角度をθとすると、1/2波長板を通過した光は、元の直線偏光から2θだけ回転した直線偏光の光となる。例えば、1/2波長板の光学軸と、直線偏光の偏光軸とが45°ずれている場合、1/2波長板は、偏光軸が90°ずれた直線偏光を出射する。なお、波長板は基板50の表側の面50aに設けられる。また、裏側の面50bには、反射を防止するため、ARコートを施すことが好ましい。   The half-wave plate emits incident light with a half-wave phase difference. Therefore, if the angle formed by the direction of the linearly polarized light with respect to the optical axis of the half-wave plate is θ, the light passing through the half-wave plate is the linearly polarized light rotated by 2θ from the original linearly polarized light. Become. For example, when the optical axis of the half-wave plate and the polarization axis of linearly polarized light are shifted by 45 °, the half-wave plate emits linearly polarized light whose polarization axis is shifted by 90 °. The wavelength plate is provided on the front surface 50 a of the substrate 50. Moreover, it is preferable to apply AR coating to the back surface 50b in order to prevent reflection.

図1に示す偏光制御素子100から出射される光の偏光状態について図2を用いて説明する。図2では、偏光軸がY方向に沿った方向である直線偏光が入射した場合を示している。従って、入射偏光方位が0°の直線偏光が入射した時に出射される出射光の偏光方位について説明する。すなわち、分割領域51の光学軸と、入射光の偏光軸が一致している場合について説明する。図2には、各分割領域から出射される出射光の偏光軸が矢印でそれぞれ示されている。分割領域51〜分割領域58から出射される直線偏光の偏光軸は放射状になっている。なお、図2では、基板50について省略して図示している。   A polarization state of light emitted from the polarization control element 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a case where linearly polarized light having a polarization axis along the Y direction is incident. Therefore, the polarization azimuth of the outgoing light that is emitted when linearly polarized light having an incident polarization azimuth of 0 ° is described. That is, the case where the optical axis of the divided region 51 and the polarization axis of the incident light coincide with each other will be described. In FIG. 2, the polarization axes of the emitted light emitted from each divided region are indicated by arrows. The polarization axes of the linearly polarized light emitted from the divided areas 51 to 58 are radial. In FIG. 2, the substrate 50 is not shown.

具体的には、中心点に対して対向する一対の分割領域から出射される直線偏光の偏光軸が平行になっている。そして、対向する一対の分割領域では振動方向が反対になっている。また、隣接する分割領域から出射される光の偏光軸は45°ずれている。例えば、分割領域51及び分割領域55から出射する光の偏光軸は、0°である。また、分割領域52及び分割領域56から出射される光の偏光軸は、−45°であり、分割領域53及び分割領域57から出射される光の偏光軸は90°であり、分割領域54及び分割領域58から出射される光の偏光軸は、+45°である。従って、入射位置に応じて偏光軸の角度が変化して、出射偏光変位が放射状となる。このように、本実施の形態にかかる偏光制御素子100は、入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させ、所望の偏光状態になるよう制御する。   Specifically, the polarization axes of linearly polarized light emitted from a pair of divided regions facing the center point are parallel. And a vibration direction is opposite in a pair of division area which opposes. Further, the polarization axis of the light emitted from the adjacent divided regions is shifted by 45 °. For example, the polarization axis of the light emitted from the divided area 51 and the divided area 55 is 0 °. Further, the polarization axis of the light emitted from the divided region 52 and the divided region 56 is −45 °, and the polarization axis of the light emitted from the divided region 53 and the divided region 57 is 90 °. The polarization axis of the light emitted from the divided region 58 is + 45 °. Therefore, the angle of the polarization axis changes according to the incident position, and the outgoing polarization displacement becomes radial. As described above, the polarization control element 100 according to the present embodiment controls the polarization state of incident light to change to a desired polarization state according to the incident position.

上記の偏光制御素子100に直線偏光を入射させることで、ラディアル偏光に近い偏光状態となるよう制御することができる。すなわち、直線偏光をラディアル偏光に近似する擬似ラディアル偏光にすることができる。また、上記の偏光制御素子100に対して偏光軸がX方向の直線偏光を入射することによって、偏光軸が円形に近い形状となる。従って、アジマス偏光に近い偏光状態とすることができる。すなわち、アジマス偏光に近似する擬似アジマス偏光にすることができる。このときのxy平面における偏光軸の分布は図3に示すようになる。   By making linearly polarized light incident on the polarization control element 100, it is possible to control the polarization state to be close to radial polarization. That is, the linearly polarized light can be changed to pseudo radial polarized light that approximates radial polarized light. Further, when linearly polarized light whose polarization axis is in the X direction is incident on the polarization control element 100, the polarization axis has a shape close to a circle. Therefore, a polarization state close to azimuth polarization can be obtained. That is, pseudo azimuth polarized light approximate to azimuth polarized light can be obtained. The distribution of the polarization axes in the xy plane at this time is as shown in FIG.

偏光制御素子100の分割数を増加させることによって、よりラディアル偏光又はアジマス偏光に近い偏光状態とすることができる。すなわち、分割領域の数を増やすこと偏光軸がよりなめらかに変化する。換言すると、分割数を無限大にすると、図12(a)示すような理想的なラディアル偏光状態又は、図12(b)に示すような理想的なアジマス偏光状態を生成することができる。分割数は、偶数であることが好ましく、例えば、2あるいは4以上とすることができる。さらに、電場ベクトルのz成分を高くするためには、分割数を8以上とすることが好ましく、16以上とすることがより好ましい。すなわち、分割数を2n(nは1以上の整数)とすることが好ましい。また、分割領域の中心点に対して対称に分割し、対向する分割領域の大きさを同じとすることが好ましい。すなわち、分割領域の中心角を等しくして、同じ大きさの分割領域とすることが好ましい。例えば、分割数を2nとすると、1つの分割領域に対応する角度は、360度/2nとなる。   By increasing the number of divisions of the polarization control element 100, a polarization state closer to radial polarization or azimuth polarization can be achieved. In other words, increasing the number of divided regions changes the polarization axis more smoothly. In other words, when the number of divisions is infinite, an ideal radial polarization state as shown in FIG. 12A or an ideal azimuth polarization state as shown in FIG. 12B can be generated. The number of divisions is preferably an even number, and can be, for example, 2 or 4 or more. Furthermore, in order to increase the z component of the electric field vector, the number of divisions is preferably 8 or more, and more preferably 16 or more. That is, the number of divisions is preferably 2n (n is an integer of 1 or more). Moreover, it is preferable to divide symmetrically with respect to the center point of a divided area and to make the size of the opposed divided areas the same. In other words, it is preferable that the central angles of the divided areas are equal to each other so that the divided areas have the same size. For example, if the number of divisions is 2n, the angle corresponding to one divided region is 360 degrees / 2n.

具体的には、例えば、分割数が16の場合、波長板の光学軸を隣の分割領域から11.25°ずらす。これにより、対向する分割領域で、光学軸が直交する。そして、この偏光制御素子に一定角度の偏光軸を入射させると、直線偏光が擬似ラディアル偏光又は擬似アジマス偏光となって出射される。   Specifically, for example, when the number of divisions is 16, the optical axis of the wave plate is shifted by 11.25 ° from the adjacent division region. As a result, the optical axes are orthogonal to each other in the divided areas facing each other. When a polarization axis having a certain angle is incident on the polarization control element, linearly polarized light is emitted as pseudo radial polarized light or pseudo azimuth polarized light.

なお、光束に任意の断面(z=z)において、ラディアル偏光状態における電気ベクトルのx成分及びy成分は、以下のように示される。
Ex=x/(x+y)・A・sin(kz−wt−c)
Ey=y/(x+y)・A・sin(kz−wt−c)
また、アジマス偏光状態における電気ベクトルのx成分及びy成分は、以下のように示される。
Ex=x/(x+y)・A・sin(kz−wt−c)
Ey=y/(x+y)・A・sin(kz−wt−c)
ただし、光束断面のある一点を原点(x=0,y=0)とする。ここで、wは光の振動数であり、kは波数、tは時間、cは任意の定数である。
In the arbitrary cross section (z = z 1 ) of the light beam, the x component and the y component of the electric vector in the radial polarization state are expressed as follows.
Ex = x / (x 2 + y 2 ) · A · sin (kz 1 -wt-c)
Ey = y / (x 2 + y 2 ) · A · sin (kz 1 -wt-c)
Further, the x component and the y component of the electric vector in the azimuth polarization state are shown as follows.
Ex = x / (x 2 + y 2 ) · A · sin (kz 1 -wt-c)
Ey = y / (x 2 + y 2 ) · A · sin (kz 1 -wt-c)
However, one point on the beam cross section is defined as the origin (x = 0, y = 0). Here, w is the frequency of light, k is the wave number, t is time, and c is an arbitrary constant.

擬似ラディアル偏光、及び擬似アジマス偏光に関しては、2n等分の場合、各分割領域における光学軸の方向を以下のように定義することができる。但し、以下の式では、入射する直線偏光の偏光軸を0°としている。
擬似ラディアル偏光を生成する場合における1/2波長板の光学軸
90°/n×i(i=0、1、2、3・・・、n−1)
直線偏光に対して擬似アジマス偏光を生成する場合における1/2波長板の光学軸
90°/n×i+45°(i=0、1、2、3・・・、n−1)
With regard to pseudo radial polarization and pseudo azimuth polarization, in the case of 2n equal parts, the direction of the optical axis in each divided region can be defined as follows. However, in the following formula, the polarization axis of incident linearly polarized light is set to 0 °.
Optical axis 90 ° / n × i (i = 0, 1, 2, 3,..., N−1) of the half-wave plate in the case of generating pseudo radial polarization
Optical axis 90 ° / n × i + 45 ° of a half-wave plate in the case of generating pseudo azimuth polarized light with respect to linearly polarized light (i = 0, 1, 2, 3,..., N−1)

また、図1に示すように、偏光制御素子100には、波長板における光学軸の方向を識別するための識別マーク59が設けられている。識別マーク59は、分割領域51の上に設けられている。すなわち、分割領域51の外側に設けられている。従って、識別マーク59に対応する分割領域51の光学軸を容易に判別することができる。これにより、偏光制御素子100を配置する際に、簡便に角度を調整することができる。   As shown in FIG. 1, the polarization control element 100 is provided with an identification mark 59 for identifying the direction of the optical axis in the wave plate. The identification mark 59 is provided on the divided area 51. That is, it is provided outside the divided area 51. Therefore, the optical axis of the divided region 51 corresponding to the identification mark 59 can be easily determined. Thereby, when arrange | positioning the polarization control element 100, an angle can be adjusted simply.

上記の偏光制御素子100は、例えば、基板50の上にフォトニック結晶を形成することで製造することができる。これにより、分割領域51〜分割領域58に異なる光学軸を有する波長板を設けることができる。具体的には、基板50の表側の面50aをフォトニック結晶の成長面とする。分割領域51〜分割領域58の波長板の光学軸は、フォトニック結晶の方向によって設定することができる。なお、フォトニック結晶とは、複数の誘電体を光の波長程度の周期で交互に積層した構造体であり、例えば、特開平10−335758号公報に示されている製造方法で形成することができる。具体的には、ガラスなどの透明な基板50上にエッチング処理を行い、所定のパターン溝を形成する。パターン溝は、基板上に所定の幅で周期的に形成される。また、パターン溝は、それぞれの分割領域の光学軸に対応する方向に形成される。例えば、対向する分割領域で、パターン溝を直交する方向に形成する。また、隣に分割領域とパターン溝の方向をずらして形成する。従って、分割領域毎に、パターン溝が異なる方向に形成される。また、エッチング処理としては、例えば、イオンビームエッチング処理を用いることができる。これにより、フォトニック結晶を形成するためのパターン溝を精度よく形成することができる。   The above-described polarization control element 100 can be manufactured, for example, by forming a photonic crystal on the substrate 50. Thereby, the wavelength plate which has a different optical axis in the division area 51-the division area 58 can be provided. Specifically, the surface 50a on the front side of the substrate 50 is a growth surface of the photonic crystal. The optical axes of the wavelength plates of the divided regions 51 to 58 can be set according to the direction of the photonic crystal. A photonic crystal is a structure in which a plurality of dielectrics are alternately stacked with a period of about the wavelength of light. For example, the photonic crystal can be formed by a manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-335758. it can. Specifically, an etching process is performed on a transparent substrate 50 such as glass to form a predetermined pattern groove. The pattern grooves are periodically formed with a predetermined width on the substrate. The pattern groove is formed in a direction corresponding to the optical axis of each divided region. For example, the pattern grooves are formed in the orthogonal direction in the opposed divided regions. In addition, the direction of the divided region and the pattern groove is shifted adjacently. Therefore, the pattern grooves are formed in different directions for each divided region. As the etching process, for example, an ion beam etching process can be used. Thereby, the pattern groove | channel for forming a photonic crystal can be formed accurately.

そして、このパターン溝の上から、屈折率の異なる複数の誘電体を交互に積層していく。これらの誘電体としては、例えば、低屈折材料のSiOと、高屈折材料のSiとを用いることができる。また、高屈折材料としてTaを用いることもできる。これらの誘電体膜は、例えば、バイアススパッタリングによって形成する。これにより、成膜と当時に、スパッタエッチングが行われ、所望の周期構造にすることができる。すなわち、自己クローニング方法によってフォトニック結晶を形成することが好ましい。自己クローニング方法とは、予め、凹凸パターン(溝パターン)を形成した基板上に複数の材料をスパッタ成膜及びスパッタエッチングの組み合わせで周期的に成膜したものである。これにより、一定の凹凸の定常構造が発生し、下層の膜から上層の膜へと正確に伝わりながら、多層膜が形成される。成膜条件は、例えば、特開平10−335758号公報に記載のものとすることができる。この誘電体膜を、入射される光の波長程度の周期で交互に積層する。これにより、溝パターンの方向に沿って、フォトニック結晶が成長していく。従って、所望の三次元構造を得ることができ、波長板の光学軸を、所望の方向にすることができる。このように、簡便に所望の光学軸を有する波長板を形成することができる。そして、パターン溝に方向を分割領域毎に変えることによって、偏光状態を制御することができる。すなわち、入射光の入射位置に応じて、異なる偏光状態となるよう制御することができる。 Then, a plurality of dielectrics having different refractive indexes are alternately stacked on the pattern groove. As these dielectrics, for example, a low refractive material SiO 2 and a high refractive material Si can be used. Further, Ta 2 O 5 can be used as the high refractive material. These dielectric films are formed by bias sputtering, for example. Thereby, sputter etching is performed at the time of film formation and at that time, and a desired periodic structure can be obtained. That is, it is preferable to form a photonic crystal by a self-cloning method. The self-cloning method is a method in which a plurality of materials are periodically formed in advance by a combination of sputter film formation and sputter etching on a substrate on which an uneven pattern (groove pattern) is formed. As a result, a steady structure with a certain unevenness is generated, and a multilayer film is formed while being accurately transmitted from the lower film to the upper film. The film forming conditions can be, for example, those described in JP-A-10-335758. The dielectric films are alternately stacked with a period of about the wavelength of incident light. Thereby, the photonic crystal grows along the direction of the groove pattern. Therefore, a desired three-dimensional structure can be obtained, and the optical axis of the wave plate can be set in a desired direction. In this way, a wave plate having a desired optical axis can be easily formed. The polarization state can be controlled by changing the direction of the pattern groove for each divided region. That is, it can be controlled so as to have different polarization states according to the incident position of the incident light.

自己クローニング方法によってフォトニック結晶を形成することで、精度高くなり、回折光等の影響を低減することができる。すなわち、フォトニック結晶を用いて波長板を形成することによって、分割領域の境界近傍においても、偏光状態が乱されることがなくなる。よって、よりアジマス偏光又はラディアル偏光に近い偏光状態を生成することができる。本実施の形態では、フォトニック結晶を基板上に形成して、基板上に波長板を設けている。従って、簡易な方法で、所望の偏光状態を生成することができる偏光制御素子を製造することができる。これにより、偏光制御素子を高い生産性で製造することができる。   By forming a photonic crystal by the self-cloning method, the accuracy is improved and the influence of diffracted light or the like can be reduced. That is, by forming a wave plate using a photonic crystal, the polarization state is not disturbed even in the vicinity of the boundary of the divided regions. Therefore, a polarization state closer to azimuth polarization or radial polarization can be generated. In this embodiment, a photonic crystal is formed on a substrate, and a wavelength plate is provided on the substrate. Therefore, a polarization control element capable of generating a desired polarization state can be manufactured by a simple method. Thereby, a polarization control element can be manufactured with high productivity.

また、識別マーク59は、例えば、エッチング処理によって形成することができる。さらに、識別マーク59は、上記のパターン溝を形成する際のエッチング処理で形成することが好ましい。これにより、別途、識別マーク59を形成するための工程が不要となるため、簡便に識別マーク59を形成することができる。もちろん、エッチング処理以外の方法で、識別マークを形成してもよい。これにより、波長板の光学軸の方向を容易に識別することができる。また、基板50の一部に切欠やマーキングを施すことによって識別マークを形成してもよい。   The identification mark 59 can be formed by, for example, an etching process. Further, the identification mark 59 is preferably formed by an etching process when forming the pattern groove. This eliminates the need for a separate step for forming the identification mark 59, so that the identification mark 59 can be easily formed. Of course, the identification mark may be formed by a method other than the etching process. Thereby, the direction of the optical axis of the wave plate can be easily identified. Further, the identification mark may be formed by notching or marking a part of the substrate 50.

具体的な1例としては、1辺が15mmで厚さが0.5mmの基板50を用いることができる。基板50には、透明なガラス基板を用いることができる。また、分割領域51〜58を合わせた領域は、X方向及びY方向に12mmとすることができる。この場合、有効なビーム径は、10mmとなる。すなわち、スポット径が10mmで、擬似アジマス偏光、又は、擬似ラディアル偏光の光ビームを生成することができる。この有効径は、例えば、顕微鏡における対物レンズの瞳径程度とすることができる。ビーム径が1mmのとき、平均パワーが2Wのレーザ光を照射することができる。   As a specific example, a substrate 50 having a side of 15 mm and a thickness of 0.5 mm can be used. As the substrate 50, a transparent glass substrate can be used. Further, the combined area of the divided areas 51 to 58 can be 12 mm in the X direction and the Y direction. In this case, the effective beam diameter is 10 mm. That is, it is possible to generate a pseudo-azimuth polarized light beam or a pseudo radial polarized light beam with a spot diameter of 10 mm. This effective diameter can be, for example, about the pupil diameter of an objective lens in a microscope. When the beam diameter is 1 mm, laser light having an average power of 2 W can be irradiated.

発明の実施の形態2.
本実施の形態にかかる偏光制御素子は、4つの分割領域を備えている。この4つの分割領域は、実施の形態1と同様に放射状に分割されている。そして、対向する領域に設けられている1対の波長板の光学軸が直交している。これにより、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態1と同様の構成については説明を省略する。但し、本実施の形態にかかる偏光制御素子は、実施の形態1と異なる方法により製造されている。すなわち、実施の形態1ではフォトニック結晶を用いて波長板を形成したが、本実施の形態では、波長板を複数に分割して分割領域を形成する。この分割領域を基板に貼りつけることによって、偏光制御素子を形成している。
Embodiment 2 of the Invention
The polarization control element according to the present embodiment includes four divided regions. These four divided areas are divided radially as in the first embodiment. The optical axes of the pair of wave plates provided in the opposing regions are orthogonal to each other. Thereby, the effect similar to Embodiment 1 can be acquired. Note that the description of the same configuration as that of Embodiment 1 is omitted. However, the polarization control element according to the present embodiment is manufactured by a method different from that of the first embodiment. That is, although the wavelength plate is formed using the photonic crystal in the first embodiment, in this embodiment, the wavelength plate is divided into a plurality of divided regions. The polarization control element is formed by attaching the divided region to the substrate.

本本実施の形態にかかる偏光制御素子の製造工程について図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態にかかる偏光制御素子の製造工程を示す正面図である。まず、図4(a)に示すように、2枚の波長板60、70を用意する。また、2枚の偏光制御素子を形成するため、図4(b)に示すよう2枚の基板80、81が用意されている。2枚の波長板60、70は、通常の1/2波長板であり、直線偏光の偏光軸を90°回転させるものである。この2枚の波長板60、70にはそれぞれオリフラが設けられている。すなわち、円盤状の波長板の一部に切欠が設けられている。ここで、図4(a)に示すように、1枚目の波長板を波長板60とし、2枚目の波長板を波長板70とする。それぞれの波長板60、70の光学軸は、図4中の矢印に示されている。波長板60の光学軸は、オリフラとなる切欠の方向と直交している。一方、波長板70の光学軸は切欠の方向から45°傾いている。なお、波長板60、70は、ゼロオーダでもマルチオーダーでもよい。   A manufacturing process of the polarization control element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a front view showing a manufacturing process of the polarization control element according to this embodiment. First, as shown in FIG. 4A, two wave plates 60 and 70 are prepared. In addition, in order to form two polarization control elements, two substrates 80 and 81 are prepared as shown in FIG. The two wave plates 60 and 70 are normal half-wave plates and rotate the polarization axis of linearly polarized light by 90 °. The two wave plates 60 and 70 are each provided with an orientation flat. That is, a notch is provided in a part of the disc-shaped wave plate. Here, as shown in FIG. 4A, the first wave plate is the wave plate 60 and the second wave plate is the wave plate 70. The optical axes of the wave plates 60 and 70 are indicated by arrows in FIG. The optical axis of the wave plate 60 is orthogonal to the direction of the notch that becomes the orientation flat. On the other hand, the optical axis of the wave plate 70 is inclined 45 ° from the direction of the notch. The wave plates 60 and 70 may be zero order or multi-order.

用意した波長板60、70を図4(a)の点線で示されている切断線に沿って4分割する。これにより、波長板60、70は切断線に沿って切断され、放射状に4等分される。切断線は円形の中心を通り、互いに直交する。従って、中心角が90°の扇形の分割領域が生成される。図4(a)に示すように、波長板60が分割される領域を分割領域61〜64とし、波長板70が分割される領域を分割領域71〜74とする。このとき、分割領域61〜64の光学軸は、切断線の一方と平行になり、他方と垂直になっている。一方、分割領域71〜74の光学軸は、2本の切断線から45°傾いている。また、波長板60の切断線は、オリフラを横切るように配置され、波長板70の切断線はオリフラを横切らないよう、オリフラの外側に配置されている。   The prepared wave plates 60 and 70 are divided into four along the cutting line indicated by the dotted line in FIG. As a result, the wave plates 60 and 70 are cut along the cutting line, and are radially divided into four equal parts. The cutting lines pass through the center of the circle and are orthogonal to each other. Accordingly, a sector-shaped divided region having a central angle of 90 ° is generated. As shown in FIG. 4A, regions where the wave plate 60 is divided are divided regions 61 to 64, and regions where the wave plate 70 is divided are divided regions 71 to 74. At this time, the optical axes of the divided regions 61 to 64 are parallel to one of the cutting lines and perpendicular to the other. On the other hand, the optical axes of the divided regions 71 to 74 are inclined 45 ° from the two cutting lines. The cutting line of the wave plate 60 is arranged so as to cross the orientation flat, and the cutting line of the wave plate 70 is arranged outside the orientation flat so as not to cross the orientation flat.

この2枚の波長板60、70を用いることによって、2枚の偏光制御素子を製造することができる。具体的には、図4(b)に示すように波長板60の2つの分割領域61、62と波長板70の2つの分割領域72、73を基板80上に貼り合わせて、1枚目の偏光制御素子を形成することができる。また、波長板60の2つの分割領域63、64と、波長板70の2つの分割領域71、74を基板81上に貼り合わせて、2枚目の偏光制御素子を形成することができる。   By using the two wave plates 60 and 70, two polarization control elements can be manufactured. Specifically, as shown in FIG. 4B, the two divided regions 61 and 62 of the wave plate 60 and the two divided regions 72 and 73 of the wave plate 70 are bonded on the substrate 80, and the first sheet A polarization control element can be formed. Also, the two polarization regions 63 and 64 of the wave plate 60 and the two division regions 71 and 74 of the wave plate 70 can be bonded to the substrate 81 to form a second polarization control element.

具体的には、基板80の上に、分割領域61、62を貼り合わせる。波長板60において隣接して配置されていた分割領域61と分割領域62とが、基板80上では、対角に配置される。これにより、中心に対して対向する分割領域61と分割領域62とに設けられた1対の波長板の光学軸が直交する。そして、分割領域72、73を基板80に貼り合わせて、基板80上の分割領域61と分割領域62との間に分割領域72、73を配置する。これにより、中心に対して対向する分割領域72と分割領域73とに設けられた1対の波長板の光学軸が直交する。また、波長板60から分割された分割領域と、波長板70から分割された分割領域とが、円周方向において、交互に配置される。すなわち、円周方向には、分割領域61、分割領域72、分割領域62、分割領域73の順番で配置される。   Specifically, the divided regions 61 and 62 are bonded on the substrate 80. On the substrate 80, the divided regions 61 and the divided regions 62 that are arranged adjacent to each other on the wave plate 60 are arranged diagonally. Thereby, the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided region 61 and the divided region 62 facing the center are orthogonal to each other. Then, the divided areas 72 and 73 are bonded to the substrate 80, and the divided areas 72 and 73 are arranged between the divided areas 61 and 62 on the substrate 80. Thereby, the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided region 72 and the divided region 73 facing the center are orthogonal to each other. Further, the divided areas divided from the wave plate 60 and the divided areas divided from the wave plate 70 are alternately arranged in the circumferential direction. That is, in the circumferential direction, the divided area 61, the divided area 72, the divided area 62, and the divided area 73 are arranged in this order.

同様に、基板81の上に、分割領域63、64を貼り合わせる。ここでは、波長板60において隣接して配置されていた分割領域63と分割領域64とが、対角に配置される。これにより、中心に対して対向する分割領域63と分割領域64とに設けられた1対の波長板の光学軸が直交する。そして、分割領域71、74を基板81に貼り合わせて、基板81上の分割領域63と分割領域64との間に分割領域72、73を配置する。これにより、中心に対して対向する分割領域72と分割領域73とに設けられた1対の波長板の光学軸が直交する。また、波長板60から分割された分割領域と、波長板70から分割された分割領域とが、円周方向において、交互に配置される。すなわち、円周方向には、分割領域63、分割領域74、分割領域63、分割領域71の順番で配置される。これにより、2枚の波長板から2枚の偏光制御素子を製造することができ、生産性を向上することができる。   Similarly, the divided regions 63 and 64 are bonded onto the substrate 81. Here, the divided region 63 and the divided region 64 that are arranged adjacent to each other in the wave plate 60 are arranged diagonally. Thereby, the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided region 63 and the divided region 64 facing the center are orthogonal to each other. Then, the divided areas 71 and 74 are bonded to the substrate 81, and the divided areas 72 and 73 are disposed between the divided areas 63 and 64 on the substrate 81. Thereby, the optical axes of the pair of wave plates provided in the divided region 72 and the divided region 73 facing the center are orthogonal to each other. Further, the divided areas divided from the wave plate 60 and the divided areas divided from the wave plate 70 are alternately arranged in the circumferential direction. That is, in the circumferential direction, the divided area 63, the divided area 74, the divided area 63, and the divided area 71 are arranged in this order. Thereby, two polarization control elements can be manufactured from two wave plates, and productivity can be improved.

基板80、81とそれぞれの分割領域との貼り合わせには、例えば、樹脂製の接着材を用いることができる。具体的には、分割領域の円弧部分の近傍に、接着材を設けて、基板50に接触させる。そして、接着材を硬化させる。このとき、光学的な使用部分に接着材が入り込まないことが望ましい。これにより、偏光状態が乱れるのを防ぐことができる。なお、透過波面精度を保つことができる場合は、接着材を、分割領域の全面に設けてもよい。   For bonding the substrates 80 and 81 to the respective divided regions, for example, a resin adhesive can be used. Specifically, an adhesive is provided in the vicinity of the arc portion of the divided region and brought into contact with the substrate 50. Then, the adhesive is cured. At this time, it is desirable that the adhesive does not enter the optically used portion. This can prevent the polarization state from being disturbed. Note that when the transmitted wavefront accuracy can be maintained, an adhesive may be provided on the entire divided region.

このように、所定の方向に光学軸が設けられている複数の波長板60、70を用意して、波長板60、70を放射状に切断する。このとき、複数の波長板60、70は同じ形状の分割領域が形成されるよう分割される。すなわち、同じ大きさの波長板60、70を用意して、同じ角度で放射状に等分割することが好ましい。この時、波長板毎に、光学軸と切断線との成す角度を変化させる。すなわち、波長板の光学軸と切断線との成す角度が、波長で異なるよう、波長板を放射上に分割する。これにより、それぞれの波長板60、70から複数の分割領域が形成される。波長板の分割数は2以上であればよい。このように、2枚の波長板60、70から、8つの分割領域が形成される。   In this way, a plurality of wave plates 60 and 70 having optical axes provided in a predetermined direction are prepared, and the wave plates 60 and 70 are cut radially. At this time, the plurality of wave plates 60 and 70 are divided so that divided regions having the same shape are formed. That is, it is preferable to prepare the wave plates 60 and 70 having the same size and equally divide them radially at the same angle. At this time, the angle formed by the optical axis and the cutting line is changed for each wave plate. In other words, the wave plate is divided on the radiation so that the angle formed by the optical axis of the wave plate and the cutting line differs depending on the wavelength. As a result, a plurality of divided regions are formed from the respective wave plates 60 and 70. The number of divisions of the wave plate may be two or more. In this manner, eight divided regions are formed from the two wave plates 60 and 70.

そして、波長板60、70から生成された8つの分割領域の一部の分割領域を選択する。これにより、所定の数の分割領域が選択される。ここでは、分割領域61、分割領域62、分割領域72、及び分割領域73の4つが選択される。すなわち、複数の波長板によって生成された全てに分割領域の中から、周方向の全体にわたって形成される数だけ分割領域を選択する。1枚目の波長板60によって生成された分割領域61〜64から選択された分割領域61、62を、基板80上に貼り合わせる。このとき、1枚目の波長板60によって生成された分割領域61、62が連続して配置されないよう、周方向における隣の領域を開けておく。1枚目の波長板60から分割された分割領域61、62を対角に配置させることが好ましい。すなわち、波長板60において隣接する分割領域61及び分割領域62が、基板80上では、離間して対角に配置される。   Then, a partial region of the eight divided regions generated from the wave plates 60 and 70 is selected. Thereby, a predetermined number of divided regions are selected. Here, four of a divided area 61, a divided area 62, a divided area 72, and a divided area 73 are selected. That is, as many divided regions as the number formed over the entire circumferential direction are selected from among all the divided regions generated by the plurality of wave plates. The divided areas 61 and 62 selected from the divided areas 61 to 64 generated by the first wave plate 60 are bonded onto the substrate 80. At this time, adjacent regions in the circumferential direction are opened so that the divided regions 61 and 62 generated by the first wave plate 60 are not continuously arranged. The divided regions 61 and 62 divided from the first wave plate 60 are preferably arranged diagonally. That is, the adjacent divided regions 61 and 62 in the wave plate 60 are spaced apart and arranged diagonally on the substrate 80.

2枚目の波長板70によって生成された分割領域71〜74の中から選択された分割領域72、73を基板に貼り付ける。ここでは、2枚目の波長板70から選択された分割領域72、73が、分割領域61、分割領域62の隣に、配置される。すなわち、1枚目の波長板60によって生成された分割領域61、62と円周方向に隣接するよう、2枚目の波長板70なかから分割領域72、73が配置される。これにより、円周方向において、1枚目の波長板60から分割された分割領域61と分割領域62との間に、2枚目の波長板70から分割された分割領域72、73が配置される。そして、隣接する分割領域では、光学軸の方向が異なって配置される。このとき、波長板70において隣接する分割領域71及び分割領域72が、基板80上では、対角に離間して配置される。これにより、中心を挟んで対向する分割領域の光学軸が直交するよう配置される。すなわち、分割領域61と分割領域62とにおいて、波長板の光学軸は直交している。また、分割領域72と分割領域73とにおいて、波長板の光学軸は直交している。そして、分割領域61と分割領域72とにおいて、光学軸が45°傾いている。   The divided areas 72 and 73 selected from the divided areas 71 to 74 generated by the second wave plate 70 are attached to the substrate. Here, the divided areas 72 and 73 selected from the second wave plate 70 are arranged next to the divided areas 61 and 62. That is, the divided regions 72 and 73 are arranged from the second wave plate 70 so as to be adjacent to the divided regions 61 and 62 generated by the first wave plate 60 in the circumferential direction. Thus, the divided regions 72 and 73 divided from the second wave plate 70 are arranged between the divided regions 61 and 62 divided from the first wave plate 60 in the circumferential direction. The The adjacent divided regions are arranged with different optical axis directions. At this time, the adjacent divided regions 71 and 72 in the wave plate 70 are arranged diagonally apart on the substrate 80. Thereby, it arrange | positions so that the optical axis of the division area which opposes on both sides of a center may orthogonally cross. That is, the optical axis of the wave plate is orthogonal in the divided region 61 and the divided region 62. Further, in the divided region 72 and the divided region 73, the optical axes of the wave plates are orthogonal. In addition, the optical axis is inclined 45 ° in the divided region 61 and the divided region 72.

さらに、1枚目の波長板60のうち、残った分割領域63、64をもう一方の基板81上に貼り合わせる。すなわち、1枚目の波長板60から分割された分割領域61〜64のうち、基板80に貼り合わせられなかった分割領域63、64を基板81に貼り合わせる。このとき、基板80と同様に、分割領域63と分割領域64との間を離して、対角に配置する。従って、対向する分割領域63、64に設けられた一対の光学軸が、直交する。さらに、2枚目の波長板70のうち、残った分割領域71、74を基板81に貼り合わせる。すなわち、1枚目の波長板70から分割された分割領域71〜74のうち、基板80に貼り合わせられなかった分割領域71、74を基板81に貼り合わせる。このとき、分割領域71、74はそれぞれ、対角に設けられた分割領域63と分割領域64との間に配置される。従って、円周方向において、1枚目の波長板60から分割された分割領域63と分割領域64との間に、2枚目の波長板70から分割された分割領域71、74が配置される。換言すると、円周方向において、1枚目の波長板60から分割された分割領域と、2枚目の波長板70から分割された分割領域とが1つずつ交互に配置される。   Further, the remaining divided regions 63 and 64 of the first wave plate 60 are bonded onto the other substrate 81. That is, among the divided areas 61 to 64 divided from the first wave plate 60, the divided areas 63 and 64 that are not bonded to the substrate 80 are bonded to the substrate 81. At this time, like the substrate 80, the divided regions 63 and the divided regions 64 are spaced apart and arranged diagonally. Accordingly, the pair of optical axes provided in the opposed divided regions 63 and 64 are orthogonal to each other. Further, the remaining divided regions 71 and 74 of the second wave plate 70 are bonded to the substrate 81. That is, of the divided areas 71 to 74 divided from the first wave plate 70, the divided areas 71 and 74 that are not bonded to the substrate 80 are bonded to the substrate 81. At this time, the divided areas 71 and 74 are respectively disposed between the divided areas 63 and 64 provided diagonally. Accordingly, in the circumferential direction, the divided regions 71 and 74 divided from the second wave plate 70 are arranged between the divided region 63 and the divided region 64 divided from the first wave plate 60. . In other words, in the circumferential direction, the divided areas divided from the first wave plate 60 and the divided areas divided from the second wave plate 70 are alternately arranged one by one.

このように、1枚目の偏光制御素子の作成時に貼り合わせられずに残った分割領域を他の基板81に貼り合わせて、2枚目の偏光制御素子を生産している。よって、材料費を低減することができ、生産性を向上することができる。   In this way, the second divided polarization control element is produced by pasting the remaining divided regions that are not pasted together when the first polarization control element is formed on another substrate 81. Therefore, material costs can be reduced and productivity can be improved.

なお、分割領域を貼り合わせる順番は、限定されるものでない。例えば、円周方向に並ぶ順番に分割領域を貼り合わせていってもよい。このとき、1枚目の波長板60の分割領域と2枚目の波長板70の分割領域とが交互に貼り合わせられていく。これにより、貼り合わせ精度を向上することができる。もちろん、2枚の波長板から2つの偏光制御素子を形成する場合に限られず、複数の波長板から複数の偏光制御素子を形成することができる。本実施の形態において、分割数は4に限られるものではない。例えば、分割数は2以上とすることができる。もちろん、理想的なアジマス偏光状態、又は理想的なラディアル偏光状態と近づけるためには、分割数を増加させることが好ましく、分割数を8以上とすることが好ましい。   Note that the order of pasting the divided regions is not limited. For example, the divided regions may be bonded together in the order in which they are arranged in the circumferential direction. At this time, the divided region of the first wave plate 60 and the divided region of the second wave plate 70 are alternately bonded. Thereby, bonding accuracy can be improved. Of course, the invention is not limited to the case where two polarization control elements are formed from two wave plates, and a plurality of polarization control elements can be formed from a plurality of wave plates. In the present embodiment, the number of divisions is not limited to four. For example, the number of divisions can be 2 or more. Of course, in order to approach the ideal azimuth polarization state or the ideal radial polarization state, it is preferable to increase the number of divisions, and it is preferable to set the number of divisions to 8 or more.

なお、偏光制御素子を製造するために用意する波長板の数は2枚に限られるものではない。例えば、4分割されている場合、4枚の波長板から1つずつ分割領域を選択して、貼り付けることによって、4つの偏光制御素子を製造することができる。すなわち、複数の波長板を切断することによって形成された分割領域の中から、複数の分割領域を選択する。このとき、それぞれの波長板から1つ以上の分割領域を選択する。そして、選択された複数の分割領域を基板に対して貼り付けていく。このとき、1枚目の波長板の分割領域から選択された分割領域と、円周方向において隣接するように他の波長板の分割領域から選択された分割領域を配置する。そして、周方向の全体が埋まるように、選択された所定の数の分割領域を貼り付けていく。次の偏光制御素子を形成するために、残った分割領域の中から一部、又は全部の分割領域を、選択する。そして、同様に基板に貼り付けていく。これを繰り返すことによって、波長板の数と同数の偏光制御素子を形成することができる。よって、材料費を低減することができ、生産性を向上することができる。もちろん、貼り合わを行なう際は、対向する分割領域に設けられている波長板の光学軸が直交するように配置する。   The number of wave plates prepared for manufacturing the polarization control element is not limited to two. For example, in the case of four divisions, four polarization control elements can be manufactured by selecting and pasting divided regions one by one from four wave plates. That is, a plurality of divided regions are selected from the divided regions formed by cutting the plurality of wave plates. At this time, one or more divided regions are selected from each wave plate. Then, the plurality of selected divided regions are attached to the substrate. At this time, the divided areas selected from the divided areas of the first wave plate and the divided areas selected from the divided areas of the other wave plates are arranged so as to be adjacent in the circumferential direction. Then, the selected predetermined number of divided regions are pasted so that the entire circumferential direction is filled. In order to form the next polarization control element, a part or all of the divided areas are selected from the remaining divided areas. And it affixes on a board | substrate similarly. By repeating this, the same number of polarization control elements as the number of wave plates can be formed. Therefore, material costs can be reduced and productivity can be improved. Of course, when bonding, the optical plates of the wave plates provided in the opposed divided regions are arranged so as to be orthogonal.

次に、本実施の形態にかかる偏光制御素子を用いた顕微鏡の構成について図5を用いて説明する。本実施の形態では、図5に示す第二高調波顕微鏡に偏光制御素子を用いている。第二高調波(SHG:Second Harmonic Generation)顕微鏡について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態におけるSHG顕微鏡の概略を示す構成図である。SHG顕微鏡は、試料に所定波長の光を入射し、第二高調波発生(SHG)を用いた光学顕微鏡である。SHG顕微鏡は触媒反応表面、金属や半導体の微細構造など、様々な試料の観察に利用することがきるが、特に、医療やバイオテクノロジーの分野などにおける、細胞やたんぱく質レベルの構造もしくは機能の検出などに有効な手段である。SHG光強度の像は分子の配向分布などを表し、非平衡な現象による分子濃度などのかたより、配向の分布のパターンなどが観察できる。生物体試料は非対称な生体分子から構成されており、そのSHG像は生物体内の特別な構造の分布を抽出観察するために有効である。多くの場合、第二高調波発光と共に、多光子励起蛍光が試料から生成される。本形態のSHG顕微鏡1は、試料が生成した第二高調波と共に、多光子励起蛍光を同時に観察することができる。多光子励起蛍光は、2光子以上の光子を同時に吸収することよる励起蛍光である。   Next, a configuration of a microscope using the polarization control element according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a polarization control element is used in the second harmonic microscope shown in FIG. A second harmonic generation (SHG) microscope will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration diagram showing an outline of the SHG microscope in the present embodiment. The SHG microscope is an optical microscope that uses light of a predetermined wavelength to enter a sample and uses second harmonic generation (SHG). The SHG microscope can be used for observing various samples such as catalytic reaction surfaces, metal and semiconductor microstructures, etc., especially in the fields of medical and biotechnology, etc. It is an effective means. The image of the SHG light intensity represents the molecular orientation distribution and the like, and the orientation distribution pattern can be observed from the molecular concentration due to the non-equilibrium phenomenon. A biological sample is composed of asymmetric biomolecules, and the SHG image is effective for extracting and observing the distribution of special structures in the biological body. In many cases, multiphoton excited fluorescence is generated from the sample along with second harmonic emission. The SHG microscope 1 of this embodiment can simultaneously observe the multiphoton excitation fluorescence together with the second harmonic generated by the sample. Multiphoton excitation fluorescence is excitation fluorescence due to simultaneous absorption of two or more photons.

図5において、10はレーザ光源、11はビームエキスパンダ、13はビームスプリッタ、14はガルバノミラー、15はガルバノミラー、16は入射側に配置された対物レンズ、17は透過側に配置された対物レンズ、18は入射光と同じ方向に伝播する第2高調波を検出するための光検出器、19は入射光と反対方向に伝播する光検出器、20はレンズ、21は透過側の基本波カットフィルタ、22は反射側の基本波カットフィルタ、30は試料である。そして、100が、図4(b)で示された偏光制御素子である。   In FIG. 5, 10 is a laser light source, 11 is a beam expander, 13 is a beam splitter, 14 is a galvanometer mirror, 15 is a galvanometer mirror, 16 is an objective lens arranged on the incident side, and 17 is an objective lens arranged on the transmission side. A lens, 18 is a photodetector for detecting the second harmonic propagating in the same direction as the incident light, 19 is a photodetector propagating in the opposite direction to the incident light, 20 is a lens, and 21 is a fundamental wave on the transmission side. The cut filter, 22 is a reflection-side fundamental wave cut filter, and 30 is a sample. Reference numeral 100 denotes the polarization control element shown in FIG.

図5に示す構成のSHG顕微鏡では試料30で発生して前方に伝播する第2高調波が光検出器18で検出され、試料30で発生して後方に伝播する第2高調波が光検出器19で検出される。ここで前方とは入射光の伝播方向と同じ方向であり、後方とは入射光の伝播方向と反対方向である。なお、偏光制御素子100を光路上に挿入可能に設けても良い。そして、偏光制御素子100を挿入した状態で、後方に伝播する第2高調波を検出し、偏光制御素子100を光路上から取り除いた状態で、前方に伝播する第2高調波を検出してもよい。   In the SHG microscope having the configuration shown in FIG. 5, the second harmonic generated in the sample 30 and propagated forward is detected by the photodetector 18, and the second harmonic generated in the sample 30 and propagated backward is detected by the photodetector. 19 is detected. Here, the front is the same direction as the propagation direction of the incident light, and the rear is the direction opposite to the propagation direction of the incident light. The polarization control element 100 may be provided so as to be inserted on the optical path. Then, the second harmonic wave propagating backward is detected with the polarization control element 100 inserted, and the second harmonic wave propagating forward is detected with the polarization control element 100 removed from the optical path. Good.

本形態のレーザ光源10としては、第2次高調波と多光子蛍光の発生が可能なレーザ装置が使用される。例えば、生物細胞の観察などにおいて、モード・ロック・チタン・サファイア・レーザを使用した赤外光パルスなどを使用することができる。レーザ光波長、レーザ光強度、発振態様、繰り返し周波数、パルス幅などのレーザ光の特性は、試料や観察方法によって適切なものが選択される。   As the laser light source 10 of this embodiment, a laser device capable of generating second harmonics and multiphoton fluorescence is used. For example, an infrared light pulse using a mode lock, titanium, sapphire, or a laser can be used for observation of biological cells. As the characteristics of the laser beam such as the laser beam wavelength, the laser beam intensity, the oscillation mode, the repetition frequency, and the pulse width, an appropriate one is selected depending on the sample and the observation method.

ビームエキスパンダ11はレーザ光源10からの光のビーム径を拡大して出射する。ビームエキスパンダ11により拡大された光ビームは偏光制御素子100に入射する。試料30で発生し後方に伝播する第2高調波を検出するときは偏光制御素子100を光路上に配置する。これにより、擬似ラディアル偏光を生成することができる。試料30で発生し前方に伝播する第2高調波を検出するときは偏光制御素子100を光路上から取り除く。この場合、直線偏光となる。この偏光制御素子100は図4(b)で示されたものである。偏光制御素子100から出射した光はレンズ20a、20bにより屈折して、ビームスプリッタ13に入射する。ビームスプリッタ13に入射した光の一部はビームスプリッタ13をそのまま透過してガルバノミラー14に入射する。   The beam expander 11 expands the beam diameter of the light from the laser light source 10 and emits it. The light beam expanded by the beam expander 11 enters the polarization control element 100. When detecting the second harmonic generated in the sample 30 and propagating backward, the polarization control element 100 is arranged on the optical path. Thereby, pseudo radial polarization can be generated. When detecting the second harmonic generated in the sample 30 and propagating forward, the polarization control element 100 is removed from the optical path. In this case, linearly polarized light is obtained. This polarization control element 100 is the one shown in FIG. The light emitted from the polarization control element 100 is refracted by the lenses 20 a and 20 b and enters the beam splitter 13. Part of the light incident on the beam splitter 13 passes through the beam splitter 13 as it is and enters the galvanometer mirror 14.

ガルバノミラー14により反射された光はレンズ20c、20dにより屈折されてガルバノミラー15に入射する。ガルバノミラー14及びガルバノミラー15はビームを走査して、試料の全面の観察、撮像を可能にする。ガルバノミラー15により反射された光はレンズ20e、20fにより屈折され、入射側の対物レンズ16に入射する。対物レンズ16は入射したレーザ光を集光して、試料30に入射させる。   The light reflected by the galvanometer mirror 14 is refracted by the lenses 20 c and 20 d and enters the galvanometer mirror 15. The galvanometer mirror 14 and the galvanometer mirror 15 scan the beam to enable observation and imaging of the entire surface of the sample. The light reflected by the galvanometer mirror 15 is refracted by the lenses 20e and 20f and enters the objective lens 16 on the incident side. The objective lens 16 collects the incident laser light and makes it incident on the sample 30.

試料30は、入射光によって、入射光の2倍の周波数を有する第二高調波と、多光子励起蛍光とを発光する。典型的な多光子励起蛍光は2光子励起蛍光である。試料30から発光して前方に伝播する第2高調波及び多光子励起蛍光の内、試料30を透過した透過光は、透過側の対物レンズ17によって集められる。また、試料30をそのまま透過した基本波も透過側の対物レンズ17によって集光される。透過側の対物レンズ17は、試料30に関して、入射側の対物レンズ16と反対側に配置されている。試料30は、入射側の対物レンズ16と透過側の対物レンズ17の間に配置され、2つの対物レンズの焦点は、試料上で実質的に一致することが好ましい。   The sample 30 emits a second harmonic having a frequency twice that of the incident light and multiphoton excitation fluorescence by the incident light. A typical multiphoton excited fluorescence is two-photon excited fluorescence. Of the second harmonic and multiphoton excitation fluorescence emitted from the sample 30 and propagating forward, the transmitted light transmitted through the sample 30 is collected by the objective lens 17 on the transmission side. Further, the fundamental wave that has passed through the sample 30 as it is is condensed by the objective lens 17 on the transmission side. The transmission-side objective lens 17 is disposed on the side opposite to the incident-side objective lens 16 with respect to the sample 30. The sample 30 is preferably disposed between the entrance-side objective lens 16 and the transmission-side objective lens 17, and the focal points of the two objective lenses are preferably substantially coincident on the sample.

対物レンズ17からの光は、レンズ20g、20hにより屈折され、基本波カットフィルタ21に入射する。基本波カットフィルタ21は基本波及び多光子励起蛍光から第2高調波を分離する。すなわち、対物レンズ17から基本波カットフィルタ21に入射した光のうち、第2高調波のみが基本波カットフィルタ21を透過する。基本波カットフィルタ21は例えば、レーザ光源10の出力光の波長域及び多光子励起蛍光の波長域を遮断するバンド・パス・フィルタもしくはローパス・フィルタなどによって構成することができる。あるいは光軸と傾斜して配置されたダイクロイックミラーであってもよい。この基本波カットフィルタ21を第2高調波の波長域及び基本波の波長域を遮断するバンド・パス・フィルタ等に変えることにより多光子励起蛍光を検出することができる。   The light from the objective lens 17 is refracted by the lenses 20 g and 20 h and enters the fundamental wave cut filter 21. The fundamental wave cut filter 21 separates the second harmonic from the fundamental wave and the multiphoton excitation fluorescence. That is, only the second harmonic wave passes through the fundamental wave cut filter 21 from the light incident on the fundamental wave cut filter 21 from the objective lens 17. The fundamental wave cut filter 21 can be configured by, for example, a band-pass filter or a low-pass filter that blocks the wavelength range of the output light of the laser light source 10 and the wavelength range of multiphoton excitation fluorescence. Alternatively, it may be a dichroic mirror arranged to be inclined with respect to the optical axis. Multi-photon excitation fluorescence can be detected by changing the fundamental wave cut filter 21 to a band-pass filter or the like that cuts off the second harmonic waveband and the fundamental waveband.

基本波カットフィルタ21を透過した第2高調波は光検出器18に入射する。光検出器18に入射する光はレンズ20h等によって集光されて、光検出器18の受光面に入射する。光検出器18は例えば、CCDカメラなどの2次元光センサである。光検出器18は微弱光である第2高調波を効果的に検出するため、イメージ・インテシファイアを備えることが望ましい。光検出器18は入射光を検出し、ビデオ信号に変換する。このビデオ信号は画像処理を行う画像処理装置(図示せず)に入力され、ディスプレイ上に撮像された画像を表示する。   The second harmonic wave that has passed through the fundamental wave cut filter 21 enters the photodetector 18. The light incident on the photodetector 18 is collected by the lens 20 h or the like and is incident on the light receiving surface of the photodetector 18. The photodetector 18 is, for example, a two-dimensional photosensor such as a CCD camera. In order to effectively detect the second harmonic, which is weak light, the photodetector 18 is preferably provided with an image intifier. The photodetector 18 detects incident light and converts it into a video signal. The video signal is input to an image processing apparatus (not shown) that performs image processing, and the captured image is displayed on the display.

一方、試料30から発生した第2高調波のうち、入射光の伝播方向と反対方向に放射された第2高調波は入射光と逆方向に伝播していく。すなわち、後方に放射された第2高調波は再度、対物レンズ16に入射して、レーザ光源10の方向に進行していく。この第2高調波は対物レンズ16、レンズ20f及びレンズ20eによって屈折され、ガルバノミラー15に入射する。ガルバノミラー15で反射された第2高調波はレンズ20d及びレンズ20cで屈折され、ガルバノミラー14に入射する。ガルバノミラー14で反射された第2高調波はビームスプリッタ13に入射される。ビームスプリッタ13は入射した光のうちの一部を光検出器19の方向に反射させる。ビームスプリッタ13で反射した光はレンズ20i、20jにより屈折され基本波カットフィルタ22に入射する。基本波カットフィルタ22は第2高調波と同じ方向に伝播してきた基本波及び多光子励起蛍光から第2高調波のみを分離する。すなわち、対物レンズ16から基本波カットフィルタ22に入射した光のうち、第2高調波のみが基本波カットフィルタ22を透過する。基本波カットフィルタ22は透過側の基本波カットフィルタ21と同様のものを用いることができる。   On the other hand, among the second harmonics generated from the sample 30, the second harmonic radiated in the direction opposite to the propagation direction of the incident light propagates in the direction opposite to the incident light. That is, the second harmonic radiated backward is incident on the objective lens 16 again and travels in the direction of the laser light source 10. The second harmonic is refracted by the objective lens 16, the lens 20 f and the lens 20 e and enters the galvanometer mirror 15. The second harmonic wave reflected by the galvanometer mirror 15 is refracted by the lens 20 d and the lens 20 c and enters the galvanometer mirror 14. The second harmonic wave reflected by the galvanometer mirror 14 enters the beam splitter 13. The beam splitter 13 reflects a part of the incident light toward the photodetector 19. The light reflected by the beam splitter 13 is refracted by the lenses 20 i and 20 j and enters the fundamental wave cut filter 22. The fundamental wave cut filter 22 separates only the second harmonic from the fundamental wave and multiphoton excitation fluorescence that have propagated in the same direction as the second harmonic. That is, only the second harmonic wave passes through the fundamental wave cut filter 22 from the light incident on the fundamental wave cut filter 22 from the objective lens 16. The fundamental wave cut filter 22 can be the same as the fundamental wave cut filter 21 on the transmission side.

そして、基本波カットフィルタ21を透過した第2高調波は光検出器19に入射する。光検出器19に入射する光はレンズ20j等によって集光されて、光検出器19の受光面に入射する。光検出器19は例えば、CCDカメラなどの2次元光センサである。光検出器19は微弱光である第2高調波を効果的に検出するため、イメージ・インテシファイアを備えることが望ましい。光検出器19は入射光を検出し、ビデオ信号に変換する。このビデオ信号は画像処理を行う画像処理装置(図示せず)に入力され、ディスプレイ上に撮像された画像を表示する。   Then, the second harmonic transmitted through the fundamental wave cut filter 21 enters the photodetector 19. The light incident on the photodetector 19 is collected by the lens 20 j and the like and enters the light receiving surface of the photodetector 19. The photodetector 19 is, for example, a two-dimensional photosensor such as a CCD camera. In order to effectively detect the second harmonic wave that is weak light, the light detector 19 is preferably provided with an image intifier. The photodetector 19 detects incident light and converts it into a video signal. The video signal is input to an image processing apparatus (not shown) that performs image processing, and the captured image is displayed on the display.

上記の偏光制御素子100を光路上に配置することにより、試料30で発生される第2高調波が後方に放射される。第2高調波が後方に放射されるメカニズムについて以下に説明する。まず、上述の偏光制御素子100を光路上に配置した場合の効果について図6を用いて説明する。図6は第2高調波が後方に放射される原理を説明するため、上記の偏光制御素子100から試料30に照射されるまでの光の伝播の様子を模式的に示す図である。なお、図6では偏光制御素子100と対物レンズ16との間の構成については省略して図示している。   By arranging the polarization control element 100 on the optical path, the second harmonic generated in the sample 30 is radiated backward. The mechanism by which the second harmonic is radiated backward will be described below. First, the effect when the above-described polarization control element 100 is arranged on the optical path will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing a state of light propagation until the sample 30 is irradiated from the polarization control element 100 in order to explain the principle that the second harmonic is emitted backward. In FIG. 6, the configuration between the polarization control element 100 and the objective lens 16 is not shown.

図4(b)に示すような偏光制御素子100を光路上に配置すると、上側の分割領域51を透過した光と下側の分結領域55を透過した光とで位相にずれが生じる。すなわち、上下に対向した配置された分割領域51と分割領域55とで光の位相が180°ずれる。レーザ光から直線偏光が出力されているとすると、電気ベクトルの直交する成分の位相は一致している。偏光制御素子100によって、分割領域51と分割領域55とでは、電気ベクトルの位相が180°ずれることになる。すなわち上の分割領域51と下の分割領域55とで電気ベクトルの振動方向が反対方向になる。上の分割領域51と下の分割領域55とでは、偏光方向が反対方向となる。すなわち、上の分割領域51を透過した光と下の分割領域55を透過した光とは同じ直線上の直線偏光であるが、その振動の向きが反対となる。   When the polarization control element 100 as shown in FIG. 4B is arranged on the optical path, a phase shift occurs between the light transmitted through the upper divided region 51 and the light transmitted through the lower divided region 55. That is, the phase of light is shifted by 180 ° between the divided region 51 and the divided region 55 that are arranged vertically opposite to each other. Assuming that linearly polarized light is output from the laser light, the phases of the orthogonal components of the electric vectors are in agreement. Due to the polarization control element 100, the phase of the electric vector is shifted by 180 ° between the divided region 51 and the divided region 55. That is, the vibration direction of the electric vector is opposite between the upper divided area 51 and the lower divided area 55. In the upper divided area 51 and the lower divided area 55, the polarization directions are opposite to each other. That is, the light transmitted through the upper divided region 51 and the light transmitted through the lower divided region 55 are linearly polarized light on the same straight line, but their vibration directions are opposite.

図6の矢印はその位置における電気ベクトルの振動方向を二次元で模式的に示したものである。上述のように偏光制御素子100を透過する前のレーザ光は直線偏光であるので全て同じ方向に電気ベクトルが振動している。そして、偏光制御素子100を透過することによって、その位置に応じて電気ベクトルの振動方向が変化する。上の分割領域51を透過した光の電気ベクトルは上方向に振動している。一方、下の分割領域55を透過した光の電気ベクトルは下方向に振動している。なお、図6において、中心を透過する光の振動方向は説明のため上方向として図示している。   The arrow in FIG. 6 schematically shows the vibration direction of the electric vector at that position in two dimensions. As described above, since the laser light before passing through the polarization control element 100 is linearly polarized, the electric vectors all oscillate in the same direction. By passing through the polarization control element 100, the vibration direction of the electric vector changes according to the position. The electric vector of the light transmitted through the upper divided region 51 is oscillating upward. On the other hand, the electric vector of the light transmitted through the lower divided region 55 oscillates downward. In FIG. 6, the vibration direction of light passing through the center is shown as an upward direction for the sake of explanation.

このような振動方向の光が対物レンズ16により集光された場合について説明する。上の分割領域51を透過した光は対物レンズ16により下方向に傾くよう屈折される。従って、光の電気ベクトルの振動方向は図3に示すように右斜め上となる。中心を透過した光は対物レンズ16により屈折されないので、振動方向はそのまま上方向のままである。下の分割領域55を透過した光は対物レンズ16により上方向に傾くよう屈折される。従って、光の電気ベクトルの振動方向は右斜め下となる。このように位置に応じて異なる振動方向を持つ光が試料上に集光される。   A case where light in such a vibration direction is collected by the objective lens 16 will be described. The light transmitted through the upper divided area 51 is refracted by the objective lens 16 so as to be inclined downward. Therefore, the vibration direction of the electric vector of light is diagonally upward to the right as shown in FIG. Since the light transmitted through the center is not refracted by the objective lens 16, the vibration direction remains as it is upward. The light transmitted through the lower divided region 55 is refracted by the objective lens 16 so as to be inclined upward. Therefore, the vibration direction of the electric vector of light is diagonally downward to the right. In this way, light having different vibration directions depending on the position is collected on the sample.

次に偏光制御素子100を透過した光が対物レンズ16により試料上に集光された状態について説明する。ここでは光の電気ベクトルの振動方向を光の進行方向に対して垂直な方向の成分と平行な方向の成分(z成分)に分けて考える。なお、図6において、光の進行方向に対して垂直な方向を上下方向とし、光の進行方向に対して平行な方向を左右方向として説明する。   Next, the state where the light transmitted through the polarization control element 100 is condensed on the sample by the objective lens 16 will be described. Here, the vibration direction of the electric vector of light is considered by dividing it into a component (z component) in a direction parallel to a component perpendicular to the light traveling direction. In FIG. 6, a direction perpendicular to the light traveling direction is defined as the up-down direction, and a direction parallel to the light traveling direction is defined as the left-right direction.

対物レンズ16を透過した後において、電気ベクトルの振動方向は上の分割領域51では右斜め上で、下の分割領域55では右斜め下であるため、上下方向の成分がそれぞれ反対である。これにより、試料上に集光された状態において、電気ベクトルの振動方向における上下方向の成分は、打ち消し合う。従って、光の進行方向と垂直方向の電気ベクトルの成分は略0となる。すなわち、試料上において、光の電気ベクトルは進行方向と垂直な方向に振動しなくなる。   After passing through the objective lens 16, the vibration direction of the electric vector is diagonally right upward in the upper divided area 51 and diagonally lower right in the lower divided area 55, so the components in the vertical direction are opposite to each other. Thereby, in the state condensed on the sample, the vertical components in the vibration direction of the electric vector cancel each other. Therefore, the electric vector component in the direction perpendicular to the light traveling direction is substantially zero. That is, the electric vector of light does not vibrate in the direction perpendicular to the traveling direction on the sample.

一方、電気ベクトルの振動方向は上の分割領域51では右斜め上で、下の分割領域55では右斜め下であるため、左右方向の成分が同じ右方向である。これにより、電気ベクトルの左右方向の成分については、上の分割領域51と下の分割領域55とで強め合う。従って、光の進行方向と平行方向の電気ベクトルの成分は右方向に強調される。すなわち、光の電気ベクトルは進行方向と平行な方向に振動していることになる。このように偏光制御素子100によって位相がずれたレーザ光を対物レンズ16で集光することによって、電気ベクトルが進行方向と平行な方向に振動した状態で、光を試料30に照射することができる。   On the other hand, the vibration direction of the electric vector is diagonally right upward in the upper divided area 51 and diagonally lower right in the lower divided area 55, so that the components in the left-right direction are the same right direction. As a result, the left and right components of the electric vector are strengthened by the upper divided area 51 and the lower divided area 55. Accordingly, the electric vector component parallel to the light traveling direction is emphasized in the right direction. That is, the electric vector of light is oscillating in a direction parallel to the traveling direction. By condensing the laser light whose phase is shifted by the polarization control element 100 with the objective lens 16 in this manner, the sample 30 can be irradiated with light in a state where the electric vector vibrates in a direction parallel to the traveling direction. .

次に、電気ベクトルが進行方向と平行な方向に振動した状態で、光を試料30に照射することによって、後方に第2高調波が発生する原理について図7及び図8を用いて説明する。図7は電気ベクトルが進行方向と平行な方向に振動した状態で、光を試料30に照射したときの、第2高調波の放射パターンを模式的に示す図である。図8は電気ベクトルが進行方向と垂直な方向に振動した状態で、光を試料30に照射したときの、第2高調波の放射パターンを模式的に示す図である。すなわち、図7は偏光制御素子100が配置された本実施の形態にかかるSHG顕微鏡における第2高調波の放射パターンを示しており、図8は偏光制御素子100が配置されていない従来のSHG顕微鏡における第2高調波の放射パターンを示している。   Next, the principle that second harmonics are generated backward by irradiating the sample 30 with light while the electric vector vibrates in a direction parallel to the traveling direction will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram schematically showing a second harmonic radiation pattern when the sample 30 is irradiated with light in a state where the electric vector vibrates in a direction parallel to the traveling direction. FIG. 8 is a diagram schematically showing a second harmonic radiation pattern when the sample 30 is irradiated with light in a state where the electric vector vibrates in a direction perpendicular to the traveling direction. That is, FIG. 7 shows the radiation pattern of the second harmonic in the SHG microscope according to the present embodiment in which the polarization control element 100 is arranged, and FIG. 8 shows a conventional SHG microscope in which the polarization control element 100 is not arranged. The radiation pattern of the 2nd harmonic in is shown.

まず、偏光制御素子100が配置されていないSHG顕微鏡における第2高調波の放射パターンについて図8を用いて説明する。偏光制御素子100が配置されていない状態では、試料30に照射される光の電気ベクトルは進行方向と垂直な方向に振動している。すなわち、偏光制御素子100が配置されていない場合、光が対物レンズ16で集光されても、進行方向と平行な方向な成分は打ち消し合い略0となる。進行方向と垂直な方向に振動している光が照射されると分極した分子が上下方向に振動する。これにより、図8に示すような放射パターン40となり、前方に第2高調波が発生する。前方に発生された第2高調波は光軸に対して広がった放射パターン40となる。すなわち、広がりを持った第2高調波が入射方向と同じ方向に発生する。   First, the radiation pattern of the second harmonic in the SHG microscope in which the polarization control element 100 is not disposed will be described with reference to FIG. In the state where the polarization control element 100 is not disposed, the electric vector of the light applied to the sample 30 oscillates in a direction perpendicular to the traveling direction. That is, when the polarization control element 100 is not disposed, even if light is collected by the objective lens 16, components in a direction parallel to the traveling direction cancel each other and become substantially zero. When light oscillating in a direction perpendicular to the traveling direction is irradiated, the polarized molecules oscillate in the vertical direction. As a result, a radiation pattern 40 as shown in FIG. 8 is obtained, and a second harmonic is generated in the forward direction. The second harmonic generated in the forward direction becomes a radiation pattern 40 that spreads with respect to the optical axis. That is, a broad second harmonic wave is generated in the same direction as the incident direction.

一方、偏光制御素子100が配置された本実施の形態にかかるSHG顕微鏡における第2高調波の放射パターンについて説明する。本実施の形態では、偏光制御素子100が配置されているため、試料30に照射される光の電気ベクトルは進行方向と平行な方向に振動している。進行方向と平行な方向に振動している光が照射されると分極した分子が左右方向に振動する。すなわち、電気ベクトルの振動方向に応じて、分極された分子の振動方向が異なるものとなり、図8に示す放射パターン40が90°傾いた放射パターンになる。進行方向と垂直な方向に広がった放射パターン40となり、図7に示すように後方に第2高調波が発生する。すなわち、広がりを持った第2高調波が入射方向と同じ方向に発生する。   On the other hand, the radiation pattern of the second harmonic in the SHG microscope according to the present embodiment in which the polarization control element 100 is arranged will be described. In the present embodiment, since the polarization control element 100 is disposed, the electric vector of the light irradiated on the sample 30 vibrates in a direction parallel to the traveling direction. When light oscillating in a direction parallel to the traveling direction is irradiated, the polarized molecules vibrate in the left-right direction. That is, the vibration direction of the polarized molecule differs depending on the vibration direction of the electric vector, and the radiation pattern 40 shown in FIG. 8 becomes a radiation pattern inclined by 90 °. The radiation pattern 40 spreads in the direction perpendicular to the traveling direction, and the second harmonic is generated backward as shown in FIG. That is, a broad second harmonic wave is generated in the same direction as the incident direction.

ここで後方に放射される第2高調波の光量を高くするため、開口数の高い対物レンズ16を用いることが好ましい。これにより、対物レンズ16によって屈折される角度が大きくなり、進行方向と平行方向に振動する成分を大きくすることができる。例えば、図3に示すように対物レンズ16で集光される光の角度をαとした場合、sinα=0.9〜0.95となる対物レンズ16を用いている。これにより、後方に放射される第2高調波の光量を十分なものとすることができる。また、第2高調波の光量を光検出器19により検出可能にするには、sinα≧0.5とすることが好ましい。すなわち、α≧30°とすることにより、第2高調波の光量を光検出器19により検出可能にすることができる。なお、上述のαの値は、例示的な値であり、レーザ光源の光量、光学系や光検出器等の性能に応じて変化するものである。   Here, in order to increase the amount of the second harmonic radiated backward, it is preferable to use the objective lens 16 having a high numerical aperture. Thereby, the angle refracted by the objective lens 16 is increased, and the component that vibrates in the direction parallel to the traveling direction can be increased. For example, as shown in FIG. 3, when the angle of light collected by the objective lens 16 is α, the objective lens 16 having sin α = 0.9 to 0.95 is used. Thereby, the light quantity of the 2nd harmonic radiated back can be made sufficient. Further, in order to make the light amount of the second harmonic wave detectable by the photodetector 19, it is preferable that sin α ≧ 0.5. That is, by setting α ≧ 30 °, the light amount of the second harmonic can be detected by the photodetector 19. Note that the value of α described above is an exemplary value, and changes according to the light quantity of the laser light source, the performance of the optical system, the photodetector, and the like.

このように入射光の進行方向と反対方向に放出された第2高調波は、対物レンズ16等を介して光検出器19に入射される。そして、後方に放射された第2高調波の画像が光検出器19により撮像される。これにより、半導体等の不透明な試料や生体等の厚みのある試料に対してSHG光像を容易に撮像することができ、SHG顕微鏡の利用分野を拡大することができるようになる。   The second harmonic wave thus emitted in the direction opposite to the traveling direction of the incident light is incident on the photodetector 19 through the objective lens 16 and the like. Then, a second harmonic image radiated rearward is picked up by the photodetector 19. As a result, it is possible to easily capture an SHG light image on an opaque sample such as a semiconductor or a thick sample such as a living body, and the field of application of the SHG microscope can be expanded.

また、上記の偏光制御素子100は、SHG顕微鏡に限らず、分子配向検出用のレーザ走査蛍光顕微鏡、ラマン顕微鏡、近接場顕微鏡に利用することが可能である。さらに、顕微鏡の高分解能化のために、上記の偏光制御素子100を用いることも可能である。このように、レーザ光源からのレーザ光を偏光制御素子100に入射させ、偏光制御素子100から出射されたレーザ光を対物レンズで集光して試料に照射する。これにより、レーザ顕微鏡で、レーザ光のz成分を大きく、又は小さくすることができる。従って、レーザ顕微鏡の利用分野を拡大することができる。また、レーザ顕微鏡に限らず、直線偏光を入射させる顕微鏡でもよい。   The polarization control element 100 is not limited to the SHG microscope, but can be used for a laser scanning fluorescence microscope, a Raman microscope, and a near-field microscope for detecting molecular orientation. Furthermore, it is also possible to use the above-described polarization control element 100 in order to increase the resolution of the microscope. In this manner, the laser light from the laser light source is incident on the polarization control element 100, and the laser light emitted from the polarization control element 100 is condensed by the objective lens and applied to the sample. Accordingly, the z component of the laser light can be increased or decreased with the laser microscope. Therefore, the field of application of the laser microscope can be expanded. Further, the microscope is not limited to the laser microscope, and may be a microscope in which linearly polarized light is incident.

次に、上記の偏光制御素子100による偏光状態について図9、図10及び図11を用いて説明する。図9は、本実施の形態にかかる偏光制御素子によって生成された擬似ラディアル偏光状態の光ビームを集光した時の電気ベクトルのz成分を測定した結果を示す図である。図10は、本実施の形態にかかる偏光制御素子によって生成された擬似アジマス偏光状態の光ビームを集光した時の電気ベクトルのz成分を測定した結果を示す図である。図11は、本実施の形態にかかる偏光制御素子を用いていないときの測定結果を示す図である。   Next, the polarization state by the polarization control element 100 will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 11. FIG. 9 is a diagram illustrating a result of measuring the z component of the electric vector when the light beam in the pseudo radial polarization state generated by the polarization control element according to the present embodiment is condensed. FIG. 10 is a diagram illustrating a result of measuring the z component of the electric vector when the light beam in the pseudo azimuth polarization state generated by the polarization control element according to the present embodiment is condensed. FIG. 11 is a diagram illustrating a measurement result when the polarization control element according to the present embodiment is not used.

図9に示すように、擬似ラディアル偏光状態を集光すると、中心部分(x=400nm、y=500nm近辺)の近傍でz成分が高くなっている。すなわち、光軸上でz成分が強くなっている。一方、図11に示すように、通常の直線偏光では、中心近傍で、z成分が弱くなる。なお、通常の直線偏光では、中心近傍から離れると集光される光に位相差が生じるため、中心近傍からx方向に離れた位置で、電気ベクトルz成分が高くなる。また、擬似ラディアル状態から90°偏光制御素子100を回転させると擬似アジマス偏光状態となる。擬似アジマス偏光状態では、z成分が弱くなり、xy空間で略均一になる。このように、上記の偏光制御素子100で、所望の偏光状態を生成することを確認することができた。   As shown in FIG. 9, when the pseudo radial polarization state is condensed, the z component is high in the vicinity of the central portion (x = 400 nm, near y = 500 nm). That is, the z component is strong on the optical axis. On the other hand, as shown in FIG. 11, in normal linearly polarized light, the z component becomes weak near the center. Note that in normal linearly polarized light, a phase difference occurs in the collected light when it is away from the vicinity of the center, so that the electric vector z component becomes higher at a position away from the vicinity of the center in the x direction. Further, when the 90 ° polarization control element 100 is rotated from the pseudo radial state, the pseudo azimuth polarization state is obtained. In the pseudo azimuth polarization state, the z component becomes weak and becomes substantially uniform in the xy space. Thus, it was confirmed that the polarization control element 100 generates a desired polarization state.

なお、電気ベクトルのz成分の測定方法としては、例えば、「Y.Saito et al.,Chemical Physics Letters 410(2005)136−141 Polarization measurements in tip−enhanced raman spectroscopy applied to single−walled carbon nanotubes」に記載されている方法を用いることができる。この方法では、集光する試料の裏面側に近接場プローブを配置する。そして、試料面に沿って近接場プローブを走査する。これにより、電気ベクトルのz成分の空間分布を検出することができる。このように、本実施の形態にかかる偏光制御素子によって所定の偏光状態、すなわち、擬似ラディアル偏光、及び擬似アジマス偏光を実現できることが確認できた。   As a method for measuring the z component of the electric vector, for example, “Y. Saito et al., Chemical Physics Letters 410 (2005) 136-141 Polarization measurement in a non-enhanced Raman spectroscopy”. The methods described can be used. In this method, a near-field probe is disposed on the back side of the sample to be collected. Then, the near-field probe is scanned along the sample surface. Thereby, the spatial distribution of the z component of the electric vector can be detected. Thus, it has been confirmed that the polarization control element according to the present embodiment can realize a predetermined polarization state, that is, pseudo radial polarization and pseudo azimuth polarization.

本発明の実施の形態1にかかる偏光制御素子の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the polarization control element concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる偏光制御素子から出射される光の偏光状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the polarization state of the light radiate | emitted from the polarization control element concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる偏光制御素子から出射される光の別の偏光状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically another polarization state of the light radiate | emitted from the polarization control element concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる偏光制御素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the polarization control element concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる偏光制御素子が用いられたSHG顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the SHG microscope in which the polarization control element concerning Embodiment 2 of this invention was used. 本発明の実施の形態2にかかる偏光制御素子から出射された光の振動方向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the vibration direction of the light radiate | emitted from the polarization control element concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかるSHG顕微鏡で、擬似ラディアル偏光を集光したときの第2高調波の放射パターンを示す図である。It is a figure which shows the radiation pattern of a 2nd harmonic when pseudo radial polarization is condensed with the SHG microscope concerning Embodiment 2 of this invention. 通常の直線偏光を集光した光の偏光状態を測定したときの測定結果を示す図である。It is a figure which shows a measurement result when measuring the polarization state of the light which condensed normal linearly polarized light. 本実施の形態2にかかる偏光制御素子により生成した擬似ラディアル偏光状態のz成分を測定したときの測定結果を示す図である。It is a figure which shows a measurement result when measuring z component of the pseudo radial polarization state produced | generated by the polarization control element concerning this Embodiment 2. FIG. 本実施の形態2にかかる偏光制御素子により生成した擬似アジマス偏光状態のz成分を測定したときの測定結果を示す図である。It is a figure which shows a measurement result when measuring z component of the pseudo azimuth polarization state produced | generated by the polarization control element concerning this Embodiment 2. FIG. 直線偏光を集光したときのz成分を測定したときの測定結果を示す図である。It is a figure which shows a measurement result when z component when linearly polarized light is condensed is measured. ラディアル偏光とアジマス偏光の説明するための図である。It is a figure for demonstrating radial polarization and azimuth polarization.

符号の説明Explanation of symbols

1 SHG顕微鏡、10 レーザ光源、11 ビームエキスパンダ、
13 ビームスプリッタ、14 ガルバノミラー、15 ガルバノミラー、
16 対物レンズ、17 対物レンズ、18 光検出器、19 光検出器、
20 レンズ、21 基本波カットフィルタ、22 基本波カットフィルタ、
30 試料、40 放射パターン、50 基板、51〜58 分割領域、
61〜64 分割領域、71〜74 分割領域、80 基板、81 基板、
100 偏光制御素子、
1 SHG microscope, 10 laser light source, 11 beam expander,
13 beam splitter, 14 galvanometer mirror, 15 galvanometer mirror,
16 objective lens, 17 objective lens, 18 photodetector, 19 photodetector,
20 lens, 21 fundamental wave cut filter, 22 fundamental wave cut filter,
30 samples, 40 radiation patterns, 50 substrates, 51-58 divided areas,
61 to 64 divided regions, 71 to 74 divided regions, 80 substrates, 81 substrates,
100 polarization control element,

Claims (7)

偏光制御素子と、
前記偏光制御素子に入射する光を出射する光源と、
前記偏光制御素子から出射された光を集光して、試料に照射する対物レンズとを備える顕微鏡であって、
前記偏光制御素子が、
直線偏光をラジアル偏光、又はアジマス偏光に変換するための偏光制御素子であり、
放射状に8以上分割された分割領域であって、入射した光の位相をずらして出射する波長板がそれぞれ設けられている分割領域を有し、
互いに対向する分割領域に設けられている1対の波長板の光学軸が略直交している顕微鏡
A polarization control element;
A light source that emits light incident on the polarization control element;
A microscope including an objective lens that collects light emitted from the polarization control element and irradiates the sample;
The polarization control element is
A polarization control element for converting linearly polarized light into radial polarized light or azimuth polarized light,
A divided region that is radially divided into eight or more, each having a divided region that is provided with a wave plate that emits light with the phase of incident light shifted;
A microscope in which optical axes of a pair of wave plates provided in divided regions facing each other are substantially orthogonal.
前記波長板が、前記基板上に形成されたフォトニック結晶を有している請求項1に記載の顕微鏡The microscope according to claim 1, wherein the wave plate has a photonic crystal formed on the substrate. 放射状に分割された波長板を基板に貼り付けることによって、前記分割領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡2. The microscope according to claim 1, wherein the divided regions are formed by sticking radially divided wave plates to a substrate. 前記分割領域が16個設けられている請求項1、2又は3に記載の顕微鏡The microscope according to claim 1, 2, or 3, wherein 16 divided regions are provided. 前記波長板の光学軸を識別するための識別マークが設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の顕微鏡The microscope according to claim 1, further comprising an identification mark for identifying the optical axis of the wave plate. 入射位置に応じて入射光の偏光状態を変化させて、直線偏光をラジアル偏光、又はアジマス偏光に変換するための偏光制御素子の製造方法であって、
所定の方向に光学軸が設けられている波長板を複数用意し、
前記光学軸と切断線が成す角度が前記複数の波長板毎に異なる角度となるよう、前記波長板のそれぞれを放射状に分割して、それぞれの波長板から2以上の分割領域を形成し、
前記複数の波長板から形成された複数の分割領域の中から所定数の分割領域を選択し、
前記複数の波長板のうち、第1の波長板から選択された分割領域を第1の基板に貼り付け、
前記第1の波長板から選択された分割領域の隣に、前記複数の波長板のうち、第2の波長板から選択された分割領域を貼り付け、対向する分割領域において、波長板の光学軸が直交するよう配置し、
前記第1の波長板から分割された分割領域のうち、前記第1の基板に貼り合わされていない分割領域を第2の基板上に貼り付け、
前記第2の波長板から分割された分割領域のうち、前記第1の基板に貼りわされていない分割領域を、前記第2の基板において前記第1の波長板から分割された分割領域の隣に配置されるよう、前記第2の基板に貼り合わせる偏光制御素子の製造方法。
A method of manufacturing a polarization control element for converting linearly polarized light into radial polarized light or azimuth polarized light by changing a polarization state of incident light according to an incident position,
Prepare multiple wave plates with optical axes in a given direction,
Each of the wave plates is radially divided so that the angle formed by the optical axis and the cutting line is different for each of the wave plates, and two or more divided regions are formed from the wave plates,
Selecting a predetermined number of divided regions from a plurality of divided regions formed from the plurality of wave plates;
Of the plurality of wave plates, a divided region selected from the first wave plate is attached to the first substrate ,
Next to the divided region selected from the first wave plate, the divided region selected from the second wave plate among the plurality of wave plates is pasted, and the optical axis of the wave plate in the opposed divided region Are arranged so that they are orthogonal ,
Of the divided regions divided from the first wave plate, a divided region that is not bonded to the first substrate is pasted on the second substrate,
The second of the divided regions divided from the wavelength plate, the first divided region that is not I stuck if the substrate, of the divided regions divided from said first wave plate in the second substrate A method of manufacturing a polarization control element that is bonded to the second substrate so as to be arranged next to each other.
前記第1の基板、及び前記第2の基板のそれぞれが4つの分割領域を有し、Each of the first substrate and the second substrate has four divided regions,
前記第1の基板、及び前記第2の基板の円周方向において、前記第1の波長板から取り出された分割領域と前記第2の波長板から取り出された分割領域とが交互に貼り合わせられていることを特徴とする請求項6に記載の偏光制御素子の製造方法。In the circumferential direction of the first substrate and the second substrate, the divided regions extracted from the first wave plate and the divided regions extracted from the second wave plate are alternately bonded. The method of manufacturing a polarization control element according to claim 6.
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