專利名稱：分束器裝置、光源裝置和掃描觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分束器裝置、光源裝置和掃描觀測裝置。
背景技術(shù)：
用于將從光源發(fā)射的一個激光束分支為多個激光束的分束器裝置是已知的(例如參見專利文獻1)。這種類型的分束器裝置包括設(shè)置在與夾在其間的平坦半透明反射鏡成相互不同距離處的至少兩個高反射鏡并且提供有在所述半透明反射鏡上形成為全反射器或者防反射部件的部分。根據(jù)該分束器裝置，從所述半透明反射鏡的一側(cè)進入的激光束由所述半透明反射鏡分支、由設(shè)置在所述半透明反射鏡的任一側(cè)的高反射鏡反射、并且返回到所述半透明反射鏡。經(jīng)過重復(fù)該步驟，一個激光束被分支為具有不同光學(xué)路徑長度的多個激光束。通過對所述高反射鏡賦予微小角度，多個所產(chǎn)生的激光束能夠被會聚于一個位置。(引用文獻列表)(專利文獻)(PTLl)日本專利 No. 392751
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，當(dāng)專利文獻1中公開的所述分束器裝置將被應(yīng)用到諸如掃描顯微鏡的掃描觀測裝置時，需要不僅有效地產(chǎn)生來自對象的光學(xué)響應(yīng)，而且還通過對于每一個輻射位置對它們進行區(qū)分來檢測這些光學(xué)響應(yīng)。更具體地說，在要利用多個光束照射對象時，如在專利文獻1中描述的分束器裝置，存在的缺點在于在不同輻射位置產(chǎn)生的光學(xué)響應(yīng)由于光在對象的表面上和內(nèi)部中的散射而在檢測器上空間地彼此重疊，并且無法對于每一個輻射位置區(qū)分這些光學(xué)響應(yīng)。要從其觀測光學(xué)響應(yīng)的對象中的位置越深，光的散射越強烈并且該空間重疊越顯著。此外，需要調(diào)節(jié)待照射到對象上的光束以具有合適的間隔。然而，專利文獻1中公開的分束器裝置具有的缺點在于，當(dāng)分支激光束將要僅通過高反射鏡的角度設(shè)置而設(shè)置于不同的相對角度時，會聚點在光軸方向上偏移。對于激光束賦予不同相對角度而不在光軸方向上偏移會聚點而言，高反射鏡的單獨角度設(shè)置不能令人不滿意，反而也需要偏移它們的位置。而且，在激光束被分支為多個激光束時，對于每一個束分支要求反射鏡的精細(xì)角度設(shè)置。出于該原因，設(shè)置高反射鏡的工作錯綜復(fù)雜并且裝置的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。鑒于上述情形來構(gòu)思本發(fā)明，并且其目的在于提供一種分束器裝置和光源裝置， 其即使在由使用多個光束的照射產(chǎn)生的對象中的響應(yīng)在檢測器上空間地彼此重疊的情況下也能夠通過在時間軸上分離響應(yīng)來檢測該響應(yīng)，并且提供一種能夠使用該分束器裝置進行快速掃描的掃描觀測裝置。而且，本發(fā)明的另一目的在于提供一種分束器裝置和光源裝置，其能夠?qū)⒁粋€束分支為具有不同光學(xué)路徑長度的多個束并且盡管在這些束之間具有不同相對角度，也能夠利用簡單的結(jié)構(gòu)將這些激光束會聚在光軸方向上的同一位置，并且提供一種能夠使用該分束器裝置進行快速掃描的掃描觀測裝置。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的第一方面是一種由輸入脈沖束生成待照射在對象上的多個脈沖束的分束器裝置，并且所述分束器裝置包括將所述輸入脈沖束分支到兩個光學(xué)路徑中的至少一個分支部；對沿著經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑經(jīng)過的脈沖束賦予相對時間延遲以充分分離由所述脈沖束引起的所述對象中的響應(yīng)的至少一個延遲部；以及對由所述延遲部賦予了所述相對時間延遲的所述多個脈沖束賦予相對角度并且將所述多個脈沖束會聚在同一位置的束角度設(shè)定部。根據(jù)本發(fā)明的該第一方面，所述輸入脈沖束由所述分支部分支到兩個光學(xué)路徑中。已分支進入每一個光學(xué)路徑中的所述脈沖束在沿著每一個光學(xué)路徑經(jīng)過的同時由所述延遲部賦予所述相對時間延遲。然而，由所述束角度設(shè)定部對賦予了所述相對時間延遲的所述兩個脈沖束賦予所述相對角度，會聚在同一位置上并且照射在所述對象上。由于所述脈沖束以其間的相對角度會聚在同一位置，因此通過將所述脈沖束的會聚位置設(shè)置在其下游的光學(xué)系統(tǒng)(例如物方光學(xué)系統(tǒng))的瞳孔(pupil)位置處或者與其光學(xué)共軛的位置處，能夠透射全部脈沖束。然后，所述脈沖束能夠聚焦在所述光學(xué)系統(tǒng)的焦點位置并且以多個點的形式在空間上分隔開。在這種情況下，由所述延遲部產(chǎn)生的所述相對時間延遲長于諸如對象中的熒光或者散射的響應(yīng)的時間。然后，防止由所述脈沖束產(chǎn)生的所述對象中的響應(yīng)混合并且能夠通過在時間軸上對所述響應(yīng)進行分離來進行檢測。在上述方面中，可以提供設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的所述光學(xué)路徑的每一個中并且延遲所述光學(xué)路徑的每一個中的瞳孔的中繼光學(xué)系統(tǒng)；以及復(fù)用由所述中繼光學(xué)系統(tǒng)中繼的所述多個脈沖束的至少一個復(fù)用部。所述束角度設(shè)定部可以對經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束之一賦予角度以具有相對于其它脈沖束的相對角度。通過這樣做，所述輸入脈沖束由所述分支部分支到具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中，并且所述脈沖束由設(shè)置在各自光學(xué)路徑中的所述中繼光學(xué)系統(tǒng)中繼且有所述復(fù)用部復(fù)用。此時，由所述束角度設(shè)定部對經(jīng)由所述分支部分支到兩個光學(xué)路徑中的所述脈沖束之一賦予角度以具有相對于其它脈沖束的相對角度。通過這樣做，在具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中并且賦予了相對角度的所述脈沖束能夠會聚于一個位置。在這種情況下，由于經(jīng)由所述分支部分支到兩個光學(xué)路徑中的所述脈沖束的瞳孔由設(shè)置在各自光學(xué)路徑中的中繼光學(xué)系統(tǒng)中繼，即使在分支的脈沖束設(shè)定到不同相對角度時也能夠防止所述脈沖束的會聚點在光軸方向上偏移。簡而言之，根據(jù)該方面，即使在脈沖束的相對角度不同時，也能夠利用中繼光學(xué)系統(tǒng)形式的簡單結(jié)構(gòu)將所述多個脈沖束會聚于光軸方向上的同一瞳孔位置。結(jié)果，即使在脈沖束的相對角度改變時，也能夠使脈沖束在相同的入射條件下入射在設(shè)置在其下游的光學(xué)系統(tǒng)上。例如，通過將賦予了相對角度的多個脈沖束會聚在顯微鏡物鏡的瞳孔位置，所述脈沖束能夠輻射在所述物鏡的焦平面上的不同位置。通過使相對角度不同，能夠改變輻射位置的間隔，并且此時能夠防止光量發(fā)生波動。
在上述的方面中，所述中繼光學(xué)系統(tǒng)可以包括至少一對透鏡，并且所述束角度設(shè)定部可以設(shè)置在所述一對透鏡之間或者多對透鏡之間。通過這樣做，即使在由所述束角度設(shè)定部對分支的脈沖束賦予了相對角度時，也能夠通過所述一對透鏡中繼所述瞳孔，并且能夠防止所述會聚點在光軸方向上偏移。而且， 由于提供多對這樣的透鏡并且由該多對透鏡中繼兩個光學(xué)路徑中的瞳孔，因此能夠減小透
鏡直徑。在上述的方面中，所述束角度設(shè)定部可以包括反射經(jīng)由所述分支部分支開的脈沖束的第一反射鏡；朝向所述復(fù)用部反射由所述第一反射鏡反射的所述脈沖束的第二反射鏡；以及在沿著第一反射鏡與第二反射鏡之間的光軸的方向上一起直線平移所述第一反射鏡和所述第二反射鏡的直線平移機構(gòu)。通過利用所述直線平移機構(gòu)在位于第一反射鏡和第二反射鏡之間的光軸方向一起平行移動這些反射鏡，能夠?qū)?jīng)由所述分支部分支開的脈沖束賦予相對角度。在上述的方面中，所述束角度設(shè)定部可以包括朝向所述復(fù)用部反射經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束的反射鏡以及繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述反射鏡的擺動機構(gòu)。通過利用所述擺動機構(gòu)繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述反射鏡，能夠?qū)?jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束賦予相對角度。在上述的方面中，所述束角度設(shè)定部可以包括繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述分支部和所述復(fù)用部中的至少一個的擺動機構(gòu)。通過利用所述擺動機構(gòu)繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述分支部和所述復(fù)用部中的至少一個，能夠?qū)?jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束賦予相對角度。在上述的方面中，可以提供均包括所述分支部、所述復(fù)用部、所述中繼光學(xué)系統(tǒng)以及所述束角度設(shè)定部的串行的多個單元，并且可以在各自分支部和各自復(fù)用部之間設(shè)置所述束角度設(shè)定部。所述輸入脈沖束能夠分支到多個光學(xué)路徑中，并且通過提供包括所述分支部、所述復(fù)用部、所述中繼光學(xué)系統(tǒng)以及所述束角度設(shè)定部的串行的多個單元，能夠由所述束角度設(shè)定部對所述分支脈沖束的每一個賦予相對角度。結(jié)果，在具有不同光學(xué)路徑長度并且賦予了相對角度的多個光學(xué)路徑中的脈沖束能夠會聚在一個位置。在上述的方面中，可以提供復(fù)用經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑中的所述脈沖束并且將兩個所復(fù)用的脈沖束分支到具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中的至少一個復(fù)用/分支部。所述中繼光學(xué)系統(tǒng)可以設(shè)置在經(jīng)由所述分支/復(fù)用部分支開的所述光學(xué)路徑的每一個中，并且所述束角度設(shè)定部可以對經(jīng)由所述復(fù)用/分支部分支開的脈沖束賦予相對角度。由于提供了至少一個復(fù)用/分支部，通過所述分支部和所述復(fù)用/分支部能夠?qū)⑺鲚斎朊}沖束分支到多個光學(xué)路徑中，并且通過所述束角度設(shè)定部可以對分支的脈沖束的每一個賦予相對角度。結(jié)果，在具有不同光學(xué)路徑長度并且被賦予了相對角度的多個光學(xué)路徑中的脈沖束能夠會聚在一個位置。在上述的方面中，可以提供設(shè)置在所述復(fù)用部的上游的所述光學(xué)路徑之一中并且使所述兩個光學(xué)路徑的偏振態(tài)彼此正交的偏振調(diào)制器。所述復(fù)用部可以是偏振分束器。
通過使所述偏振調(diào)制器能夠使所述兩個光學(xué)路徑的偏振態(tài)彼此正交并且形成所述偏振分束器的所述復(fù)用部，經(jīng)由分支部分支開的兩個光學(xué)路徑中的所述脈沖束之一能夠被透射，同時另一個被反射。結(jié)果，能夠通過所述復(fù)用部復(fù)用所述兩個光學(xué)路徑中的全部脈沖束，因而抑制這些脈沖束的光損失量，從而增加輸入脈沖束的利用效率。而且，根據(jù)本發(fā)明的第二方面是一種由輸入脈沖束生成待照射在對象上的多個脈沖束的分束器裝置，并且所述分束器裝置包括將所述輸入脈沖束分支到兩個光學(xué)路徑中的至少一個分支部；對沿著經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑經(jīng)過的脈沖束賦予相對時間延遲以充分分離由所述脈沖束引起的所述對象中的響應(yīng)的至少一個延遲部；復(fù)用由所述延遲部賦予了所述時間延遲的所述兩個脈沖束的至少一個復(fù)用部；設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的所述光學(xué)路徑的每一個中、使由所述復(fù)用部復(fù)用的脈沖束入射在所述復(fù)用部的不同位置并且在最后復(fù)用部之后使所述脈沖束的主光線彼此平行的靜止移位部；以及設(shè)置在所述最后復(fù)用部之后的至少一個透鏡。根據(jù)該方面，通過所述分支部將所述輸入脈沖束分支到兩個光學(xué)路徑中。分支到所述光學(xué)路徑的每一個中的所述脈沖束在沿著所述光學(xué)路徑的每一個經(jīng)過的同時由所述延遲部賦予相對時間延遲。然后，被賦予了相對時間延遲的所述兩個脈沖束通過提供在所述光學(xué)路徑中的所述靜止移位部對其在所述復(fù)用部上的入射位置進行調(diào)節(jié)并且然后由所述復(fù)用部復(fù)用。所述脈沖束的主光線在最后復(fù)用部之后由所述靜止移位部調(diào)節(jié)為彼此平行，并且所述脈沖束通過設(shè)置在其下游的透鏡正確地會聚在同一位置。在這種情況下，由于所述延遲部對所述兩個脈沖束賦予了相對時間延遲以充分分離所述對象中的響應(yīng)，防止了由所述脈沖束產(chǎn)生的所述對象中的響應(yīng)混合并且能夠通過將所述響應(yīng)在時間軸上分離來進行檢測。在上述的方面中，可以提供設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的所述光學(xué)路徑的每一個中并且延遲所述光學(xué)路徑的每一個中的瞳孔的中繼光學(xué)系統(tǒng)。通過這樣做，能夠通過所述中繼光學(xué)系統(tǒng)使經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束的所述束直徑相同。結(jié)果，在將多個所生成的脈沖束應(yīng)用于掃描觀測裝置時，能夠防止解析度改變。而且，在上述的方面中，所述靜止移位部可以包括至少兩個反射鏡以及在與入射在所述反射鏡上的脈沖束的光軸平行的平面中直線平移所述反射鏡中的至少一個以改變所述反射鏡之間的光學(xué)路徑長度的直線平移機構(gòu)。所述反射鏡之間的光學(xué)路徑長度能夠通過所述直線平移機構(gòu)的操作改變，從而改變由所述復(fù)用部復(fù)用的兩個脈沖束在所述復(fù)用部上的入射位置的間隔。而且，在上述的方面中，所述直線平移機構(gòu)可以在與所述反射鏡之間的光軸平行的方向上移動所述兩個反射鏡。通過這樣做，能夠改變由復(fù)用部復(fù)用的兩個脈沖束在復(fù)用部上的入射位置的間隔，并且即使在這種情況下也能夠防止光學(xué)路徑長度改變。由于防止了光學(xué)路徑長度改變， 因此不必新設(shè)定所述光學(xué)路徑長度。如果所述脈沖束是激光束，則其在傳播的同時取決于所述束直徑而以預(yù)定角度發(fā)散。由于此，如果光學(xué)路徑長度改變，則傳播后的束直徑改變。 由于防止了光學(xué)路徑長度改變，能夠防止束直徑改變，從而在將該方面應(yīng)用于掃描觀測裝置時防止了解析度改變。
而且，在上述的方面中，可以在所述靜止移位部的下游提供至少一個透鏡組以及與由所述靜止移位部的所述光軸的移位同步地沿與所述光軸正交的方向?qū)⑺鐾哥R組移動與所述光軸的移位量相同的量的透鏡組移動機構(gòu)。通過這樣做，即使在所述光軸由所述靜止移位部移位時，也能夠通過所述透鏡組移動機構(gòu)沿與所述光軸正交的方向?qū)⑺鐾哥R組移動與所述光軸的移位量相同的量。結(jié)果，即使在通過所述靜止移位部改變所述脈沖束的相對角度時，也能夠在被復(fù)用之后將所述脈沖束的主光線保持彼此平行，從而防止會聚點沿所述光軸方向偏移。而且，在上述靜止移位部的下游和設(shè)置在上述最后復(fù)用部之后的至少一個透鏡之間，可以設(shè)置至少一對透鏡(36b:l(Mc*37b:105a)以使得所述透鏡的焦點位置彼此一致，如圖19所示(簡而言之，它們用作4f光學(xué)系統(tǒng))。通過這樣做，即使在通過所述靜止移位部移位所述光軸時，由于其下游的光學(xué)系統(tǒng)用作4f光學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)⑺鲎詈髲?fù)用部之后的所述脈沖光束的主光線保持彼此平行， 從而防止所述會聚點沿所述光軸方向偏移。而且，根據(jù)本發(fā)明的第三方面是一種由輸入脈沖束生成照射在對象上的多個脈沖束的分束器裝置，并且所述分束器裝置包括將所述輸入脈沖束分支為兩個的至少一個分支部；傳播經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束的具有不同光學(xué)路徑長度的至少兩個光導(dǎo)部件；以及對從所述多個光導(dǎo)部件的出射端發(fā)射的多個脈沖束賦予相對角度并且將所述多個脈沖束會聚在同一位置的束角度設(shè)定部。根據(jù)上述的方面，通過所述分支部將所述輸入脈沖束分支為兩個，并且所述分支脈沖束沿著至少兩個光導(dǎo)部件傳播，從所述光導(dǎo)部件的出射端發(fā)射，由所述束角度設(shè)定部賦予了相對角度，并且被會聚在同一位置。由于所述至少兩個光導(dǎo)部件具有彼此不同的光學(xué)路徑長度，因此從所述出射端發(fā)射的脈沖束被賦予相對時間延遲。結(jié)果，通過僅調(diào)節(jié)所述光導(dǎo)部件的長度而不增加所述裝置的尺寸，能夠?qū)λ雒}沖束賦予足夠的時間延遲，并且能夠防止由所述脈沖束產(chǎn)生的所述對象中的響應(yīng)混合并且能夠通過在時間軸上分離所述響應(yīng)來進行檢測。在這種情況下，可以通過設(shè)置所述出射端的方向來構(gòu)建所述束角度設(shè)定部以使得所述光導(dǎo)部件的所述光軸彼此交叉在一個點處?？蛇x地，如果設(shè)置所述光導(dǎo)部件以使得所述光軸平行，則所述束角度設(shè)定部可以是將從這些出射端發(fā)射的所述脈沖束會聚在同一位置的透鏡形式。而且，根據(jù)本發(fā)明第四方面是一種光源裝置，包括發(fā)射脈沖束的脈沖光源；以及接收從所述脈沖光源發(fā)射的所述脈沖束的上述分束器裝置中的一個。根據(jù)該光源裝置，從所述脈沖光源發(fā)射的具有不同光學(xué)路徑長度并且被賦予了相對角度的一扎多個脈沖束能夠會聚在同一位置并且能夠使其全部經(jīng)過設(shè)置在其下游的光學(xué)系統(tǒng)的瞳孔位置。在上述的方面中，可以提供空間掃描從所述分束器裝置發(fā)射的多個脈沖束的掃描部。通過這樣做，在所述對象上形成多個點的同時，能夠通過所述掃描部的操作在所述對象上的這些點上方掃描賦予了時間延遲的多個脈沖束。結(jié)果，能夠利用脈沖束照射所述對象的更寬范圍。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第五方面是一種光源裝置，包括發(fā)射脈沖束的脈沖光源；接收從所述脈沖光源發(fā)射的所述脈沖束的上述分束器裝置之一；以及通過空間振動所述多個光導(dǎo)部件的出射端而空間掃描從所述分束器裝置發(fā)射的多個脈沖束的掃描部。根據(jù)本發(fā)明的第六方面是一種掃描觀測裝置，包括上述的分束器裝置之一；在所述對象上方掃描來自所述分束器裝置的多個脈沖的掃描部；將由所述掃描部掃描的所述脈沖束照射在所述對象上的觀測光學(xué)系統(tǒng)；以及檢測從所述對象收集的信號光的檢測部。在上述的方面中，可以提供使由所述檢測部檢測的所述信號光與所掃描的脈沖束同步的處理部；將由所述處理部同步的所述信號光重構(gòu)為與所述對象上的部位相關(guān)聯(lián)的二維信息或者三維信息的恢復(fù)部；以及顯示所述二維信息或者三維信息的顯示部。根據(jù)該掃描觀測裝置，具有不同光學(xué)路徑長度并且被賦予了相對角度的多個脈沖束能夠由分束器裝置會聚在一個位置并且輻射在對象的不同位置。然后，通過利用所述掃描部二維或者三維地掃描所述對象上的輻射位置并且利用所述檢測部檢測來自所述對象的光能夠生成所述對象的圖像。發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供的優(yōu)點在于，即使在束之間的相對角度不同時，也能夠利用簡單的結(jié)構(gòu)將這些束會聚于光軸方向上的同一位置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖2是闡釋圖1的分束器裝置的時間復(fù)用的圖，其中(a)示出在反射光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的時間延遲并且(b)示出光脈沖序列。圖3是根據(jù)圖1的變型的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的呈現(xiàn)為基準(zhǔn)實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖5是闡釋圖4的分束器裝置的時間復(fù)用的圖，其中(a)示出由反射光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的時間延遲，(b)示出由反射光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的時間延遲，并且(c)示出光脈沖序列。圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖7是闡釋利用圖6的分束器裝置偏轉(zhuǎn)脈沖束的方法的圖，其中(a)示出不執(zhí)行偏轉(zhuǎn)的情況并且(b)示出執(zhí)行偏轉(zhuǎn)的情況。圖8是圖6的變型的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖11是圖10的變型的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的掃描顯微鏡的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖15是闡釋圖14的掃描顯微鏡的時間復(fù)用的圖，其中(a)示出脈沖束的脈沖列并且(b)示出所檢測的熒光的脈沖列。圖16是闡釋根據(jù)本發(fā)明第八實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖17是闡釋根據(jù)本發(fā)明第九實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖18是闡釋根據(jù)本發(fā)明第十實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖19是闡釋根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖20是圖19的區(qū)域AA的放大視圖。圖21是圖19的區(qū)域AB的放大視圖。圖22是闡釋根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖23是闡釋具有圖22的分束器裝置的光學(xué)路徑長度的路徑的圖，其中(a)示出具有最小光學(xué)路徑長度的路徑，(b)示出具有第二最小光學(xué)路徑長度的路徑，(c)示出具有第二最大光學(xué)路徑長度的路徑，并且(d)以實線示出具有最大光學(xué)路徑長度的路徑。圖M是闡釋由圖22的分束器裝置生成的四個脈沖束的時間間隔的圖。圖25是闡釋圖M的脈沖束的間隔與相干時間之間的關(guān)系的圖。圖沈是闡釋圖22中的分束器裝置的應(yīng)用示例的變型的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖27是闡釋使用圖23的分束器裝置的熒光透視裝置的一個示例的總體結(jié)構(gòu)圖。圖觀是闡釋由圖27的熒光透視裝置輻射到對象上的脈沖束與從所述對象發(fā)射的熒光之間關(guān)系的圖。圖四是闡釋根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的分束器裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖30是闡釋圖四的分束器裝置的四個光纖的光纖束的截面圖的圖。圖31是闡釋代替圖30將四個光纖捆扎在一起而在熔融和集成的覆層中具有以方形設(shè)置的四個芯的光纖束的端部的一個示例性形態(tài)的截面圖。圖32是圖31中的芯的設(shè)置的變型的截面圖。圖33是闡釋提供有圖四的分束器裝置的熒光透視裝置的一個示例的總體結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式第一實施例現(xiàn)在將參照圖1到圖3描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的分束器裝置1。如圖1所示，根據(jù)該實施例的分束器裝置1包括反射光學(xué)系統(tǒng)(束角度設(shè)定部)12、分束器(分支部)13、分束器(復(fù)用部)14以及中繼光學(xué)系統(tǒng)(瞳孔傳輸光學(xué)系統(tǒng))16和17。而且，該實施例的分束器裝置1與脈沖光源11構(gòu)成光源裝置101。在圖1中，光軸IZ與分束器13和分束器14的反射表面的交叉點分別稱為點A和點C。而且，點A和點C之間的中點稱為點D，并且來自分束器13的脈沖束的光軸與反射光學(xué)系統(tǒng)12的交叉點稱為點B。這里，三角形ABC是具有作為頂點的點B的等腰三角形，并且側(cè)邊AB和側(cè)邊BC具有相同的長度。現(xiàn)在將描述上述部件的功能。脈沖光源11以重復(fù)頻率R振蕩脈沖束。分束器13是將脈沖束分支到具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中的分支部，更具體地說為光學(xué)路徑A-D-C(以下將其稱為“光學(xué)路徑10”)和光學(xué)路徑A-B-C(以下將其稱為“光學(xué)路徑20”)。反射光學(xué)系統(tǒng)12包括全反射來自分束器13的脈沖束的反射鏡以及繞著與脈沖束的光軸正交的軸擺動該反射鏡的擺動機構(gòu)(圖中未示出)。
反射光學(xué)系統(tǒng)12通過圖中未示出的擺動機構(gòu)繞著與脈沖束的光軸正交的軸擺動反射鏡以改變經(jīng)由分束器13分支出的脈沖束的光軸的角度。結(jié)果，反射光學(xué)系統(tǒng)12用作通過其反射表面的傾斜對經(jīng)由分束器13分支出的沿著光學(xué)路徑20經(jīng)過的脈沖束賦予偏轉(zhuǎn)角度θ的靜止偏轉(zhuǎn)部。而且，反射光學(xué)系統(tǒng)12還用作延遲部，該延遲部延遲沿著光學(xué)路徑20經(jīng)過的脈沖束以使得在光學(xué)路徑10和光學(xué)路徑 20之間產(chǎn)生光學(xué)路徑長度差值L。光學(xué)路徑10和光學(xué)路徑20分別包括用于在其各自光學(xué)路徑上中繼脈沖束的瞳孔的中繼光學(xué)系統(tǒng)16和17。中繼光學(xué)系統(tǒng)16由一對透鏡16a和16b組成，并且鄰近點A的瞳孔被中繼的到點 C附近。中繼光學(xué)系統(tǒng)17由兩對透鏡17a和17b以及17c和17d構(gòu)成，并且反射光學(xué)系統(tǒng) 12設(shè)置在透鏡17b和透鏡17c之間。透鏡17a、17b、17c和17d具有相同的焦距。由于此， 鄰近點A設(shè)置的瞳孔通過透鏡17a和透鏡17b中繼到反射光學(xué)系統(tǒng)12上方附近。而且，已經(jīng)被中繼到反射光學(xué)系統(tǒng)12上方附近的瞳孔通過透鏡17c和透鏡17d進一步中繼到點C 附近。分束器14是對沿著光學(xué)路徑10和光學(xué)路徑20經(jīng)過的脈沖束進行復(fù)用的復(fù)用部。盡管在該實施例中分束器被用作分支部和復(fù)用部，但是可以替代地使用例如半反射鏡或者二向色鏡。這也適用于其它實施例?，F(xiàn)在將描述由具有上述結(jié)構(gòu)的分束器裝置1中的脈沖光源11振蕩的脈沖束的時間復(fù)用和空間復(fù)用(空間調(diào)制)。首先描述時間復(fù)用。從由脈沖光源11振蕩的脈沖束沿著其經(jīng)過的點A到點Z，存在兩個光學(xué)路徑光學(xué)路徑10具有最短光學(xué)路徑長度并且光學(xué)路徑20具有比光學(xué)路徑10大光學(xué)路徑長度差值L的光學(xué)路徑長度。這里，沿著光學(xué)路徑10經(jīng)過的脈沖束由PO指代，并且沿著光學(xué)路徑 20經(jīng)過的脈沖束由Pl指代。由于光學(xué)路徑20比光學(xué)路徑10長光學(xué)路徑長度差值L，因此沿著光學(xué)路徑20經(jīng)過的脈沖束Pl以與沿著光學(xué)路徑10經(jīng)過的脈沖束PO相比較延遲L/C到達分束器14上的點C，其中c代表光速。換句話說，沿著光學(xué)路徑20經(jīng)過的脈沖束Pl達到點Z時的時間tl 表達為時間tl = tO+L/c，其中t0代表沿著光學(xué)路徑10經(jīng)過的脈沖束PO到達點Z的時間 (參照圖2(a))。這里，如圖2(b)所示，在選擇光學(xué)路徑長度差值L以使得與脈沖光源11 的重復(fù)頻率R相關(guān)地滿足L = c/2R,則生成以重復(fù)頻率2R，即脈沖光源11的初始重復(fù)頻率 R的兩倍，時間復(fù)用的光脈沖序列。接下來，將描述上述時間復(fù)用的脈沖束被空間偏轉(zhuǎn)的空間復(fù)用。首先，下面的描述假定以下作為參考在沒有空間復(fù)用的情況下脈沖束PO和脈沖束Pl在分束器14處被復(fù)用時這兩個脈沖束之間的相對角度為0。按照下面給出分束器13處的入射角度φ :
權(quán)利要求
1.一種分束器裝置，由輸入脈沖束生成待照射在對象上的多個脈沖束，所述分束器裝置包括至少一個分支部，將所述輸入脈沖束分支到兩個光學(xué)路徑中； 至少一個延遲部，對沿著經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑經(jīng)過的脈沖束賦予相對時間延遲，以充分分離由所述脈沖束引起的所述對象中的響應(yīng)；以及束角度設(shè)定部，對由所述延遲部賦予了所述相對時間延遲的所述多個脈沖束賦予相對角度并且將所述多個脈沖束會聚于同一位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分束器裝置，包括中繼光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的每一個所述光學(xué)路徑中并且中繼每一個所述光學(xué)路徑中的瞳孔；以及至少一個復(fù)用部，復(fù)用由所述中繼光學(xué)系統(tǒng)中繼的所述多個脈沖束，其中所述束角度設(shè)定部對經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束之一賦予角度，以具有相對于其它脈沖束的相對角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，其中所述中繼光學(xué)系統(tǒng)包括至少一對透鏡，并且所述束角度設(shè)定部設(shè)置在所述一對透鏡之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，其中，所述束角度設(shè)定部包括第一反射鏡，反射經(jīng)由所述分支部分支開的脈沖束；第二反射鏡，將由所述第一反射鏡反射的所述脈沖束朝向所述復(fù)用部反射；以及直線平移機構(gòu)， 在沿著所述第一反射鏡和所述第二反射鏡間的光軸的方向上一起直線平移所述第一反射鏡和所述第二反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，其中，所述束角度設(shè)定部包括反射鏡，將經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束朝向所述復(fù)用部反射；以及擺動機構(gòu)，繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，其中，所述束角度設(shè)定部包括擺動機構(gòu)，所述擺動機構(gòu)繞著與所述脈沖束的光軸正交的軸擺動所述分支部和所述復(fù)用部中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，包括串行的多個單元，均包括所述分支部、所述復(fù)用部、所述中繼光學(xué)系統(tǒng)以及所述束角度設(shè)定部的，其中所述束角度設(shè)定部設(shè)置在各自分支部和各自復(fù)用部之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，包括至少一個復(fù)用/分支部，復(fù)用經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑中的所述脈沖束并且將兩個所復(fù)用的脈沖束分支到具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中，其中，所述中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)由所述分支/復(fù)用部分支開的每一個所述光學(xué)路徑中，并且所述束角度設(shè)定部對經(jīng)由所述復(fù)用/分支部分支開的脈沖束賦予相對角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分束器裝置，包括偏振調(diào)制器，設(shè)置在所述復(fù)用部的上游的所述光學(xué)路徑之一中并且使多個光學(xué)路徑的偏振態(tài)彼此正交，其中所述復(fù)用部是偏振分束器。
10.一種分束器裝置，由輸入脈沖束生成待照射在對象上的多個脈沖束，所述分束器裝置包括至少一個分支部，將所述輸入脈沖束分支到兩個光學(xué)路徑中；至少一個延遲部，對沿著經(jīng)由所述分支部分支開的所述兩個光學(xué)路徑經(jīng)過的脈沖束賦予相對時間延遲，以充分分離由所述脈沖束引起的所述對象中的響應(yīng)；至少一個復(fù)用部，復(fù)用由所述延遲部賦予了所述時間延遲的所述兩個脈沖束；靜止移位部，設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的每一個所述光學(xué)路徑中，使由所述復(fù)用部復(fù)用的脈沖束入射在所述復(fù)用部的不同位置并且在最后復(fù)用部之后使所述脈沖束的主光線彼此平行；以及至少一個聚焦透鏡，設(shè)置在所述最后復(fù)用部之后。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分束器裝置，包括中繼光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置在經(jīng)由所述分支部分支開的每一個所述光學(xué)路徑中并且中繼每一個所述光學(xué)路徑中的瞳孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分束器裝置，其中所述靜止移位部包括至少兩個反射鏡以及在與入射在所述反射鏡上的脈沖束的光軸平行的平面中直線平移所述反射鏡中的至少一個以改變所述反射鏡之間的光學(xué)路徑長度的直線平移機構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分束器裝置，其中所述直線平移機構(gòu)在與所述反射鏡之間的光軸平行的方向上移動所述兩個反射鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的分束器裝置，包括在所述靜止移位部的下游的至少一個透鏡組以及與由所述靜止移位部的所述光軸的移位同步地在與所述光軸正交的方向上將所述透鏡組移動與所述光軸的移位量相同的量的透鏡組移動機構(gòu)。
15.一種分束器裝置，由輸入脈沖束生成照射在對象上的多個脈沖束，所述分束器裝置包括至少一個分支部，將所述輸入脈沖束分支為兩個；至少兩個具有不同光學(xué)路徑長度的光導(dǎo)部件，傳播經(jīng)由所述分支部分支開的所述脈沖束；以及束角度設(shè)定部，對從所述多個光導(dǎo)部件的出射端發(fā)射的多個脈沖束賦予相對角度并且將所述多個脈沖束會聚于同一位置。
16.一種光源裝置，包括發(fā)射脈沖束的脈沖光源；以及根據(jù)權(quán)利要求1到15中的任一項所述的分束器裝置，接收從所述脈沖光源發(fā)射的所述脈沖束。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光源裝置，包括掃描部，空間掃描從所述分束器裝置發(fā)射的多個脈沖束。
18.一種光源裝置，包括發(fā)射脈沖束的脈沖光源；根據(jù)權(quán)利要求15所述的分束器裝置，接收從所述脈沖光源發(fā)射的所述脈沖束；以及掃描部，通過空間振動所述多個光導(dǎo)部件的所述出射端而空間掃描從所述分束器裝置發(fā)射的多個脈沖束。
19.一種掃描觀測裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1到15中的任一項所述的分束器裝置； 掃描部，在所述對象上方掃描來自所述分束器裝置的多個脈沖束； 觀測光學(xué)系統(tǒng)，將由所述掃描部掃描的所述脈沖束照射在所述對象上；以及檢測從所述對象收集的信號光的檢測部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的掃描觀測裝置，包括處理部，使由所述檢測部檢測的所述信號光與所掃描的脈沖束同步； 恢復(fù)部，將由所述處理部同步的所述信號光重構(gòu)為與所述對象上的部位相關(guān)聯(lián)的二維信息或者三維信息；以及顯示所述二維信息或者三維信息的顯示部。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的掃描觀測裝置，還包括用于將所述束聚焦于所述對象上的物鏡。
22.一種激光掃描顯微鏡，包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的掃描觀測裝置。
23.一種激光掃描內(nèi)窺鏡，包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的掃描觀測裝置。
全文摘要
在將一個束分支為具有不同光學(xué)路徑長度的多個束時，即使在所述束之間的相對角度不同時也能夠利用簡單結(jié)構(gòu)將所述束沿光軸方向會聚于同一位置。提供一種分束器裝置(1)，包括將輸入脈沖束分支到具有不同光學(xué)路徑長度的兩個光學(xué)路徑中的分束器(13)；設(shè)置在各自分支的光學(xué)路徑(10，20)中并且中繼所述光學(xué)路徑(10，20)中的瞳孔的中繼光學(xué)系統(tǒng)(16，17)；復(fù)用位于所述兩個光學(xué)路徑(10，20)中的中繼的脈沖束的分束器(14)；以及對經(jīng)由所述分束器(13)分支開的脈沖束賦予相對角度的反射光學(xué)系統(tǒng)(12)。
文檔編號G02B21/06GK102597845SQ20108004843
公開日2012年7月18日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者伊賀靖展, 雙木滿, 谷川洋平, 高橋晉太郎 申請人:奧林巴斯株式會社