[发明专利]显微镜装置、光拾取装置以及光照射装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用了将直线偏振光变换为径向偏振光的偏振光变换元件的显微镜装置、光拾取装置以及光照射装置。

背景技术

以往，利用了通过作为照明光源使用激光器，并将从照明光源输出的激光照射到样品，而观测该样品的显微镜装置。在这样的显微镜装置中，为了进一步提高分辨能力，从照明光源照射并聚光到样品的光束点的直径越小越好。一般，光束点的最小直径由衍射极限规定，其最小直径与波长成比例。因此，从光源照射的光的波长越短，光束点的直径也越小。

但是，一般发出波长短的光的光源例如发出紫色或者紫外光的激光器相比于发出比其长的波长例如发出绿色或者红色光的光源更昂贵。另外，一般，在从紫色至紫外的整个波长范围内，随着波长变短，光学材料的透射率也降低。因此，针对紫色或者紫外光具有高的透射率的光学材料的种类受到限制。

因此，径向偏振光受到了关注。径向偏振光是以光轴为中心，直线偏振光的偏振面放射状地分布的偏振光。报告了通过用聚光透镜使径向偏振光聚焦，聚光到焦点面的光成为z偏振光（即，光的传播方向和电场方向相同的偏振光），能够使光聚光成比通过X或者Y偏振光的衍射极限产生的射束点径还小的点径。另外，还报告了通过使用径向偏振光，沿着光轴光束直径窄的范围变长，由此焦点深度也变深（例如，参照日本特开2008－39882号公报、Chin－Cherng Sun、Chin－Ku Liu、“Ultrasmall focusing spot with a long depth of focus based on polarization and phase modulation”、OPTICS LETTERS、Optical Society of America、2003年、第28卷、第2号、p.99－101以及HAIFENG WANG等、“Creation of a needle of longitudinally polarized light in vacuum using binary optics”、Nature photonics、2008年、第2卷、p.501－505）。

发明内容

为了生成这样的径向偏振光，使用例如在相对光轴方向正交的面中排列多个半波长板、并且以使各半波长板的光学轴的方向不同的方式粘贴的偏振光变换元件。另外，还提出了使用光子晶体，将直线偏振光变换为径向偏振光的偏振光变换元件。

但是，在半波长板以及光子晶体中，如果所入射的光的波长变化，则在正常光线与异常光线之间产生的相位差也变化。因此，在使用了半波长板或者光子晶体的偏振光变换元件中，如果入射到该偏振光变换元件的光线的波长与设计波长不同，则无法将入射光线变换为径向偏振光。

因此，本发明的目的在于，提供一种显微镜装置、光拾取装置以及光照射装置，即使使用具有在规定的波长区域中包含的任一波长的照明光，也具有比由衍射极限规定的分辨率高的分辨率。

根据本发明的一个侧面，提供一种显微镜装置。该显微镜装置具有：光源，输出具有第1波长的直线偏振光；偏振光变换元件，具有包含液晶分子的液晶层，该偏振光变换元件通过使直线偏振光透过该液晶层，将直线偏振光变换为径向偏振光；物镜，使径向偏振光聚光到物体面；聚光透镜，使来自物体面的光聚光；受光元件，接收由聚光透镜聚光了的光，输出与接收到的光的强度对应的信号；以及控制器，对偏振变换元件具有的液晶层施加与第1波长对应的电压。

偏振变换元件配置于物镜的光源侧，偏振变换元件具有沿着光轴配置的、使入射光的一部分的相位反转的相位反转元件和将直线偏振光变换为径向偏振光的偏振面旋转元件。偏振面旋转元件具有所述液晶层、和以夹着该液晶层相对置的方式配置的两个透明电极，液晶层具有沿着以偏振面旋转元件与光轴的第1交点为中心的圆周方向配置的多个区域，多个区域的各个中包含的液晶分子的取向方向相互不同，液晶层的多个区域的各个通过对两个第1透明电极之间施加与第1波长对应的电压，使直线偏振光中的透过了该区域的分量的偏振面，根据该区域中包含的所述液晶分子的取向方向，旋转为与以第1交点为中心的放射方向平行。由此，偏振面旋转元件将直线偏振光变换为径向偏振光。

另外，相位反转元件具有沿着以该相位反转元件与光轴的第2交点为中心的放射方向交替配置的第1环形带部分以及第2环形带部分，使入射到第1环形带部分的直线偏振光或者径向偏振光的相位相对入射到第2环形带部分的直线偏振光或者径向偏振光的相位反转。