JPH11258526A - 光量調整方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出射光の光軸調整が不要で、その光量を連続
的に変えることのできる光量調整方法及びその装置を提
供する。 【解決手段】 偏光成分に応じて透過量の異なる同一の
偏光ビームスプリッタ１４、１５を、外部鏡筒１１内に
回転自在に配置された内部鏡筒１２の回転軸に直交する
平面に対称かつこの平面とそれぞれ角度θだけ傾けて、
保持部材１３を用いて配置する。レーザ光源１からの直
線偏光を光軸がこの内部鏡筒１２の回転軸と一致するよ
うに入射させ、内部鏡筒１２を所望の位置に回転させる
と、偏光ビームスプリッタ１４、１５へ入射するレーザ
光のそれぞれの偏光成分の比率が回転角に応じて変化す
るので、出射光の光量が連続的に変化し、互いのビーム
スプリッタ１４、１５の光軸シフト、角度ブレ量が相殺
されるので、出射光軸は入射光軸に常に一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の光量を連
続的に可変して出射する光量調整方法及びそれに用いる
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の光学装置では、光源から出射され
た光の光量を調整する光量調整装置が広く用いられてい
る。このうち、ＹＡＧレーザなどのハイパワーレーザを
光源として用いる加工装置や計測装置では、光源となる
レーザの出射光量を、光の光量以外の特性を変えずに直
接制御することが困難であるため、光量調整装置を別個
設ける必要がある。

【０００３】レーザビームの強度調整装置としては、特
開平９−２１９６５号に開示されている技術がある。図
５にこの装置の概略図を示す。この装置は、直線偏光の
レーザを発するレーザ光源１の光路上に１／２波長板２
Ａを光軸を中心軸として回転自在に配置し、その出力光
路上に特定の偏光方向を有するハーフミラー３を配置し
て構成されている。

【０００４】このように構成することにより、レーザ光
源１から出射されたレーザビームは、１／２波長板２Ａ
の回転角度によりその偏光方向が任意の方向に変えられ
る。出射した光は、ハーフミラー３に導かれ、偏光状態
に応じて透過する光（図中IIで示す方向に出射される
光）と反射される光（図中Ｉで示す方向に出射される
光）の比率が変化する。つまり、図中Ｉ、IIで示される
方向にそれぞれ進む光の分岐比を変えて、光量を調整す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この装置では、図５に
示されるように出射光の光軸は、入射するレーザ光の光
軸に対してシフトを起こしてしまう。さらに、１／２波
長板２Ａ及びハーフミラー３の平行度が厳密に保たれて
いない場合は、この平行度のずれにより角度ブレが発生
してしまう。そして、このシフト及び角度ブレ量はハー
フミラー３への入射光の偏光状態に応じて変化するか
ら、光量の調整に応じて出射光の光軸位置及び方向が変
化してしまうことになる。このため、各種の光学系にこ
の装置を組み込んだ場合には、光量を調整するたびに下
流側の光学系との光軸調整が必要となり、連続的に光量
を可変調整することが難しかった。

【０００６】そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み
て、出射光の光軸調整が不要で、その光量を連続的に変
えることのできる光量調整方法及びその装置を提供する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光量調整方法は、所定の偏光状態を有する
光の光量を連続的に可変する光量調整方法であって、偏
光成分により透過率を異ならせた第１の光分岐手段と、
これと同一特性を有する第２の光分岐手段とを調整対象
の光の光路上に光軸に直交する平面に対して対称形にそ
の光軸に対して傾けて配置する工程と、第１の光分岐手
段側から調整対象の光を入射させ、第１及び第２の光分
岐手段を対称関係を保持したまま前記光軸を中心軸とし
て回転させることにより、第１及び第２の光分岐手段を
透過して出力される光の光量を調整する工程と、を備え
ることを特徴とする。

【０００８】この方法によれば、第１及び第２の光分岐
手段を入射光の光軸に対して傾け、かつこの光軸に直交
する平面に対してそれぞれが対称な状態でセットしたう
えで、両者をこの入射光の光軸を中心として回転させて
いる。この回転により第１及び第２の光分岐手段に入射
する光のそれぞれの分岐手段に対する光の偏光方向が変
化することになる。第１及び第２の光分岐手段は、調整
対象の光の波長領域で偏光成分によりその透過率が異な
っているから、入射した光は、この透過率の違いにより
それぞれの偏光成分ごとに所定の割合の光のみが透過さ
れる。したがって、光分岐手段に入射する光の分岐手段
に対する偏光方向を変えることで、入射光の偏光成分ご
との割合が変わり、さらにそれぞれの透過量が異なるの
で、最終的に出射される光の光量は、分岐手段の回転に
応じて変化する。また、第１及び第２の光分岐手段の光
学特性は同一であるから、第１の光分岐手段と第２の光
分岐手段のシフト量は同一になる。そして、それぞれの
光分岐手段を光軸に直交する面に対称に配置しているの
で、両者のシフト方向は正反対になり、第２の光分岐手
段から出射される光の光軸は入射光の光軸と一致する。

【０００９】一方、本発明の光量調整装置は、上記の光
量調整方法を実現するための装置であって、光量調整対
象の光の波長域で偏光成分により透過率を異ならせた第
１の光分岐手段と、この第１の光分岐手段と同一特性を
有する第２の光分岐手段と、これら第１及び第２の光分
岐手段を調整対象の光の光軸に直交する面に対して対称
に、この光軸に対して傾けて保持したうえでこの光軸を
中心軸として所望の位置に回転させる回転保持手段と、
を備えていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。なお、説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。

【００１１】図１は、本発明に係る光量調整装置の一実
施形態の概略図である。図１に示されるように、本実施
形態の光量調整装置１０は、外部鏡筒１１の内部に、入
射光の光軸を軸として回転自在に内部鏡筒１２を配置
し、その中に同一特性の二つの偏光ビームスプリッタ１
４、１５を固定部材１３を介して内部鏡筒１２の回転軸
に直交する面に対称に、それぞれこの面に対して角度θ
だけ傾けて固定している。このため、偏光ビームスプリ
ッタ１４と１５のそれぞれの入射面のなす角度は２θと
なる。このとき、各偏光ビームスプリッタ１４および１
５への光入射角がブルースター角程度となるように配置
することが好ましい。これにより、偏光成分の分離が有
効に行われるからである。

【００１２】以下、この光量調整装置１０をフォトリシ
ス用顕微鏡に採用した場合を図２を参照して説明する。
ここで、フォトリシス用顕微鏡とは、生体内の反応をフ
ォトリシス（Photolysis）反応を利用して調べるための
顕微鏡である。これは、観察対象の生体細胞にこの反応
に寄与する生理活性化合物にニトロフェニル基などの保
護基をつけたケージド化合物（Caged Compounds）を予
め投与しておき、顕微鏡観察下で生体細胞に特定波長の
光を照射してこのケージド化合物の保護基を分離させ
て、生理活性化合物を活性化させる。この光照射による
生理活性化合物の活性化がフォトリシス反応である。図
２に示される装置は、波長３５５ｎｍのパルスレーザを
フォトリシス反応のトリガー光として利用し、観察対象
４０の化学反応をフォトリシス反応により観察するシス
テムである。

【００１３】このシステムは、トリガー光の光源である
ＹＡＧレーザ光源１の出射光軸上に図１の光量調整装置
１０が設置され、その出射光軸上に観察対象４０上にレ
ーザ光を集光するための光学系であるフォーカス調整機
構２０が配置される。そして、トリガー光照射位置を確
認するガイド照明の光源となるレーザーダイオード２１
と、フォーカス調整機構２０との光軸の交叉位置に、両
者の光を合成する合成部３０が配置されている。合成部
３０には、さらに観察対象４０の観察像を撮像するカメ
ラヘッド２２が取り付けられている。この合成部３０
は、ガイド照明光とトリガー光を合成するダイクロイッ
クミラー３１と、合成光の照射、非照射を切り換えるシ
ャッタ３２、および観察対象像をカメラヘッドに導くダ
イクロイックミラー３３を備えている。そして、合成部
３０は、観察対象４０を保持する顕微鏡２３の光学系
（詳細は図示していない）に接続されている。

【００１４】本システムでは、図１に示される光量調整
装置１０の偏光ビームスプリッタ１４、１５の入射面の
なす角度θは、５７度であり、偏光ビームスプリッタ１
４、１５はいずれも入射角θの光に対して図３に示され
る透過特性を有している。図３より明らかなようにこれ
らの偏光ビームスプリッタ１４、１５はｓ偏光に対して
ほぼ１００％、ｐ偏光に対して約５％の透過率を有して
おり、ほぼｓ偏光のみを取り出すことで、偏光成分によ
り光を分岐できる。

【００１５】次に、このシステムの動作を説明する。図
１に示されるように、レーザ光源１から出射されたレー
ザ光は、直線偏光の状態で、光量調整装置１０内の入射
側の偏光ビームスプリッタ１４に入射する。ここで内部
鏡筒１２を中心軸、つまり入射レーザ光の光軸を軸とし
て回転させることにより、内部鏡筒１２内に保持された
偏光ビームスプリッタ１４と１５も光軸を中心として回
転する。その結果、入射レーザ光の偏光方向に対する偏
光ビームスプリッタ１４と１５の偏光面が回転すること
になる。これは、ちょうど、入射レーザ光の偏光方向を
回転させて入射させたことに相当する。これにより、偏
光ビームスプリッタに入射するレーザ光のｐ偏光とｓ偏
光成分の比率が変化することになる。図３に示されるよ
うに、これらの偏光ビームスプリッタ１４と１５とは、
ｓ偏光成分を主に透過するため、入射光のうちほぼｓ偏
光成分の比率に応じた光量の光が透過される。さらに、
偏光ビームスプリッタ１４を透過した光は、出射側の偏
光ビームスプリッタ１５に入射して、同様にｓ偏光成分
のみが透過して出射される。このように、光軸を軸に両
偏光ビームスプリッタ１４と１５を回転させることで、
回転角に応じて入射光の光量を調整することができる。

【００１６】図４は、この回転角度と出射光量の関係を
測定した結果を示すグラフである。このグラフでは、出
射光量は顕微鏡２３の対物レンズまでを経て、実際に観
察対象４０に照射される光の光量を示している。このと
きの入射レーザの光出力は１５０μＷである。グラフよ
り回転角を変えることにより出力を変更可能であること
がわかる。

【００１７】また偏光ビームスプリッタ１４内部での光
の屈折により、偏光ビームスプリッタ１４から出射され
るビームの光軸がシフトするが、出射側の偏光ビームス
プリッタ１５内部での光の屈折により、偏光ビームスプ
リッタ１５から出射されるビームの光軸は、これと逆方
向に同量だけシフトする。したがって、シフト量が相殺
される。また、同じ偏光ビームスプリッタ１４と１５を
向き合わせて使用することにより、偏光ビームスプリッ
タ１４と１５の基板の平行度に由来するビームの角度ブ
レもキャンセルすることができる。したがって、特性の
光量調整装置１０の入射光軸と出射光軸を一直線上に保
つことができる。

【００１８】こうして出射されたレーザビームは、フォ
ーカス調整機構２０により集光あるいは拡散され、トリ
ガー光として合成部３０に入射される。合成部３０内部
では、このトリガー光とレーザダイオード２１から出射
されたガイド光がダイクロイックミラー３１により合成
される。ダイクロイックミラー３１は、ガイド光を透過
し、トリガー光を反射することにより合成するものであ
る。こうして生成された合成光は、ダイクロイックミラ
ー３３で反射され、顕微鏡２３に導かれ、内部の光学系
で再び集光されて、観察対象４０に照射される。

【００１９】観察対象４０に予め投与しておいたケージ
ド化合物はトリガー光の照射により、保護基が分離され
て生体活性化合物になり、所望の反応が引き起こされ
る。生体活性化合物を直接投与する場合に比べて、光照
射を利用するため、化合物の拡散等の影響を排除するこ
とができ、所望の範囲のみに反応を起こさせることがで
きる。また、本発明の光量調整装置を利用することで、
光の照射量を連続的に変えることができるので、フォト
リシス反応の進行をきめ細かく制御することができ、複
雑な反応条件での反応測定も容易になる。

【００２０】フォトリシス反応による観察対象４０の変
化画像は、顕微鏡２３の光学系を介して合成部３０に送
られ、ダイクロイックミラー３３を透過してカメラヘッ
ド２２に送られ、画像データに変換される。この画像デ
ータをモニターに表示したり、画像解析装置に導き、各
種の画像処理を行うことが可能である。

【００２１】以上の説明では、フォトリシス用顕微鏡を
例に光量調整装置を使用する例を説明したが、本実施形
態の光量調整装置の用途は、これに限られるものではな
く、偏光状態の一定している光源に対する光量調整装置
として幅広く応用可能である。特に、ハイパワーレーザ
においては、光吸収部材により光量を減衰しようとする
と、光吸収部材の発熱が問題となるが、本装置では、こ
のような問題が起こらない。

【００２２】また、ここでは、偏光ビームスプリッタを
用いる例を説明したが、他の光学部材であっても、偏光
成分により透過率が異なる部材であれば使用可能であ
り、ダイクロイックミラー等が挙げられる。同一の特性
を有する部材を２つ製作するには、均一な特性の大型の
部材を１つ作成し、それを分割することで得ることがで
きる。さらに、本実施形態では、これを対称に配置する
ことで、出射側の部材が入射側の部材による変動を補償
している。したがって、部材の厚みや平行度等を厳密に
確保する必要がなく、製作が容易である。それぞれの部
材配置の対称性は、入射光と出射光の光軸を合わせるこ
とで容易に調整できる。

【００２３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
入射光の光軸に直交する面に対称にこの面に傾けた同一
の特性を有する２つの偏光成分により透過量の異なる光
学部材を配置して、これらの偏光部材を光軸を中心に回
転させることで、出射光の光量を容易に調整することが
できる。さらに、出射側の光学部材が入射側の光学部材
による光軸シフト及び角度ブレを補償するので、出射光
軸を入射光軸の延長上に常に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光量調整装置の実施形態を示す図
である。

【図２】図１の光量調整装置を利用したフォトリシス用
顕微鏡の全体ブロック図である。

【図３】図１の装置の偏光ビームスプリッタの透過特性
を示すグラフである。

【図４】図１の装置の回転角度と出射光量の関係を示す
図である。

【図５】従来の光量調整装置の実施形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…レーザ光源、１０…光量調整装置、１１…外部鏡
筒、１２…内部鏡筒、１３…保持部材、１４、１５…偏
光ビームスプリッタ、２０…フォーカス調整機構、２１
…レーザダイオード、２２…カメラヘッド、２３…顕微
鏡、３０…合成部、４０…観察対象。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の偏光状態を有する光の光量を連続
   的に可変する光量調整方法であって、 光量調整対象の光の波長領域で偏光成分により透過率を
   異ならせた第１の光分岐手段と、これと同一特性を有す
   る第２の光分岐手段とを調整対象の光の光路上にそれら
   の光分岐面をその光軸に対して傾けて、光軸に直交する
   平面に対して対称形に配置する工程と、 前記第１の光分岐手段側から前記調整対象の光を入射さ
   せ、前記第１及び第２の光分岐手段を対称関係を保持し
   たまま前記光軸を中心軸として回転させることにより、
   前記第１及び第２の光分岐手段を透過して出力される光
   の光量を調整する工程と、 を備える光量調整方法。
2. 【請求項２】 所定の偏光状態を有する光の光量を連続
   的に可変する光量調整装置であって、 光量調整対象の光の波長域で偏光成分により透過率を異
   ならせた第１の光分岐手段と、 前記第１の光分岐手段と同一特性を有する第２の光分岐
   手段と、 前記第１及び第２の光分岐手段を前記調整対象の光の光
   軸上に、それらの光分岐面をこの光軸に対して傾けて、
   光軸に直交する面に対して対称に保持したうえでこの光
   軸を中心軸として所望の位置に回転させる回転保持手段
   と、 を備える光量調整装置。