(57)【要約】  照明装置１１は、ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ互いに直交する第１の偏光成分及び第２の偏光成分を含む偏光を発する光源１と、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する光源１からの偏光のうちの第１の偏光成分に与えてその第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する光源１からの偏光のうちの第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子４とを有する。
2017138655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む偏光を発する光源と、
光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する前記偏光のうちの前記第１の偏光成分に与えて前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する前記偏光のうちの前記第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ前記第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子と、
を有する照明装置。
【請求項２】
前記らせん位相素子は、
第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、
前記光軸に沿って前記液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、
前記光軸に沿って前記液晶層のうちの他方の側に設けられ、前記光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有し、
前記液晶層のうち、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間の部分領域に印加される電圧が、隣接する前記部分領域間での位相変調量が前記所定のステップ量だけ増加するように制御されることで、前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにし、
前記偏光は、前記第１の方向となす角度が０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい所定の角度となる偏光面を持つ直線偏光であり、前記第１の偏光成分は前記第１の方向と平行な成分であり、かつ、前記第２の偏光成分は前記第１の方向と直交する成分である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記所定の角度は、前記第２の偏光成分の半値全幅の範囲内で、前記合成ビームの強度が当該合成ビームの最大強度に対して0.8倍以上となる角度範囲に含まれる、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記らせん位相素子及び前記光源の何れか一方を、前記光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部と、
前記らせん位相素子と前記合成ビームによる被照射面間の距離と、前記偏光の偏光面と前記第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを記憶するメモリと、
前記テーブルを参照して、前記偏光の偏光面と前記第１の方向とがなす角度が前記距離に応じた角度となるように、前記らせん位相素子及び前記光源の前記何れか一方を回転させるよう前記支持部を制御するコントローラと、
をさらに有する、請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量が前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加する場合における、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される第１の電圧群と、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量が前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加する場合における、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される第２の電圧群とを記憶するメモリと、
前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される電圧を前記第１の電圧群に従って設定し、一方、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される電圧を前記第２の電圧群に従って設定するコントローラと、
をさらに有する請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記らせん位相素子及び前記光源の何れか一方を、前記光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部をさらに有し、
前記メモリは、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量が前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加する場合における、前記偏光の偏光面と前記第１の方向とがなす第１の角度と、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量が前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加する場合における、前記偏光の偏光面と前記第１の方向とがなす第２の角度とをさらに記憶し、
前記コントローラは、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記所定の角度が前記第１の角度となるように前記支持部に前記らせん位相素子及び前記光源の前記何れか一方を回転させ、一方、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記所定の角度が前記第２の角度となるように前記支持部に前記らせん位相素子及び前記光源の前記何れか一方を回転させる、請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記偏光は円偏光または楕円偏光である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記らせん位相素子は、
前記第１の偏光成分と平行な第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、
前記光軸に沿って前記液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、
前記光軸に沿って前記液晶層のうちの他方の側に設けられ、前記光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有し、
前記液晶層のうち、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間の部分領域に印加される電圧が、隣接する前記部分領域間での位相変調量が前記所定のステップ量だけ増加するように制御されることで、前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにする、請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記偏光は楕円偏光であり、
前記らせん位相素子及び前記光源の何れか一方を、前記光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部と、
前記らせん位相素子と前記合成ビームによる被照射面間の距離と、前記偏光の長軸と前記第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを記憶するメモリと、
前記テーブルを参照して、前記偏光の長軸と前記第１の方向とがなす角度が前記距離に応じた角度となるように、前記らせん位相素子及び前記光源の前記何れか一方を回転させるよう前記支持部を制御するコントローラと、
をさらに有する、請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
ガウス状のビームプロファイルを持ち、直線偏光または楕円偏光であり、かつ、所定の偏光面を持つ照明光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する前記照明光のうちの前記光軸に直交する面において第１の方向を持つ第１の偏光成分に与えて前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する前記照明光のうちの前記第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ前記第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子とを有し、前記らせん位相素子は、前記第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、前記光軸に沿って前記液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、前記光軸に沿って前記液晶層のうちの他方の側に設けられ、前記光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有する照明装置における、照明光生成方法であって、
前記液晶層のうち、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間の部分領域に、隣接する前記部分領域間での位相変調量が前記所定のステップ量だけ増加するように電圧を印加して、前記第１の成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにするステップと、
前記らせん位相素子と前記合成ビームによる被照射面間の距離と、前記所定の偏光面と前記第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを参照して、前記所定の偏光面と前記第１の方向とがなす角度が前記距離に応じた角度となるように、前記光源及び前記らせん位相素子の何れか一方を前記光軸を中心として回転させるステップと、
を含む照明光生成方法。
【請求項１１】
ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む偏光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する前記偏光のうちの前記第１の偏光成分に与えて前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する前記偏光のうちの前記第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ前記第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子とを有し、前記らせん位相素子は、前記第１の偏光成分と平行な第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、前記光軸に沿って前記液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、前記光軸に沿って前記液晶層のうちの他方の側に設けられ、前記光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有する照明装置における、照明光生成方法であって、
前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される電圧を第１の電圧群に従って設定し、一方、前記らせん位相素子により前記第１の偏光成分に与えられる位相変調量を前記円周方向に沿って１周する間に前記偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間に印加される電圧を第２の電圧群に従って設定するステップと、
前記液晶層のうち、前記複数の部分電極のそれぞれと前記第１の透明電極との間の部分領域に前記設定された電圧を印加して、前記第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにするステップと、
を含む照明光生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のビームプロファイルを持つビームを提供可能な照明装置、及び、そのような照明装置で利用される照明光生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるトップハット型のビームプロファイルを持つビーム（以下、説明の便宜上、単にトップハットビームと呼ぶ）が着目されている。トップハットビームは、ビームの中心からある程度の範囲まで、比較的均一で比較的強い強度を持ち、その範囲を超えると徐々に強度が低下するビームプロファイルを持つ。このように、トップハットビームでは、略均一なエネルギー分布を持つ範囲が比較的広いため、トップハットビームを、例えば、スピニングディスク型共焦点顕微鏡における照明、あるいは、レーザ加工装置などへ応用することが検討されている。【０００３】
トップハットビームを形成する方法として、例えば、大きさの異なる複数の照射パターンを第１の光学部材により形成し、第２の光学部材により、小さな照射パターンの周囲に、より大きな照射パターンを重ねて合成する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方法では、各照射パターンを形成するには、照射パターンごとに光学系路を分ける必要があるため、トップハットビームを生成可能な範囲に制約が生じる。そのため、所望の照射位置にてトップハットビームを形成するためには、各照射パターンを形成する光学部材を配置可能な位置もある程度制限されてしまう。しかし、装置によっては、装置内にそのような光学部材を配置可能なスペースを確保できないことがある。【０００６】
そこで、本発明は、トップハットビームを提供可能で、かつ、光学系内での配置の自由度を高めることが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面によれば、照明装置が提供される。この照明装置は、ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ互いに直交する第１の偏光成分及び第２の偏光成分を持つ偏光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する直線偏光のうちの光軸に直交する面において第１の偏光成分に与えて第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する直線偏光のうちの第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子とを有する。【０００８】
この照明装置において、らせん位相素子は、第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、光軸に沿って液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、光軸に沿って液晶層のうちの他方の側に設けられ、光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有し、液晶層のうち、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間の部分領域に印加される電圧が、隣接する部分領域間での位相変調量が所定のステップ量だけ増加するように制御されることで、第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにすることが好ましい。そして、光源からの偏光は、第１の方向となす角度が０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい所定の角度となる偏光面を持つ直線偏光であり、第１の偏光成分は第１の方向と平行な成分であり、かつ、第２の偏光成分は第１の方向と直交する成分であることが好ましい。【０００９】
この場合において、所定の角度は、第２の偏光成分の半値全幅の範囲内で、合成ビームの強度がその合成ビームの最大強度に対して0.8倍以上となる角度範囲に含まれることが好ましい。【００１０】
さらに、この照明装置は、らせん位相素子及び光源の何れか一方を、光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部と、らせん位相素子と合成ビームによる被照射面間の距離と、その偏光の偏光面と第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを記憶するメモリと、テーブルを参照して、光源からの偏光の偏光面と第１の方向とがなす角度がらせん位相素子と被照射面間の距離に応じた角度となるように、らせん位相素子及び光源の何れか一方を回転させるよう支持部を制御するコントローラとをさらに有することが好ましい。【００１１】
あるいは、この照明装置は、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量が円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加する場合における、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される第１の電圧群と、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量が円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加する場合における、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される第２の電圧群とを記憶するメモリと、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される電圧を第１の電圧群に従って設定し、一方、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される電圧を第２の電圧群に従って設定するコントローラと、をさらに有することが好ましい。【００１２】
この場合において、この照明装置は、らせん位相素子及び光源の何れか一方を、光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部をさらに有することが好ましい。そしてメモリは、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量が円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加する場合における、その偏光の偏光面と第１の方向とがなす第１の角度と、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量が円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加する場合における、その偏光の偏光面と第１の方向とがなす第２の角度とをさらに記憶し、コントローラは、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、所定の角度が第１の角度となるように支持部にらせん位相素子及び光源の前記何れか一方を回転させ、一方、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、所定の角度が第２の角度となるように支持部にらせん位相素子及び光源の何れか一方を回転させることが好ましい。【００１３】
あるいはまた、この照明装置において、光源からの偏光は円偏光または楕円偏光であることが好ましい。【００１４】
この場合において、らせん位相素子は、第１の偏光成分と平行な第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、光軸に沿って液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、光軸に沿って液晶層のうちの他方の側に設けられ、光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有し、液晶層のうち、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間の部分領域に印加される電圧が、隣接する部分領域間での位相変調量が所定のステップ量だけ増加するように制御されることで、第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにすることが好ましい。【００１５】
また、偏光は楕円偏光であり、照明装置は、らせん位相素子及び光源の何れか一方を、光軸を回転中心として回動可能に支持する支持部と、らせん位相素子と合成ビームによる被照射面間の距離と、その偏光の長軸と第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを記憶するメモリと、テーブルを参照して、光源からの偏光の長軸と第１の方向とがなす角度がらせん位相素子と被照射面間の距離に応じた角度となるように、らせん位相素子及び光源の何れか一方を回転させるよう支持部を制御するコントローラと、をさらに有することが好ましい。【００１６】
本発明の他の側面によれば、ガウス状のビームプロファイルを持ち、直線偏光または楕円偏光であり、かつ、所定の偏光面を持つ照明光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する照明光のうちの光軸に直交する面において第１の方向を持つ第１の偏光成分に与えて第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する照明光のうちの第１の偏光成分と直交する第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子とを有し、らせん位相素子は、第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、光軸に沿って液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、光軸に沿って液晶層のうちの他方の側に設けられ、光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有する照明装置における照明光生成方法が提供される。この照明光生成方法は、液晶層のうち、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間の部分領域に、隣接する部分領域間での位相変調量が所定のステップ量だけ増加するように電圧を印加して、第１の成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにするステップと、らせん位相素子と合成ビームによる被照射面間の距離と、所定の偏光面と第１の方向とがなす角度との対応関係を表すテーブルを参照して、所定の偏光面と第１の方向とがなす角度が距離に応じた角度となるように、光源及びらせん位相素子の何れか一方を光軸を中心として回転させるステップと、を含む。【００１７】
本発明のさらに他の側面によれば、ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む偏光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、所定のステップ量ごとに増加する位相変調量を、透過する光源からの偏光のうちの第１の偏光成分に与えて第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルとし、かつ、透過する光源からの偏光のうちの第２の偏光成分とラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ第１の偏光成分とが合成されたトップハット状のビームプロファイルを持つ合成ビームを形成するらせん位相素子とを有し、らせん位相素子は、第１の偏光成分と平行な第１の方向に沿って配向された液晶分子を含む液晶層と、光軸に沿って液晶層の一方の側に設けられる第１の透明電極と、光軸に沿って液晶層のうちの他方の側に設けられ、光軸を中心とする円周方向に沿って並べられた複数の部分電極を有する第２の透明電極とを有する照明装置における、照明光生成方法が提供される。この照明光生成方法は、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される電圧を第１の電圧群に従って設定し、一方、らせん位相素子により第１の偏光成分に与えられる位相変調量を円周方向に沿って１周する間に光源からの偏光の波長の２倍に相当する位相変調量だけ増加させる場合に、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間に印加される電圧を第２の電圧群に従って設定するステップと、液晶層のうち、複数の部分電極のそれぞれと第１の透明電極との間の部分領域に設定された電圧を印加して、第１の偏光成分のビームプロファイルをラゲールガウス状のビームプロファイルにするステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る照明装置は、トップハットビームを提供可能で、かつ、光学系内での配置の自由度を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態に係る照明装置を有する顕微鏡装置の概略構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、VORTEX液晶素子の概略正面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの矢印Ａ、Ａ’で示される線における、VORTEX液晶素子の概略側面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂの部分拡大図である。
【図３】図３は、VORTEX液晶素子により与えられる位相変調量の一例を示す図である。
【図４】図４は、ガウスビームのプロファイルとラゲールガウスビームLG01、LG02のプロファイルの一例を示す図である。
【図５】図５は、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源からの直線偏光の偏光方向とがなす角度θと、変調成分がラゲールガウスビームLG01となる場合における、無変調成分と変調成分を合成して得られる合成ビームのプロファイルとの関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが51°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが53°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが55°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが41°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが47°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが54°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが34°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが41°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが47°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが31°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが37°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが44°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の等倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが28°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の等倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが34°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の等倍となる位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが41°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、VORTEX液晶素子から十分遠方に観察面が位置する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが25°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、VORTEX液晶素子から十分遠方に観察面が位置する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが31°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、VORTEX液晶素子から十分遠方に観察面が位置する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが38°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが47°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが55°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが64°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが36°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが41°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが47°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが28°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが31°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが24°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが27°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の等倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが21°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子からの伝搬距離がレイリー長の等倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが22°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１８】図１８は、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子から十分遠方に観察面が位置する場合における、VORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向と、光源から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが17°の場合における、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の他の実施形態に係る照明装置を有する加工装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を参照しつつ、一つの実施形態による照明装置について説明する。この照明装置は、ガウス状のビームプロファイルを持ち、互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む偏光を発する光源と、光軸を中心とする円周方向に沿って、位相変調量を所定のステップ量ごとに増加させることができるVORTEX液晶素子を有する。そして、光源から発した第１の偏光成分または第２の偏光成分のどちらかの偏光面と、VORTEX液晶素子の配向方向とが０°より大きく、かつ、９０°より小さい所定の角度をなすように、VORTEX液晶素子及び光源が配置される。これにより、その直線偏光がVORTEX液晶素子を透過することで生成されるラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ変調成分と、VORTEX液晶素子により位相変調されずにガウス状のビームプロファイルを持つ無変調成分が生じ、その変調成分と無変調成分が合成されることでトップハットビームが生成される。ここで、変調成分のビームプロファイル及び無変調成分のビームプロファイルの何れも、ビームの伝搬モードの一つとなるため、照明光学系中の任意の場所においてそのビームプロファイルは維持される。そのため、この照明装置は、VORTEX液晶素子を照明光学系の任意の場所に配置しても、所望の位置にてトップハットビームを提供できる。
なお、以下では、説明の便宜上、ガウス状のビームプロファイルを持つビームを単にガウスビームと呼び、ラゲールガウス状のビームプロファイルを持つビームをラゲールガウス状ビームと呼ぶ。
【００２１】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る照明装置を有する顕微鏡装置の概略構成図である。図１に示されるように、顕微鏡装置１００は、光源１と、コリメート光学系２と、ビームスプリッタ３と、VORTEX液晶素子４と、対物レンズ５と、コンフォーカル光学系６と、マスク板７と、受光素子８と、コントローラ９と、メモリ１０とを有する。このうち、光源１、VORTEX液晶素子４、コントローラ９及びメモリ１０が、照明装置１１を構成する。
なお、顕微鏡装置１００は、光路上に、球面収差用補償光学系など、各種の補償光学系を有していてもよい。
【００２２】
光源１は、ガウス状のビームプロファイルを持ち、かつ、互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む偏光を持つ照明光を出力する。そのために、光源１は、例えば、所定の偏光面を持つ直線偏光を出力する半導体レーザを有する。あるいは、光源１は、アルゴンイオンレーザといったガスレーザ、またはYAGレーザといった固体レーザを有していてもよい。
【００２３】
さらに、光源１は、所定の波長域、例えば、351nm〜750nmの範囲に含まれる、互いに異なる波長の光を出力する複数の発光素子を有していてもよい。この場合、光源１は、コントローラ９からの制御信号に従って、何れか一つの発光素子に照明光を出力させる。
【００２４】
コリメート光学系２は、光源１とビームスプリッタ３との間において、コリメート光学系２の前側焦点に光源１が位置するように配置される。そしてコリメート光学系２は、光源１から出力された照明光を平行光にする。平行光となった照明光は、ビームスプリッタ３へ向かう。
【００２５】
ビームスプリッタ３は、コリメート光学系２とVORTEX液晶素子４の間に配置される。コリメート光学系２から入射した照明光は、ビームスプリッタ３内を直進してVORTEX液晶素子４へ向かう。一方、ビームスプリッタ３は、サンプル１１０により反射、散乱、または蛍光発光した光の一部をコンフォーカル光学系６へ向けて反射する。
【００２６】
VORTEX液晶素子４は、らせん位相素子の一例であり、例えば、コリメート光学系２と対物レンズ５とに規定される光軸ＯＡとその中心とが一致するように、ビームスプリッタ３と対物レンズ５との間に配置される。そしてVORTEX液晶素子４は、照明光がVORTEX液晶素子４を透過することによりラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ変調成分を生成し、無変調成分とその変調成分との合成ビームとしてトップハットビームを生成する。
なお、VORTEX液晶素子４の詳細については後述する。
【００２７】
なお、本実施形態では、VORTEX液晶素子４は、ビームスプリッタ３と対物レンズ５との間に配置されているが、VORTEX液晶素子４が配置可能な位置はこれに限られない。例えば、VORTEX液晶素子４は、光源１とコリメート光学系２の間、コリメート光学系２の途中、コリメート光学系２とビームスプリッタ３との間の何れに配置されてもよい。
【００２８】
対物レンズ５は、VORTEX液晶素子４から出射したトップハットビームに、サンプル１１０の表面または内部に設定される観察面上で焦点を結ばせる。観察面上において反射または散乱され、あるいは蛍光発光した光は、再度対物レンズ５を透過して平行光となる。そしてその光は、VORTEX液晶素子４を透過した後、ビームスプリッタ３に入射し、その一部が反射されてコンフォーカル光学系６へ向かう。
【００２９】
コンフォーカル光学系６は、入射した光をその焦点面において集光する。マスク板７は、コンフォーカル光学系６と受光素子８の間で、コンフォーカル光学系６の焦点面近傍に配置される。そしてマスク板７には、対物レンズ５及びコンフォーカル光学系６によって規定される光軸に沿って共焦点ピンホール７ａが形成されている。これにより、対物レンズ５の焦点位置近傍から反射または散乱され、若しくは蛍光発光した光は、平行光としてコンフォーカル光学系６に入射し、コンフォーカル光学系６によって共焦点ピンホール７ａの近傍で焦点を結ぶので、共焦点ピンホール７ａを通って受光素子８に達することができる。一方、対物レンズ５の焦点位置から外れた位置からの光は、共焦点ピンホール７ａとは異なる位置に集光されるので、マスク板７によって遮られ、受光素子８に達しない。そのため、顕微鏡装置１００は、コントラストの高いサンプル１１０の像を得ることができる。
【００３０】
なお、顕微鏡装置１００は、スピニング方式の共焦点顕微鏡であってもよい。この場合には、例えば、マスク板は、VORTEX液晶素子４と対物レンズ５との間に配置され、マスク板には複数のピンホールが設けられ、かつ、回動可能に支持されればよい。
【００３１】
受光素子８は、例えば、アレイ状に配列された複数のCCDまたはC-MOSなどの半導体受光素子を有する。そして各半導体受光素子は、受光した光の強度に応じた電気信号を出力する。そして受光素子８は、各半導体受光素子が出力した電気信号を平均し、その平均値に相当する電気信号を、受光した光の強度を表す光強度信号としてコントローラ９へ出力する。あるいは、受光素子８は、光電子増倍管を有していてもよい。そして受光素子８は、光電子増倍管が受光し多光の強度に応じた電気信号を生成し、その電気信号を受光した光の強度を表す光強度信号としてコントローラ９へ出力する。
【００３２】
コントローラ９は、例えば、一つまたは複数のプロセッサと、コントローラ９を顕微鏡装置１００の各部と接続するためのインターフェース回路とを有する。そしてコントローラ９は、光源１及びVORTEX液晶素子４を制御する。そしてコントローラ９は、光源１に対して所定の電力を供給することにより、光源１に照明光を出力させる。また光源１が複数の発光素子を有する場合、コントローラ９は、例えば、ユーザインターフェースを介したユーザの操作に従って、複数の発光素子のうちの何れか一つの発光素子に照明光を出力させる制御信号を光源１へ送信する。
【００３３】
さらに、コントローラ９は、受光素子８から受信した光強度信号からサンプル１１０の表面または内部に設定された観察面の画像を生成する。そのために、コントローラ９は、観察面上に２次元状に等間隔で設定された複数の測定点のそれぞれが、照明光のスポットに位置するように、例えば、ガルバノミラーを照明光の光路上に配置して、そのガルバノミラーを回転させつつ、受光素子８から各測定点での光強度信号を受信する。そしてコントローラ９は、例えば、各測定点の光強度信号を一つの画素の値として画像を生成することにより、サンプル１１０の観察面における２次元画像を得ることができる。
【００３４】
さらに、コントローラ９は、駆動回路を有し、その駆動回路を介してVORTEX液晶素子４に印加する電圧を調節することにより、VORTEX液晶素子４がトップハットビームを形成できるように、VORTEX液晶素子４を制御する。
そのために、コントローラ９は、光源１から出力される光の波長に応じた印加電圧がVORTEX液晶素子４の液晶層に印加されるように、駆動回路を制御する。
特に、光源１が、互いに波長の異なる光を出力する複数の発光素子を有している場合、コントローラ９は、発光させる発光素子に応じて、VORTEX液晶素子４が有する液晶層に印加される電圧を調節する。
【００３５】
なお、駆動回路からVORTEX液晶素子４が有する液晶層に対して印加される駆動電圧は、例えば、パルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧であってもよい。さらに、駆動回路は、オーバードライブによってVORTEX液晶素子４が有する各液晶素子を駆動して、各液晶素子の応答を速めてもよい。
【００３６】
メモリ１０は、例えば、揮発性の読み書き可能な半導体メモリ回路、不揮発性の読み出し専用のメモリ回路を有する。またメモリ１０は、磁気記録媒体または光記録媒体及びそのアクセス装置を含んでもよい。そしてメモリ１０は、コントローラ９と接続され、コントローラ９が光源１及びVORTEX液晶素子４を制御するために利用するデータを保存する。またメモリ１０は、コントローラ９により生成されたサンプル１１０の観察面における２次元画像を保存してもよい。
【００３７】
以下、VORTEX液晶素子４の詳細について説明する。
図２Ａは、VORTEX液晶素子４の概略正面図であり、図２Ｂは、図２Ａの矢印Ａ、Ａ’で示される線における、VORTEX液晶素子４の概略側面断面図である。そして図２Ｃは、図２Ｂに示された部分２００の部分拡大図である。
【００３８】
VORTEX液晶素子４は、液晶層４０と、光軸ＯＡに沿って液晶層４０の両側に略平行に配置された透明基板４１、４２を有する。またVORTEX液晶素子４は、透明基板４１と液晶層４０の間に配置された透明電極４３と、液晶層４０と透明基板４２の間に配置された透明電極４４とを有する。そして液晶層４０に含まれる液晶分子４７は、透明基板４１及び４２と、シール部材４８との間に封入されている。また液晶層４０は、後述するように、VORTEX液晶素子４が透過する照明光に対して所定の位相変調量を与えるのに十分な厚さ、例えば、20μm〜30μmを有する。
【００３９】
透明基板４１、４２は、例えば、ガラスまたは樹脂など、光源１が発する照明光に対して透明な材料により形成される。また透明電極４３、４４は、例えば、ＩＴＯと呼ばれる、酸化インジウムに酸化スズを添加した材料により形成される。さらに、透明電極４３と液晶層４０の間に配向膜４５が配置される。また透明電極４４と液晶層４０の間に配向膜４６が配置される。これら配向膜４５、４６は、液晶分子４７を所定の方向に配向させる。
【００４０】
液晶層４０に封入された液晶分子４７は、例えば、ホモジニアス配向される。そして液晶分子４７は、矢印３１１に示されるように、入射する照明光の偏光面３１２に対して、０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい所定の角度θをなす配向方向に沿って配向される。また配向方向は、第１の方向の一例である。なお、角度θの範囲については後述する。
【００４１】
本実施形態では、透明電極４３は、光軸ＯＡを中心として、円周方向に沿って等間隔で分割された複数の扇状の部分電極４３−１〜４３−ｍ（ｍは２以上の整数）を有する。本実施形態では、透明電極４３は、２４個の部分電極を有する。ただし、部分電極の数は２４個に限られず、例えば、１６個あるいは３２個であってもよい。そして複数の部分電極４３−１〜４３−ｍにより、液晶分子４７が駆動されるアクティブ領域全体が覆われる。一方、透明電極４４は、アクティブ領域全体を覆う一つの透明電極として形成されてもよい。なお、図２Ａにおいて、部分電極間のギャップは線で示されている。
【００４２】
各部分電極４３−１〜４３−ｍと、液晶層４０を挟んで対向する透明電極４４間に印加される電圧がコントローラ９により調節されることにより、VORTEX液晶素子４は、液晶層４０を透過する直線偏光のうち、配向方向と平行な成分について、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿って徐々に大きくなる位相変調量を与える。
【００４３】
図３は、VORTEX液晶素子４により与えられる位相変調量の一例を示す図である。図３では、透明電極４３側から見た液晶層４０が示される。そして部分領域３００−ｋ（ただし、１≦ｋ≦ｍ）は、液晶層４０のうち、部分電極４３−ｋと透明電極４４とで挟まれる部分を表す。
【００４４】
図３に示される例では、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿って１周する間に、位相変調量は２π、すなわち、光源１から発した直線偏光の波長に相当する位相量だけ増加する。また、隣接する部分領域間での位相変調量の増加分は、2π/mとする。すなわち、部分領域３００−１により与えられる位相変調量をΔとすると、部分領域３００−ｋにより与えられる位相変調量は{Δ+2π(k-1)/m}となる。
【００４５】
なお、VORTEX液晶素子４により与えられる位相変調量は、時計回りに増加してもよく、あるいは、反時計回りに増加してもよい。また、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿って１周する間における位相変調量の増加量は、２πに限られず、例えば、４π、６πあるいは８πであってもよい。ただし、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿って１周する間における位相変調量の増加量は、２πの整数倍であることが好ましい。また、VORTEX液晶素子４により与えられる位相変調量が最小となる部分領域の位置は、入射する直線偏光の偏光面によらず、任意に設定されてよい。
【００４６】
ここで、透明電極４３と４４との間に電圧Vが印加されると、液晶分子４７がその電圧Vに応じて電圧が印加された方向に対して平行になる方向に傾く。このとき、液晶分子４７が配向された方向と平行な偏光成分に対する液晶分子の屈折率をnψ(V)とすると、no≦nψ(V)≦neとなる。ただし、noは液晶分子の長軸方向に直交する偏光成分に対する屈折率であり、neは液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する屈折率である。
【００４７】
そのため、液晶層４０に含まれる液晶分子４７がホモジニアス配向されており、液晶層４０の厚さがdであると、電圧V1が印加された部分領域を透過する、液晶分子４７の配向方向に平行な偏光成分と、電圧V2が印加された部分領域を透過する、液晶分子４７の配向方向に平行な偏光成分との間に、光路長差Δnd(=nψ(V1)d-nψ(V2)d)が生じる。すなわち、位相差2πΔnd/λが生じる。ただしλは、偏光成分の波長である。したがって、コントローラ９は、各部分電極４３−１〜４３−ｍと透明電極４４との間に印加する電圧を調節することにより、部分領域間での位相変調量の差を調節できる。
【００４８】
なお、複数の部分電極４３−１〜４３−ｍのうち、隣接する部分電極同士は、例えば、位相変調量が最小となる部分に対応する部分電極４３−１と位相変調量が最大となる部分に対応する部分電極４３−ｍ間を除いて、同一の電気抵抗を介して接続されることが好ましい。これにより、部分電極４３−１と部分電極４３−ｍに対応する部分領域間を除いて、隣接する二つの部分領域間の印加電圧の差は同一となる。そのため、コントローラ９は、部分電極４３−１と透明電極４４との間に、位相変調量が最小となる電圧を印加し、かつ、部分電極４３−ｍと透明電極４４との間に、位相変調量が最大となる電圧を印加すればよい。これにより、コントローラ９を簡単な構成とすることができる。
【００４９】
なお、各部分電極４３−１〜４３−ｍは、互いに絶縁されていてもよい。この場合には、コントローラ９は、部分電極４３−１〜４３−ｍのそれぞれごとに、対応する部分領域が所望の位相変調量を透過する光に対して与えることができるように、印加する電圧を制御すればよい。
【００５０】
本実施形態では、光源１から発した直線偏光の偏光面は、液晶分子４７の配向方向に対して所定角度θだけ傾いている。そのため、その直線偏光には、液晶分子４７の配向方向と偏光面が平行な偏光成分である変調成分と、その配向方向と偏光面が直交し、VORTEX液晶素子４により位相変調されない無変調成分とが含まれる。その変調成分は、VORTEX液晶素子４を透過することで、ガウスビームからラゲールガウス状ビームに変換される。このことについては、例えば、青木他、「液晶光学素子による量子化ラゲールガウスビームの生成とその伝搬特性」、第６１回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集、03-024、2014年、あるいは、特開2010-247230号公報を参照されたい。
【００５１】
一方、無変調成分は、VORTEX液晶素子４により変調されない。したがって、無変調成分は、VORTEX液晶素子４を透過しても、ガウスビームとして維持される。
【００５２】
図４は、ガウスビームのプロファイルとラゲールガウスビームのプロファイルの一例を示す図である。図４において、横軸は光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸はビーム強度を表す。プロファイル４００は、ガウスビームのプロファイルを表す。ガウスビームは、伝搬モードのTEM00モードに相当し、次式で表される。
【数１】
2017138655.tif 000003
ここでrは、光軸ＯＡからの距離を表す。wは定数であり、光軸ＯＡからビーム強度が最大値の1/eとなる位置までの距離、すなわち、ビーム径を表す。プロファイル４００に示されるように、ガウスビームは光軸から離れるにつれて強度が低下する。
【００５３】
また、プロファイル４０１は、伝搬モードのTEM01*モードに相当するラゲールガウスビームLG01のプロファイルを表し、次式で表される。
【数２】
2017138655.tif 000004
【００５４】
さらに、プロファイル４０２は、伝搬モードのTEM02*モードに相当するラゲールガウスビームLG02のプロファイルを表し、次式で表される。
【数３】
2017138655.tif 000005
【００５５】
プロファイル４０１及びプロファイル４０２に示されるように、ラゲールガウスビームは、中心よりも所定距離だけ離れた位置にて強度が最大となる、円筒状のビームプロファイルを持つ。そしてラゲールガウスビームLG01よりも、ラゲールガウスビームLG02の方が、光軸ＯＡから強度が最大となる位置までの距離が長くなる。したがって、ガウスビームとラゲールガウスビームLG01を合成して得られる合成ビームよりも、ガウスビームとラゲールガウスビームLG02を合成して得られる合成ビームの方が、ビーム強度が平坦で比較的強い範囲が広くなる。
【００５６】
なお、VORTEX液晶素子４による、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿った１周分の位相変調量の増加量が２π、すなわち、光源１から発した直線偏光の波長に相当する位相量である場合、光源１からの直線偏光がVORTEX液晶素子４を透過することで、その変調成分はラゲールガウスビームLG01と近似したビームプロファイルを持つラゲールガウス状ビームLG01'となる。一方、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿った１周分の位相変調量の増加量が４π、すなわち、光源１から発した直線偏光の波長の２倍に相当する位相量である場合、光源１からの直線偏光がVORTEX液晶素子４を透過することで、その変調成分はラゲールガウスビームLG02と近似したビームプロファイルを持つラゲールガウス状ビームLG02'となる。したがって、コントローラ９は、透明電極４３と透明電極４４との間に印加される電圧を調節することにより、無変調成分であるガウスビームと合成される変調成分を、ラゲールガウス状ビームLG01'とラゲールガウス状ビームLG02'との間で切り替えることができる。
【００５７】
そこで、例えば、予め、メモリ１０に、変調成分をラゲールガウス状ビームLG01'とする場合における、透明電極４３の各部分電極と透明電極４４間に印加される第１の電圧群と、変調成分をラゲールガウス状ビームLG02'とする場合における、透明電極４３の各部分電極と透明電極４４間に印加される第２の電圧群とが記憶される。そしてコントローラ９は、変調成分をラゲールガウス状ビームLG01'とする場合、第１の電圧群に従って透明電極４３の各部分電極と透明電極４４間に印加される電圧を調整し、一方、変調成分をラゲールガウス状ビームLG02'とする場合、第２の電圧群に従って透明電極４３の各部分電極と透明電極４４間に印加される電圧を調整すればよい。
【００５８】
図５は、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１からの第１の偏光成分または第２の偏光成分で構成される直線偏光の偏光方向とがなす角度θと、簡単化のために変調成分がラゲールガウスビームLG01となる場合における、無変調成分と変調成分を合成して得られるビームのプロファイルとの関係を示す図である。図５において、横軸は光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸はビーム強度を表す。プロファイル５０１〜プロファイル５１０は、それぞれ、角度θが０°〜９０°の範囲で１０°ごとに変化した場合の、合成ビームのプロファイルを表す。プロファイル５０１〜プロファイル５１０に示されるように、角度θが所定の範囲内であれば、合成ビームのプロファイルはトップハット形状となり、角度θが小さくなるほど、合成ビームのプロファイルは、ラゲールガウスビームに近づくことが分かる。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｆは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、伝搬距離とガウスビーム及びラゲールガウス状ビームのビームプロファイルの変化の関係を示す図である。図６Ａ〜図６Ｆのそれぞれにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、光軸ＯＡからの距離rにおける、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームの最大強度に対するラゲールガウス状ビームの強度比を表す。また図６Ａにおいて(z=0.1ZR)、プロファイル６０１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZR(=kω2/2)の0.1倍のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６０２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.1倍のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。またプロファイル６０３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.1倍のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。
【００６０】
同様に、図６Ｂにおいて(z=0.25ZR)、プロファイル６１１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.25倍のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６１２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.25倍のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。またプロファイル６１３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.25倍のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。また、図６Ｃにおいて(z=0.5ZR)、プロファイル６２１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.5倍のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６２２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.5倍のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。またプロファイル６２３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.5倍のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。
【００６１】
さらに、図６Ｄにおいて(z=0.75ZR)、プロファイル６３１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.75倍のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６３２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.75倍のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。そしてプロファイル６３３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの0.75倍のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。さらに、図６Ｅにおいて(z=ZR)、プロファイル６４１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの1倍のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６４２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの1倍のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。そしてプロファイル６４３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zがレイリー長ZRの1倍のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。さらに、図６Ｆにおいて(z=∞)、プロファイル６５１は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zが無限遠のときのラゲールガウス状ビームLG01'のビームプロファイルを表し、プロファイル６５２は、θ=0°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zが無限遠のときのラゲールガウス状ビームLG02'のビームプロファイルを表す。そしてプロファイル６５３は、θ=90°かつVORTEX液晶素子４からの伝搬距離zが無限遠のときのガウスビームのビームプロファイルを表す。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｆに示されるように、伝搬距離が長くなるほど、ラゲールガウス状ビームLG01'、LG02'の何れについてもサイドローブが大きくなり、ピーク強度が低下する。これは、ガウスビームがVORTEX液晶素子４を透過することで得られるラゲールガウス状ビームLG01'、LG02'の何れも、厳密なラゲールガウスビームではないため、LG01、LG02以外の高次の成分がラゲールガウス状ビームLG01'、LG02'に含まれ、その高次の成分が影響することで、伝搬距離に応じてLG01、LG02との乖離が大きくなることによる。
【００６３】
このことから、ラゲールガウス状ビームLG01'、LG02'の伝搬距離に応じて、トップハットビームを形成するために最適な角度θは連続的に変化することが分かる。すなわち、伝搬距離が大きくなるほど、角度θを小さくし、ガウスビームに対する、ラゲールガウス状ビームLG01'、LG02'の強度を相対的に大きくすることで、照明装置１１は、所望の伝搬距離にてトップハットビームを形成できる。
【００６４】
ここで、角度θの許容範囲に関して、ストレール比(Strehl ratio)に基づいて検討する。ストレール比は、光学撮像系の性能を表す指数の一つであり、ある光学系における点光源からの光の撮像面におけるピーク輝度と、回折限界光学系におけるピーク輝度の比を表す。したがって、ストレール比が１に近い光学系ほど結像性能の高い光学系である。一般に、ストレール比が0.8以上であれば、残存収差による結像性能への影響を無視することができる（例えば、岸川利郎著、「ユーザエンジニアのための光学入門」、オプトロニクス社、P.198を参照）。以上により、例えば、スピニング方式の共焦点顕微鏡の場合、マスク板の各ピンホールに入射する照明光の強度はその最大強度に対して0.8倍以上であることが好ましい。
【００６５】
したがって、例えば、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームの半値全幅（以下、FWHMと表記する）の範囲内で、合成ビームの強度が、その最大強度の0.8倍以上となればよい。ここで、VORTEX液晶素子４では、位相変調量は連続的に変化するのではなく、離散的に変化するため、光源１から発するガウスビームがVORTEX液晶素子４を透過することで波面誤差が生じる。この波面誤差を原因として、連続的な位相が与えられたラゲールガウス状ビームの強度（以下、理論強度と呼ぶ）と、離散的な位相のラゲールガウス状ビームの強度（以下、実強度と呼ぶ。）との間に強度誤差が生じる。この強度誤差の誤差率は、（実強度）／（理論強度）で表すことができる。この強度誤差の誤差率を考慮すれば、合成ビームの強度を誤差率で割った値が、合成ビームの強度が最大となる強度に対して0.8倍以上となればよい。例えば、透明電極４３が２４個の部分電極を有している場合、すなわち、位相変調量が円周方向に沿って２４段階に変化する場合、この波面誤差により、ラゲールガウス状ビームLG01'の最大強度は、波面誤差が存在しない場合と比較して、0.98倍程度となる。したがって、FWHMの範囲内で、得られた合成ビームの理論強度がその最大強度に対して0.78倍以上であれば、その範囲に関して合成ビームの実強度がその最大強度に対して0.8倍以上となる。
【００６６】
図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長ZRの0.1倍の位置に観察面（すなわち、合成ビームが照射される被照射面）が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが51°、53°、55°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図７Ａ〜図７Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル７０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル７０２〜プロファイル７０４は、それぞれ、角度θが51°、53°、55°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図７Ａ〜図７Ｃに示されるように、角度θが51°以上、かつ、55°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。すなわち、FWHMの範囲内で合成ビームの実強度がその最大強度に対して0.8倍以上となると想定される。したがって、この場合、角度θについて、51°≦θ≦55°が満たされることが好ましい。
【００６７】
図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長ZRの0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが41°、47°、54°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図８Ａ〜図８Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル８０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル８０２〜プロファイル８０４は、それぞれ、角度θが41°、47°、54°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図８Ａ〜図８Ｃに示されるように、角度θが41°以上、かつ、54°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、41°≦θ≦54°が満たされることが好ましい。
【００６８】
図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが34°、41°、47°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図９Ａ〜図９Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル９０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル９０２〜プロファイル９０４は、それぞれ、角度θが34°、41°、47°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図９Ａ〜図９Ｃに示されるように、角度θが34°以上、かつ、47°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、34°≦θ≦47°が満たされることが好ましい。
【００６９】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが31°、37°、44°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１００１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１００２〜プロファイル１００４は、それぞれ、角度θが31°、37°、44°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１０Ａ〜図１０Ｃに示されるように、角度θが31°以上、かつ、44°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、31°≦θ≦44°が満たされることが好ましい。
【００７０】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の等倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが28°、34°、41°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１１０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１１０２〜プロファイル１１０４は、それぞれ、角度θが28°、34°、41°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１１Ａ〜図１１Ｃに示されるように、角度θが28°以上、かつ、41°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、28°≦θ≦41°が満たされることが好ましい。
【００７１】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４から十分遠方（すなわち、無限遠とみなしてもよい程離れた位置）に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが25°、31°、38°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG01'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１２Ａ〜図１２Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１２０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１２０２〜プロファイル１２０４は、それぞれ、角度θが25°、31°、38°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１２Ａ〜図１２Ｃに示されるように、角度θが25°以上、かつ、38°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.78以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、25°≦θ≦38°が満たされることが好ましい。
【００７２】
また、ラゲールガウス状ビームLG02'に関しても、同様に、波面誤差により、ラゲールガウス状ビームLG02'の最大強度は、波面誤差が存在しない場合と比較して、0.90倍程度となる。したがって、FWHMの範囲内で、得られた合成ビームの理論強度がその最大強度に対して0.72倍以上であれば、その範囲に関して合成ビームの実強度がその最大強度に対して0.8倍以上となる。
【００７３】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長ZRの0.1倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが47°、55°、64°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１３０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１３０２〜プロファイル１３０４は、それぞれ、角度θが47°、55°、64°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１３Ａ〜図１３Ｃに示されるように、角度θが47°以上、かつ、64°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。すなわち、FWHMの範囲内で合成ビームの実強度がその最大強度に対して0.8倍以上となると想定される。したがって、この場合、角度θについて、47°≦θ≦64°が満たされることが好ましい。
【００７４】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長ZRの0.25倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが36°、41°、47°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１４Ａ〜図１４Ｃにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１４０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１４０２〜プロファイル１４０４は、それぞれ、角度θが36°、41°、47°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１４Ａ〜図１４Ｃに示されるように、角度θが36°以上、かつ、47°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、36°≦θ≦47°が満たされることが好ましい。
【００７５】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の0.5倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１からの直線偏光の偏光方向とがなす角度θが28°、31°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１５０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１５０２及びプロファイル１５０３は、それぞれ、角度θが28°、31°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１５Ａ及び図１５Ｂに示されるように、角度θが28°以上、かつ、31°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、28°≦θ≦31°が満たされることが好ましい。
【００７６】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の0.75倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが24°、27°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１６０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１６０２及びプロファイル１６０３は、それぞれ、角度θが24°、27°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１６Ａ及び図１６Ｂに示されるように、角度θが24°以上、かつ、27°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、24°≦θ≦27°が満たされることが好ましい。
【００７７】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれ、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からの伝搬距離がレイリー長の等倍の位置に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが21°、22°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１７０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１７０２及びプロファイル１７０３は、それぞれ、角度θが21°、22°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１７Ａ及び図１７Ｂに示されるように、角度θが21°以上、かつ、22°以下であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、21°≦θ≦22°が満たされることが好ましい。
【００７８】
図１８は、シミュレーションにより得られた、VORTEX液晶素子４からから十分遠方（すなわち、無限遠とみなしてもよい程離れた位置）に観察面が存在する場合における、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と、光源１から発するガウスビームの偏光方向とがなす角度θが17°の場合における、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームとラゲールガウス状ビームLG02'の合成ビームのプロファイルと、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのFWHMとの関係を示す図である。図１８において、横軸は、光軸ＯＡからの距離を表し、縦軸は、各合成ビームの光軸ＯＡからの距離rにおける強度の最大強度に対する比を表す。プロファイル１８０１は、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームのプロファイルを表し、プロファイル１８０２は、角度θが17°の場合の合成ビームのプロファイルを表す。図１８に示されるように、角度θが17°であれば、FWHMの範囲内で、合成ビームの最大理論強度に対する理論強度の比が0.72以上となることが分かる。したがって、この場合、角度θについて、θ=17°が満たされることが好ましい。
このように、角度θが適切に調節されることにより、トップハット形状を持つ合成ビームが得られる。
【００７９】
以上説明してきたように、本発明の一つの実施形態に係る照明装置では、直線偏光のガウスビームを出力する光源とVORTEX液晶素子とが、直線偏光の偏光面とVORTEX液晶素子の液晶分子の配向方向とが所定の角度をなすように配置される。これにより、この照明装置は、その直線偏光がVORTEX液晶素子を透過することで、同じ光路に沿って得られるガウスビームとラゲールガウス状ビームとの合成ビームとしてトップハット形状を持つビームを形成することができる。そしてガウスビームは伝搬モードの一つであり、ラゲールガウス状ビームも伝搬モードの一つであるラゲールガウスビームと類似したビームプロファイルを持つため、合成ビームの形状も比較的維持されたまま伝播される。そのため、光源から観察面までの距離、及び、VORTEX液晶素子から観察面までの距離によらず、この照明装置は、トップハット形状を持つ合成ビームを提供できる。
【００８０】
なお、本発明は上記の実施形態に限られない。変形例によれば、照明装置は、VORTEX液晶素子の代わりに、光軸を中心とする円周に沿って、単軸性の複屈折結晶により形成される、厚さが異なり、かつ同形状を持つ複数の位相板が並べられたらせん位相素子を利用してもよい。この場合、各位相板の光学軸は、同一方向へ向けられる。そして光学軸の方向が、上記の実施形態における、液晶分子の配向方向に対応する。また、各位相板の厚さは、隣接する位相板間での位相変調量の差が一定となり、かつ、円周方向に沿って一周することで、位相変調量が２πまたは４π増加するように設定されればよい。
この変形例によれば、らせん位相素子に電圧を印加しなくても、トップハット形状を持つ合成ビームが得られるので、コントローラ９による制御が簡単化される。
【００８１】
さらに他の変形例によれば、照明装置１１は、光源１及びVORTEX液晶素子４のうちの何れか一方を、光軸ＯＡを中心として回動可能に支持する支持部１２（図１において点線で図示）をさらに有していてもよい。そして支持部１２は、例えば、中心が光軸ＯＡと一致する円筒状の筐体と、その筐体の内部に、光軸ＯＡを中心として回動可能に取り付けられ、光源１及びVORTEX液晶素子４のうちの何れか一方を支持する支持部材と、支持部材を、例えば、ギアなどの駆動機構を介してステッピングモータにより回転させる回転機構とを有する。この場合、メモリ１０には、変調成分をラゲールガウス状ビームLG01'とする場合における、VORTEX液晶素子４から観察面までの距離ごとの、光源１から発する直線偏光の偏光面とVORTEX液晶素子４の配向方向とがなす第１の角度との関係を表すテーブルと、変調成分をラゲールガウス状ビームLG02'とする場合における、VORTEX液晶素子４から観察面までの距離ごとの、光源１から発する直線偏光の偏光面とVORTEX液晶素子４の配向方向とがなす第２の角度との関係を表すテーブルが記憶される。なお、第１の角度及び第２の角度は、それぞれ、VORTEX液晶素子４を透過後のガウスビームの半値全幅の範囲内で合成ビームの強度がその最大強度の0.8倍以上となる角度範囲に含まれる。そしてコントローラ９は、変調成分をラゲールガウス状ビームLG01'とする場合、VORTEX液晶素子から観察面までの距離及び第１のテーブルを参照して、上記の所定の角度θが第１の角度となるように、支持部１２のステッピングモータを制御し、一方、変調成分をラゲールガウス状ビームLG02'とする場合、VORTEX液晶素子から観察面までの距離及び第２のテーブルを参照して、上記の所定の角度θが第２の角度となるように、支持部１２のステッピングモータを制御すればよい。なお、VORTEX液晶素子から観察面までの距離は、例えば、照明装置１１が組み込まれる装置の仕様に応じて予め設定され、メモリ１０に保存される。あるいは、ユーザインターフェースを介して、VORTEX液晶素子から観察面までの距離がコントローラ９に入力されてもよい。
【００８２】
なお、コントローラ９は、所定の角度θが0°となるように、支持部１２のステッピングモータを制御してもよい。この場合には、VORTEX液晶素子４を透過する照明光は全てラゲールガウス状ビームに変調される。同様に、コントローラ９は、所定の角度θが90°となるように、支持部１２のステッピングモータを制御するか、円周方向に沿って一周する間の位相変調量が0、すなわち、VORTEX液晶素子４の液晶層全体に同じ電圧が印加されるようにしてもよい。この場合には、照明光はVORTEX液晶素子４を透過しても変調されず、VORTEX液晶素子４を透過後のビームはガウスビームのままとなる。
【００８３】
また他の変形例によれば、光源１から発する照明光は、円偏光または楕円偏光であってもよい。円偏光及び楕円偏光のそれぞれも、互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む。照明光が円偏光である場合、照明光には、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と平行な方向な偏光成分（例えば、第１の偏光成分）と、配向方向に直交する偏光成分とが同じ大きさで含まれることになる。そのため、円偏光である照明光がVORTEX液晶素子４を透過することにより得られる合成ビームは、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向と45°をなす偏光面を持つ直線偏光がVORTEX液晶素子４を透過することで得られる合成ビームとほぼ同等のトップハット形状のプロファイルを持つものとなる。またこの場合、得られる合成ビームのプロファイルは、光軸を中心として良好な回転対称性を示す。その結果として、照明装置１１を有する顕微鏡装置１００について、分解能の方向依存性を無くすことができる。
【００８４】
また、照明光が楕円偏光である場合には、その照明光がVORTEX液晶素子４を透過することにより得られる合成ビームは、円偏光である照明光がVORTEX液晶素子４を透過することにより得られる合成ビームと、直線偏光である照明光がVORTEX液晶素子４を透過することにより得られる合成ビームとがさらに合成されたようなビームとなる。したがって、照明光が直線偏光である場合の偏光面とVORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向とがなす角度θと同様に、楕円偏光の楕円方位軸（長軸）とVORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向とがなす角度θに応じて、得られる合成ビームのプロファイルも変化する。このため、上記の変形例と同様に、コントローラ９は、VORTEX液晶素子４から観察面までの距離に応じて角度θを変更するよう、支持部１２のステッピングモータを制御してもよい。ただし、楕円偏光の楕円率が1に近づくほど、角θに応じた合成ビームのプロファイルの変化は少なくなる。なお、本明細書において、楕円偏光の長軸を含む面を、直線偏光の偏光面と同様に、楕円偏光の偏光面と呼ぶ。
【００８５】
なお、照明光が円偏光あるいは楕円偏光である場合でも、照明光が直線偏光である場合と同様に、コントローラ９がVORTEX液晶素子４に印加する電圧を調節することで、VORTEX液晶素子４を透過する照明光に与えられる、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿った１周分の位相変調量を2πと4πとの間で切り替えることにより、照明装置１１は、得られる合成ビームのプロファイルの形状を変更できる。
【００８６】
また、上記の実施形態または変形例による照明装置は、照明用の光学系と観察用の光学系とが独立して設けられる顕微鏡の照明用の光学系と組み合わせられてもよい。あるいは、上記の実施形態または変形例による照明装置は、顕微鏡以外の装置、例えば、レーザ加工装置に利用されてもよい。
【００８７】
図１９は、上記の実施形態または変形例に係る照明装置を有するレーザ加工装置の概略構成図である。図１９に示されるように、レーザ加工装置２００は、光源１と、コリメート光学系２と、VORTEX液晶素子４と、対物レンズ５と、コントローラ９と、メモリ１０とを有する。このうち、光源１、VORTEX液晶素子４、コントローラ９及びメモリ１０が、照明装置１１を構成する。また、照明装置１１は、上記の変形例と同様に、光源１及びVORTEX液晶素子４のうちの何れか一方を、光軸ＯＡを中心として回動可能に支持する支持部１２（図１９において点線で図示）をさらに有していてもよい。さらに、レーザ加工装置２００は、光路上に、球面収差用補償光学系など、各種の補償光学系を有していてもよい。さらに、レーザ加工装置２００は、加工対象物２１０が載置される、ＸＹステージといった可動ステージを有していてもよい。
なお、図１９において、各構成要素には、図１に示された顕微鏡装置１００の対応する構成要素と同じ参照番号を付した。
【００８８】
光源１は、上記の実施形態または変形例と同様に、ガウス状のビームプロファイルを持つ照明光を出力する。そしてその照明光は、互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含むように、VORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向に対して０°より大きく、かつ、９０°より小さい角をなす偏光面を持つ直線偏光、あるいは、円偏光または楕円偏光とすることができる。
【００８９】
また、光源１は、上記の実施形態または変形例と同様に、例えば、半導体レーザを有する。あるいは、光源１は、アルゴンイオンレーザといったガスレーザ、またはYAGレーザといった固体レーザを有していてもよい。あるいは光源１は、互いに異なる波長の光を出力する複数の発光素子を有していてもよい。この場合、光源１は、コントローラ９からの制御信号に従って、何れか一つの発光素子に照明光を出力させる。
【００９０】
コリメート光学系２は、光源１とVORTEX液晶素子４との間において、コリメート光学系２の前側焦点に光源１が位置するように配置される。そしてコリメート光学系２は、光源１から出力された照明光を平行光にする。平行光となった照明光は、VORTEX液晶素子４へ向かう。
【００９１】
VORTEX液晶素子４は、上記の実施形態または変形例によるVORTEX液晶素子とすることができ、例えば、コリメート光学系２と対物レンズ５とに規定される光軸ＯＡとその中心とが一致するように、コリメート光学系２と対物レンズ５との間に配置される。そしてVORTEX液晶素子４は、照明光がVORTEX液晶素子４を透過することによりラゲールガウス状のビームプロファイルを持つ変調成分を生成し、無変調成分とその変調成分との合成ビームとしてトップハットビームを生成する。
【００９２】
対物レンズ５は、VORTEX液晶素子４から出射したトップハットビームに、加工対象物２１０の表面に設定される加工面上で焦点を結ばせる。加工面上に集光されたトップハットビームにより、加工対象物２１０は、例えば、穴あけ加工される。
【００９３】
コントローラ９は、例えば、一つまたは複数のプロセッサと、コントローラ９をレーザ加工装置２００の各部と接続するためのインターフェース回路とを有する。そしてコントローラ９は、光源１及びVORTEX液晶素子４を制御する。そしてコントローラ９は、光源１に対して所定の電力を供給することにより、光源１に照明光を出力させる。また光源１が複数の発光素子を有する場合、コントローラ９は、例えば、ユーザインターフェースを介したユーザの操作に従って、複数の発光素子のうちの何れか一つの発光素子に照明光を出力させる制御信号を光源１へ送信する。また、レーザ加工装置２００が可動ステージを有する場合、コントローラ９は、可動ステージを制御して、可動ステージ上に載置された加工対象物２１を移動させてもよい。これにより、トップハットビームの集光スポット位置に対して加工対象物２１０が移動するので、レーザ加工装置２００は、加工対象物２１０の異なる箇所を加工することができる。
【００９４】
さらに、コントローラ９は、上記の実施形態または変形例と同様に、駆動回路を有し、その駆動回路を介してVORTEX液晶素子４に印加する電圧を調節することにより、VORTEX液晶素子４がトップハットビームを形成できるように、VORTEX液晶素子４を制御する。その際、コントローラ９は、上記の実施形態または変形例と同様に、VORTEX液晶素子４に印加する電圧を調節することにより、光軸ＯＡを中心とする円周方向に沿った１周分の位相変調量を変更して、無変調成分であるガウスビームと合成される変調成分を、ラゲールガウス状ビームLG01'とラゲールガウス状ビームLG02'との間で切り替えることができる。これにより、コントローラ９は、トップハットビームの集光スポットサイズを調節することができる。
【００９５】
さらに、照明装置１１が支持部１２を有する場合、コントローラ９は、上記の変形例と同様に、照明光の偏光面（楕円偏光の場合は長軸）とVORTEX液晶素子４の液晶分子の配向方向とがなす角度θを調整するよう、支持部１２のステッピングモータを制御すればよい。これにより、照明装置１１は、角度θが、VORTEX液晶素子４から加工面までの距離、あるいは、光軸周りに１周する間の位相変調量に応じた適切な値となるように、光源１とVORTEX液晶素子４の向きを調節できる。
【００９６】
メモリ１０は、例えば、揮発性の読み書き可能な半導体メモリ回路、不揮発性の読み出し専用のメモリ回路を有する。またメモリ１０は、磁気記録媒体または光記録媒体及びそのアクセス装置を含んでもよい。そしてメモリ１０は、コントローラ９と接続され、コントローラ９が光源１及びVORTEX液晶素子４を制御するために利用するデータを保存する。
【００９７】
なお、照明装置１１がレーザ加工装置２００に含まれる場合でも、VORTEX液晶素子の代わりに、光軸を中心とする円周に沿って、単軸性の複屈折結晶により形成される、厚さが異なり、かつ同形状を持つ複数の位相板が並べられたらせん位相素子が用いられてもよい。
【００９８】
以上のように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００９９】
１００    顕微鏡装置
１    光源
２    コリメート光学系
３    ビームスプリッタ
４    VORTEX液晶素子
５    対物レンズ
６    コンフォーカル光学系
７    マスク板
７ａ    共焦点ピンホール
８    受光素子
９    コントローラ
１０    メモリ
１１    照明装置
１２    支持部
１１０    サンプル
４０    液晶層
４１、４２    透明基板
４３、４４    透明電極
４３−１〜４３−ｍ    部分電極
４５、４６    配向膜
４７    液晶分子
４８    シール部材
２００    レーザ加工装置
【図１】
2017138655.tif 000006
【図２Ａ】
2017138655.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017138655.tif 000012
【図６Ａ】
2017138655.tif 000013
【図６Ｂ】
2017138655.tif 000014
【図６Ｃ】
2017138655.tif 000015
【図６Ｄ】
2017138655.tif 000016
【図６Ｅ】
2017138655.tif 000017
【図６Ｆ】
2017138655.tif 000018
【図７Ａ】
2017138655.tif 000019
【図７Ｂ】
2017138655.tif 000020
【図７Ｃ】
2017138655.tif 000021
【図８Ａ】
2017138655.tif 000022
【図８Ｂ】
2017138655.tif 000023
【図８Ｃ】
2017138655.tif 000024
【図９Ａ】
2017138655.tif 000025
【図９Ｂ】
2017138655.tif 000026
【図９Ｃ】
2017138655.tif 000027
【図１０Ａ】
2017138655.tif 000028
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
2017138655.tif 000031
【図１１Ｂ】
2017138655.tif 000032
【図１１Ｃ】
2017138655.tif 000033
【図１２Ａ】
2017138655.tif 000034
【図１２Ｂ】
2017138655.tif 000035
【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
2017138655.tif 000037
【図１３Ｂ】
2017138655.tif 000038
【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
2017138655.tif 000040
【図１４Ｂ】
2017138655.tif 000041
【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
2017138655.tif 000043
【図１５Ｂ】
2017138655.tif 000044
【図１６Ａ】
2017138655.tif 000045
【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
2017138655.tif 000050
【国際調査報告】
2017138655.tif 000051
2017138655.tif 000052
2017138655.tif 000053
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