JP4544904B2 - Optical system - Google Patents
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Description
この発明は、光学系の瞳面内に入射する光量、光量分布を一定にしたままで光源位置を変えることができる光学系に関する。特に、媒質中の深さの異なる部分に集光させることができる最適な光学系、若しくは、集光位置を変えるのに適した光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system capable of changing a light source position while keeping a light quantity and a light quantity distribution incident on a pupil plane of the optical system constant. In particular, the present invention relates to an optimal optical system capable of condensing light at different depths in a medium, or an optical system suitable for changing a light condensing position.
従来より、媒質中の異なった深さ部分に集光したいという要求があるが、その場合球面収差の発生を招いてしまう。例えば、生物分野において、顕微鏡標本を作製する場合には、ほとんどの場合スライドガラスの上に試料を置き、その上にカバーガラスを載せて封入するカバーガラス付きの標本が一般的であるが、顕微鏡によりカバーガラスの厚みの異なる標本を観察するような場合に上述した球面収差が発生してしまう。また、例えば、工業分野では、ＬＣＤ用のガラスには厚みの異なるものがあり、基板越しに観察する場合にも球面収差が発生してしまう。異なる厚み（深さ）部を観察しようとした場合、集光性能が変化（劣化）してしまっていた。 Conventionally, there has been a demand for focusing at different depths in the medium, but in this case, spherical aberration is caused. For example, in the biological field, when preparing a microscopic specimen, in most cases, a specimen with a cover glass in which a sample is placed on a slide glass and a cover glass is placed on top of the specimen is generally used. Thus, the spherical aberration described above occurs when specimens with different cover glass thicknesses are observed. Further, for example, in the industrial field, there are glass having different thicknesses for LCD, and spherical aberration occurs even when observing through a substrate. When attempting to observe different thickness (depth) parts, the light condensing performance has changed (deteriorated).
そこで、従来より、球面収差の補正を行って集光性能の変化を抑えながら上述したような厚みの異なる部分に集光させるために、様々な技術が採用されている。
そのうちの１つとして、例えば、厚みの異なる平行平板ガラスを対物レンズ等の集光光学系の先端に着脱可能に配置するものが知られている。
また、例えば、倍率４０×程度、ＮＡ０．９３の超広視野の範囲にわたって諸収差が良好に補正され、カバーガラス厚の変動による性能劣化も少ない顕微鏡用補正環付き対物レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。
更に、合成焦点距離が無限遠（No Power Lens）の球面収差補正光学系を光軸方向に移動させて球面収差を補正する光学系も知られている（例えば、特許文献２参照）。
更には、図２２に示すように、対物レンズ５０と光源５１との間に、球面収差補正レンズ５２を配置し、この球面収差補正レンズ５２を光軸に沿って移動させることにより球面収差を補正する顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
As one of them, for example, one in which parallel plate glasses having different thicknesses are detachably disposed at the tip of a condensing optical system such as an objective lens is known.
Further, for example, an objective lens with a correction ring for a microscope is known in which various aberrations are satisfactorily corrected over a range of an ultra-wide field of view of about 40 × and NA of 0.93, and performance deterioration due to variations in cover glass thickness is small. For example, see Patent Document 1).
Furthermore, an optical system that corrects spherical aberration by moving a spherical aberration correction optical system having a combined focal length of infinity (No Power Lens) in the optical axis direction is also known (see, for example, Patent Document 2).
Furthermore, as shown in FIG. 22, a spherical
ところで、上述した球面収差補正のうち、平行平板ガラスを利用したものは、平行平板ガラスの傾き等による性能劣化が大きい。そのため、平行平板を保持する枠に高精度が要求され、また、平行平板の枠への固定も精度が必要になることから高価になる。また、小さいＷＤの中で、手動により交換を行う必要があり、非常に手間のかかる作業であった。更に、連続可変を行うことが難しかった。
また、上記特許文献１に記載の補正環対物レンズでは、高精度であるため価格が高く、低コスト化を図ることができない。また、集光位置に応じて自動で球面収差量を調整することが難しく自動化への対応が困難なものである。
また、上記特許文献２に記載の光学系では、合成焦点距離が、無限遠のレンズで補正を行うため球面収差を補正した場合でも集光位置は変化しない。媒質中の異なった部分に集光しようとすると必ずＷＤが変わり、ＷＤ一定の下での収差補正を行うことができなかった。また、ビームエキスパンダ以外に球面収差補正光学系が必要となるので構成が複雑で、部品点数が多くなり、低コスト化を図ることが困難であった。
By the way, among the spherical aberration corrections described above, those using parallel flat glass have a large performance deterioration due to the inclination of the parallel flat glass. Therefore, high accuracy is required for the frame that holds the parallel flat plate, and the fixing of the parallel flat plate to the frame also requires high accuracy, which is expensive. Moreover, it was necessary to perform replacement manually in a small WD, which was a very time-consuming operation. Furthermore, it was difficult to perform continuous variable.
In addition, the correction ring objective lens described in
Further, in the optical system described in
また、上記特許文献３に記載の顕微鏡装置では、図２２に示すように、球面収差補正レンズ５２を光軸方向に移動させることにより、球面収差の補正を行うことができるが、球面収差補正レンズ５２の移動に伴い対物レンズ５０に入射する光束径が変化してしまう。即ち、光束の広がりが変化してしまう。そのため、図２３に示すように、光量が変化してしまい、標本面上での明るさが変化してしまう。ここで、画像取得手段がある場合には、画像の明るさを検出し、明るさによって光源のパワーを変化させる。画像側で明るさをコントロールする等により、明るさを一定にできるが、装置構成が複雑になる等の問題がある。
また、瞳面内での光量分布がある場合には、光量分布も変化する恐れがあった。このような光量分布の変化により、集光性能が変化するという問題があった。更に、画像取得手段からの電気信号に基づいて球面収差補正レンズを移動するため、時間のかかるものであった。
In the microscope apparatus described in
Further, when there is a light amount distribution in the pupil plane, the light amount distribution may also change. There has been a problem that the light collecting performance changes due to such a change in the light amount distribution. Furthermore, since the spherical aberration correction lens is moved based on the electrical signal from the image acquisition means, it takes time.
一方、観察を行う際、ピント位置を変更させる場合には、標本等を載置したステージを光軸方向に移動させたり、光学系自体を光軸方向に移動させる等の構成が一般的に採用されている。
しかしながら、ステージに載せる標本には、１２インチウエハ等の大きいものがあり、高精度に位置を移動させるには装置が大型化せざるを得なかった。また、光学系自体を移動させる場合には、精度良く移動させることが困難であった。
On the other hand, when changing the focus position when observing, a configuration such as moving the stage on which the sample is placed in the optical axis direction or moving the optical system itself in the optical axis direction is generally adopted. Has been.
However, there is a large specimen such as a 12-inch wafer on the stage, and the apparatus has to be enlarged to move the position with high accuracy. Further, when moving the optical system itself, it is difficult to move it with high accuracy.
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的はシンプルな構成で、手間をかけることなく光量分布を一定にしたまま容易に球面収差補正を行うことができる光学系を提供することである。更には、簡単な構成で集光位置を変化させることを可能にする光学系を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical system that can easily correct spherical aberration while keeping the light amount distribution constant with a simple structure and without any trouble. Is to provide. Furthermore, it is to provide an optical system that makes it possible to change the light collection position with a simple configuration.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、平行光束状態で光束を射出する射出手段と、前記光束を集光する集光光学系と、前記射出手段と前記集光光学系との間の前記光束中に、該光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、前記光束を集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されている光学系を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to
この発明に係る光学系においては、射出手段により平行光束状態で射出された光束が、第１レンズ群及び第２レンズ群でそれぞれ屈折した後、集光光学系に入射して集光される。この際、移動手段により、第１レンズ群を光軸方向に移動させることで、光源位置を光軸方向に移動させることができる。即ち、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群から見た光源位置を変えることができ、更には前記集光光学系から見た実質的な光源位置の変更が行える。
また、第１レンズ群に入射する光束は、平行光束状態であるので、瞳面内の光量分布を一定にすることができる。従って、集光性能の変化を抑えることができる。
In the optical system according to the present invention, the light beams emitted in a parallel light beam state by the emitting means are refracted by the first lens group and the second lens group, respectively, and then enter the condensing optical system to be condensed. At this time, the light source position can be moved in the optical axis direction by moving the first lens group in the optical axis direction by the moving means. That is, by moving the first lens group, the light source position viewed from the second lens group can be changed, and further, the substantial light source position viewed from the condensing optical system can be changed.
Further, since the light beam incident on the first lens group is in a parallel light beam state, the light amount distribution in the pupil plane can be made constant. Therefore, it is possible to suppress a change in light collecting performance.
ここで、図１を参照してより具体的に説明する。図１に示すように、第１のレンズ（第１レンズ群）は、平行光束中に配置されており、該第１のレンズが光軸に沿って移動した場合でも、第１のレンズに入射する光線の光軸からの距離（ｓ）が一定であれば、第１のレンズを通過した後の光線の角度（ｑ）は変化しない（平行である）。それら角度が変化しない（平行な）光線は、第２のレンズ（第２レンズ群）の後側焦面上の１点に集光する（必ず通る）。第２のレンズの後側焦点位置と集光光学系の入射瞳位置とが、一致するように配置されいるので、第１のレンズに入射した平行光束は、第１のレンズの位置によらず、集光光学系の入射瞳位置で常に同じ光束径となり、集光光学系でけられることなく集光する。
即ち、集光したい位置までの距離に応じて、第１レンズ群を移動させることで、集光光学系による集光位置を光軸方向に移動することができる。更に、第２レンズ群により、集光光学系に入射する光束径を変化することがないので、従来のような集光位置での光量の変化や瞳面内での光量分布の変化を略０にすることができる。
Here, it demonstrates more concretely with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the first lens (first lens group) is arranged in a parallel light beam, and is incident on the first lens even when the first lens moves along the optical axis. If the distance (s) from the optical axis of the light beam to be transmitted is constant, the angle (q) of the light beam after passing through the first lens does not change (is parallel). The rays whose angles do not change (parallel) are condensed (be sure to pass) at one point on the rear focal plane of the second lens (second lens group). Since the rear focal position of the second lens and the entrance pupil position of the condensing optical system are arranged so as to coincide with each other, the parallel light beam incident on the first lens is independent of the position of the first lens. The light beam diameter is always the same at the entrance pupil position of the condensing optical system, and the light is collected without being lost by the condensing optical system.
That is, by moving the first lens group according to the distance to the position where light is to be collected, the light collection position by the light collection optical system can be moved in the optical axis direction. Further, since the diameter of the light beam incident on the condensing optical system is not changed by the second lens group, the change in the light amount at the condensing position or the change in the light amount distribution in the pupil plane as in the conventional case is substantially zero. Can be.
また、図１においては、第２のレンズ（第２レンズ群）の後側焦点位置を、集光光学系の入射瞳位置に一致させることにより、集光位置での光量の変化や瞳面内の光量分布の変化を略０にすることができるが、これら２つの位置を互いに近傍に位置させる（つまり、第２のレンズの後側焦点位置を集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配置させる）ことで、同等の効果を得ることができる。より具体的に図２を参照して説明する。
図２に示すように、第２のレンズ（第２レンズ群）の後側焦点位置と集光光学系の入射瞳位置とのズレ量をｄ１、第２のレンズの焦点距離をｆ２、第１のレンズ（第１レンズ群）が移動した時の集光光学系に入射する光束径の変動率（第２のレンズの後側焦点位置での光束径を基準）をｘ％とすると、
ｘ＝１００×（ｄ１×ｄ）／（ｆ２２）で表される。
即ち、この式を書き換えると、ｄ１＝（ｆ２２）／ｄ×（ｘ／１００）となる。
ここで、第２のレンズの後側焦点位置と集光光学系の入射瞳位置とが一致した場合には、ｄ１＝０となる。即ち、第１のレンズが移動しても集光光学系に入射する光束径は変化しない（ｘ＝０）。
この状態に配置するのが最も良いが、ｄ１≦０．２×ｆ２２／ｄとすることで、光束径の変動率ｘ≦２０（±１０％以下）を確保できる。
更には、ｄ１≦０．１×ｆ２２／ｄとすることで、光束径の変動率ｘ≦１０（±５％以下）とすることができる。
更に好ましくは、ｄ１≦０．０６×ｆ２２／ｄとすることで、光束径の変動率ｘ≦６（±３％以下）を確保することができる。
Also, in FIG. 1, the rear focal position of the second lens (second lens group) is made to coincide with the entrance pupil position of the condensing optical system, so that the amount of light at the condensing position changes or within the pupil plane. The change in the light quantity distribution of the second lens can be made substantially zero, but these two positions are positioned close to each other (that is, the rear focal position of the second lens is at least near the entrance pupil position of the condensing optical system). The same effect can be obtained. This will be described more specifically with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the amount of deviation between the rear focal position of the second lens (second lens group) and the entrance pupil position of the condensing optical system is d1, the focal length of the second lens is f2, and the first When the variation rate of the diameter of the light beam incident on the condensing optical system when the lens (the first lens group) moves (reference to the light beam diameter at the rear focal position of the second lens) is x%,
x = 100 × (d1 × d) / (f2 2 ).
That is, when this equation is rewritten, d1 = (f2 2 ) / d × (x / 100).
Here, when the rear focal position of the second lens coincides with the entrance pupil position of the condensing optical system, d1 = 0. That is, even when the first lens moves, the diameter of the light beam incident on the condensing optical system does not change (x = 0).
Although it is best to arrange in this state, by setting d1 ≦ 0.2 × f2 2 / d, the variation rate x ≦ 20 (± 10% or less) of the light beam diameter can be secured.
Furthermore, by setting d1 ≦ 0.1 × f2 2 / d, the variation rate of the beam diameter x ≦ 10 (± 5% or less) can be achieved.
More preferably, by satisfying d1 ≦ 0.06 × f2 2 / d, it is possible to ensure the variation rate x ≦ 6 (± 3% or less) of the beam diameter.
更に、第１レンズ群を移動させるだけで、光源位置の変更が行えるので、従来のように集光光学系やステージ等を光軸方向に動かす必要がない。従って、構成のシンプル化を図ることができ、手間をかけることなく容易に球面収差補正を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等のように、特別な光学系を備える必要がないことからも、構成のシンプル化が図れ、低コスト化を図ることができる。 Furthermore, since the position of the light source can be changed simply by moving the first lens group, there is no need to move the condensing optical system, the stage, etc. in the direction of the optical axis as in the prior art. Accordingly, the configuration can be simplified, and spherical aberration correction can be easily performed without taking time and effort. Further, since it is not necessary to provide a special optical system unlike a conventional correction ring objective lens or the like, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
請求項２に係る発明は、請求項１記載の光学系において、前記集光光学系が、前記光束を媒質中に集光させ、前記移動手段が、集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる光学系を提供する。 According to a second aspect of the present invention, in the optical system according to the first aspect, the condensing optical system condenses the light beam in a medium, and the moving means collects the refractive index and medium surface of the medium to be condensed. An optical system is provided that moves the first lens group according to the distance from the position to which the light is to be collected.
この発明に係る光学系においては、移動手段が、集光したい媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて第１レンズ群を移動させるので、より正確に媒質の表面から所望する深さに光束を集光させることができると共に、球面収差の発生量をより抑えることができる。従って、集光性能の向上を図ることできる。 In the optical system according to the present invention, the moving means moves the first lens group according to the refractive index of the medium to be collected and the distance from the medium surface to the position to be collected. The luminous flux can be condensed to a desired depth, and the amount of spherical aberration can be further suppressed. Therefore, the light collecting performance can be improved.
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の光学系において、前記射出手段が、レーザ光を射出するレーザ光源を備えている光学系を提供する。
請求項４に係る発明は、レーザ光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、前記媒質中での集光点を、前記レーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に走査可能な走査手段と、前記レーザ光源と共役な位置に配されて、前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されている光学系を提供する。
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser light source that emits laser light, parallel light beam means for making the light beam of the laser light emitted from the laser light source a parallel light beam, and the laser light in the parallel light beam state in a medium. And a condensing optical system for condensing light from the condensing point and scanning that can scan the condensing point in the medium in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser light Means, a photodetector arranged at a position conjugate with the laser light source, for detecting the light re-condensed by the condensing optical system, and between the parallel beam means and the condensing optical system A first lens group configured to include one or more lenses disposed in the parallel light beam so as to be movable along an optical axis direction of the parallel light beam; the first lens group and the condensing optical system; Fixed in the parallel light flux between the A second lens group configured; and a moving unit that moves the first lens group according to a refractive index of the medium on which the laser beam is to be collected and a distance from the medium surface to a position on which the laser beam is to be collected; The second lens group provides an optical system in which a rear focal position is arranged at least in the vicinity of the entrance pupil position of the condensing optical system.
この発明に係る光学系においては、レーザ光源から射出されたレーザ光が、平行光束手段により平行光束に変換されて第１のレンズ群に入射し、該第１レンズ群及び第２レンズ群でそれぞれ屈折した後、集光光学系により媒質中に集光されると共に、再集光されて光検出器により検出される。この際、移動手段により、第１レンズ群を光軸方向に移動させることで、光源位置を光軸方向に移動させることができる。即ち、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群から見た光源位置を変えることができ、更には、前記集光光学系から見た実質的な光源位置の変更が行える。これにより、媒質中の深さに応じて球面収差を極力抑えることができる。
また、第１レンズ群に入射する光束は、平行光束状態であるので、第１レンズ群を光軸方向に移動させて各位置で光束を屈折させたとしても、光束を同じ屈折角で射出する。
In the optical system according to the present invention, the laser light emitted from the laser light source is converted into a parallel light beam by the parallel light beam means and is incident on the first lens group, and the first lens group and the second lens group respectively. After being refracted, the light is condensed in a medium by a condensing optical system, re-condensed, and detected by a photodetector. At this time, the light source position can be moved in the optical axis direction by moving the first lens group in the optical axis direction by the moving means. That is, by moving the first lens group, the light source position seen from the second lens group can be changed, and further, the substantial light source position seen from the condensing optical system can be changed. Thereby, spherical aberration can be suppressed as much as possible according to the depth in the medium.
Further, since the light beam incident on the first lens group is in a parallel light beam state, even if the first lens group is moved in the optical axis direction and the light beam is refracted at each position, the light beam is emitted at the same refraction angle. .
また、第２レンズ群は、後側焦点位置が集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されているので、第２レンズ群に入射した光は、確実に集光光学系により集光される。ここで、集光したい位置までの距離に応じて、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群に入射する位置を変更できるので、所望する集光点での球面収差の発生量を極力抑えることができる。また、第２レンズ群により、光束を変化させることなく確実に集光光学系に入射可能であるので、従来のように光量の変化や、瞳面内の光量分布が変化することを抑えることができる。つまり、集光光学系への入射光量を一定にすることができると共に、瞳面内の光量分布を一定にすることができ、明るさ、集光性能の変化を抑えることができる。従って、集光性能の変化を抑えることができる。
このように、球面収差の発生量を極力抑えることができるので、収差が少ない光を再集光して正確な観察像を得ることができる。従って、高精度に媒質中の観察を行うことができる。また、走査手段により、集光点の走査が行えるので、媒質の全体領域に亘って観察を行うことができる。
Further, since the rear focal position of the second lens group is arranged at least near the entrance pupil position of the condensing optical system, the light incident on the second lens group is reliably condensed by the condensing optical system. Is done. Here, since the position incident on the second lens group can be changed by moving the first lens group according to the distance to the position where the light is to be condensed, the amount of spherical aberration generated at the desired condensing point can be reduced. It can be suppressed as much as possible. In addition, since the second lens group can reliably enter the condensing optical system without changing the luminous flux, it is possible to suppress the change in the light amount and the change in the light amount distribution in the pupil plane as in the past. it can. That is, the amount of light incident on the condensing optical system can be made constant, the light amount distribution in the pupil plane can be made constant, and changes in brightness and light collecting performance can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a change in light collecting performance.
In this way, the amount of spherical aberration generated can be suppressed as much as possible, so that an accurate observation image can be obtained by refocusing light with less aberration. Therefore, observation in the medium can be performed with high accuracy. Further, since the condensing point can be scanned by the scanning means, observation can be performed over the entire area of the medium.
更に、第１レンズ群を移動させるだけで、光源位置の変更が行えるので、従来のように集光光学系やステージ等を動かす必要がない。従って、構成のシンプル化を図ることができ、手間をかけることなく容易に球面収差補正を行いながら媒質中の観察を行うことができる。また、従来の補正環対物レンズ等のように、特別な光学系を備える必要がないことからも、構成のシンプル化が図れ、低コスト化を図ることができる。 Furthermore, since the position of the light source can be changed simply by moving the first lens group, there is no need to move the condensing optical system, the stage, or the like as in the prior art. Therefore, the configuration can be simplified, and observation in the medium can be performed while correcting spherical aberration easily without taking time and effort. Further, since it is not necessary to provide a special optical system unlike a conventional correction ring objective lens or the like, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
この発明に係る光学系によれば、媒質中の集光したい位置までの距離に応じて、第１レンズ群を移動させることで、第２レンズ群に入射する光束の位置を変える、即ち、集光光学系から見た実質的な光源位置の変更が行えるので、所望する集光点での球面収差の発生量を極力抑えることができる。また、後側焦点位置が集光光学系の入射瞳位置に一致した第２レンズ群により、集光光学系の入射瞳に入射する光束径を変化させることがないので、従来のように光量の変化や、瞳面内での光量分布が変化することを抑えることができる。従って、集光性能の変化を抑えることができる。
更に、第１レンズ群を移動させるだけで、光源位置の変更が行えるので、構成のシンプル化を図ることができ、手間をかけることなく容易に球面収差補正を行うことができる。
According to the optical system of the present invention, the position of the light beam incident on the second lens group is changed by moving the first lens group in accordance with the distance to the position to be collected in the medium, that is, the light collecting point. Since the substantial change of the light source position as seen from the optical optical system can be performed, the generation amount of spherical aberration at the desired condensing point can be minimized. In addition, the second lens group whose rear focal position matches the entrance pupil position of the condensing optical system does not change the diameter of the light beam incident on the entrance pupil of the condensing optical system. It is possible to suppress a change or a change in the light amount distribution in the pupil plane. Therefore, it is possible to suppress a change in light collecting performance.
Furthermore, since the position of the light source can be changed simply by moving the first lens group, the configuration can be simplified, and the spherical aberration can be easily corrected without taking time and effort.
以下、本発明に係る光学系の第１実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。
本実施形態の光学系１は、図３に示すように、平行光束状態で光束Ｌを射出する図示しない射出手段と、光束Ｌを集光する対物レンズ２を有する集光光学系３と、射出手段と対物レンズ２との間の光束中に、光束Ｌの光軸方向に沿って移動可能に配された第１のレンズ（第１レンズ群）４と、該第１のレンズ４と対物レンズ２との間に光束中に固定された状態で配された第２のレンズ（第２レンズ群）５と、光束Ｌを集光したい位置までの距離に応じて、第１のレンズ４を移動させる移動手段６とを備えている。
Hereinafter, a first embodiment of an optical system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, the
上記第１のレンズ４は、両凹レンズであり、図示しないレンズ枠に固定されている。上記移動手段６は、レンズ枠に接続されており、レンズ枠を介して第１のレンズ４を移動可能とされている。また、移動手段６は、図示しない制御部に接続されており、該制御部からの信号を受けて作動するようになっている。
この制御部は、所定の情報を入力可能な入力部と、該入力部により入力された各入力情報（入力データ）に基づいて第１のレンズ４の移動量を計算する計算部とを備えており、計算結果に応じて移動手段６を所定量移動させるようになっている。また、制御部は、移動手段６の制御に加え、第１のレンズ４の移動終了後に光束Ｌを射出させるように射出手段の制御も同時に行うようになっている。
また、上記第２のレンズ５は、凸レンズであり、平面側を第１のレンズ４側に向けて、即ち、凸面側を対物レンズ２側に向けて、後側焦点位置が対物レンズ２の入射瞳位置の少なくとも近傍になる位置に配されている。
The
The control unit includes an input unit that can input predetermined information, and a calculation unit that calculates the movement amount of the
The
このように構成された光学系１により、光束Ｌを集光させる場合について説明する。
まず、図４に示すように、制御部の入力部に、基準位置から光束Ｌを集光させたい集光点までの移動量を入力する（Ｓ１）。計算部は、この入力データに基づいて移動手段６の移動量の計算を行う（Ｓ２）。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいて移動手段６を光束Ｌの光軸方向に移動させるよう制御して、第１のレンズ４を所定の位置に移動させる（Ｓ３）。
A case where the light beam L is collected by the
First, as shown in FIG. 4, the amount of movement from the reference position to the condensing point where the light flux L is to be collected is input to the input unit of the control unit (S1). The calculator calculates the amount of movement of the moving means 6 based on this input data (S2). After completion of the calculation, the control unit controls the moving means 6 to move in the optical axis direction of the light beam L based on the calculation result, and moves the
第１のレンズ４の移動終了後、制御部は、射出手段に信号を送り光束Ｌを射出させる。射出された光束Ｌは、平行光束状態で第１のレンズ４で屈折して、発散光状態となり、第２のレンズ５に入射する。つまり、第１のレンズ４を移動させることで、光軸方向における光束Ｌの発散点位置を変更している。発散光となった光束Ｌは、第２のレンズ５により再度屈折した後、対物レンズ２に入射して所望する位置に集光される（Ｓ４）。
After the movement of the
次に、上述した集光点とは異なる位置に光束Ｌを集光させる場合には、上述したと同様に基準位置から新たな集光点までの移動量を入力部に入力する。制御部は、計算部による計算結果に基づいて、移動手段６を作動させて第１のレンズ４を光軸方向に沿って移動させる。これにより、射出手段により射出された光束Ｌは、上述した位置とは異なる位置で屈折して発散光状態となって第２のレンズ５に入射する。この際、光束Ｌは、第１のレンズ４に平行光束状態で入射するので、第１のレンズ４の位置に関係なく常に同じ角度で屈折して第２のレンズ５に入射する。従って、光束Ｌは、瞳面内での光量及び光量分布が同じ状態で対物レンズ２により集光される。
Next, when the light beam L is condensed at a position different from the above-described condensing point, the movement amount from the reference position to the new condensing point is input to the input unit in the same manner as described above. Based on the calculation result by the calculation unit, the control unit operates the moving
このように、本実施形態の光学系１によれば、第１のレンズ４を移動させることで、光束Ｌの発散点位置を変更でき、即ち、実質的な光源位置の変更が行え、瞳面内での光量及び光量分布を一定にしたまま集光ポイント（集光点）を所望の位置に変更することができ、その位置（各集光点）での球面収差の発生量を極力抑えることができる。
また、第１のレンズ４を移動させるだけの構成であるので、容易に構成して低コスト化を図ることができると共に、手間がかかることはない。
Thus, according to the
Moreover, since it is the structure which only moves the
ここで、上記第１実施形態で説明した第１のレンズ及び第２のレンズのより具体的な構成例を図５に示す。また、各レンズを、表１に示すよう設定する。
なお、表１において、Ｒはレンズの曲率半径であり、ｄはレンズの肉厚若しくは空気間隔、ｎは屈折率である。
Here, FIG. 5 shows a more specific configuration example of the first lens and the second lens described in the first embodiment. Each lens is set as shown in Table 1.
In Table 1, R is the radius of curvature of the lens, d is the lens thickness or air spacing, and n is the refractive index.
次に、本発明の光学系の第２実施形態を、図６を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１のレンズ４が両凹レンズであったのに対し、第２実施形態の光学系は、第１のレンズ４が凸レンズであり、平面側が第２のレンズ５側に向いて配されている点である。
本実施形態の場合も第１実施形態と同様に、第１のレンズ４の位置に関係なく、平行光束状態で入射した光束Ｌは、常に同じ角度で屈折して第２のレンズ５に入射する。よって、本実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
Next, a second embodiment of the optical system of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the light beam L incident in the parallel light beam state is always refracted at the same angle and is incident on the
次に、本発明の光学系の第３実施形態を、図７を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第２レンズ群が、１枚の凸レンズ、即ち、第２のレンズ５から構成されていたのに対し、第３実施形態の第２レンズ群１０は、２枚のレンズ１１、１２により構成されている点である。
即ち、本実施形態の第２レンズ群１０は、図７に示すように、第１レンズ群である凸レンズ４側に配された両凹レンズ１１及び該両凹レンズ１１に隣接して配された両凸レンズ１２により構成されている。なお、第２レンズ群１０全体の後側焦点位置が、対物レンズ２の入射瞳位置の近傍に位置するようになっている。
Next, a third embodiment of the optical system of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, the second lens group is composed of one convex lens, that is, the
That is, as shown in FIG. 7, the
本実施形態の光学系は、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができ、更に、第２レンズ群１０と対物レンズ２との間隔（距離）を大きくすることができるので、その間に他の観察系等を配置することが可能となり、設計の自由度を向上することができる。
The optical system of the present embodiment can achieve the same effects as those of the second embodiment, and further, the distance (distance) between the
ここで、上記第３実施形態で説明した第１のレンズ及び第２のレンズ群のより具体的な構成例を図８に示す。また、各レンズを、表２に示すよう設定する。
なお、表２において、Ｒはレンズの曲率半径であり、ｄはレンズの肉厚若しくは空気間隔、ｎは屈折率である。
Here, FIG. 8 shows a more specific configuration example of the first lens and the second lens group described in the third embodiment. Each lens is set as shown in Table 2.
In Table 2, R is the radius of curvature of the lens, d is the lens thickness or air spacing, and n is the refractive index.
次に、本発明の光学系の第４実施形態を、図９を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１レンズ群が、１枚の両凹レンズ、即ち、第１のレンズ４から構成されていたのに対し、第４実施形態の第１レンズ群１５は、２枚のレンズ１６、１７により構成されている点である。
即ち、本実施形態の第１レンズ群１５は、図９に示すように、凸部を射出手段側に向けて配された凸レンズ１６及び該凸レンズ１６に隣接して配された両凹レンズ１７により構成されている。また、本実施形態の第２レンズ群は、１枚の両凸レンズ１８から構成されている。
Next, a fourth embodiment of the optical system of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the first lens group is composed of a single biconcave lens, that is, the
That is, as shown in FIG. 9, the
本実施形態の場合も第１実施形態と同様に、第１のレンズ群１５の位置に関係なく、平行光束状態で入射した光束Ｌは、常に同じ角度で屈折して第２のレンズ１８に入射して、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
更に、２枚のレンズ１６、１７による第１レンズ群１５の合成焦点距離をｆ１、１枚の両凸レンズ１８の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ１｜＝｜ｆ２｜とすることで、対物レンズ２の入射瞳に入射する光束径と、第１レンズ群１５に入射する光束径とを等しくしたままの状態で、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the light beam L incident in the parallel light beam state is always refracted at the same angle and incident on the
Further, if the combined focal length of the
次に、本発明の光学系の第５実施形態を、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第５実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、光束Ｌを単に所望する位置に集光させたのに対し、第５実施形態の光学系は、光束Ｌを媒質Ａの表面から異なる深さに集光させる点である。
即ち、本実施形態の光学系は、対物レンズ２が光束Ｌを媒質中に集光させ、移動手段６が、集光したい媒質Ａの屈折率及び媒質の表面から集光したい位置までの距離に応じて、第１のレンズ４（第１のレンズ群）を移動させるようになっている。
Next, a fifth embodiment of the optical system of the present invention will be described with reference to FIGS. In the fifth embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The difference between the fifth embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the light beam L is simply condensed at a desired position, whereas the optical system of the fifth embodiment uses the light beam L as a medium. It is the point which condenses to different depth from the surface of A.
That is, in the optical system of the present embodiment, the
このように構成された光学系により、媒質Ａの表面から深さの異なる位置に光束Ｌを集光させる場合について説明する。
まず、図１１に示すように、制御部の入力部に媒質Ａの屈折率、媒質の表面から集光したい位置までの距離、例えば、５０μｍ及び集光光学系３のＮＡの入力を行う（Ｓ５）。計算部は、この入力データに基づいて第１のレンズ４の移動量の計算を行う（Ｓ６）。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいて移動手段６を光軸方向に移動させるよう制御して、第１のレンズ４の位置を所定の位置に移動させる（Ｓ７）。
第１のレンズ４の移動終了後、制御部は、射出手段から平行光束状態の光束Ｌを射出させる。これにより、光束Ｌは、媒質Ａの表面から所望する位置に、球面収差の発生量を極力抑えた状態で集光される（Ｓ８）。
A case will be described in which the light beam L is condensed at a position having a different depth from the surface of the medium A by the optical system configured as described above.
First, as shown in FIG. 11, the refractive index of the medium A, the distance from the surface of the medium to the position where light is to be collected, for example, 50 μm and the NA of the condensing
After the movement of the
上述したように、入力部に入力した距離に応じて、第１のレンズ４を移動させて光束Ｌを集光させるので、光束Ｌを所望する深さに球面収差の発生量をより抑えた状態で集光させることができ、集光性能の向上を図ることができる。
As described above, the
ここで、上記第５実施形態で説明した第１のレンズ群及び第２のレンズのより具体的な構成例を図１２に示す。また、各レンズを、表３に示すよう設定する。
なお、表３において、Ｒはレンズの曲率半径であり、ｄはレンズの肉厚若しくは空気間隔、ｎは屈折率である。
Here, FIG. 12 shows a more specific configuration example of the first lens group and the second lens described in the fifth embodiment. Each lens is set as shown in Table 3.
In Table 3, R is the radius of curvature of the lens, d is the lens thickness or air spacing, and n is the refractive index.
次に、本発明の光学系の第６実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、この第６実施形態においては、第５実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第６実施形態と第５実施形態との異なる点は、第５実施形態では、光束Ｌを媒質Ａの表面から深さの異なる位置に単に集光させたのに対し、第６実施形態の光学系は、レーザ光Ｌ’を媒質Ａの表面から異なる深さに集光させると共に再集光して観察を行う点である。
Next, a sixth embodiment of the optical system of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, in this 6th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as the component in 5th Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
The difference between the sixth embodiment and the fifth embodiment is that in the fifth embodiment, the light beam L is simply condensed at a position having a different depth from the surface of the medium A, whereas in the optical system of the sixth embodiment. The system is that the laser beam L ′ is condensed at different depths from the surface of the medium A and refocused for observation.
即ち、本実施形態のレーザ光学系（光学系）２０は、レーザ光Ｌ’を射出するレーザ光源２１と、該レーザ光源２１から射出されたレーザ光Ｌ’の光束を平行光束にする結像レンズ（平行光束手段）２２と、平行光束状態のレーザ光Ｌ’を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系２３と、媒質中の集光点をレーザ光Ｌ’の光軸に対して垂直な方向（水平方向、ＸＹ方向）に走査可能な走査手段２４と、レーザ光源２１と共役な位置に配されて集光光学系２３により再集光された光を検出するピンホールディテクタ（光検出器）２５とを備えている。
なお、媒質Ａは、ＸＹ方向に移動可能な図示しないステージ上に載置されている。また、図１３では、光学系全体を２次元平面内で描いているが、実際にはＰ部（図中に示す破線部分）は紙面に対して垂直になる様に構成されている。
That is, the laser optical system (optical system) 20 of the present embodiment includes a
The medium A is placed on a stage (not shown) that can move in the XY directions. In FIG. 13, the entire optical system is drawn in a two-dimensional plane, but in reality, the P portion (the broken line portion shown in the figure) is configured to be perpendicular to the paper surface.
上記集光光学系２３は、レーザ光源２１から射出されたレーザ光Ｌ’を、光軸の向きを９０度変更するように反射させるハーフミラー２６、該ハーフミラー２６により反射されたレーザ光Ｌ’を平行光束状態にして結像させる上記結像レンズ２２、レーザ光Ｌ’を媒質Ａの表面に水平な一方向（Ｘ方向）に向けて走査できるように異なる角度で反射させる第１のガルバノミラー２７、該第１のガルバノミラー２７で反射されたレーザ光Ｌ’をリレーする第１の瞳リレー光学系２８、第１の瞳リレー光学系２８を通過したレーザ光Ｌ’を媒質Ａの表面に水平な他方向（Ｙ方向）に向けて走査できるように異なる角度で反射させる第２のガルバノミラー２９、該第２のガルバノミラー２９で反射されたレーザ光Ｌ’をリレーする第２の瞳リレー光学系３０、該第２の瞳リレー光学系３０を通過したレーザ光Ｌ’を媒質中に集光させると共に、集光点からの光を再集光する対物レンズ２を備えている。
The condensing
上記第１のガルバノミラー２７及び第２のガルバノミラー２９は、それぞれ中心位置に、互いに直交する方向に向くように配された回転軸２７ａ、２９ａを有しており、該回転軸２７ａ、２９ａの軸回りに所定の角度の範囲内で振動するように構成されている。この振動により、上述したようにレーザ光Ｌ’を異なる角度で反射可能とされている。また、両ガルバノミラー２７、２９の組み合わせにより、レーザ光Ｌ’を集光光学系２３の光軸方向に直交する方向（ＸＹ方向）に走査可能とされている。即ち、これら両ガルバノミラー２７、２９は、上記走査手段２４として機能するようになっている。なお、両ガルバノミラー２７、２９は、制御部によって振動(作動)が制御されている。
また、上記ピンホールディテクタ２５は、ハーフミラー２６の後側に配されている。
The
The
更に、本実施形態の第１のレンズ群は、１枚の両凸レンズである第１のレンズ４から構成されており、結像レンズ２２と第１のガルバノミラー２７との間で、平行光束中に光軸方向に沿って移動可能に配されている。また、第２のレンズ群は、１枚の両凸レンズである第２のレンズ５から構成されており、第１のレンズ４と第１のガルバノミラー２７との間の平行光束中であって、後側焦点位置が集光光学系２３全体の入射瞳位置の近傍に位置するように配されている。
Further, the first lens group of the present embodiment is composed of the
このように構成されたレーザ光学系２０により、媒質Ａの表面から深さの異なる位置の観察を行う場合について説明する。なお、本実施形態においては、図１４に示すように、媒質Ａの表面から、例えば、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍの位置の観察を行う場合について説明する。
まず、図１４（ａ）に示すように、媒質Ａの表面から深さ５０μｍの位置の観察を行う場合には、制御部の入力部に媒質Ａの屈折率、媒質Ａの表面から集光したい位置までの距離、即ち、５０μｍ、集光光学系２３のＮＡ及び対物レンズ２と媒質Ａの表面との距離、即ち、ＷＤ値の入力を行う。計算部は、この入力データに基づいて第１のレンズ４の移動量の計算を行う。計算終了後、制御部は、計算結果に基づいて移動手段６を光軸方向に移動させるよう制御して、第１のレンズ４の位置を所定の位置に移動させる。
A case where the laser
First, as shown in FIG. 14A, when observing a position at a depth of 50 μm from the surface of the medium A, the refractive index of the medium A is desired to be collected from the surface of the medium A at the input unit of the control unit. The distance to the position, that is, 50 μm, the NA of the condensing
第１のレンズ４の移動終了後、制御部は、レーザ光源２１に信号を送りレーザ光Ｌ’を射出させる。射出されたレーザ光Ｌ’は、ハーフミラー２６で反射された後、結像レンズ２２で平行光束状態となって、所定位置に配された第１のレンズ４に入射する。そして、第１のレンズ４により屈折して収束光状態となった後、第２のレンズ５により再度屈折して第１のガルバノミラー２７に入射する。そして、第１のガルバノミラー２７により、媒質Ａの表面のＸ方向に向けて異なる角度で反射される。反射されたレーザ光Ｌ’は、第１の瞳リレー光学系２８を介して第２のガルバノミラー２９により媒質Ａの表面のＹ方向に向けて異なる角度で反射される。反射されたレーザ光Ｌ’は、第２の瞳リレー光学系３０を介して対物レンズ２に入射する。そして、図１４（ａ）に示すように、対物レンズ２により媒質の表面から５０μｍの位置に集光される。
この際、上述したように、５０μｍの深さに応じて第１のレンズ４の位置、即ち、実質的な光源の位置（収束点の位置）を変更するので、深さ５０μｍの位置における球面収差の発生量を極力抑えることができ、この位置に効率良くレーザ光Ｌ’を集光させることができる。
After the movement of the
At this time, as described above, the position of the
また、この集光点からの光は、対物レンズ２により再集光されて、上述した逆の光路を通りピンホールディテクタ２５にて検出される。即ち、対物レンズ２で再集光された光は、第２の瞳リレー光学系３０の通過、第２のガルバノミラー２９による反射、第１の瞳リレー光学系２８の通過、第１のガルバノミラー２７による反射、第２のレンズ５及び第１のレンズ４の通過、結像レンズ２２の通過及びハーフミラー２６の透過を順に行った後、ピンホールディテクタ２５により検出される。なお、対物レンズ２により再集光された光は、レーザ光Ｌ’が通った光路と同一光路を通るように両ガルバノミラー２７、２９で反射される。
Further, the light from this condensing point is re-condensed by the
上述したように、球面収差の発生量を極力抑えた状態で集光点（媒質の表面から深さ５０μｍの位置）にレーザ光Ｌ’を集光させているので、ピンホールディテクタ２５により誤差の少ない観察像を得ることができる。従って、高精度の観察を行うことができる。
また、両ガルバノミラー２７、２９により、レーザ光Ｌ’を媒質Ａの表面の水平方向（ＸＹ方向）に向けて走査させるので、媒質Ａの表面領域全体に亘って、容易に広範囲の観察を行うことができる。この際、媒質側（ステージ側）を動かすことなく、媒質Ａの全体に亘って走査を行うことができる。
As described above, since the laser beam L ′ is condensed at the condensing point (position at a depth of 50 μm from the surface of the medium) with the generation amount of spherical aberration suppressed as much as possible, the
In addition, since the laser light L ′ is scanned in the horizontal direction (XY direction) of the surface of the medium A by both the galvanometer mirrors 27 and 29, a wide range of observation is easily performed over the entire surface area of the medium A. be able to. At this time, the entire medium A can be scanned without moving the medium side (stage side).
次に、媒質Ａの表面から深さ７５μｍ又は１００μｍの位置の観察を行う場合には、上述した場合と同様に、入力部に媒質Ａの屈折率、媒質Ａの表面から集光したい位置までの距離（７５μｍ又は１００μｍ）、集光光学系２３のＮＡ及びＷＤ値の入力を行う。計算部による計算終了後、制御部は、計算結果に基づいて移動手段６を光軸方向に移動させるよう制御して、第１のレンズ４の位置を所定の位置に移動させる。その後、レーザ光Ｌ’を射出させて、集光光学系２３によりレーザ光Ｌ’を媒質Ａの表面から７５μｍ又は１００μｍの位置に集光させると共に、集光点からの光を再集光してピンホールディテクタ２５で検出する。
この際、上述したと同様に、７５μｍ又は１００μｍの深さに応じて第１のレンズ４を移動させて発散点の位置を調整しているので、各位置毎に球面収差の発生量を極力抑えることができ、図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌ’を７５μｍ又は１００μｍの位置に効率良く集光させることができる。従って、誤差の少ない高精度の観察像を得ることができる。
なお、ＷＤ値を変化させた場合には、制御部は、例えば、ステージを光軸方向に向けて移動するよう制御してＷＤの調整を行う。
Next, when observing the position at a depth of 75 μm or 100 μm from the surface of the medium A, as in the case described above, the refractive index of the medium A is input to the input unit to the position where the light is to be condensed from the surface of the medium A. The distance (75 μm or 100 μm) and the NA and WD values of the condensing
At this time, as described above, since the position of the divergence point is adjusted by moving the
When the WD value is changed, the control unit adjusts WD by controlling the stage to move in the optical axis direction, for example.
上述したように、本実施形態のレーザ光学系２０によれば、媒質Ａの表面から異なる深さ（５０μｍ、７５μｍ、１００μｍ）にレーザ光Ｌ’を集光させる際に、媒質Ａの屈折率及び媒質Ａの表面から集光したい位置までの距離に応じて、移動手段６により第１のレンズ４、即ち、発散点を光軸上に沿って移動させるので、球面収差の発生量を極力抑えることができ、それぞれの各深さにおいて最適な状態で効率良くレーザ光Ｌ’を集光させることができる。従って、媒質Ａの表面からの深さを変えたとしても、各位置で誤差の少ない観察像を得ることができ、媒質Ａの観察を高精度に行うことができる。
As described above, according to the laser
なお、上記第６実施形態では、走査手段２４として第１のガルバノミラー２７及び第２のガルバノミラー２９を採用したが、これに限らず、例えば、図１５に示すように、走査手段２４として２次元ガルバノミラー３５を採用しても構わない。この２次元ガルバノミラー３５は、第１のガルバノミラー２７及び第２のガルバノミラー２９の回転軸２７ａ、２９ａと同一方向に向いた２つの回転軸３５ａ、３５ｂを有しており、該回転軸３５ａ、３５ｂの軸回りに所定の角度の範囲で２次元的に振動するようになっている。
これにより、上記第６実施形態のようにガルバノミラー及び瞳リレー光学系をそれぞれ２つ備える必要がなくなることからもさらなる構成の容易化が図れ、低コスト化を図ることができる。
In the sixth embodiment, the
Thereby, since it is not necessary to provide two galvanometer mirrors and two pupil relay optical systems as in the sixth embodiment, the configuration can be further simplified and the cost can be reduced.
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１レンズ群及び第２レンズ群は、上記第１実施形態のように、１枚のレンズにより構成しても構わないし、第３実施形態や第４実施形態のように、１枚以上のレンズにより構成しても構わない。また、各レンズはその種類、例えば、凸レンズ、凹レンズや両凸レンズに限定されず、自由に組み合わせて設計して良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the first lens group and the second lens group may be configured by a single lens as in the first embodiment, or one or more lenses as in the third and fourth embodiments. You may comprise by the lens of. Further, each lens is not limited to its type, for example, a convex lens, a concave lens, or a biconvex lens, and may be designed in any combination.
特に、各実施形態において、移動手段が、第１レンズ群を下記式を満たすように移動させるように設定すると良い。
１／｜ｆ｜＜０．０１
なお、｜ｆ｜は、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離である。こうすることで、アフォーカルな部分を持たせることができる。
In particular, in each embodiment, the moving means may be set so as to move the first lens group so as to satisfy the following expression.
1 / | f | <0.01
Note that | f | is the combined focal length of the first lens group and the second lens group. By doing this, it is possible to have an afocal part.
また、上記各実施形態において、下記式を満たすように第２レンズ群を設定すると良い。
ｆ２＞０
なお、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離である。
集光光学系の入射瞳位置は、集光光学系内にあることも多いが、第２レンズ群を正パワー（凸レンズ）にすることで、集光光学系の入射瞳位置が光学系内に存在したとしても、第２レンズ群の後側焦点位置を集光光学系の入射瞳位置に一致させることができる。
In each of the above embodiments, the second lens group may be set so as to satisfy the following formula.
f2> 0
Note that f2 is the focal length of the second lens group.
The entrance pupil position of the condensing optical system is often in the condensing optical system, but the entrance pupil position of the condensing optical system is in the optical system by making the second lens group positive power (convex lens). Even if it exists, the rear focal position of the second lens group can be made coincident with the entrance pupil position of the condensing optical system.
また、上記各実施形態において、下記式を満たすように第１レンズ群及び第２レンズ群を設定すると良い。
ｆ１＜０
１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５
なお、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離であり、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離である。
第１レンズ群を負パワー（凹レンズ）、第２レンズ群を正パワー（凸レンズ）にすることで、構成のコンパクト化を図ることができる。また、１≦ｆ２／ｆ１であるので、第１レンズ群を簡単に構成できる。そのため、安価にできるばかりでなく、性能劣化を抑えることができる。また、｜ｆ２／ｆ１｜≦５であるので、光学系をコンパクトに構成できる。
In each of the above embodiments, the first lens group and the second lens group may be set so as to satisfy the following expression.
f1 <0
1 ≦ | f2 / f1 | ≦ 5
Note that f1 is a focal length of the first lens group, and f2 is a focal length of the second lens group.
By making the first lens group negative power (concave lens) and the second lens group positive power (convex lens), the configuration can be made compact. Further, since 1 ≦ f2 / f1, the first lens group can be configured easily. Therefore, not only can it be made inexpensive, but also performance degradation can be suppressed. Since | f2 / f1 | ≦ 5, the optical system can be configured compactly.
また、第１レンズ群及び第２レンズ群の設定は、上述したように、ｆ１＜０、１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５だけに限らず、例えば、上記各実施形態において、下記式を満たすように設定しても良い。
ｆ１＞０
０．５≦｜ｆ１／ｆ２｜≦２
こうすることで、両レンズ群の焦点距離を正の焦点距離にでき、単純な構成で等倍率近くでリレーさせることができる。
Further, as described above, the setting of the first lens group and the second lens group is not limited to f1 <0, 1 ≦ | f2 / f1 | ≦ 5. For example, in each of the above embodiments, the following expression is satisfied. You may set as follows.
f1> 0
0.5 ≦ | f1 / f2 | ≦ 2
By doing so, the focal lengths of both lens groups can be made positive, and relaying can be performed near the same magnification with a simple configuration.
また、上記各実施形態では、制御部により移動手段を自動的に制御するように構成したが、制御部による計算結果に基づいて、移動手段を作動させて第１のレンズ群の位置を移動させても構わない。
また、本発明の光学系を、図１６に示すように、光ピンセット光学系に採用しても構わない。この場合には、球面収差の発生量を抑えることができるので、より高精度に、例えば、水中の微小物体等を補足することができる。
In each of the above embodiments, the moving unit is automatically controlled by the control unit. However, based on the calculation result by the control unit, the moving unit is operated to move the position of the first lens group. It doesn't matter.
Further, the optical system of the present invention may be employed in an optical tweezer optical system as shown in FIG. In this case, since the generation amount of spherical aberration can be suppressed, for example, a minute object in water can be supplemented with higher accuracy.
更に、図１７に示すような収差補正光学系により、球面収差補正を行っても構わない。即ち、収差補正光学系４０は、図示しない光源からの光束Ｌを集光する光学系であり、下記式を満たす複数のレンズ４１、４２、４３を排他で光路中に挿脱可能に配している。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
なお、上記ｄは、対物レンズを含む集光光学系４４の入射瞳位置から複数のレンズ４１、４２、４３までの距離であり、上記ｌは、集光光学系４４の入射瞳位置から光源位置までの距離であり、上記ｆは、複数のレンズ４１、４２、４３の焦点位置であり、上記ＮＡは、光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）であり、上記ａは、集光光学系４４の入射瞳径である。また、光束Ｌは、発散光状態であり、上記複数のレンズ４１、４２、４３は、凸レンズとしている。
このように構成した収差補正光学系４０においては、発散光源の場合に、媒質中の深さが異なる部位を観察（集光）しようとした場合でも、光量一定、瞳面内での光量分布一定で球面収差の発生量を抑えた観察（集光）を行うことができる。また、従来のように、補正環対物レンズ等の高価な対物レンズを組み合わせたり、厚みの異なるガラス等を交換する必要がない。
Further, spherical aberration correction may be performed by an aberration correction optical system as shown in FIG. That is, the aberration correction
2 (d 2 + l × fl × d) NA = f × a
Here, d is the distance from the entrance pupil position of the condensing
In the aberration correction
また、上述した図１７に示す収差補正光学系４０では、発散光束中に凸レンズである複数のレンズ４１、４２、４３を配したが、図１８に示すように、収束光束中に複数のレンズ４１、４２、４３を配しても構わない。この場合には、複数のレンズ４１、４２、４３
は凹レンズにすれば良い。
更に、図１９に示すように、凹レンズである複数のレンズ４１、４２、４３を、平行光束中に配しても構わない。
更には、図２０に示すように、平行光束を一旦凸レンズ４５で収束光に変換した後、複数のレンズ４１、４２、４３を配しても構わない。
In the aberration correction
Can be a concave lens.
Further, as shown in FIG. 19, a plurality of
Furthermore, as shown in FIG. 20, a plurality of
更には、上記収差補正光学系４０を、図２１に示すように、第６実施形態のレーザ光学系と組み合わせて使用しても構わない。なお、複数のレンズ４１、４２、４３は、レンズ挿脱機構４６によって挿脱されるように構成されている。
このように構成した場合でも、第６実施形態と同様の作用効果を奏する。
Furthermore, as shown in FIG. 21, the aberration correction
Even when configured in this manner, the same effects as those of the sixth embodiment can be obtained.
また、本発明には、以下のものが含まれる。
[付記項１]
平行光束状態で光束を射出する射出手段と、
前記光束を集光する集光光学系と、
前記射出手段と前記集光光学系との間の前記光束中に、該光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記光束を集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とする光学系。
[付記項２]
付記項１記載の光学系において、
前記集光光学系が、前記光束を媒質中に集光させ、
前記移動手段が、集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させることを特徴とする光学系。
[付記項３]
付記項１又は２記載の光学系において、
前記射出手段が、レーザ光を射出するレーザ光源を備えていることを特徴とする光学系。
[付記項４]
レーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、
前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、
前記レーザ光源と共役な位置に配されて、前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、
前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とする光学系。
[付記項５]
レーザ光を射出するレーザ光源と、
該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束Ｌを平行光束にする平行光束手段と、
前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、
前記媒質中での集光点を、前記レーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に走査可能な走査手段と、
前記レーザ光源と共役な位置に配されて、前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、
前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とする光学系。
[付記項６]
付記項５記載の光学系において、
前記走査手段が、ガルバノミラーであることを特徴とする光学系。
[付記項７]
付記項４から６のいずれか１項に記載の光学系において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が、光路中から挿脱可能であることを特徴とする光学系。
[付記項８]
付記項４から７のいずれか１項に記載の光学系において、
前記集光光学系と前記媒質表面との光軸方向の相対的な距離が一定とされていることを特徴とする光学系。
[付記項９]
付記項１から３のいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする光ピンセット光学系。
[付記項１０]
付記項１から８のいずれか１項に記載の光学系において、
前記移動手段が、前記第１レンズ群を下記式を満たす位置に移動させることを特徴とする光学系。
１／｜ｆ｜＜０．０１
｜ｆ｜；第１レンズ群と第２レンズ群との合焦距離
[付記項１１]
付記項１から８のいずれか１項に記載の光学系において、
前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とする光学系。
ｆ２＞０
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
[付記項１２]
付記項１から８のいずれか１項に記載の光学系において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とする光学系。
ｆ１＜０
１≦｜ｆ２／ｆ１｜≦５
ｆ１；第１レンズ群の焦点距離
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
[付記項１３]
付記項１から８のいずれか１項に記載の光学系において、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が、下記式を満たすことを特徴とする光学系。
ｆ１＞０
０．５≦｜ｆ１／ｆ２｜≦２
ｆ１；第１レンズ群の焦点距離
ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
[付記項１４]
光源からの光束を集光する光学系において、下記式を満たす複数のレンズを排他で光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とする収差補正光学系。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｌ；集光光学系の入射瞳位置から光源位置までの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ＮＡ；光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）
ａ；集光光学系の入射瞳径
[付記項１５]
収束・発散光学系中に、下記式を満たす複数のレンズを光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とするレーザ走査光学系。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｌ；集光光学系の入射瞳位置から光源位置までの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ＮＡ；光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）
ａ；集光光学系の入射瞳径
[付記項１６]
付記項１５に記載のレーザ走査光学系を有することを特徴とするレーザ走査顕微鏡。
[付記項１７]
収束・発散光学系中に、下記式を満たす複数のレンズを光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とする光ピンセット光学系。
２（ｄ２＋ｌ×ｆ−ｌ×ｄ）ＮＡ＝ｆ×ａ
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｌ；集光光学系の入射瞳位置から光源位置までの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ＮＡ；光源のＮＡ（集光レンズから見たＮＡ）
ａ；集光光学系の入射瞳径
[付記項１８]
平行光束を射出する光源と、
平行光束を集光する光学系とを含む集光光学系において、
下記式を満たす複数のレンズを排他で光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とする収差補正光学系。
ｂ（ｆ−ｄ）／ｆ＝ａ
ｂ；光源からの平行光束径
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ａ；集光光学系の入射瞳径
[付記項１９]
平行光束中に、下記式を満たす複数のレンズを光路中に排他で光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とするレーザ走査光学系。
ｂ（ｆ−ｄ）／ｆ＝ａ
ｂ；光源からの平行光束径
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ａ；集光光学系の入射瞳径
[付記項２０]
平行光束中に、下記式を満たす複数のレンズを光路中に排他で光路中に挿脱可能に配置したことを特徴とする光ピンセット。
ｂ（ｆ−ｄ）／ｆ＝ａ
ｂ；光源からの平行光束径
ｄ；集光光学系の入射瞳位置から複数のレンズまでの距離
ｆ；複数のレンズの焦点位置
ａ；集光光学系の入射瞳径
Further, the present invention includes the following.
[Additional Item 1]
An emission means for emitting a light beam in a parallel light beam state;
A condensing optical system for condensing the luminous flux;
A first lens group composed of one or more lenses arranged in the light beam between the emitting means and the condensing optical system so as to be movable along the optical axis direction of the light beam;
A second lens group which is arranged in a state of being fixed in the light beam between the first lens group and the condensing optical system and is configured by one or more lenses;
Moving means for moving the first lens group according to the distance to the position where the light beam is to be collected;
The optical system, wherein the second lens group has a rear focal position disposed at least in the vicinity of an entrance pupil position of the condensing optical system.
[Additional Item 2]
In the optical system according to
The condensing optical system condenses the luminous flux in a medium;
The optical system, wherein the moving means moves the first lens group according to a refractive index of the medium to be condensed and a distance from the medium surface to a position to be condensed.
[Additional Item 3]
In the optical system according to
An optical system, wherein the emission means includes a laser light source for emitting laser light.
[Additional Item 4]
A laser light source for emitting laser light;
Parallel light flux means for making the light flux of the laser light emitted from the laser light source a parallel light flux;
A condensing optical system that condenses the laser light in the parallel light beam state in a medium and re-condenses light from a condensing point;
A photodetector that is disposed at a position conjugate with the laser light source and detects the light re-condensed by the condensing optical system;
A first lens group composed of one or more lenses arranged in the parallel light beam between the parallel light beam means and the condensing optical system so as to be movable along the optical axis direction of the parallel light beam. When,
A second lens group configured by one or more lenses arranged in a fixed state in the parallel light flux between the first lens group and the condensing optical system;
A moving means for moving the first lens group according to the refractive index of the medium on which the laser beam is to be collected and the distance from the medium surface to the position on which the laser beam is to be collected;
The optical system, wherein the second lens group has a rear focal position disposed at least in the vicinity of an entrance pupil position of the condensing optical system.
[Additional Item 5]
A laser light source for emitting laser light;
Parallel light flux means for making the light flux L of the laser light emitted from the laser light source a parallel light flux;
A condensing optical system that condenses the laser light in the parallel light beam state in a medium and re-condenses light from a condensing point;
Scanning means capable of scanning a condensing point in the medium in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser beam;
A photodetector that is disposed at a position conjugate with the laser light source and detects the light re-condensed by the condensing optical system;
A first lens group composed of one or more lenses arranged in the parallel light beam between the parallel light beam means and the condensing optical system so as to be movable along the optical axis direction of the parallel light beam. When,
A second lens group configured by one or more lenses arranged in a fixed state in the parallel light flux between the first lens group and the condensing optical system;
A moving means for moving the first lens group according to the refractive index of the medium on which the laser beam is to be collected and the distance from the medium surface to the position on which the laser beam is to be collected;
The optical system, wherein the second lens group has a rear focal position disposed at least in the vicinity of an entrance pupil position of the condensing optical system.
[Additional Item 6]
In the optical system according to
The optical system, wherein the scanning means is a galvanometer mirror.
[Additional Item 7]
In the optical system according to any one of
An optical system, wherein the first lens group and the second lens group can be inserted and removed from an optical path.
[Additional Item 8]
In the optical system according to any one of
An optical system characterized in that a relative distance between the condensing optical system and the medium surface in the optical axis direction is constant.
[Additional Item 9]
An optical tweezer optical system comprising the optical system according to any one of
[Additional Item 10]
In the optical system according to any one of
The optical system, wherein the moving means moves the first lens group to a position satisfying the following formula.
1 / | f | <0.01
| F |; In-focus distance between the first lens group and the second lens group
[Additional Item 11]
In the optical system according to any one of
The optical system, wherein the second lens group satisfies the following formula.
f2> 0
f2: Focal length of the second lens group
[Additional Item 12]
In the optical system according to any one of
The optical system, wherein the first lens group and the second lens group satisfy the following expression.
f1 <0
1 ≦ | f2 / f1 | ≦ 5
f1; focal length of the first lens group f2; focal length of the second lens group
[Additional Item 13]
In the optical system according to any one of
The optical system, wherein the first lens group and the second lens group satisfy the following expression.
f1> 0
0.5 ≦ | f1 / f2 | ≦ 2
f1; focal length of the first lens group f2; focal length of the second lens group
[Additional Item 14]
An aberration correction optical system characterized in that, in an optical system for condensing a light beam from a light source, a plurality of lenses satisfying the following expression are exclusively inserted in and removed from the optical path.
2 (d 2 + l × fl × d) NA = f × a
d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses l: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the light source position f: Focal position of the plurality of lenses NA: NA of the light source (condensing lens NA seen from)
a: Entrance pupil diameter of condensing optical system
[Additional Item 15]
A laser scanning optical system characterized in that a plurality of lenses satisfying the following formula are detachably arranged in an optical path in a converging / diverging optical system.
2 (d 2 + l × fl × d) NA = f × a
d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses l: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the light source position f: Focal position of the plurality of lenses NA: NA of the light source (condensing lens NA seen from)
a: Entrance pupil diameter of condensing optical system
[Additional Item 16]
A laser scanning microscope comprising the laser scanning optical system according to
[Additional Item 17]
An optical tweezer optical system characterized in that a plurality of lenses satisfying the following formula are detachably arranged in the optical path in the converging / diverging optical system.
2 (d 2 + l × fl × d) NA = f × a
d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses l: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the light source position f: Focal position of the plurality of lenses NA: NA of the light source (condensing lens NA seen from)
a: Entrance pupil diameter of condensing optical system
[Additional Item 18]
A light source that emits parallel luminous flux;
In a condensing optical system including an optical system that condenses parallel light beams,
An aberration correction optical system, wherein a plurality of lenses satisfying the following formula are exclusively inserted in and removed from the optical path.
b (f−d) / f = a
b: Diameter of a parallel light flux from the light source d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses f: Focal position of the plurality of lenses a: Entrance pupil diameter of the condensing optical system
[Additional Item 19]
A laser scanning optical system characterized in that a plurality of lenses satisfying the following formula are arranged in a parallel light beam so as to be detachable in the optical path.
b (f−d) / f = a
b: Diameter of a parallel light flux from the light source d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses f: Focal position of the plurality of lenses a: Entrance pupil diameter of the condensing optical system
[Additional Item 20]
An optical tweezer characterized in that a plurality of lenses satisfying the following formula are arranged in a parallel light flux so as to be detachable in the optical path.
b (f−d) / f = a
b: Diameter of a parallel light flux from the light source d: Distance from the entrance pupil position of the condensing optical system to the plurality of lenses f: Focal position of the plurality of lenses a: Entrance pupil diameter of the condensing optical system
Ａ 媒質
Ｌ 光束
Ｌ’ レーザ光
１ 光学系
３ 集光光学系
４ 第１のレンズ（第１レンズ群）
５ 第２のレンズ（第２レンズ群）
６ 移動手段
１０ 第２レンズ群
１５ 第１レンズ群
２０ レーザ光学系（光学系）
２２ 結像レンズ（平行光束手段）
２３ 集光光学系
２４ 走査手段
２５ ピンポールディテクタ（光検出器）
３５ ２次元ガルバノミラー（走査手段）
A medium L light beam L ′
5 Second lens (second lens group)
6 Moving means 10
22 Imaging lens (parallel beam means)
23 Condensing
35 Two-dimensional galvanometer mirror (scanning means)
Claims (4)
前記光束を集光する集光光学系と、
前記射出手段と前記集光光学系との間の前記光束中に、該光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記光束を集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とする光学系。 An emission means for emitting a light beam in a parallel light beam state;
A condensing optical system for condensing the luminous flux;
A first lens group composed of one or more lenses arranged in the light beam between the emitting means and the condensing optical system so as to be movable along the optical axis direction of the light beam;
A second lens group which is arranged in a state of being fixed in the light beam between the first lens group and the condensing optical system and is configured by one or more lenses;
Moving means for moving the first lens group according to the distance to the position where the light beam is to be collected;
The optical system, wherein the second lens group has a rear focal position disposed at least in the vicinity of an entrance pupil position of the condensing optical system.
前記集光光学系が、前記光束を媒質中に集光させ、
前記移動手段が、集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1.
The condensing optical system condenses the luminous flux in a medium;
The optical system, wherein the moving means moves the first lens group according to a refractive index of the medium to be condensed and a distance from the medium surface to a position to be condensed.
前記射出手段が、レーザ光を射出するレーザ光源を備えていることを特徴とする光学系。 An optical system, wherein the emission means includes a laser light source for emitting laser light.
該レーザ光源から射出された前記レーザ光の光束を平行光束にする平行光束手段と、
前記平行光束状態の前記レーザ光を媒質中に集光させると共に集光点からの光を再集光する集光光学系と、
前記媒質中での集光点を、前記レーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に走査可能な走査手段と、
前記レーザ光源と共役な位置に配されて、前記集光光学系により再集光された前記光を検出する光検出器と、
前記平行光束手段と前記集光光学系との間の前記平行光束中に、該平行光束の光軸方向に沿って移動可能に配されて、１枚以上のレンズにより構成された第１レンズ群と、
該第１レンズ群と前記集光光学系との間の前記平行光束中に固定された状態で配されて、１枚以上のレンズにより構成された第２レンズ群と、
前記レーザ光を集光したい前記媒質の屈折率及び媒質表面から集光したい位置までの距離に応じて、前記第１レンズ群を移動させる移動手段とを備え、
前記第２レンズ群は、後側焦点位置が前記集光光学系の入射瞳位置の少なくとも近傍に配されていることを特徴とする光学系。 A laser light source for emitting laser light;
Parallel light flux means for making the light flux of the laser light emitted from the laser light source a parallel light flux;
A condensing optical system that condenses the laser light in the parallel light beam state in a medium and re-condenses light from a condensing point;
Scanning means capable of scanning a condensing point in the medium in a direction perpendicular to the optical axis direction of the laser beam;
A photodetector that is disposed at a position conjugate with the laser light source and detects the light re-condensed by the condensing optical system;
A first lens group composed of one or more lenses arranged in the parallel light beam between the parallel light beam means and the condensing optical system so as to be movable along the optical axis direction of the parallel light beam. When,
A second lens group configured by one or more lenses arranged in a fixed state in the parallel light flux between the first lens group and the condensing optical system;
A moving means for moving the first lens group according to the refractive index of the medium on which the laser beam is to be collected and the distance from the medium surface to the position on which the laser beam is to be collected;
The optical system, wherein the second lens group has a rear focal position disposed at least in the vicinity of an entrance pupil position of the condensing optical system.
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