分束器装置、光源装置和扫描观测装置的制作方法
专利名称：分束器装置、光源装置和扫描观测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及分束器装置、光源装置和扫描观测装置。
背景技术：
用于将从光源发射的一个激光束分支为多个激光束的分束器装置是已知的(例如参见专利文献1)。这种类型的分束器装置包括设置在与夹在其间的平坦半透明反射镜成相互不同距离处的至少两个高反射镜并且提供有在所述半透明反射镜上形成为全反射器或者防反射部件的部分。根据该分束器装置，从所述半透明反射镜的一侧进入的激光束由所述半透明反射镜分支、由设置在所述半透明反射镜的任一侧的高反射镜反射、并且返回到所述半透明反射镜。经过重复该步骤，一个激光束被分支为具有不同光学路径长度的多个激光束。通过对所述高反射镜赋予微小角度，多个所产生的激光束能够被会聚于一个位置。(引用文献列表)(专利文献)(PTLl)日本专利 No. 392751
发明内容
技术问题然而，当专利文献1中公开的所述分束器装置将被应用到诸如扫描显微镜的扫描观测装置时，需要不仅有效地产生来自对象的光学响应，而且还通过对于每一个辐射位置对它们进行区分来检测这些光学响应。更具体地说，在要利用多个光束照射对象时，如在专利文献1中描述的分束器装置，存在的缺点在于在不同辐射位置产生的光学响应由于光在对象的表面上和内部中的散射而在检测器上空间地彼此重叠，并且无法对于每一个辐射位置区分这些光学响应。要从其观测光学响应的对象中的位置越深，光的散射越强烈并且该空间重叠越显著。此外，需要调节待照射到对象上的光束以具有合适的间隔。然而，专利文献1中公开的分束器装置具有的缺点在于，当分支激光束将要仅通过高反射镜的角度设置而设置于不同的相对角度时，会聚点在光轴方向上偏移。对于激光束赋予不同相对角度而不在光轴方向上偏移会聚点而言，高反射镜的单独角度设置不能令人不满意，反而也需要偏移它们的位置。而且，在激光束被分支为多个激光束时，对于每一个束分支要求反射镜的精细角度设置。出于该原因，设置高反射镜的工作错综复杂并且装置的结构也变得复杂。鉴于上述情形来构思本发明，并且其目的在于提供一种分束器装置和光源装置， 其即使在由使用多个光束的照射产生的对象中的响应在检测器上空间地彼此重叠的情况下也能够通过在时间轴上分离响应来检测该响应，并且提供一种能够使用该分束器装置进行快速扫描的扫描观测装置。而且，本发明的另一目的在于提供一种分束器装置和光源装置，其能够将一个束分支为具有不同光学路径长度的多个束并且尽管在这些束之间具有不同相对角度，也能够利用简单的结构将这些激光束会聚在光轴方向上的同一位置，并且提供一种能够使用该分束器装置进行快速扫描的扫描观测装置。技术方案根据本发明的第一方面是一种由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中的至少一个分支部；对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应的至少一个延迟部；以及对由所述延迟部赋予了所述相对时间延迟的所述多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚在同一位置的束角度设定部。根据本发明的该第一方面，所述输入脉冲束由所述分支部分支到两个光学路径中。已分支进入每一个光学路径中的所述脉冲束在沿着每一个光学路径经过的同时由所述延迟部赋予所述相对时间延迟。然而，由所述束角度设定部对赋予了所述相对时间延迟的所述两个脉冲束赋予所述相对角度，会聚在同一位置上并且照射在所述对象上。由于所述脉冲束以其间的相对角度会聚在同一位置，因此通过将所述脉冲束的会聚位置设置在其下游的光学系统(例如物方光学系统)的瞳孔(pupil)位置处或者与其光学共轭的位置处，能够透射全部脉冲束。然后，所述脉冲束能够聚焦在所述光学系统的焦点位置并且以多个点的形式在空间上分隔开。在这种情况下，由所述延迟部产生的所述相对时间延迟长于诸如对象中的荧光或者散射的响应的时间。然后，防止由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过在时间轴上对所述响应进行分离来进行检测。在上述方面中，可以提供设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中并且延迟所述光学路径的每一个中的瞳孔的中继光学系统；以及复用由所述中继光学系统中继的所述多个脉冲束的至少一个复用部。所述束角度设定部可以对经由所述分支部分支开的所述脉冲束之一赋予角度以具有相对于其它脉冲束的相对角度。通过这样做，所述输入脉冲束由所述分支部分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中，并且所述脉冲束由设置在各自光学路径中的所述中继光学系统中继且有所述复用部复用。此时，由所述束角度设定部对经由所述分支部分支到两个光学路径中的所述脉冲束之一赋予角度以具有相对于其它脉冲束的相对角度。通过这样做，在具有不同光学路径长度的两个光学路径中并且赋予了相对角度的所述脉冲束能够会聚于一个位置。在这种情况下，由于经由所述分支部分支到两个光学路径中的所述脉冲束的瞳孔由设置在各自光学路径中的中继光学系统中继，即使在分支的脉冲束设定到不同相对角度时也能够防止所述脉冲束的会聚点在光轴方向上偏移。简而言之，根据该方面，即使在脉冲束的相对角度不同时，也能够利用中继光学系统形式的简单结构将所述多个脉冲束会聚于光轴方向上的同一瞳孔位置。结果，即使在脉冲束的相对角度改变时，也能够使脉冲束在相同的入射条件下入射在设置在其下游的光学系统上。例如，通过将赋予了相对角度的多个脉冲束会聚在显微镜物镜的瞳孔位置，所述脉冲束能够辐射在所述物镜的焦平面上的不同位置。通过使相对角度不同，能够改变辐射位置的间隔，并且此时能够防止光量发生波动。
在上述的方面中，所述中继光学系统可以包括至少一对透镜，并且所述束角度设定部可以设置在所述一对透镜之间或者多对透镜之间。通过这样做，即使在由所述束角度设定部对分支的脉冲束赋予了相对角度时，也能够通过所述一对透镜中继所述瞳孔，并且能够防止所述会聚点在光轴方向上偏移。而且， 由于提供多对这样的透镜并且由该多对透镜中继两个光学路径中的瞳孔，因此能够减小透
镜直径。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括反射经由所述分支部分支开的脉冲束的第一反射镜；朝向所述复用部反射由所述第一反射镜反射的所述脉冲束的第二反射镜；以及在沿着第一反射镜与第二反射镜之间的光轴的方向上一起直线平移所述第一反射镜和所述第二反射镜的直线平移机构。通过利用所述直线平移机构在位于第一反射镜和第二反射镜之间的光轴方向一起平行移动这些反射镜，能够对经由所述分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括朝向所述复用部反射经由所述分支部分支开的所述脉冲束的反射镜以及绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜的摆动机构。通过利用所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜，能够对经由所述分支部分支开的所述脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个的摆动机构。通过利用所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个，能够对经由所述分支部分支开的所述脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，可以提供均包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的串行的多个单元，并且可以在各自分支部和各自复用部之间设置所述束角度设定部。所述输入脉冲束能够分支到多个光学路径中，并且通过提供包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的串行的多个单元，能够由所述束角度设定部对所述分支脉冲束的每一个赋予相对角度。结果，在具有不同光学路径长度并且赋予了相对角度的多个光学路径中的脉冲束能够会聚在一个位置。在上述的方面中，可以提供复用经由所述分支部分支开的所述两个光学路径中的所述脉冲束并且将两个所复用的脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的至少一个复用/分支部。所述中继光学系统可以设置在经由所述分支/复用部分支开的所述光学路径的每一个中，并且所述束角度设定部可以对经由所述复用/分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。由于提供了至少一个复用/分支部，通过所述分支部和所述复用/分支部能够将所述输入脉冲束分支到多个光学路径中，并且通过所述束角度设定部可以对分支的脉冲束的每一个赋予相对角度。结果，在具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的多个光学路径中的脉冲束能够会聚在一个位置。在上述的方面中，可以提供设置在所述复用部的上游的所述光学路径之一中并且使所述两个光学路径的偏振态彼此正交的偏振调制器。所述复用部可以是偏振分束器。
通过使所述偏振调制器能够使所述两个光学路径的偏振态彼此正交并且形成所述偏振分束器的所述复用部，经由分支部分支开的两个光学路径中的所述脉冲束之一能够被透射，同时另一个被反射。结果，能够通过所述复用部复用所述两个光学路径中的全部脉冲束，因而抑制这些脉冲束的光损失量，从而增加输入脉冲束的利用效率。而且，根据本发明的第二方面是一种由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中的至少一个分支部；对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应的至少一个延迟部；复用由所述延迟部赋予了所述时间延迟的所述两个脉冲束的至少一个复用部；设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中、使由所述复用部复用的脉冲束入射在所述复用部的不同位置并且在最后复用部之后使所述脉冲束的主光线彼此平行的静止移位部；以及设置在所述最后复用部之后的至少一个透镜。根据该方面，通过所述分支部将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中。分支到所述光学路径的每一个中的所述脉冲束在沿着所述光学路径的每一个经过的同时由所述延迟部赋予相对时间延迟。然后，被赋予了相对时间延迟的所述两个脉冲束通过提供在所述光学路径中的所述静止移位部对其在所述复用部上的入射位置进行调节并且然后由所述复用部复用。所述脉冲束的主光线在最后复用部之后由所述静止移位部调节为彼此平行，并且所述脉冲束通过设置在其下游的透镜正确地会聚在同一位置。在这种情况下，由于所述延迟部对所述两个脉冲束赋予了相对时间延迟以充分分离所述对象中的响应，防止了由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过将所述响应在时间轴上分离来进行检测。在上述的方面中，可以提供设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中并且延迟所述光学路径的每一个中的瞳孔的中继光学系统。通过这样做，能够通过所述中继光学系统使经由所述分支部分支开的所述脉冲束的所述束直径相同。结果，在将多个所生成的脉冲束应用于扫描观测装置时，能够防止解析度改变。而且，在上述的方面中，所述静止移位部可以包括至少两个反射镜以及在与入射在所述反射镜上的脉冲束的光轴平行的平面中直线平移所述反射镜中的至少一个以改变所述反射镜之间的光学路径长度的直线平移机构。所述反射镜之间的光学路径长度能够通过所述直线平移机构的操作改变，从而改变由所述复用部复用的两个脉冲束在所述复用部上的入射位置的间隔。而且，在上述的方面中，所述直线平移机构可以在与所述反射镜之间的光轴平行的方向上移动所述两个反射镜。通过这样做，能够改变由复用部复用的两个脉冲束在复用部上的入射位置的间隔，并且即使在这种情况下也能够防止光学路径长度改变。由于防止了光学路径长度改变， 因此不必新设定所述光学路径长度。如果所述脉冲束是激光束，则其在传播的同时取决于所述束直径而以预定角度发散。由于此，如果光学路径长度改变，则传播后的束直径改变。 由于防止了光学路径长度改变，能够防止束直径改变，从而在将该方面应用于扫描观测装置时防止了解析度改变。
而且，在上述的方面中，可以在所述静止移位部的下游提供至少一个透镜组以及与由所述静止移位部的所述光轴的移位同步地沿与所述光轴正交的方向将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量的透镜组移动机构。通过这样做，即使在所述光轴由所述静止移位部移位时，也能够通过所述透镜组移动机构沿与所述光轴正交的方向将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量。结果，即使在通过所述静止移位部改变所述脉冲束的相对角度时，也能够在被复用之后将所述脉冲束的主光线保持彼此平行，从而防止会聚点沿所述光轴方向偏移。而且，在上述静止移位部的下游和设置在上述最后复用部之后的至少一个透镜之间，可以设置至少一对透镜(36b:l(Mc*37b:105a)以使得所述透镜的焦点位置彼此一致，如图19所示(简而言之，它们用作4f光学系统)。通过这样做，即使在通过所述静止移位部移位所述光轴时，由于其下游的光学系统用作4f光学系统，能够将所述最后复用部之后的所述脉冲光束的主光线保持彼此平行， 从而防止所述会聚点沿所述光轴方向偏移。而且，根据本发明的第三方面是一种由输入脉冲束生成照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支为两个的至少一个分支部；传播经由所述分支部分支开的所述脉冲束的具有不同光学路径长度的至少两个光导部件；以及对从所述多个光导部件的出射端发射的多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚在同一位置的束角度设定部。根据上述的方面，通过所述分支部将所述输入脉冲束分支为两个，并且所述分支脉冲束沿着至少两个光导部件传播，从所述光导部件的出射端发射，由所述束角度设定部赋予了相对角度，并且被会聚在同一位置。由于所述至少两个光导部件具有彼此不同的光学路径长度，因此从所述出射端发射的脉冲束被赋予相对时间延迟。结果，通过仅调节所述光导部件的长度而不增加所述装置的尺寸，能够对所述脉冲束赋予足够的时间延迟，并且能够防止由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过在时间轴上分离所述响应来进行检测。在这种情况下，可以通过设置所述出射端的方向来构建所述束角度设定部以使得所述光导部件的所述光轴彼此交叉在一个点处。可选地，如果设置所述光导部件以使得所述光轴平行，则所述束角度设定部可以是将从这些出射端发射的所述脉冲束会聚在同一位置的透镜形式。而且，根据本发明第四方面是一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；以及接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束的上述分束器装置中的一个。根据该光源装置，从所述脉冲光源发射的具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的一扎多个脉冲束能够会聚在同一位置并且能够使其全部经过设置在其下游的光学系统的瞳孔位置。在上述的方面中，可以提供空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束的扫描部。通过这样做，在所述对象上形成多个点的同时，能够通过所述扫描部的操作在所述对象上的这些点上方扫描赋予了时间延迟的多个脉冲束。结果，能够利用脉冲束照射所述对象的更宽范围。
而且，根据本发明的第五方面是一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束的上述分束器装置之一；以及通过空间振动所述多个光导部件的出射端而空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束的扫描部。根据本发明的第六方面是一种扫描观测装置，包括上述的分束器装置之一；在所述对象上方扫描来自所述分束器装置的多个脉冲的扫描部；将由所述扫描部扫描的所述脉冲束照射在所述对象上的观测光学系统；以及检测从所述对象收集的信号光的检测部。在上述的方面中，可以提供使由所述检测部检测的所述信号光与所扫描的脉冲束同步的处理部；将由所述处理部同步的所述信号光重构为与所述对象上的部位相关联的二维信息或者三维信息的恢复部；以及显示所述二维信息或者三维信息的显示部。根据该扫描观测装置，具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的多个脉冲束能够由分束器装置会聚在一个位置并且辐射在对象的不同位置。然后，通过利用所述扫描部二维或者三维地扫描所述对象上的辐射位置并且利用所述检测部检测来自所述对象的光能够生成所述对象的图像。发明的有益效果本发明提供的优点在于，即使在束之间的相对角度不同时，也能够利用简单的结构将这些束会聚于光轴方向上的同一位置。
图1是根据本发明第一实施例的分束器装置的示意性结构图。图2是阐释图1的分束器装置的时间复用的图，其中(a)示出在反射光学系统中产生的时间延迟并且(b)示出光脉冲序列。图3是根据图1的变型的分束器装置的示意性结构图。图4是根据本发明的呈现为基准实施例的分束器装置的示意性结构图。图5是阐释图4的分束器装置的时间复用的图，其中(a)示出由反射光学系统产生的时间延迟，(b)示出由反射光学系统产生的时间延迟，并且(c)示出光脉冲序列。图6是根据本发明第二实施例的分束器装置的示意性结构图。图7是阐释利用图6的分束器装置偏转脉冲束的方法的图，其中(a)示出不执行偏转的情况并且(b)示出执行偏转的情况。图8是图6的变型的分束器装置的示意性结构图。图9是根据本发明第三实施例的分束器装置的示意性结构图。图10是根据本发明第四实施例的分束器装置的示意性结构图。图11是图10的变型的分束器装置的示意性结构图。图12是根据本发明第五实施例的分束器装置的示意性结构图。图13是根据本发明第六实施例的分束器装置的示意性结构图。图14是根据本发明第七实施例的扫描显微镜的示意性结构图。图15是阐释图14的扫描显微镜的时间复用的图，其中(a)示出脉冲束的脉冲列并且(b)示出所检测的荧光的脉冲列。图16是阐释根据本发明第八实施例的分束器装置的示意性结构图。图17是阐释根据本发明第九实施例的分束器装置的示意性结构图。
图18是阐释根据本发明第十实施例的分束器装置的示意性结构图。图19是阐释根据本发明第十一实施例的分束器装置的示意性结构图。图20是图19的区域AA的放大视图。图21是图19的区域AB的放大视图。图22是阐释根据本发明第十二实施例的分束器装置的示意性结构图。图23是阐释具有图22的分束器装置的光学路径长度的路径的图，其中(a)示出具有最小光学路径长度的路径，(b)示出具有第二最小光学路径长度的路径，(c)示出具有第二最大光学路径长度的路径，并且(d)以实线示出具有最大光学路径长度的路径。图M是阐释由图22的分束器装置生成的四个脉冲束的时间间隔的图。图25是阐释图M的脉冲束的间隔与相干时间之间的关系的图。图沈是阐释图22中的分束器装置的应用示例的变型的示意性结构图。图27是阐释使用图23的分束器装置的荧光透视装置的一个示例的总体结构图。图观是阐释由图27的荧光透视装置辐射到对象上的脉冲束与从所述对象发射的荧光之间关系的图。图四是阐释根据本发明第十三实施例的分束器装置的示意性结构图。图30是阐释图四的分束器装置的四个光纤的光纤束的截面图的图。图31是阐释代替图30将四个光纤捆扎在一起而在熔融和集成的覆层中具有以方形设置的四个芯的光纤束的端部的一个示例性形态的截面图。图32是图31中的芯的设置的变型的截面图。图33是阐释提供有图四的分束器装置的荧光透视装置的一个示例的总体结构图。
具体实施例方式第一实施例现在将参照图1到图3描述根据本发明第一实施例的分束器装置1。如图1所示，根据该实施例的分束器装置1包括反射光学系统(束角度设定部)12、分束器(分支部)13、分束器(复用部)14以及中继光学系统(瞳孔传输光学系统)16和17。而且，该实施例的分束器装置1与脉冲光源11构成光源装置101。在图1中，光轴IZ与分束器13和分束器14的反射表面的交叉点分别称为点A和点C。而且，点A和点C之间的中点称为点D，并且来自分束器13的脉冲束的光轴与反射光学系统12的交叉点称为点B。这里，三角形ABC是具有作为顶点的点B的等腰三角形，并且侧边AB和侧边BC具有相同的长度。现在将描述上述部件的功能。脉冲光源11以重复频率R振荡脉冲束。分束器13是将脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的分支部，更具体地说为光学路径A-D-C(以下将其称为“光学路径10”)和光学路径A-B-C(以下将其称为“光学路径20”)。反射光学系统12包括全反射来自分束器13的脉冲束的反射镜以及绕着与脉冲束的光轴正交的轴摆动该反射镜的摆动机构(图中未示出)。
反射光学系统12通过图中未示出的摆动机构绕着与脉冲束的光轴正交的轴摆动反射镜以改变经由分束器13分支出的脉冲束的光轴的角度。结果，反射光学系统12用作通过其反射表面的倾斜对经由分束器13分支出的沿着光学路径20经过的脉冲束赋予偏转角度θ的静止偏转部。而且，反射光学系统12还用作延迟部，该延迟部延迟沿着光学路径20经过的脉冲束以使得在光学路径10和光学路径 20之间产生光学路径长度差值L。光学路径10和光学路径20分别包括用于在其各自光学路径上中继脉冲束的瞳孔的中继光学系统16和17。中继光学系统16由一对透镜16a和16b组成，并且邻近点A的瞳孔被中继的到点 C附近。中继光学系统17由两对透镜17a和17b以及17c和17d构成，并且反射光学系统 12设置在透镜17b和透镜17c之间。透镜17a、17b、17c和17d具有相同的焦距。由于此， 邻近点A设置的瞳孔通过透镜17a和透镜17b中继到反射光学系统12上方附近。而且，已经被中继到反射光学系统12上方附近的瞳孔通过透镜17c和透镜17d进一步中继到点C 附近。分束器14是对沿着光学路径10和光学路径20经过的脉冲束进行复用的复用部。尽管在该实施例中分束器被用作分支部和复用部，但是可以替代地使用例如半反射镜或者二向色镜。这也适用于其它实施例。现在将描述由具有上述结构的分束器装置1中的脉冲光源11振荡的脉冲束的时间复用和空间复用(空间调制)。首先描述时间复用。从由脉冲光源11振荡的脉冲束沿着其经过的点A到点Z，存在两个光学路径光学路径10具有最短光学路径长度并且光学路径20具有比光学路径10大光学路径长度差值L的光学路径长度。这里，沿着光学路径10经过的脉冲束由PO指代，并且沿着光学路径 20经过的脉冲束由Pl指代。由于光学路径20比光学路径10长光学路径长度差值L，因此沿着光学路径20经过的脉冲束Pl以与沿着光学路径10经过的脉冲束PO相比较延迟L/C到达分束器14上的点C，其中c代表光速。换句话说，沿着光学路径20经过的脉冲束Pl达到点Z时的时间tl 表达为时间tl = tO+L/c，其中t0代表沿着光学路径10经过的脉冲束PO到达点Z的时间 (参照图2(a))。这里，如图2(b)所示，在选择光学路径长度差值L以使得与脉冲光源11 的重复频率R相关地满足L = c/2R,则生成以重复频率2R，即脉冲光源11的初始重复频率 R的两倍，时间复用的光脉冲序列。接下来，将描述上述时间复用的脉冲束被空间偏转的空间复用。首先，下面的描述假定以下作为参考在没有空间复用的情况下脉冲束PO和脉冲束Pl在分束器14处被复用时这两个脉冲束之间的相对角度为0。按照下面给出分束器13处的入射角度φ :
权利要求
1.一种分束器装置，由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中； 至少一个延迟部，对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟，以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应；以及束角度设定部，对由所述延迟部赋予了所述相对时间延迟的所述多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚于同一位置。
2.根据权利要求1所述的分束器装置，包括中继光学系统，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中并且中继每一个所述光学路径中的瞳孔；以及至少一个复用部，复用由所述中继光学系统中继的所述多个脉冲束，其中所述束角度设定部对经由所述分支部分支开的所述脉冲束之一赋予角度，以具有相对于其它脉冲束的相对角度。
3.根据权利要求2所述的分束器装置，其中所述中继光学系统包括至少一对透镜，并且所述束角度设定部设置在所述一对透镜之间。
4.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括第一反射镜，反射经由所述分支部分支开的脉冲束；第二反射镜，将由所述第一反射镜反射的所述脉冲束朝向所述复用部反射；以及直线平移机构， 在沿着所述第一反射镜和所述第二反射镜间的光轴的方向上一起直线平移所述第一反射镜和所述第二反射镜。
5.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括反射镜，将经由所述分支部分支开的所述脉冲束朝向所述复用部反射；以及摆动机构，绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜。
6.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括摆动机构，所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个。
7.根据权利要求2所述的分束器装置，包括串行的多个单元，均包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的，其中所述束角度设定部设置在各自分支部和各自复用部之间。
8.根据权利要求2所述的分束器装置，包括至少一个复用/分支部，复用经由所述分支部分支开的所述两个光学路径中的所述脉冲束并且将两个所复用的脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中，其中，所述中继光学系统设置在经由所述分支/复用部分支开的每一个所述光学路径中，并且所述束角度设定部对经由所述复用/分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。
9.根据权利要求2所述的分束器装置，包括偏振调制器，设置在所述复用部的上游的所述光学路径之一中并且使多个光学路径的偏振态彼此正交，其中所述复用部是偏振分束器。
10.一种分束器装置，由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中；至少一个延迟部，对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟，以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应；至少一个复用部，复用由所述延迟部赋予了所述时间延迟的所述两个脉冲束；静止移位部，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中，使由所述复用部复用的脉冲束入射在所述复用部的不同位置并且在最后复用部之后使所述脉冲束的主光线彼此平行；以及至少一个聚焦透镜，设置在所述最后复用部之后。
11.根据权利要求10所述的分束器装置，包括中继光学系统，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中并且中继每一个所述光学路径中的瞳孔。
12.根据权利要求10所述的分束器装置，其中所述静止移位部包括至少两个反射镜以及在与入射在所述反射镜上的脉冲束的光轴平行的平面中直线平移所述反射镜中的至少一个以改变所述反射镜之间的光学路径长度的直线平移机构。
13.根据权利要求12所述的分束器装置，其中所述直线平移机构在与所述反射镜之间的光轴平行的方向上移动所述两个反射镜。
14.根据权利要求12所述的分束器装置，包括在所述静止移位部的下游的至少一个透镜组以及与由所述静止移位部的所述光轴的移位同步地在与所述光轴正交的方向上将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量的透镜组移动机构。
15.一种分束器装置，由输入脉冲束生成照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支为两个；至少两个具有不同光学路径长度的光导部件，传播经由所述分支部分支开的所述脉冲束；以及束角度设定部，对从所述多个光导部件的出射端发射的多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚于同一位置。
16.一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；以及根据权利要求1到15中的任一项所述的分束器装置，接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束。
17.根据权利要求16所述的光源装置，包括扫描部，空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束。
18.一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；根据权利要求15所述的分束器装置，接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束；以及扫描部，通过空间振动所述多个光导部件的所述出射端而空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束。
19.一种扫描观测装置，包括根据权利要求1到15中的任一项所述的分束器装置； 扫描部，在所述对象上方扫描来自所述分束器装置的多个脉冲束； 观测光学系统，将由所述扫描部扫描的所述脉冲束照射在所述对象上；以及检测从所述对象收集的信号光的检测部。
20.根据权利要求19所述的扫描观测装置，包括处理部，使由所述检测部检测的所述信号光与所扫描的脉冲束同步； 恢复部，将由所述处理部同步的所述信号光重构为与所述对象上的部位相关联的二维信息或者三维信息；以及显示所述二维信息或者三维信息的显示部。
21.根据权利要求19所述的扫描观测装置，还包括用于将所述束聚焦于所述对象上的物镜。
22.一种激光扫描显微镜，包括根据权利要求21所述的扫描观测装置。
23.一种激光扫描内窥镜，包括根据权利要求21所述的扫描观测装置。
全文摘要
在将一个束分支为具有不同光学路径长度的多个束时，即使在所述束之间的相对角度不同时也能够利用简单结构将所述束沿光轴方向会聚于同一位置。提供一种分束器装置(1)，包括将输入脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的分束器(13)；设置在各自分支的光学路径(10，20)中并且中继所述光学路径(10，20)中的瞳孔的中继光学系统(16，17)；复用位于所述两个光学路径(10，20)中的中继的脉冲束的分束器(14)；以及对经由所述分束器(13)分支开的脉冲束赋予相对角度的反射光学系统(12)。
文档编号G02B21/06GK102597845SQ20108004843
公开日2012年7月18日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年11月2日
发明者伊贺靖展, 双木满, 谷川洋平, 高桥晋太郎 申请人:奥林巴斯株式会社
技术领域：
本发明涉及分束器装置、光源装置和扫描观测装置。
背景技术：
用于将从光源发射的一个激光束分支为多个激光束的分束器装置是已知的(例如参见专利文献1)。这种类型的分束器装置包括设置在与夹在其间的平坦半透明反射镜成相互不同距离处的至少两个高反射镜并且提供有在所述半透明反射镜上形成为全反射器或者防反射部件的部分。根据该分束器装置，从所述半透明反射镜的一侧进入的激光束由所述半透明反射镜分支、由设置在所述半透明反射镜的任一侧的高反射镜反射、并且返回到所述半透明反射镜。经过重复该步骤，一个激光束被分支为具有不同光学路径长度的多个激光束。通过对所述高反射镜赋予微小角度，多个所产生的激光束能够被会聚于一个位置。(引用文献列表)(专利文献)(PTLl)日本专利 No. 392751
发明内容
技术问题然而，当专利文献1中公开的所述分束器装置将被应用到诸如扫描显微镜的扫描观测装置时，需要不仅有效地产生来自对象的光学响应，而且还通过对于每一个辐射位置对它们进行区分来检测这些光学响应。更具体地说，在要利用多个光束照射对象时，如在专利文献1中描述的分束器装置，存在的缺点在于在不同辐射位置产生的光学响应由于光在对象的表面上和内部中的散射而在检测器上空间地彼此重叠，并且无法对于每一个辐射位置区分这些光学响应。要从其观测光学响应的对象中的位置越深，光的散射越强烈并且该空间重叠越显著。此外，需要调节待照射到对象上的光束以具有合适的间隔。然而，专利文献1中公开的分束器装置具有的缺点在于，当分支激光束将要仅通过高反射镜的角度设置而设置于不同的相对角度时，会聚点在光轴方向上偏移。对于激光束赋予不同相对角度而不在光轴方向上偏移会聚点而言，高反射镜的单独角度设置不能令人不满意，反而也需要偏移它们的位置。而且，在激光束被分支为多个激光束时，对于每一个束分支要求反射镜的精细角度设置。出于该原因，设置高反射镜的工作错综复杂并且装置的结构也变得复杂。鉴于上述情形来构思本发明，并且其目的在于提供一种分束器装置和光源装置， 其即使在由使用多个光束的照射产生的对象中的响应在检测器上空间地彼此重叠的情况下也能够通过在时间轴上分离响应来检测该响应，并且提供一种能够使用该分束器装置进行快速扫描的扫描观测装置。而且，本发明的另一目的在于提供一种分束器装置和光源装置，其能够将一个束分支为具有不同光学路径长度的多个束并且尽管在这些束之间具有不同相对角度，也能够利用简单的结构将这些激光束会聚在光轴方向上的同一位置，并且提供一种能够使用该分束器装置进行快速扫描的扫描观测装置。技术方案根据本发明的第一方面是一种由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中的至少一个分支部；对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应的至少一个延迟部；以及对由所述延迟部赋予了所述相对时间延迟的所述多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚在同一位置的束角度设定部。根据本发明的该第一方面，所述输入脉冲束由所述分支部分支到两个光学路径中。已分支进入每一个光学路径中的所述脉冲束在沿着每一个光学路径经过的同时由所述延迟部赋予所述相对时间延迟。然而，由所述束角度设定部对赋予了所述相对时间延迟的所述两个脉冲束赋予所述相对角度，会聚在同一位置上并且照射在所述对象上。由于所述脉冲束以其间的相对角度会聚在同一位置，因此通过将所述脉冲束的会聚位置设置在其下游的光学系统(例如物方光学系统)的瞳孔(pupil)位置处或者与其光学共轭的位置处，能够透射全部脉冲束。然后，所述脉冲束能够聚焦在所述光学系统的焦点位置并且以多个点的形式在空间上分隔开。在这种情况下，由所述延迟部产生的所述相对时间延迟长于诸如对象中的荧光或者散射的响应的时间。然后，防止由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过在时间轴上对所述响应进行分离来进行检测。在上述方面中，可以提供设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中并且延迟所述光学路径的每一个中的瞳孔的中继光学系统；以及复用由所述中继光学系统中继的所述多个脉冲束的至少一个复用部。所述束角度设定部可以对经由所述分支部分支开的所述脉冲束之一赋予角度以具有相对于其它脉冲束的相对角度。通过这样做，所述输入脉冲束由所述分支部分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中，并且所述脉冲束由设置在各自光学路径中的所述中继光学系统中继且有所述复用部复用。此时，由所述束角度设定部对经由所述分支部分支到两个光学路径中的所述脉冲束之一赋予角度以具有相对于其它脉冲束的相对角度。通过这样做，在具有不同光学路径长度的两个光学路径中并且赋予了相对角度的所述脉冲束能够会聚于一个位置。在这种情况下，由于经由所述分支部分支到两个光学路径中的所述脉冲束的瞳孔由设置在各自光学路径中的中继光学系统中继，即使在分支的脉冲束设定到不同相对角度时也能够防止所述脉冲束的会聚点在光轴方向上偏移。简而言之，根据该方面，即使在脉冲束的相对角度不同时，也能够利用中继光学系统形式的简单结构将所述多个脉冲束会聚于光轴方向上的同一瞳孔位置。结果，即使在脉冲束的相对角度改变时，也能够使脉冲束在相同的入射条件下入射在设置在其下游的光学系统上。例如，通过将赋予了相对角度的多个脉冲束会聚在显微镜物镜的瞳孔位置，所述脉冲束能够辐射在所述物镜的焦平面上的不同位置。通过使相对角度不同，能够改变辐射位置的间隔，并且此时能够防止光量发生波动。
在上述的方面中，所述中继光学系统可以包括至少一对透镜，并且所述束角度设定部可以设置在所述一对透镜之间或者多对透镜之间。通过这样做，即使在由所述束角度设定部对分支的脉冲束赋予了相对角度时，也能够通过所述一对透镜中继所述瞳孔，并且能够防止所述会聚点在光轴方向上偏移。而且， 由于提供多对这样的透镜并且由该多对透镜中继两个光学路径中的瞳孔，因此能够减小透
镜直径。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括反射经由所述分支部分支开的脉冲束的第一反射镜；朝向所述复用部反射由所述第一反射镜反射的所述脉冲束的第二反射镜；以及在沿着第一反射镜与第二反射镜之间的光轴的方向上一起直线平移所述第一反射镜和所述第二反射镜的直线平移机构。通过利用所述直线平移机构在位于第一反射镜和第二反射镜之间的光轴方向一起平行移动这些反射镜，能够对经由所述分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括朝向所述复用部反射经由所述分支部分支开的所述脉冲束的反射镜以及绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜的摆动机构。通过利用所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜，能够对经由所述分支部分支开的所述脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，所述束角度设定部可以包括绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个的摆动机构。通过利用所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个，能够对经由所述分支部分支开的所述脉冲束赋予相对角度。在上述的方面中，可以提供均包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的串行的多个单元，并且可以在各自分支部和各自复用部之间设置所述束角度设定部。所述输入脉冲束能够分支到多个光学路径中，并且通过提供包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的串行的多个单元，能够由所述束角度设定部对所述分支脉冲束的每一个赋予相对角度。结果，在具有不同光学路径长度并且赋予了相对角度的多个光学路径中的脉冲束能够会聚在一个位置。在上述的方面中，可以提供复用经由所述分支部分支开的所述两个光学路径中的所述脉冲束并且将两个所复用的脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的至少一个复用/分支部。所述中继光学系统可以设置在经由所述分支/复用部分支开的所述光学路径的每一个中，并且所述束角度设定部可以对经由所述复用/分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。由于提供了至少一个复用/分支部，通过所述分支部和所述复用/分支部能够将所述输入脉冲束分支到多个光学路径中，并且通过所述束角度设定部可以对分支的脉冲束的每一个赋予相对角度。结果，在具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的多个光学路径中的脉冲束能够会聚在一个位置。在上述的方面中，可以提供设置在所述复用部的上游的所述光学路径之一中并且使所述两个光学路径的偏振态彼此正交的偏振调制器。所述复用部可以是偏振分束器。
通过使所述偏振调制器能够使所述两个光学路径的偏振态彼此正交并且形成所述偏振分束器的所述复用部，经由分支部分支开的两个光学路径中的所述脉冲束之一能够被透射，同时另一个被反射。结果，能够通过所述复用部复用所述两个光学路径中的全部脉冲束，因而抑制这些脉冲束的光损失量，从而增加输入脉冲束的利用效率。而且，根据本发明的第二方面是一种由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中的至少一个分支部；对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应的至少一个延迟部；复用由所述延迟部赋予了所述时间延迟的所述两个脉冲束的至少一个复用部；设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中、使由所述复用部复用的脉冲束入射在所述复用部的不同位置并且在最后复用部之后使所述脉冲束的主光线彼此平行的静止移位部；以及设置在所述最后复用部之后的至少一个透镜。根据该方面，通过所述分支部将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中。分支到所述光学路径的每一个中的所述脉冲束在沿着所述光学路径的每一个经过的同时由所述延迟部赋予相对时间延迟。然后，被赋予了相对时间延迟的所述两个脉冲束通过提供在所述光学路径中的所述静止移位部对其在所述复用部上的入射位置进行调节并且然后由所述复用部复用。所述脉冲束的主光线在最后复用部之后由所述静止移位部调节为彼此平行，并且所述脉冲束通过设置在其下游的透镜正确地会聚在同一位置。在这种情况下，由于所述延迟部对所述两个脉冲束赋予了相对时间延迟以充分分离所述对象中的响应，防止了由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过将所述响应在时间轴上分离来进行检测。在上述的方面中，可以提供设置在经由所述分支部分支开的所述光学路径的每一个中并且延迟所述光学路径的每一个中的瞳孔的中继光学系统。通过这样做，能够通过所述中继光学系统使经由所述分支部分支开的所述脉冲束的所述束直径相同。结果，在将多个所生成的脉冲束应用于扫描观测装置时，能够防止解析度改变。而且，在上述的方面中，所述静止移位部可以包括至少两个反射镜以及在与入射在所述反射镜上的脉冲束的光轴平行的平面中直线平移所述反射镜中的至少一个以改变所述反射镜之间的光学路径长度的直线平移机构。所述反射镜之间的光学路径长度能够通过所述直线平移机构的操作改变，从而改变由所述复用部复用的两个脉冲束在所述复用部上的入射位置的间隔。而且，在上述的方面中，所述直线平移机构可以在与所述反射镜之间的光轴平行的方向上移动所述两个反射镜。通过这样做，能够改变由复用部复用的两个脉冲束在复用部上的入射位置的间隔，并且即使在这种情况下也能够防止光学路径长度改变。由于防止了光学路径长度改变， 因此不必新设定所述光学路径长度。如果所述脉冲束是激光束，则其在传播的同时取决于所述束直径而以预定角度发散。由于此，如果光学路径长度改变，则传播后的束直径改变。 由于防止了光学路径长度改变，能够防止束直径改变，从而在将该方面应用于扫描观测装置时防止了解析度改变。
而且，在上述的方面中，可以在所述静止移位部的下游提供至少一个透镜组以及与由所述静止移位部的所述光轴的移位同步地沿与所述光轴正交的方向将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量的透镜组移动机构。通过这样做，即使在所述光轴由所述静止移位部移位时，也能够通过所述透镜组移动机构沿与所述光轴正交的方向将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量。结果，即使在通过所述静止移位部改变所述脉冲束的相对角度时，也能够在被复用之后将所述脉冲束的主光线保持彼此平行，从而防止会聚点沿所述光轴方向偏移。而且，在上述静止移位部的下游和设置在上述最后复用部之后的至少一个透镜之间，可以设置至少一对透镜(36b:l(Mc*37b:105a)以使得所述透镜的焦点位置彼此一致，如图19所示(简而言之，它们用作4f光学系统)。通过这样做，即使在通过所述静止移位部移位所述光轴时，由于其下游的光学系统用作4f光学系统，能够将所述最后复用部之后的所述脉冲光束的主光线保持彼此平行， 从而防止所述会聚点沿所述光轴方向偏移。而且，根据本发明的第三方面是一种由输入脉冲束生成照射在对象上的多个脉冲束的分束器装置，并且所述分束器装置包括将所述输入脉冲束分支为两个的至少一个分支部；传播经由所述分支部分支开的所述脉冲束的具有不同光学路径长度的至少两个光导部件；以及对从所述多个光导部件的出射端发射的多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚在同一位置的束角度设定部。根据上述的方面，通过所述分支部将所述输入脉冲束分支为两个，并且所述分支脉冲束沿着至少两个光导部件传播，从所述光导部件的出射端发射，由所述束角度设定部赋予了相对角度，并且被会聚在同一位置。由于所述至少两个光导部件具有彼此不同的光学路径长度，因此从所述出射端发射的脉冲束被赋予相对时间延迟。结果，通过仅调节所述光导部件的长度而不增加所述装置的尺寸，能够对所述脉冲束赋予足够的时间延迟，并且能够防止由所述脉冲束产生的所述对象中的响应混合并且能够通过在时间轴上分离所述响应来进行检测。在这种情况下，可以通过设置所述出射端的方向来构建所述束角度设定部以使得所述光导部件的所述光轴彼此交叉在一个点处。可选地，如果设置所述光导部件以使得所述光轴平行，则所述束角度设定部可以是将从这些出射端发射的所述脉冲束会聚在同一位置的透镜形式。而且，根据本发明第四方面是一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；以及接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束的上述分束器装置中的一个。根据该光源装置，从所述脉冲光源发射的具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的一扎多个脉冲束能够会聚在同一位置并且能够使其全部经过设置在其下游的光学系统的瞳孔位置。在上述的方面中，可以提供空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束的扫描部。通过这样做，在所述对象上形成多个点的同时，能够通过所述扫描部的操作在所述对象上的这些点上方扫描赋予了时间延迟的多个脉冲束。结果，能够利用脉冲束照射所述对象的更宽范围。
而且，根据本发明的第五方面是一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束的上述分束器装置之一；以及通过空间振动所述多个光导部件的出射端而空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束的扫描部。根据本发明的第六方面是一种扫描观测装置，包括上述的分束器装置之一；在所述对象上方扫描来自所述分束器装置的多个脉冲的扫描部；将由所述扫描部扫描的所述脉冲束照射在所述对象上的观测光学系统；以及检测从所述对象收集的信号光的检测部。在上述的方面中，可以提供使由所述检测部检测的所述信号光与所扫描的脉冲束同步的处理部；将由所述处理部同步的所述信号光重构为与所述对象上的部位相关联的二维信息或者三维信息的恢复部；以及显示所述二维信息或者三维信息的显示部。根据该扫描观测装置，具有不同光学路径长度并且被赋予了相对角度的多个脉冲束能够由分束器装置会聚在一个位置并且辐射在对象的不同位置。然后，通过利用所述扫描部二维或者三维地扫描所述对象上的辐射位置并且利用所述检测部检测来自所述对象的光能够生成所述对象的图像。发明的有益效果本发明提供的优点在于，即使在束之间的相对角度不同时，也能够利用简单的结构将这些束会聚于光轴方向上的同一位置。
图1是根据本发明第一实施例的分束器装置的示意性结构图。图2是阐释图1的分束器装置的时间复用的图，其中(a)示出在反射光学系统中产生的时间延迟并且(b)示出光脉冲序列。图3是根据图1的变型的分束器装置的示意性结构图。图4是根据本发明的呈现为基准实施例的分束器装置的示意性结构图。图5是阐释图4的分束器装置的时间复用的图，其中(a)示出由反射光学系统产生的时间延迟，(b)示出由反射光学系统产生的时间延迟，并且(c)示出光脉冲序列。图6是根据本发明第二实施例的分束器装置的示意性结构图。图7是阐释利用图6的分束器装置偏转脉冲束的方法的图，其中(a)示出不执行偏转的情况并且(b)示出执行偏转的情况。图8是图6的变型的分束器装置的示意性结构图。图9是根据本发明第三实施例的分束器装置的示意性结构图。图10是根据本发明第四实施例的分束器装置的示意性结构图。图11是图10的变型的分束器装置的示意性结构图。图12是根据本发明第五实施例的分束器装置的示意性结构图。图13是根据本发明第六实施例的分束器装置的示意性结构图。图14是根据本发明第七实施例的扫描显微镜的示意性结构图。图15是阐释图14的扫描显微镜的时间复用的图，其中(a)示出脉冲束的脉冲列并且(b)示出所检测的荧光的脉冲列。图16是阐释根据本发明第八实施例的分束器装置的示意性结构图。图17是阐释根据本发明第九实施例的分束器装置的示意性结构图。
图18是阐释根据本发明第十实施例的分束器装置的示意性结构图。图19是阐释根据本发明第十一实施例的分束器装置的示意性结构图。图20是图19的区域AA的放大视图。图21是图19的区域AB的放大视图。图22是阐释根据本发明第十二实施例的分束器装置的示意性结构图。图23是阐释具有图22的分束器装置的光学路径长度的路径的图，其中(a)示出具有最小光学路径长度的路径，(b)示出具有第二最小光学路径长度的路径，(c)示出具有第二最大光学路径长度的路径，并且(d)以实线示出具有最大光学路径长度的路径。图M是阐释由图22的分束器装置生成的四个脉冲束的时间间隔的图。图25是阐释图M的脉冲束的间隔与相干时间之间的关系的图。图沈是阐释图22中的分束器装置的应用示例的变型的示意性结构图。图27是阐释使用图23的分束器装置的荧光透视装置的一个示例的总体结构图。图观是阐释由图27的荧光透视装置辐射到对象上的脉冲束与从所述对象发射的荧光之间关系的图。图四是阐释根据本发明第十三实施例的分束器装置的示意性结构图。图30是阐释图四的分束器装置的四个光纤的光纤束的截面图的图。图31是阐释代替图30将四个光纤捆扎在一起而在熔融和集成的覆层中具有以方形设置的四个芯的光纤束的端部的一个示例性形态的截面图。图32是图31中的芯的设置的变型的截面图。图33是阐释提供有图四的分束器装置的荧光透视装置的一个示例的总体结构图。
具体实施例方式第一实施例现在将参照图1到图3描述根据本发明第一实施例的分束器装置1。如图1所示，根据该实施例的分束器装置1包括反射光学系统(束角度设定部)12、分束器(分支部)13、分束器(复用部)14以及中继光学系统(瞳孔传输光学系统)16和17。而且，该实施例的分束器装置1与脉冲光源11构成光源装置101。在图1中，光轴IZ与分束器13和分束器14的反射表面的交叉点分别称为点A和点C。而且，点A和点C之间的中点称为点D，并且来自分束器13的脉冲束的光轴与反射光学系统12的交叉点称为点B。这里，三角形ABC是具有作为顶点的点B的等腰三角形，并且侧边AB和侧边BC具有相同的长度。现在将描述上述部件的功能。脉冲光源11以重复频率R振荡脉冲束。分束器13是将脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的分支部，更具体地说为光学路径A-D-C(以下将其称为“光学路径10”)和光学路径A-B-C(以下将其称为“光学路径20”)。反射光学系统12包括全反射来自分束器13的脉冲束的反射镜以及绕着与脉冲束的光轴正交的轴摆动该反射镜的摆动机构(图中未示出)。
反射光学系统12通过图中未示出的摆动机构绕着与脉冲束的光轴正交的轴摆动反射镜以改变经由分束器13分支出的脉冲束的光轴的角度。结果，反射光学系统12用作通过其反射表面的倾斜对经由分束器13分支出的沿着光学路径20经过的脉冲束赋予偏转角度θ的静止偏转部。而且，反射光学系统12还用作延迟部，该延迟部延迟沿着光学路径20经过的脉冲束以使得在光学路径10和光学路径 20之间产生光学路径长度差值L。光学路径10和光学路径20分别包括用于在其各自光学路径上中继脉冲束的瞳孔的中继光学系统16和17。中继光学系统16由一对透镜16a和16b组成，并且邻近点A的瞳孔被中继的到点 C附近。中继光学系统17由两对透镜17a和17b以及17c和17d构成，并且反射光学系统 12设置在透镜17b和透镜17c之间。透镜17a、17b、17c和17d具有相同的焦距。由于此， 邻近点A设置的瞳孔通过透镜17a和透镜17b中继到反射光学系统12上方附近。而且，已经被中继到反射光学系统12上方附近的瞳孔通过透镜17c和透镜17d进一步中继到点C 附近。分束器14是对沿着光学路径10和光学路径20经过的脉冲束进行复用的复用部。尽管在该实施例中分束器被用作分支部和复用部，但是可以替代地使用例如半反射镜或者二向色镜。这也适用于其它实施例。现在将描述由具有上述结构的分束器装置1中的脉冲光源11振荡的脉冲束的时间复用和空间复用(空间调制)。首先描述时间复用。从由脉冲光源11振荡的脉冲束沿着其经过的点A到点Z，存在两个光学路径光学路径10具有最短光学路径长度并且光学路径20具有比光学路径10大光学路径长度差值L的光学路径长度。这里，沿着光学路径10经过的脉冲束由PO指代，并且沿着光学路径 20经过的脉冲束由Pl指代。由于光学路径20比光学路径10长光学路径长度差值L，因此沿着光学路径20经过的脉冲束Pl以与沿着光学路径10经过的脉冲束PO相比较延迟L/C到达分束器14上的点C，其中c代表光速。换句话说，沿着光学路径20经过的脉冲束Pl达到点Z时的时间tl 表达为时间tl = tO+L/c，其中t0代表沿着光学路径10经过的脉冲束PO到达点Z的时间 (参照图2(a))。这里，如图2(b)所示，在选择光学路径长度差值L以使得与脉冲光源11 的重复频率R相关地满足L = c/2R,则生成以重复频率2R，即脉冲光源11的初始重复频率 R的两倍，时间复用的光脉冲序列。接下来，将描述上述时间复用的脉冲束被空间偏转的空间复用。首先，下面的描述假定以下作为参考在没有空间复用的情况下脉冲束PO和脉冲束Pl在分束器14处被复用时这两个脉冲束之间的相对角度为0。按照下面给出分束器13处的入射角度φ :
权利要求
1.一种分束器装置，由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中； 至少一个延迟部，对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟，以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应；以及束角度设定部，对由所述延迟部赋予了所述相对时间延迟的所述多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚于同一位置。
2.根据权利要求1所述的分束器装置，包括中继光学系统，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中并且中继每一个所述光学路径中的瞳孔；以及至少一个复用部，复用由所述中继光学系统中继的所述多个脉冲束，其中所述束角度设定部对经由所述分支部分支开的所述脉冲束之一赋予角度，以具有相对于其它脉冲束的相对角度。
3.根据权利要求2所述的分束器装置，其中所述中继光学系统包括至少一对透镜，并且所述束角度设定部设置在所述一对透镜之间。
4.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括第一反射镜，反射经由所述分支部分支开的脉冲束；第二反射镜，将由所述第一反射镜反射的所述脉冲束朝向所述复用部反射；以及直线平移机构， 在沿着所述第一反射镜和所述第二反射镜间的光轴的方向上一起直线平移所述第一反射镜和所述第二反射镜。
5.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括反射镜，将经由所述分支部分支开的所述脉冲束朝向所述复用部反射；以及摆动机构，绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述反射镜。
6.根据权利要求2所述的分束器装置，其中，所述束角度设定部包括摆动机构，所述摆动机构绕着与所述脉冲束的光轴正交的轴摆动所述分支部和所述复用部中的至少一个。
7.根据权利要求2所述的分束器装置，包括串行的多个单元，均包括所述分支部、所述复用部、所述中继光学系统以及所述束角度设定部的，其中所述束角度设定部设置在各自分支部和各自复用部之间。
8.根据权利要求2所述的分束器装置，包括至少一个复用/分支部，复用经由所述分支部分支开的所述两个光学路径中的所述脉冲束并且将两个所复用的脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中，其中，所述中继光学系统设置在经由所述分支/复用部分支开的每一个所述光学路径中，并且所述束角度设定部对经由所述复用/分支部分支开的脉冲束赋予相对角度。
9.根据权利要求2所述的分束器装置，包括偏振调制器，设置在所述复用部的上游的所述光学路径之一中并且使多个光学路径的偏振态彼此正交，其中所述复用部是偏振分束器。
10.一种分束器装置，由输入脉冲束生成待照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支到两个光学路径中；至少一个延迟部，对沿着经由所述分支部分支开的所述两个光学路径经过的脉冲束赋予相对时间延迟，以充分分离由所述脉冲束引起的所述对象中的响应；至少一个复用部，复用由所述延迟部赋予了所述时间延迟的所述两个脉冲束；静止移位部，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中，使由所述复用部复用的脉冲束入射在所述复用部的不同位置并且在最后复用部之后使所述脉冲束的主光线彼此平行；以及至少一个聚焦透镜，设置在所述最后复用部之后。
11.根据权利要求10所述的分束器装置，包括中继光学系统，设置在经由所述分支部分支开的每一个所述光学路径中并且中继每一个所述光学路径中的瞳孔。
12.根据权利要求10所述的分束器装置，其中所述静止移位部包括至少两个反射镜以及在与入射在所述反射镜上的脉冲束的光轴平行的平面中直线平移所述反射镜中的至少一个以改变所述反射镜之间的光学路径长度的直线平移机构。
13.根据权利要求12所述的分束器装置，其中所述直线平移机构在与所述反射镜之间的光轴平行的方向上移动所述两个反射镜。
14.根据权利要求12所述的分束器装置，包括在所述静止移位部的下游的至少一个透镜组以及与由所述静止移位部的所述光轴的移位同步地在与所述光轴正交的方向上将所述透镜组移动与所述光轴的移位量相同的量的透镜组移动机构。
15.一种分束器装置，由输入脉冲束生成照射在对象上的多个脉冲束，所述分束器装置包括至少一个分支部，将所述输入脉冲束分支为两个；至少两个具有不同光学路径长度的光导部件，传播经由所述分支部分支开的所述脉冲束；以及束角度设定部，对从所述多个光导部件的出射端发射的多个脉冲束赋予相对角度并且将所述多个脉冲束会聚于同一位置。
16.一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；以及根据权利要求1到15中的任一项所述的分束器装置，接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束。
17.根据权利要求16所述的光源装置，包括扫描部，空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束。
18.一种光源装置，包括发射脉冲束的脉冲光源；根据权利要求15所述的分束器装置，接收从所述脉冲光源发射的所述脉冲束；以及扫描部，通过空间振动所述多个光导部件的所述出射端而空间扫描从所述分束器装置发射的多个脉冲束。
19.一种扫描观测装置，包括根据权利要求1到15中的任一项所述的分束器装置； 扫描部，在所述对象上方扫描来自所述分束器装置的多个脉冲束； 观测光学系统，将由所述扫描部扫描的所述脉冲束照射在所述对象上；以及检测从所述对象收集的信号光的检测部。
20.根据权利要求19所述的扫描观测装置，包括处理部，使由所述检测部检测的所述信号光与所扫描的脉冲束同步； 恢复部，将由所述处理部同步的所述信号光重构为与所述对象上的部位相关联的二维信息或者三维信息；以及显示所述二维信息或者三维信息的显示部。
21.根据权利要求19所述的扫描观测装置，还包括用于将所述束聚焦于所述对象上的物镜。
22.一种激光扫描显微镜，包括根据权利要求21所述的扫描观测装置。
23.一种激光扫描内窥镜，包括根据权利要求21所述的扫描观测装置。
全文摘要
在将一个束分支为具有不同光学路径长度的多个束时，即使在所述束之间的相对角度不同时也能够利用简单结构将所述束沿光轴方向会聚于同一位置。提供一种分束器装置(1)，包括将输入脉冲束分支到具有不同光学路径长度的两个光学路径中的分束器(13)；设置在各自分支的光学路径(10，20)中并且中继所述光学路径(10，20)中的瞳孔的中继光学系统(16，17)；复用位于所述两个光学路径(10，20)中的中继的脉冲束的分束器(14)；以及对经由所述分束器(13)分支开的脉冲束赋予相对角度的反射光学系统(12)。
文档编号G02B21/06GK102597845SQ20108004843
公开日2012年7月18日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年11月2日
发明者伊贺靖展, 双木满, 谷川洋平, 高桥晋太郎 申请人:奥林巴斯株式会社
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