光学系统以及光学显微镜技术方案

本发明专利技术公开一种将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布的光学系统，该光学系统包括：第一透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率；第二透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有负折射率，在入射光方向上第二透镜组位于第一透镜组之后；以及第三透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率，在入射光方向上第三透镜组位于第二透镜组之后。在该光学系统中，使得入射光准直，并且利用第一透镜组的球面像差、第二透镜组的球面像差和第三透镜组的球面像差将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于校正光强度分布的光学系统，更具体地说，本专利技术涉及一种用于将发散光的强度分布校正为均匀分布的光学系统。
技术介绍
光学显微镜的一个实例是共焦显微镜。共焦显微镜能够获得样品的切片图像，而无需将样品制成切片部分，并且能够由该切片图像构成样品的准确三维图像。因此，共焦显微镜例如用于生物学和生物工程学领域中对活体细胞的生理反应观察和形态观察，或者用于半导体领域中对LSI(大规模集成电路)的表面观察。在这种共焦显微镜中，由激光生成多个射束点，以便利用这些射束点照射样品，并且根据来自样品的荧光或者反射光观察样品。在这种情况下，激光强度的分布不均匀性(获得了相对于与光轴垂直的平面的高斯分布)会影响各射束点的强度。因此，为了在激光的光轴附近仅获得均匀的光通量，设置具有片窗的片窗板，并且仅使用通过该片窗板的光束。另外，还公开了一种共焦扫描仪，在该共焦扫描仪中，将光强度分布校正滤光器放置在准直透镜与片窗板之间，该准直透镜将从光纤末端发出的发散光变为平行光(例如参见JP-A-2001-228402)。该光强度分布校正滤光器使得具有高斯光强度分布的入射光中通过片窗板的片窗的光的强度分布平坦化，并且遮挡除通过片窗板的片窗的光之外的光。在按照这种方式校正光强度的配置中，可利用的光量小，因此为了充分照射样品，必须使用具有相应的大输出功率的光源。这样使得杂散光大幅增加。因此，该配置不适于处理微弱光的情况，例如荧光观察。相反，在不减少光量的情况下能够利用均匀强度的光照射样品的配置中，使用了光强度均匀化透镜(例如参见JP-A-11-95109)。图6是JP-A-11-95109中公开的共焦显微镜的图示。参照图6，准直透镜62将从点光源(例如光纤末端)61发出的光转变为平行光，光强度均匀化透镜63使平行光的强度分布均匀化，并且该均匀化的光通过片窗板64的片窗65入射到聚光盘66上。该点光源61位于准直透镜62的前侧焦点(焦距f)处。在聚光盘66中形成有多个微透镜(例如菲涅尔透镜)66a，并且在针孔盘67中以多行方式螺旋地形成多个针孔67a。聚光盘66与针孔盘67彼此连接，从而使得各针孔67a位于各微透镜66a的焦点位置处。微透镜66a使入射到聚光盘66上的激光会聚，继而通过分束器(未示出)会聚到针孔67a。物镜68使通过针孔67a的光会聚，继而照射到样品表面69上。从样品表面69返回的光再次通过物镜68和针孔盘67，继而由分束器(未示出)反射，接着经由成像透镜(未示出)入射到照相机(未示出)中。这样，在该照相机的图像接收表面上形成样品表面69的图像。在这种配置中，部件70使聚光盘66和针孔盘67一体旋转，并且多个针孔67a对样品表面69进行光学扫描(光栅扫描)，从而能够通过照相机观察到样品表面69的表面图像。光强度均匀化透镜63是这样的透镜即，保持从准直透镜62入射的入射光量并使入射光的强度均匀化的透镜(例如参见JP-A-11-258544)。光强度均匀化透镜63置于准直透镜62与片窗板64之间。入射到光强度均匀化透镜63中的入射光具有高斯光强度分布，因此入射光的强度在光轴附近最强，并且随着距光轴越远而变弱。在光强度均匀化透镜63中，将入射光密集的中央部分形成为扩散透镜(凹透镜)，以使平行光扩散，并且将入射光不密集的周边部分形成为使平行光会聚的会聚透镜(凸透镜)。光强度均匀化透镜63不遮挡高斯分布中光强度小的部分(透镜的周边部分)中的光，因此能够保持大约70到90％的入射光量，从而防止光量损失的发生。从光强度均匀化透镜63发出的光是平行光，在该平行光中的光强度分布基本上是均匀的。在另一种激光强度分布变换光学系统中，利用分别由两个透镜构成且具有正折射率的第一组和第二组(四个透镜/两组配置)的无焦光学系统，使作为平行光的发射光束的光强度分布平坦化，并且通过变焦而连续改变平坦分布区域的直径(例如参见JP-A-3-75612)。然而，在JP-A-11-95109公开的使光强度分布均匀化的配置中，使用了变换光强度分布的专用透镜，例如JP-A-11-258544中公开的透镜。因此，这种配置需要利用专用的模具生产，检查曲率的过程也需要工时，从而导致这种配置昂贵。此外，难以应对光源的NA(数值孔径)不同的情况以及难以改变输出光的直径。以上，将NA定义为NA＝nsinθ，其中n为折射率，θ为发散角。在JP-A-3-75612公开的光学系统中，使用了常用的球面透镜，但是四个透镜的配置是必须的。因此，这种配置对成本和空间产生了不利影响。
技术实现思路
考虑到上面的情况而提出本专利技术，并且本专利技术提供一种光强度分布校正光学系统，还提供一种利用该光学系统的光学显微镜，其中使来自光源的发散光的光强度分布均匀化，从而提高光的使用效率。此外，在该光分布校正光学系统中，容易吸收光源NA的差别，从而使得该光分布校正光学系统成本较低。在某些实施方案中，本专利技术的光学系统将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布，该光学系统包括第一透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率；第二透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有负折射率，在入射光方向上该第二透镜组位于第一透镜组之后；第三透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率，在入射光方向上该第三透镜组位于第二透镜组之后。在本专利技术的光学系统中，使得入射光准直，并且利用第一透镜组的球面像差、第二透镜组的球面像差和第三透镜组的球面像差将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布。在某些实施方案中，本专利技术的光学系统将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布，该入射光在平面的X方向和Y方向上具有不同的发散角，该光学系统包括第一透镜组，其包括至少一个柱面透镜，并且在发散角的较大发散角方向上具有正折射率，在垂直于该较大发散角方向的方向上没有折射率；以及第二透镜组，其包括至少一个柱面透镜，并且在发散角的较小发散角方向上具有正折射率，在垂直于该较小发散角方向的方向上没有折射率，在入射光方向上该第二透镜组位于第一透镜组之后。在本专利技术的光学系统中，使得入射光准直，并且利用第一透镜组的球面像差和第二透镜组的球面像差将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布。在本专利技术的光学系统中，第一透镜组和第二透镜组可以相互接触。在本专利技术的光学系统中，入射光可以为激光或自然光。在本专利技术的光学系统中，入射光的强度分布可以是高斯分布或艾里分布。在本专利技术的光学系统中，入射光可以是从点光源发出的，该点光源是光纤的发射端或者发光二极管。在本专利技术的光学系统中，在平面的X方向和Y方向上具有不同发散角的入射光可以是从点光源发出的，该点光源是激光二极管。在本专利技术的光学系统中，球面像差的量可以基本上等于或大于第一透镜组的焦距的40％。在某些实施方案中，在本专利技术的光学显微镜中，通过物镜利用来自光源的入射光照射样品的表面，该光学显微镜包括本专利技术的光学系统，其中，该光学系统使入射光准直，并且利用第一透镜组的球面像差和第二透镜组(以及第三透镜组)的球面像差将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布，从而将入射光入射到物镜上。本专利技术能够获得以下效果。根据本专利技术，可以实现这样一种光强度分布校正光学系统即，使来自光源的发散光的光强度分布均匀化，从而提高光的利用效率，并且容易地吸收光源NA的差别，这样使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将入射光的强度分布校正为平坦的强度分布的光学系统，所述光学系统包括：第一透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率；第二透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有负折射率，在入射光方向上所述第二透镜组位于所述第一透镜组之后； 以及第三透镜组，其包括至少一个透镜，并且具有正折射率，在入射光方向上所述第三透镜组位于所述第二透镜组之后。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田名纲健雄，杉山由美子，
申请(专利权)人：横河电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]