光源装置、走査型顕微鏡およびパルス光生成方法
【課題】観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことを可能とする。
【解決手段】パルスレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源４と、該レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を生成するパルス分割部５と、該パルス分割部５により生成される１以上のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の波面を異ならせる固定式の波面変換部６とを備える光源装置１を提供する。
【解決手段】パルスレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源４と、該レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を生成するパルス分割部５と、該パルス分割部５により生成される１以上のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の波面を異ならせる固定式の波面変換部６とを備える光源装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、走査型顕微鏡およびパルス光生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対物レンズを光軸方向に駆動することなく、標本中の光軸方向に異なる位置を観察することができる走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特許文献１の走査型顕微鏡は、複数の光源と、複数の照明光路と、複数の光検出手段とを備えることで、別個の照明光路から導いた光を標本中の光軸方向に異なる位置に同時に集光させるものである。
特許文献２の走査型顕微鏡は、照明光路の途中位置に配置した形状可変ミラーの形状を切り替えることにより、集光位置を光軸方向に移動させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５７２４６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、観察対象が生体のような散乱体である場合には、試料の屈折率の分布や揺らぎによって、各集光位置における励起光のスポット径が広がるため、複数の照明光路からの励起光を光軸方向に異なる位置に同時に集光させる特許文献１の走査型顕微鏡では、集光位置どうしが近接している場合には、一方の集光位置からの蛍光を検出する検出器に、他の集光位置からの蛍光も混入してしまい、鮮明な蛍光観察を行うことができないという不都合がある。
【０００５】
また、特許文献２の走査型顕微鏡では、形状可変ミラーの形状の切り替えによって、光軸方向に離れた各集光位置には、異なる時刻に励起光が入射されるため、特許文献１のような不都合はないものの、形状可変ミラーの形状の切り替えには時間がかかり、生体や生細胞のように短時間で経時変化する観察対象の光軸方向に異なる位置を観察する際の同時性を担保することができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことを可能とする光源装置、走査型顕微鏡およびパルス光生成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
本発明は、パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から発せられたパルスレーザ光から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割部と、該パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、レーザ光源から発せられたパルスレーザ光がパルス分割部に入射されると、パルス分割部において、時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が生成され、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。
【０００９】
すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。
【００１０】
上記発明においては、前記パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換してもよい。
このようにすることで、偏光調節部によって偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を波面変換部に入射させると、その偏光方向に応じて選択的に波面が変換されるので、時間間隔をあけたパルスレーザ光を、簡易に、光軸方向に異なる位置に集光させることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項２に記載の光源装置。
このようにすることで、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向と垂直な偏光方向とをそれぞれ異なるパルスレーザ光に付与することにより、パルスレーザ光における波面の変換の有無を容易かつ迅速に切り替えることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記パルス分割部が、前記レーザ光源から発せられたパルスレーザ光を分割して通過させる光路長の異なる２つの光路を備えていてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光を分割して異なる２つの光路を通過させるだけで、簡易に時間間隔をあけた２つのパルスレーザ光を生成することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、前記パルス分割部のいずれかの光路に配置されていてもよい。
このようにすることで、波面変換部が配置されている光路を通過させられたパルスレーザ光には波面変換が施され、波面変換部が配置されていない光路には波面変換が施されずに射出されるので、容易に、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスまたは形状可変ミラーを備えていてもよい。
このようにすることで、液晶デバイスのみならず形状可変ミラーによっても、簡易な構成で、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記パルス分割部と前記波面変換部とを備えるユニットを直列に複数備え、各前記ユニットにおける前記パルス分割部が、パルスレーザ光に異なる時間間隔を付与してもよい。
このようにすることで、全てのパルスレーザ光を時間的にずらすことができ、また、各パルスレーザ光の光軸方向の集光位置については、波面変換部ごとにずらしていくことができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記ユニット間に波長板が配置されていてもよい。
このようにすることで、一のユニットから射出されたパルスレーザ光の偏光状態を波長板によって調節して、次のユニットに入射させることができ、波長板の前後の波面変換部の相対角度を自由に設定することが可能となる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記パルス分割部により前記パルスレーザ光に付与される時間間隔ｔが、該パルス分割部の数ｎ、前記レーザ光源からのパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｒを用いて、以下の式により算出されてもよい。
ｔ＝１／（２ｎＲ）
このようにすることで、繰り返し周波数２ｎＲで時間多重されたパルスレーザ光の列を生成できる。さらに、それぞれのパルスレーザ光が観察対象に照射される際における集光位置も空間的に多重化することができる。
【００１８】
また、本発明は、時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、レーザ光源から発せられた時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。
【００２０】
上記発明においては、前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換してもよい。
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備えていてもよい。
【００２１】
また、本発明は、上記いずれかの光源装置と、該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡を提供する。
【００２２】
本発明によれば、光源装置から発せられた時間的に多重化されたパルスレーザ光が、スキャナによって走査され、対物レンズによって観察対象に照射されると、観察対象中の光軸方向に異なる位置にそれぞれ集光され、該観察対象からの光が対物レンズによって集光されて検出器により検出される。これにより、光軸方向に異なる複数点をほぼ同時に、相互に干渉させることなく観察することができる。
【００２３】
また、本発明は、パルスレーザ光を分割して、時間間隔を空けた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割ステップと、該パルス分割ステップにより生成された１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光ステップと、該偏光ステップにおいて偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を、その偏光方向に応じて選択的に波面を変換する波面変換部に入射させて、光軸方向の異なる位置に集光するように波面を変換する波面変換ステップとを含むパルス光生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置および走査型顕微鏡を示す模式図である。
【図２】図１の光源装置のパルス分割部により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図であり、（ａ）光路長差ＬＳの場合、（ｂ）光路長差ＬＳ＝ｃ／２Ｒの場合をそれぞれ示している。
【図３】図１の光源装置により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２箇所にパルスレーザ光が集光されている状態を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパルス光生成方法のフローチャートを示す図である。
【図５】図１の走査型顕微鏡により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上においてパルスレーザ光が走査されている状態を示す図である。
【図６】図１の光源装置により生成されるパルスレーザ光の変形例を示す図である。
【図７】図１の光源装置および走査型顕微鏡の変形例を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。
【図９】図８の光源装置における波面変換部において、光軸に直交する方向に焦点位置を異ならせるような波面を付与したパルスレーザ光が、対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上において走査されている状態を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。
【図１１】図１０の光源装置により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。
【図１２】図１１の変形例を示す図である。
【図１３】図１０の光源装置の変形例を示す模式図である。
【図１４】図１３の光源装置により生成された４種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の第１の実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡２は、図１に示されるように、本実施形態に係る光源装置１と、該光源装置１から射出されたパルスレーザ光によって標本（観察対象）Ａを観察する顕微鏡本体３とを備えている。
【００２７】
光源装置１は、パルスレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源４と、該レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を２つに分割して時間多重するパルス分割部５と、該パルス分割部５により分割されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうちの一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変換する波面変換部６とを備えている。
レーザ光源４は、繰り返し周波数Ｒで直線偏光のパルスレーザ光Ｌ１を発振するようになっている。
【００２８】
パルス分割部５は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１からパルスレーザ光Ｌ２を分割して、光路長の異なる２つの光路Ｃ１，Ｃ２に入射させるビームスプリッタ７と、該ビームスプリッタ７により分岐された一方の光路Ｃ２に配置されたλ／２板８と、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を合波する偏光ビームスプリッタ９とを備えている。
図１中、符号１０はミラーである。
【００２９】
λ／２板８は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して４５°傾けて配置されている。
例えば、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１が紙面に平行な偏光方向を有している場合、光路Ｃ２においては、パルスレーザ光Ｌ２の偏光方向は、λ／２板８によって紙面に垂直な偏光方向に変換される一方、他方の光路Ｃ１において、紙面に平行な偏光方向のままのパルスレーザ光Ｌ１が伝播されるようになっている。
【００３０】
これにより、偏光ビームスプリッタ９に到達した２つのパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９によって無駄なく透過または反射されて同一光路に合波されるようになっている。
パルス分割部５の２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路差ＬＳを有している。したがって、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過するパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２には、遅延時間ｔ＝Ｌ／ｃが付与される。ここで、ｃは光速である。
すなわち、パルス分割部５からは、図２（ａ）に示されるように、相互に直交する偏光方向を有し、かつ時間的に多重化されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が射出されることになる。
【００３１】
波面変換部６は、パルス分割部５から射出されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射して迂回させるプリズム１１と、該プリズム１１によって反射されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射し、その際に、一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調し、他方のパルスレーザ光Ｌ２には波面の変調を施さずに、プリズム１１に戻す反射型の液晶デバイス（ＬＣＯＳ：Liquid-Crystal on Silicon）１２とを備えている。液晶デバイス１２は、多くの画素に分かれていて、各画素毎にシリコン基板とこれに対向する透明基板との間に液晶分子を挟み込み、鏡面状のシリコン基板の背面に液晶に電圧を加えるための電極が形成された構造を有している。
【００３２】
液晶デバイス１２の液晶分子は、基板および一方のパルスレーザ光Ｌ１の偏光面に平行に配向しており、基板に形成された電極によって電圧を加えると、液晶分子が基板および他方のパルスレーザ光Ｌ２の偏光面に平行な軸を中心に回転する。そして、この液晶分子の回転に伴って、液晶分子の配向方向に偏光面を有するパルスレーザ光Ｌ１に対する液晶デバイス１２の屈折率分布も変化する。
【００３３】
液晶分子の回転角度は、印加電圧によって制御でき、画素毎に液晶デバイス１２への印加電圧を変化させると、液晶デバイス１２に屈折率分布をもたらすことができる。その結果、入射光に所望の位相分布を与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが一致したときに、入射光に位相分布を最も強く与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが直交したときには、入射光は変調されない。
【００３４】
つまり、液晶デバイス１２は、画素ごとに液晶分子への電圧を直接制御して入射光の位相を変えることによって、液晶分子の配向方向と一致した偏光方向の入射光に対して、自在に位相を変調することができるようになっている。
【００３５】
すなわち、パルス分割部５から交互に射出される偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の内、波面変換部６に備えられる液晶デバイス１２の液晶分子の配向方向と一致する偏光方向を有する一方のパルスレーザ光Ｌ１は、液晶デバイス１２によって波面を変調される一方、他方のパルスレーザ光Ｌ２は、液晶デバイス１２によって波面を変調されることなく反射される。したがって、顕微鏡本体３に対して、波面の変調されたパルスレーザ光Ｌ１’と、波面の変調されないパルスレーザ光Ｌ２とを交互に出力することができるようになっている。
【００３６】
ここで、液晶デバイス１２により一方のパルスレーザ光Ｌ１’に付与された波面の変調は、顕微鏡本体３の後述する対物レンズによる集光位置を、図３に示されるように、他方のパルスレーザ光Ｌ２の集光位置に対して光軸方向にずらすように行われる。例えば、他方のパルスレーザ光Ｌ２の波面が平面である場合に、一方のパルスレーザ光Ｌ１には、軸対称に微細な曲率を有する球面状の波面を有するように波面の変調が行われるようになっている。
【００３７】
顕微鏡本体３は、光源装置１から射出されたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をリレーする第１のリレー光学系１３および第２のリレー光学系１４と、これら第１および第２のリレー光学系１３，１４の間に配置され、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を２次元的に走査するスキャナ１５と、第２のリレー光学系１４によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を観察対象Ａに集光する対物レンズ１６と、該対物レンズ１６により集光された観察対象Ａにおいて発生した蛍光をパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２から分岐するダイクロイックミラー１７と、該ダイクロイックミラー１７によって分岐された蛍光を検出する光検出器１８とを備えている。
【００３８】
第１のリレー光学系１３によって波面変調部６の液晶デバイス１２とスキャナ１５とが光学的に共役な位置関係に配置され、第２のリレー光学系１４によってスキャナ１５と対物レンズ１６の瞳位置とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００３９】
このように構成された本実施形態に係る光源装置１を用いたパルス光生成方法について以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１がパルス分割部５に入射されると、図４に示されるように、ビームスプリッタ７によって２つの光路Ｃ１，Ｃ２に分岐される（分割ステップＳ１）。２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路長差ＬＳを有しているので、長い方の光路Ｃ２を通過したパルスレーザ光Ｌ２には光路長差ＬＳに応じた時間遅延が付与される。
【００４０】
光路Ｃ２には、λ／２板８が、入射するパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して高速軸を４５°傾斜させて配置されているので、λ／２板８を通過したパルスレーザ光Ｌ２は、他の光路Ｃ１を伝播してくるパルスレーザ光に対して偏光方向が直交する直線偏光となる（偏光ステップＳ２）。そして、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９で合波される。
【００４１】
すなわち、偏光ビームスプリッタ９で合波されることにより偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が時間多重される。そして、時間多重された２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が、波面変換部６の液晶デバイス１２に入射されると、液晶分子の配向方向に水平な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ１のみに波面の変調が施される（波面変換ステップＳ３）。液晶分子の配向方向に垂直な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ２については、波面の変調が施されることなくそのまま反射される。
これにより、１つのパルスレーザ光Ｌ１から、波面の異なる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させた状態で生成することができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る走査型顕微鏡２の作用について説明する。
上述したように本実施形態に係る光源装置１およびパルス光生成方法により生成された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が顕微鏡本体３に入射されると、第１のリレー光学系１３によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が、スキャナ１５によって２次元的に走査され、第２のリレーレンズ１４によってリレーされた後、対物レンズ１６によって観察対象Ａに集光される。
【００４３】
２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、一方が波面変調されているので、対物レンズ１６によって光軸方向に異なる位置に集光される。また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は時間多重されることにより微小時間間隔をあけているので、各集光位置への照射時刻はずれている。
【００４４】
したがって、光軸方向に異なる位置に微小時間間隔をあけてパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が集光されることにより、各集光位置において蛍光が微小時間間隔をあけて発生する。パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２に対応して発生した蛍光は、それぞれ、対物レンズ１６によって集光され、ダイクロイックミラー１７によって分岐され、光検出器１８によって検出される。
そして、各時刻において光検出器１８により検出された蛍光強度と、その時刻におけるスキャナ１５の走査位置の情報とを対応づけて記憶することにより、図５に示されるように、光軸方向に異なる位置に広がる２つの平面に沿う２次元的Ｐ１，Ｐ２な蛍光画像を取得することができる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法によれば、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重することにより、各パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が光軸方向に異なる位置に集光される時刻をずらすことができ、２つの位置において発生する蛍光を混合させることなく、別個に検出することができる。
【００４６】
また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を偏光方向に応じて生成することにより、液晶デバイス１２を固定式のものにすることができる。これにより、従来のように形状可変ミラーを切り替えて波面を切り替える場合と比較すると、十分に短い時間間隔で２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させることができる。
その結果、光軸方向に異なる位置の蛍光画像を相互に干渉させることなく、ほぼ同時に観察することができるという利点がある。
【００４７】
なお、本実施形態においては、パルス分割部５において付与する遅延時間ｔとして、ｔ＝１／２Ｒとなるような光路長差ＬＳを採用することが好ましい。すなわち、ＬＳ＝ｃ／２Ｒであることが好ましい。このようにすることで、図２（ｂ）に示されるように、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周波数Ｒの２倍の繰り返し周波数２Ｒで繰り返されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。
【００４８】
２つの集光位置から発生する蛍光を相互に混合させることなく検出可能な最短の遅延時間１／２Ｒを確保した上で、最短の繰り返し周期１／Ｒを選択することができ、これにより、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を最も効率的に利用することができるという利点がある。
【００４９】
また、本実施形態においては、レーザ光源４から発せられた隣接するパルスレーザ光Ｌ１の間に、光路Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ２を１つずつ多重化させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、光路Ｃ２により付与する遅延時間Ｌ／ｃをレーザ光源４から射出されたパルスレーザ光Ｌ１のｎ数個分の所要時間ｎ／Ｒより大きく設定することにより、パルス分割部５からは、最初のｎ個パルス群と次のｎ個のパルス群とで偏光方向を異ならせたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を射出することができる。
【００５０】
このようにすることで、同一種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を連続して照射することができ、蛍光の弱い観察対象を観察する場合においても明るい蛍光画像を取得することが可能となる。
また、遅延時間をｎ／Ｒに設定することにより、繰り返し周波数Ｒ／ｎで偏光方向の異なったパルスレーザ光がｎ個ずつ繰り返されるようなパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ９の後段に波面変換部６を配置して、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を切り替えることとしたが、これに代えて、図７に示されるように、波面変換部６をパルス分割部５のいずれか一方の光路Ｃ１，Ｃ２内に設置することにしてもよい（図７は、光路Ｃ１内に設置した場合を示している。）。この場合には、波面変換部６が設けられた光路Ｃ１を伝播する全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調することになる。
【００５２】
したがって、波面変換部６としては、偏光方向によって波面の変調の有無が異なる液晶デバイス１２を使用してもよいが、これに代えて、入射される全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調する形状可変ミラー、セグメントタイプのＭＥＭＳミラー（図示略）を採用してもよい。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置２０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る光源装置２０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係る光源装置２０は、図８に示されるように、パルス分割部５，２１と波面変換部６，２２とを備える２つのユニット２３，２４を直列に配置し、ユニット２３，２４間にλ／２板２５を配置したものである。
第１のユニット２３に備えられたパルス分割部５は、光路長差ＬＳ１を有する２つの光路Ｃ１，Ｃ２を備え、一方の光路Ｃ２を伝播するパルスレーザ光Ｌ２に遅延時間ｔ＝ＬＳ１／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部５は、第１の実施形態におけるパルス分割部５と同じである。
【００５５】
また、第１のユニット２３に備えられた波面変換部６の液晶デバイス１２は、入射されるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を異ならせる点において、第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス１２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１’と変調しないパルスレーザ光Ｌ２とが光軸方向に距離２ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。
【００５６】
また、第２のユニット２４に備えられたパルス分割部２１は、２つの偏光ビームスプリッタ２６，２７により、光路長差ＬＳ２を有する２つの光路Ｃ３，Ｃ４を形成し、一方の光路Ｃ４を伝播するパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４に遅延時間ｔ＝ＬＳ２／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部２１には、既に、相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が入射されるので、第１のユニット２３のパルス分割部５とは異なりλ／２板８は備えられていない。
【００５７】
第２のユニット２４の前後および内部にはレンズ２８〜３１が配置されて、リレー光学系が構成され、第１のユニット２３の波面変換部６の液晶デバイス１２と、第２のユニット２４の波面変換部２２の液晶デバイス３２とが光学的に共役な位置に配置されるようになっている。図中、符号３３はプリズム、符号３４はミラーである。
【００５８】
また、第２のユニット２４に備えられた波面変換部２２の液晶デバイス３２も、入射されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変換の有無を異ならせる点においては第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス３２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’と変調しないパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とが光軸方向に距離ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。
【００５９】
また、λ／２板２５は、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の内、一方のパルスレーザ光Ｌ１’の偏光方向に対して、２２．５°の角度をなす方向に、高速軸が配置されている。これにより、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向をいずれも４５°回転させて第２のユニット２４に入射させることができる。なお、λ／２板２５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向に対して４５°の角度をなして配置されたλ／４板を用いてもよい。
【００６０】
これにより、第２のユニット２４の偏光ビームスプリッタ２６の方向を第１のユニット２３のパルス分割部５における偏光ビームスプリッタ９に対して光軸回りに同一方向に配置しておいても、第１のユニット２３から射出されてくる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をそれぞれ等分割して、２つの光路Ｃ３，Ｃ４に分岐させることができる。
【００６１】
このように構成された本実施形態に係る光源装置２０の作用について、以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１は、第１のユニット２３を通過させられることにより、第１の実施形態に係る光源装置１と同様にして、時間多重されかつ一方のみに波面変調を施された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が生成される。このとき、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の時間間隔はｔ＝ＬＳ１／ｃである。また、一方の光路Ｃ１を通過したパルスレーザ光Ｌ１’には、光軸方向に距離２ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与される。
【００６２】
第１のユニット２３から射出された相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、λ／２板８によって４５°回転させられて第２のユニット２４に入射される。第２のユニット２４においては２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ２６によって２つの光路Ｃ３，Ｃ４に等分割され、一方の光路Ｃ４を伝播させられる間に遅延時間ＬＳ２／ｃが付与された２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４が生成される。
【００６３】
したがって、光路Ｃ３を伝播してきた遅延時間０、ＬＳ１／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２と、光路Ｃ４を伝播してきた遅延時間ＬＳ２／ｃ，（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とを含む４種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、偏光ビームスプリッタ２７によって合波される。
そして、これらのパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が波面変換部２２を通過することにより、一方の光路Ｃ３を通過した２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２には光軸方向に距離ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与されて、パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’となる。
【００６４】
この場合に、光路Ｃ２および光路Ｃ４を通過して最も長い遅延時間（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃが付与されたパルスレーザ光Ｌ４には、波面変換が施されないこととすると、このパルスレーザ光Ｌ４に対して、光路Ｃ１および光路Ｃ３を伝播した遅延時間０のパルスレーザ光Ｌ１”は第１、第２のユニット２３，２４の波面変換部６，２２によって距離２ｄ＋ｄ＝３ｄ、光路Ｃ１および光路Ｃ４を伝播した遅延時間ＬＳ２／ｃのパルスレーザ光Ｌ３は第１のユニット２３の波面変換部６のみによって距離２ｄ、光路Ｃ２および光路Ｃ３を伝播した遅延時間ＬＳ１／ｃのパルスレーザ光Ｌ２’は第２のユニット２４の波面変換部２２のみによって距離ｄだけ、それぞれ光軸方向に集光位置を異ならされる。
【００６５】
すなわち、本実施形態に係る光源装置２０によれば、顕微鏡本体３に導入して、光軸方向に距離ｄずつ異なる４つの平面内においてパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させ、深さの異なる４つの平面に沿う蛍光画像を取得することができる。また、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生した蛍光が相互に干渉することを防止することができ、鮮明な蛍光画像をほぼ同時に取得することができるという利点がある。
【００６６】
なお、この場合においては、パルス分割部５，２１の光路Ｃ１，Ｃ２の光路長差をＬＳ１＝ｃ／２Ｒ、光路Ｃ３，Ｃ４の光路長差をＬＳ２＝ｃ／４Ｒとすることにより、繰り返し周波数４Ｒの時間多重されたパルス列を生成することができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、一方のユニット２３の波面変換部６において付与する波面の変調を、集光位置を光軸に直交する方向にずらすような波面を与えることにしてもよい。
このようにすることで、図９に示されるように、光軸方向に間隔をあけた２平面Ｐ１，Ｐ２上において間隔をあけた２箇所にそれぞれパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させることができる。各平面Ｐ１，Ｐ２において光軸に直交する方向に異なる２箇所にパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４をほぼ同時に照射することにより、各平面Ｐ１，Ｐ２に沿う２次元的な蛍光画像の取得速度を向上することができる。
【００６８】
この場合においても、各パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生する蛍光が相互に混合されることがなく、近接した位置に集光させることができるとともに、鮮明な蛍光画像を取得することができるという利点がある。
また、ユニット２３，２４の数は２つに限定されるものではなく３以上の任意の数だけ設けてもよい。
【００６９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置４０について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る光源装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施形態に係る光源装置４０は、図１０に示されるように、第１の実施形態に係る光源装置１のパルス分割部５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を電気光学的にスイッチングするポッケルスセルのような偏光切替素子４１を採用している。偏光切替素子４１は、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の出力タイミングに同期させて１以上のパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えるようになっている。
【００７１】
このように構成された本実施形態に係る光源装置４０によれば、偏光切替素子４１により高速に切り替えられた偏光方向に応じて液晶デバイス１２によって選択的に波面を付与し、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を射出することができる。
図１１は、１パルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合、図１２はｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合をそれぞれ示している。ｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えることにより、蛍光の弱い観察対象を観察する場合でも、明るい蛍光画像を取得することができるという利点がある。
【００７２】
なお、本実施形態においては、図１３に示されるように、偏光切替素子４１と波面変換部６とを含む第１のユニット４２の他に、偏光切替素子４３と波面変換部２２とを含む第２のユニット４４を直列に配列することにしてもよい。
このようにすることで、２つのユニット４２，４４の波面変換部６，２２により、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変調を付与することができる。これにより、偏光切替素子４１，４３の動作状態の組み合わせによって、図１４に示されるように、レーザ光源４から出力されるパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周期Ｒで時間間隔をあけて、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を生成することができる。
【００７３】
なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態においては、液晶デバイス１２として反射型の液晶デバイスを用いることとしたが、これに限られるものではなく、透過型のものであっても上記各実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ 観察対象
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 光路
Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１”，Ｌ２，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４ パルスレーザ光
Ｓ１ 分割ステップ
Ｓ２ 偏光ステップ
Ｓ３ 波面変換ステップ
１，２０，４０ 光源装置
２ 走査型顕微鏡
４ レーザ光源
５，２１ パルス分割部
６，２２ 波面変換部
８ λ／２板（偏光調節部）
１２ 液晶デバイス
１５ スキャナ
１６ 対物レンズ
１８ 光検出器（検出器）
２３，２４ ユニット
２５ λ／２板（波長板）
４１，４３ 偏光切替素子（偏光調節部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、走査型顕微鏡およびパルス光生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対物レンズを光軸方向に駆動することなく、標本中の光軸方向に異なる位置を観察することができる走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特許文献１の走査型顕微鏡は、複数の光源と、複数の照明光路と、複数の光検出手段とを備えることで、別個の照明光路から導いた光を標本中の光軸方向に異なる位置に同時に集光させるものである。
特許文献２の走査型顕微鏡は、照明光路の途中位置に配置した形状可変ミラーの形状を切り替えることにより、集光位置を光軸方向に移動させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５７２４６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、観察対象が生体のような散乱体である場合には、試料の屈折率の分布や揺らぎによって、各集光位置における励起光のスポット径が広がるため、複数の照明光路からの励起光を光軸方向に異なる位置に同時に集光させる特許文献１の走査型顕微鏡では、集光位置どうしが近接している場合には、一方の集光位置からの蛍光を検出する検出器に、他の集光位置からの蛍光も混入してしまい、鮮明な蛍光観察を行うことができないという不都合がある。
【０００５】
また、特許文献２の走査型顕微鏡では、形状可変ミラーの形状の切り替えによって、光軸方向に離れた各集光位置には、異なる時刻に励起光が入射されるため、特許文献１のような不都合はないものの、形状可変ミラーの形状の切り替えには時間がかかり、生体や生細胞のように短時間で経時変化する観察対象の光軸方向に異なる位置を観察する際の同時性を担保することができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことを可能とする光源装置、走査型顕微鏡およびパルス光生成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
本発明は、パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から発せられたパルスレーザ光から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割部と、該パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、レーザ光源から発せられたパルスレーザ光がパルス分割部に入射されると、パルス分割部において、時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が生成され、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。
【０００９】
すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。
【００１０】
上記発明においては、前記パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換してもよい。
このようにすることで、偏光調節部によって偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を波面変換部に入射させると、その偏光方向に応じて選択的に波面が変換されるので、時間間隔をあけたパルスレーザ光を、簡易に、光軸方向に異なる位置に集光させることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項２に記載の光源装置。
このようにすることで、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向と垂直な偏光方向とをそれぞれ異なるパルスレーザ光に付与することにより、パルスレーザ光における波面の変換の有無を容易かつ迅速に切り替えることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記パルス分割部が、前記レーザ光源から発せられたパルスレーザ光を分割して通過させる光路長の異なる２つの光路を備えていてもよい。
このようにすることで、パルスレーザ光を分割して異なる２つの光路を通過させるだけで、簡易に時間間隔をあけた２つのパルスレーザ光を生成することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、前記パルス分割部のいずれかの光路に配置されていてもよい。
このようにすることで、波面変換部が配置されている光路を通過させられたパルスレーザ光には波面変換が施され、波面変換部が配置されていない光路には波面変換が施されずに射出されるので、容易に、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスまたは形状可変ミラーを備えていてもよい。
このようにすることで、液晶デバイスのみならず形状可変ミラーによっても、簡易な構成で、光軸方向に異なる位置に集光可能な複数のパルスレーザ光を射出することができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記パルス分割部と前記波面変換部とを備えるユニットを直列に複数備え、各前記ユニットにおける前記パルス分割部が、パルスレーザ光に異なる時間間隔を付与してもよい。
このようにすることで、全てのパルスレーザ光を時間的にずらすことができ、また、各パルスレーザ光の光軸方向の集光位置については、波面変換部ごとにずらしていくことができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記ユニット間に波長板が配置されていてもよい。
このようにすることで、一のユニットから射出されたパルスレーザ光の偏光状態を波長板によって調節して、次のユニットに入射させることができ、波長板の前後の波面変換部の相対角度を自由に設定することが可能となる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記パルス分割部により前記パルスレーザ光に付与される時間間隔ｔが、該パルス分割部の数ｎ、前記レーザ光源からのパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｒを用いて、以下の式により算出されてもよい。
ｔ＝１／（２ｎＲ）
このようにすることで、繰り返し周波数２ｎＲで時間多重されたパルスレーザ光の列を生成できる。さらに、それぞれのパルスレーザ光が観察対象に照射される際における集光位置も空間的に多重化することができる。
【００１８】
また、本発明は、時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、レーザ光源から発せられた時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光が、固定式の波面変換部によって、その１以上のパルスレーザ光毎に波面が異ならされる。これにより、異なる波面を付与されたパルスレーザ光は、光軸方向に異なる位置に集光するようになる。すなわち、このようにして生成された複数のパルスレーザ光を、観察対象に照射することにより、異なる光軸方向位置に異なる時間にパルスレーザ光を集光させ、これをそれぞれ検出することにより、生体試料のような散乱体からなる観察対象であっても、相互に干渉することなく光軸方向の近接した異なる位置を鮮明に観察することができる。パルスレーザ光の時間間隔は、観察対象において発生する光の寿命より若干長くすれば足り、十分に短く設定することができる。したがって、光軸方向に異なる位置を略同時に、かつ、鮮明に観察することが可能となる。
【００２０】
上記発明においては、前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換してもよい。
また、上記発明においては、前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備えていてもよい。
【００２１】
また、本発明は、上記いずれかの光源装置と、該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡を提供する。
【００２２】
本発明によれば、光源装置から発せられた時間的に多重化されたパルスレーザ光が、スキャナによって走査され、対物レンズによって観察対象に照射されると、観察対象中の光軸方向に異なる位置にそれぞれ集光され、該観察対象からの光が対物レンズによって集光されて検出器により検出される。これにより、光軸方向に異なる複数点をほぼ同時に、相互に干渉させることなく観察することができる。
【００２３】
また、本発明は、パルスレーザ光を分割して、時間間隔を空けた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割ステップと、該パルス分割ステップにより生成された１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光ステップと、該偏光ステップにおいて偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を、その偏光方向に応じて選択的に波面を変換する波面変換部に入射させて、光軸方向の異なる位置に集光するように波面を変換する波面変換ステップとを含むパルス光生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、観察対象の光軸方向に異なる複数点の観察を同時性を維持しつつ鮮明に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源装置および走査型顕微鏡を示す模式図である。
【図２】図１の光源装置のパルス分割部により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図であり、（ａ）光路長差ＬＳの場合、（ｂ）光路長差ＬＳ＝ｃ／２Ｒの場合をそれぞれ示している。
【図３】図１の光源装置により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２箇所にパルスレーザ光が集光されている状態を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパルス光生成方法のフローチャートを示す図である。
【図５】図１の走査型顕微鏡により対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上においてパルスレーザ光が走査されている状態を示す図である。
【図６】図１の光源装置により生成されるパルスレーザ光の変形例を示す図である。
【図７】図１の光源装置および走査型顕微鏡の変形例を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。
【図９】図８の光源装置における波面変換部において、光軸に直交する方向に焦点位置を異ならせるような波面を付与したパルスレーザ光が、対物レンズの光軸方向に間隔をあけた２平面上において走査されている状態を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光源装置を示す模式図である。
【図１１】図１０の光源装置により生成された２種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。
【図１２】図１１の変形例を示す図である。
【図１３】図１０の光源装置の変形例を示す模式図である。
【図１４】図１３の光源装置により生成された４種類のパルスレーザ光のパルス列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の第１の実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡２は、図１に示されるように、本実施形態に係る光源装置１と、該光源装置１から射出されたパルスレーザ光によって標本（観察対象）Ａを観察する顕微鏡本体３とを備えている。
【００２７】
光源装置１は、パルスレーザ光Ｌ１を発生するレーザ光源４と、該レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を２つに分割して時間多重するパルス分割部５と、該パルス分割部５により分割されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうちの一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変換する波面変換部６とを備えている。
レーザ光源４は、繰り返し周波数Ｒで直線偏光のパルスレーザ光Ｌ１を発振するようになっている。
【００２８】
パルス分割部５は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１からパルスレーザ光Ｌ２を分割して、光路長の異なる２つの光路Ｃ１，Ｃ２に入射させるビームスプリッタ７と、該ビームスプリッタ７により分岐された一方の光路Ｃ２に配置されたλ／２板８と、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を合波する偏光ビームスプリッタ９とを備えている。
図１中、符号１０はミラーである。
【００２９】
λ／２板８は、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して４５°傾けて配置されている。
例えば、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１が紙面に平行な偏光方向を有している場合、光路Ｃ２においては、パルスレーザ光Ｌ２の偏光方向は、λ／２板８によって紙面に垂直な偏光方向に変換される一方、他方の光路Ｃ１において、紙面に平行な偏光方向のままのパルスレーザ光Ｌ１が伝播されるようになっている。
【００３０】
これにより、偏光ビームスプリッタ９に到達した２つのパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９によって無駄なく透過または反射されて同一光路に合波されるようになっている。
パルス分割部５の２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路差ＬＳを有している。したがって、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を通過するパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２には、遅延時間ｔ＝Ｌ／ｃが付与される。ここで、ｃは光速である。
すなわち、パルス分割部５からは、図２（ａ）に示されるように、相互に直交する偏光方向を有し、かつ時間的に多重化されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が射出されることになる。
【００３１】
波面変換部６は、パルス分割部５から射出されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射して迂回させるプリズム１１と、該プリズム１１によって反射されたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を反射し、その際に、一方のパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調し、他方のパルスレーザ光Ｌ２には波面の変調を施さずに、プリズム１１に戻す反射型の液晶デバイス（ＬＣＯＳ：Liquid-Crystal on Silicon）１２とを備えている。液晶デバイス１２は、多くの画素に分かれていて、各画素毎にシリコン基板とこれに対向する透明基板との間に液晶分子を挟み込み、鏡面状のシリコン基板の背面に液晶に電圧を加えるための電極が形成された構造を有している。
【００３２】
液晶デバイス１２の液晶分子は、基板および一方のパルスレーザ光Ｌ１の偏光面に平行に配向しており、基板に形成された電極によって電圧を加えると、液晶分子が基板および他方のパルスレーザ光Ｌ２の偏光面に平行な軸を中心に回転する。そして、この液晶分子の回転に伴って、液晶分子の配向方向に偏光面を有するパルスレーザ光Ｌ１に対する液晶デバイス１２の屈折率分布も変化する。
【００３３】
液晶分子の回転角度は、印加電圧によって制御でき、画素毎に液晶デバイス１２への印加電圧を変化させると、液晶デバイス１２に屈折率分布をもたらすことができる。その結果、入射光に所望の位相分布を与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが一致したときに、入射光に位相分布を最も強く与えることができる。また、入射光の偏光方向と液晶分子の配向方向とが直交したときには、入射光は変調されない。
【００３４】
つまり、液晶デバイス１２は、画素ごとに液晶分子への電圧を直接制御して入射光の位相を変えることによって、液晶分子の配向方向と一致した偏光方向の入射光に対して、自在に位相を変調することができるようになっている。
【００３５】
すなわち、パルス分割部５から交互に射出される偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の内、波面変換部６に備えられる液晶デバイス１２の液晶分子の配向方向と一致する偏光方向を有する一方のパルスレーザ光Ｌ１は、液晶デバイス１２によって波面を変調される一方、他方のパルスレーザ光Ｌ２は、液晶デバイス１２によって波面を変調されることなく反射される。したがって、顕微鏡本体３に対して、波面の変調されたパルスレーザ光Ｌ１’と、波面の変調されないパルスレーザ光Ｌ２とを交互に出力することができるようになっている。
【００３６】
ここで、液晶デバイス１２により一方のパルスレーザ光Ｌ１’に付与された波面の変調は、顕微鏡本体３の後述する対物レンズによる集光位置を、図３に示されるように、他方のパルスレーザ光Ｌ２の集光位置に対して光軸方向にずらすように行われる。例えば、他方のパルスレーザ光Ｌ２の波面が平面である場合に、一方のパルスレーザ光Ｌ１には、軸対称に微細な曲率を有する球面状の波面を有するように波面の変調が行われるようになっている。
【００３７】
顕微鏡本体３は、光源装置１から射出されたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をリレーする第１のリレー光学系１３および第２のリレー光学系１４と、これら第１および第２のリレー光学系１３，１４の間に配置され、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を２次元的に走査するスキャナ１５と、第２のリレー光学系１４によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を観察対象Ａに集光する対物レンズ１６と、該対物レンズ１６により集光された観察対象Ａにおいて発生した蛍光をパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２から分岐するダイクロイックミラー１７と、該ダイクロイックミラー１７によって分岐された蛍光を検出する光検出器１８とを備えている。
【００３８】
第１のリレー光学系１３によって波面変調部６の液晶デバイス１２とスキャナ１５とが光学的に共役な位置関係に配置され、第２のリレー光学系１４によってスキャナ１５と対物レンズ１６の瞳位置とが光学的に共役な位置に配置されている。
【００３９】
このように構成された本実施形態に係る光源装置１を用いたパルス光生成方法について以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１がパルス分割部５に入射されると、図４に示されるように、ビームスプリッタ７によって２つの光路Ｃ１，Ｃ２に分岐される（分割ステップＳ１）。２つの光路Ｃ１，Ｃ２は光路長差ＬＳを有しているので、長い方の光路Ｃ２を通過したパルスレーザ光Ｌ２には光路長差ＬＳに応じた時間遅延が付与される。
【００４０】
光路Ｃ２には、λ／２板８が、入射するパルスレーザ光Ｌ１の偏光方向に対して高速軸を４５°傾斜させて配置されているので、λ／２板８を通過したパルスレーザ光Ｌ２は、他の光路Ｃ１を伝播してくるパルスレーザ光に対して偏光方向が直交する直線偏光となる（偏光ステップＳ２）。そして、２つの光路Ｃ１，Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ９で合波される。
【００４１】
すなわち、偏光ビームスプリッタ９で合波されることにより偏光方向の直交する２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が時間多重される。そして、時間多重された２種類のパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２が、波面変換部６の液晶デバイス１２に入射されると、液晶分子の配向方向に水平な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ１のみに波面の変調が施される（波面変換ステップＳ３）。液晶分子の配向方向に垂直な偏光方向を有するパルスレーザ光Ｌ２については、波面の変調が施されることなくそのまま反射される。
これにより、１つのパルスレーザ光Ｌ１から、波面の異なる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させた状態で生成することができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る走査型顕微鏡２の作用について説明する。
上述したように本実施形態に係る光源装置１およびパルス光生成方法により生成された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が顕微鏡本体３に入射されると、第１のリレー光学系１３によってリレーされたパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が、スキャナ１５によって２次元的に走査され、第２のリレーレンズ１４によってリレーされた後、対物レンズ１６によって観察対象Ａに集光される。
【００４３】
２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、一方が波面変調されているので、対物レンズ１６によって光軸方向に異なる位置に集光される。また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は時間多重されることにより微小時間間隔をあけているので、各集光位置への照射時刻はずれている。
【００４４】
したがって、光軸方向に異なる位置に微小時間間隔をあけてパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が集光されることにより、各集光位置において蛍光が微小時間間隔をあけて発生する。パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２に対応して発生した蛍光は、それぞれ、対物レンズ１６によって集光され、ダイクロイックミラー１７によって分岐され、光検出器１８によって検出される。
そして、各時刻において光検出器１８により検出された蛍光強度と、その時刻におけるスキャナ１５の走査位置の情報とを対応づけて記憶することにより、図５に示されるように、光軸方向に異なる位置に広がる２つの平面に沿う２次元的Ｐ１，Ｐ２な蛍光画像を取得することができる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る光源装置１、走査型顕微鏡２およびパルス光生成方法によれば、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重することにより、各パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が光軸方向に異なる位置に集光される時刻をずらすことができ、２つの位置において発生する蛍光を混合させることなく、別個に検出することができる。
【００４６】
また、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を偏光方向に応じて生成することにより、液晶デバイス１２を固定式のものにすることができる。これにより、従来のように形状可変ミラーを切り替えて波面を切り替える場合と比較すると、十分に短い時間間隔で２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を時間多重させることができる。
その結果、光軸方向に異なる位置の蛍光画像を相互に干渉させることなく、ほぼ同時に観察することができるという利点がある。
【００４７】
なお、本実施形態においては、パルス分割部５において付与する遅延時間ｔとして、ｔ＝１／２Ｒとなるような光路長差ＬＳを採用することが好ましい。すなわち、ＬＳ＝ｃ／２Ｒであることが好ましい。このようにすることで、図２（ｂ）に示されるように、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周波数Ｒの２倍の繰り返し周波数２Ｒで繰り返されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。
【００４８】
２つの集光位置から発生する蛍光を相互に混合させることなく検出可能な最短の遅延時間１／２Ｒを確保した上で、最短の繰り返し周期１／Ｒを選択することができ、これにより、レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１を最も効率的に利用することができるという利点がある。
【００４９】
また、本実施形態においては、レーザ光源４から発せられた隣接するパルスレーザ光Ｌ１の間に、光路Ｃ２を伝播してきたパルスレーザ光Ｌ２を１つずつ多重化させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、光路Ｃ２により付与する遅延時間Ｌ／ｃをレーザ光源４から射出されたパルスレーザ光Ｌ１のｎ数個分の所要時間ｎ／Ｒより大きく設定することにより、パルス分割部５からは、最初のｎ個パルス群と次のｎ個のパルス群とで偏光方向を異ならせたパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２を射出することができる。
【００５０】
このようにすることで、同一種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を連続して照射することができ、蛍光の弱い観察対象を観察する場合においても明るい蛍光画像を取得することが可能となる。
また、遅延時間をｎ／Ｒに設定することにより、繰り返し周波数Ｒ／ｎで偏光方向の異なったパルスレーザ光がｎ個ずつ繰り返されるようなパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を生成することができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、偏光ビームスプリッタ９の後段に波面変換部６を配置して、パルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を切り替えることとしたが、これに代えて、図７に示されるように、波面変換部６をパルス分割部５のいずれか一方の光路Ｃ１，Ｃ２内に設置することにしてもよい（図７は、光路Ｃ１内に設置した場合を示している。）。この場合には、波面変換部６が設けられた光路Ｃ１を伝播する全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調することになる。
【００５２】
したがって、波面変換部６としては、偏光方向によって波面の変調の有無が異なる液晶デバイス１２を使用してもよいが、これに代えて、入射される全てのパルスレーザ光Ｌ１の波面を変調する形状可変ミラー、セグメントタイプのＭＥＭＳミラー（図示略）を採用してもよい。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置２０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る光源装置２０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係る光源装置２０は、図８に示されるように、パルス分割部５，２１と波面変換部６，２２とを備える２つのユニット２３，２４を直列に配置し、ユニット２３，２４間にλ／２板２５を配置したものである。
第１のユニット２３に備えられたパルス分割部５は、光路長差ＬＳ１を有する２つの光路Ｃ１，Ｃ２を備え、一方の光路Ｃ２を伝播するパルスレーザ光Ｌ２に遅延時間ｔ＝ＬＳ１／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部５は、第１の実施形態におけるパルス分割部５と同じである。
【００５５】
また、第１のユニット２３に備えられた波面変換部６の液晶デバイス１２は、入射されるパルスレーザ光Ｌ１，Ｌ２の偏光方向に応じて波面の変調の有無を異ならせる点において、第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス１２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１’と変調しないパルスレーザ光Ｌ２とが光軸方向に距離２ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。
【００５６】
また、第２のユニット２４に備えられたパルス分割部２１は、２つの偏光ビームスプリッタ２６，２７により、光路長差ＬＳ２を有する２つの光路Ｃ３，Ｃ４を形成し、一方の光路Ｃ４を伝播するパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４に遅延時間ｔ＝ＬＳ２／ｃを付与するようになっている。このパルス分割部２１には、既に、相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が入射されるので、第１のユニット２３のパルス分割部５とは異なりλ／２板８は備えられていない。
【００５７】
第２のユニット２４の前後および内部にはレンズ２８〜３１が配置されて、リレー光学系が構成され、第１のユニット２３の波面変換部６の液晶デバイス１２と、第２のユニット２４の波面変換部２２の液晶デバイス３２とが光学的に共役な位置に配置されるようになっている。図中、符号３３はプリズム、符号３４はミラーである。
【００５８】
また、第２のユニット２４に備えられた波面変換部２２の液晶デバイス３２も、入射されるパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変換の有無を異ならせる点においては第１の実施形態に係る光源装置１の液晶デバイス１２と同様である。この液晶デバイス３２は、波面を変調したパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’と変調しないパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とが光軸方向に距離ｄだけずれた位置に集光されるような波面を付与するようになっている。
【００５９】
また、λ／２板２５は、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の内、一方のパルスレーザ光Ｌ１’の偏光方向に対して、２２．５°の角度をなす方向に、高速軸が配置されている。これにより、第１のユニット２３の波面変換部６から射出される２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向をいずれも４５°回転させて第２のユニット２４に入射させることができる。なお、λ／２板２５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の偏光方向に対して４５°の角度をなして配置されたλ／４板を用いてもよい。
【００６０】
これにより、第２のユニット２４の偏光ビームスプリッタ２６の方向を第１のユニット２３のパルス分割部５における偏光ビームスプリッタ９に対して光軸回りに同一方向に配置しておいても、第１のユニット２３から射出されてくる２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２をそれぞれ等分割して、２つの光路Ｃ３，Ｃ４に分岐させることができる。
【００６１】
このように構成された本実施形態に係る光源装置２０の作用について、以下に説明する。
レーザ光源４から発せられたパルスレーザ光Ｌ１は、第１のユニット２３を通過させられることにより、第１の実施形態に係る光源装置１と同様にして、時間多重されかつ一方のみに波面変調を施された２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２が生成される。このとき、２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２の時間間隔はｔ＝ＬＳ１／ｃである。また、一方の光路Ｃ１を通過したパルスレーザ光Ｌ１’には、光軸方向に距離２ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与される。
【００６２】
第１のユニット２３から射出された相互に直交する偏光方向を有する２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、λ／２板８によって４５°回転させられて第２のユニット２４に入射される。第２のユニット２４においては２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ２６によって２つの光路Ｃ３，Ｃ４に等分割され、一方の光路Ｃ４を伝播させられる間に遅延時間ＬＳ２／ｃが付与された２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４が生成される。
【００６３】
したがって、光路Ｃ３を伝播してきた遅延時間０、ＬＳ１／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２と、光路Ｃ４を伝播してきた遅延時間ＬＳ２／ｃ，（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃの２種類のパルスレーザ光Ｌ３，Ｌ４とを含む４種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、偏光ビームスプリッタ２７によって合波される。
そして、これらのパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が波面変換部２２を通過することにより、一方の光路Ｃ３を通過した２種類のパルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２には光軸方向に距離ｄだけ集光位置を異ならせるような波面が付与されて、パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’となる。
【００６４】
この場合に、光路Ｃ２および光路Ｃ４を通過して最も長い遅延時間（ＬＳ１＋ＬＳ２）／ｃが付与されたパルスレーザ光Ｌ４には、波面変換が施されないこととすると、このパルスレーザ光Ｌ４に対して、光路Ｃ１および光路Ｃ３を伝播した遅延時間０のパルスレーザ光Ｌ１”は第１、第２のユニット２３，２４の波面変換部６，２２によって距離２ｄ＋ｄ＝３ｄ、光路Ｃ１および光路Ｃ４を伝播した遅延時間ＬＳ２／ｃのパルスレーザ光Ｌ３は第１のユニット２３の波面変換部６のみによって距離２ｄ、光路Ｃ２および光路Ｃ３を伝播した遅延時間ＬＳ１／ｃのパルスレーザ光Ｌ２’は第２のユニット２４の波面変換部２２のみによって距離ｄだけ、それぞれ光軸方向に集光位置を異ならされる。
【００６５】
すなわち、本実施形態に係る光源装置２０によれば、顕微鏡本体３に導入して、光軸方向に距離ｄずつ異なる４つの平面内においてパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させ、深さの異なる４つの平面に沿う蛍光画像を取得することができる。また、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生した蛍光が相互に干渉することを防止することができ、鮮明な蛍光画像をほぼ同時に取得することができるという利点がある。
【００６６】
なお、この場合においては、パルス分割部５，２１の光路Ｃ１，Ｃ２の光路長差をＬＳ１＝ｃ／２Ｒ、光路Ｃ３，Ｃ４の光路長差をＬＳ２＝ｃ／４Ｒとすることにより、繰り返し周波数４Ｒの時間多重されたパルス列を生成することができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、一方のユニット２３の波面変換部６において付与する波面の変調を、集光位置を光軸に直交する方向にずらすような波面を与えることにしてもよい。
このようにすることで、図９に示されるように、光軸方向に間隔をあけた２平面Ｐ１，Ｐ２上において間隔をあけた２箇所にそれぞれパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を集光させることができる。各平面Ｐ１，Ｐ２において光軸に直交する方向に異なる２箇所にパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４をほぼ同時に照射することにより、各平面Ｐ１，Ｐ２に沿う２次元的な蛍光画像の取得速度を向上することができる。
【００６８】
この場合においても、各パルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４は時間多重されているので、各集光位置において発生する蛍光が相互に混合されることがなく、近接した位置に集光させることができるとともに、鮮明な蛍光画像を取得することができるという利点がある。
また、ユニット２３，２４の数は２つに限定されるものではなく３以上の任意の数だけ設けてもよい。
【００６９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置４０について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る光源装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施形態に係る光源装置４０は、図１０に示されるように、第１の実施形態に係る光源装置１のパルス分割部５に代えて、パルスレーザ光Ｌ１の偏光方向を電気光学的にスイッチングするポッケルスセルのような偏光切替素子４１を採用している。偏光切替素子４１は、レーザ光源４からのパルスレーザ光Ｌ１の出力タイミングに同期させて１以上のパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えるようになっている。
【００７１】
このように構成された本実施形態に係る光源装置４０によれば、偏光切替素子４１により高速に切り替えられた偏光方向に応じて液晶デバイス１２によって選択的に波面を付与し、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２を射出することができる。
図１１は、１パルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合、図１２はｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えた場合をそれぞれ示している。ｎパルスレーザ光Ｌ１毎に偏光方向を切り替えることにより、蛍光の弱い観察対象を観察する場合でも、明るい蛍光画像を取得することができるという利点がある。
【００７２】
なお、本実施形態においては、図１３に示されるように、偏光切替素子４１と波面変換部６とを含む第１のユニット４２の他に、偏光切替素子４３と波面変換部２２とを含む第２のユニット４４を直列に配列することにしてもよい。
このようにすることで、２つのユニット４２，４４の波面変換部６，２２により、パルスレーザ光Ｌ１’，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の偏光方向に応じて波面の変調を付与することができる。これにより、偏光切替素子４１，４３の動作状態の組み合わせによって、図１４に示されるように、レーザ光源４から出力されるパルスレーザ光Ｌ１の繰り返し周期Ｒで時間間隔をあけて、４種類のパルスレーザ光Ｌ１”，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４を生成することができる。
【００７３】
なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態においては、液晶デバイス１２として反射型の液晶デバイスを用いることとしたが、これに限られるものではなく、透過型のものであっても上記各実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ 観察対象
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 光路
Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１”，Ｌ２，Ｌ２’，Ｌ３，Ｌ４ パルスレーザ光
Ｓ１ 分割ステップ
Ｓ２ 偏光ステップ
Ｓ３ 波面変換ステップ
１，２０，４０ 光源装置
２ 走査型顕微鏡
４ レーザ光源
５，２１ パルス分割部
６，２２ 波面変換部
８ λ／２板（偏光調節部）
１２ 液晶デバイス
１５ スキャナ
１６ 対物レンズ
１８ 光検出器（検出器）
２３，２４ ユニット
２５ λ／２板（波長板）
４１，４３ 偏光切替素子（偏光調節部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられたパルスレーザ光から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割部と、
該パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置。
【請求項２】
前記パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、
前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記パルス分割部が、前記レーザ光源から発せられたパルスレーザ光を分割して通過させる光路長の異なる２つの光路を備える請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記波面変換部が、前記パルス分割部のいずれかの光路に配置されている請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスまたは形状可変ミラーを備える請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記パルス分割部と前記波面変換部とを備えるユニットを直列に複数備え、各前記ユニットにおける前記パルス分割部が、パルスレーザ光に異なる時間間隔を付与する請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記ユニット間に波長板が配置されている請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記パルス分割部により前記パルスレーザ光に付与される時間間隔ｔが、該パルス分割部の数ｎ、前記レーザ光源からのパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｒを用いて、以下の式により算出される請求項１から請求項８のいずれかに記載の光源装置。
ｔ＝１／（２Ｒ×２ｎ−１）
【請求項１０】
時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、
前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置と、
該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、
該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、
前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡。
【請求項１４】
パルスレーザ光を分割して、時間間隔を空けた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割ステップと、
該パルス分割ステップにより生成された１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光ステップと、
該偏光ステップにおいて偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を、その偏光方向に応じて選択的に波面を変換する波面変換部に入射させて、光軸方向の異なる位置に集光するように波面を変換する波面変換ステップとを含むパルス光生成方法。
【請求項１】
パルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられたパルスレーザ光から時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割部と、
該パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置。
【請求項２】
前記パルス分割部により生成される１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、
前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記パルス分割部が、前記レーザ光源から発せられたパルスレーザ光を分割して通過させる光路長の異なる２つの光路を備える請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記波面変換部が、前記パルス分割部のいずれかの光路に配置されている請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスまたは形状可変ミラーを備える請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記パルス分割部と前記波面変換部とを備えるユニットを直列に複数備え、各前記ユニットにおける前記パルス分割部が、パルスレーザ光に異なる時間間隔を付与する請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記ユニット間に波長板が配置されている請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記パルス分割部により前記パルスレーザ光に付与される時間間隔ｔが、該パルス分割部の数ｎ、前記レーザ光源からのパルスレーザ光の繰り返し周波数Ｒを用いて、以下の式により算出される請求項１から請求項８のいずれかに記載の光源装置。
ｔ＝１／（２Ｒ×２ｎ−１）
【請求項１０】
時間間隔をあけた複数のパルスレーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、光軸方向に異なる位置に集光するように、該パルスレーザ光の波面を異ならせる固定式の波面変換部とを備える光源装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源から発せられた１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光調節部を備え、
前記波面変換部が、前記パルスレーザ光の偏光方向に応じて選択的に波面を変換する請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記波面変換部が、液晶分子の配向方向に平行な偏光方向を有するパルスレーザ光の波面を変換する液晶デバイスを備える請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置と、
該光源装置から射出されたパルスレーザ光を観察対象上で走査するスキャナと、
該スキャナにより走査されたパルスレーザ光を前記観察対象上に集光し、観察対象からの光を集光する対物レンズと、
前記観察対象からの光を検出する検出器とを備える走査型顕微鏡。
【請求項１４】
パルスレーザ光を分割して、時間間隔を空けた複数のパルスレーザ光を生成するパルス分割ステップと、
該パルス分割ステップにより生成された１以上のパルスレーザ光毎に、該パルスレーザ光の偏光方向を異ならせる偏光ステップと、
該偏光ステップにおいて偏光方向を異ならされたパルスレーザ光を、その偏光方向に応じて選択的に波面を変換する波面変換部に入射させて、光軸方向の異なる位置に集光するように波面を変換する波面変換ステップとを含むパルス光生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１９７６０９（Ｐ２０１１−１９７６０９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６７４０８（Ｐ２０１０−６７４０８）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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