観察装置
【課題】試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに行うことができる観察装置を提供する。
【解決手段】観察装置１は、電気光学結晶６と、試料Ａに向けてテラヘルツ波Ｌ２を照射し、試料Ａを透過するテラヘルツ波Ｌ２を電気光学結晶６に結像させるテラヘルツ波照射光学系４と、電気光学結晶６に向けて近赤外光Ｌ１を照射する近赤外光照射光学系５と、電気光学結晶６を透過することによって状態変化した近赤外光Ｌ１を検出する近赤外光検出系７と、励起光Ｌ３の照射により試料Ａで発生した蛍光を検出する蛍光検出光学系９とを備える。テラヘルツ波Ｌ２の照射領域と近赤外光Ｌ１照射領域は、少なくとも一部が電気光学結晶６内で重なり、蛍光検出光学系９は、試料Ａ上のテラヘルツ波Ｌ２が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域から出射した蛍光を検出するように構成される。
【解決手段】観察装置１は、電気光学結晶６と、試料Ａに向けてテラヘルツ波Ｌ２を照射し、試料Ａを透過するテラヘルツ波Ｌ２を電気光学結晶６に結像させるテラヘルツ波照射光学系４と、電気光学結晶６に向けて近赤外光Ｌ１を照射する近赤外光照射光学系５と、電気光学結晶６を透過することによって状態変化した近赤外光Ｌ１を検出する近赤外光検出系７と、励起光Ｌ３の照射により試料Ａで発生した蛍光を検出する蛍光検出光学系９とを備える。テラヘルツ波Ｌ２の照射領域と近赤外光Ｌ１照射領域は、少なくとも一部が電気光学結晶６内で重なり、蛍光検出光学系９は、試料Ａ上のテラヘルツ波Ｌ２が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域から出射した蛍光を検出するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞など生体関連物質を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体関連物質などのセンシング技術として、従来、テラヘルツ波を使用したセンシング技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このセンシング技術は、試料を透過したテラヘルツ波が、試料の成分分布に応じた強度分布を有することを利用している。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、試料を透過したテラヘルツ波を、結像用レンズを用いて、電気光学結晶に結像させ、この電気光学結晶上に複屈折の分布を生じさせる。さらに、試料と電気光学結晶との間に配置したダイクロイックミラーを用いてテラヘルツ波と同一光路上に近赤外光を導光し、上述の電気光学結晶に照射する。これによって、近赤外光が電気光学結晶を透過する際に、複屈折の屈折率分布による変調を受ける。そこで、非特許文献１では、変調された近赤外光を検出することによって、試料の成分分布を撮影している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】西澤潤一郎著、「テラヘルツ波の基礎と応用」、株式会社工業調査会発行、２００５年４月１日、ｐ．１６０−１６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、細胞などの試料を観察する場合、テラヘルツ波による観察（以下、テラヘルツ波観察とも呼ぶ）のみでは、情報が不十分な場合がある。そこで、他のセンシング方法、とくに、蛍光顕微鏡など可視光による観察（以下、可視光観察とも呼ぶ）も併用できれば、取得できる情報が増え、観察の精度が向上する。しかし、テラヘルツ波による観察装置から、顕微鏡装置など他の観察装置に試料を移し変えて、順次観察を行うと、試料上での観察位置のずれや、経時変化等の問題が生じ得る。
【０００６】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに行うことができる観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する請求項１に係る観察装置の発明は、
光学結晶と、
試料に向けて第１の電磁波を照射し、該照射により試料を透過する光を前記光学結晶に結像させる第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記第１の電磁波の照射領域と前記第２の電磁波の前記照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記目的を達成する請求項２に係る観察装置の発明は、
試料を載置する載置面を有する光学結晶と、
該光学結晶に向けて第１の電磁波を前記載置面側から照射する第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記検出系は、その合焦位置が前記光学結晶内の前記載置面近傍と一致するように配置され、
前記第１の電磁波の照射領域と前記試料を透過した前記第２の電磁波の照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の観察装置において、
前記光学結晶を載置する載置ユニットを備え、
該載置ユニットを、前記試料を前記検出系による観察を行う第１の観察状態と、前記可視光観察光学系による観察を行う第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の観察装置において、
前記載置ユニットは、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれか、または、これらの組み合わせにより、前記第１の観察状態と前記第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置において、
前記光学結晶は、前記第１の電磁波の強度に応じて屈折率が変化する電気光学結晶であることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、テラヘルツ波観察のための照射系および検出系に加え、可視光観察系を設けたので、試料上の観察位置を変えることなく、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の観察装置を用いてテラヘルツ波観察をする場合の電気光学結晶に入射するテラヘルツ波および近赤外光を説明する図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。
【図４】図３の観察装置を用いてテラヘルツ波観察をする場合の試料および電気光学結晶に入射するテラヘルツ波および近赤外光を説明する図である。
【図５】図３の観察装置におけるテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図７】本発明の第４実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図８】本発明の第５実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との同時観察を説明する図である。
【図９】本発明の第６実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。本実施の形態に係る観察装置１は、図１に示されるように、テラヘルツ波観察に用いられるテラヘルツ波観察光学系１ａと蛍光観察（可視光観察）に用いられる可視光観察光学系１ｂとを含んで構成される。
【００１６】
テラヘルツ波観察光学系１ａは、テラヘルツ波照射光学系４と、近赤外光照射光学系５と、試料Ａを保持するための試料ホルダ（図示せず）と、テラヘルツ波照射光学系４により試料Ａの像が結像される電気光学結晶６と、近赤外光照射光学系５の近赤外光Ｌ１の照射により、電気光学結晶６で変調された近赤外光Ｌ１を検出する近赤外光検出光学系７とを備える。
【００１７】
テラヘルツ波照射光学系（第１の照射系）４は、パルス状の近赤外光Ｌ１を発生する近赤外光源２と、該近赤外光源２からの近赤外光Ｌ１を２つの光路に分割するビームスプリッタ３と、該ビームスプリッタ３により分割された一方の光路に設けられたミラー１０と、ミラー１０で反射された近赤外光Ｌ１を集光する集光レンズ１１と、該集光レンズ１１により集光された近赤外光Ｌ１をテラヘルツ波（第１の電磁波）Ｌ２に変換するテラヘルツ波放射素子１２と、該テラヘルツ波放射素子１２から放射されたテラヘルツ波Ｌ２を略平行光束に変換する放物面ミラー１３ａと、該放物面ミラー１３ａによって略平行光束となったテラヘルツ波Ｌ２を試料Ａに集光する放物面ミラー１３ｂと、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２を略平行光束に変換する放物面ミラー１４ａと、該放物面ミラー１４ａによって略平行光束となったテラヘルツ波Ｌ２を電気光学結晶６に結像させる放物面ミラー１４ｂとを備えている。
【００１８】
近赤外光照射光学系（第２の照射系）５は、近赤外光源２と、ビームスプリッタ３と、該ビームスプリッタ３により分割された他方の光路に設けられた、光路長を調節して、テラヘルツ波照射光学系４と近赤外光照射光学系５との２つの光路の光路長を一致させる光路調整光学系１５と、光路調整光学系１５を出射した近赤外光（第２の電磁波）Ｌ１の偏光が所定の方向に偏光した直線偏光となるように偏光状態を変化させる１／２波長板１７と、１／２波長板１７を出射した近赤外光Ｌ１をテラヘルツ波Ｌ２と同一光路上に導光するダイクロイックミラー１８と、近赤外光Ｌ１を電気光学結晶６に集光させる放物面ミラー１４ｂとを備える。従って、本実施の形態では、近赤外光源２とビームスプリッタ３と放物面ミラー１４ｂは、第１の照射系と第２の照射系との間で共用されている。なお、ダイクロイックミラー１８は、近赤外光Ｌ１を反射させ、テラヘルツ波Ｌ２を透過させる特性を有する。
【００１９】
光路調整光学系１５は、２個一対の三角プリズム１５ａ，１５ｂと、一方の三角プリズム１５ｂを他方の三角プリズム１５ａに対して矢印Ｂの方向に移動させる移動機構（図示せず）とを備えている。三角プリズム１５ａの外面において偏向させられた近赤外光Ｌ１は、三角プリズム１５ｂの内面において２回偏向させられた後に、再度三角プリズム１５ａの外面において偏向されることで元の光路に戻るようになっている。２個の三角プリズム１５ａ，１５ｂの間隔を変更することで、近赤外光Ｌ１の光路長を調節することができる。なお、光路調整光学系１５に一対の三角プリズムを用いているが、その代わりに、直角ミラーを用いても良い。
【００２０】
電気光学結晶６は、テラヘルツ波Ｌ２が照射されることにより、その強度（電場の振幅）に応じて複屈折が生じる光学結晶であって、例えば、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）を挙げることができる。電気光学結晶６に強度分布を有するテラヘルツ波Ｌ２が照射されることで、その強度分布が複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれ、その書き込まれた領域Ｓに近赤外光Ｌ１を通過させると、近赤外光Ｌ１の偏光方向が変化させられるようになっている。なお、領域Ｓで生じた複屈折で近赤外光Ｌ１の偏光が変化するように、近赤外光Ｌ１の偏光方向が上述の１／２波長板１７によって調整されている。
【００２１】
また、テラヘルツ波観察光学系は、図２に示すように、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２との電気光学結晶６の照射位置が、少なくとも一部重なるように配置されている。したがって、試料Ａを透過して試料Ａの成分分布に対応した強度分布を含んだテラヘルツ波Ｌ２は、放物面ミラー１４ａ、１４ｂによって電気光学結晶６に結像し、試料Ａの成分分布の情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込む。一方、近赤外光照射光学系５からの近赤外光Ｌ１は、テラヘルツ波Ｌ２と同方向から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を複屈折の分布として読み出し、電気光学結晶６の下方に射出される。
【００２２】
近赤外光検出光学系（検出系）７は、電気光学結晶６を出射した近赤外光Ｌ１を略平行光束にする対物レンズ１６と、該対物レンズ１６により略平行光束となった近赤外光Ｌ１を反射するミラー２１と、ミラー２１によって偏向された近赤外光Ｌ１の中から所定の偏光方向を有する近赤外光Ｌ１を選択する偏光子２２と、偏光子２２を出射して選択された所定の偏光方向を有する近赤外光Ｌ１を結像する結像レンズ２３と、結像レンズ２３により結像された近赤外光Ｌ１を撮影する撮像素子（赤外光検出器）２４とを備えている。なお、対物レンズ１６は、その焦点面の一部が電気光学結晶６内におけるテラヘルツ波Ｌ２の結像面と重なるように配置される。
【００２３】
偏光子２２は、テラヘルツ波Ｌ２が電気光学結晶６に照射されていない状態での近赤外光Ｌ１が透過しない向きに設置されている。上述のように、テラヘルツ波Ｌ２の電場によって、電気光学結晶６には複屈折が誘起される。近赤外光Ｌ１がこの電気光学結晶６を透過することで、近赤外光Ｌ１に位相変化が生じて偏光状態が変化する。これによって、偏光子２２の後に検出される近赤外光Ｌ１の強度が変化する。
【００２４】
次に、可視光観察光学系１ｂについて説明する。可視光観察光学系１ｂは、励起光照射光学系８と蛍光検出光学系９とを備える。
【００２５】
励起光照射光学系８は、励起光光源部３１と、励起フィルタ３２と、ダイクロイックミラー３３と、可視光用対物レンズ３４と、ダイクロイックミラー３５とを備える。励起光光源部３１は、試料Ａに含まれる蛍光物質を励起するための光源であり、例えば、超高圧水銀灯を用いる。励起フィルタ３２は、励起光光源部３１を出射した光のうち、特定の波長範囲の光のみを励起光Ｌ３として透過させるフィルタである。また、ダイクロイックミラー３３は、励起光Ｌ３を反射させ、蛍光Ｌ４を透過させる性質を有する。可視光用対物レンズ３４は、励起光Ｌ３をダイクロイックミラー３５で反射させ、テラヘルツ波Ｌ２の照射方向とは反対側より試料Ａを照射する。ダイクロイックミラー３５は、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を反射させ、テラヘルツ波Ｌ２を透過させる特性を有する。なお、励起光Ｌ３を照射する試料Ａの領域は、テラヘルツ波Ｌ２を照射する領域と少なくとも一部が重なるように、各光学系を構成する。
【００２６】
また、蛍光検出光学系９は、ダイクロイックミラー３５と可視光用対物レンズ３４とダイクロイックミラー３３と吸収フィルタ３６と結像レンズ３７と、ＣＣＤカメラ等のカメラ３８とを備える。ここで、ダイクロイックミラー３５，３３と対物レンズ３４とは、励起光照射光学系８と共用される構成要素である。吸収フィルタ３６は、蛍光を透過させそれ以外の波長成分の光を透過させない波長特性を有するフィルタである。また、結像レンズ３７は、カメラ３８の撮像素子に蛍光Ｌ４を結像させる。
【００２７】
以上のように構成された観察装置１の作用について以下に説明する。
【００２８】
まず、本実施の形態に係る観察装置１を用いて、テラヘルツ波を用いた細胞等の試料Ａの観察を行うには、試料ホルダに試料Ａを載置し、近赤外光源２からパルス状の近赤外光Ｌ１を出射させる。
【００２９】
この近赤外光Ｌ１は、ビームスプリッタ３により分岐され、テラヘルツ波照射光学系４に入射し、ミラー１０によって偏向された後、集光レンズ１１によって集光され、テラヘルツ波放射素子１２に照射される。これにより、テラヘルツ波Ｌ２が発生し、放物面ミラー１３ａによって、略平行光束に変換された後に、放物面ミラー１３ｂによって試料Ａに集光される。
【００３０】
試料Ａは、透明な細胞等であるが、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２は、試料Ａにより変調されて試料Ａ内における成分分布に応じた強度分布を有する。この強度分布を有するテラヘルツ波Ｌ２は、ダイクロイックミラー３５を透過して放物面ミラー１４ａで略平行光となり、ダイクロイックミラー１８を透過して放物面ミラー１４ｂにより集光され、電気光学結晶６内に試料Ａの像として結像される。これによって、電気光学結晶６には、テラヘルツ波Ｌ２の強度分布に応じた複屈折の分布が発生する。この複屈折の分布は、試料Ａの成分分布を反映したものとなる。なお、テラヘルツ波Ｌ２の照射により電気光学結晶６内に複屈折の分布が発生している時間は極めて短いので、テラヘルツ波Ｌ２の照射とほぼ同時に複屈折の分布の情報を読み出す必要がある。
【００３１】
この情報の読み出しには、近赤外光照射光学系５に入射した近赤外光Ｌ１が用いられる。ビームスプリッタ３により分岐された近赤外光Ｌ１は光路調整光学系１５において光路を調整され、１／２波長板１７で偏光状態を所定の直線偏光に設定された後に、図２に示すように、電気光学結晶６にテラヘルツ波Ｌ２の照射方向と同方向から照射される。図中、斜線で示される領域Ｓは、テラヘルツ波Ｌ２によって試料Ａの成分分布の情報を書き込まれた領域である。同一の近赤外光源２から発せられた近赤外光Ｌ１に基づくテラヘルツ波Ｌ２と近赤外光Ｌ１とは、それぞれ異なる光路を通るので、そのままでは、パルスが同時に試料Ａに照射されないこともある。そこで、光路調整光学系１５による光路長の調節により、そのパルスの位相を精度良く調節することができる。なお、図２において、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２は、交互に別々の領域に照射されているように描かれているが、実際には、両者の照射領域の少なくとも一部が重なるように、両者は照射されている。
【００３２】
領域Ｓでは、テラヘルツ波Ｌ２の照射によって、複屈折の分布が生じる。この領域Ｓを近赤外光Ｌ１が通過する際に、近赤外光Ｌ１の偏光状態が変化させられる。すなわち、対物レンズ１６により略平行光束とされる近赤外光Ｌ１は、その領域Ｓの透過位置に応じて偏光状態が異なっている。その後、近赤外光Ｌ１は、偏光子２２に入射されるが、偏光子２２から射出される光量は、領域Ｓを透過後の近赤外光Ｌ１の偏光状態によって異なる。これにより、電気光学結晶６に記録された複屈折の分布の情報を、光の光量（強度）として読み出すことができる。
【００３３】
そして、このようにして抽出された近赤外光Ｌ１を結像レンズ２３によって結像し、撮像素子２４によって撮影することにより、透明な細胞等の試料Ａの画像を取得することができる。
【００３４】
次に、テラヘルツ波観察と同時にあるいは、テラヘルツ波による試料観察に続いて、試料Ａの蛍光観察（可視光観察）を行う場合、試料ホルダに試料Ａを載置した状態で、励起光光源３１から励起光Ｌ３を出射させる。励起光Ｌ３は、励起フィルタ３２、ダイクロイックミラー３３、可視光用対物レンズ３４、ダイクロイックミラー３５を経て、試料Ａをテラヘルツ波Ｌ２の照射方向と反対側から照射する。その際、試料Ａ上ではテラヘルツ波Ｌ２によって照射された位置と少なくとも一部が重なる位置が、励起光Ｌ３により照射される。これによって、試料Ａの照射位置より蛍光が発生する。
【００３５】
試料Ａで発生した蛍光は、ダイクロイックミラー３５で反射され、可視光用対物レンズ３４を経て、ダイクロイックミラー３３を透過し、吸収フィルタ３６によりノイズを除去して、結像レンズ３７により、カメラ３８の撮像素子上に結像される。カメラ３８は、試料Ａの蛍光画像を撮像し、これを図示しない画像処理装置等で処理して試料Ａの画像を表示する。
【００３６】
なお、撮像素子（赤外光検出器）２４により検出した画像と、カメラ３８により検出された画像とは、同一の視野範囲を同一方向から見た画像となるように、図示しない画像処理装置により、左右の反転、位置および倍率の調整等の処理を行い、使用者の表示画面に並べてまたは重ね合わせて表示される。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、テラヘルツ波による試料観察のための照射系および検出系の構成に加え、蛍光観察（可視光観察）のために可視光観察光学系を設けたので、テラヘルツ波を用いた試料観察とともに、可視光による試料観察も可能になり、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに切り替えて行うことができる。また、テラヘルツ波の照射による試料の変調を可視光で顕微観察することも可能となる。
【００３８】
（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。本実施の形態は、テラヘルツ波観察光学系１ａと可視光観察光学系１ｂとの間で試料Ａの観察位置が異なり、これら２つの観察位置の間で、観察対象の試料を移動可能に構成したものである。以下にその構成を説明する。
【００３９】
まず、本実施の形態に係る観察装置１では、第１実施の形態におけるテラヘルツ波観察系１ａの構成のように試料Ａと電気光学結晶６との間に放物面ミラー１４ａ、１４ｂを設けて試料Ａにテラヘルツ波Ｌ２を照射してその透過光を電気光学結晶６に結像させるのではなく、図４に示すように、試料Ａを電気光学結晶６の載置面６ａに直接載置する。すなわち、本実施の形態では、テラヘルツ波照射光学系４は、放物面ミラー１４ａ、１４ｂを含まず、ミラー１０と、集光レンズ１１と、テラヘルツ波放射素子１２と、放物面ミラー１３ａ、１３ｂとを含んで構成される。
【００４０】
また、本実施の形態の近赤外光照射光学系５は、ダイクロイックミラー１８と放物面ミラー１４ｂを設置せず、図３に示すように、近赤外光源２から出射された近赤外光Ｌ２が光路調整光学系１５を経た後に近赤外光用対物レンズ１６によって試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に集光されるように配置される。すなわち、本実施の形態では、近赤外光照射光学系５は、ダイクロイックミラー１８と放物面ミラー１４ｂを含まず、近赤外光源２と、ビームスプリッタ３と、光路調整光学系１５と、近赤外光用対物レンズ１６とを含んで構成される。
【００４１】
また、本実施の形態に係る電気光学結晶６は、図４に示すように、電気光学結晶の試料Ａ側の表面に反射膜１９を有する。この反射膜１９は、テラヘルツ波Ｌ２を透過させ、近赤外光Ｌ１を反射する性質を有している。また、テラヘルツ波観察光学系は、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２との電気光学結晶６の照射位置が、少なくとも一部重なるように配置されている。したがって、試料Ａを透過して試料Ａの成分分布に対応した強度分布を含んだテラヘルツ波Ｌ２は、反射膜１９を透過して電気光学結晶６に入射し、試料Ａの成分分布の情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込む。一方、近赤外光照射光学系５からの近赤外光Ｌ１は、試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を偏光状態の変化として読み出し、反射膜１９によって反射されて電気光学結晶６の下方に射出される。
【００４２】
また、本実施の形態に係る近赤外光検出光学系７は、反射膜１９で反射され電気光学結晶６を出射した近赤外光Ｌ１を略平行光束にする対物レンズ１６と、該対物レンズ１６によって略平行光束にされた近赤外光Ｌ１を分岐させるビームスプリッタ２５と、ビームスプリッタ２５により分岐された光路に設けられた偏光子２２、結像レンズ２３及び撮像素子２４とを備え、第１実施の形態と同様に近赤外光Ｌ１の偏光状態の変化を撮像素子２４に入射する近赤外光Ｌ１の光量の変化として検出する。
【００４３】
一方、本実施の形態の可視光観察光学系１ｂでは、第1実施の形態における可視光観察光学系１ｂにおいて、テラヘルツ波観察を行う際の試料Ａの観察位置に励起光Ｌ３を導光させ照射するためのダイクロイックミラー３５を設けず、テラヘルツ波観察の観察位置と異なる観察位置で試料Ａの蛍光観察を行うように構成する。すなわち、本実施の形態では、励起光照射光学系８は、励起光光源部３１と、励起フィルタ３２と、ダイクロイックミラー３３と、可視光用対物レンズ３４とを備え、蛍光検出光学系９は、可視光用対物レンズ３４とダイクロイックミラー３３と吸収フィルタ３６と結像レンズ３７と、ＣＣＤカメラ等のカメラ３８とを備える。
【００４４】
次に、試料Ａをテラヘルツ波観察の観察位置と可視光観察の観察位置との間で、移動させる構成について説明する。図５は、図３の観察装置におけるテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【００４５】
観察装置１は、試料Ａを載置する電気光学結晶６を、少なくとも図５において試料Ａの上下方向を光学的に遮蔽しない態様で載置する、載置ユニット４２を備える。この載置ユニット４２は、電気光学結晶６を載置した状態で、水平方向に並進移動可能に構成され、テラヘルツ波観察の観察位置と可視光観察の観察位置との間で、試料の位置を短時間に変位させることができる。
【００４６】
図５（ａ）は、テラヘルツ波観察の観察位置に試料が位置している状態（第１の観察状態）を示している。この場合、近赤外光用対物レンズ１６は、テラヘルツ波Ｌ２が照射される試料Ａの下方に位置し、光軸を載置面６ａに直交するように上方に向けて配置される。また、近赤外光用対物レンズ１６は、近赤外光用対物レンズ１６を出射する近赤外光Ｌ１の合焦位置が、電気光学結晶６内の載置面６ａ近傍となるように配置されている。一方、可視光用対物レンズ３４は、電気光学結晶６の上方であって、近赤外光用対物レンズ１６の光軸から外れた位置に位置する。
【００４７】
なお、電気光学結晶６の試料Ａ側の表面には、図４に示すように、テラヘルツ波Ｌ２を透過させ、近赤外光Ｌ１を反射する性質を有する反射膜１９が設けられている。近赤外光Ｌ１が電気光学結晶６に照射される際に、電気光学結晶６内を透過して反射膜１９で反射し、また、再び電気光学結晶６内を透過することによって、近赤外光Ｌ１に収差が発生する。テラヘルツ波Ｌ２が電気光学結晶６に書き込んだ試料Ａの情報を高い空間分解で読み取るためには、近赤外光Ｌ１の分解能も高くする必要ある。このため、収差を補正することが必要となり、近赤外用対物レンズ１６として補正環付のものを使用するか、または、近赤外光用補正素子(レンズ)４３を、近赤外用対物レンズ１６の手前に設けても良い。
【００４８】
図５（ｂ）は、可視光観察の観察位置に試料が位置している状態（第２の観察状態）を示している。この場合、可視光用対物レンズ３４は、試料Ａの上方に位置し、励起光Ｌ３を試料Ａに向けて照射し、これによって発生する蛍光Ｌ４を略平行光束にする。この場合、図５（ｂ）では、図５（ａ）の場合と比べ、載置ユニット４２が、右方向に水平に並進移行している。
【００４９】
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５０】
以上のような構成によって、まず、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図５（ａ）の位置にして、試料Ａを電気光学結晶６に載置し、近赤外光源２からパルス状の近赤外光Ｌ１を出射させる。この近赤外光Ｌ１は、ビームスプリッタ３で、テラヘルツ波照射光学系４と近赤外光照射光学系５との２つの光路に分岐される。テラヘルツ波照射光学系４は、第１実施の形態と同様に、テラヘルツ波放射素子１２でテラヘルツ波Ｌ２を発生し、これを、放物面ミラー１３ａ，１３ｂを経由して、電気光学素子６の載置面６ａに載置されて試料Ａに照射する。
【００５１】
第１実施の形態で説明したのと同様の原理によって、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２は試料Ａの成分分布に応じた強度分布を有し、その強度分布が複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれる。本実施の形態では、試料Ａが電気光学結晶６に近接しているので、テラヘルツ波Ｌ２が試料通過後において回折によって試料Ａの微細な空間情報を失う前に試料Ａの情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込むことができ、電気光学結晶６に発生する複屈折の分布は、試料Ａの成分分布をより精度良く反映したものとなる。この電気光学結晶６に書き込まれた情報の読み出しは、第１実施の形態と同様に近赤外光照射光学系５により行うが、本実施の形態では、近赤外光Ｌ１は試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により複屈折の分布として書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を偏光状態の変化として読み出し、反射膜１９によって反射されて電気光学結晶６の下方に出射される。これにより、より高い分解能によるテラヘルツ波観察が可能になる。
【００５２】
次に、蛍光観察（可視光観察）を行う場合は、載置ユニット４２を図５（ｂ）の位置に移動させ、励起光光源３１から励起光Ｌ３を出射させ、励起フィルタ３２、ダイクロイックミラー３３、可視光用対物レンズ３４を経て、試料Ａをテラヘルツ波を照射するのと同じ方向（図において上側）から照射する。これにより試料Ａで発生した蛍光を、可視光用対物レンズ３４、ダイクロイックミラー３３、吸収フィルタ３６を経由して、結像レンズ３７により、カメラ３８の撮像素子上に結像して観察する。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、テラヘルツ波観察のための照射系および検出系の構成に加え、蛍光観察（可視光観察）のために可視光観察光学系を設けたので、テラヘルツ波を用いた試料観察とともに、可視光による試料観察も可能になり、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに行うことができる。さらに、試料Ａを電気光学結晶の載置面に載置したので、簡易な構成でより空間分解能の高いテラヘルツ波観察を行うことが可能になる。また、テラヘルツ波観察と可視光観察とのそれぞれの光学系が分離されているので、それぞれの光学系を個別に調整することが容易である。
【００５４】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態は、第２実施の形態において、載置ユニット４２を水平方向に並進移動させるのではなく、電気光学結晶６の載置面６aに平行な、または、載置面６ａの面内の回転軸を中心として、例えば３０°傾斜可能としたものである。このため、可視光観察光学系１ｂの可視光用対物レンズ３４は、試料Ａに対するテラヘルツ波Ｌ２および近赤外光Ｌ１の照射方向に対して、光軸を傾けて配置されている。
【００５５】
図６（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６の載置面６ａが水平となるように配置される。また、近赤外用対物レンズ１６は、電気光学結晶６の下方に光軸を載置面６ａに垂直に試料Ａに向けて配置される。さらに、このときテラヘルツ波Ｌ２は、試料Ａの上方より載置面６ａに垂直方向に照射される。また、可視光用対物レンズ３４は、このテラヘルツ波Ｌ２の照射方向とは３０°ずれた位置に、テラヘルツ波Ｌ２の光路を妨げないように配置されている。
【００５６】
図６（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニットは、水平面に対して３０°傾斜し、それによって電気光学結晶６の載置面も３０°傾斜している。このとき、可視光用対物レンズ３４は、試料載置面６ａに垂直方向に位置する。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５７】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図６（ａ）のように水平にして、第２実施の形態と同様に観察を行う。また、蛍光観察による可視光観察を行う場合は、載置ユニット４２を図６（ｂ）のように傾斜させて、第２実施の形態と同様に観察を行う。このとき、テラヘルツ波観察と可視光観察の両観察において、試料Ａの同一の位置を観察するようにする。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、傾斜角度を変えるという簡単な構成によって、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切り替えて行うことができる。さらに、試料の移動距離を最小限に抑えることができる。なお、本実施の形態において、第２の観察状態の、載置ユニットの水平面に対する傾斜角度を３０°としたが、傾斜角度はこれに限られず、様々な角度に設定することが可能である。また、本実施の形態では載置ユニット４２を傾斜させる構成としたが、載置ユニット４２を傾斜させず、テラヘルツ波Ｌ２を近赤外光Ｌ１の光軸に対して斜め方向から試料Ａに照射する構成としても良い。この際、可視光用対物レンズ３４は近赤外光Ｌ１の照射方向に対して光軸が等しくなる位置に配置することができ、載置ユニット４２を傾斜する機構が必要なくなり、また、テラヘルツ波観察と可視光観察を同時に行うことが可能となる。
【００５９】
（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態は、第２実施の形態において、載置ユニット４２を水平方向に並進移動させるのではなく、電気光学結晶６の載置面６ａに平行な回転軸を中心として、上下反転させることを可能にしたものである。反転時の試料の落下を防止するために、ガラス板（カバーガラス）５１を用い、このガラス板５１と電気光学結晶６との間に試料Ａを挟みこんでいる。
【００６０】
また、本実施の形態は、近赤外光照射光学系５と励起光照射光学系８とは、それぞれ、第２実施の形態における近赤外光用対物レンズ１６および可視光用対物レンズ３４の入射側手前で、ダイクロイックミラー５２を介して、光路を統合され、近赤外光用対物レンズ１６および可視光用対物レンズ３４に代えて共通の対物レンズ５３を用いて、電気光学結晶６の下側から試料Ａに近赤外光Ｌ１および励起光Ｌ３を照射するようにしたものである。なお、ダイクロイックミラー５２は、近赤外光Ｌ１を反射させ、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を透過させる光学特性を有するものである。
【００６１】
図７（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの下側に、ガラス板５１を試料Ａの上側にして配置されている。また、図７（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの上側に、ガラス板５１を試料Ａの下側にして配置されている。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６２】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図７（ａ）の状態にして、第２実施の形態と同様に、試料Ａの上方からテラヘルツ波Ｌ２を照射するとともに、ダイクロイックミラー５２および対物レンズ５３を経由して、電気光学結晶６に下方より近赤外光Ｌ１を照射し、反射膜１９で反射された近赤外光Ｌ１を対物レンズ５３で略平行光束にして、ダイクロイックミラー５２を介して、近赤外光検出光学系７で検出する。電気光学結晶内を通過することによる近赤外光Ｌ１の収差が大きい場合には、７（ａ）に示すように、近赤外光用補正素子４３を対物レンズ５３の手前に設けても良い。また、蛍光観察（可視光観察）を行う場合は、載置ユニット４２を図７（ｂ）のように上下反転させて、励起光照射光学系８からの励起光Ｌ３を、ダイクロイックミラー５２、対物レンズ５３を介して下方から試料Ａに照射し、これにより発生した蛍光Ｌ４を対物レンズ５３で略平行光束にしてダイクロイックミラー５２で分岐させ蛍光検出光学系９により検出する。このとき、テラヘルツ波観察と可視光観察との両観察において、試料Ａの同一の位置を観察するようにする。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、載置ユニット４２を上下反転させることによって、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切替えて行うことができる。さらに、本実施の形態では、テラヘルツ波観察と可視光観察とで同一の対物レンズを使用することができる。なお、ガラス板５１は樹脂、光学結晶でも良く、その材質はガラスに限定しない。
【００６４】
（第５実施の形態）
図８は、本発明の第５実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との同時観察を説明する図である。本実施の形態は、第４実施の形態における図７（ａ）の状態と同様の構成を用い、テラヘルツ波観察および可視光観察において、それぞれ近赤外光Ｌ１および励起光Ｌ３を試料Ａの下側の同一の対物レンズ５３から照射し、これにより試料Ａで変調された近赤外光Ｌ１および試料Ａで発生した蛍光Ｌ４を対物レンズ５３により収集するようにしたものである。
【００６５】
蛍光Ｌ４は電気光学結晶６を透過するため、対物レンズ５３には補正環を設けて電気光学結晶で生じる収差を補正するようにしている。さらに、補正環による補正が十分ではない場合は、ダイクロイックミラー５２の蛍光Ｌ４の出射側に、電気光学結晶６で生じる収差を補正するための可視光用補正素子５４を設ける。
【００６６】
なお本実施の形態では、載置ユニット４２を反転させないので、そのための回転機構およびガラス板（カバーガラス）は設けていない。その他の構成は、第４実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６７】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察および可視光観察を、載置ユニット４２を動かさないで行うことができる。すなわち、テラヘルツ波観察は、第４実施の形態と同様に行うことができる。また、可視光観察も、第４実施の形態で図７（ｂ）を用いて説明したように、対物レンズ５３から励起光Ｌ３を出射させる。この励起光Ｌ３は、電気光学結晶６を透過して試料Ａを照射し、これによって発生した蛍光が、電気光学結晶６を透過して対物レンズ５３により略平行光束にされ、第４実施の形態と同様に検出される。ここで、本実施の形態では、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を電気光学結晶６を透過させる構成となっている点が第４実施の形態と異なっているが、これによって発生する収差は、上述のように対物レンズ５３の補正環および可視光補正素子５４によって補正される。また、載置ユニット４２を動かさないので、テラヘルツ波観察と可視光観察は、試料Ａの同一の位置を観察する。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、載置ユニット４２を移動させずに、適切な対物レンズもしくは補正素子を用いて、テラヘルツ波観察と可視光観察とを行うようにしたので、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、同時に、または、短時間のうちに切替えて行うことができる。また、本実施の形態では、テラヘルツ波観察と可視光観察とで同一の対物レンズを使用することができる。さらに、載置ユニット４２を変位させる必要がないので、そのための駆動機構も必要とせず構成が簡易になる。さらに、試料の移動に伴い試料状態が変化する虞もない。
【００６９】
（第６実施の形態）
上述の第２−４実施の形態において、載置ユニット４２を、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれかにより移動させたが、載置ユニットの移動は、それらに限られず、並進移動、傾斜、反転を組み合わせても良い。図９は、本発明の第６実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態では、載置ユニット４２を、テラヘルツ波観察と可視光観察との間で、並進移動させ且つ上下反転させている。
【００７０】
図９（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの下側に、ガラス板５１を試料Ａの上側にして配置されている。また、近赤外光用対物レンズ１６は、試料Ａ６の下側に位置し、可視光用対物レンズ３４は、これと水平方向に離間して位置する。
【００７１】
また、図９（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、図９（ａ）の状態から反転し、電気光学結晶６を試料Ａの上側に、ガラス板５１を試料Ａの下側にして配置されている。さらに、載置ユニットは水平方向（図９において右方向）にも移動し、試料Ａの下方に可視光用対物レンズ３４が位置している。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００７２】
以上のような構成によって、第２−４実施の形態と同様に、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切替えて行うことができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、可視光観察は蛍光観察に限られず、多光子顕微鏡等も使用することができる。その場合は、励起光光源は適切な波長で発振するレーザとなる。また、自家発光蛍光や通常の屋内照明による反射または透過光を観察対象とすることもできる。その場合、別途励起光照明のための照射光学系を設ける必要はない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 観察装置
１ａ テラヘルツ波観察光学系
１ｂ 可視光観察光学系
２ 近赤外光源
３、２５ ビームスプリッタ
４ テラヘルツ波照射光学系
５ 近赤外光照射光学系
６ 電気光学結晶
６ａ 載置面
７ 近赤外光検出光学系
８ 励起光照射光学系
９ 蛍光検出光学系
１１ 集光レンズ
１０、２１ ミラー
１２ テラヘルツ波放射素子
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 放物面ミラー
１５ 光路調整光学系
１５ａ、１５ｂ 三角プリズム
１６ 近赤外光用対物レンズ
１７ １／２波長板
１８、３３、３５、５２ ダイクロイックミラー
１９ 反射膜
２２ 偏光子
２３ 結像レンズ
２４ 撮像素子（赤外光検出器）
３１ 励起光光源部
３２ 励起フィルタ
３４ 可視光用対物レンズ
３６ 吸収フィルタ
３７ 結像レンズ
３８ カメラ
４２ 載置ユニット
４３ 近赤外光用補正素子
５１ ガラス板
５３ 対物レンズ
５４ 可視光用補正素子
Ｌ１ 近赤外光
Ｌ２ テラヘルツ波
Ｌ３ 励起光
Ｌ４ 蛍光
Ａ 試料
Ｓ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞など生体関連物質を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体関連物質などのセンシング技術として、従来、テラヘルツ波を使用したセンシング技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このセンシング技術は、試料を透過したテラヘルツ波が、試料の成分分布に応じた強度分布を有することを利用している。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、試料を透過したテラヘルツ波を、結像用レンズを用いて、電気光学結晶に結像させ、この電気光学結晶上に複屈折の分布を生じさせる。さらに、試料と電気光学結晶との間に配置したダイクロイックミラーを用いてテラヘルツ波と同一光路上に近赤外光を導光し、上述の電気光学結晶に照射する。これによって、近赤外光が電気光学結晶を透過する際に、複屈折の屈折率分布による変調を受ける。そこで、非特許文献１では、変調された近赤外光を検出することによって、試料の成分分布を撮影している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】西澤潤一郎著、「テラヘルツ波の基礎と応用」、株式会社工業調査会発行、２００５年４月１日、ｐ．１６０−１６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、細胞などの試料を観察する場合、テラヘルツ波による観察（以下、テラヘルツ波観察とも呼ぶ）のみでは、情報が不十分な場合がある。そこで、他のセンシング方法、とくに、蛍光顕微鏡など可視光による観察（以下、可視光観察とも呼ぶ）も併用できれば、取得できる情報が増え、観察の精度が向上する。しかし、テラヘルツ波による観察装置から、顕微鏡装置など他の観察装置に試料を移し変えて、順次観察を行うと、試料上での観察位置のずれや、経時変化等の問題が生じ得る。
【０００６】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに行うことができる観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する請求項１に係る観察装置の発明は、
光学結晶と、
試料に向けて第１の電磁波を照射し、該照射により試料を透過する光を前記光学結晶に結像させる第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記第１の電磁波の照射領域と前記第２の電磁波の前記照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記目的を達成する請求項２に係る観察装置の発明は、
試料を載置する載置面を有する光学結晶と、
該光学結晶に向けて第１の電磁波を前記載置面側から照射する第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記検出系は、その合焦位置が前記光学結晶内の前記載置面近傍と一致するように配置され、
前記第１の電磁波の照射領域と前記試料を透過した前記第２の電磁波の照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の観察装置において、
前記光学結晶を載置する載置ユニットを備え、
該載置ユニットを、前記試料を前記検出系による観察を行う第１の観察状態と、前記可視光観察光学系による観察を行う第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の観察装置において、
前記載置ユニットは、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれか、または、これらの組み合わせにより、前記第１の観察状態と前記第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置において、
前記光学結晶は、前記第１の電磁波の強度に応じて屈折率が変化する電気光学結晶であることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、テラヘルツ波観察のための照射系および検出系に加え、可視光観察系を設けたので、試料上の観察位置を変えることなく、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の観察装置を用いてテラヘルツ波観察をする場合の電気光学結晶に入射するテラヘルツ波および近赤外光を説明する図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。
【図４】図３の観察装置を用いてテラヘルツ波観察をする場合の試料および電気光学結晶に入射するテラヘルツ波および近赤外光を説明する図である。
【図５】図３の観察装置におけるテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図７】本発明の第４実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【図８】本発明の第５実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との同時観察を説明する図である。
【図９】本発明の第６実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。本実施の形態に係る観察装置１は、図１に示されるように、テラヘルツ波観察に用いられるテラヘルツ波観察光学系１ａと蛍光観察（可視光観察）に用いられる可視光観察光学系１ｂとを含んで構成される。
【００１６】
テラヘルツ波観察光学系１ａは、テラヘルツ波照射光学系４と、近赤外光照射光学系５と、試料Ａを保持するための試料ホルダ（図示せず）と、テラヘルツ波照射光学系４により試料Ａの像が結像される電気光学結晶６と、近赤外光照射光学系５の近赤外光Ｌ１の照射により、電気光学結晶６で変調された近赤外光Ｌ１を検出する近赤外光検出光学系７とを備える。
【００１７】
テラヘルツ波照射光学系（第１の照射系）４は、パルス状の近赤外光Ｌ１を発生する近赤外光源２と、該近赤外光源２からの近赤外光Ｌ１を２つの光路に分割するビームスプリッタ３と、該ビームスプリッタ３により分割された一方の光路に設けられたミラー１０と、ミラー１０で反射された近赤外光Ｌ１を集光する集光レンズ１１と、該集光レンズ１１により集光された近赤外光Ｌ１をテラヘルツ波（第１の電磁波）Ｌ２に変換するテラヘルツ波放射素子１２と、該テラヘルツ波放射素子１２から放射されたテラヘルツ波Ｌ２を略平行光束に変換する放物面ミラー１３ａと、該放物面ミラー１３ａによって略平行光束となったテラヘルツ波Ｌ２を試料Ａに集光する放物面ミラー１３ｂと、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２を略平行光束に変換する放物面ミラー１４ａと、該放物面ミラー１４ａによって略平行光束となったテラヘルツ波Ｌ２を電気光学結晶６に結像させる放物面ミラー１４ｂとを備えている。
【００１８】
近赤外光照射光学系（第２の照射系）５は、近赤外光源２と、ビームスプリッタ３と、該ビームスプリッタ３により分割された他方の光路に設けられた、光路長を調節して、テラヘルツ波照射光学系４と近赤外光照射光学系５との２つの光路の光路長を一致させる光路調整光学系１５と、光路調整光学系１５を出射した近赤外光（第２の電磁波）Ｌ１の偏光が所定の方向に偏光した直線偏光となるように偏光状態を変化させる１／２波長板１７と、１／２波長板１７を出射した近赤外光Ｌ１をテラヘルツ波Ｌ２と同一光路上に導光するダイクロイックミラー１８と、近赤外光Ｌ１を電気光学結晶６に集光させる放物面ミラー１４ｂとを備える。従って、本実施の形態では、近赤外光源２とビームスプリッタ３と放物面ミラー１４ｂは、第１の照射系と第２の照射系との間で共用されている。なお、ダイクロイックミラー１８は、近赤外光Ｌ１を反射させ、テラヘルツ波Ｌ２を透過させる特性を有する。
【００１９】
光路調整光学系１５は、２個一対の三角プリズム１５ａ，１５ｂと、一方の三角プリズム１５ｂを他方の三角プリズム１５ａに対して矢印Ｂの方向に移動させる移動機構（図示せず）とを備えている。三角プリズム１５ａの外面において偏向させられた近赤外光Ｌ１は、三角プリズム１５ｂの内面において２回偏向させられた後に、再度三角プリズム１５ａの外面において偏向されることで元の光路に戻るようになっている。２個の三角プリズム１５ａ，１５ｂの間隔を変更することで、近赤外光Ｌ１の光路長を調節することができる。なお、光路調整光学系１５に一対の三角プリズムを用いているが、その代わりに、直角ミラーを用いても良い。
【００２０】
電気光学結晶６は、テラヘルツ波Ｌ２が照射されることにより、その強度（電場の振幅）に応じて複屈折が生じる光学結晶であって、例えば、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）を挙げることができる。電気光学結晶６に強度分布を有するテラヘルツ波Ｌ２が照射されることで、その強度分布が複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれ、その書き込まれた領域Ｓに近赤外光Ｌ１を通過させると、近赤外光Ｌ１の偏光方向が変化させられるようになっている。なお、領域Ｓで生じた複屈折で近赤外光Ｌ１の偏光が変化するように、近赤外光Ｌ１の偏光方向が上述の１／２波長板１７によって調整されている。
【００２１】
また、テラヘルツ波観察光学系は、図２に示すように、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２との電気光学結晶６の照射位置が、少なくとも一部重なるように配置されている。したがって、試料Ａを透過して試料Ａの成分分布に対応した強度分布を含んだテラヘルツ波Ｌ２は、放物面ミラー１４ａ、１４ｂによって電気光学結晶６に結像し、試料Ａの成分分布の情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込む。一方、近赤外光照射光学系５からの近赤外光Ｌ１は、テラヘルツ波Ｌ２と同方向から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を複屈折の分布として読み出し、電気光学結晶６の下方に射出される。
【００２２】
近赤外光検出光学系（検出系）７は、電気光学結晶６を出射した近赤外光Ｌ１を略平行光束にする対物レンズ１６と、該対物レンズ１６により略平行光束となった近赤外光Ｌ１を反射するミラー２１と、ミラー２１によって偏向された近赤外光Ｌ１の中から所定の偏光方向を有する近赤外光Ｌ１を選択する偏光子２２と、偏光子２２を出射して選択された所定の偏光方向を有する近赤外光Ｌ１を結像する結像レンズ２３と、結像レンズ２３により結像された近赤外光Ｌ１を撮影する撮像素子（赤外光検出器）２４とを備えている。なお、対物レンズ１６は、その焦点面の一部が電気光学結晶６内におけるテラヘルツ波Ｌ２の結像面と重なるように配置される。
【００２３】
偏光子２２は、テラヘルツ波Ｌ２が電気光学結晶６に照射されていない状態での近赤外光Ｌ１が透過しない向きに設置されている。上述のように、テラヘルツ波Ｌ２の電場によって、電気光学結晶６には複屈折が誘起される。近赤外光Ｌ１がこの電気光学結晶６を透過することで、近赤外光Ｌ１に位相変化が生じて偏光状態が変化する。これによって、偏光子２２の後に検出される近赤外光Ｌ１の強度が変化する。
【００２４】
次に、可視光観察光学系１ｂについて説明する。可視光観察光学系１ｂは、励起光照射光学系８と蛍光検出光学系９とを備える。
【００２５】
励起光照射光学系８は、励起光光源部３１と、励起フィルタ３２と、ダイクロイックミラー３３と、可視光用対物レンズ３４と、ダイクロイックミラー３５とを備える。励起光光源部３１は、試料Ａに含まれる蛍光物質を励起するための光源であり、例えば、超高圧水銀灯を用いる。励起フィルタ３２は、励起光光源部３１を出射した光のうち、特定の波長範囲の光のみを励起光Ｌ３として透過させるフィルタである。また、ダイクロイックミラー３３は、励起光Ｌ３を反射させ、蛍光Ｌ４を透過させる性質を有する。可視光用対物レンズ３４は、励起光Ｌ３をダイクロイックミラー３５で反射させ、テラヘルツ波Ｌ２の照射方向とは反対側より試料Ａを照射する。ダイクロイックミラー３５は、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を反射させ、テラヘルツ波Ｌ２を透過させる特性を有する。なお、励起光Ｌ３を照射する試料Ａの領域は、テラヘルツ波Ｌ２を照射する領域と少なくとも一部が重なるように、各光学系を構成する。
【００２６】
また、蛍光検出光学系９は、ダイクロイックミラー３５と可視光用対物レンズ３４とダイクロイックミラー３３と吸収フィルタ３６と結像レンズ３７と、ＣＣＤカメラ等のカメラ３８とを備える。ここで、ダイクロイックミラー３５，３３と対物レンズ３４とは、励起光照射光学系８と共用される構成要素である。吸収フィルタ３６は、蛍光を透過させそれ以外の波長成分の光を透過させない波長特性を有するフィルタである。また、結像レンズ３７は、カメラ３８の撮像素子に蛍光Ｌ４を結像させる。
【００２７】
以上のように構成された観察装置１の作用について以下に説明する。
【００２８】
まず、本実施の形態に係る観察装置１を用いて、テラヘルツ波を用いた細胞等の試料Ａの観察を行うには、試料ホルダに試料Ａを載置し、近赤外光源２からパルス状の近赤外光Ｌ１を出射させる。
【００２９】
この近赤外光Ｌ１は、ビームスプリッタ３により分岐され、テラヘルツ波照射光学系４に入射し、ミラー１０によって偏向された後、集光レンズ１１によって集光され、テラヘルツ波放射素子１２に照射される。これにより、テラヘルツ波Ｌ２が発生し、放物面ミラー１３ａによって、略平行光束に変換された後に、放物面ミラー１３ｂによって試料Ａに集光される。
【００３０】
試料Ａは、透明な細胞等であるが、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２は、試料Ａにより変調されて試料Ａ内における成分分布に応じた強度分布を有する。この強度分布を有するテラヘルツ波Ｌ２は、ダイクロイックミラー３５を透過して放物面ミラー１４ａで略平行光となり、ダイクロイックミラー１８を透過して放物面ミラー１４ｂにより集光され、電気光学結晶６内に試料Ａの像として結像される。これによって、電気光学結晶６には、テラヘルツ波Ｌ２の強度分布に応じた複屈折の分布が発生する。この複屈折の分布は、試料Ａの成分分布を反映したものとなる。なお、テラヘルツ波Ｌ２の照射により電気光学結晶６内に複屈折の分布が発生している時間は極めて短いので、テラヘルツ波Ｌ２の照射とほぼ同時に複屈折の分布の情報を読み出す必要がある。
【００３１】
この情報の読み出しには、近赤外光照射光学系５に入射した近赤外光Ｌ１が用いられる。ビームスプリッタ３により分岐された近赤外光Ｌ１は光路調整光学系１５において光路を調整され、１／２波長板１７で偏光状態を所定の直線偏光に設定された後に、図２に示すように、電気光学結晶６にテラヘルツ波Ｌ２の照射方向と同方向から照射される。図中、斜線で示される領域Ｓは、テラヘルツ波Ｌ２によって試料Ａの成分分布の情報を書き込まれた領域である。同一の近赤外光源２から発せられた近赤外光Ｌ１に基づくテラヘルツ波Ｌ２と近赤外光Ｌ１とは、それぞれ異なる光路を通るので、そのままでは、パルスが同時に試料Ａに照射されないこともある。そこで、光路調整光学系１５による光路長の調節により、そのパルスの位相を精度良く調節することができる。なお、図２において、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２は、交互に別々の領域に照射されているように描かれているが、実際には、両者の照射領域の少なくとも一部が重なるように、両者は照射されている。
【００３２】
領域Ｓでは、テラヘルツ波Ｌ２の照射によって、複屈折の分布が生じる。この領域Ｓを近赤外光Ｌ１が通過する際に、近赤外光Ｌ１の偏光状態が変化させられる。すなわち、対物レンズ１６により略平行光束とされる近赤外光Ｌ１は、その領域Ｓの透過位置に応じて偏光状態が異なっている。その後、近赤外光Ｌ１は、偏光子２２に入射されるが、偏光子２２から射出される光量は、領域Ｓを透過後の近赤外光Ｌ１の偏光状態によって異なる。これにより、電気光学結晶６に記録された複屈折の分布の情報を、光の光量（強度）として読み出すことができる。
【００３３】
そして、このようにして抽出された近赤外光Ｌ１を結像レンズ２３によって結像し、撮像素子２４によって撮影することにより、透明な細胞等の試料Ａの画像を取得することができる。
【００３４】
次に、テラヘルツ波観察と同時にあるいは、テラヘルツ波による試料観察に続いて、試料Ａの蛍光観察（可視光観察）を行う場合、試料ホルダに試料Ａを載置した状態で、励起光光源３１から励起光Ｌ３を出射させる。励起光Ｌ３は、励起フィルタ３２、ダイクロイックミラー３３、可視光用対物レンズ３４、ダイクロイックミラー３５を経て、試料Ａをテラヘルツ波Ｌ２の照射方向と反対側から照射する。その際、試料Ａ上ではテラヘルツ波Ｌ２によって照射された位置と少なくとも一部が重なる位置が、励起光Ｌ３により照射される。これによって、試料Ａの照射位置より蛍光が発生する。
【００３５】
試料Ａで発生した蛍光は、ダイクロイックミラー３５で反射され、可視光用対物レンズ３４を経て、ダイクロイックミラー３３を透過し、吸収フィルタ３６によりノイズを除去して、結像レンズ３７により、カメラ３８の撮像素子上に結像される。カメラ３８は、試料Ａの蛍光画像を撮像し、これを図示しない画像処理装置等で処理して試料Ａの画像を表示する。
【００３６】
なお、撮像素子（赤外光検出器）２４により検出した画像と、カメラ３８により検出された画像とは、同一の視野範囲を同一方向から見た画像となるように、図示しない画像処理装置により、左右の反転、位置および倍率の調整等の処理を行い、使用者の表示画面に並べてまたは重ね合わせて表示される。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、テラヘルツ波による試料観察のための照射系および検出系の構成に加え、蛍光観察（可視光観察）のために可視光観察光学系を設けたので、テラヘルツ波を用いた試料観察とともに、可視光による試料観察も可能になり、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを同時、または、短時間のうちに切り替えて行うことができる。また、テラヘルツ波の照射による試料の変調を可視光で顕微観察することも可能となる。
【００３８】
（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態に係る観察装置を示す全体構成図である。本実施の形態は、テラヘルツ波観察光学系１ａと可視光観察光学系１ｂとの間で試料Ａの観察位置が異なり、これら２つの観察位置の間で、観察対象の試料を移動可能に構成したものである。以下にその構成を説明する。
【００３９】
まず、本実施の形態に係る観察装置１では、第１実施の形態におけるテラヘルツ波観察系１ａの構成のように試料Ａと電気光学結晶６との間に放物面ミラー１４ａ、１４ｂを設けて試料Ａにテラヘルツ波Ｌ２を照射してその透過光を電気光学結晶６に結像させるのではなく、図４に示すように、試料Ａを電気光学結晶６の載置面６ａに直接載置する。すなわち、本実施の形態では、テラヘルツ波照射光学系４は、放物面ミラー１４ａ、１４ｂを含まず、ミラー１０と、集光レンズ１１と、テラヘルツ波放射素子１２と、放物面ミラー１３ａ、１３ｂとを含んで構成される。
【００４０】
また、本実施の形態の近赤外光照射光学系５は、ダイクロイックミラー１８と放物面ミラー１４ｂを設置せず、図３に示すように、近赤外光源２から出射された近赤外光Ｌ２が光路調整光学系１５を経た後に近赤外光用対物レンズ１６によって試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に集光されるように配置される。すなわち、本実施の形態では、近赤外光照射光学系５は、ダイクロイックミラー１８と放物面ミラー１４ｂを含まず、近赤外光源２と、ビームスプリッタ３と、光路調整光学系１５と、近赤外光用対物レンズ１６とを含んで構成される。
【００４１】
また、本実施の形態に係る電気光学結晶６は、図４に示すように、電気光学結晶の試料Ａ側の表面に反射膜１９を有する。この反射膜１９は、テラヘルツ波Ｌ２を透過させ、近赤外光Ｌ１を反射する性質を有している。また、テラヘルツ波観察光学系は、近赤外光Ｌ１とテラヘルツ波Ｌ２との電気光学結晶６の照射位置が、少なくとも一部重なるように配置されている。したがって、試料Ａを透過して試料Ａの成分分布に対応した強度分布を含んだテラヘルツ波Ｌ２は、反射膜１９を透過して電気光学結晶６に入射し、試料Ａの成分分布の情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込む。一方、近赤外光照射光学系５からの近赤外光Ｌ１は、試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を偏光状態の変化として読み出し、反射膜１９によって反射されて電気光学結晶６の下方に射出される。
【００４２】
また、本実施の形態に係る近赤外光検出光学系７は、反射膜１９で反射され電気光学結晶６を出射した近赤外光Ｌ１を略平行光束にする対物レンズ１６と、該対物レンズ１６によって略平行光束にされた近赤外光Ｌ１を分岐させるビームスプリッタ２５と、ビームスプリッタ２５により分岐された光路に設けられた偏光子２２、結像レンズ２３及び撮像素子２４とを備え、第１実施の形態と同様に近赤外光Ｌ１の偏光状態の変化を撮像素子２４に入射する近赤外光Ｌ１の光量の変化として検出する。
【００４３】
一方、本実施の形態の可視光観察光学系１ｂでは、第1実施の形態における可視光観察光学系１ｂにおいて、テラヘルツ波観察を行う際の試料Ａの観察位置に励起光Ｌ３を導光させ照射するためのダイクロイックミラー３５を設けず、テラヘルツ波観察の観察位置と異なる観察位置で試料Ａの蛍光観察を行うように構成する。すなわち、本実施の形態では、励起光照射光学系８は、励起光光源部３１と、励起フィルタ３２と、ダイクロイックミラー３３と、可視光用対物レンズ３４とを備え、蛍光検出光学系９は、可視光用対物レンズ３４とダイクロイックミラー３３と吸収フィルタ３６と結像レンズ３７と、ＣＣＤカメラ等のカメラ３８とを備える。
【００４４】
次に、試料Ａをテラヘルツ波観察の観察位置と可視光観察の観察位置との間で、移動させる構成について説明する。図５は、図３の観察装置におけるテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。
【００４５】
観察装置１は、試料Ａを載置する電気光学結晶６を、少なくとも図５において試料Ａの上下方向を光学的に遮蔽しない態様で載置する、載置ユニット４２を備える。この載置ユニット４２は、電気光学結晶６を載置した状態で、水平方向に並進移動可能に構成され、テラヘルツ波観察の観察位置と可視光観察の観察位置との間で、試料の位置を短時間に変位させることができる。
【００４６】
図５（ａ）は、テラヘルツ波観察の観察位置に試料が位置している状態（第１の観察状態）を示している。この場合、近赤外光用対物レンズ１６は、テラヘルツ波Ｌ２が照射される試料Ａの下方に位置し、光軸を載置面６ａに直交するように上方に向けて配置される。また、近赤外光用対物レンズ１６は、近赤外光用対物レンズ１６を出射する近赤外光Ｌ１の合焦位置が、電気光学結晶６内の載置面６ａ近傍となるように配置されている。一方、可視光用対物レンズ３４は、電気光学結晶６の上方であって、近赤外光用対物レンズ１６の光軸から外れた位置に位置する。
【００４７】
なお、電気光学結晶６の試料Ａ側の表面には、図４に示すように、テラヘルツ波Ｌ２を透過させ、近赤外光Ｌ１を反射する性質を有する反射膜１９が設けられている。近赤外光Ｌ１が電気光学結晶６に照射される際に、電気光学結晶６内を透過して反射膜１９で反射し、また、再び電気光学結晶６内を透過することによって、近赤外光Ｌ１に収差が発生する。テラヘルツ波Ｌ２が電気光学結晶６に書き込んだ試料Ａの情報を高い空間分解で読み取るためには、近赤外光Ｌ１の分解能も高くする必要ある。このため、収差を補正することが必要となり、近赤外用対物レンズ１６として補正環付のものを使用するか、または、近赤外光用補正素子(レンズ)４３を、近赤外用対物レンズ１６の手前に設けても良い。
【００４８】
図５（ｂ）は、可視光観察の観察位置に試料が位置している状態（第２の観察状態）を示している。この場合、可視光用対物レンズ３４は、試料Ａの上方に位置し、励起光Ｌ３を試料Ａに向けて照射し、これによって発生する蛍光Ｌ４を略平行光束にする。この場合、図５（ｂ）では、図５（ａ）の場合と比べ、載置ユニット４２が、右方向に水平に並進移行している。
【００４９】
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５０】
以上のような構成によって、まず、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図５（ａ）の位置にして、試料Ａを電気光学結晶６に載置し、近赤外光源２からパルス状の近赤外光Ｌ１を出射させる。この近赤外光Ｌ１は、ビームスプリッタ３で、テラヘルツ波照射光学系４と近赤外光照射光学系５との２つの光路に分岐される。テラヘルツ波照射光学系４は、第１実施の形態と同様に、テラヘルツ波放射素子１２でテラヘルツ波Ｌ２を発生し、これを、放物面ミラー１３ａ，１３ｂを経由して、電気光学素子６の載置面６ａに載置されて試料Ａに照射する。
【００５１】
第１実施の形態で説明したのと同様の原理によって、試料Ａを透過したテラヘルツ波Ｌ２は試料Ａの成分分布に応じた強度分布を有し、その強度分布が複屈折の分布として電気光学結晶６に書き込まれる。本実施の形態では、試料Ａが電気光学結晶６に近接しているので、テラヘルツ波Ｌ２が試料通過後において回折によって試料Ａの微細な空間情報を失う前に試料Ａの情報を電気光学結晶６に複屈折の分布として書き込むことができ、電気光学結晶６に発生する複屈折の分布は、試料Ａの成分分布をより精度良く反映したものとなる。この電気光学結晶６に書き込まれた情報の読み出しは、第１実施の形態と同様に近赤外光照射光学系５により行うが、本実施の形態では、近赤外光Ｌ１は試料Ａと反対側（図３，４において下側）の面から電気光学結晶６に入射して、テラヘルツ波Ｌ２により複屈折の分布として書き込まれた試料Ａの成分分布の情報を偏光状態の変化として読み出し、反射膜１９によって反射されて電気光学結晶６の下方に出射される。これにより、より高い分解能によるテラヘルツ波観察が可能になる。
【００５２】
次に、蛍光観察（可視光観察）を行う場合は、載置ユニット４２を図５（ｂ）の位置に移動させ、励起光光源３１から励起光Ｌ３を出射させ、励起フィルタ３２、ダイクロイックミラー３３、可視光用対物レンズ３４を経て、試料Ａをテラヘルツ波を照射するのと同じ方向（図において上側）から照射する。これにより試料Ａで発生した蛍光を、可視光用対物レンズ３４、ダイクロイックミラー３３、吸収フィルタ３６を経由して、結像レンズ３７により、カメラ３８の撮像素子上に結像して観察する。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、テラヘルツ波観察のための照射系および検出系の構成に加え、蛍光観察（可視光観察）のために可視光観察光学系を設けたので、テラヘルツ波を用いた試料観察とともに、可視光による試料観察も可能になり、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに行うことができる。さらに、試料Ａを電気光学結晶の載置面に載置したので、簡易な構成でより空間分解能の高いテラヘルツ波観察を行うことが可能になる。また、テラヘルツ波観察と可視光観察とのそれぞれの光学系が分離されているので、それぞれの光学系を個別に調整することが容易である。
【００５４】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態は、第２実施の形態において、載置ユニット４２を水平方向に並進移動させるのではなく、電気光学結晶６の載置面６aに平行な、または、載置面６ａの面内の回転軸を中心として、例えば３０°傾斜可能としたものである。このため、可視光観察光学系１ｂの可視光用対物レンズ３４は、試料Ａに対するテラヘルツ波Ｌ２および近赤外光Ｌ１の照射方向に対して、光軸を傾けて配置されている。
【００５５】
図６（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６の載置面６ａが水平となるように配置される。また、近赤外用対物レンズ１６は、電気光学結晶６の下方に光軸を載置面６ａに垂直に試料Ａに向けて配置される。さらに、このときテラヘルツ波Ｌ２は、試料Ａの上方より載置面６ａに垂直方向に照射される。また、可視光用対物レンズ３４は、このテラヘルツ波Ｌ２の照射方向とは３０°ずれた位置に、テラヘルツ波Ｌ２の光路を妨げないように配置されている。
【００５６】
図６（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニットは、水平面に対して３０°傾斜し、それによって電気光学結晶６の載置面も３０°傾斜している。このとき、可視光用対物レンズ３４は、試料載置面６ａに垂直方向に位置する。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５７】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図６（ａ）のように水平にして、第２実施の形態と同様に観察を行う。また、蛍光観察による可視光観察を行う場合は、載置ユニット４２を図６（ｂ）のように傾斜させて、第２実施の形態と同様に観察を行う。このとき、テラヘルツ波観察と可視光観察の両観察において、試料Ａの同一の位置を観察するようにする。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、傾斜角度を変えるという簡単な構成によって、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切り替えて行うことができる。さらに、試料の移動距離を最小限に抑えることができる。なお、本実施の形態において、第２の観察状態の、載置ユニットの水平面に対する傾斜角度を３０°としたが、傾斜角度はこれに限られず、様々な角度に設定することが可能である。また、本実施の形態では載置ユニット４２を傾斜させる構成としたが、載置ユニット４２を傾斜させず、テラヘルツ波Ｌ２を近赤外光Ｌ１の光軸に対して斜め方向から試料Ａに照射する構成としても良い。この際、可視光用対物レンズ３４は近赤外光Ｌ１の照射方向に対して光軸が等しくなる位置に配置することができ、載置ユニット４２を傾斜する機構が必要なくなり、また、テラヘルツ波観察と可視光観察を同時に行うことが可能となる。
【００５９】
（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態は、第２実施の形態において、載置ユニット４２を水平方向に並進移動させるのではなく、電気光学結晶６の載置面６ａに平行な回転軸を中心として、上下反転させることを可能にしたものである。反転時の試料の落下を防止するために、ガラス板（カバーガラス）５１を用い、このガラス板５１と電気光学結晶６との間に試料Ａを挟みこんでいる。
【００６０】
また、本実施の形態は、近赤外光照射光学系５と励起光照射光学系８とは、それぞれ、第２実施の形態における近赤外光用対物レンズ１６および可視光用対物レンズ３４の入射側手前で、ダイクロイックミラー５２を介して、光路を統合され、近赤外光用対物レンズ１６および可視光用対物レンズ３４に代えて共通の対物レンズ５３を用いて、電気光学結晶６の下側から試料Ａに近赤外光Ｌ１および励起光Ｌ３を照射するようにしたものである。なお、ダイクロイックミラー５２は、近赤外光Ｌ１を反射させ、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を透過させる光学特性を有するものである。
【００６１】
図７（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの下側に、ガラス板５１を試料Ａの上側にして配置されている。また、図７（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの上側に、ガラス板５１を試料Ａの下側にして配置されている。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６２】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察を行う場合には、載置ユニット４２を図７（ａ）の状態にして、第２実施の形態と同様に、試料Ａの上方からテラヘルツ波Ｌ２を照射するとともに、ダイクロイックミラー５２および対物レンズ５３を経由して、電気光学結晶６に下方より近赤外光Ｌ１を照射し、反射膜１９で反射された近赤外光Ｌ１を対物レンズ５３で略平行光束にして、ダイクロイックミラー５２を介して、近赤外光検出光学系７で検出する。電気光学結晶内を通過することによる近赤外光Ｌ１の収差が大きい場合には、７（ａ）に示すように、近赤外光用補正素子４３を対物レンズ５３の手前に設けても良い。また、蛍光観察（可視光観察）を行う場合は、載置ユニット４２を図７（ｂ）のように上下反転させて、励起光照射光学系８からの励起光Ｌ３を、ダイクロイックミラー５２、対物レンズ５３を介して下方から試料Ａに照射し、これにより発生した蛍光Ｌ４を対物レンズ５３で略平行光束にしてダイクロイックミラー５２で分岐させ蛍光検出光学系９により検出する。このとき、テラヘルツ波観察と可視光観察との両観察において、試料Ａの同一の位置を観察するようにする。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、載置ユニット４２を上下反転させることによって、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切替えて行うことができる。さらに、本実施の形態では、テラヘルツ波観察と可視光観察とで同一の対物レンズを使用することができる。なお、ガラス板５１は樹脂、光学結晶でも良く、その材質はガラスに限定しない。
【００６４】
（第５実施の形態）
図８は、本発明の第５実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との同時観察を説明する図である。本実施の形態は、第４実施の形態における図７（ａ）の状態と同様の構成を用い、テラヘルツ波観察および可視光観察において、それぞれ近赤外光Ｌ１および励起光Ｌ３を試料Ａの下側の同一の対物レンズ５３から照射し、これにより試料Ａで変調された近赤外光Ｌ１および試料Ａで発生した蛍光Ｌ４を対物レンズ５３により収集するようにしたものである。
【００６５】
蛍光Ｌ４は電気光学結晶６を透過するため、対物レンズ５３には補正環を設けて電気光学結晶で生じる収差を補正するようにしている。さらに、補正環による補正が十分ではない場合は、ダイクロイックミラー５２の蛍光Ｌ４の出射側に、電気光学結晶６で生じる収差を補正するための可視光用補正素子５４を設ける。
【００６６】
なお本実施の形態では、載置ユニット４２を反転させないので、そのための回転機構およびガラス板（カバーガラス）は設けていない。その他の構成は、第４実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６７】
以上のような構成によって、テラヘルツ波観察および可視光観察を、載置ユニット４２を動かさないで行うことができる。すなわち、テラヘルツ波観察は、第４実施の形態と同様に行うことができる。また、可視光観察も、第４実施の形態で図７（ｂ）を用いて説明したように、対物レンズ５３から励起光Ｌ３を出射させる。この励起光Ｌ３は、電気光学結晶６を透過して試料Ａを照射し、これによって発生した蛍光が、電気光学結晶６を透過して対物レンズ５３により略平行光束にされ、第４実施の形態と同様に検出される。ここで、本実施の形態では、励起光Ｌ３および蛍光Ｌ４を電気光学結晶６を透過させる構成となっている点が第４実施の形態と異なっているが、これによって発生する収差は、上述のように対物レンズ５３の補正環および可視光補正素子５４によって補正される。また、載置ユニット４２を動かさないので、テラヘルツ波観察と可視光観察は、試料Ａの同一の位置を観察する。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、載置ユニット４２を移動させずに、適切な対物レンズもしくは補正素子を用いて、テラヘルツ波観察と可視光観察とを行うようにしたので、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、同時に、または、短時間のうちに切替えて行うことができる。また、本実施の形態では、テラヘルツ波観察と可視光観察とで同一の対物レンズを使用することができる。さらに、載置ユニット４２を変位させる必要がないので、そのための駆動機構も必要とせず構成が簡易になる。さらに、試料の移動に伴い試料状態が変化する虞もない。
【００６９】
（第６実施の形態）
上述の第２−４実施の形態において、載置ユニット４２を、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれかにより移動させたが、載置ユニットの移動は、それらに限られず、並進移動、傾斜、反転を組み合わせても良い。図９は、本発明の第６実施の形態に係る観察装置のテラヘルツ波観察と可視光観察との切り替えを説明する図である。本実施の形態では、載置ユニット４２を、テラヘルツ波観察と可視光観察との間で、並進移動させ且つ上下反転させている。
【００７０】
図９（ａ）は、テラヘルツ波観察の際の載置ユニット４２の状態（第１の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、電気光学結晶６を試料Ａの下側に、ガラス板５１を試料Ａの上側にして配置されている。また、近赤外光用対物レンズ１６は、試料Ａ６の下側に位置し、可視光用対物レンズ３４は、これと水平方向に離間して位置する。
【００７１】
また、図９（ｂ）は、可視光観察の際の載置ユニット４２の状態（第２の観察状態）を示している。この場合、載置ユニット４２は、図９（ａ）の状態から反転し、電気光学結晶６を試料Ａの上側に、ガラス板５１を試料Ａの下側にして配置されている。さらに、載置ユニットは水平方向（図９において右方向）にも移動し、試料Ａの下方に可視光用対物レンズ３４が位置している。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００７２】
以上のような構成によって、第２−４実施の形態と同様に、試料上の同一の観察位置に対して、テラヘルツ波観察と可視光観察とを、短時間のうちに切替えて行うことができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、可視光観察は蛍光観察に限られず、多光子顕微鏡等も使用することができる。その場合は、励起光光源は適切な波長で発振するレーザとなる。また、自家発光蛍光や通常の屋内照明による反射または透過光を観察対象とすることもできる。その場合、別途励起光照明のための照射光学系を設ける必要はない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 観察装置
１ａ テラヘルツ波観察光学系
１ｂ 可視光観察光学系
２ 近赤外光源
３、２５ ビームスプリッタ
４ テラヘルツ波照射光学系
５ 近赤外光照射光学系
６ 電気光学結晶
６ａ 載置面
７ 近赤外光検出光学系
８ 励起光照射光学系
９ 蛍光検出光学系
１１ 集光レンズ
１０、２１ ミラー
１２ テラヘルツ波放射素子
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 放物面ミラー
１５ 光路調整光学系
１５ａ、１５ｂ 三角プリズム
１６ 近赤外光用対物レンズ
１７ １／２波長板
１８、３３、３５、５２ ダイクロイックミラー
１９ 反射膜
２２ 偏光子
２３ 結像レンズ
２４ 撮像素子（赤外光検出器）
３１ 励起光光源部
３２ 励起フィルタ
３４ 可視光用対物レンズ
３６ 吸収フィルタ
３７ 結像レンズ
３８ カメラ
４２ 載置ユニット
４３ 近赤外光用補正素子
５１ ガラス板
５３ 対物レンズ
５４ 可視光用補正素子
Ｌ１ 近赤外光
Ｌ２ テラヘルツ波
Ｌ３ 励起光
Ｌ４ 蛍光
Ａ 試料
Ｓ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学結晶と、
試料に向けて第１の電磁波を照射し、該照射により試料を透過する光を前記光学結晶に結像させる第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記第１の電磁波の照射領域と前記第２の電磁波の前記照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
試料を載置する載置面を有する光学結晶と、
該光学結晶に向けて第１の電磁波を前記載置面側から照射する第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記検出系は、その合焦位置が前記光学結晶内の前記載置面近傍と一致するように配置され、
前記第１の電磁波の照射領域と前記試料を透過した前記第２の電磁波の照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とする観察装置。
【請求項３】
前記光学結晶を載置する載置ユニットを備え、
該載置ユニットを、前記試料を前記検出系による観察を行う第１の観察状態と、前記可視光観察光学系による観察を行う第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記載置ユニットは、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれか、または、これらの組み合わせにより、前記第１の観察状態と前記第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記光学結晶は、前記第１の電磁波の強度に応じて屈折率が変化する電気光学結晶であることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置。
【請求項１】
光学結晶と、
試料に向けて第１の電磁波を照射し、該照射により試料を透過する光を前記光学結晶に結像させる第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記第１の電磁波の照射領域と前記第２の電磁波の前記照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
試料を載置する載置面を有する光学結晶と、
該光学結晶に向けて第１の電磁波を前記載置面側から照射する第１の照射系と、
前記光学結晶に向けて第２の電磁波を照射する第２の照射系と、
前記光学結晶により変調された前記第２の電磁波を検出する検出系と、
前記試料の可視光観察光学系とを備え、
前記第１の電磁波は、パルス状のテラヘルツ波であり、
前記第２の電磁波は、前記テラヘルツ波よりも波長が短いパルス状の電磁波であり、
前記検出系は、その合焦位置が前記光学結晶内の前記載置面近傍と一致するように配置され、
前記第１の電磁波の照射領域と前記試料を透過した前記第２の電磁波の照射領域との少なくとも一部が前記光学結晶内で重なるように、前記第１の照射系と前記第２の照射系とが配置され、且つ、
前記可視光観察光学系は、前記試料上の前記第１の電磁波が照射された領域と少なくとも一部が重なった領域を観察するように構成されたことを特徴とする観察装置。
【請求項３】
前記光学結晶を載置する載置ユニットを備え、
該載置ユニットを、前記試料を前記検出系による観察を行う第１の観察状態と、前記可視光観察光学系による観察を行う第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記載置ユニットは、水平方向への並進移動、前記載置面に平行な回転軸を中心とする回転による前記載置面の傾斜および反転のいずれか、または、これらの組み合わせにより、前記第１の観察状態と前記第２の観察状態との間で、切替え可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記光学結晶は、前記第１の電磁波の強度に応じて屈折率が変化する電気光学結晶であることを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載の観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０３０１６（Ｐ２０１１−２０３０１６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８６４９（Ｐ２０１０−６８６４９）
【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１３日（２０１１．１０．１３）
【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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