２次元スキャナ、及び、光刺激装置
【課題】中心波長の異なる複数の光に対して、高い回折効率と高い走査性能を実現する技術を提供する。
【解決手段】２次元光スキャナ６に入射したレーザ光は、駆動手段７ｄにより波長毎に入射角が調整されたＡＯＤ７で偏向される。ＡＯＤ７で生じた角度分散は、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたプリズム８により補償される。プリズム８から射出されたレーザ光は、リレーレンズ９を通過して、駆動手段１０ｄにより波長毎に入射角が調整されたＡＯＤ１０で偏向される。ＡＯＤ１０で生じた角度分散は、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたプリズム１１により補償されて、２次元光スキャナ６から射出される。ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は偏向平面が直交している。
【解決手段】２次元光スキャナ６に入射したレーザ光は、駆動手段７ｄにより波長毎に入射角が調整されたＡＯＤ７で偏向される。ＡＯＤ７で生じた角度分散は、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたプリズム８により補償される。プリズム８から射出されたレーザ光は、リレーレンズ９を通過して、駆動手段１０ｄにより波長毎に入射角が調整されたＡＯＤ１０で偏向される。ＡＯＤ１０で生じた角度分散は、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたプリズム１１により補償されて、２次元光スキャナ６から射出される。ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は偏向平面が直交している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元スキャナ及び光刺激装置の技術に関し、特に、音響光学偏向器（ＡＯＤ：Acousto-Optical Deflector）を備えた２次元スキャナ及び光刺激装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光刺激とは、顕微鏡などの光学装置を用いて細胞や試薬などの微小な領域にレーザ光などの光を照射することをいい、その光の照射による反応を観察または計測するために行われる。
【０００３】
光刺激装置は、光を所望の位置に照射するために２次元光スキャナを含んでいる。顕微鏡用の光刺激装置では、一般的に、ミラーの角度を制御することにより照射位置を制御するガルバノミラーが２次元光スキャナとして用いられている。
【０００４】
ところで、光刺激装置の一用途として神経細胞を刺激する実験が挙げられるが、神経細胞を刺激する実験では、複数の離れた領域（神経細胞）を高速に切り換えて刺激する必要がある。しかしながら、ガルバノミラーを含む光刺激装置では、このような要求に十分に応えることは難しい。ガルバノミラーでは、ミラーの角度は連続的に変化するため、通常、照射位置も連続的に移動することになる。このため、ガルバノミラーを含む光刺激装置では、照射位置を非連続的に変化させて、複数の離れた領域を、その他の領域を刺激することなく、刺激することは難しい。
【０００５】
このような技術的な課題を鑑みて、２次元スキャナとしてガルバノミラーに代わりに音響光学偏向器を含む光刺激装置が提案されている。音響光学偏向器を含む光刺激装置は、例えば、特許文献１で開示されている。
【０００６】
音響光学偏向器は、二酸化テルルなどの結晶と、結晶に貼り付けられた圧電体などの振動子とを含んでいる。振動子により結晶中に音響波を伝播させることで光に対する屈折率の粗密が生じるため、音響光学偏向器は、入射光に対して回折格子のように作用して入射光を偏向させることができる。また、振動子に印加する高周波信号の周波数により射出光の偏向方向が変化するため、音響光学偏向器は、照射位置を非連続的に変化させることが可能である。
【０００７】
従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置によれば、複数の離れた領域を高速に切り換えて刺激することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
音響光学偏向器は、信号の周波数により格子定数が変化する回折格子とみなすことが可能であり、回折格子と同様に、異なる波長の光に対して異なる特性を示す。このような波長依存特性に起因して、音響光学偏向器を光刺激装置に用いる場合には、以下のような技術的な課題がある。
【００１０】
まず第１に、刺激強度及び刺激分解能を一定に維持することが難しいことである。
光刺激装置の光源には、例えば、フェムト秒オーダのパルス幅の超短光パルスを発する超短光パルスレーザが用いられるが、超短光パルスレーザから射出されるレーザ光は、比較的広いバンド幅（レーザ光に含まれる波長の幅）を有している。このため、音響光学偏向器では光の偏向角が波長に依存すること、即ち、角度分散が生じることに起因して、レーザ光が試料面に広がって照射されることになり、ビームスポット径が大きくなってしまう。また、ビームスポット径の広がりは、偏向角を大きくするほど大きくなるため、偏向角により定まる刺激位置に依存して、ビームスポット径が変化することなる。従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置では、刺激位置に依存して刺激強度及び刺激の空間分解能が変化することになり、刺激強度及び刺激の空間分解能を一定に維持することが困難となる。即ち、２次元スキャナとしては、一定の強度の光で所望の位置を安定して走査することができないことになるため、安定した走査性能を確保できない。
【００１１】
第２に、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合に、回折効率が劣化することである。
音響光学偏向器は、図６に例示されるように、入射角によって異なる回折効率を示す。このため、音響光学偏向器は、通常、入射角が良好な回折効率を示す角度になるように、予め配置されている。しかしながら、音響光学偏向器の回折効率は、入射角だけではなく波長にも依存する。従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置では、中心波長の異なるレーザ光を切り換えて使用する場合には、回折効率が劣化してしまう。
【００１２】
以上のような実情を踏まえ、本発明では、中心波長の異なる複数の光に対して、高い回折効率と高い走査性能を実現する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第１の音響光学偏向器と、第１の音響光学偏向器への入射光と第１の音響光学偏向器からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りに、第１の音響光学偏向器を回転させる第１の駆動手段と、第１の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、第１の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第１のプリズムと、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第２の音響光学偏向器と、第２の音響光学偏向器への入射光と第２の音響光学偏向器からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りに、第２の音響光学偏向器を回転させる第２の駆動手段と、第２の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、第２の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第２のプリズムと、第１の音響光学偏向器の射出端と第２の音響光学偏向器の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズと、を含み、第１の音響光学偏向器と第２の音響光学偏向器は、第１の平面と第２の平面が直交するように配置される２次元光スキャナを提供する。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の２次元光スキャナにおいて、さらに、第１の平面と垂直な回転軸周りに、第１のプリズムを回転させる第３の駆動手段と、第２の平面と垂直な回転軸周りに、第２のプリズムを回転させる第４の駆動手段と、を含む
２次元光スキャナを提供する。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の２次元光スキャナと、２次元スキャナにレーザ光を照射する超短光パルスレーザと、を含む光刺激装置を提供する。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の光刺激装置において、さらに、超短光パルスレーザと２次元光スキャナとの間の光路中に配置された、所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタと、を含み、波長選択フィルタは、レーザ光のバンド幅を狭める光刺激装置を提供する。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の光刺激装置において、さらに、異なる範囲の波長の光を透過させる複数の波長選択フィルタと、超短光パルスレーザと２次元光スキャナとの間の光路中に配置される波長選択フィルタを切り換える切換手段と、を含み、切換手段は、超短光パルスレーザから射出されるレーザ光の中心波長に応じて、波長選択フィルタを切り換える光刺激装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中心波長の異なる複数の光に対して、高い回折効率と高い走査性能を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る光刺激装置の構成を例示した図である。
【図２】図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器について説明するための図である。
【図３】図１に例示される光刺激装置に含まれるバンドパスフィルタによる効果を例示した図である。
【図４】図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器へ入射するレーザ光の入射角の調整による効果を例示した図である。
【図５】実施例１に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器の射出端近傍に配置されたプリズムの効果を示した図である。
【図６】音響光学偏向器の回折効率の入射角依存性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１は、本実施例に係る光刺激装置の構成を例示した図である。図２は、本実施例に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器（以降、ＡＯＤと記す。）について説明するための図である。図１に例示される光刺激装置１は、フェムト秒レーザ２と、時間分散補償機構３と、ビームエキスパンダ４と、複数のバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタ５ａ、バンドパスフィルタ５ｂ）が装着されたフィルタホイール５と、ＡＯＤを含む２次元光スキャナ６と、リレーレンズ１２と、対物レンズ１３と、制御装置１４とを含んでいる。
【００２１】
フェムト秒レーザ２は、フェムト秒オーダのパルス幅の超短光パルスを発生させる超短光パルスレーザであり、複数の中心波長のレーザ光を切り替えて射出することができる。なお、各中心波長のレーザ光には、その中心波長を中心とした所定の範囲の波長の光が含まれている。以降、各中心波長のレーザ光に含まれる波長の幅をバンド幅と記す。
【００２２】
時間分散補償機構３は、２つのプリズム（プリズム３ａ、プリズム３ｂ）と、ミラー３ｃと、電動ステージ３ｄと、を含み、プリズム３ｂとミラー３ｃは電動ステージ３ｄ上に配置されている。電動ステージ３ｄは、プリズム３ａからプリズム３ｂへ入射する光の入射光軸に沿って移動可能なステージである。
【００２３】
２次元光スキャナ６は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させるＡＯＤ７（第１の音響光学偏向器）と、ＡＯＤ７への入射光とＡＯＤ７からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りにＡＯＤ７を回転させる駆動手段７ｄ（第１の駆動手段）と、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたＡＯＤ７からの射出光の角度分散を補償するプリズム８（第１のプリズム）と、第１の平面と垂直な回転軸周りにプリズム８を回転させる駆動手段８ｄ（第３の駆動手段）と、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させるＡＯＤ１０（第２の音響光学偏向器）と、ＡＯＤ１０への入射光とＡＯＤ１０からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りにＡＯＤ１０を回転させる駆動手段１０ｄ（第２の駆動手段）と、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたＡＯＤ１０からの射出光の角度分散を補償するプリズム１１（第２のプリズム）と、第２の平面と垂直な回転軸周りにプリズム１１を回転させる駆動手段１１ｄ（第４の駆動手段）と、ＡＯＤ７の射出端とＡＯＤ１０の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズ９と、を含んでいる。なお、ＡＯＤ１０の射出端と対物レンズ１３の瞳位置は、リレーレンズ１２により、光学的に共役である。
【００２４】
図２で示されるように、ＡＯＤ７は、例えば、二酸化テルルなどの結晶７ａと、結晶７ａに貼り付けられた圧電体７ｂとを含んでいる。圧電体７ｂに入力するＲＦ信号（制御信号）により結晶７ａに音響波が伝播して、結晶７ａ中の屈折率の粗密が生じる。これにより、ＡＯＤ７は入射光ＩＬに対して回折格子として作用するため、入射角θｉでＡＯＤ７へ入射した入射光ＩＬはＡＯＤ７で回折して、その１次回折光Ｌ１が射出角θｄでＡＯＤ７から射出される。なお、射出角θｄは、ＲＦ信号の周波数ｄを制御することで、制御することができる。ＲＦ信号の周波数ｄを変更することで屈折率の粗密の周期に変化が生じるため、ＡＯＤ７は、格子定数の異なる回折格子として作用するからである。また、射出光の強度は、ＲＦ信号の振幅を制御することで、制御することができる。なお、ＡＯＤ１０も、ＡＯＤ７と同様に構成されている。
【００２５】
ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は、第１の平面と第２の平面が直交するように配置されている。即ち、ＡＯＤ７から異なる偏向角で射出された射出光が分布する平面（ＡＯＤ７の偏向面）とＡＯＤ１０から異なる偏向角で射出された射出光が分布する平面（ＡＯＤ１０の偏向面）が直交するように配置されている。これにより、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０への制御信号を制御することで、試料Ｓに光を照射する位置を、対物レンズ１３の光軸と直交する２次元平面上の任意の位置に制御することができる。
【００２６】
ＡＯＤ７の回転軸とプリズム８の回転軸はともに第１の平面（ＡＯＤ７の偏向面）に垂直であるが、第１の平面上の異なる位置に設けられている。また、ＡＯＤ１０の回転軸とプリズム１１の回転軸はともに第２の平面（ＡＯＤ１０の偏向面）に垂直であるが、第２の平面上の異なる位置に設けられている。なお、駆動手段７ｄ、駆動手段８ｄ、駆動手段１０ｄ、及び駆動手段１１ｄとしては、例えば、ステッピングモータなどを用いても良い。
【００２７】
制御装置１４は、少なくとも、フェムト秒レーザ２、時間分散補償機構３、フィルタホイール５、及び２次元光スキャナ６と接続されていて、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長の切り換えに応じて、時間分散補償機構３、フィルタホイール５、２次元光スキャナ６を制御する。
【００２８】
以上のように構成された光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されたレーザ光は、まず、時間分散補償機構３に入射する。時間分散補償機構３に入射したレーザ光は、プリズム３ａ及びプリズム３ｂを通過後、ミラー３ｃで反射して、再び、プリズム３ｂ及びプリズム３ａを通過してから、時間分散補償機構３から射出される。これにより、時間分散補償機構３は、レーザ光に負の群遅延分散を生じさせる。
【００２９】
フェムト秒レーザ２は、所定のバンド幅を有するレーザ光を射出するが、レーザ光に含まれる各波長の光の位相を揃えることで、その合成波をパルス幅の狭い超短光パルスとして発生させている。しかしながら、超短光パルスが、例えば、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０のような、波長により屈折率の異なる分散媒質を通過すると、屈折率の違いから各波長の位相間でずれが生じるため、合成波の波形が変化してパルス幅が広がってしまう。その結果、刺激強度が低下してしまう。このようなパルス波形の変形に寄与する分散を群遅延分散（ＧＤＤ）という。
【００３０】
光刺激装置１では、時間分散補償機構３により予めレーザ光に負の群遅延分散を生じさせることで、時間分散補償機構３以外で生じる群遅延分散を補償することができる。これにより、光刺激装置１では、群遅延分散による刺激強度の低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長により、光刺激装置１で生じる群遅延分散の量は異なる。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて必要な負の群遅延分散が生じるように、時間分散補償機構３を制御する。具体的には、制御装置１４は、電動ステージ３ｄを移動させてプリズム３ａとプリズム３ｂの間隔を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、群遅延分散による刺激強度の低下を抑制することができる。
【００３２】
時間分散補償機構３を通過したレーザ光は、ビームエキスパンダ４に入射し、ビームエキスパンダ４は、ビーム径を対物レンズ１３の瞳径に合わせて拡大する。ビームエキスパンダ４を通過したレーザ光は、フィルタホイール５に装着された所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタであるバンドパスフィルタ５ａに入射し、バンドパスフィルタ５ａは、レーザ光のバンド幅を狭める。なお、バンド幅が狭まることに伴い、合成波として発生する超短光パルスのパルス幅は広がるが、その広がりの程度は、群遅延分散によるパルス幅の広がりに比べて小さく、また、その影響は一般に小さい。
【００３３】
２次元光スキャナ６内のＡＯＤ７及びＡＯＤ１０でのレーザ光の偏向量は、波長毎に異なる。このため、レーザ光に含まれる異なる波長の光は試料Ｓの異なる位置に照射されることになり、レーザ光のバンド幅が広いほど、試料Ｓが配置された面でのレーザ光のスポット径が広がってしまう。その結果、刺激強度や刺激の空間分解能の低下が生じる。
【００３４】
光刺激装置１では、フィルタホイール５に装着されたバンドパスフィルタ５ａにより透過する光の波長を制限してバンド幅を調整することで、スポット径の広がりを抑制することができる。これにより、光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３５】
図３は、図１に例示される光刺激装置に含まれるバンドパスフィルタによる効果を例示した図である。なお、図３では、レーザ光の中心波長が７２０ｎｍである場合が例示されている。図３に例示されるように、中心波長が一定の場合、パルス幅が広いほど、つまり、バンド幅が狭いほど、偏向角の拡大に伴って生じるスポット径の増加は小さくなる。このため、バンドパスフィルタ５ａを用いることで、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３６】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長によりレーザ光に含まれる波長帯域は異なる。このため、制御装置１４は、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長に応じて、異なる透過領域を有するバンドパスフィルタを切り換える。具体的には、制御装置１４は、レーザ光の中心波長を中心としたバンド幅よりも狭い透過領域を有するバンドパスフィルタが光路上に配置されるように、フィルタホイール５の回転を制御する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、レーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３７】
バンドパスフィルタ５ａを通過したレーザ光は、２次元光スキャナ６に含まれるＡＯＤ７に入射する。ＡＯＤ７は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる。具体的には、ＡＯＤ７は、制御信号の周波数に応じた偏向方向へ、制御信号の振幅に応じた強度で、入射光を偏向させる。
【００３８】
なお、ＡＯＤ７の回折効率は、入射角及ぶ入射波長（主に中心波長）により異なる。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて、レーザ光がＡＯＤ７へ入射する入射角を制御する。具体的には、制御装置１４は、駆動手段７ｄにＡＯＤ７を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じて入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、常にＡＯＤ７の回折効率を高く維持することができる。
【００３９】
図４は、図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器へ入射するレーザ光の入射角の調整による効果を例示した図である。図４（ａ）は、入射角が一定の場合における、波長毎のＡＯＤ７の回折効率を示している。図４（ｂ）は、波長毎に入射角を調整した場合における、波長毎のＡＯＤ７の回折効率を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に例示されるように、波長毎に入射角を調整することで、入射角を一定にした場合に比べて、波長によらずＡＯＤ７の回折効率を高く維持することができる。
【００４０】
ＡＯＤ７から射出されたレーザ光は、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたプリズム８に入射する。プリズム８は、例えば、高分散な硝材からなる三角プリズムである。
ＡＯＤ７でのレーザ光の偏向量は波長毎に異なるため、ＡＯＤ７から射出されるバンド幅を有するレーザ光は角度分散を有している。このため、レーザ光に含まれる異なる波長の光は試料Ｓの異なる位置に照射されることになり、試料Ｓが配置された面でのレーザ光のスポット径が広がってしまう。その結果、刺激強度や刺激の空間分解能の低下が生じる。
【００４１】
光刺激装置１では、ＡＯＤ７の射出端近傍にプリズム８を配置することで、ＡＯＤ７から射出されたレーザ光の角度分散をプリズム８により補償することができる。これにより、光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。また、２次元光スキャナ６としては、レーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した走査性能の劣化を抑制することができる。
【００４２】
図５は、本実施例に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器の射出端近傍に配置されたプリズムの効果を示した図である。なお、図５では、レーザ光の中心波長が７２０ｎｍである場合が例示されている。図５に例示されるように、ＡＯＤ７の射出端近傍にプリズム８を配置しない場合（補償なし）には、偏向角が大きくなるにつれてスポット径が大きくなるため、偏向角が大きくなるほど刺激強度と刺激の空間分解能が低下する。これに対して、プリズム８を配置した場合（補償あり）には、全体的にスポット径が小さく抑えられていることに加えて、偏向角に対するスポット径の均一性が改善されている。このように、プリズム８を配置して角度分散を補償することで、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。
【００４３】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長が変化すると、プリズム８に入射するレーザ光の波長及びその入射角度が変化する。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて、レーザ光がプリズム８へ入射する入射角を制御する。具体的には、制御装置１４は、駆動手段８ｄにプリズム８を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じて入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。また、２次元光スキャナ６としては、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、走査性能の劣化を抑制し且つ安定した走査性能を実現することができる。
【００４４】
プリズム８から射出されたレーザ光は、リレーレンズ９を介して、ＡＯＤ１０に入射する。ＡＯＤ１０は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる。さらに、ＡＯＤ１０から射出されたレーザ光は、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたプリズム１１に入射し、プリズム１１は、ＡＯＤ１０から射出されたレーザ光の角度分散を補償する。
【００４５】
なお、ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は、偏向面及び回転軸が直交する点を除き、同様である。また、プリズム８とプリズム１１は、回転軸が直交する点を除き、同様である。従って、ＡＯＤ１０及びプリズム１１も、レーザ光の中心波長に応じて、制御装置１４に入射角が制御される。具体的には、制御装置１４は、駆動手段１０ｄにＡＯＤ１０を回転させて、駆動手段１１ｄにＡＯＤ１０を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じてそれぞれの入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、常にＡＯＤ１０の回折効率を高く維持することができる。また、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。
プリズム１１から射出されたレーザ光は、リレーレンズ１２を介して対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３により試料Ｓ上に集光されて照射される。
【００４６】
以上、本実施例に係る光刺激装置１及び２次元光スキャナ６によれば、中心波長の異なる複数のレーザ光に対して、高い回折効率と高い走査性能及び刺激性能を実現することができる。つまり、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０へ入射するレーザ光の入射角を波長毎に調整することで、高い回折効率を実現することができる。また、プリズム８及びプリズム１１へ入射するレーザ光の入射角を波長毎に調整して角度分散に起因するビームスポット径の拡大を抑制することで、高い走査性能及び刺激性能を実現することができる。また、時間分散補償機構３で生じる負の群遅延分散の量を波長毎に調整して群遅延分散に起因するビームスポット径の拡大を抑制することで、さらに、高い刺激性能を実現することができる。また、フィルタホイール５に装着されたバンドパスフィルタ５ａによりバンド幅を狭めることにより、さらに、高い刺激性能を実現することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・光刺激装置、２・・・フェムト秒レーザ、３・・・時間分散補償機構、３ａ、３ｂ、８、１１・・・プリズム、３ｃ・・・ミラー、３ｄ・・・電動ステージ、４・・・ビームエキスパンダ、５・・・フィルタホイール、５ａ、５ｂ・・・バンドパスフィルタ、６・・・２次元光スキャナ、７、１０・・・ＡＯＤ、７ａ・・・結晶、７ｂ・・・圧電体、７ｄ、８ｄ、１０ｄ、１１ｄ・・・駆動手段、９、１２・・・リレーレンズ、１３・・・対物レンズ、１４・・・制御装置、ＩＬ・・・入射光、Ｌ１・・・１次回折光、Ｌ０・・・０次回折光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元スキャナ及び光刺激装置の技術に関し、特に、音響光学偏向器（ＡＯＤ：Acousto-Optical Deflector）を備えた２次元スキャナ及び光刺激装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光刺激とは、顕微鏡などの光学装置を用いて細胞や試薬などの微小な領域にレーザ光などの光を照射することをいい、その光の照射による反応を観察または計測するために行われる。
【０００３】
光刺激装置は、光を所望の位置に照射するために２次元光スキャナを含んでいる。顕微鏡用の光刺激装置では、一般的に、ミラーの角度を制御することにより照射位置を制御するガルバノミラーが２次元光スキャナとして用いられている。
【０００４】
ところで、光刺激装置の一用途として神経細胞を刺激する実験が挙げられるが、神経細胞を刺激する実験では、複数の離れた領域（神経細胞）を高速に切り換えて刺激する必要がある。しかしながら、ガルバノミラーを含む光刺激装置では、このような要求に十分に応えることは難しい。ガルバノミラーでは、ミラーの角度は連続的に変化するため、通常、照射位置も連続的に移動することになる。このため、ガルバノミラーを含む光刺激装置では、照射位置を非連続的に変化させて、複数の離れた領域を、その他の領域を刺激することなく、刺激することは難しい。
【０００５】
このような技術的な課題を鑑みて、２次元スキャナとしてガルバノミラーに代わりに音響光学偏向器を含む光刺激装置が提案されている。音響光学偏向器を含む光刺激装置は、例えば、特許文献１で開示されている。
【０００６】
音響光学偏向器は、二酸化テルルなどの結晶と、結晶に貼り付けられた圧電体などの振動子とを含んでいる。振動子により結晶中に音響波を伝播させることで光に対する屈折率の粗密が生じるため、音響光学偏向器は、入射光に対して回折格子のように作用して入射光を偏向させることができる。また、振動子に印加する高周波信号の周波数により射出光の偏向方向が変化するため、音響光学偏向器は、照射位置を非連続的に変化させることが可能である。
【０００７】
従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置によれば、複数の離れた領域を高速に切り換えて刺激することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
音響光学偏向器は、信号の周波数により格子定数が変化する回折格子とみなすことが可能であり、回折格子と同様に、異なる波長の光に対して異なる特性を示す。このような波長依存特性に起因して、音響光学偏向器を光刺激装置に用いる場合には、以下のような技術的な課題がある。
【００１０】
まず第１に、刺激強度及び刺激分解能を一定に維持することが難しいことである。
光刺激装置の光源には、例えば、フェムト秒オーダのパルス幅の超短光パルスを発する超短光パルスレーザが用いられるが、超短光パルスレーザから射出されるレーザ光は、比較的広いバンド幅（レーザ光に含まれる波長の幅）を有している。このため、音響光学偏向器では光の偏向角が波長に依存すること、即ち、角度分散が生じることに起因して、レーザ光が試料面に広がって照射されることになり、ビームスポット径が大きくなってしまう。また、ビームスポット径の広がりは、偏向角を大きくするほど大きくなるため、偏向角により定まる刺激位置に依存して、ビームスポット径が変化することなる。従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置では、刺激位置に依存して刺激強度及び刺激の空間分解能が変化することになり、刺激強度及び刺激の空間分解能を一定に維持することが困難となる。即ち、２次元スキャナとしては、一定の強度の光で所望の位置を安定して走査することができないことになるため、安定した走査性能を確保できない。
【００１１】
第２に、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合に、回折効率が劣化することである。
音響光学偏向器は、図６に例示されるように、入射角によって異なる回折効率を示す。このため、音響光学偏向器は、通常、入射角が良好な回折効率を示す角度になるように、予め配置されている。しかしながら、音響光学偏向器の回折効率は、入射角だけではなく波長にも依存する。従って、音響光学偏向器を含む光刺激装置では、中心波長の異なるレーザ光を切り換えて使用する場合には、回折効率が劣化してしまう。
【００１２】
以上のような実情を踏まえ、本発明では、中心波長の異なる複数の光に対して、高い回折効率と高い走査性能を実現する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第１の音響光学偏向器と、第１の音響光学偏向器への入射光と第１の音響光学偏向器からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りに、第１の音響光学偏向器を回転させる第１の駆動手段と、第１の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、第１の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第１のプリズムと、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第２の音響光学偏向器と、第２の音響光学偏向器への入射光と第２の音響光学偏向器からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りに、第２の音響光学偏向器を回転させる第２の駆動手段と、第２の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、第２の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第２のプリズムと、第１の音響光学偏向器の射出端と第２の音響光学偏向器の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズと、を含み、第１の音響光学偏向器と第２の音響光学偏向器は、第１の平面と第２の平面が直交するように配置される２次元光スキャナを提供する。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の２次元光スキャナにおいて、さらに、第１の平面と垂直な回転軸周りに、第１のプリズムを回転させる第３の駆動手段と、第２の平面と垂直な回転軸周りに、第２のプリズムを回転させる第４の駆動手段と、を含む
２次元光スキャナを提供する。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の２次元光スキャナと、２次元スキャナにレーザ光を照射する超短光パルスレーザと、を含む光刺激装置を提供する。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の光刺激装置において、さらに、超短光パルスレーザと２次元光スキャナとの間の光路中に配置された、所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタと、を含み、波長選択フィルタは、レーザ光のバンド幅を狭める光刺激装置を提供する。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の光刺激装置において、さらに、異なる範囲の波長の光を透過させる複数の波長選択フィルタと、超短光パルスレーザと２次元光スキャナとの間の光路中に配置される波長選択フィルタを切り換える切換手段と、を含み、切換手段は、超短光パルスレーザから射出されるレーザ光の中心波長に応じて、波長選択フィルタを切り換える光刺激装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、中心波長の異なる複数の光に対して、高い回折効率と高い走査性能を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る光刺激装置の構成を例示した図である。
【図２】図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器について説明するための図である。
【図３】図１に例示される光刺激装置に含まれるバンドパスフィルタによる効果を例示した図である。
【図４】図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器へ入射するレーザ光の入射角の調整による効果を例示した図である。
【図５】実施例１に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器の射出端近傍に配置されたプリズムの効果を示した図である。
【図６】音響光学偏向器の回折効率の入射角依存性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
図１は、本実施例に係る光刺激装置の構成を例示した図である。図２は、本実施例に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器（以降、ＡＯＤと記す。）について説明するための図である。図１に例示される光刺激装置１は、フェムト秒レーザ２と、時間分散補償機構３と、ビームエキスパンダ４と、複数のバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタ５ａ、バンドパスフィルタ５ｂ）が装着されたフィルタホイール５と、ＡＯＤを含む２次元光スキャナ６と、リレーレンズ１２と、対物レンズ１３と、制御装置１４とを含んでいる。
【００２１】
フェムト秒レーザ２は、フェムト秒オーダのパルス幅の超短光パルスを発生させる超短光パルスレーザであり、複数の中心波長のレーザ光を切り替えて射出することができる。なお、各中心波長のレーザ光には、その中心波長を中心とした所定の範囲の波長の光が含まれている。以降、各中心波長のレーザ光に含まれる波長の幅をバンド幅と記す。
【００２２】
時間分散補償機構３は、２つのプリズム（プリズム３ａ、プリズム３ｂ）と、ミラー３ｃと、電動ステージ３ｄと、を含み、プリズム３ｂとミラー３ｃは電動ステージ３ｄ上に配置されている。電動ステージ３ｄは、プリズム３ａからプリズム３ｂへ入射する光の入射光軸に沿って移動可能なステージである。
【００２３】
２次元光スキャナ６は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させるＡＯＤ７（第１の音響光学偏向器）と、ＡＯＤ７への入射光とＡＯＤ７からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りにＡＯＤ７を回転させる駆動手段７ｄ（第１の駆動手段）と、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたＡＯＤ７からの射出光の角度分散を補償するプリズム８（第１のプリズム）と、第１の平面と垂直な回転軸周りにプリズム８を回転させる駆動手段８ｄ（第３の駆動手段）と、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させるＡＯＤ１０（第２の音響光学偏向器）と、ＡＯＤ１０への入射光とＡＯＤ１０からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りにＡＯＤ１０を回転させる駆動手段１０ｄ（第２の駆動手段）と、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたＡＯＤ１０からの射出光の角度分散を補償するプリズム１１（第２のプリズム）と、第２の平面と垂直な回転軸周りにプリズム１１を回転させる駆動手段１１ｄ（第４の駆動手段）と、ＡＯＤ７の射出端とＡＯＤ１０の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズ９と、を含んでいる。なお、ＡＯＤ１０の射出端と対物レンズ１３の瞳位置は、リレーレンズ１２により、光学的に共役である。
【００２４】
図２で示されるように、ＡＯＤ７は、例えば、二酸化テルルなどの結晶７ａと、結晶７ａに貼り付けられた圧電体７ｂとを含んでいる。圧電体７ｂに入力するＲＦ信号（制御信号）により結晶７ａに音響波が伝播して、結晶７ａ中の屈折率の粗密が生じる。これにより、ＡＯＤ７は入射光ＩＬに対して回折格子として作用するため、入射角θｉでＡＯＤ７へ入射した入射光ＩＬはＡＯＤ７で回折して、その１次回折光Ｌ１が射出角θｄでＡＯＤ７から射出される。なお、射出角θｄは、ＲＦ信号の周波数ｄを制御することで、制御することができる。ＲＦ信号の周波数ｄを変更することで屈折率の粗密の周期に変化が生じるため、ＡＯＤ７は、格子定数の異なる回折格子として作用するからである。また、射出光の強度は、ＲＦ信号の振幅を制御することで、制御することができる。なお、ＡＯＤ１０も、ＡＯＤ７と同様に構成されている。
【００２５】
ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は、第１の平面と第２の平面が直交するように配置されている。即ち、ＡＯＤ７から異なる偏向角で射出された射出光が分布する平面（ＡＯＤ７の偏向面）とＡＯＤ１０から異なる偏向角で射出された射出光が分布する平面（ＡＯＤ１０の偏向面）が直交するように配置されている。これにより、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０への制御信号を制御することで、試料Ｓに光を照射する位置を、対物レンズ１３の光軸と直交する２次元平面上の任意の位置に制御することができる。
【００２６】
ＡＯＤ７の回転軸とプリズム８の回転軸はともに第１の平面（ＡＯＤ７の偏向面）に垂直であるが、第１の平面上の異なる位置に設けられている。また、ＡＯＤ１０の回転軸とプリズム１１の回転軸はともに第２の平面（ＡＯＤ１０の偏向面）に垂直であるが、第２の平面上の異なる位置に設けられている。なお、駆動手段７ｄ、駆動手段８ｄ、駆動手段１０ｄ、及び駆動手段１１ｄとしては、例えば、ステッピングモータなどを用いても良い。
【００２７】
制御装置１４は、少なくとも、フェムト秒レーザ２、時間分散補償機構３、フィルタホイール５、及び２次元光スキャナ６と接続されていて、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長の切り換えに応じて、時間分散補償機構３、フィルタホイール５、２次元光スキャナ６を制御する。
【００２８】
以上のように構成された光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されたレーザ光は、まず、時間分散補償機構３に入射する。時間分散補償機構３に入射したレーザ光は、プリズム３ａ及びプリズム３ｂを通過後、ミラー３ｃで反射して、再び、プリズム３ｂ及びプリズム３ａを通過してから、時間分散補償機構３から射出される。これにより、時間分散補償機構３は、レーザ光に負の群遅延分散を生じさせる。
【００２９】
フェムト秒レーザ２は、所定のバンド幅を有するレーザ光を射出するが、レーザ光に含まれる各波長の光の位相を揃えることで、その合成波をパルス幅の狭い超短光パルスとして発生させている。しかしながら、超短光パルスが、例えば、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０のような、波長により屈折率の異なる分散媒質を通過すると、屈折率の違いから各波長の位相間でずれが生じるため、合成波の波形が変化してパルス幅が広がってしまう。その結果、刺激強度が低下してしまう。このようなパルス波形の変形に寄与する分散を群遅延分散（ＧＤＤ）という。
【００３０】
光刺激装置１では、時間分散補償機構３により予めレーザ光に負の群遅延分散を生じさせることで、時間分散補償機構３以外で生じる群遅延分散を補償することができる。これにより、光刺激装置１では、群遅延分散による刺激強度の低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長により、光刺激装置１で生じる群遅延分散の量は異なる。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて必要な負の群遅延分散が生じるように、時間分散補償機構３を制御する。具体的には、制御装置１４は、電動ステージ３ｄを移動させてプリズム３ａとプリズム３ｂの間隔を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、群遅延分散による刺激強度の低下を抑制することができる。
【００３２】
時間分散補償機構３を通過したレーザ光は、ビームエキスパンダ４に入射し、ビームエキスパンダ４は、ビーム径を対物レンズ１３の瞳径に合わせて拡大する。ビームエキスパンダ４を通過したレーザ光は、フィルタホイール５に装着された所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタであるバンドパスフィルタ５ａに入射し、バンドパスフィルタ５ａは、レーザ光のバンド幅を狭める。なお、バンド幅が狭まることに伴い、合成波として発生する超短光パルスのパルス幅は広がるが、その広がりの程度は、群遅延分散によるパルス幅の広がりに比べて小さく、また、その影響は一般に小さい。
【００３３】
２次元光スキャナ６内のＡＯＤ７及びＡＯＤ１０でのレーザ光の偏向量は、波長毎に異なる。このため、レーザ光に含まれる異なる波長の光は試料Ｓの異なる位置に照射されることになり、レーザ光のバンド幅が広いほど、試料Ｓが配置された面でのレーザ光のスポット径が広がってしまう。その結果、刺激強度や刺激の空間分解能の低下が生じる。
【００３４】
光刺激装置１では、フィルタホイール５に装着されたバンドパスフィルタ５ａにより透過する光の波長を制限してバンド幅を調整することで、スポット径の広がりを抑制することができる。これにより、光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３５】
図３は、図１に例示される光刺激装置に含まれるバンドパスフィルタによる効果を例示した図である。なお、図３では、レーザ光の中心波長が７２０ｎｍである場合が例示されている。図３に例示されるように、中心波長が一定の場合、パルス幅が広いほど、つまり、バンド幅が狭いほど、偏向角の拡大に伴って生じるスポット径の増加は小さくなる。このため、バンドパスフィルタ５ａを用いることで、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３６】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長によりレーザ光に含まれる波長帯域は異なる。このため、制御装置１４は、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長に応じて、異なる透過領域を有するバンドパスフィルタを切り換える。具体的には、制御装置１４は、レーザ光の中心波長を中心としたバンド幅よりも狭い透過領域を有するバンドパスフィルタが光路上に配置されるように、フィルタホイール５の回転を制御する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、レーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。
【００３７】
バンドパスフィルタ５ａを通過したレーザ光は、２次元光スキャナ６に含まれるＡＯＤ７に入射する。ＡＯＤ７は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる。具体的には、ＡＯＤ７は、制御信号の周波数に応じた偏向方向へ、制御信号の振幅に応じた強度で、入射光を偏向させる。
【００３８】
なお、ＡＯＤ７の回折効率は、入射角及ぶ入射波長（主に中心波長）により異なる。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて、レーザ光がＡＯＤ７へ入射する入射角を制御する。具体的には、制御装置１４は、駆動手段７ｄにＡＯＤ７を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じて入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、常にＡＯＤ７の回折効率を高く維持することができる。
【００３９】
図４は、図１に例示される光刺激装置に含まれる音響光学偏向器へ入射するレーザ光の入射角の調整による効果を例示した図である。図４（ａ）は、入射角が一定の場合における、波長毎のＡＯＤ７の回折効率を示している。図４（ｂ）は、波長毎に入射角を調整した場合における、波長毎のＡＯＤ７の回折効率を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に例示されるように、波長毎に入射角を調整することで、入射角を一定にした場合に比べて、波長によらずＡＯＤ７の回折効率を高く維持することができる。
【００４０】
ＡＯＤ７から射出されたレーザ光は、ＡＯＤ７の射出端近傍に配置されたプリズム８に入射する。プリズム８は、例えば、高分散な硝材からなる三角プリズムである。
ＡＯＤ７でのレーザ光の偏向量は波長毎に異なるため、ＡＯＤ７から射出されるバンド幅を有するレーザ光は角度分散を有している。このため、レーザ光に含まれる異なる波長の光は試料Ｓの異なる位置に照射されることになり、試料Ｓが配置された面でのレーザ光のスポット径が広がってしまう。その結果、刺激強度や刺激の空間分解能の低下が生じる。
【００４１】
光刺激装置１では、ＡＯＤ７の射出端近傍にプリズム８を配置することで、ＡＯＤ７から射出されたレーザ光の角度分散をプリズム８により補償することができる。これにより、光刺激装置１では、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制することができる。また、２次元光スキャナ６としては、レーザ光が比較的広いバンド幅を有することに起因した走査性能の劣化を抑制することができる。
【００４２】
図５は、本実施例に係る光刺激装置に含まれる音響光学偏向器の射出端近傍に配置されたプリズムの効果を示した図である。なお、図５では、レーザ光の中心波長が７２０ｎｍである場合が例示されている。図５に例示されるように、ＡＯＤ７の射出端近傍にプリズム８を配置しない場合（補償なし）には、偏向角が大きくなるにつれてスポット径が大きくなるため、偏向角が大きくなるほど刺激強度と刺激の空間分解能が低下する。これに対して、プリズム８を配置した場合（補償あり）には、全体的にスポット径が小さく抑えられていることに加えて、偏向角に対するスポット径の均一性が改善されている。このように、プリズム８を配置して角度分散を補償することで、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。
【００４３】
なお、フェムト秒レーザ２から射出されるレーザ光の中心波長が変化すると、プリズム８に入射するレーザ光の波長及びその入射角度が変化する。このため、制御装置１４は、レーザ光の中心波長に応じて、レーザ光がプリズム８へ入射する入射角を制御する。具体的には、制御装置１４は、駆動手段８ｄにプリズム８を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じて入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。また、２次元光スキャナ６としては、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、走査性能の劣化を抑制し且つ安定した走査性能を実現することができる。
【００４４】
プリズム８から射出されたレーザ光は、リレーレンズ９を介して、ＡＯＤ１０に入射する。ＡＯＤ１０は、外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる。さらに、ＡＯＤ１０から射出されたレーザ光は、ＡＯＤ１０の射出端近傍に配置されたプリズム１１に入射し、プリズム１１は、ＡＯＤ１０から射出されたレーザ光の角度分散を補償する。
【００４５】
なお、ＡＯＤ７とＡＯＤ１０は、偏向面及び回転軸が直交する点を除き、同様である。また、プリズム８とプリズム１１は、回転軸が直交する点を除き、同様である。従って、ＡＯＤ１０及びプリズム１１も、レーザ光の中心波長に応じて、制御装置１４に入射角が制御される。具体的には、制御装置１４は、駆動手段１０ｄにＡＯＤ１０を回転させて、駆動手段１１ｄにＡＯＤ１０を回転させることにより、レーザ光の中心波長に応じてそれぞれの入射角を調整する。これにより、光刺激装置１では、中心波長の異なる複数のレーザ光を切り換えて使用する場合であっても、常にＡＯＤ１０の回折効率を高く維持することができる。また、刺激強度及び刺激の空間分解能の低下を抑制するとともに、安定した刺激強度及び刺激の空間分解能を実現することができる。
プリズム１１から射出されたレーザ光は、リレーレンズ１２を介して対物レンズ１３に入射し、対物レンズ１３により試料Ｓ上に集光されて照射される。
【００４６】
以上、本実施例に係る光刺激装置１及び２次元光スキャナ６によれば、中心波長の異なる複数のレーザ光に対して、高い回折効率と高い走査性能及び刺激性能を実現することができる。つまり、ＡＯＤ７及びＡＯＤ１０へ入射するレーザ光の入射角を波長毎に調整することで、高い回折効率を実現することができる。また、プリズム８及びプリズム１１へ入射するレーザ光の入射角を波長毎に調整して角度分散に起因するビームスポット径の拡大を抑制することで、高い走査性能及び刺激性能を実現することができる。また、時間分散補償機構３で生じる負の群遅延分散の量を波長毎に調整して群遅延分散に起因するビームスポット径の拡大を抑制することで、さらに、高い刺激性能を実現することができる。また、フィルタホイール５に装着されたバンドパスフィルタ５ａによりバンド幅を狭めることにより、さらに、高い刺激性能を実現することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・光刺激装置、２・・・フェムト秒レーザ、３・・・時間分散補償機構、３ａ、３ｂ、８、１１・・・プリズム、３ｃ・・・ミラー、３ｄ・・・電動ステージ、４・・・ビームエキスパンダ、５・・・フィルタホイール、５ａ、５ｂ・・・バンドパスフィルタ、６・・・２次元光スキャナ、７、１０・・・ＡＯＤ、７ａ・・・結晶、７ｂ・・・圧電体、７ｄ、８ｄ、１０ｄ、１１ｄ・・・駆動手段、９、１２・・・リレーレンズ、１３・・・対物レンズ、１４・・・制御装置、ＩＬ・・・入射光、Ｌ１・・・１次回折光、Ｌ０・・・０次回折光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第１の音響光学偏向器と、
前記第１の音響光学偏向器への入射光と前記第１の音響光学偏向器からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りに、前記第１の音響光学偏向器を回転させる第１の駆動手段と、
前記第１の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、前記第１の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第１のプリズムと、
外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第２の音響光学偏向器と、
前記第２の音響光学偏向器への入射光と前記第２の音響光学偏向器からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りに、前記第２の音響光学偏向器を回転させる第２の駆動手段と、
前記第２の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、前記第２の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第２のプリズムと、
前記第１の音響光学偏向器の射出端と前記第２の音響光学偏向器の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズと、を含み、
前記第１の音響光学偏向器と前記第２の音響光学偏向器は、前記第１の平面と前記第２の平面が直交するように配置される
ことを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項２】
請求項１に記載の２次元光スキャナにおいて、さらに、
前記第１の平面と垂直な回転軸周りに、前記第１のプリズムを回転させる第３の駆動手段と、
前記第２の平面と垂直な回転軸周りに、前記第２のプリズムを回転させる第４の駆動手段と、を含む
ことを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の２次元光スキャナと、
前記２次元スキャナにレーザ光を照射する超短光パルスレーザと、を含む
ことを特徴とする光刺激装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光刺激装置において、さらに、
前記超短光パルスレーザと前記２次元光スキャナとの間の光路中に配置された、所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタと、を含み、
前記波長選択フィルタは、前記レーザ光のバンド幅を狭める
ことを特徴とする光刺激装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光刺激装置において、さらに、
異なる範囲の波長の光を透過させる複数の前記波長選択フィルタと、
前記超短光パルスレーザと前記２次元光スキャナとの間の光路中に配置される前記波長選択フィルタを切り換える切換手段と、を含み、
前記切換手段は、前記超短光パルスレーザから射出されるレーザ光の中心波長に応じて、前記波長選択フィルタを切り換える
ことを特徴とする光刺激装置。
【請求項１】
外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第１の音響光学偏向器と、
前記第１の音響光学偏向器への入射光と前記第１の音響光学偏向器からの射出光とを含む第１の平面に垂直な回転軸周りに、前記第１の音響光学偏向器を回転させる第１の駆動手段と、
前記第１の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、前記第１の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第１のプリズムと、
外部からの制御信号に応じて入射光を偏向させる第２の音響光学偏向器と、
前記第２の音響光学偏向器への入射光と前記第２の音響光学偏向器からの射出光とを含む第２の平面に垂直な回転軸周りに、前記第２の音響光学偏向器を回転させる第２の駆動手段と、
前記第２の音響光学偏向器の射出端近傍に配置された、前記第２の音響光学偏向器からの射出光の角度分散を補償する第２のプリズムと、
前記第１の音響光学偏向器の射出端と前記第２の音響光学偏向器の入射端とを光学的に共役にするリレーレンズと、を含み、
前記第１の音響光学偏向器と前記第２の音響光学偏向器は、前記第１の平面と前記第２の平面が直交するように配置される
ことを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項２】
請求項１に記載の２次元光スキャナにおいて、さらに、
前記第１の平面と垂直な回転軸周りに、前記第１のプリズムを回転させる第３の駆動手段と、
前記第２の平面と垂直な回転軸周りに、前記第２のプリズムを回転させる第４の駆動手段と、を含む
ことを特徴とする２次元光スキャナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の２次元光スキャナと、
前記２次元スキャナにレーザ光を照射する超短光パルスレーザと、を含む
ことを特徴とする光刺激装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光刺激装置において、さらに、
前記超短光パルスレーザと前記２次元光スキャナとの間の光路中に配置された、所定の範囲の波長の光を透過させる波長選択フィルタと、を含み、
前記波長選択フィルタは、前記レーザ光のバンド幅を狭める
ことを特徴とする光刺激装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光刺激装置において、さらに、
異なる範囲の波長の光を透過させる複数の前記波長選択フィルタと、
前記超短光パルスレーザと前記２次元光スキャナとの間の光路中に配置される前記波長選択フィルタを切り換える切換手段と、を含み、
前記切換手段は、前記超短光パルスレーザから射出されるレーザ光の中心波長に応じて、前記波長選択フィルタを切り換える
ことを特徴とする光刺激装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７３４２７（Ｐ２０１２−１７３４２７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３７８８（Ｐ２０１１−３３７８８）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【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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