JP2005257507A - 多光子励起型測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多光子励起現象を効率的に発生させるとともに、測定ヘッドを小型化し、また、測定ヘッドを交換する場合に調整を容易にする。
【解決手段】 極短パルスレーザ光を発振するレーザ光源２と、該レーザ光源２からの極短パルスレーザ光を伝達する光ファイバ４と、該光ファイバ４により伝達された極短パルスレーザ光を試料Ａに照射し、試料Ａから発せられた蛍光または反射光を測定する光学系５，９，１０，１１を有する測定ヘッド３とを備え、該測定ヘッド３と光ファイバ４とが着脱可能に接続されるとともに、該測定ヘッド３に、試料Ａに照射する極短パルスレーザ光の群速度分散を補償する分散補償部材７を備える多光子励起型測定装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、多光子励起型測定装置に関するものである。

従来、生体等の試料にその表面から励起光を照射して、試料の表面下の比較的深い位置から発せられる蛍光を検出することにより、細胞等の機能を観察する装置として、多光子励起型の顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この多光子励起型の顕微鏡は、レーザ光源として極短パルスを発生する極短パルスレーザを使用する。極短パルスレーザは、光ファイバや光学デバイスのレンズ等の光学系の媒質を透過する際に、群速度分散によってパルス幅が長くなることが知られている。

このため、光ファイバの入口にプリズムを組み合わせたパルスストレッチャを配置してパルス幅を伸ばし、１パルスあたりのピークパワーを減少させた状態で光ファイバに入射させる一方、光ファイバの出口にパルスコンプレッサを配置してパルス長をレーザ光源出射時以上に圧縮した後に光学デバイスに入射させることにより、対物レンズから試料に照射させる時点では元々のレーザ光のパルス幅に近いパルス幅とする技術が開示されている。
特開２００２−２４３６４１号公報（第３頁等）

しかしながら、試料に対向させてレーザ光を照射し、得られた蛍光や反射光を検出する測定ヘッドは、実験小動物等の観察対象部位に対してあらゆる角度や位置から測定を行う必要性から、小型化の要請がある。これに対して、特許文献１の構造では、測定ヘッドを小型化することができないという問題がある。また、測定対象部位に応じて異なる光学系を用いることが必要となる場合には、小型の測定ヘッドを交換して使用することが考えられる。この場合に、従来のように、パルスストレッチャやパルスコンプレッサを測定ヘッドの外部に配置したのでは、測定ヘッドを交換するたびに、パルスストレッチャやパルスコンプレッサの調整を行わなければならないという不都合がある。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、多光子励起現象を効率的に発生させるとともに、測定ヘッドを小型化し、また、測定ヘッドを交換する場合に調整を容易にすることが可能な多光子励起型測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、極短パルスレーザ光を発振するレーザ光源と、該レーザ光源からの極短パルスレーザ光を伝達する光ファイバと、支持部材に上下動あるいは傾斜可能に支持され、前記光ファイバにより伝達された極短パルスレーザ光を試料に照射し、試料から発せられた蛍光または反射光を測定する光学系を有する測定ヘッドとを備え、該測定ヘッドに、試料に照射する極短パルスレーザ光の群速度分散を補償する分散補償部材を備える多光子励起型測定装置を提供する。

本発明によれば、測定ヘッドがレーザ光源から分離され、光ファイバによって接続されているので、測定ヘッドを小型化し、光ファイバを湾曲させて試料に対し任意の角度および位置に設定することが可能となる。これにより、試料の形態や観察対象部位に合わせて測定ヘッドを配置して測定を行うことができる。

レーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光は、光ファイバおよび測定ヘッド内の光学系を通過させられる間に正の群速度分散を付与されてパルス幅が伸びる。一方、測定ヘッド内に入射された極短パルスレーザ光は、分散補償部材を通過させられることにより、群速度分散が補償されて、元々のレーザ光源から発せられたのと同等のパルス幅を有する極短パルスレーザ光として試料に照射される。これにより、十分なパワーを試料深部の所定位置に付与して、多光子励起現象を効率よく発生させ、試料の深部の鮮明な蛍光画像を取得することが可能となる。

上記発明においては、前記測定ヘッドと光ファイバとが着脱可能に接続されていることが好ましい。測定ヘッド内に分散補償部材が備えられているので、光ファイバから測定ヘッドを切り離して、測定対象に合わせて異なる光学系を有する測定ヘッドに交換しても、全体として群速度分散を抑えて、多光子励起現象を効率よく発生させることができる。

上記発明においては、前記測定ヘッドに、光ファイバにより伝達された極短パルスレーザ光を試料上で走査させる光走査部が設けられ、前記分散補償部材が、前記光ファイバの端面と前記光走査部との間に配置されていることが好ましい。
光走査部の作動により、極短パルスレーザ光が試料に対して走査され、１次元的あるいは２次元的な広がりを有する領域について多光子励起現象による測定を行うことが可能となる。この場合において、分散補償部材を光ファイバの端面と光走査部との間に配置しておくことにより、光走査部により光路が変動させられる前の極短パルスレーザ光の群速度分散を補償することができる。

また、上記発明においては、前記分散補償部材が交換可能に設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、レーザ光源が交換され、あるいは、光ファイバが交換されても、それに合わせて、全体の群速度分散を補償し得る分散補償部材に交換することにより、効率よく多光子励起現象を発生させることが可能となる。

また、上記発明においては、前記分散補償部材の分散補償量を調節する調節機構を備えることとしてもよい。
このようにすることで、調節機構の作動により分散補償量が調節されるので、レーザ光源および光ファイバを変えることによる全体的な群速度分散の変化に対応して効率よく群速度分散を補償した極短パルスレーザ光を試料に照射することが可能となる。

さらに、上記発明においては、前記分散補償部材が、負の群速度分散を付与する分散補償ミラーからなることとしてもよい。
分散補償ミラーによれば、光ファイバから供給された極短パルスレーザ光を反射させるだけで群速度分散を補償することができるので、構造が簡易であり、測定ヘッドを小型化することが可能となる。

この場合に、前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に、該光ファイバに入射させる光に正の群速度分散を付与する分散付与部材が配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、レーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光の群速度分散を付与してパルス幅を伸ばした状態で光ファイバに入射させることができる。これにより、極短パルスレーザ光のピークパワーを抑制して、ファイバにおける非線形効果を抑制し、また、光ファイバに与えるダメージを低減することができる。さらに、光ファイバから出射されることでさらに大きく群速度分散が付与された極短パルスレーザ光は分散補償ミラーによって群速度分散を補償されることにより、レーザ光源から発せられた短いパルス幅の極短パルスレーザ光を試料に照射することができる。
また、前記分散付与部材が、音響光学素子からなることとしてもよい。
音響光学素子によれば、簡易に正の群速度分散を付与して、パルス幅を伸ばすことが可能となるとともに、照射光の強度調整および波長選択を高速に行うことができる。

また、上記発明においては、前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に、該光ファイバに入射させる光に負の群速度分散を付与する第１の分散付与部材が配置され、前記分散補償部材が、正の群速度分散を付与する第２の分散付与部材からなることとしてもよい。
このようにすることで、レーザ光源から発せられた極短パルスレーザ光は第１の分散付与部材により負の群速度分散を付与された状態で光ファイバに入射される。負の群速度分散を付与することにより、パルス幅を十分に伸ばすことができ、極短パルスレーザ光のピークパワーを抑制して、光ファイバ内における非線形効果を抑制し、また、光ファイバの健全性を維持することができる。さらに、第２の分散付与部材を通過させられることにより、極短パルスレーザ光に正の群速度分散を付与するので、光ファイバおよび光学系による正の群速度分散と合わせて、極短パルスレーザ光を元のパルス幅まで戻して試料に照射することが可能となる。

この場合に、前記第２の分散付与部材が、セレン化亜鉛または二酸化テルルの結晶からなることとすれば効果的である。
このような結晶を用いることで、小さい設置スペースで十分な群速度分散補償を行うことができるので、測定ヘッドを小型化して操作性を高めることができるという効果がある。

また、上記発明においては、前記測定ヘッドに、前記試料に対向配置される対物ユニットが着脱可能に設けられ、該対物ユニットに、該対物ユニット内における極短パルスレーザ光の群速度分散を補償する対物分散補償手段が設けられていることが好ましい。
このようにすることで、対物分散補償手段の作動により、対物光学系に合わせて、その群速度分散が補償されるので、測定ヘッドに取り付ける対物ユニットを、倍率等の異なる他の光学系を有する対物ユニットに交換しても、群速度分散を適正に補償して、効率的な多光子励起現象を達成することが可能となる。

本発明によれば、測定ヘッドに分散補償部材を備えることで、測定ヘッドをユニットとしてラインナップすることが可能となる。特に、測定対象に合わせて異なる光学系を有する測定ヘッドを構成することができ、その場合に、光学系の違いによる測定ヘッド内における群速度分散量の変動を各測定ヘッド内に備えられた分散補償部材によって適正に補償することができるので、常に、効率的に多光子励起現象を発生させて鮮明な蛍光画像を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る多光子励起型測定装置について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る多光子励起型測定装置１は、図１に示されるように、レーザ光源２と、測定ヘッド３と、これらレーザ光源２と測定ヘッド３とを接続する光ファイバ４とから構成されている。レーザ光源２は、例えば、パルス幅が約１００ｆｓｅｃ（フェムト秒）の近赤外極短パルスレーザ光を発振する光源、例えば、チタンサファイアレーザ光源である。

前記測定ヘッド３は、光ファイバ４によって伝達されてきた極短パルスレーザ光を平行光にするコリメータレンズ５と、該コリメータレンズ５からの平行光を反射するハーフミラー６と、該ハーフミラー６によって反射された光を入射させる分散補償ミラー（分散補償部材）７と、該分散補償ミラー７から出射された光を２次元方向に走査させる光走査部８と、該光走査部８によって走査される光を中間像位置に結像させる瞳投影光学系９と、該瞳投影光学系９によって結像された中間像を試料Ａにおいて再結像させる結像光学系１０および対物光学系１１と、試料Ａから発せられて、対物光学系１１、結像光学系１０、瞳投影光学系９および光走査部８を介して戻る蛍光を、光路から分岐させるダイクロイックミラー１２と、分岐された蛍光を検出する光電子増倍管（PMT:Photomultiplier
Tube）１３とを測定ヘッド本体１４内に収容している。

前記測定ヘッド本体１４は、コネクタ１５によって、光ファイバ４の一端に着脱可能に接続されている。
前記分散補償ミラー７は、ハーフミラー６により反射された光を反射する際に、光ファイバ４により正の群速度分散を付与された極短パルスレーザ光に負の群速度分散を付与するように構成されている。分散補償ミラー７における負の群速度分散量は、光ファイバ４において付与される正の群速度分散および測定ヘッド３内の他の光学系を通過させられる際に生じる正の群速度分散を全体としてゼロに補償するように設定されている。
図中符号１６は、試料Ａを載置するベース、符号１７は、ベースから鉛直方向に延びる支柱、符号１８は、支柱に沿って測定ヘッド３を上下動あるいは傾斜可能に支持するアームである。

このように構成された本実施形態に係る多光子励起型測定装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る多光子励起型測定装置１により、試料Ａ、例えば、実験小動物の皮下組織、あるいは、臓器表面下の組織等の観察対象部位の観察を行うには、レーザ光源２を作動させて極短パルスレーザ光を光ファイバ４に入射させる。光ファイバ４に入射された極短パルスレーザ光は、光ファイバ４内を伝播させられながら、正の群速度分散を生じさせられ、それによって、パルス幅が伸びる。

そして、光ファイバ４の端面から出射された極短パルスレーザ光は、コリメータレンズ５によって平行光とされた後にハーフミラー６において反射された部分が分散補償ミラー７によって反射される。分散補償ミラー７は、光ファイバ４および測定ヘッド３内部の光学系によって生ずる正の群速度分散を補償するように構成されているので、分散補償ミラー７において反射されることにより、負の群速度分散を付与される。すなわち、分散補償ミラー７において反射された極短パルスレーザ光は、その後に通過するハーフミラー６、ダイクロイックミラー１２、光走査部８、瞳投影光学系９、結像光学系１０および対物光学系１１により付与される正の群速度分散量と同等の負の群速度分散量を有する光となる。

その結果、対物光学系１１から観察対象部位に照射される時点で、極短パルスレーザ光は、レーザ光源２から発せられたのと同等の約１００ｆｓｅｃのパルス幅を有するレーザ光となっており、観察対象部位において、多光子励起現象を効率よく生じさせることができることになる。
そして、観察対象部位において、多光子励起現象により発生した蛍光は、対物光学系１１、結像光学系１０、瞳投影光学系９、光走査部８およびダイクロイックミラー１２を経て光電子増倍管１３に入射され、鮮明な蛍光画像として取得されることになる。

この場合において、本実施形態に係る多光子励起型測定装置１によれば、分散補償部材が、分散補償ミラー７によって構成されているので、極短パルスレーザ光を反射させるだけで正の群速度分散を補償することができる。したがって、少ない部品点数によって簡易に構成でき、分散補償ミラー７を備える測定ヘッド本体１４をコンパクトにすることができる。

また、分散補償ミラー７の分散補償量は、光ファイバ４における群速度分散のみならず、測定ヘッド本体１４内に収容されている種々の光学系における群速度分散を補償し得るように設定されている。したがって、測定対象部位に合わせて光学系を変更する場合に、測定ヘッド３をコネクタ１５により光ファイバ４から切り離し、他の光学系を有する測定ヘッド３に交換するだけで、極短パルスレーザ光の群速度分散を補償して、短いパルス幅の極短パルスレーザ光を対物光学系１１から出射させることができる。
すなわち、多光子励起型測定装置１全体の群速度分散を補償する分散補償ミラー７を交換可能な測定ヘッド３に備えておくことで、レーザ光源２および光ファイバ４を変更することなく、測定ヘッド３の変更によって自動的に群速度分散を補償することができる。
なお、分散補償ミラー７は、レーザ波長を変更した際の群速度分散の変化に対しても群速度分散を補償することができる。

また、上記実施形態においては、レーザ光源２から発せられた極短パルスレーザ光をそのまま光ファイバ４に入射させる場合について説明した。しかし、極短パルスレーザ光は極めて短いパルス幅のレーザ光であるため、そのピークパワーが大きい。光ファイバ４は入射されるレーザ光のパワーが大きければ大きいほどその発生する非線形効果が大きいという特質がある。

そこで、図２に示されるように、レーザ光源２と光ファイバ４との間に、極短パルスレーザ光に正の群速度分散を付与する分散付与部材１９、例えば、音響光学素子（ＡＯＭ）を配置することにしてもよい。これにより、光ファイバ４から測定ヘッド３に入射される極短パルスレーザ光は、上記第１の実施形態の場合よりも小さな正の群速度分散が付与されていることになる。したがって、測定ヘッド３内の分散補償ミラー７により付与する分散補償量をその分小さく設定しておくことにより、上記と同様の効果を奏することができる。

このようにすることで、光ファイバ４内を通過させられる際の極短パルスレーザ光のパルス幅を大きく設定できるので、光ファイバ４の健全性を維持することができるという効果もある。

また、本実施形態においては、分散補償ミラー７を測定ヘッド３内に固定配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１に鎖線Ｂで示す位置において分散補償ミラー７を測定ヘッド本体１４から切り離し、交換可能にすることとしてもよい。このようにすることで、測定ヘッド３以外の光学系が変動した場合にも、適正な分散補償を行うことが可能となる。

また、光ファイバ４はコネクタ１５によって着脱可能になっているので、光ファイバ４が損傷したときに修理交換が容易である。また、ユーザが使用しているときに不必要に光ファイバ４を取り外すことができないように、コネクタ１５を接着固定してもよく、さらに機械的に外すことを防止するロック機構を設けることにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る多光子励起型測定装置２０について、図３を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、上述した第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係る多光子励起型測定装置２０は、レーザ光源２と光ファイバ４との間に、負の群速度分散を付与する第１の分散付与部材２１を備え、測定ヘッド３内に備えられる分散補償部材が正の群速度分散を付与する第２の分散付与部材２２である点において第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置１と相違している。なお、符号２３はダイクロイックミラーであり、第２の分散付与部材２２を通過した光を光走査部８側に反射させる一方、光走査部８側から戻ってくる蛍光を透過させて、光電子増倍管１３に導くように構成されている。

第１の分散付与部材２１は、例えば、２つのプリズム２４，２５とミラー２６とから構成されたプリチャーパである。２つのプリズム２４，２５間の距離を大きく確保することで、長波長側の光と短波長側の光とのプリズム２４，２５内の透過距離を異ならせ、それによって、光ファイバ４に入射させる極短パルスレーザ光に負の群速度分散を付与するように構成されている。そして、このように負の群速度分散を付与することにより、光ファイバ４に入射させる極短パルスレーザ光のパルス幅を十分に伸ばすことが可能となり、光ファイバ４内における非線形効果の発生を抑制するとともに、光ファイバ４の健全性を維持することができるようになっている。図中符号２７はミラーである。ミラー２７は、光源２からの光をプリズム２４側に反射する。ミラー２６において反射した光はプリズム２５を通過した後、ミラー２７を回避してファイバ４に入射するようになっている。

一方、第２の分散付与部材２２は、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）または二酸化テルル（ＴｅＯ_２）の結晶からなり、コリメータレンズ５により平行光とされた極短パルスレーザ光を透過させることで、正の群速度分散を付与するように構成されている。この第２の分散付与部材２２は、上記第１の実施形態における分散補償ミラー７と同様に、多光子励起型測定装置２０全体の群速度分散を補償するようになっている。すなわち、第１の分散付与部材２１において負の大きな群速度分散が付与され、他の光ファイバ４、測定ヘッド３内の光学系によってそれよりも小さな正の群速度分散が付与されるので、第２の分散付与部材２２は、それを補う正の群速度分散を付与するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る多光子励起型測定装置２０によれば、第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置１と同様に、測定ヘッド３の小型、コンパクト化を図ることができるとともに、群速度分散を補償して効率的に多光子励起現象を発生させることができる。また、測定ヘッド３内に分散付与部材２２を設けたので、レーザ光源２および光ファイバ４を変更することなく、他の光学系を有する測定ヘッド３に交換しても、群速度分散を補償することができる。さらに、光走査部８により走査される前に分散付与部材２２を配置することで、走査による光軸の変動による分散補償量の変動を防止して安定した分散補償を行うことが可能となる。

なお、上記第２の実施形態においては、コリメータレンズ５を通過した光を、第２の分散付与部材２２に透過させてダイクロイックミラー２３により光走査部８に導いたが、これに代えて、図４に示されるように、コリメータレンズ５を通過した光をハーフミラー２８によって光走査部８とは逆方向に一旦導いて分散付与部材２２を透過させた後、ミラー２９によって折り返して再度分散付与部材２２を透過させ、その後、ハーフミラー２８を通過した光を光走査部８側に導くことにしてもよい。このようにすることで、同じ分散付与部材２２を２回透過させるので、１回の分散補償量が半分で済み、厚さを半分にすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る多光子励起型測定装置３０について、図５および図６を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、上述した第２の実施形態に係る多光子励起型測定装置２０と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
本実施形態に係る多光子励起型測定装置３０は、分散補償部材としての第２の分散付与部材３１が正の複数の群速度分散を発生させる部材であり、その群速度分散を調節する調節機構３２が設けられている点で第２の実施形態に係る多光子励起型測定装置２０と相違している。

第２の分散付与部材３１としては、例えば、図５および図６に示されるように、複数の厚さを有するように階段状に形成されたセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）または二酸化テルル（ＴｅＯ_２）の結晶からなり、極短パルスレーザ光を通過させる位置を異ならせることで、異なる分散補償量を選択することができるものが挙げられる。
また、前記調節機構３２は、例えば、図６に示されるように、厚さが異なる複数の部分を光軸に直交する方向に並べて配置した第２の分散付与部材３１の側面に取り付けたナット３２ａと、該ナット３２ａを光軸に直交する方向に移動させるリードネジ３２ｂとを備えている。リードネジ３２ｂは、例えば、測定ヘッド本体１４に回転自在に取り付けられており、手動あるいはモータ等によってその軸線周りに回転させることにより、ナット３２ａおよび第２の分散付与部材３１を光軸に直交する方向に移動させることができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る多光子励起型測定装置３０によれば、対物光学系１１が異なる種類のものに変更された場合、光ファイバ４が異なる種類のものに変更された場合、レーザ光源２が異なる種類のものに変更された場合、あるいは、レーザ光源から発せられる極短パルスレーザ光の波長が切り替えられた場合等、装置全体の群速度分散量が変化した場合に、調整機構３２を作動させて第２の分散付与部材３１における分散補償量を変更することにより、パルス幅を短くした極短パルスレーザを試料Ａに照射させることが可能となる。

なお、調整機構３２としては、図６に示した構造の他、任意の構造のものを採用することができる。また、分散補償量を調整するための手段としては、図７に示されるように、回転板３３の周方向に複数の異なる群速度分散を生ずる分散補償部材３４を配置しておき、必要に応じて回転板３３を回転させることで、群速度分散量を選択することにしてもよい、また、図８に示されるように、２枚のくさび形の分散補償板３５を接触状態に組合せ、例えば、両ネジを形成したリードネジ３６をそれぞれの分散補償板３５に固定したナット３７に螺合させるとともに、接触面方向に沿って配置することにより第２の分散付与部材３８を構成してもよい。このようにすることで、リードネジ３６を回転させると２枚の分散補償板３５が接触状態を維持したまま相対移動させられる結果、光軸方向に沿う厚さ寸法が連続的に変化させられることになる。したがって、分散補償量を連続的に変化させたい場合に好適である。

なお、このような調整機構３２を有する分散付与部材３１は、測定ヘッド３に設けることとしてもよいが、コンパクトに構成できない場合には、レーザ光源２と光ファイバ４との間に配置してもよい。第２の実施形態におけるプリチャーパ２１のプリズム２４，２５間距離を変化させることによっても分散補償量を調節可能であるが、この場合には光軸がずれてしまう不都合がある一方、本実施形態におけるような調節機構３２を用いることにより光軸を変化させることなく分散補償量を調節することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係る多光子励起型測定装置４０について、図９および図１０を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においても、上述した第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態に係る多光子励起型測定装置４０は、対物光学系４１において第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置１と相違している。
本実施形態においては、対物光学系４１を収容する対物ユニット４２に分散補償手段４３が備えられている。
分散補償手段４３は、例えば、図９に示されるように、測定ヘッド３に着脱可能に取り付けられる対物ユニット４２に備えられ、全ての対物ユニット４２において群速度分散量が一定となるように構成するための手段である。対物ユニット４２には、測定ヘッド３に着脱可能に取り付けるためのネジ４２ａが設けられている。

図９に示す例は、対物光学系４１を構成するレンズへの入射前に極短パルスレーザ光を透過させる透過型の分散補償部材（分散補償手段）４３を挿入する例であり、対物光学系１１により発生する群速度分散量を所定の値に設定するようになっている。
また、図１０に示す例は、対物光学系４４自体の一部あるいは全部に、極短パルスレーザ光を媒質内に透過させない反射型対物レンズ４４ａを用いた例である。これによれば、必要な倍率や透過率、開口数を確保しながら、群速度分散を低減することができ、通常の透過式のレンズを用いた場合に比較して群速度分散量を低減することができる。
なお、スペース的に可能であれば、第１の実施形態に示された分散補償ミラー７のような反射型の分散補償手段を採用することにしてもよい。

このように構成された本実施形態に係る多光子励起型測定装置４０によれば、対物ユニット４２を交換しても装置全体としての群速度分散に変化がなく、常に効率的に多光子励起現象を発生させて鮮明な蛍光画像を得ることができる。

なお、上記各実施形態においては、測定ヘッド３において群速度分散を補償することについて説明したが、これに加えて、例えば、フォトニッククリスタルファイバのように、負の群速度分散を付与する光ファイバ４を用いることとして、測定ヘッド３内の分散補償部材とともに、全体的な群速度分散を補償することにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る多光子励起型測定装置を模式的に示す全体構成図である。 図１の多光子励起型測定装置の変形例を示す全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る多光子励起型測定装置を模式的に示す全体構成図である。 図３の多光子励起型測定装置の変形例を示す全体構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る多光子励起型測定装置を模式的に示す全体構成図である。 図５の多光子励起型測定装置の分散補償部材と調節機構を示す正面図である。 図６の分散補償部材と調節機構の変形例を示す斜視図である。 図６の分散補償部材と調節機構の他の変形例を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る多光子励起型測定装置の対物ユニットを模式的に示す断面図である。 図９の対物ユニットの変形例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

Ａ 試料
１，２０，３０，４０ 多光子励起型測定装置
２ レーザ光源
３ 測定ヘッド
４ 光ファイバ
５ コリメータレンズ（光学系）
７ 分散補償ミラー（分散補償部材）
８ 光走査部
９ 瞳投影光学系（光学系）
１０ 結像光学系（光学系）
１１ 対物光学系（光学系）
１６ 音響光学素子（分散付与部材）
２１ 第１の分散付与部材
２２ 第２の分散付与部材
３２ 調節機構
４２ 対物ユニット
４３ 分散補償手段（対物分散補償手段）
４４ａ 反射型対物レンズ（対物分散補償手段）

Claims (11)

1. 極短パルスレーザ光を発振するレーザ光源と、
   該レーザ光源からの極短パルスレーザ光を伝達する光ファイバと、
   支持部材に上下動あるいは傾斜可能に支持され、前記光ファイバにより伝達された極短パルスレーザ光を試料に照射し、試料から発せられた蛍光または反射光を測定する光学系を有する測定ヘッドとを備え、
   該測定ヘッドに、試料に照射する極短パルスレーザ光の群速度分散を補償する分散補償部材を備える多光子励起型測定装置。
2. 前記測定ヘッドと前記光ファイバとが着脱可能に接続されている請求項１に記載の多光子励起型測定装置。
3. 前記測定ヘッドに、光ファイバにより伝達された極短パルスレーザ光を試料上で走査させる光走査部が設けられ、
   前記分散補償部材が、前記光ファイバの端面と前記光走査部との間に配置されている請求項１または請求項２に記載の多光子励起型測定装置。
4. 前記分散補償部材が交換可能に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の多光子励起型測定装置。
5. 前記分散補償部材の分散補償量を調節する調節機構を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の多光子励起型測定装置。
6. 前記分散補償部材が、負の群速度分散を付与する分散補償ミラーからなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の多光子励起型測定装置。
7. 前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に、該光ファイバに入射させる光に正の群速度分散を付与する分散付与部材が配置されている請求項６に記載の多光子励起型測定装置。
8. 前記分散付与部材が、音響光学素子からなる請求項７に記載の多光子励起型測定装置。
9. 前記レーザ光源と前記光ファイバとの間に、該光ファイバに入射させる光に負の群速度分散を付与する第１の分散付与部材が配置され、
   前記分散補償部材が、正の群速度分散を付与する第２の分散付与部材からなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の多光子励起型測定装置。
10. 前記第２の分散付与部材が、セレン化亜鉛または二酸化テルルの結晶からなる請求項９に記載の多光子励起型測定装置。
11. 前記測定ヘッドに、前記試料に対向配置される対物ユニットが着脱可能に設けられ、
    該対物ユニットに、該対物ユニット内における極短パルスレーザ光の群速度分散を補償する対物分散補償手段が設けられている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の多光子励起型測定装置。

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