JP4276971B2 - 多光子励起型測定装置 - Google Patents
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Description
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。
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、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多光子励起型測定装置を提供する。
また、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Tube)13とを測定ヘッド本体14内に収容している。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (10)
- 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、
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多光子励起型測定装置。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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