JP4895519B2 - Microscope equipment - Google Patents

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Description

本発明は、顕微鏡観察下において、微小領域内での時間分解分光を可能にする顕微鏡装置に関する。   The present invention relates to a microscope apparatus that enables time-resolved spectroscopy in a minute region under microscope observation.

顕微鏡を利用して時間分解分光を行う従来の技術として、例えば、次の特許文献1に記載のものがある。
特開平5−72480号公報
As a conventional technique for performing time-resolved spectroscopy using a microscope, for example, there is one described in Patent Document 1 below.
JP-A-5-72480

特許文献1に記載の技術は、被検物体上にパルス状のレーザ光を集光し、集光位置近傍の微小点からの蛍光を検出する。そして、この蛍光の時間変化特性に基づいて、分子間のエネルギー拡散(エネルギートランスファー)を計測するというものである。
特許文献1に記載の技術によれば、試料内に含まれる蛍光分子の寿命が、蛍光分子間距離によって変化することを利用して、蛍光分子周りの環境を解析することができる。
The technique described in Patent Document 1 condenses pulsed laser light on an object to be detected and detects fluorescence from a minute point near the condensing position. Then, based on the time-varying characteristics of the fluorescence, energy diffusion (energy transfer) between molecules is measured.
According to the technique described in Patent Document 1, it is possible to analyze the environment around the fluorescent molecule by utilizing that the lifetime of the fluorescent molecule contained in the sample changes depending on the distance between the fluorescent molecules.

ところが、従来の技術には、次のような問題点があった。
従来の時間分解を行う装置において、計測対象としている時間領域は、蛍光の寿命程度である。しかるに、一般に、蛍光物質の蛍光寿命はナノ秒前後である。その程度の時間領域であれば、電子デバイスを利用した測定器によって容易に蛍光寿命を測定することができる。
しかし、化学変化などの物質内で起こる物性現象の中には、更に短い時間領域で変化が起こるものが多い。これらの時間領域で起こる物性変化は、特許文献1に記載のような従来技術を用いて測定することは、困難であった。
However, the conventional techniques have the following problems.
In a conventional time-resolving apparatus, the time domain that is a measurement target is about the lifetime of fluorescence. However, in general, the fluorescence lifetime of the fluorescent material is around nanoseconds. In such a time region, the fluorescence lifetime can be easily measured by a measuring instrument using an electronic device.
However, many physical properties that occur within a substance, such as chemical changes, occur in a shorter time domain. It has been difficult to measure the physical property changes occurring in these time regions using a conventional technique as described in Patent Document 1.

短い時間領域で起こる物性変化を測定する観察手法としては、例えば、超短光パルスを用いたポンプ−プローブ分光法がある。この手法では、試料に刺激を与えるためのポンプ光を試料に照射し、ポンプ光により刺激を受けた試料にポンプ光とは時間差をもってプローブ光を照射して、ポンプ光による試料の物性変化をプローブ光の特性変化から検出する。
しかるに、ポンプ光の強度は試料に刺激を与えるためにプローブ光に比べて強くせざるを得ない。このため、ポンプ光がプローブ光の検出位置に含まれると、プローブ光による検出精度が低いものとなってしまう。
As an observation technique for measuring physical property changes occurring in a short time region, for example, there is pump-probe spectroscopy using an ultrashort light pulse. In this method, the sample is irradiated with pump light to give a stimulus to the sample, and the sample stimulated by the pump light is irradiated with probe light with a time difference from the pump light to probe changes in the physical properties of the sample due to the pump light. Detect from changes in light characteristics.
However, the intensity of the pump light must be stronger than that of the probe light in order to stimulate the sample. For this reason, when the pump light is included in the detection position of the probe light, the detection accuracy by the probe light becomes low.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、非常に微小な領域の観測と同時に、非常に短い時間領域(例えば、フェムト秒〜数十ピコ秒)で起こる物性現象を高精度に捉えることが可能な顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and at the same time as observing a very small region, it is highly accurate to detect a physical property phenomenon that occurs in a very short time region (for example, femtoseconds to several tens of picoseconds). It is an object of the present invention to provide a microscope apparatus that can be easily grasped.

上記目的を達成するため、本発明による顕微鏡装置は、光学顕微鏡と時間分解分光ユニットと、前記時間分解分光ユニットからの光を前記光学顕微鏡の内部に導く第1導光手段と前記光学顕微鏡からの光を前記時間分解分光ユニットの内部に導く第2導光手段を有し、 前記時間分解分光ユニットが、超短光パルスを発振する超短光パルス光源と、前記超短光パルスを参照光とポンプ光とプローブ光とに分岐する分岐手段と、前記第2導光手段によって導かれたプローブ光と参照光とを合波する合波手段と、合波位置に到達するプローブ光と参照光との時間差を調整するプローブ光-参照光時間差調整手段と、プローブ光と参照光とが合波されることによって形成された干渉縞を撮像する撮像素子を備え、前記第2導光手段と前記撮像素子の間に、前記第2導光手段によって導光された前記光学顕微鏡からの光を、2次元座標を構成する一方の座標軸方向に波長が展開され、他方の座標軸方向に時間が展開された2次元光波に変換する2次元光波変換光学系が配置されている顕微鏡装置であって、前記分岐手段が、ポンプ光とプローブ光を空間的に分離するポンプ光-プローブ光空間分離手段と、前記光学顕微鏡内の試料に到達するポンプ光とプローブ光との時間差を調整するポンプ光-プローブ光時間差調整手段とを有し、さらに、参照光とそれ以外の光を分岐する参照光分岐手段と、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段を介して分離され、かつ、前記光学顕微鏡内の試料を通過した光からプローブ光のみを抽出するプローブ光抽出手段を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a microscope apparatus according to the present invention includes an optical microscope, a time-resolved spectroscopic unit, a first light guide unit that guides light from the time-resolved spectroscopic unit to the inside of the optical microscope, and the optical microscope. A second light guide means for guiding light into the time-resolved spectroscopic unit; the time-resolved spectroscopic unit; an ultrashort light pulse light source that oscillates an ultrashort light pulse; and the ultrashort light pulse as a reference light. A branching unit that branches into pump light and probe light; a multiplexing unit that combines the probe light and the reference light guided by the second light guiding unit; and a probe light and a reference light that reach a multiplexing position; A probe light-reference light time difference adjusting means for adjusting the time difference between the probe light and the reference light, and an image pickup device for picking up an interference fringe formed by combining the probe light and the reference light. Between elements , The light from the optical microscope which is guided by said second guiding means, wavelength axis direction while constituting the two-dimensional coordinates are deployed, the two-dimensional light waves time is expanded in the other coordinate axis A microscope apparatus in which a two-dimensional light wave conversion optical system for conversion is arranged, wherein the branching means includes pump light-probe light spatial separation means for spatially separating pump light and probe light; Pump light for adjusting the time difference between the pump light reaching the sample and the probe light-probe light time difference adjusting means, and further, reference light branching means for branching the reference light and other light, and the pump light- Probe light extraction means for extracting only the probe light from the light that has been separated through the probe light space separation means and passed through the sample in the optical microscope is provided.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段を介して分離され、かつ、前記参照光分岐手段を介して参照光側に分岐された光から参照光のみを抽出する参照光抽出手段を有するのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, only the reference light is extracted from the light separated through the pump light-probe light space separating means and branched to the reference light side through the reference light branching means. It is preferable to have a reference light extraction means.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、所定肉厚を有する透明な平行平板の両面に半透過反射面を備えて構成された半透過反射素子と、前記半透過反射素子の一方の半透過反射面からの光を該一方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子の他方の半透過反射面からの光を該他方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子を有して構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light space separating means includes a transflective element configured by providing a transflective surface on both surfaces of a transparent parallel plate having a predetermined thickness, and A reflective element having a reflective surface that reflects light from one semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element toward the one semi-transmissive reflective surface, and light from the other semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element It is preferable to have a reflective element having a reflective surface that reflects the light toward the other semi-transmissive reflective surface.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子を有して構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light space separating means reflects the semi-transmissive reflective element and one of the light transmitted through the semi-transmissive reflective element and the reflected light. A reflection element having two reflection surfaces leading to a semi-transmission reflection element, and a reflection element having one reflection surface for reflecting the other light from the semi-transmission reflection element toward the semi-transmission reflection element It is preferable.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記2つの反射面を有する反射素子が、2枚のミラーであるのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the reflecting element having the two reflecting surfaces is two mirrors.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記2つの反射面を有する反射素子が、直角をなす2つの面に夫々反射面を備えた直角プリズムであるのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the reflecting element having the two reflecting surfaces is a right-angle prism having reflecting surfaces on two surfaces that form a right angle.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射する2枚のミラーと、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子と、前記2枚のミラーで反射された光を反射する反射面と前記1つの反射面を有する反射素子で反射された光を透過する透過面を有するプリズムを有し、該プリズムの反射面で反射された光の光軸と該プリズムの透過面から射出した光の光軸とが平行となるように構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the pump light / probe light space separating means reflects the semi-transmissive reflective element and one of the light transmitted through the semi-transmissive reflective element and the reflected light. , A reflective element having one reflective surface that reflects the other light from the transflective element toward the transflective element, and a reflective surface that reflects the light reflected by the two mirrors And a prism having a transmission surface that transmits light reflected by the reflection element having the one reflection surface, and an optical axis of light reflected by the reflection surface of the prism and light emitted from the transmission surface of the prism It is preferable that the optical axis is parallel to the optical axis.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズと、該レンズからの光を反射する1つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を反射する1つの反射素子とで構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light space separation means is arranged on the incident optical axis of one of the transflective element and the light transmitted through and reflected from the transflective element. The lens includes a lens that is shifted relative to the lens, a reflective element that has one reflective surface that reflects light from the lens, and a single reflective element that reflects the other light from the transflective element. Is preferred.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記半透過反射素子が、1つの半透過反射面を備えて構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the transflective element includes a single transflective surface.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記半透過反射素子が、所定肉厚を有する透明な平行平板の両面に半透過反射面を備えて構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the transflective element includes a transflective surface on both surfaces of a transparent parallel plate having a predetermined thickness.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、ポンプ光とプローブ光との空間的な分離量を調整可能な空間分離量調整手段を備えているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the pump light / probe light space separating means includes a space separation amount adjusting means capable of adjusting a spatial separation amount of the pump light and the probe light.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記空間分離量調整手段が、前記2つの反射面を有する反射素子を前記一方の光の入射光軸に対して垂直な方向に移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the space separation amount adjusting means is constituted by a moving means capable of moving the reflecting element having the two reflecting surfaces in a direction perpendicular to the incident optical axis of the one light. It is preferable.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記空間分離量調整手段が、前記2枚のミラーのうちいずれか一方のミラーを該一方ミラーへの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the space separation amount adjusting means is a moving means capable of moving one of the two mirrors along the incident optical axis of the light to the one mirror. Preferably, it is configured.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記空間分離量調整手段が、前記プリズムを前記2枚のミラーを経て該プリズムに入射する光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the space separation amount adjusting means is constituted by a moving means capable of moving the prism along the optical axis incident on the prism via the two mirrors. preferable.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記空間分離量調整手段が、前記一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズを、該一方の光の入射光軸に対して垂直に移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the space separation amount adjusting means moves the lens shifted with respect to the incident optical axis of the one light perpendicularly to the incident optical axis of the one light. It is preferably composed of possible moving means.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、前記半透過反射素子の一方の半透過反射面からの光を該一方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子の他方の半透過反射面からの光を該他方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子のいずれかを、当該半透過反射面からの光の入射方向に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light time difference adjusting means reflects the light from one semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element toward the one semi-transmissive reflective surface. A reflective element having a surface and a reflective element having a reflective surface that reflects light from the other semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element toward the other semi-transmissive reflective surface. It is preferable that the moving means is configured to be movable along the incident direction of light from the surface.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、1つの半透過反射面を備えた半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、当該半透過反射面からの光の入射方向に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light time difference adjusting means includes a transflective element having one transflective surface, and light transmitted through and reflected by the transflective element. A reflecting element having two reflecting surfaces that reflect one light and guide it to the transflective element, and one reflecting surface that reflects the other light from the transflective element toward the transflective element It is preferable that any one of the reflective elements having the above is constituted by a moving means capable of moving along the incident direction of light from the transflective surface.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、1つの半透過反射面を備えた半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2枚のミラーと、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、該半透過反射素子からの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light time difference adjusting means includes a transflective element having one transflective surface, and light transmitted through and reflected by the transflective element. A reflective element having two mirrors that reflect one light and guide it to the transflective element, and one reflective surface that reflects the other light from the transflective element toward the transflective element It is preferable that any one of the above is constituted by moving means that can move along the incident optical axis of the light from the transflective element.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズ及び該レンズからの光を反射する1つの反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子からの他方の光を反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、当該半透過反射面からの光の入射方向に沿って移動可能な移動手段で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the pump light-probe light time difference adjusting means is arranged to be shifted with respect to the incident optical axis of one of the light transmitted through the transflective element and the reflected light. Any one of a reflection element having a lens and one reflection surface that reflects light from the lens, and a reflection element having one reflection surface that reflects the other light from the semi-transmission reflection element is reflected by the semi-transmission reflection. It is preferable that the moving means is configured to be movable along the incident direction of light from the surface.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記プローブ光抽出手段が、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the probe light extraction means is constituted by a light shielding member having an opening through which only the probe light passes.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記プローブ光抽出手段が、更に、前記半透過反射素子と該半透過反射素子を透過する光路に設けられた反射素子との間、又は前記半透過反射素子と該半透過反射素子を反射する光路に設けられた反射素子との間に配置されたλ/4板と、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に配置された偏光板とを備えているのが好ましい。   Moreover, in the microscope apparatus of the present invention, the probe light extraction unit is further provided between the transflective element and a reflective element provided in an optical path that transmits the transflective element, or the transflective element. And a λ / 4 plate disposed between a reflection element provided in an optical path for reflecting the transflective element and a polarization disposed on a light-shielding member having an opening through which only the probe light passes. And a plate.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記プローブ光抽出手段が、更に、前記半透過反射素子と該半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子との間にλ/4板を備えると共に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に偏光板を備えて構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the probe light extraction unit further reflects the semi-transmissive light by reflecting one of the semi-transmissive reflective element, the light transmitted through the semi-transmissive reflective element, and the reflected light. A λ / 4 plate is provided between the reflection element having two reflection surfaces leading to the reflection element, and a polarizing plate is provided on the passage side of the light shielding member having an opening through which only the probe light passes. Is preferred.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記プローブ光抽出手段が、更に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた第2の遮光部材を挟んで構成されたビームエキスパンダを備えて構成されているのが好ましい。   Further, in the microscope apparatus of the present invention, the probe light extraction means further includes a second opening that allows only the probe light to pass on a passage side of a light shielding member that includes an opening that allows only the probe light to pass. It is preferable to include a beam expander configured with a light shielding member interposed therebetween.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記参照光抽出手段が、前記参照光のみを通過させる開口を備えた遮光部材で構成されているのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the reference light extraction unit is configured by a light shielding member having an opening through which only the reference light passes.

本発明の顕微鏡装置によれば、微小な領域についての観察と同時に、フェムト〜ピコ秒領域の変調を受けたプローブ光の時間分解分光計測を高精度に行うことが可能な顕微鏡装置が得られる。   According to the microscope apparatus of the present invention, a microscope apparatus capable of performing time-resolved spectroscopic measurement of probe light subjected to modulation in a femto to picosecond area with high accuracy simultaneously with observation of a minute area.

超短光パルスの持つ高い時間分解能を利用した計測技術として、特許第3018173号に記載の技術がある。この技術によれば、例えば化学反応などのフェムト秒〜ピコ秒領域の高速な物性現象の観察が可能である。
本発明の顕微鏡装置は、この時間分解能を計測する技術に着目した上で、さらにプローブ光を用いた検出精度を高めるべく想到したものである。
As a measurement technique using the high time resolution of the ultrashort light pulse, there is a technique described in Japanese Patent No. 3018173. According to this technique, it is possible to observe a high-speed physical property phenomenon in a femtosecond to picosecond region such as a chemical reaction.
The microscope apparatus of the present invention has been conceived in order to further increase the detection accuracy using the probe light after paying attention to the technique for measuring the time resolution.

上記時間分解能の計測技術を図32を用いて説明する。
図32は極短光パルスの波形計測技術にかかる2次元光波変換光学系の概略構成を示す斜視図である。この図は、特許第3018173号公報にも記載されている。
2次元光波変換光学系は、ビームエキスパンダ300と、回折格子500と、第1シリンドリカルレンズ600と、フィルタ700と、第2シリンドリカルレンズ800とで構成されている。回折光学素子500は、透過型の回折光学素子である。この回折格子500は、第1シリンドリカルレンズ600の前側焦平面(前側焦点位置)に配置されている。また、フィルタ700は、第1シリンドリカルレンズ600の後側焦平面(後側焦点位置)に配置されている。なお、フィルタ700の位置は、第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面と一致している。また、第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面と、第1シリンドリカルレンズ600の前側焦平面は、互いに共役となっている。
The measurement technique of the time resolution will be described with reference to FIG.
FIG. 32 is a perspective view showing a schematic configuration of a two-dimensional light wave conversion optical system according to the waveform measurement technique of ultrashort light pulses. This figure is also described in Japanese Patent No. 3018173.
The two-dimensional light wave conversion optical system includes a beam expander 300, a diffraction grating 500, a first cylindrical lens 600, a filter 700, and a second cylindrical lens 800. The diffractive optical element 500 is a transmissive diffractive optical element. The diffraction grating 500 is disposed on the front focal plane (front focal position) of the first cylindrical lens 600. The filter 700 is disposed on the rear focal plane (rear focal position) of the first cylindrical lens 600. The position of the filter 700 coincides with the rear focal plane of the second cylindrical lens 800. The rear focal plane of the second cylindrical lens 800 and the front focal plane of the first cylindrical lens 600 are conjugate with each other.

図32の構成を用いた、変調を受けた超短光パルスの時間分解分光の計測過程を説明する。
まず、入射光束をビームエキスパンダ300で拡大して、回折格子500に斜入射させる。このときの光束を光線ごとに見た場合、回折格子500に斜入射する各光線は、回折格子500の入射面に同時に到達しているわけではない。すなわち、回折格子500のx軸方向についてみると、回折格子500の両端のうち、一端はビームエキスパンダ300に近く、他端はビームエキスパンダ300から遠く離れている。よって、上記一端に到達する光線と上記他端に到る光線との間には時間差が生じる。すなわち、回折格子500のx軸方向における位置ごとに、光線が到達する時間が異なる。そこで、ここでは図中の線分P−Qに沿う位置に到達した光線の時間分解分光について考える。
A measurement process of time-resolved spectroscopy of a modulated ultrashort light pulse using the configuration of FIG. 32 will be described.
First, the incident light beam is enlarged by the beam expander 300 and obliquely incident on the diffraction grating 500. When the light flux at this time is viewed for each light beam, each light beam obliquely incident on the diffraction grating 500 does not reach the incident surface of the diffraction grating 500 at the same time. That is, regarding the x-axis direction of the diffraction grating 500, one end of the diffraction grating 500 is close to the beam expander 300 and the other end is far away from the beam expander 300. Therefore, there is a time difference between the light beam reaching the one end and the light beam reaching the other end. In other words, the time required for the light rays to reach differs depending on the position of the diffraction grating 500 in the x-axis direction. Therefore, here, time-resolved spectroscopy of the light beam that has reached the position along the line segment PQ in the figure will be considered.

回折格子500は、入射した光を、各波長ごとにx軸方向に回折する格子形状を有している。よって、線分P−Q上に到達した光に含まれる各波長成分の各々は、異なる角度でx軸方向に回折される。そして、第1シリンドリカルレンズ600の後側焦平面上において集光する。このとき、x軸方向のみ集光されるので、y軸方向に細長い光束(光線)が、波長別にx軸方向に沿って並ぶことになる。   The diffraction grating 500 has a grating shape that diffracts incident light in the x-axis direction for each wavelength. Therefore, each wavelength component included in the light reaching the line segment PQ is diffracted in the x-axis direction at a different angle. Then, the light is condensed on the rear focal plane of the first cylindrical lens 600. At this time, since only the x-axis direction is condensed, light beams (light rays) elongated in the y-axis direction are arranged along the x-axis direction for each wavelength.

しかるに、フィルタ700は、図33に示すように、光遮光領域と光透過領域で構成されている。ここでは、光透過領域は開口である。この開口の形状は、x軸方向の増加に伴いy軸方向が増加する形状となっている。開口以外の領域は光遮光領域であるので、光を遮光する。
このため、フィルタ700を透過した光は、時間差をもって、y軸方向について異なる波長が分布することになる。
However, as shown in FIG. 33, the filter 700 includes a light blocking area and a light transmitting area. Here, the light transmission region is an opening. The shape of the opening is such that the y-axis direction increases as the x-axis direction increases. Since the area other than the opening is a light shielding area, the light is shielded.
For this reason, the light transmitted through the filter 700 has different wavelengths distributed in the y-axis direction with a time difference.

更に、第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面上において、y軸方向の波長分布は保存されるようになっている。第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面は、第1シリンドリカルレンズ600の前側焦平面と共役である。そのため、線分P−Qの位置と共役な線分P'−Q'の位置は、共役となる。このため、図34に示すように、線分P'−Q'の位置に沿って、異なる波長が並ぶことになる。   Further, on the rear focal plane of the second cylindrical lens 800, the wavelength distribution in the y-axis direction is conserved. The rear focal plane of the second cylindrical lens 800 is conjugate with the front focal plane of the first cylindrical lens 600. Therefore, the position of the line segment P′-Q ′ conjugate with the position of the line segment PQ is conjugate. For this reason, as shown in FIG. 34, different wavelengths are arranged along the position of the line segment P′-Q ′.

更に、回折格子500上での位置に応じて、光線の到達時刻が異なる。よって、第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面には、図34に示すように、y軸方向に波長が分布し、x軸方向に時間が矢印方向(図では左側方向)に変化して展開されたスペクトログラムが生成されることになる。以下、このスペクトログラムを2次元光波とする。
但し、2次元光波の時間変化は非常に高速であるため、通常の撮像デバイスでは時間変化を捉えることはできない。
このため、ゲートパルスと呼ばれる参照光を、第2シリンドリカルレンズ800の後側焦平面に同時に照射させる。このようにすることによって、スペクトログラムを干渉縞パターンとして取得する。
Furthermore, the arrival time of the light beam varies depending on the position on the diffraction grating 500. Therefore, on the rear focal plane of the second cylindrical lens 800, as shown in FIG. 34, the wavelength is distributed in the y-axis direction and the time is changed in the x-axis direction in the arrow direction (left side in the figure). The resulting spectrogram will be generated. Hereinafter, this spectrogram is referred to as a two-dimensional light wave.
However, since the time change of the two-dimensional light wave is very fast, the normal image pickup device cannot capture the time change.
For this reason, reference light called a gate pulse is simultaneously irradiated onto the rear focal plane of the second cylindrical lens 800. By doing so, the spectrogram is acquired as an interference fringe pattern.

この2次元光波変換光学系は、試料によって何らかの変調を受けた光、特に超短光パルスの時間分解分光を可能とするものである。
しかしながら、上記2次元光波変換光学系は、主に、光通信分野や物理計測分野で用いられていた技術であった。
本件出願人は、微小領域の観察・測定においても、上記2次元光波変換光学系は有効であることに着目し、2次元光波変換光学系を顕微鏡装置に用いるという着想に想到するに至った。そのようにすれば、顕微鏡装置において、非常に微小な領域の観察と時間分解分光計測を同時に可能とすることができる。
This two-dimensional lightwave conversion optical system enables time-resolved spectroscopy of light that has undergone some modulation by a sample, particularly ultrashort light pulses.
However, the two-dimensional light wave conversion optical system is a technique mainly used in the fields of optical communication and physical measurement.
The present applicant noticed that the above-described two-dimensional light wave conversion optical system is effective even in observation / measurement of a minute region, and came to the idea of using the two-dimensional light wave conversion optical system in a microscope apparatus. By doing so, it is possible to simultaneously observe a very small area and time-resolved spectroscopic measurement in the microscope apparatus.

しかるに、本件出願人は、試料に刺激を与えるためのポンプ光を試料に照射し、ポンプ光により刺激を受けた試料にポンプ光とは時間差をもってプローブ光を照射し、このプローブ光に参照光を重ねることで干渉縞パターンを得る構成の顕微鏡装置において、上記2次元光波変換光学系を用いることについて検討した。
ポンプ光は、光強度がプローブ光に比べて強い。このため、上記2次元光波変換光学系を用いた顕微鏡においても、ポンプ光が干渉縞の形成位置に含まれると、検出精度に悪影響を与えるという問題がある。
そこで、本件出願人は、本発明のように、ポンプ光とプローブ光とを空間的に分離する構成を想到するに至った。
本発明によれば、試料を変調後のポンプ光がプローブ光の検出位置に入り込まないので、非常に微小な領域の観察と時間分解分光計測を同時に高精度に行うことができる。
However, the Applicant irradiates the sample with pump light for stimulating the sample, irradiates the sample stimulated by the pump light with probe light with a time difference from the pump light, and applies reference light to the probe light. The use of the above-described two-dimensional light wave conversion optical system was examined in a microscope apparatus configured to obtain an interference fringe pattern by overlapping.
The pump light has a higher light intensity than the probe light. For this reason, even in a microscope using the two-dimensional light wave conversion optical system, there is a problem that detection accuracy is adversely affected if pump light is included in the interference fringe formation position.
Therefore, the present applicant has come up with a configuration for spatially separating the pump light and the probe light as in the present invention.
According to the present invention, since the pump light after modulating the sample does not enter the detection position of the probe light, observation of a very small region and time-resolved spectroscopic measurement can be simultaneously performed with high accuracy.

図1は本発明の各実施形態にかかる顕微鏡装置に共通の構成を示すブロック図、図2は図1の顕微鏡装置に用いる顕微鏡の一構成例を示す概略構成図である。
図1に示すように、本発明の各実施形態にかかる顕微鏡装置は、顕微鏡70と時間分解分光ユニット80とを有する。そして更に、第1導光手段91と第2導光手段92を有している。第1導光手段91は、時間分解分光ユニット80からの光を、顕微鏡70の内部に導く。また、第2導光手段92は、顕微鏡70からの光を、時間分解分光ユニット80の内部に導く。このように、顕微鏡装置は、顕微鏡70で試料の観察を行うと同時に、観察対象となっている試料に対して時間分解分光ユニット80で時間分解分光を行うように構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration common to the microscope apparatus according to each embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a microscope used in the microscope apparatus of FIG.
As shown in FIG. 1, the microscope apparatus according to each embodiment of the present invention includes a microscope 70 and a time-resolved spectroscopic unit 80. In addition, a first light guide unit 91 and a second light guide unit 92 are provided. The first light guide 91 guides the light from the time-resolved spectroscopic unit 80 to the inside of the microscope 70. Further, the second light guide unit 92 guides light from the microscope 70 to the inside of the time-resolving spectroscopic unit 80. As described above, the microscope apparatus is configured to perform time-resolved spectroscopy with the time-resolved spectroscopic unit 80 on the sample to be observed while simultaneously observing the sample with the microscope 70.

時間分解分光ユニット80は、超短光パルス光源5と、分岐手段6と、プローブ光-参照光時間差調整手段10と、2次元光波変換手段1と、リレーレンズ2と、合波手段3と、撮像装置4を有して構成されている。
超短光パルス光源5は、超短光パルスを発振するように構成されている。
分岐手段6は、超短光パルスをポンプ光とプローブ光と参照光とに分岐するように構成されている。
プローブ光-参照光時間差調整手段10は、プローブ光と参照光の光路長差を調整可能に構成されている。すなわち、プローブ光と参照光とが合波手段3を介して撮像装置4に照射される際に、合波位置に到達する時間差を無くして干渉縞が生成するように構成されている。
第1導光手段91は、例えば、ミラーで構成されている。このミラーは、角度乃至位置調整が可能なステージに固定されている。このミラーの角度乃至位置を調整することで、時間分解分光ユニット80から射出された光を、顕微鏡70に入射させることができる。
第2導光手段92も、同様に、例えば、ミラーで構成されている。このミラーも、角度乃至位置調整が可能なステージに固定されている。このミラーの角度乃至位置を調整することで、顕微鏡70から射出した光を、時間分解分光ユニット80の内部に入射させることができる。
なお、第1導光手段91、第2導光手段92は、顕微鏡70と時間分解分光ユニット80のいずれかの内部に設けてもよいし、顕微鏡70及び時間分解分光ユニット80に対して独立して設けてもよく、配置場所は限定されない。
The time-resolved spectroscopic unit 80 includes an ultrashort light pulse light source 5, a branching unit 6, a probe light-reference light time difference adjusting unit 10, a two-dimensional light wave converting unit 1, a relay lens 2, a combining unit 3, An imaging device 4 is included.
The ultrashort light pulse light source 5 is configured to oscillate an ultrashort light pulse.
The branching unit 6 is configured to branch the ultrashort light pulse into pump light, probe light, and reference light.
The probe light-reference light time difference adjusting means 10 is configured to be able to adjust the optical path length difference between the probe light and the reference light. That is, when the imaging device 4 is irradiated with the probe light and the reference light via the multiplexing unit 3, the interference fringes are generated without the time difference to reach the multiplexing position.
The 1st light guide 91 is comprised by the mirror, for example. This mirror is fixed to a stage whose angle or position can be adjusted. By adjusting the angle or position of the mirror, the light emitted from the time-resolved spectroscopic unit 80 can be incident on the microscope 70.
Similarly, the second light guide unit 92 is configured by a mirror, for example. This mirror is also fixed to a stage whose angle or position can be adjusted. By adjusting the angle or position of the mirror, the light emitted from the microscope 70 can be made incident inside the time-resolving spectroscopic unit 80.
The first light guiding unit 91 and the second light guiding unit 92 may be provided inside either the microscope 70 or the time-resolving spectroscopic unit 80, or independent of the microscope 70 and the time-resolving spectroscopic unit 80. However, the arrangement location is not limited.

2次元光波変換手段1は、第2導光手段92によって導光された光を、2次元光波に変換するように構成されている。
リレーレンズ2は合波手段3を介して、2次元光波を撮像素子4の撮像面上に結像するように構成されている。
また、合波手段3は参照光を反射して、撮像素子4の撮像面上に参照光を照射するように構成されている。その結果、撮像素子4の撮像面上には、干渉縞パターンが形成される。
The two-dimensional light wave converting means 1 is configured to convert the light guided by the second light guiding means 92 into a two-dimensional light wave.
The relay lens 2 is configured to form an image of a two-dimensional light wave on the image pickup surface of the image pickup device 4 via the combining unit 3.
Further, the multiplexing means 3 is configured to reflect the reference light and irradiate the reference light onto the imaging surface of the imaging device 4. As a result, an interference fringe pattern is formed on the imaging surface of the imaging element 4.

次に、顕微鏡70について説明する。
顕微鏡70は、試料を観察可能な光学顕微鏡であればよい。例えば、明視野観察、蛍光観察、微分干渉観察等などの観察が可能な構成であればよい。
Next, the microscope 70 will be described.
The microscope 70 may be an optical microscope that can observe the sample. For example, any configuration capable of observing bright field observation, fluorescence observation, differential interference observation, or the like may be used.

図2に示した構成例では、顕微鏡70は、透過照明光源71と、透過照明光学系72と、観察用光学系73と、観察用撮像素子74と、試料台75と、蛍光用照明光源76と、蛍光用照明光学系77と、フィルタユニット772と、ビームスプリッタ723と、ダイクロイックミラー78を有して構成されている。   In the configuration example shown in FIG. 2, the microscope 70 includes a transmission illumination light source 71, a transmission illumination optical system 72, an observation optical system 73, an observation imaging device 74, a sample stage 75, and a fluorescence illumination light source 76. A fluorescent illumination optical system 77, a filter unit 772, a beam splitter 723, and a dichroic mirror 78.

透過照明用光学系72は、コレクタレンズ721と、コンデンサレンズ722と、ビームスプリッタ723を有している。そして、透過照明用光学系72は、透過照明光源71が発した照明光を、試料Sに照明すると共に、ビームスプリッタ723を介して、ポンプ光とプローブ光を試料に照射することができる。図2の構成例では、透過照明光学系72は、さらに、偏光子724と、第1DIC(Differential Interference Contrast)フィルタ725を含んでいる。   The transmitted illumination optical system 72 includes a collector lens 721, a condenser lens 722, and a beam splitter 723. The transmitted illumination optical system 72 can illuminate the sample S with illumination light emitted from the transmitted illumination light source 71 and irradiate the sample with pump light and probe light via the beam splitter 723. In the configuration example of FIG. 2, the transmission illumination optical system 72 further includes a polarizer 724 and a first DIC (Differential Interference Contrast) filter 725.

観察用光学系73は、対物レンズ731と、第2DICフィルタ732と、検光子733と、結像レンズ734と、ビームスプリッタ735を有して構成されている。
検光子733と結像レンズ734との間には、ダイクロイックミラー78と、フィルタユニット772が配置されている。
フィルタユニット772は、励起フィルタ7721と、ダイクロイックミラー7722と、吸収フィルタ7723によって構成されている。励起フィルタ7721は、試料Sを照射するための励起光を選択するために用いられる。ダイクロイックミラー7722は、励起光を反射して試料S側に導くと共に、試料Sから発生した蛍光を透過する。吸収フィルタ7723は、試料Sから反射された励起光を遮断し、蛍光を透過する。
その他、試料台75は、x−yステージ752を備えている。よって、レンズ722、731に対する試料Sの相対位置を、自由に調整することができる。
The observation optical system 73 includes an objective lens 731, a second DIC filter 732, an analyzer 733, an imaging lens 734, and a beam splitter 735.
A dichroic mirror 78 and a filter unit 772 are disposed between the analyzer 733 and the imaging lens 734.
The filter unit 772 includes an excitation filter 7721, a dichroic mirror 7722, and an absorption filter 7723. The excitation filter 7721 is used to select excitation light for irradiating the sample S. The dichroic mirror 7722 reflects the excitation light to the sample S side and transmits the fluorescence generated from the sample S. The absorption filter 7723 blocks excitation light reflected from the sample S and transmits fluorescence.
In addition, the sample stage 75 includes an xy stage 752. Therefore, the relative position of the sample S with respect to the lenses 722 and 731 can be freely adjusted.

次に、各実施形態において本発明に特有の構成について説明する。
(第1実施形態)
図3は本発明の第1実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。なお、第1実施形態の顕微鏡装置全体の基本構成及び顕微鏡の構成は、図1及び図2で示した構成と同じである。
第1実施形態の顕微鏡装置では、分岐手段6は、ビームスプリッタ62と、ミラー63と、光減衰素子630と、ミラー64と、微動ステージ65と、ビームスプリッタ723と、遮光部材としてのスペーシャルフィルタ66と、遮光部材としてのスペーシャルフィルタ67を有して構成されている。なお、図3中、912,911は、第1導光手段91を構成するミラーである。
ビームスプリッタ62は、所定肉厚を持つ透明な平行平板62aの両面に、夫々ハーフミラー面62b,62cを備えて構成されている。この所定の肉厚をビームスプリッタ62に持たせることで、ビームスプリッタ62では、入射光が、屈折作用により所定量シフトして出射する。
ミラー63,64は、夫々の入射光軸に対して垂直に配置されている。
微動ステージ65は、ミラー64への入射光軸に沿う方向に、ミラー64を移動可能に構成されている。
Next, a configuration unique to the present invention will be described in each embodiment.
(First embodiment)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the branching means in the microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention. The basic configuration of the entire microscope apparatus according to the first embodiment and the configuration of the microscope are the same as those shown in FIGS.
In the microscope apparatus of the first embodiment, the branching unit 6 includes a beam splitter 62, a mirror 63, a light attenuating element 630, a mirror 64, a fine movement stage 65, a beam splitter 723, and a spatial filter as a light shielding member. 66 and a spatial filter 67 as a light shielding member. In FIG. 3, reference numerals 912 and 911 denote mirrors constituting the first light guide unit 91.
The beam splitter 62 includes half mirror surfaces 62b and 62c on both surfaces of a transparent parallel plate 62a having a predetermined thickness. By providing the beam splitter 62 with this predetermined thickness, the beam splitter 62 emits incident light with a predetermined amount shifted by a refracting action.
The mirrors 63 and 64 are arranged perpendicular to the respective incident optical axes.
The fine movement stage 65 is configured to be able to move the mirror 64 in a direction along the optical axis incident on the mirror 64.

超短光パルス光源5から発振された超短光パルスは、ビームスプリッタ62を介して2つに分岐される。この2つ分岐された光の一方がポンプ光で、他方がプローブ光である。ここでは、ポンプ光は、ビームスプリッタ62のハーフミラー面62b,62cを透過し、ミラー64で反射される超短光パルスの光である。一方、プローブ光は、ビームスプリッタ62のハーフミラー面62bで反射され、ミラー63で反射される超短光パルスの光である。第1実施形態の顕微鏡装置では、これらのポンプ光とプローブ光を用いている。
微動ステージ65は、本発明におけるポンプ光-プローブ光時間差調整手段として機能する。ここでは、ポンプ光とプローブ光の光路長差を調整することによって、夫々の光が試料Sに到達する時間差を与える(時間遅延を生成する)ことができるようになっている。なお、図3の例では、ポンプ光がプローブ光よりも先に試料Sに到達するようにしている。
The ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light source 5 is branched into two via the beam splitter 62. One of the two branched lights is pump light and the other is probe light. Here, the pump light is light of an ultrashort light pulse that is transmitted through the half mirror surfaces 62 b and 62 c of the beam splitter 62 and reflected by the mirror 64. On the other hand, the probe light is an ultrashort light pulse light reflected by the half mirror surface 62 b of the beam splitter 62 and reflected by the mirror 63. In the microscope apparatus of the first embodiment, these pump light and probe light are used.
The fine movement stage 65 functions as a pump light-probe light time difference adjusting means in the present invention. Here, by adjusting the optical path length difference between the pump light and the probe light, it is possible to give a time difference for each light to reach the sample S (generate a time delay). In the example of FIG. 3, the pump light reaches the sample S before the probe light.

また、ビームスプリッタ62、ミラー63,64は、本発明におけるポンプ光-プローブ光空間分離手段として機能する。
すなわち、超短光パルス光源5を出射した光は、ビームスプリッタ62のハーフミラー面62bを介して透過光と反射光とに2分される。
透過光(ハーフミラー面62bを透過した光)は、所定肉厚の透明な平行平板62aで屈折して、ハーフミラー面62cに到達する。ハーフミラー面62cを透過した光は、ミラー64に入射し、ミラー64で反射されて逆向きの光路を辿り、ハーフミラー面62cに入射する。ハーフミラー面62cで反射された光は、ポンプ光として用いられる。ポンプ光は、図3において、破線で示す光路を辿る。
他方、反射光(ハーフミラー面62bで反射された光)は、ミラー63に入射し、ミラー36で反射されて逆向きの光路を辿り、ハーフミラー面62bに入射する。ハーフミラー面62bを透過した光は、所定肉厚の透明な平行平板62aで屈折して、ハーフミラー面62cに到達する。ハーフミラー面62cを透過した光は、プローブ光として用いられる。プローブ光は、図3において実線で示す光路を辿る。
これにより、ポンプ光とプローブ光は空間的に平行に分離される。
Further, the beam splitter 62 and the mirrors 63 and 64 function as pump light-probe light space separating means in the present invention.
That is, the light emitted from the ultrashort optical pulse light source 5 is divided into two through the half mirror surface 62 b of the beam splitter 62 into transmitted light and reflected light.
The transmitted light (light transmitted through the half mirror surface 62b) is refracted by the transparent parallel plate 62a having a predetermined thickness and reaches the half mirror surface 62c. The light transmitted through the half mirror surface 62c enters the mirror 64, is reflected by the mirror 64, follows an optical path in the reverse direction, and enters the half mirror surface 62c. The light reflected by the half mirror surface 62c is used as pump light. The pump light follows an optical path indicated by a broken line in FIG.
On the other hand, the reflected light (light reflected by the half mirror surface 62b) enters the mirror 63, is reflected by the mirror 36, travels in the opposite optical path, and enters the half mirror surface 62b. The light transmitted through the half mirror surface 62b is refracted by the transparent parallel plate 62a having a predetermined thickness and reaches the half mirror surface 62c. The light transmitted through the half mirror surface 62c is used as probe light. The probe light follows an optical path indicated by a solid line in FIG.
As a result, the pump light and the probe light are spatially separated in parallel.

スペーシャルフィルタ66は、本発明におけるプローブ光抽出手段として機能する。すなわち、スペーシャルフィルタ66は、平行に分離されて入射した光のうち、プローブ光のみを開口66aを介して通過させ、その他の光を遮光する。
また、スペーシャルフィルタ67は、本発明における参照光抽出手段として機能する。すなわち、スペーシャルフィルタ67は、平行に分離されて入射した光のうち、参照光(ここではポンプ光)のみを開口67aを介して通過させ、その他の光(ここではプローブ光)を遮光する。
The spatial filter 66 functions as probe light extraction means in the present invention. In other words, the spatial filter 66 allows only the probe light to pass through the opening 66a among the incident light separated in parallel and shields the other light.
The spatial filter 67 functions as reference light extraction means in the present invention. That is, the spatial filter 67 allows only reference light (pump light here) to pass through the opening 67a out of the incident light separated in parallel, and blocks other light (probe light here).

なお、上述したように、通常、ポンプ‐プローブ法では、ポンプ光を試料に刺激を与えるための光、プローブ光をポンプ光により刺激を与えられた後の試料の反応を検出するための光として使用する。そして、通常、ポンプ光の強度は、試料を刺激するために強く、プローブ光の強度は、試料を刺激しないように弱くする必要がある。
このため、光減衰素子630が、ビームスプリッタ62とミラー63との間に設けられている。光減衰素子630は、試料Sに照射するためのプローブ光の強度を弱めるために用いられる。
As described above, in the pump-probe method, the pump light is usually used as light for stimulating the sample, and the probe light is used as light for detecting the reaction of the sample after being stimulated by the pump light. use. Usually, the intensity of the pump light is strong to stimulate the sample, and the intensity of the probe light needs to be weak so as not to stimulate the sample.
For this reason, the light attenuating element 630 is provided between the beam splitter 62 and the mirror 63. The light attenuating element 630 is used to weaken the intensity of the probe light for irradiating the sample S.

このように構成された第1実施形態の顕微鏡装置では、超短光パルス光源5を出射した光は、ビームスプリッタ62、ミラー63、ミラー64、微動ステージ65を介して、ポンプ光とプローブ光に分離される。このとき、ポンプ光とプローブ光は、時間的、空間的に分離されており、両者は、ビームスプリッタ723に入射する。
ビームスプリッタ723で反射されたポンプ光とプローブ光は、コンデンサレンズ722の入射瞳に入射する。このとき、ポンプ光とプローブ光は、時間的、空間的に分離され、互いに平行な光路を辿っている。図3の例では、ポンプ光をコンデンサレンズ722の光軸からシフトするようにすると共に、プローブ光をコンデンサレンズ722の光軸に一致するようにして、夫々入射させている。そして、ポンプ光とプローブ光は、時間差を持ちながら、コンデンサレンズ722を介して、試料Sの同一微小領域に照射される。さらに、試料Sを透過後は、ポンプ光とプローブ光は、再び、空間的に分離される。次いで、ポンプ光とプローブ光は、対物レンズ731を介して互いに平行な光路となり、第2DICフィルタ732、検光子733、ダイクロイックミラー78を経由し、スペーシャルフィルタ66に到達する。スペーシャルフィルタ66を介してポンプ光が遮光され、プローブ光のみが開口66aを通過する。これにより、図1に示した2次元光波手段1には、プローブ光のみが到達する。
他方、ビームスプリッタ723を透過したポンプ光とプローブ光に相当する夫々の光は、スペーシャルフィルタ67に到達する。スペーシャルフィルタ67を介してプローブ光に相当する光が遮光され、ポンプ光に相当する光のみが開口67aを通過し参照光として用いられる。
In the microscope apparatus of the first embodiment configured as described above, the light emitted from the ultrashort light pulse light source 5 is converted into pump light and probe light via the beam splitter 62, mirror 63, mirror 64, and fine movement stage 65. To be separated. At this time, the pump light and the probe light are separated temporally and spatially, and both enter the beam splitter 723.
Pump light and probe light reflected by the beam splitter 723 are incident on the entrance pupil of the condenser lens 722. At this time, the pump light and the probe light are separated temporally and spatially and follow optical paths parallel to each other. In the example of FIG. 3, the pump light is shifted from the optical axis of the condenser lens 722 and the probe light is incident so as to coincide with the optical axis of the condenser lens 722. The pump light and the probe light are irradiated to the same minute region of the sample S via the condenser lens 722 while having a time difference. Further, after passing through the sample S, the pump light and the probe light are again spatially separated. Next, the pump light and the probe light become optical paths parallel to each other via the objective lens 731, and reach the spatial filter 66 via the second DIC filter 732, the analyzer 733, and the dichroic mirror 78. The pump light is shielded through the spatial filter 66, and only the probe light passes through the opening 66a. As a result, only the probe light reaches the two-dimensional lightwave means 1 shown in FIG.
On the other hand, the light corresponding to the pump light and the probe light transmitted through the beam splitter 723 reaches the spatial filter 67. Light corresponding to the probe light is blocked through the spatial filter 67, and only the light corresponding to the pump light passes through the opening 67a and is used as the reference light.

(第1変形例)
なお、第1実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段6は、図4のように構成してもよい。図4は図3に示した分岐手段6の一変形例の構成を示す説明図である。
本変形例の分岐手段6では、図3に示した分岐手段6の構成において、λ/4板791がビームスプリッタ62とミラー64の間に配置されるとともに、偏光子792がスペーシャルフィルタ66の通過側光路に配置されている。偏光子792は、ポンプ光の直線偏光成分を遮光し、ポンプ光の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を透過させるように構成されている。その他の構成は図3の構成と同じである。
このように構成された本変形例の分岐手段6を用いた顕微鏡装置では、λ/4板791と偏光子792は、スペーシャルフィルタ66を補完するプローブ光抽出手段として機能する。すなわち、超短光パルス光源5を出射し、ビームスプリッタ62のハーフミラー面62b,62cを透過し、ミラー64で反射されて再びビームスプリッタ62に入射する光は、λ/4板791を2回通過する。このため、直線偏光成分が90度回転する。従って、図4において破線で示す光路を辿るポンプ光と実線で示す光路を辿るプローブ光は、互いの直線偏光成分が直交した状態で試料Sを夫々通過し、ダイクロイックミラー78で反射され、スペーシャルフィルタ66を介してプローブ光のみが通過し、その他の光(ポンプ光)が遮光される。
(First modification)
The branching means 6 in the microscope apparatus according to the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of a modification of the branching means 6 shown in FIG.
In the branching unit 6 of this modification, in the configuration of the branching unit 6 shown in FIG. 3, the λ / 4 plate 791 is disposed between the beam splitter 62 and the mirror 64, and the polarizer 792 is the spatial filter 66. It is arranged in the passing side optical path. The polarizer 792 is configured to shield the linearly polarized component of the pump light and transmit the linearly polarized component orthogonal to the linearly polarized component of the pump light. Other configurations are the same as those in FIG.
In the microscope apparatus using the branching means 6 of this modification configured as described above, the λ / 4 plate 791 and the polarizer 792 function as probe light extraction means that complements the spatial filter 66. That is, light that is emitted from the ultrashort optical pulse light source 5, passes through the half mirror surfaces 62 b and 62 c of the beam splitter 62, is reflected by the mirror 64, and is incident on the beam splitter 62 again, passes through the λ / 4 plate 791 twice. pass. For this reason, the linearly polarized light component is rotated by 90 degrees. Accordingly, the pump light that follows the optical path indicated by the broken line in FIG. 4 and the probe light that follows the optical path indicated by the solid line pass through the sample S with the linearly polarized light components orthogonal to each other, reflected by the dichroic mirror 78, and spatial. Only the probe light passes through the filter 66, and other light (pump light) is shielded.

ところで、上述のように、ポンプ光は試料Sに刺激を与えるために、プローブ光に比べて光強度が非常に強くする必要がある。ここで、ポンプ光の大部分は、スペーシャルフィルタ66を介して遮光される。しかしながら、僅かな量のポンプ光が、スペーシャルフィルタ66の開口66aを通過する可能性がある。一方、プローブ光は、ポンプ光に比べて光の強度が弱い。
このため、開口66aを通過した僅かな量のポンプ光が、プローブ光の検出に悪影響を与えてしまうおそれがある。そこで、これを防ぐために、本変形例では、ポンプ光とプローブ光の直線偏光成分が互いに直交するようにし、スペーシャルフィルタ66を通過後の光を偏光子792に入射させるようにしている。よって、偏光子792に入射した光のうち、ポンプ光をより確実に遮光し、プローブ光を透過させることができる。これにより、スペーシャルフィルタ66だけでは十分に除去しきれなかったポンプ光が、十分に除去される。
なお、本変形例のように分岐手段6を構成した場合には、スペーシャルフィルタ67を通過した参照光の光路上にλ/2板を配置して、参照光の直線偏光成分を90°回転させる。これにより参照光とプローブ光の直線偏光成分の同じ向きとなって合波手段3を介して合波され、干渉縞を生成させることができる。尚、図示はしないが、λ/2板を用いる代わりに、2枚のミラーによって、偏光方向を回転させることも可能である。よって、2枚のミラーを、新たに加えてもよい。
By the way, as described above, since the pump light gives a stimulus to the sample S, it is necessary to make the light intensity much higher than that of the probe light. Here, most of the pump light is shielded through the spatial filter 66. However, a small amount of pump light may pass through the opening 66a of the spatial filter 66. On the other hand, the intensity of the probe light is weaker than that of the pump light.
For this reason, a slight amount of pump light that has passed through the opening 66a may adversely affect the detection of the probe light. Therefore, in order to prevent this, in the present modification, the linearly polarized light components of the pump light and the probe light are made to be orthogonal to each other, and the light after passing through the spatial filter 66 is made incident on the polarizer 792. Therefore, it is possible to more reliably block the pump light out of the light incident on the polarizer 792 and transmit the probe light. As a result, the pump light that could not be sufficiently removed only by the spatial filter 66 is sufficiently removed.
When the branching unit 6 is configured as in this modification, a λ / 2 plate is disposed on the optical path of the reference light that has passed through the spatial filter 67, and the linearly polarized component of the reference light is rotated by 90 °. Let As a result, the linearly polarized light components of the reference light and the probe light are combined in the same direction through the multiplexing means 3, and interference fringes can be generated. Although not shown, the polarization direction can be rotated by two mirrors instead of using the λ / 2 plate. Therefore, two mirrors may be newly added.

(第2変形例)
また、第1実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段6は、図5のように構成してもよい。図5は、図3に示した分岐手段6の他の変形例の構成を示す説明図である。
本変形例の分岐手段6では、図3に示した分岐手段6の構成において、ビームエキスパンダ793が、スペーシャルフィルタ66の通過側(光射出側)に配置されている。ビームエキスパンダ793は、スペーシャルフィルタ66側のレンズ7931と、レンズ7932を備えている。更に、ビームエキスパンダ793は、第2の遮光部材としてのスペーシャルフィルタ794を内部に備えている。ビームエキスパンダ793では、その内部で光が集光される。スペーシャルフィルタ794は、この集光位置よりもレンズ7931に近い位置に配置されている。その他の構成は図3の構成と同じである。
このように構成された本変形例の分岐手段6を用いた顕微鏡装置では、ビームエキスパンダ793が、スペーシャルフィルタ66を補完するプローブ光抽出手段として機能する。すなわち、スペーシャルフィルタ66を介して大部分のポンプ光が遮光され、プローブ光と極くわずかなポンプ光とが開口66a通過する。次いで、ビームエキスパンダ793のレンズ7931を介して、プローブ光と極くわずかなポンプ光が集光されてスペーシャルフィルタ794に到達する。このとき、大部分のプローブ光は、レンズ7931の光軸上に集光するため、スペーシャルフィルタ794の開口794aを通過する。一方、軸外光であるポンプ光は光軸から離れた位置に集光するため、スペーシャルフィルタ794を介して遮光される。これにより、スペーシャルフィルタ66だけでは十分に除去しきれなかったポンプ光が、十分に除去される。
(Second modification)
Further, the branching means 6 in the microscope apparatus according to the first embodiment may be configured as shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory view showing the configuration of another modification of the branching means 6 shown in FIG.
In the branching means 6 of this modification, the beam expander 793 is arranged on the passage side (light emission side) of the spatial filter 66 in the configuration of the branching means 6 shown in FIG. The beam expander 793 includes a lens 7931 and a lens 7932 on the spatial filter 66 side. Further, the beam expander 793 includes a spatial filter 794 as a second light shielding member. In the beam expander 793, light is collected inside. The spatial filter 794 is disposed at a position closer to the lens 7931 than the condensing position. Other configurations are the same as those in FIG.
In the microscope apparatus using the branching unit 6 of this modification configured as described above, the beam expander 793 functions as a probe light extraction unit that complements the spatial filter 66. That is, most of the pump light is blocked through the spatial filter 66, and the probe light and very little pump light pass through the opening 66a. Next, the probe light and very little pump light are collected via the lens 7931 of the beam expander 793 and reach the spatial filter 794. At this time, most of the probe light is focused on the optical axis of the lens 7931 and therefore passes through the opening 794a of the spatial filter 794. On the other hand, since the pump light which is off-axis light is condensed at a position away from the optical axis, it is shielded through the spatial filter 794. As a result, the pump light that could not be sufficiently removed only by the spatial filter 66 is sufficiently removed.

(第3変形例)
また、第1実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段6は、図6のように構成してもよい。
図6は図3に示した分岐手段6のさらに他の変形例の構成を示す要部説明図、図7は図6に示したビームスプリッタ621の拡大図、図8は図6に示したミラー622の拡大図である。
本変形例の分岐手段6は、光源5から導光手段91に至るまでの光路上に、ビームスプリッタ621と、ミラー63と、光減衰素子630と、ミラー641,642と、微動ステージ643と、プリズム622を備えている。なお、微動ステージ643は、図3の構成における微動ステージ65に相当する。
このように構成された本変形例の顕微鏡装置では、超短光パルス光源5から発振された超短光パルスは、ビームスプリッタ621を介して2つに分岐される。この2つ分岐された光の一方がポンプ光で、他方がプローブ光である。ここでは、ポンプ光は、ビームスプリッタ621の面621b,621cを透過し、ミラー641,642、プリズム622で反射される超短光パルスの光である。一方、プローブ光は、ビームスプリッタ621の面621bで反射され、ミラー63で反射される超短光パルスの光である。本変形例の顕微鏡装置では、これらのポンプ光とプローブ光を用いている。
(Third Modification)
Further, the branching means 6 in the microscope apparatus according to the first embodiment may be configured as shown in FIG.
6 is an explanatory view of a main part showing the configuration of still another modification of the branching means 6 shown in FIG. 3, FIG. 7 is an enlarged view of the beam splitter 621 shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a mirror shown in FIG. FIG.
The branching unit 6 of the present modification includes a beam splitter 621, a mirror 63, a light attenuating element 630, mirrors 641 and 642, a fine movement stage 643, and an optical path from the light source 5 to the light guiding unit 91. A prism 622 is provided. Fine movement stage 643 corresponds to fine movement stage 65 in the configuration of FIG.
In the microscope apparatus of this modification configured as described above, the ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light pulse light source 5 is branched into two via the beam splitter 621. One of the two branched lights is pump light and the other is probe light. Here, the pump light is ultrashort light pulse light that is transmitted through the surfaces 621 b and 621 c of the beam splitter 621 and reflected by the mirrors 641 and 642 and the prism 622. On the other hand, the probe light is an ultrashort light pulse light reflected by the surface 621 b of the beam splitter 621 and reflected by the mirror 63. The microscope apparatus of this modification uses these pump light and probe light.

ビームスプリッタ621は、透明な基板621aの一方の面621cに、反射防止膜が製膜されて構成されている。なお、面621cの反対側の面621bには反射防止膜は製膜されていない。
プリズム622は、光軸に沿う断面形状が平行四辺形形状の透明部材622aで構成されている。そして、透明部材622aの一つの面622cのみに、反射膜が蒸着されている。そして、プリズム622は、ポンプ光に対してはミラーとして機能し、プローブ光に対してはプリズムとして機能する。
The beam splitter 621 is configured by forming an antireflection film on one surface 621c of a transparent substrate 621a. Note that an antireflection film is not formed on the surface 621b opposite to the surface 621c.
The prism 622 includes a transparent member 622a having a parallelogram shape in cross section along the optical axis. A reflective film is deposited only on one surface 622c of the transparent member 622a. The prism 622 functions as a mirror for the pump light and functions as a prism for the probe light.

ビームスプリッタ621の基板621aの面621bを透過した光は、基板621aで屈折して面621cに到達する。面621cを透過した光は、ミラー641,642で反射され、プリズム622の反射面622cで反射され、図6に示すようにポンプ光として用いられる。
他方、ビームスプリッタ621の基板621aの面621bで反射された光は、ミラー63に入射し、ミラー63で反射されて逆向きの光路を辿り、面621bに入射する。面621bを透過した光は、基板621aで屈折して、面621cに到達する。面621cを透過した光は、プリズム622の面622bに入射し、面622bを透過して透明部材622aで屈折して、面622dに到達する。面622dを透過した光は、図6に示すようにプローブ光として用いられる。
このとき、ビームスプリッタ621の面621cには、反射防止膜が製膜されている。よって、面621cに到達したポンプ光-プローブ光を、反射による光量ロスを低減して透過させることができる。
The light transmitted through the surface 621b of the substrate 621a of the beam splitter 621 is refracted by the substrate 621a and reaches the surface 621c. The light transmitted through the surface 621c is reflected by the mirrors 641 and 642, reflected by the reflecting surface 622c of the prism 622, and used as pump light as shown in FIG.
On the other hand, the light reflected by the surface 621b of the substrate 621a of the beam splitter 621 enters the mirror 63, is reflected by the mirror 63, follows the reverse optical path, and enters the surface 621b. The light transmitted through the surface 621b is refracted by the substrate 621a and reaches the surface 621c. The light transmitted through the surface 621c enters the surface 622b of the prism 622, passes through the surface 622b, is refracted by the transparent member 622a, and reaches the surface 622d. The light transmitted through the surface 622d is used as probe light as shown in FIG.
At this time, an antireflection film is formed on the surface 621c of the beam splitter 621. Therefore, the pump light-probe light that has reached the surface 621c can be transmitted with reduced light loss due to reflection.

なお、プリズム622におけるプローブ光が透過する面622b,622dには、反射防止膜を備えるようにしてもよい。このようにすると、プローブ光の反射による光量ロスを、更に低減することができるので好ましい。
また、プローブ光がブリュースター角を満足する入射角度で面622bに入射するように、プリズム622の傾きを調整して配置してもよい。このようにすることで、反射による光量ロスを低減することができる。
The surfaces 622b and 622d through which the probe light in the prism 622 transmits may be provided with an antireflection film. This is preferable because the light amount loss due to the reflection of the probe light can be further reduced.
Further, the inclination of the prism 622 may be adjusted so that the probe light is incident on the surface 622b at an incident angle satisfying the Brewster angle. By doing in this way, the light quantity loss by reflection can be reduced.

(第4変形例)
また、図6の変形例として、プリズム622の代わりに、図9に示すようなプリズム623を用いて構成しても良い。
プリズム623は、図10に示すように、断面形状が台形形状の透明部材623aで構成されている。そして、透明部材623aの斜面623cに、ポンプ光反射用の反射膜が製膜されている。
その他の構成は図6の構成とほぼ同じである。
(Fourth modification)
Further, as a modified example of FIG. 6, a prism 623 as shown in FIG. 9 may be used instead of the prism 622.
As shown in FIG. 10, the prism 623 includes a transparent member 623a having a trapezoidal cross section. A reflective film for reflecting the pump light is formed on the slope 623c of the transparent member 623a.
The other configuration is almost the same as the configuration of FIG.

第3変形例及び第4変形例では、プリズム622或いはプリズム623で反射された光が、ポンプ光になる。一方、プリズム622或いはプリズム623を透過した光が、プローブ光になる。そして、これら変形例における微動ステージ643は、ミラー642を所定の方向に移動させる。このようにすることにより、ポンプ光と、プローブ光の空間分離量を調整できる。
なお、第3及び第4変形例において、ミラー642を入射光軸に沿って移動させる代わりに、プリズム622或いはプリズム623をミラー642側の入射光軸に沿って移動させるように微動ステージを設けてもよい。
In the third modification and the fourth modification, the light reflected by the prism 622 or the prism 623 becomes pump light. On the other hand, the light transmitted through the prism 622 or the prism 623 becomes probe light. Then, fine movement stage 643 in these modified examples moves mirror 642 in a predetermined direction. By doing in this way, the amount of space separation of pump light and probe light can be adjusted.
In the third and fourth modified examples, a fine movement stage is provided so that the prism 622 or the prism 623 is moved along the incident optical axis on the mirror 642 side instead of moving the mirror 642 along the incident optical axis. Also good.

(第2実施形態)
図11は本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。なお、第2実施形態の顕微鏡装置全体の基本構成及び顕微鏡の基本構成は、図1及び図2で示した構成と同じである。
第2実施形態の顕微鏡装置では、分岐手段6は、ビームスプリッタ61と、ビームスプリッタ62’と、ミラー63と、光減衰素子630と、ミラー641と、ミラー642と、微動ステージ643と、微動ステージ65と、スペーシャルフィルタ66を有して構成されている。なお、図11中、912,911は第1導光手段91を構成するミラーである。また、922は第2導光手段を構成するミラーである。
ビームスプリッタ62’は、薄板状のハーフミラー面62a’で構成されている。
ミラー63は、入射光軸に対して垂直に配置されている。
ミラー641,642は、ミラー641への入射光軸に対して傾斜し、かつ、ミラー641で反射され、ミラー642で反射された光の光軸が、ミラー641への入射光軸に対して所定量シフトするように配置されている。
微動ステージ643は、ミラー641及びミラー642を、ミラー641への入射光軸に対して垂直な方向に移動可能に構成されている。
微動ステージ65は、ミラー641,642を載置した微動ステージ643を、ミラー641への入射光軸に沿う方向に移動可能に構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the configuration of the branching means in the microscope apparatus according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration of the entire microscope apparatus according to the second embodiment and the basic configuration of the microscope are the same as the configurations shown in FIGS.
In the microscope apparatus of the second embodiment, the branching unit 6 includes a beam splitter 61, a beam splitter 62 ', a mirror 63, a light attenuating element 630, a mirror 641, a mirror 642, a fine movement stage 643, and a fine movement stage. 65 and a spatial filter 66. In FIG. 11, reference numerals 912 and 911 denote mirrors constituting the first light guide unit 91. Reference numeral 922 denotes a mirror constituting the second light guide means.
The beam splitter 62 'is constituted by a thin plate-like half mirror surface 62a'.
The mirror 63 is disposed perpendicular to the incident optical axis.
The mirrors 641 and 642 are inclined with respect to the optical axis of incidence on the mirror 641 and are reflected by the mirror 641, and the optical axis of the light reflected by the mirror 642 is relative to the optical axis of incidence on the mirror 641. Arranged to shift quantitatively.
Fine movement stage 643 is configured to be able to move mirror 641 and mirror 642 in a direction perpendicular to the optical axis incident on mirror 641.
The fine movement stage 65 is configured such that the fine movement stage 643 on which the mirrors 641 and 642 are placed can be moved in a direction along the optical axis incident on the mirror 641.

超短光パルス光源5から発振された超短光パルスは、ビームスプリッタ61を介して2つに分岐される。実施形態2の顕微鏡装置では、ビームスプリッタ61で反射された超短光パルスを参照光として用いている。ビームスプリッタ61を透過した超短光パルスは、ビームスプリッタ62’を介して、更に2つに分岐される。この2つ分岐された光の一方がポンプ光で、他方がプローブ光である。ここでは、ポンプ光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’を透過し、ミラー641,642で反射される超短光パルスの光である。一方、プローブ光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’で反射され、ミラー63で反射される超短光パルスの光である。本実施形態の顕微鏡装置では、これらのポンプ光とプローブ光を用いている。
微動ステージ65は、本発明におけるポンプ光-プローブ光時間差調整手段として機能する。ここでは、ポンプ光とプローブ光の光路長差を調整することによって、夫々の光が試料Sに到達する時間差を与える(時間遅延を生成する)ことができるようになっている。なお、図11の例では、ポンプ光がプローブ光よりも先に試料Sに到達するようにしている。
The ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light source 5 is branched into two via the beam splitter 61. In the microscope apparatus of the second embodiment, the ultrashort light pulse reflected by the beam splitter 61 is used as the reference light. The ultrashort light pulse transmitted through the beam splitter 61 is further branched into two via the beam splitter 62 '. One of the two branched lights is pump light and the other is probe light. Here, the pump light is ultrashort light pulse light that is transmitted through the half mirror surface 62a ′ of the beam splitter 62 ′ and reflected by the mirrors 641 and 642. On the other hand, the probe light is an ultrashort light pulse light reflected by the half mirror surface 62 a ′ of the beam splitter 62 ′ and reflected by the mirror 63. In the microscope apparatus of this embodiment, these pump light and probe light are used.
The fine movement stage 65 functions as a pump light-probe light time difference adjusting means in the present invention. Here, by adjusting the optical path length difference between the pump light and the probe light, it is possible to give a time difference for each light to reach the sample S (generate a time delay). In the example of FIG. 11, the pump light reaches the sample S before the probe light.

また、ビームスプリッタ62’、ミラー63,641,642は、本発明におけるポンプ光-プローブ光空間分離手段として機能する。
すなわち、超短光パルス光源5を出射しビームスプリッタ61を透過した光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’を介して、透過光と反射光とに2分される。
透過光(ハーフミラー面62a’を透過した光)は、ミラー641に入射し、ミラー641,642で反射される。これにより、ミラー642で反射された光、入射光の光路に対して平行にシフトした光路を辿り、ハーフミラー面62a’に入射する。ハーフミラー面62a’で反射された光は、図11において破線で示す光路を辿るポンプ光として用いられる。
他方、反射光(ハーフミラー面62a’で反射された光)は、ミラー63で反射されて逆向きの光路を辿り、ハーフミラー面62a’に入射する。ハーフミラー面62a’を透過した光は、図11において実線で示す光路を辿るプローブ光として用いられる。
これにより、ポンプ光とプローブ光は空間的に平行に分離される。
Further, the beam splitter 62 ′ and the mirrors 63, 641, and 642 function as pump light-probe light space separating means in the present invention.
In other words, the light emitted from the ultrashort light pulse light source 5 and transmitted through the beam splitter 61 is divided into two by the transmitted light and the reflected light through the half mirror surface 62a ′ of the beam splitter 62 ′.
The transmitted light (light transmitted through the half mirror surface 62 a ′) enters the mirror 641 and is reflected by the mirrors 641 and 642. As a result, the light reflected by the mirror 642 and the optical path shifted in parallel with the optical path of the incident light are traced and incident on the half mirror surface 62a ′. The light reflected by the half mirror surface 62a ′ is used as pump light that follows an optical path indicated by a broken line in FIG.
On the other hand, the reflected light (light reflected by the half mirror surface 62a ′) is reflected by the mirror 63, follows an optical path in the opposite direction, and enters the half mirror surface 62a ′. The light transmitted through the half mirror surface 62a ′ is used as probe light that follows the optical path shown by the solid line in FIG.
As a result, the pump light and the probe light are spatially separated in parallel.

また、微動ステージ643は、本発明における空間分離量調整手段として機能する。
すなわち、微動ステージ643を介して、ミラー641及びミラー642を、ミラー641への入射光軸に対して垂直な方向に移動させる。このようにすると、ミラー641へ光が入射した際、入射する光のミラー641における入射位置が変化する。これに伴い、ミラー641へ入射する光の光軸と、ミラー642で反射される光の光軸との間隔が変化する。その結果、ミラー642で反射されハーフミラー面62a’で反射された光の光軸と、ミラー63で反射されハーフミラー面62a’を透過した光の光軸との間隔が変化する。
このため、微動ステージ643により、ミラー641及びミラー642の移動量を調整することで、ポンプ光とプローブ光の空間的分離量を調整することができる。
The fine movement stage 643 functions as a space separation amount adjusting means in the present invention.
That is, the mirror 641 and the mirror 642 are moved in a direction perpendicular to the optical axis incident on the mirror 641 via the fine movement stage 643. In this way, when light enters the mirror 641, the incident position of the incident light on the mirror 641 changes. Along with this, the interval between the optical axis of the light incident on the mirror 641 and the optical axis of the light reflected by the mirror 642 changes. As a result, the interval between the optical axis of the light reflected by the mirror 642 and reflected by the half mirror surface 62a ′ and the optical axis of the light reflected by the mirror 63 and transmitted through the half mirror surface 62a ′ changes.
Therefore, the spatial separation amount of the pump light and the probe light can be adjusted by adjusting the movement amount of the mirror 641 and the mirror 642 by the fine movement stage 643.

第1実施形態の分岐手段6では、ビームスプリッタ62は、所定肉厚を持つ透明な平行平板62aであって、その両面にハーフミラー面62b,62cを備えていた。この構成では、屈折作用により、入射光を所定量シフトして出射させることで、ポンプ光とプローブ光を空間で分離し、かつ両者を平行に伝播させることができる。しかし、第1実施形態の分岐手段6の場合、空間的な分離量は、ビームスプリッタ62の平行平板62aの肉厚に依存し、固定されたものとなる。これに対し、第2実施形態の分岐手段6では、ミラー641,642を、ミラー641への入射光軸に対して傾斜して配置し、かつ、微動ステージ643を介して、ミラー641及びミラー642をミラー641への入射光軸に対して垂直な方向に移動させるようにした。これにより、ミラー642で反射された光が、ミラー641への入射光に対して所定量シフトする。よって、本実施形態では、ポンプ光とプローブ光の空間的分離量を、微調整することができる。   In the branching means 6 of the first embodiment, the beam splitter 62 is a transparent parallel flat plate 62a having a predetermined thickness, and has half mirror surfaces 62b and 62c on both surfaces thereof. In this configuration, the incident light is emitted by being shifted by a predetermined amount due to the refracting action, so that the pump light and the probe light can be separated in space and can be propagated in parallel. However, in the case of the branching means 6 of the first embodiment, the spatial separation amount depends on the thickness of the parallel plate 62 a of the beam splitter 62 and is fixed. On the other hand, in the branching unit 6 of the second embodiment, the mirrors 641 and 642 are arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of incidence on the mirror 641, and the mirror 641 and the mirror 642 are provided via the fine movement stage 643. Is moved in a direction perpendicular to the optical axis incident on the mirror 641. Thereby, the light reflected by the mirror 642 is shifted by a predetermined amount with respect to the light incident on the mirror 641. Therefore, in this embodiment, the amount of spatial separation between the pump light and the probe light can be finely adjusted.

また、スペーシャルフィルタ66は、本発明におけるプローブ光抽出手段として機能する。すなわち、スペーシャルフィルタ66は、平行に分離されて入射した光のうち、プローブ光のみを開口66aを介して通過させ、その他の光を遮光する。   The spatial filter 66 functions as a probe light extraction unit in the present invention. In other words, the spatial filter 66 allows only the probe light to pass through the opening 66a among the incident light separated in parallel and shields the other light.

なお、上述したように、通常、ポンプ‐プローブ法では、ポンプ光を試料に刺激を与えるための光、プローブ光をポンプ光により刺激を与えられた後の試料の反応を検出するための光として使用する。そして、通常、ポンプ光の強度は、試料を刺激するために強く、プローブ光の強度は、試料を刺激しないように弱くする必要がある。
このため、光減衰素子630がビームスプリッタ62’とミラー63との間に設けられている。光減衰素子630は、試料Sに照射するためのプローブ光の強度を弱めるために用いられる。
As described above, in the pump-probe method, the pump light is usually used as light for stimulating the sample, and the probe light is used as light for detecting the reaction of the sample after being stimulated by the pump light. use. Usually, the intensity of the pump light is strong to stimulate the sample, and the intensity of the probe light needs to be weak so as not to stimulate the sample.
For this reason, the light attenuating element 630 is provided between the beam splitter 62 ′ and the mirror 63. The light attenuating element 630 is used to weaken the intensity of the probe light for irradiating the sample S.

このように構成された第2実施形態の顕微鏡装置では、超短光パルス光源5を出射した光は、ビームスプリッタ61を介して2分される。ビームスプリッタ61で反射された光は、参照光として用いられる。
ビームスプリッタ61を透過した光は、ビームスプリッタ62’、ミラー63、ミラー641、ミラー642、微動ステージ643、微動ステージ65を介して、ポンプ光とプローブ光に分離される。このとき、ポンプ光とプローブ光は、空間的、時間的に分離されており、両者はミラー723に入射する。
ビームスプリッタ723で反射されたポンプ光とプローブ光は、コンデンサレンズ722の入射瞳に入射する。このとき、ポンプ光と、プローブ光は、時間的、空間的に分離され、互いに平行な光路を辿っている。図11の例では、ポンプ光をコンデンサレンズ722の光軸からシフトするようにすると共に、プローブ光をコンデンサレンズ722の光軸に一致するようにして、夫々入射させている。そして、ポンプ光とプローブ光は、時間差を持ちながら、コンデンサレンズ722を介して、試料Sの同一微小領域に照射される。さらに、試料Sを透過後は、再び、空間的に分離される。次いで、ポンプ光とプローブ光は、対物レンズ731を介して互いに平行な光路となり、第2DICフィルタ732、検光子733、ダイクロイックミラー78を経由し、スペーシャルフィルタ66に到達する。スペーシャルフィルタ66を介してポンプ光が遮光され、プローブ光のみが開口66aを通過する。これにより、図1に示した2次元光波手段1には、プローブ光のみが到達する。
In the microscope apparatus according to the second embodiment configured as described above, the light emitted from the ultrashort light source 5 is divided into two via the beam splitter 61. The light reflected by the beam splitter 61 is used as reference light.
The light transmitted through the beam splitter 61 is separated into pump light and probe light via the beam splitter 62 ′, mirror 63, mirror 641, mirror 642, fine movement stage 643 and fine movement stage 65. At this time, the pump light and the probe light are separated spatially and temporally, and both enter the mirror 723.
Pump light and probe light reflected by the beam splitter 723 are incident on the entrance pupil of the condenser lens 722. At this time, the pump light and the probe light are separated temporally and spatially and follow optical paths parallel to each other. In the example of FIG. 11, the pump light is shifted from the optical axis of the condenser lens 722 and the probe light is incident so as to coincide with the optical axis of the condenser lens 722. The pump light and the probe light are irradiated to the same minute region of the sample S via the condenser lens 722 while having a time difference. Furthermore, after passing through the sample S, it is again spatially separated. Next, the pump light and the probe light become optical paths parallel to each other via the objective lens 731, and reach the spatial filter 66 via the second DIC filter 732, the analyzer 733, and the dichroic mirror 78. The pump light is shielded through the spatial filter 66, and only the probe light passes through the opening 66a. As a result, only the probe light reaches the two-dimensional lightwave means 1 shown in FIG.

なお、第2実施形態の顕微鏡装置では、薄板状のハーフミラー面62a’で構成されたビームスプリッタ62’を用いたが、ビームスプリッタ62’の代わりに第1実施形態の顕微鏡装置におけるビームスプリッタ62を用いてもよい。
また、ミラー641,642の代わりに、直角をなす2つの面に夫々反射面を備えた直角プリズムを用いてもよい。
また、第2実施形態の顕微鏡装置においても、第1実施形態の顕微鏡装置の第1変形例と同様に、図12に示すように、λ/4板791を、ビームスプリッタ62’とミラー64の間に配置するとともに、偏光子792を、スペーシャルフィルタ66の通過側光路に配置してもよい。この偏光子792は、ポンプ光の直線偏光成分を遮光し、ポンプ光の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を透過させる機能を有する素子である。
また、第1実施形態の第2変形例と同様に、図13に示すように、スペーシャルフィルタ794を内部に備えたビームエキスパンダ793を、スペーシャルフィルタ66の通過側に配置してもよい。
In the microscope apparatus of the second embodiment, the beam splitter 62 ′ configured by the thin plate-like half mirror surface 62a ′ is used. However, the beam splitter 62 in the microscope apparatus of the first embodiment is used instead of the beam splitter 62 ′. May be used.
Further, instead of the mirrors 641 and 642, right angle prisms each having a reflecting surface on two surfaces that form a right angle may be used.
Also in the microscope apparatus of the second embodiment, similarly to the first modification of the microscope apparatus of the first embodiment, as shown in FIG. 12, the λ / 4 plate 791 is replaced with a beam splitter 62 ′ and a mirror 64. The polarizer 792 may be disposed in the optical path on the passing side of the spatial filter 66 while being disposed therebetween. The polarizer 792 is an element having a function of shielding the linearly polarized light component of the pump light and transmitting the linearly polarized light component orthogonal to the linearly polarized light component of the pump light.
Similarly to the second modification of the first embodiment, as shown in FIG. 13, a beam expander 793 provided with a spatial filter 794 may be arranged on the passage side of the spatial filter 66. .

(第3実施形態)
図14は、本発明の第3実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。なお、第3実施形態の顕微鏡装置全体の基本構成及び顕微鏡の基本構成は、図1及び図2で示した構成と同じである。
第3実施形態の顕微鏡装置では、分岐手段6は、ビームスプリッタ61と、ビームスプリッタ62’と、ミラー63と、光減衰素子630と、レンズ644と、ミラー643と、微動ステージ643と、微動ステージ643と、スペーシャルフィルタ66を有している。なお、912,911は、第1導光手段91を構成するミラーである。また、922は、第2導光手段を構成するミラーである。
ビームスプリッタ62’は、薄板状のハーフミラー面62a’で構成されている。
ミラー63,64は、夫々の入射光軸に対して垂直に配置されている。
レンズ644は、レンズ644への入射光軸に対して所定量シフトして配置されている。また、レンズ644は、通常の球面レンズで構成されている。なお、レンズ644は、シリンドリカルレンズで構成することもできる。
微動ステージ643は、レンズ644を、レンズ644への入射光軸に対して垂直な方向に、移動可能に構成されている。
微動ステージ65は、レンズ644を載置した微動ステージ643を、レンズ644への入射光軸に沿う方向に、移動可能に構成されている。
(Third embodiment)
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of the branching means in the microscope apparatus according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration of the entire microscope apparatus according to the third embodiment and the basic configuration of the microscope are the same as those shown in FIGS.
In the microscope apparatus according to the third embodiment, the branching unit 6 includes a beam splitter 61, a beam splitter 62 ', a mirror 63, a light attenuating element 630, a lens 644, a mirror 643, a fine movement stage 643, and a fine movement stage. 643 and a spatial filter 66. Reference numerals 912 and 911 are mirrors constituting the first light guide unit 91. Reference numeral 922 denotes a mirror constituting the second light guide means.
The beam splitter 62 'is constituted by a thin plate-like half mirror surface 62a'.
The mirrors 63 and 64 are arranged perpendicular to the respective incident optical axes.
The lens 644 is arranged with a predetermined shift with respect to the optical axis incident on the lens 644. The lens 644 is configured by a normal spherical lens. Note that the lens 644 can also be formed of a cylindrical lens.
The fine movement stage 643 is configured to be able to move the lens 644 in a direction perpendicular to the optical axis incident on the lens 644.
The fine movement stage 65 is configured so that the fine movement stage 643 on which the lens 644 is placed is movable in a direction along the optical axis of incidence on the lens 644.

超短光パルス光源5から発振された超短光パルスは、ビームスプリッタ61を介して2つに分岐される。実施形態3の顕微鏡装置では、ビームスプリッタ61で反射された超短光パルスを、参照光として用いている。ビームスプリッタ61を透過した超短光パルスは、ビームスプリッタ62’を介して、更に2つに分岐される。この2つ分岐された光の一方がポンプ光で、他方がプローブ光である。ここでは、ポンプ光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’を透過し、レンズ644を経て,ミラー64で反射される超短光パルスの光である。一方、プローブ光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’で反射され、ミラー63で反射される超短光パルスの光である。本実施形態の顕微鏡装置では、これらのポンプ光とプローブ光を用いている。   The ultrashort light pulse oscillated from the ultrashort light source 5 is branched into two via the beam splitter 61. In the microscope apparatus according to the third embodiment, the ultrashort light pulse reflected by the beam splitter 61 is used as the reference light. The ultrashort light pulse transmitted through the beam splitter 61 is further split into two via the beam splitter 62 '. One of the two branched lights is pump light and the other is probe light. Here, the pump light is ultrashort light pulse light that is transmitted through the half mirror surface 62 a ′ of the beam splitter 62 ′, reflected by the mirror 64 through the lens 644. On the other hand, the probe light is an ultrashort light pulse light reflected by the half mirror surface 62 a ′ of the beam splitter 62 ′ and reflected by the mirror 63. In the microscope apparatus of this embodiment, these pump light and probe light are used.

また、ビームスプリッタ62’、ミラー63、レンズ644、ミラー64は、本発明におけるポンプ光-プローブ光空間分離手段として機能する。
すなわち、超短光パルス光源5を出射しビームスプリッタ61を透過した光は、ビームスプリッタ62’のハーフミラー面62a’を介して、透過光と反射光とに2分される。
透過光(ハーフミラー面62a’を透過した光)は、レンズ644を経て、ミラー64に入射する。ミラー64で反射された光は、レンズ644を経て、入射光の光路に対して平行にシフトした光路を辿り、ハーフミラー面62a’に入射する。ハーフミラー面62a’で反射された光は、図14において破線で示す光路を辿るポンプ光として用いられる。
他方、反射光(ハーフミラー面62a’で反射された光)は、ミラー63で反射されて逆向きの光路を辿り、ハーフミラー面62a’に入射する。ハーフミラー面62a’を透過した光は、図14において実線で示す光路を辿るプローブ光として用いられる。
これにより、ポンプ光とプローブ光は空間的に平行に分離される。
Further, the beam splitter 62 ′, the mirror 63, the lens 644, and the mirror 64 function as a pump light-probe light space separating means in the present invention.
In other words, the light emitted from the ultrashort light pulse light source 5 and transmitted through the beam splitter 61 is divided into two by the transmitted light and the reflected light through the half mirror surface 62a ′ of the beam splitter 62 ′.
The transmitted light (light transmitted through the half mirror surface 62 a ′) enters the mirror 64 through the lens 644. The light reflected by the mirror 64 passes through the lens 644, follows an optical path shifted parallel to the optical path of the incident light, and enters the half mirror surface 62a ′. The light reflected by the half mirror surface 62a ′ is used as pump light that follows an optical path indicated by a broken line in FIG.
On the other hand, the reflected light (light reflected by the half mirror surface 62a ′) is reflected by the mirror 63, follows an optical path in the opposite direction, and enters the half mirror surface 62a ′. The light transmitted through the half mirror surface 62a ′ is used as probe light that follows the optical path indicated by the solid line in FIG.
As a result, the pump light and the probe light are spatially separated in parallel.

また、微動ステージ643は、本発明における空間分離量調整手段として機能する。
すなわち、微動ステージ643を介して、レンズ644を、レンズ644への入射光軸に対して垂直な方向に移動させる。このようにすると、レンズ644へ光が入射した際、入射する光の入射位置が変化する。これに伴い、レンズ644に入射する光の光軸と、ミラー64で反射されレンズ644で出射する光の光路との間隔が変化する。その結果、レンズ644を出射してハーフミラー面62a’で反射された光の光路と、ミラー63で反射されハーフミラー面62a’を透過した光の光軸との間隔が変化する。
このため、微動ステージ643により、レンズ644の移動量を調整することで、ポンプ光とプローブ光の空間的分離量を調整することができる。
その他の構成は、第2実施形態の顕微鏡装置とほぼ同じである。
The fine movement stage 643 functions as a space separation amount adjusting means in the present invention.
That is, the lens 644 is moved in a direction perpendicular to the optical axis incident on the lens 644 via the fine movement stage 643. In this way, when light enters the lens 644, the incident position of the incident light changes. Accordingly, the distance between the optical axis of the light incident on the lens 644 and the optical path of the light reflected by the mirror 64 and emitted from the lens 644 changes. As a result, the distance between the optical path of the light emitted from the lens 644 and reflected by the half mirror surface 62a ′ and the optical axis of the light reflected by the mirror 63 and transmitted through the half mirror surface 62a ′ changes.
Therefore, the spatial separation amount of the pump light and the probe light can be adjusted by adjusting the moving amount of the lens 644 by the fine movement stage 643.
Other configurations are almost the same as those of the microscope apparatus of the second embodiment.

このように構成された第3実施形態の顕微鏡装置では、超短光パルス光源5を出射した光が、ビームスプリッタ61を介して2分される。ビームスプリッタ61で反射された光は、参照光として用いられる。
ビームスプリッタ61を透過した光は、ビームスプリッタ62’、ミラー63、レンズ644、ミラー64、微動ステージ643、微動ステージ65を介して、ポンプ光とプローブ光に分離される。このとき、ポンプ光とプローブ光は、空間的、時間的に分離されており、両者はビームスプリッタ723に入射する。
その他の作用は、第2実施形態の顕微鏡装置とほぼ同じである。
In the microscope apparatus according to the third embodiment configured as described above, the light emitted from the ultrashort optical pulse light source 5 is divided into two through the beam splitter 61. The light reflected by the beam splitter 61 is used as reference light.
The light transmitted through the beam splitter 61 is separated into pump light and probe light via the beam splitter 62 ′, mirror 63, lens 644, mirror 64, fine movement stage 643 and fine movement stage 65. At this time, the pump light and the probe light are separated spatially and temporally, and both enter the beam splitter 723.
Other operations are almost the same as those of the microscope apparatus of the second embodiment.

なお、第3実施形態の顕微鏡装置では、薄板状のハーフミラー面62a’で構成されたビームスプリッタ62’を用いたが、ビームスプリッタ62’の代わりに第1実施形態の顕微鏡装置におけるビームスプリッタ62を用いてもよい。   In the microscope apparatus of the third embodiment, the beam splitter 62 ′ configured by the thin plate-like half mirror surface 62a ′ is used. However, the beam splitter 62 in the microscope apparatus of the first embodiment is used instead of the beam splitter 62 ′. May be used.

なお、第3実施形態の顕微鏡装置においても、第1実施形態の顕微鏡装置の第1変形例と同様に、図15に示すように、λ/4板791を、ビームスプリッタ62’とミラー64との間に配置するとともに、偏光子792をスペーシャルフィルタ66の通過側光路に配置してもよい。この偏光子792は、ポンプ光の直線偏光成分を遮光し、ポンプ光の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を透過させる機能を有する素子である。
また、第1実施形態の第2変形例と同様に、図16に示すように、スペーシャルフィルタ794を内部に備えたビームエキスパンダ793を、スペーシャルフィルタ66の通過側に配置してもよい。
In the microscope apparatus of the third embodiment, as in the first modification of the microscope apparatus of the first embodiment, as shown in FIG. 15, a λ / 4 plate 791 is replaced with a beam splitter 62 ′, a mirror 64, and the like. The polarizer 792 may be disposed in the optical path on the passing side of the spatial filter 66. The polarizer 792 is an element having a function of shielding the linearly polarized light component of the pump light and transmitting the linearly polarized light component orthogonal to the linearly polarized light component of the pump light.
Similarly to the second modification of the first embodiment, as shown in FIG. 16, a beam expander 793 provided with a spatial filter 794 inside may be arranged on the passage side of the spatial filter 66. .

このような第1〜第3実施形態の分岐手段6に、次のような2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10の組み合わせを適用して本発明の時間分解分光ユニット80を構成することができる。その構成例を図17〜図28に示す。
図17は第1〜第3実施形態の分岐手段6に適用可能な2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10の組み合わせについての一構成例を示す斜視図、図18は図17の構成例におけるフィルタ141上のプローブ光の分布を示す説明図、図19は図17の構成例におけるフィルタ141の開口を示す説明図、図20は図17の構成例におけるフィルタ141を通過するプローブ光の波長分布を示す説明図、図21は図17の構成例における2次元光波変換手段1によって生じる2次元光波分布を示す説明図、図22は図17の構成例における2次元光波変換手段1に用いられる回折格子アレイ15を示す説明図、図23は図17の構成例における面F3’と面F4’の光軸に対する傾き角度θ,φの関係を示す説明図である。
The following combination of the two-dimensional light wave conversion means 1, the relay lens 2, the multiplexing means 3, and the probe light-reference light time difference adjusting means 10 is applied to the branching means 6 of the first to third embodiments. Thus, the time-resolved spectroscopic unit 80 of the present invention can be configured. An example of the configuration is shown in FIGS.
FIG. 17 shows an example of the configuration of the combination of the two-dimensional light wave converting means 1, the relay lens 2, the multiplexing means 3, and the probe light-reference light time difference adjusting means 10 applicable to the branching means 6 of the first to third embodiments. 18 is an explanatory view showing the distribution of the probe light on the filter 141 in the configuration example of FIG. 17, FIG. 19 is an explanatory view showing the opening of the filter 141 in the configuration example of FIG. 17, and FIG. FIG. 21 is an explanatory diagram showing the two-dimensional light wave distribution generated by the two-dimensional light wave converting means 1 in the configuration example of FIG. 17, and FIG. 22 is a diagram showing the wavelength distribution of the probe light passing through the filter 141 in FIG. FIG. 23 is an explanatory view showing the diffraction grating array 15 used in the two-dimensional light wave converting means 1 in the configuration example of FIG. 17, and FIG. 23 shows tilt angles θ, φ with respect to the optical axes of the surfaces F3 ′ and F4 ′ in the configuration example of FIG. It is explanatory drawing which shows these relationships.

図17の構成例では、2次元光波変換手段1は、ビームエキスパンダ11と、回折格子12と、正の屈折力をもつ第1シリンドリカルレンズ131と、フィルタ141と、正の屈折力をもつ第2シリンドリカルレンズ132と、回折格子アレイ15とで構成されている。なお、図17中、34,115は光減衰素子である。   In the configuration example of FIG. 17, the two-dimensional light wave conversion means 1 includes a beam expander 11, a diffraction grating 12, a first cylindrical lens 131 having a positive refractive power, a filter 141, and a first power having a positive refractive power. A two-cylindrical lens 132 and the diffraction grating array 15 are included. In FIG. 17, reference numerals 34 and 115 denote light attenuating elements.

ビームエキスパンダ11は、回転対称なレンズ111,112からなり、プローブ光の光束径を拡大するように構成されている。また、ビームエキスパンダ11は、回折格子12に光を斜入射させるように配置されている。
回折格子12は、透過型の回折格子である。ただし、反射型の回折格子であっても構わない。回折格子12は、第1シリンドリカルレンズ131の前側焦平面F1の法線に対して所定の角度θ(ここでは、45°)傾いたF1’面近傍に配置され、順次照射されるプローブ光を、x軸方向に回折させる。
第1シリンドリカルレンズ131は、回折格子12で回折されたプローブ光の波長成分を、後側焦平面F2上に分布させる。分布の様子を、図18に示す。
The beam expander 11 is composed of rotationally symmetric lenses 111 and 112, and is configured to expand the beam diameter of the probe light. The beam expander 11 is arranged so that light is incident on the diffraction grating 12 obliquely.
The diffraction grating 12 is a transmission type diffraction grating. However, a reflection type diffraction grating may be used. The diffraction grating 12 is disposed in the vicinity of the F1 ′ plane inclined by a predetermined angle θ (here, 45 °) with respect to the normal line of the front focal plane F1 of the first cylindrical lens 131, and sequentially irradiates probe light. Diffraction in the x-axis direction.
The first cylindrical lens 131 distributes the wavelength component of the probe light diffracted by the diffraction grating 12 on the rear focal plane F2. The distribution state is shown in FIG.

フィルタ141は、第1シリンドリカルレンズ131の後側焦平面F2近傍に配置されている。そして、図19に示すように、左斜め下から右斜め上に向かって形成された細長い開口を備えている。回折格子12にプローブ光が斜入射されることで、x軸方向の入射位置に応じて反射照射時間がずれる。このようにして得たプローブ光は、複数の波長成分から構成されている。そこで、フィルタ141を用いて、各波長成分を、y軸(光軸(z軸)に対し垂直となる上下方向の軸)の各位置ごとに抽出する。その結果、図20に示すように、y軸方向に関して異なる波長が分布するように、フィルタリングが行われる。フィルタ141の開口を透過したプローブ光は、第2シリンドリカルレンズ132に入射する。その際、プローブ光は、各波長がx−z面に対して平行となって、y軸方向に並んだ状態になっている。   The filter 141 is disposed in the vicinity of the rear focal plane F2 of the first cylindrical lens 131. And as shown in FIG. 19, it has the elongate opening formed toward diagonally upward right from diagonally lower left. When the probe light is obliquely incident on the diffraction grating 12, the reflection irradiation time is shifted according to the incident position in the x-axis direction. The probe light thus obtained is composed of a plurality of wavelength components. Therefore, the filter 141 is used to extract each wavelength component for each position on the y-axis (vertical axis perpendicular to the optical axis (z-axis)). As a result, as shown in FIG. 20, filtering is performed so that different wavelengths are distributed in the y-axis direction. The probe light transmitted through the opening of the filter 141 enters the second cylindrical lens 132. At that time, the probe light is in a state where each wavelength is parallel to the xz plane and aligned in the y-axis direction.

第2シリンドリカルレンズ132に入射した各波長の光は、第2シリンドリカルレンズ132の後側焦平面F3近傍の面F3’に結像する。なお、面F3’の位置と回折格子12の位置は、共役な位置関係となっている。その結果、図21に示すように、各波長の光は、x軸方向に時間が展開され、y軸方向に波長が展開された状態(2次元光波)に変換される。すなわち、プローブ光は、(1)x軸方向の各位置における光については、連続した時間遅延が生じており、(2)y軸方向の各位置における光については、プローブ光を構成する各波長の光が分解されて分布していることになる。ここでの、プローブ光の2次元光波とは、x軸方向に連続して多重化されたプローブ光に時間遅延が生じ、かつ、y軸方向にはプローブ光を構成する各波長の光が分解されて分布している状態となっていることを意味する。   The light of each wavelength incident on the second cylindrical lens 132 forms an image on a surface F3 'near the rear focal plane F3 of the second cylindrical lens 132. Note that the position of the surface F3 'and the position of the diffraction grating 12 have a conjugate positional relationship. As a result, as shown in FIG. 21, the light of each wavelength is converted into a state (two-dimensional light wave) in which the time is developed in the x-axis direction and the wavelength is developed in the y-axis direction. That is, the probe light has (1) a continuous time delay for the light at each position in the x-axis direction, and (2) each wavelength constituting the probe light for the light at each position in the y-axis direction. Light is decomposed and distributed. Here, the two-dimensional light wave of the probe light is a time delay in the probe light continuously multiplexed in the x-axis direction, and the light of each wavelength constituting the probe light is decomposed in the y-axis direction. It means that it is in a distributed state.

回折格子アレイ15は、面F3’に配置されている。そして、図22に示すように、波長毎に異なる格子定数(周期)の回折格子15A〜Kが、y軸方向に並んで形成されている。一方、図21に示すように、第2シリンドリカルレンズ132の後側焦平面F3近傍の面F3’上の2次元光波は、各波長の光が、y軸方向に空間的に分離されている。このため、回折格子アレイ15を介して、プローブ光の各波長の回折方向をそろえることができる。各波長の光の進行方向は、x軸方向に角度分布を持っている(ばらついている)。そこで、回折格子アレイ15によって、このx方向の角度分布を小さくすることができる。つまり、図21に示すように、2次元光波は、F3’面上でy軸方向に波長が空間的に分離されて展開されているので、夫々の波長に関して、周期を変化させた回折格子アレイを用意することで、各波長の回折後の伝播方向を揃えることができる。
図17の構成例では、F3’面を出射後の各波長の角度分布が、回折格子アレイ15を介して、ほぼ0になるように構成されている。
The diffraction grating array 15 is disposed on the surface F3 ′. As shown in FIG. 22, diffraction gratings 15A to 15K having different grating constants (periods) for each wavelength are formed side by side in the y-axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 21, in the two-dimensional light wave on the surface F3 ′ in the vicinity of the rear focal plane F3 of the second cylindrical lens 132, the light of each wavelength is spatially separated in the y-axis direction. For this reason, the diffraction directions of the respective wavelengths of the probe light can be aligned via the diffraction grating array 15. The traveling direction of light of each wavelength has an angular distribution (varies) in the x-axis direction. Therefore, the angular distribution in the x direction can be reduced by the diffraction grating array 15. That is, as shown in FIG. 21, since the two-dimensional light wave is developed with the wavelength spatially separated in the y-axis direction on the F3 ′ plane, the diffraction grating array in which the period is changed with respect to each wavelength. Can be used to align the propagation direction after diffraction of each wavelength.
In the configuration example of FIG. 17, the angular distribution of each wavelength after exiting the F3 ′ plane is configured to be substantially zero via the diffraction grating array 15.

リレーレンズ2は、レンズ21とレンズ22とからなり、光軸に対して角度φだけ傾いた撮像面F4’上に、2次元光波像S4を結像する。
ここで、面F3’と面F4’の光軸に対する傾き角度θ,φの関係について図23を用いて説明する。
リレーレンズ2のレンズ21,22の焦点距離を夫々f21,f22とし、面F3’上の2次元光波像S3の長さをL3、面F4’上の2次元光波像S4の長さをL4とする。面F3’と面F4’とが結像関係にあるとき、それらの面に沿う線の延長が交わる点Uは、レンズ21とレンズ22の間に存在する焦点位置Lを通り光軸に対して垂直な仮想線上に存在する。このため、次の関係式(1)を満足する。
2f21tan(π/2−θ)=2f22tan(π/2−φ) ・・・(1)
The relay lens 2 includes a lens 21 and a lens 22, and forms a two-dimensional light wave image S4 on an imaging surface F4 ′ inclined by an angle φ with respect to the optical axis.
Here, the relationship between the inclination angles θ and φ with respect to the optical axis of the surfaces F3 ′ and F4 ′ will be described with reference to FIG.
The focal lengths of the lenses 21 and 22 of the relay lens 2 are f21 and f22, respectively, the length of the two-dimensional lightwave image S3 on the surface F3 ′ is L3, and the length of the two-dimensional lightwave image S4 on the surface F4 ′ is L4. To do. When the surface F3 ′ and the surface F4 ′ are in an imaging relationship, a point U where the extension of the lines along the surfaces intersects with the optical axis passing through the focal position L existing between the lens 21 and the lens 22. Exists on a vertical imaginary line. Therefore, the following relational expression (1) is satisfied.
2f21 tan (π / 2−θ) = 2f22 tan (π / 2−φ) (1)

これより、面F4’の傾き角度φと、面F4’での2次元光波像サイズL4は夫々次の式(2),(3)として求められる。
tanφ=f22/f21tanθ=Mtanθ ・・・(2)
M=f22/f21 ・・・(3)
L4=ML3cosθ/cosθ ・・・(4)
ここで、Mはリレーレンズ2の倍率を表している。
式(2)より、次の(2-1)、(2-2)のことが言える。
M > 1のとき、φ > θ ・・・(2-1)
M < 1のとき、φ < θ ・・・(2-2)
つまり、リレーレンズ2が縮小倍率を持てば、2次元光波像S4のあるF4’面の傾き角度φは、2次元光波像S3のあるF3’面の傾き角度45°よりも小さくなるので、時間分解分光用撮像素子4におけるシェーディングの影響を減少させることができる。
Accordingly, the inclination angle φ of the surface F4 ′ and the two-dimensional light wave image size L4 on the surface F4 ′ are obtained as the following equations (2) and (3), respectively.
tan φ = f22 / f21 tan θ = M tan θ (2)
M = f22 / f21 (3)
L4 = ML3 cos θ / cos θ (4)
Here, M represents the magnification of the relay lens 2.
From equation (2), the following (2-1) and (2-2) can be said.
When M> 1, φ> θ (2-1)
When M <1, φ <θ (2-2)
That is, if the relay lens 2 has a reduction magnification, the tilt angle φ of the F4 ′ surface with the two-dimensional light wave image S4 is smaller than the tilt angle 45 ° of the F3 ′ surface with the two-dimensional light wave image S3. It is possible to reduce the influence of shading in the image sensor 4 for decomposition spectroscopy.

F4’面上に2次元光波像S4が結像されるとき、同時に、合波手段3を介して、参照光が、撮像面F4面上に照射される。すると、撮像面F4面上では、2次元光波像S4と参照光による干渉が生じ、プローブ光のスペクトログラムが、干渉縞パターンとして生成される。これにより、プローブ光に含まれる波長成分の時間変化を、計測することができる。
プローブ光-参照光時間差調整手段10は、ミラー101,102,103と、微動ステージ104とで構成されている。そして、微動ステージ104に固定されたミラー101,102を、ミラー101の入射光軸方向に移動させることができる。この移動によって、プローブ光と参照光の光路長がほぼ等しくなるように調整することができる。
合波手段3は、ビームエキスパンダ33と、ビームスプリッタ31と、レンズ32とで構成されている。そして、分岐手段6で分岐された参照光を、レンズ22を介して時間分解分光用撮像素子4上に平行光の状態で照射する。
When the two-dimensional light wave image S4 is formed on the F4 ′ plane, simultaneously, the reference light is irradiated onto the imaging plane F4 via the multiplexing unit 3. Then, interference by the two-dimensional light wave image S4 and the reference light occurs on the imaging surface F4, and the spectrogram of the probe light is generated as an interference fringe pattern. Thereby, the time change of the wavelength component contained in the probe light can be measured.
The probe light-reference light time difference adjusting means 10 includes mirrors 101, 102, and 103 and a fine movement stage 104. Then, the mirrors 101 and 102 fixed to the fine movement stage 104 can be moved in the direction of the incident optical axis of the mirror 101. By this movement, the optical path lengths of the probe light and the reference light can be adjusted to be substantially equal.
The multiplexing means 3 includes a beam expander 33, a beam splitter 31, and a lens 32. Then, the reference light branched by the branching unit 6 is irradiated in a parallel light state onto the time-resolved spectral imaging element 4 through the lens 22.

図24は第1〜第3実施形態の分岐手段6に適用可能な2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10の組み合わせについての他の構成例を示す斜視図、図25は図24の構成例における第1回折格子アレイ142上のプローブ光の分布を示す説明図、図26は図24の構成例における2次元光波変換手段1に用いられる第1回折格子アレイ142を示す説明図、図27は図24の構成例における第1回折格子アレイ142によって回折されるプローブ光を示す説明図である。   FIG. 24 shows another configuration of the combination of the two-dimensional light wave converting means 1, the relay lens 2, the multiplexing means 3, and the probe light-reference light time difference adjusting means 10 applicable to the branching means 6 of the first to third embodiments. FIG. 25 is an explanatory view showing the distribution of the probe light on the first diffraction grating array 142 in the configuration example of FIG. 24, and FIG. 26 is used for the two-dimensional light wave converting means 1 in the configuration example of FIG. 27 is an explanatory view showing the first diffraction grating array 142, and FIG. 27 is an explanatory view showing probe light diffracted by the first diffraction grating array 142 in the configuration example of FIG.

図24の構成例では、2次元光波変換手段1は、シリンドリカルビームエキスパンダ11’と、回折格子12と、正の屈折力をもつ第1レンズ133と、第1回折格子アレイ142と、正の屈折力をもつ第2レンズ134と、第2回折格子アレイ15とで構成されている。なお、図24中、34,115は光減衰素子である。   In the configuration example of FIG. 24, the two-dimensional light wave converting means 1 includes a cylindrical beam expander 11 ′, a diffraction grating 12, a first lens 133 having positive refractive power, a first diffraction grating array 142, a positive The second lens 134 having refractive power and the second diffraction grating array 15 are configured. In FIG. 24, 34 and 115 are light attenuating elements.

シリンドリカルビームエキスパンダ11’は、回転対称なレンズ111,112と、シリンドリカルレンズ113,114からなり、プローブ光の光束径を拡大するように構成されている。また、シリンドリカルビームエキスパンダ11’は、回折格子12に光を斜入射させるように配置されている。
回折格子12は、透過型の回折格子である。ただし、反射型の回折格子であっても構わない。回折格子12は、第1レンズ133の前側焦平面F1の法線に対して所定の角度θ(ここでは、45°)傾いたF1’面近傍に配置され、順次照射されるプローブ光を、x軸方向に回折させる。
第1レンズ133は、回折格子12で回折されたプローブ光の波長成分を、後側焦平面F2上に分布させる。分布の様子を、図25に示す。
The cylindrical beam expander 11 ′ is composed of rotationally symmetric lenses 111 and 112 and cylindrical lenses 113 and 114, and is configured to expand the beam diameter of the probe light. The cylindrical beam expander 11 ′ is arranged so that light is incident obliquely on the diffraction grating 12.
The diffraction grating 12 is a transmission type diffraction grating. However, a reflection type diffraction grating may be used. The diffraction grating 12 is disposed in the vicinity of the F1 ′ plane inclined by a predetermined angle θ (here, 45 °) with respect to the normal line of the front focal plane F1 of the first lens 133, and sequentially irradiates the probe light with x Diffraction in the axial direction.
The first lens 133 distributes the wavelength component of the probe light diffracted by the diffraction grating 12 on the rear focal plane F2. The state of distribution is shown in FIG.

第1回折格子アレイ142はフィルタであって、第1レンズ133の後側焦平面F2近傍に配置されている。そして、図26に示すように、格子定数(周期)の異なる回折格子142a〜kが、x軸方向に並んで形成されている。これにより、プローブ光の各波長は、図27に示すように、回折格子142a〜kを介して、y軸に沿う方向に、異なる回折角で回折される。第1回折格子アレイ142で回折された各波長の光は、第2レンズ134に入射する。   The first diffraction grating array 142 is a filter, and is disposed in the vicinity of the rear focal plane F <b> 2 of the first lens 133. As shown in FIG. 26, diffraction gratings 142a to 142k having different lattice constants (periods) are formed side by side in the x-axis direction. Thereby, as shown in FIG. 27, each wavelength of the probe light is diffracted at different diffraction angles in the direction along the y-axis via the diffraction gratings 142a to 142k. The light of each wavelength diffracted by the first diffraction grating array 142 enters the second lens 134.

第2レンズ134に入射した各波長の光は、第2レンズ134の後側焦平面F3近傍の面F3'に結像する。なお、面F3’の位置と回折格子12の位置は、共役な位置関係となっている。その結果、図21に示すように、x軸方向に時間が展開され、y軸方向に波長が展開された2次元光波に変換される。
すなわち、ここでの、プローブ光の2次元光波も、x軸方向に連続して多重化されたプローブ光に時間遅延が生じ、かつ、y軸方向にはプローブ光を構成する各波長の光が分解されて分布している状態となっていることを意味する。
The light of each wavelength incident on the second lens 134 forms an image on a surface F3 ′ in the vicinity of the rear focal plane F3 of the second lens 134. The position of the surface F3 ′ and the position of the diffraction grating 12 have a conjugate positional relationship. As a result, as shown in FIG. 21, it is converted into a two-dimensional light wave in which time is developed in the x-axis direction and wavelength is developed in the y-axis direction.
That is, the two-dimensional light wave of the probe light here also has a time delay in the probe light continuously multiplexed in the x-axis direction, and light of each wavelength constituting the probe light in the y-axis direction. It means that it is in a state of being decomposed and distributed.

第2回折格子アレイ15は、面F3’に配置されている。そして、図22に示すように、波長毎に異なる格子定数(周期)の回折格子15A〜Kが、y軸方向に並んで形成されている。一方、図21に示すように、第2レンズ134の後側焦平面F3近傍の面F3’上の2次元光波は、各波長の光が、y軸方向に空間的に分離されている。このため、第2回折格子アレイ15を介して、プローブ光の各波長の回折方向をそろえることができる。各波長の光の進行方向は、x軸方向に角度分布を持っている(ばらついている)。そこで、第2回折格子アレイ15によって、このx方向の角度分布を小さくすることができる。つまり、図21に示すように、2次元光波は、F3’面上でy軸方向に波長が空間的に分離されて展開されているので、夫々の波長に関して、周期を変化させた回折格子アレイを用意することで、各波長の回折後の伝播方向を揃えることができる。
図24の構成例では、F3’面を出射後の各波長の角度分布が、第2回折格子アレイ15を介して、ほぼ0になるように構成されている。
The second diffraction grating array 15 is disposed on the surface F3 ′. As shown in FIG. 22, diffraction gratings 15A to 15K having different grating constants (periods) for each wavelength are formed side by side in the y-axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 21, in the two-dimensional light wave on the surface F3 ′ in the vicinity of the rear focal plane F3 of the second lens 134, the light of each wavelength is spatially separated in the y-axis direction. For this reason, the diffraction directions of the respective wavelengths of the probe light can be aligned via the second diffraction grating array 15. The traveling direction of light of each wavelength has an angular distribution (varies) in the x-axis direction. Thus, the second diffraction grating array 15 can reduce the angular distribution in the x direction. That is, as shown in FIG. 21, since the two-dimensional light wave is developed with the wavelength spatially separated in the y-axis direction on the F3 ′ plane, the diffraction grating array in which the period is changed with respect to each wavelength. Can be used to align the propagation direction after diffraction of each wavelength.
In the configuration example of FIG. 24, the angular distribution of each wavelength after exiting the F3 ′ plane is configured to be substantially zero via the second diffraction grating array 15.

その他の構成及び作用は図17の構成例と同様である。すなわち、この構成例でも、顕微鏡観察下において、試料Sの微小領域をポンプ光とプローブ光で照射可能であり、ポンプ光によって微小領域を刺激する。そしてこの微小領域によって変調を受けたプローブ光のみを、時間と波長に展開したスペクトログラムに変換する。このようにすることで、この構成例においても、微小領域における時間分解分光が可能になる。   Other configurations and operations are the same as those of the configuration example of FIG. That is, even in this configuration example, the micro area of the sample S can be irradiated with the pump light and the probe light under the microscope observation, and the micro area is stimulated with the pump light. Then, only the probe light modulated by the minute region is converted into a spectrogram developed in time and wavelength. By doing so, even in this configuration example, time-resolved spectroscopy in a minute region is possible.

図28は、図24の構成例における2次元光波変換手段1の変形例を示す説明図である。
図28の構成例でにおいても、2次元光波変換手段1は、図24の構成例における回折格子12、及び回折格子アレイ142,15を備えている。ただし、回折格子12には、その回折格子が形成されている側の面に、平行平板121が設けられている。同様に、回折格子アレイ142には、その回折格子が形成されている側の面に、平行平板1421が設けられている。また、回折格子アレイ15には、その回折格子が形成されている側の面に、平行平板151が設けられている。その他の構成は、図24の構成例とほぼ同じである。
一般に、回折格子にゴミが付着した場合、レンズ等のようにクリーニングすることはほとんど不可能で、風ブロワーを用いて付着したゴミを取り除く以外に方法はない。しかるに、図28のように構成すれば、平行平板を介して回折格子へのゴミの付着を防ぐことができる。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a modification of the two-dimensional light wave converting means 1 in the configuration example of FIG.
Also in the configuration example of FIG. 28, the two-dimensional light wave conversion means 1 includes the diffraction grating 12 and the diffraction grating arrays 142 and 15 in the configuration example of FIG. However, the diffraction grating 12 is provided with a parallel plate 121 on the surface on which the diffraction grating is formed. Similarly, the diffraction grating array 142 is provided with a parallel plate 1421 on the surface where the diffraction grating is formed. The diffraction grating array 15 is provided with a parallel plate 151 on the surface on which the diffraction grating is formed. Other configurations are substantially the same as the configuration example of FIG.
In general, when dust adheres to the diffraction grating, it is almost impossible to clean the lens like a lens, and there is no method other than removing the adhered dust using a wind blower. However, if configured as shown in FIG. 28, it is possible to prevent dust from adhering to the diffraction grating via the parallel plate.

その他、図17の構成例においても、回折格子12,15において、その回折格子が形成された側の面に、平行平板を配置してもよい。そのようにすれば、図28の構成例と同様、回折格子へのゴミの付着防止効果が得られる。   In addition, in the configuration example of FIG. 17, in the diffraction gratings 12 and 15, a parallel plate may be arranged on the surface on the side where the diffraction grating is formed. By doing so, the effect of preventing dust from adhering to the diffraction grating can be obtained as in the configuration example of FIG.

図29は、本発明の実施例1にかかる顕微鏡装置の全体構成を示す説明図である。なお、基本的構成は、図1、図2の構成と同じであり、顕微鏡70を介して試料を観測し、時間分解分光ユニット80によって、試料内の特定領域に関する時間分解分光を行うように構成されている。
そして、実施例1の顕微鏡装置では、分岐手段6には、図3に示した第1実施形態の構成を採用している。また、2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10には、図17〜図23に示した構成を採用している。
FIG. 29 is an explanatory diagram illustrating the overall configuration of the microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as the configuration in FIGS. 1 and 2, and the sample is observed through the microscope 70 and the time-resolved spectroscopic unit 80 performs time-resolved spectroscopy on a specific region in the sample. Has been.
And in the microscope apparatus of Example 1, the structure of 1st Embodiment shown in FIG. Further, the two-dimensional light wave converting means 1, the relay lens 2, the multiplexing means 3, and the probe light-reference light time difference adjusting means 10 employ the configurations shown in FIGS.

超短光パルス光源5は、中心波長が800nm、波長幅±5nm、パルス幅100フェムト秒の超短光を発振するフェムト秒レーザである。
分岐手段6は、ビームスプリッタ62と、ミラー63と、光減衰素子630と、ミラー64と、微動ステージ65と、ビームスプリッタ723と、スペーシャルフィルタ66と、スペーシャルフィルタ67を有して構成されている。
そして、超短光パルス光源5を出射した光は、ビームスプリッタ62を介して、透過光と反射光とに2分される。2分された光は、夫々ミラー63,64で反射され、再びビームスプリッタ62に入射する。ミラー63で反射されビームスプリッタ62を透過した光と、ミラー64で反射されビームスプリッタ62で反射された光が、導光手段91を経てビームスプリッタ723に入射する。ビームスプリッタ723で反射された光は、試料Sを照射する。その際、ビームスプリッタ62を介して2分された光の一方(プローブ光)には、微動ステージ65を介して、他方(ポンプ光)に対して時間遅延が与えられる。このため、プローブ光はポンプ光によって刺激された試料Sによって変調される。
The ultrashort light pulse light source 5 is a femtosecond laser that oscillates ultrashort light having a center wavelength of 800 nm, a wavelength width of ± 5 nm, and a pulse width of 100 femtoseconds.
The branching unit 6 includes a beam splitter 62, a mirror 63, a light attenuating element 630, a mirror 64, a fine movement stage 65, a beam splitter 723, a spatial filter 66, and a spatial filter 67. ing.
Then, the light emitted from the ultrashort light pulse light source 5 is divided into a transmitted light and a reflected light through a beam splitter 62. The bisected light is reflected by the mirrors 63 and 64 and enters the beam splitter 62 again. The light reflected by the mirror 63 and transmitted through the beam splitter 62 and the light reflected by the mirror 64 and reflected by the beam splitter 62 are incident on the beam splitter 723 via the light guide unit 91. The light reflected by the beam splitter 723 irradiates the sample S. At this time, one of the lights divided by the beam splitter 62 (probe light) is given a time delay to the other (pump light) via the fine movement stage 65. For this reason, the probe light is modulated by the sample S stimulated by the pump light.

本実施例では、プローブ光は、ビームスプリッタ62で反射された後、ミラー63で反射され、更にビームスプリッタ62を透過した光である。一方、ポンプ光は、ビームスプリッタ62を透過した後、ミラー64で反射され、更にビームスプリッタ62で反射された光である。ポンプ光とプローブ光とは、夫々ビームスプリッタ62を透過する際に平行平板62aで屈折することにより、空間的に平行に分離される。
スペーシャルフィルタ66は、試料Sを透過後の平行に分離された光のうち、プローブ光のみを通過させ、ポンプ光を遮光する。これにより、2次元光波変換手段1には、プローブ光のみが入射する。
また、空間的に平行に分離された2つの光は、ビームスプリッタ723を透過する。スペーシャルフィルタ67は、透過した光のうちポンプ光に相当する光のみを通過させ、プローブ光に相当する光を遮光する。スペーシャルフィルタ67を通過した光は、参照光として用いられる。
In this embodiment, the probe light is light that is reflected by the beam splitter 62, reflected by the mirror 63, and further transmitted through the beam splitter 62. On the other hand, the pump light is light that has been transmitted through the beam splitter 62, reflected by the mirror 64, and further reflected by the beam splitter 62. The pump light and the probe light are separated spatially in parallel by being refracted by the parallel plate 62 a when passing through the beam splitter 62.
The spatial filter 66 passes only the probe light out of the light separated in parallel after passing through the sample S, and blocks the pump light. As a result, only the probe light is incident on the two-dimensional light wave conversion means 1.
Further, the two lights separated in parallel spatially pass through the beam splitter 723. The spatial filter 67 allows only light corresponding to the pump light out of the transmitted light to pass therethrough and blocks light corresponding to the probe light. The light that has passed through the spatial filter 67 is used as reference light.

2次元光波変換手段1は、ビームエキスパンダ11と、ブラッグ型回折格子12と、シリンドリカルレンズ131と、フィルタ141と、シリンドリカルレンズ132と、回折格子アレイ15とで構成されている。ビームエキスパンダ11は、焦点距離10mmのレンズ111と、焦点距離100mmのレンズ112とからなる。シリンドリカルレンズ131、132は、それぞれ焦点距離100mmのレンズである。   The two-dimensional light wave conversion means 1 includes a beam expander 11, a Bragg diffraction grating 12, a cylindrical lens 131, a filter 141, a cylindrical lens 132, and a diffraction grating array 15. The beam expander 11 includes a lens 111 having a focal length of 10 mm and a lens 112 having a focal length of 100 mm. Cylindrical lenses 131 and 132 are lenses each having a focal length of 100 mm.

フラッグ型回折格子12は、図17に示したシリンドリカルレンズ131の前側焦平面F1を略45°回転させた面F1’上に配置されていて、法線と光軸AXとのなす角度が略45°になっている。シリンドリカルレンズ131,132に関して面F1’と共役な面は、シリンドリカルレンズ132の後側焦平面F3を45°回転させたときの面F3’となる。このため、共役となる面F3’も光軸AXに対して略45°の角度になっている。
ここで、ブラッグ型回折格子12の格子定数は、1767本/mmで、45°で入射したプローブ光の中心波長の伝播方向の軸が光軸AXに略一致するように選んでいる。
The flag type diffraction grating 12 is disposed on a surface F1 ′ obtained by rotating the front focal plane F1 of the cylindrical lens 131 shown in FIG. 17 by about 45 °, and the angle between the normal line and the optical axis AX is about 45. °. A plane conjugate with the plane F1 ′ with respect to the cylindrical lenses 131 and 132 is a plane F3 ′ when the rear focal plane F3 of the cylindrical lens 132 is rotated by 45 °. For this reason, the conjugate plane F3 ′ is also at an angle of approximately 45 ° with respect to the optical axis AX.
Here, the Bragg diffraction grating 12 has a lattice constant of 1767 lines / mm, and is selected so that the axis of the propagation direction of the central wavelength of the probe light incident at 45 ° substantially coincides with the optical axis AX.

また、実施例1の2次元光波変換手段1では、ビームエキスパンダ11を介して、プローブ光を略10倍に拡大している。また、ブラッグ型回折格子12は、約14.14mm×10mmのサイズを持つ。このようなブラッグ型回折格子12に、プローブ光を斜入射させる。このとき、プローブ光は800±5nmの波長幅を持つ。そのため、シリンドリカルレンズ131の後側焦平面F2上では、図18に示すように、プローブ光に含まれる波長成分がx軸方向に分布する。このとき、例えば、805nm、800nm、795nmの波長は、光軸AXに対して、夫々+1.26mm、0mm、−1.24mmの位置に分布する。   Further, in the two-dimensional light wave conversion means 1 of the first embodiment, the probe light is enlarged approximately 10 times via the beam expander 11. The Bragg diffraction grating 12 has a size of about 14.14 mm × 10 mm. Probe light is obliquely incident on such a Bragg diffraction grating 12. At this time, the probe light has a wavelength width of 800 ± 5 nm. Therefore, on the rear focal plane F2 of the cylindrical lens 131, the wavelength component contained in the probe light is distributed in the x-axis direction as shown in FIG. At this time, for example, wavelengths of 805 nm, 800 nm, and 795 nm are distributed at positions of +1.26 mm, 0 mm, and −1.24 mm, respectively, with respect to the optical axis AX.

フィルタ141は図19に示すような開口を持つので、F3’面上ではy軸方向にプローブ光の波長成分が分布する。そして、F1’面のブラッグ型回折格子12上に順次プローブ光が照射されると、F1’面と共役なF3’面上では、波長分布がx軸方向を移動することになる。その結果、F3’面上には、x軸方向に時間変化、縦軸に波長に展開した2次元光波S3が生成される(図21)。F3’面上での2次元光波S3のサイズは、14.14×10mmである。   Since the filter 141 has an opening as shown in FIG. 19, the wavelength component of the probe light is distributed in the y-axis direction on the F3 ′ plane. When the probe light is sequentially irradiated onto the Bragg diffraction grating 12 on the F1 ′ plane, the wavelength distribution moves in the x-axis direction on the F3 ′ plane conjugate with the F1 ′ plane. As a result, a two-dimensional light wave S3 that changes with time in the x-axis direction and expands in wavelength on the vertical axis is generated on the F3 'plane (FIG. 21). The size of the two-dimensional light wave S3 on the F3 ′ plane is 14.14 × 10 mm.

回折格子アレイ15は、面F3'に入射する2次元光波S3について、各波長の光ごとに生じている角度分布を補正する。回折格子アレイ15の仕様を次の表.1に示す。表.1の入射角度は、各波長の光が面F3'に入射する際の、回折格子アレイ15の法線に対する角度である。回折格子アレイ15を構成する回折格子15A〜Kが表.1のような周期構造を持てば、各波長の光における回折角度が45°になる。その結果、面F3'を出射後における各波長の光の角度分布は、ほぼ0になる。   The diffraction grating array 15 corrects the angular distribution generated for each wavelength of light with respect to the two-dimensional light wave S3 incident on the surface F3 ′. The following table shows the specifications of the diffraction grating array 15. It is shown in 1. table. The incident angle of 1 is an angle with respect to the normal line of the diffraction grating array 15 when light of each wavelength enters the surface F3 ′. The diffraction gratings 15A to 15K constituting the diffraction grating array 15 are shown in FIG. With a periodic structure such as 1, the diffraction angle for light of each wavelength is 45 °. As a result, the angular distribution of light of each wavelength after exiting from the surface F3 ′ is almost zero.

表.1 回折格子アレイ15の仕様

Figure 0004895519
table. 1 Specifications of diffraction grating array 15
Figure 0004895519

リレーレンズ2は、焦点距離f21=100mmのレンズ21と、焦点距離f22=25mmのレンズ22とで構成されている。面F3’と共役な面F4’に時間分解分光用撮像素子4の撮像面を一致させることにより、2次元光波像S4が撮像面上に分布する。面F3’が光軸AXに対して45°だけ傾き、リレーレンズ2の倍率が0.25であるので、面F3’に共役な面F4’の光軸AXに対する傾き角度を式(2)より算出すると14.0°となる。また、このF4’面上での2次元光波像S4のサイズは式(3)より、2.58×2.5mmとなる。   The relay lens 2 includes a lens 21 having a focal length f21 = 100 mm and a lens 22 having a focal length f22 = 25 mm. The two-dimensional light wave image S4 is distributed on the imaging surface by causing the imaging surface of the imaging device 4 for time-resolved spectroscopy to coincide with the surface F4 'conjugate with the surface F3'. Since the surface F3 ′ is inclined by 45 ° with respect to the optical axis AX and the magnification of the relay lens 2 is 0.25, the inclination angle of the surface F4 ′ conjugate to the surface F3 ′ with respect to the optical axis AX is obtained from the equation (2). The calculated value is 14.0 °. Further, the size of the two-dimensional light wave image S4 on the F4 ′ plane is 2.58 × 2.5 mm from the equation (3).

合波手段3は、ビームエキスパンダ33と、焦点距離100mmのレンズ32と、ビームスプリッタ31とで構成されている。
2次元光波像S4が時間分解分光用撮像素子4上に分布するのと同時に、合波手段3を介して参照光を照射すると、2次元光波像S4を干渉縞パターンとして記録することができる。
時間分解分光用の撮像素子4には、固体撮像素子(CCD)4を用いている。この撮像素子4により、2次元光波像S4の干渉パターンが得られる。
The multiplexing unit 3 includes a beam expander 33, a lens 32 having a focal length of 100 mm, and a beam splitter 31.
When the two-dimensional light wave image S4 is distributed on the time-resolved spectroscopic imaging device 4 and the reference light is irradiated through the multiplexing means 3, the two-dimensional light wave image S4 can be recorded as an interference fringe pattern.
A solid-state imaging device (CCD) 4 is used as the imaging device 4 for time-resolved spectroscopy. With this imaging element 4, an interference pattern of the two-dimensional light wave image S4 is obtained.

以上のように、本実施例では、リレーレンズ2として倍率が0.25の縮小倍率を有する光学系を用いている。よって、光軸AXに対して45°傾いていた面F3’に共役な面F4’の傾き角度を、14.0°と小さくできる。よって、撮像素子4におけるシェーディングの影響を、大幅に減少させることが可能となる。
更に、非常に微小な領域について観察と時間分解分光とを同時に可能とする顕微鏡が得られる。
As described above, in this embodiment, an optical system having a reduction magnification of 0.25 is used as the relay lens 2. Therefore, the inclination angle of the surface F4 ′ conjugate with the surface F3 ′ inclined by 45 ° with respect to the optical axis AX can be reduced to 14.0 °. Therefore, the influence of shading in the image sensor 4 can be greatly reduced.
Furthermore, a microscope that enables observation and time-resolved spectroscopy at the same time for a very small region can be obtained.

実施例1の顕微鏡装置によれば、非常に微小な領域についての観察と同時に、フェムト〜ピコ秒領域の変調を受けたプローブ光の時間分解分光計測を行うことができる。
本実施例では、所定肉厚を持つ透明な平行平板62aの両面に、夫々ハーフミラー面62b,62cを備えて構成されたビームスプリッタ62を備えている。そして、このビームスプリッタ62と、ミラー63,64を介して、ポンプ光とプローブ光とを空間的に分離させたので、必要なプローブ光と参照光のみを取り出すことができる。その結果、非常に微小な領域の観察と時間分解分光計測を同時に、しかも高精度に行うことができる。更に、光路中の所定の位置に遮光部材を配置することにより、より確実に、検出位置において不要となるポンプ光を遮光することができる。
According to the microscope apparatus of the first embodiment, it is possible to perform time-resolved spectroscopic measurement of probe light subjected to modulation in a femto to picosecond region simultaneously with observation of a very small region.
In this embodiment, beam splitters 62 each having half mirror surfaces 62b and 62c are provided on both surfaces of a transparent parallel flat plate 62a having a predetermined thickness. Since the pump light and the probe light are spatially separated via the beam splitter 62 and the mirrors 63 and 64, only the necessary probe light and reference light can be extracted. As a result, observation of a very small area and time-resolved spectroscopic measurement can be performed simultaneously and with high accuracy. Furthermore, by disposing the light blocking member at a predetermined position in the optical path, it becomes possible to more reliably block unnecessary pump light at the detection position.

なお、図29に示した構成例では、分岐手段6には、図3に示した第1実施形態の構成を採用したが、図4〜図10に示した変形例の構成を用いても良い。   In the configuration example shown in FIG. 29, the configuration of the first embodiment shown in FIG. 3 is adopted for the branching means 6, but the configuration of the modification shown in FIGS. 4 to 10 may be used. .

図30は、本発明の実施例2にかかる顕微鏡装置の全体構成を示す説明図である。なお、基本的構成は、図1、図2の構成と同じであり、顕微鏡70を介して試料を観測し、時間分解分光ユニット80によって、試料内の特定領域に関する時間分解分光を行うように構成されている。
そして、実施例2の顕微鏡装置では、分岐手段6には、図11に示した第2実施形態の構成が採用されている。また、2次元光波変換手段1は、図24〜図27に示した構成が採用されている。
FIG. 30 is an explanatory diagram illustrating the overall configuration of the microscope apparatus according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as the configuration in FIGS. 1 and 2, and the sample is observed through the microscope 70 and the time-resolved spectroscopic unit 80 performs time-resolved spectroscopy on a specific region in the sample. Has been.
And in the microscope apparatus of Example 2, the structure of 2nd Embodiment shown in FIG. The two-dimensional light wave converting means 1 employs the configuration shown in FIGS.

超短光パルス光源5は、中心波長が800nm、波長幅±5nm、パルス幅100フェムト秒の超短光を発振するフェムト秒レーザである。
分岐手段6は、ビームスプリッタ61と、ビームスプリッタ62’と、ミラー63と、光減衰素子630と、ミラー641,642と、微動ステージ643と、微動ステージ65と、スペーシャルフィルタ66を有して構成されている。
そして、超短光パルス光源5を出射した光は、ビームスプリッタ61を介して2分される。ビームスプリッタ61で反射された光は、参照光として用いられる。ビームスプリッタ61を透過した光は、ビームスプリッタ62’を介して透過光と反射光とに2分される。2分された光は、夫々ミラー63、641,642で反射され、再びビームスプリッタ62’に入射する。ミラー63で反射されビームスプリッタ62’を透過した光と、ミラー641,642で反射されビームスプリッタ62’で反射された光が、導光手段91を経てビームスプリッタ723に入射する。ビームスプリッタ723で反射された光は、試料Sを照射する。その際、ビームスプリッタ62’を介して2分された光の一方(プローブ光)には、微動ステージ65を介して、他方(ポンプ光)に対して時間遅延が与えられる。このため、プローブ光は、ポンプ光によって刺激された試料Sによって変調される。
The ultrashort light pulse light source 5 is a femtosecond laser that oscillates ultrashort light having a center wavelength of 800 nm, a wavelength width of ± 5 nm, and a pulse width of 100 femtoseconds.
The branching unit 6 includes a beam splitter 61, a beam splitter 62 ', a mirror 63, a light attenuating element 630, mirrors 641 and 642, a fine movement stage 643, a fine movement stage 65, and a spatial filter 66. It is configured.
The light emitted from the ultrashort optical pulse light source 5 is divided into two through the beam splitter 61. The light reflected by the beam splitter 61 is used as reference light. The light that has passed through the beam splitter 61 is divided into two through the beam splitter 62 ′ into transmitted light and reflected light. The bisected light is reflected by the mirrors 63, 641, and 642, and is incident on the beam splitter 62 ′ again. The light reflected by the mirror 63 and transmitted through the beam splitter 62 ′ and the light reflected by the mirrors 641 and 642 and reflected by the beam splitter 62 ′ enter the beam splitter 723 via the light guide unit 91. The light reflected by the beam splitter 723 irradiates the sample S. At that time, one of the lights (probe light) divided into two through the beam splitter 62 ′ is given a time delay with respect to the other (pump light) through the fine movement stage 65. For this reason, the probe light is modulated by the sample S stimulated by the pump light.

本実施例では、ポンプ光は、ビームスプリッタ62’を透過した後、ミラー641,642で反射され、更に、ビームスプリッタ62’で反射された光である。一方、プローブ光は、ビームスプリッタ62’で反射された後、ミラー63で反射され、更にビームスプリッタ62’を透過した光である。ポンプ光を生成する光路では、ミラー642で反射された光は、入射光の光路に対して平行にシフトした光路を辿り、ビームスプリッタ62’に入射する。そのため、プローブ光(ミラー63で反射された後、ビームスプリッタ62’を透過した光)と、ポンプ光(ミラー641,642で反射された後、ビームスプリッタ62’で反射された光)とは、空間的に平行に分離される。
なお、微動ステージ643により、ミラー641及びミラー642の移動量を調整することで、ポンプ光とプローブ光の空間的分離量が調整されている。
スペーシャルフィルタ66は、試料Sを透過後の平行に分離された光のうち、プローブ光のみを通過させ、ポンプ光を遮光する。これにより、2次元光波変換手段1には、プローブ光のみが入射する。
In this embodiment, the pump light is light that has been transmitted through the beam splitter 62 ′, reflected by the mirrors 641 and 642, and further reflected by the beam splitter 62 ′. On the other hand, the probe light is light that is reflected by the beam splitter 62 ', then reflected by the mirror 63, and further transmitted through the beam splitter 62'. In the optical path for generating the pump light, the light reflected by the mirror 642 follows an optical path shifted parallel to the optical path of the incident light, and enters the beam splitter 62 ′. Therefore, the probe light (the light reflected by the mirror 63 and then transmitted through the beam splitter 62 ′) and the pump light (the light reflected by the mirrors 641 and 642 and then reflected by the beam splitter 62 ′) are: Spatially separated in parallel.
Note that the amount of spatial separation between the pump light and the probe light is adjusted by adjusting the amount of movement of the mirror 641 and the mirror 642 by the fine movement stage 643.
The spatial filter 66 passes only the probe light out of the light separated in parallel after passing through the sample S, and blocks the pump light. As a result, only the probe light is incident on the two-dimensional light wave conversion means 1.

2次元光波変換手段1は、レンズ111、レンズ112、シリンドリカルビームエキスパンダ11’、ブラッグ型回折格子12、第1レンズ133、第1回折格子アレイ142、第2レンズ134及び第2回折格子アレイ15とで構成されている。ここで、レンズ111の焦点距離は100mm、レンズ112の焦点距離は50mmである。また、シリンドリカルビームエキスパンダ11’はシリンドリカルレンズ113,114で構成されており、倍率は10である。第1レンズ133と第2レンズ134は、それぞれ焦点距離f=40mmの正の屈折力をもつレンズである。   The two-dimensional light wave converting means 1 includes a lens 111, a lens 112, a cylindrical beam expander 11 ', a Bragg diffraction grating 12, a first lens 133, a first diffraction grating array 142, a second lens 134, and a second diffraction grating array 15. It consists of and. Here, the focal length of the lens 111 is 100 mm, and the focal length of the lens 112 is 50 mm. The cylindrical beam expander 11 ′ is composed of cylindrical lenses 113 and 114 with a magnification of 10. The first lens 133 and the second lens 134 are lenses having a positive refractive power with a focal length f = 40 mm.

ブラッグ型回折格子12は、図24に示したように、第1レンズ133の前側焦平面F1を略45°回転させた面F1’上に配置されていて、法線と光軸AXとのなす角度が略45°になっている。レンズ133,134に関して面F1'と共役な面は、第2レンズ134の後側焦平面F3を45°回転させたときの面F3'となる。このため、共役となる面F3'も光軸AXに対して略45°の角度になっている。   As shown in FIG. 24, the Bragg diffraction grating 12 is disposed on a surface F1 ′ obtained by rotating the front focal plane F1 of the first lens 133 by approximately 45 °, and is formed between the normal line and the optical axis AX. The angle is approximately 45 °. A surface conjugate with the surface F1 ′ with respect to the lenses 133 and 134 is a surface F3 ′ when the rear focal plane F3 of the second lens 134 is rotated by 45 °. For this reason, the conjugate plane F3 ′ is also at an angle of approximately 45 ° with respect to the optical axis AX.

また、実施例2の2次元光波変換手段1では、シリンドリカルビームエキスパンダ11’を介して、プローブ光を略10倍に拡大している。また、ブラッグ型回折格子12は、約14.14mm×1mmのサイズを持つ。このようなブラッグ型回折格子12に、プローブ光を斜入射させる。このとき、変調プローブ光は800±5nmの波長幅を持つ。そのため、第1レンズ133の後側焦平面F2上では、図25に示すように、プローブ光に含まれる各波長成分がx軸方向に沿って分布する。このとき、例えば、805nm、800nm、795nmの波長は、光軸AXに対して、夫々+0.5mm、0mm、−0.5mmの位置に分布する。   Further, in the two-dimensional light wave converting means 1 according to the second embodiment, the probe light is magnified approximately 10 times via the cylindrical beam expander 11 '. The Bragg diffraction grating 12 has a size of about 14.14 mm × 1 mm. Probe light is obliquely incident on such a Bragg diffraction grating 12. At this time, the modulated probe light has a wavelength width of 800 ± 5 nm. Therefore, on the rear focal plane F2 of the first lens 133, as shown in FIG. 25, each wavelength component included in the probe light is distributed along the x-axis direction. At this time, for example, wavelengths of 805 nm, 800 nm, and 795 nm are distributed at positions of +0.5 mm, 0 mm, and −0.5 mm, respectively, with respect to the optical axis AX.

第1回折格子アレイ142は、フィルタとして機能する。この第1回折格子アレイ142は、図26に示すように、x軸方向に異なる格子定数を有する回折格子142a〜142kで構成され、プローブ光の各波長成分を異なる角度で回折させる。表.2に第1回折格子アレイ142の仕様を示す。表.2中、格子定数の符号は、面F2においてy軸に関して+方向に回折する場合は正、−方向に回折する場合は負として表している。y座標は、第2レンズ134を出射後の各波長のy軸方向の高さを表している。   The first diffraction grating array 142 functions as a filter. As shown in FIG. 26, the first diffraction grating array 142 includes diffraction gratings 142a to 142k having different lattice constants in the x-axis direction, and diffracts each wavelength component of the probe light at different angles. table. 2 shows the specifications of the first diffraction grating array 142. table. 2, the sign of the lattice constant is expressed as positive when diffracting in the + direction with respect to the y-axis on the surface F2, and negative when diffracting in the-direction. The y coordinate represents the height in the y-axis direction of each wavelength after exiting the second lens 134.

表.2 第1回折格子アレイ142の仕様

Figure 0004895519
table. 2 Specifications of the first diffraction grating array 142
Figure 0004895519

第1回折格子アレイ142で回折された各波長の光は、第2レンズ134を出射すると、夫々x−z面に平行になって面F3'に入射する。このとき面F3'上では、y軸方向
にプローブ光の波長成分が分布する。そして、面F1'のブラッグ型第1回折格子12上に順次プローブ光が照射されると、F1’面と共役な面F3'上では波長分布がx軸方向
を移動することになる。よって、図21と同様に、x軸方向に時間が変化し、縦軸に波長
が展開された2次元光波S3が生成される。面F3'上の2次元光波S3のサイズは14.14×10mmである。
When the light of each wavelength diffracted by the first diffraction grating array 142 is emitted from the second lens 134, it enters the surface F3 ′ in parallel with the xz plane. At this time, the wavelength component of the probe light is distributed in the y-axis direction on the plane F3 ′. When the probe light is sequentially irradiated onto the Bragg type first diffraction grating 12 on the surface F1 ′, the wavelength distribution moves in the x-axis direction on the surface F3 ′ conjugate with the F1 ′ surface. Therefore, similarly to FIG. 21, a two-dimensional light wave S3 is generated in which time changes in the x-axis direction and the wavelength is developed on the vertical axis. The size of the two-dimensional light wave S3 on the surface F3 ′ is 14.14 × 10 mm.

第2回折格子アレイ15は、図22に示されるように、y軸方向に周期の異なる回折格子15A〜Kが並んで構成されている。回折格子アレイ15は、面F3'に入射する2次元光波S3について、各波長の角度分布を補正する。第2回折格子アレイ15の仕様を次の表.3に示す。表.3の入射角度は、各波長の光が面F3'に入射する際の、第2回折格子アレイ15の法線に対する角度である。第2回折格子アレイ15を構成する回折格子15A〜Kが表.3のような周期構造を持てば、各波長の光における回折角度が45°になる。その結果、面F3'を出射後における各波長の光の角度分布は、ほぼ0になる。   As shown in FIG. 22, the second diffraction grating array 15 includes diffraction gratings 15 </ b> A to 15 </ b> K having different periods in the y-axis direction. The diffraction grating array 15 corrects the angular distribution of each wavelength for the two-dimensional light wave S3 incident on the surface F3 ′. The specifications of the second diffraction grating array 15 are shown in the following table. 3 shows. table. The incident angle 3 is an angle with respect to the normal line of the second diffraction grating array 15 when light of each wavelength is incident on the surface F3 ′. The diffraction gratings 15A to 15K constituting the second diffraction grating array 15 are shown in FIG. If it has a periodic structure like 3, the diffraction angle in the light of each wavelength will be 45 degrees. As a result, the angular distribution of light of each wavelength after exiting from the surface F3 ′ is almost zero.

表.3 第2回折格子アレイ15の仕様

Figure 0004895519
table. 3 Specifications of the second diffraction grating array 15
Figure 0004895519

リレーレンズ2は、焦点距離f21=100mmのレンズ21と、焦点距離f22=25mmのレンズ22とで構成されている。本実施例でも、時間分解分光用の撮像素子として固体撮像素子(CCD)4を用いている。そこで、面F3’と共役な面F4’に撮像素子4の撮像面を一致させることにより、2次元光波像S4が撮像面上に分布する。面F3’が光軸AXに対して45°だけ傾き、リレーレンズ2の倍率が0.25であるので、面F3’に共役な面F4’の光軸AXに対する傾き角度を式(2)より算出すると14.0°となる。また、このF4’面上での2次元光波像S4のサイズは式(3)より、2.58×2.5mmとなる。   The relay lens 2 includes a lens 21 having a focal length f21 = 100 mm and a lens 22 having a focal length f22 = 25 mm. Also in this embodiment, a solid-state imaging device (CCD) 4 is used as an imaging device for time-resolved spectroscopy. Therefore, the two-dimensional light wave image S4 is distributed on the image pickup surface by matching the image pickup surface of the image pickup element 4 with the surface F4 'conjugate with the surface F3'. Since the surface F3 ′ is inclined by 45 ° with respect to the optical axis AX and the magnification of the relay lens 2 is 0.25, the inclination angle of the surface F4 ′ conjugate to the surface F3 ′ with respect to the optical axis AX is obtained from the equation (2). The calculated value is 14.0 °. Further, the size of the two-dimensional light wave image S4 on the F4 ′ plane is 2.58 × 2.5 mm from the equation (3).

合波手段3は、ビームエキスパンダ33と、焦点距離100mmのレンズ32とビームスプリッタ31とで構成されている。
2次元光波像S4が撮像素子4上に分布するのと同時に、合波手段3を介して参照光を照射すると、2次元光波像S4を干渉縞パターンとして記録することができる。
前述のように、撮像素子4には固体撮像素子(CCD)4を用いており、2次元光波像S4の干渉パターンが得られる。
The multiplexing means 3 includes a beam expander 33, a lens 32 having a focal length of 100 mm, and a beam splitter 31.
When the two-dimensional light wave image S4 is distributed on the image sensor 4 and the reference light is irradiated through the multiplexing unit 3, the two-dimensional light wave image S4 can be recorded as an interference fringe pattern.
As described above, the image pickup device 4 uses the solid-state image pickup device (CCD) 4, and an interference pattern of the two-dimensional light wave image S4 is obtained.

以上のように、本実施例では、リレーレンズ2として、倍率が0.25の縮小倍率を有する光学系を用いている。よって、光軸AXに対して45°傾いていた面F3’に共役な面F4’の傾き角度を、14.0°と小さくできる。その結果、撮像素子4におけるシェーディングの影響を、大幅に減少させることが可能となる。
更に、非常に微小な領域について観察と時間分解分光とを同時に可能とする顕微鏡が得られる。
As described above, in this embodiment, the relay lens 2 is an optical system having a reduction magnification of 0.25. Therefore, the inclination angle of the surface F4 ′ conjugate with the surface F3 ′ inclined by 45 ° with respect to the optical axis AX can be reduced to 14.0 °. As a result, the influence of shading in the image sensor 4 can be greatly reduced.
Furthermore, a microscope that enables observation and time-resolved spectroscopy at the same time for a very small region can be obtained.

実施例2の顕微鏡装置によれば、非常に微小な領域についての観察と同時に、フェムト〜ピコ秒領域の変調を受けたプローブ光の時間分解分光計測を行うことができる。
本実施例では、ビームスプリッタ62’と、ミラー63と、ミラー641,642を介して、ポンプ光とプローブ光とを空間的に分離させたので、必要なプローブ光のみを取り出すことができる。その結果、非常に微小な領域の観察と時間分解分光計測を同時に、しかも高精度に行うことができる。更に、光路中の所定の位置に遮光部材を配置することにより、より確実に、検出位置において不要となるポンプ光を遮光することができる。
According to the microscope apparatus of the second embodiment, time-resolved spectroscopic measurement of probe light that has been modulated in the femto to picosecond region can be performed simultaneously with observation of a very small region.
In the present embodiment, since the pump light and the probe light are spatially separated via the beam splitter 62 ′, the mirror 63, and the mirrors 641 and 642, only the necessary probe light can be extracted. As a result, observation of a very small area and time-resolved spectroscopic measurement can be performed simultaneously and with high accuracy. Furthermore, by disposing the light blocking member at a predetermined position in the optical path, it becomes possible to more reliably block unnecessary pump light at the detection position.

なお、分岐手段6のミラー641,642の代わりに、直角をなす2つの面に夫々反射面を備えた直角プリズムを用いてもよい。
また、図30に示した構成例では、分岐手段6には、図11に示した第2実施形態の構成を採用したが、図12、図13に示した変形例の構成を用いても良い。また、図14〜図16に示した第3実施形態の構成やその変形例の構成を用いても良い。
Instead of the mirrors 641 and 642 of the branching means 6, a right-angle prism provided with reflection surfaces on two surfaces that form a right angle may be used.
Further, in the configuration example shown in FIG. 30, the configuration of the second embodiment shown in FIG. 11 is adopted for the branching means 6, but the configuration of the modification shown in FIGS. 12 and 13 may be used. . Moreover, you may use the structure of 3rd Embodiment shown in FIGS. 14-16, and the structure of the modification.

さらに、本発明の顕微鏡装置は、一般的なポンプ−プローブ法以外の他の観察手法による顕微鏡装置を構成することができる。以下に、その構成例を説明する。   Furthermore, the microscope apparatus of the present invention can constitute a microscope apparatus by an observation method other than the general pump-probe method. Below, the example of a structure is demonstrated.

図31は、本発明の実施例3にかかる顕微鏡装置における分岐手段6の構成を示す説明図である。なお、分岐手段6以外の構成は、上記実施形態1〜4及び実施例1、2で示した構成と同じ構成を用いることが出来る。その部分の説明は省略する。
実施例3の顕微鏡装置は、本発明の顕微鏡装置における分岐手段6の構成を応用して、コヒーレントラマン散乱光を観察する顕微鏡装置を構成したものである。この顕微鏡装置においては、2つの周波数の異なる光をポンプ光、発生するコヒーレントラマン散乱光をプローブ光としてみなすとともに、時間差調整手段を2つの光の時間差を無くすように用いることで、本発明の顕微鏡装置の構成が適用できる。
FIG. 31 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the branching unit 6 in the microscope apparatus according to the third embodiment of the present invention. The configuration other than the branching unit 6 can be the same as the configurations shown in the first to fourth embodiments and the first and second embodiments. The description of that part is omitted.
The microscope apparatus of Example 3 is a microscope apparatus that observes coherent Raman scattering light by applying the configuration of the branching unit 6 in the microscope apparatus of the present invention. In this microscope apparatus, light having two different frequencies is regarded as pump light, generated coherent Raman scattered light is regarded as probe light, and the time difference adjusting means is used so as to eliminate the time difference between the two lights. Device configuration is applicable.

図31の顕微鏡装置は、周波数の異なる2つの光を、試料に照射して計測を行う例である。周波数の異なる2つの光を試料に照射すると、試料内の分子が励起される。そして、励起された分子振動によって、コヒーレントアンチストークスラマン散乱光(CARS光)が発生する。図31の顕微鏡装置は、このコヒーレントアンチストークスラマン散乱光計測する。実施例2以前で使用した表現と一致させるため、便宜上、周波数の異なる2つの光をポンプ光、CARS光をプローブ光と呼んで説明する(コヒーレントアンチストークスラマン散乱で用いられるポンプ光は、ここでは、周波数ω1の光と呼ぶことにする)。ここで、2つの周波数の光を、ω1、ω2(ω1>ω2)とし、また波数ベクトルをk1、k2とする。すると、発生するプローブ光(CARS光)の周波数とベクトルは、2ω1−ω2,2k1−k2を満足する。 The microscope apparatus in FIG. 31 is an example in which measurement is performed by irradiating a sample with two lights having different frequencies. When the sample is irradiated with two lights having different frequencies, the molecules in the sample are excited. Then, coherent anti-Stokes Raman scattering light (CARS light) is generated by the excited molecular vibration. The microscope apparatus of FIG. 31 measures the coherent anti-Stokes Raman scattering light. For the sake of consistency with the expression used in Example 2 or earlier, for convenience, two light beams having different frequencies will be referred to as pump light, and CARS light will be referred to as probe light. (Pump light used in coherent anti-Stokes Raman scattering is here. This is called light of frequency ω 1 ). Here, light of two frequencies is ω 1 , ω 21 > ω 2 ), and wave number vectors are k 1 and k 2 . Then, the frequency and vector of the generated probe light (CARS light) satisfy 2ω 1 −ω 2 and 2k 1 −k 2 .

実施例3の顕微鏡装置では、分岐手段6は、ビームスプリッタ62”と、ミラー631’,632’,633’,634’,635’と、微動ステージ636’と、ミラー64”と、微動ステージ65”と、ビームスプリッタ62”’と、ビームスプリッタ723と、スペーシャルフィルタ66と、スペーシャルフィルタ67を有して構成されている。
ビームスプリッタ62”は、超短光パルス光源5からの光のうち、第1の光として用いる所定波長の光を透過し、第2の光として用いる所定波長の光を反射させるように構成されている。
ミラー64”は、ビームスプリッタ62”を、透過した第1の光をビームスプリッタ62”’へ向けて反射するように配置されている。
ミラー631’〜635’は、ビームスプリッタ62”で反射された第2の光を、ビームスプリッタ62”’へ向けて反射するように配置されている。
In the microscope apparatus of the third embodiment, the branching unit 6 includes the beam splitter 62 ″, the mirrors 631 ′, 632 ′, 633 ′, 634 ′, 635 ′, the fine movement stage 636 ′, the mirror 64 ″, and the fine movement stage 65. ", A beam splitter 62"', a beam splitter 723, a spatial filter 66, and a spatial filter 67.
The beam splitter 62 ″ is configured to transmit light having a predetermined wavelength used as the first light and reflect light having the predetermined wavelength used as the second light out of the light from the ultrashort optical pulse light source 5. Yes.
The mirror 64 ″ is arranged to reflect the first light transmitted through the beam splitter 62 ″ toward the beam splitter 62 ″ ′.
The mirrors 631 ′ to 635 ′ are arranged so as to reflect the second light reflected by the beam splitter 62 ″ toward the beam splitter 62 ″ ′.

ビームスプリッタ62”’は、第1の光を透過し、第2の光を反射するように構成されている。これによって、互いが平行に分離した状態で、2つの光を導光手段91のミラー912に入射させることができる。
微動ステージ65”は、ミラー64”を、ミラー64”への入射光軸に沿う方向に移動可能に構成されている。微動ステージ65”は、ミラー46と相俟って、第2の光に対する第1の光の空間分離量を調整する機能を備えていることになる。
The beam splitter 62 ″ ′ is configured to transmit the first light and reflect the second light. With this, the two light beams of the light guide unit 91 are separated in a state where they are separated from each other in parallel. The light can enter the mirror 912.
The fine movement stage 65 ″ is configured to be able to move the mirror 64 ″ in the direction along the optical axis of incidence on the mirror 64 ″. The fine movement stage 65 ″ is coupled with the mirror 46 to the second light. A function of adjusting the spatial separation amount of the first light is provided.

微動ステージ636’は、ミラー633'及びミラー634’を、ミラー632'の入射光軸及びミラー635’の射出光軸に沿う方向に移動可能に構成されている。微動ステージ636’は、ミラー633'及びミラー634’と相俟って、第1の光に対する第2の光の時間差を調整する時間差調整手段としての機能を備えていることになる。ただし、実施例3の顕微鏡装置では、微動ステージ636’は、第1の光と第2の光とがそれぞれの光路上を時間的に同じタイミングで通るようにする。即ち、微動ステージ636’は、第1の光と第2の光との時間差を無くすために用いられている。   The fine movement stage 636 'is configured to be able to move the mirror 633' and the mirror 634 'in a direction along the incident optical axis of the mirror 632' and the outgoing optical axis of the mirror 635 '. Fine movement stage 636 ', in combination with mirror 633' and mirror 634 ', has a function as time difference adjusting means for adjusting the time difference between the second light and the first light. However, in the microscope apparatus according to the third embodiment, the fine movement stage 636 'allows the first light and the second light to pass through the respective optical paths at the same timing. That is, fine movement stage 636 'is used to eliminate the time difference between the first light and the second light.

ビームスプリッタ723は、本実施例における分岐手段として機能する。ビームスプリッタ723は、第1導光手段91を経た2つの光の一部を反射し、残りを透過する。このようにすることで、2つの光の各々を、顕微鏡70内の試料Sに向かう光路と、試料Sに向かわない光路との2方向に分岐する。
この結果、ビームスプリッタ723で反射された光は、顕微鏡70の試料Sに向かう光路を通る。この光路を通る第1の光と第2の光は、共に試料Sの同一な微小領域に照射される。そして、第1の光と第2の光の差周波ω1−ω2で、試料内の分子振動を励起する。すると、ベクトルk1−k2の方向に、中心周波数2ω1−ω2のCARS光が生成される。このCRAS光は、スペーシャルフィルタ66を通過後に、2次元光波変換手段1へ入射されることになる。
一方、ビームスプリッタ723を透過した光は、試料Sに向かわない光路を通る。この光路を通る第1の光及び第2の光のうち、第1の光は、参照光として用いられる。
スペーシャルフィルタ66は、本発明におけるCARS光抽出手段として機能する。すなわち、平行に分離されて入射した光のうちCARS光のみを開口66aを介して通過させ、その他の光を遮光する。
また、スペーシャルフィルタ67は、本発明における参照光抽出手段として機能する。すなわち、平行に分離されて入射した光のうち参照光(ここでは第1の光)のみを開口67aを介して通過させ、その他の光(ここでは第2の光)を遮光する。
また、スペーシャルフィルタ66,67に加えて、波長選択フィルタ66’、67’を用いても良い。
The beam splitter 723 functions as a branching unit in this embodiment. The beam splitter 723 reflects part of the two lights that have passed through the first light guide unit 91 and transmits the rest. In this way, each of the two lights is branched into two directions, an optical path toward the sample S in the microscope 70 and an optical path not toward the sample S.
As a result, the light reflected by the beam splitter 723 passes through the optical path toward the sample S of the microscope 70. Both the first light and the second light passing through this optical path are irradiated to the same minute region of the sample S. Then, the molecular vibration in the sample is excited by the difference frequency ω 1 −ω 2 between the first light and the second light. Then, CARS light having a center frequency 2ω 1 −ω 2 is generated in the direction of the vector k 1 −k 2 . The CRAS light is incident on the two-dimensional light wave converting means 1 after passing through the spatial filter 66.
On the other hand, the light transmitted through the beam splitter 723 passes through an optical path not directed to the sample S. Of the first light and the second light passing through this optical path, the first light is used as reference light.
The spatial filter 66 functions as CARS light extraction means in the present invention. That is, only the CARS light out of the incident light separated in parallel is allowed to pass through the opening 66a and the other light is shielded.
The spatial filter 67 functions as reference light extraction means in the present invention. That is, only the reference light (here, the first light) out of the incident light separated in parallel is allowed to pass through the opening 67a, and the other light (here, the second light) is shielded.
In addition to the spatial filters 66 and 67, wavelength selection filters 66 ′ and 67 ′ may be used.

以上のように、本発明の顕微鏡装置は、特許請求の範囲に記載の発明の他に、下記の特徴を備えている。   As described above, the microscope apparatus of the present invention has the following features in addition to the invention described in the claims.

(1)前記2次元光波変換光学系が、ビームエキスパンダと、第1回折格子と、正の屈折力をもつ第1レンズと、フィルタと、正の屈折力をもつ第2レンズと、第2回折格子と、縮小倍率を持つリレー光学系を備え、前記第1回折格子が、前記第1レンズの前側焦点位置近傍に配置され、前記フィルタが、前記第1レンズの後側焦点位置、及び前記第2レンズの前側焦点位置近傍に配置され、前記第2回折格子が、前記第2レンズの後側焦点位置近傍であって、前記第1回折格子の共役面に配置され、入射光を構成する各波長成分の前記第1回折格子によって生じた回折角度を補償して、同一方向に回折させることを特徴とする請求項1〜24のいずれかに記載の顕微鏡装置。 (1) The two-dimensional light wave conversion optical system includes a beam expander, a first diffraction grating, a first lens having a positive refractive power, a filter, a second lens having a positive refractive power, and a second lens. And a relay optical system having a reduction magnification, wherein the first diffraction grating is disposed in the vicinity of the front focal position of the first lens, and the filter includes a rear focal position of the first lens, and Arranged in the vicinity of the front focal position of the second lens, and the second diffraction grating is disposed in the vicinity of the rear focal position of the second lens and in the conjugate plane of the first diffraction grating to constitute incident light. The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 24, wherein a diffraction angle generated by the first diffraction grating of each wavelength component is compensated and diffracted in the same direction.

(2)前記第1回折格子が、前記第1レンズに対して傾いて配置され、縮小倍率を持つリレー光学系により、前記撮像素子の撮像面の傾き角度が、前記第1回折格子の傾き角度よりも小さくなることを特徴とする上記(1)に記載の顕微鏡装置。 (2) The tilt angle of the imaging surface of the image sensor is set to be the tilt angle of the first diffraction grating by the relay optical system in which the first diffraction grating is tilted with respect to the first lens and has a reduction magnification. The microscope apparatus according to (1), wherein the microscope apparatus is smaller.

(3)前記ビームエキスパンダが、回転対称レンズで構成され、前記第1レンズ及び前記第2レンズが、シリンドリカルレンズで構成されていることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の顕微鏡装置。 (3) The beam expander is configured by a rotationally symmetric lens, and the first lens and the second lens are configured by a cylindrical lens, as described in (1) or (2) above Microscope device.

(4)前記ビームエキスパンダがシリンドリカルレンズを含んで構成され、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズが回転対称レンズで構成されていることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の顕微鏡装置。 (4) In the above (1) or (2), the beam expander includes a cylindrical lens, and the first lens and the second lens are configured by rotationally symmetric lenses. The microscope apparatus described.

(5)前記シリンドリカルレンズにおいて屈折力を持つ方向に平行な軸をx軸、前記シリンドリカルレンズにおいて屈折力を持たない方向に平行な軸をy軸としたとき、前記第1回折格子及び前記第2回折格子が、前記x軸方向にのみ入射光を回折させる格子形状を有し、前記フィルタが、遮光領域と、細長い光透過領域を備え、前記光透過領域が、前記x軸及び前記y軸のいずれに対しても傾斜した向きに形成されていることを特徴とする上記(3)に記載の顕微鏡装置。 (5) When the axis parallel to the direction having refractive power in the cylindrical lens is the x axis and the axis parallel to the direction having no refractive power in the cylindrical lens is the y axis, the first diffraction grating and the second diffraction grating The diffraction grating has a grating shape that diffracts incident light only in the x-axis direction, the filter includes a light shielding region and an elongated light transmission region, and the light transmission region has the x-axis and the y-axis. The microscope apparatus according to (3), wherein the microscope apparatus is formed in an inclined direction.

(6)前記シリンドリカルレンズにおいて屈折力を持つ方向に平行な軸をx軸、前記シリンドリカルレンズにおいて屈折力を持たない方向に平行な軸をy軸としたとき、前記第1回折格子が、前記x軸方向にのみ入射光を回折させる格子形状を有し、前記フィルタが、前記x軸に沿う方向に形成された複数の回折領域を備え、該複数の回折領域の各々が、前記y軸に沿う方向における回折角度がそれぞれ異なるように、入射光を回折させる格子形状を有し、前記第2回折格子が、前記リレー光学系の光軸と平行になるように、入射光を回折させる格子形状を有することを特徴とする上記(4)に記載の顕微鏡装置。 (6) When the axis parallel to the direction having refractive power in the cylindrical lens is the x axis and the axis parallel to the direction having no refractive power in the cylindrical lens is the y axis, the first diffraction grating is the x axis The filter has a grating shape that diffracts incident light only in the axial direction, and the filter includes a plurality of diffraction regions formed in a direction along the x-axis, and each of the plurality of diffraction regions extends along the y-axis. A grating shape that diffracts incident light so that the diffraction angles in directions are different, and a grating shape that diffracts incident light so that the second diffraction grating is parallel to the optical axis of the relay optical system. The microscope apparatus according to (4) above, characterized by comprising:

(7)前記第1回折格子と、前記第2回折格子の、夫々の回折格子が形成された面側に平行平板を備えたことを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載の顕微鏡装置。 (7) In any one of the above (1) to (6), a parallel plate is provided on the surface side of the first diffraction grating and the second diffraction grating on which the respective diffraction gratings are formed. The microscope apparatus described.

(8)前記フィルタの回折格子が形成された面側に平行平板を備えたことを特徴とする上記(7)に記載の顕微鏡装置。 (8) The microscope apparatus according to (7), wherein a parallel plate is provided on a surface side on which the diffraction grating of the filter is formed.

本発明の顕微鏡装置は、非常に微小な領域での、非常に短い時間領域で起こる物性変化を測定することが求められる医学、薬学、生物学の分野において有用である。   The microscope apparatus of the present invention is useful in the fields of medicine, pharmaceutics, and biology, in which it is required to measure physical property changes that occur in a very small time region and in a very short time region.

本発明の各実施形態にかかる顕微鏡装置に共通の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure common to the microscope apparatus concerning each embodiment of this invention. 図1の顕微鏡装置に用いる顕微鏡の一構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of 1 structure of the microscope used for the microscope apparatus of FIG. 本発明の第1実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the branch means in the microscope apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 図3に示した分岐手段6の一変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the modification of the branch means 6 shown in FIG. 図3に示した分岐手段6の他の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the other modification of the branch means 6 shown in FIG. 図3に示した分岐手段6のさらに他の変形例の構成を示す要部説明図である。It is principal part explanatory drawing which shows the structure of the further another modification of the branch means 6 shown in FIG. 図6に示したビームスプリッタ621の拡大図である。It is an enlarged view of the beam splitter 621 shown in FIG. 図6に示したミラー622の拡大図である。It is an enlarged view of the mirror 622 shown in FIG. 図3に示した分岐手段6のさらに他の変形例の構成を示す要部説明図である。It is principal part explanatory drawing which shows the structure of the further another modification of the branch means 6 shown in FIG. 図9に示したプリズム623の拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of the prism 623 shown in FIG. 9. 本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the branch means in the microscope apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 図11に示した分岐手段6の一変形例の構成を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a modification of the branching unit 6 illustrated in FIG. 11. 図11に示した分岐手段6の他の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the other modification of the branch means 6 shown in FIG. 本発明の第3実施形態にかかる顕微鏡装置における分岐手段の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the branch means in the microscope apparatus concerning 3rd Embodiment of this invention. 図14に示した分岐手段6の一変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the modification of the branch means 6 shown in FIG. 図14に示した分岐手段6の他の変形例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the other modification of the branch means 6 shown in FIG. 第1〜第3実施形態の分岐手段6に適用可能な2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10の組み合わせについての一構成例を示す斜視図である。The perspective view which shows one structural example about the combination of the two-dimensional light wave conversion means 1, the relay lens 2, the multiplexing means 3, and the probe light-reference light time difference adjustment means 10 applicable to the branch means 6 of 1st-3rd embodiment. FIG. 図17の構成例におけるフィルタ141上のプローブ光の分布を示す説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing the distribution of probe light on the filter 141 in the configuration example of FIG. 17. 図17の構成例におけるフィルタ141の開口を示す説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing an opening of a filter 141 in the configuration example of FIG. 17. 図17の構成例におけるフィルタ141を通過するプローブ光の波長分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows wavelength distribution of the probe light which passes the filter 141 in the structural example of FIG. 図17の構成例における2次元光波変換手段1によって生じる2次元光波分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the two-dimensional light wave distribution produced by the two-dimensional light wave conversion means 1 in the structural example of FIG. 図17の構成例における2次元光波変換手段1に用いられる回折格子アレイ15を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the diffraction grating array 15 used for the two-dimensional light wave conversion means 1 in the structural example of FIG. 図17の構成例における面F3’と面F4’の光軸に対する傾き角度θ,φの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between inclination-angle (theta) and (phi) with respect to the optical axis of the surface F3 'and surface F4' in the structural example of FIG. 第1〜第3実施形態の分岐手段6に適用可能な2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、合波手段3、プローブ光-参照光時間差調整手段10の組み合わせについての他の構成例を示す斜視図である。Another configuration example of the combination of the two-dimensional light wave conversion unit 1, the relay lens 2, the multiplexing unit 3, and the probe light-reference light time difference adjusting unit 10 applicable to the branching unit 6 of the first to third embodiments is shown. It is a perspective view. 図24の構成例における第1回折格子アレイ142上のプローブ光の分布を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing a distribution of probe light on the first diffraction grating array 142 in the configuration example of FIG. 24. 図24の構成例における2次元光波変換手段1に用いられる第1回折格子アレイ142を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st diffraction grating array 142 used for the two-dimensional light wave conversion means 1 in the structural example of FIG. 図24の構成例における第1回折格子アレイ142によって回折されるプローブ光を示す説明図である。FIG. 25 is an explanatory diagram showing probe light diffracted by the first diffraction grating array 142 in the configuration example of FIG. 24. 図24の構成例における2次元光波変換手段1の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the two-dimensional light wave conversion means 1 in the structural example of FIG. 本発明の実施例1にかかる顕微鏡装置の全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the microscope apparatus concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例2にかかる顕微鏡装置の全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the microscope apparatus concerning Example 2 of this invention. 本発明の実施例3にかかる顕微鏡装置における分岐手段6の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the branch means 6 in the microscope apparatus concerning Example 3 of this invention. 極短光パルスの波形計測技術にかかる2次元空間変換光学系の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the two-dimensional space conversion optical system concerning the waveform measurement technique of an ultrashort light pulse. 図32の2次元空間変換光学系に用いられるフィルタ700の説明図である。It is explanatory drawing of the filter 700 used for the two-dimensional space conversion optical system of FIG. 図32の2次元空間変換光学系により2次元空間変換された波長分布を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength distribution two-dimensionally space-transformed by the two-dimensional space-conversion optical system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 2次元光波変換手段
2 リレーレンズ
3 合波手段
4 撮像素子、CCD
5 超短光パルス光源
6 分岐手段
10 プローブ光-参照光時間差調整手段
11、33、793 ビームエキスパンダ
11’ シリンドリカルビームエキスパンダ
12 ブラッグ型回折格子
15 (第2)回折格子アレイ
21、22、32、111、112、7931、7932 レンズ
31、61、62、62’、62”、62”’、621、735 ビームスプリッタ
34、115、630 光減衰素子
62a、121、1421、151 平行平板
62b、62c、62a’ ハーフミラー面
63、64、64”、101、102、103、631’、632’、633’、634’、635’、641、642、911、912、922 ミラー
65、65”、104、636’、643 微動ステージ
66、67、794 スペーシャルフィルタ
66a、67a 開口
70 顕微鏡
71 透過照明光源
72 透過照明光学系
73 観察用光学系
74 観察用撮像素子
75 試料台
76 蛍光用照明光源
77 蛍光用照明光学系
78 ダイクロイックミラー
80 時間分解分光ユニット
91 第1導光手段
92 第2導光手段
113、114 シリンドリカルレンズ
131 第1シリンドリカルレンズ
132 第2シリンドリカルレンズ
133 第1レンズ
134 第2レンズ
141 フィルタ
142 第1回折格子アレイ
621a 基板
621b、621c、622b、622d 面
622、623 プリズム
622a、623a 透明部材
622c 反射面
623c 斜面
721 コレクタレンズ
722 コンデンサレンズ
723 ビームスプリッタ
724 偏光子
725 第1DICフィルタ
731 対物レンズ
732 第2DICフィルタ
733 検光子
734 結像レンズ
752 x−yステージ
772 フィルタユニット
791 λ/4板
792 偏光板
7721 励起フィルタ
7722 ダイクロイックミラー
7723 吸収フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Two-dimensional light wave conversion means 2 Relay lens 3 Combining means 4 Imaging element, CCD
5 Ultrashort optical pulse light source 6 Branch means 10 Probe light-reference light time difference adjusting means 11, 33, 793 Beam expander 11 ′ Cylindrical beam expander 12 Bragg diffraction grating 15 (second) diffraction grating arrays 21, 22, 32 111, 112, 7931, 7932 Lens 31, 61, 62, 62 ', 62 ", 62"', 621, 735 Beam splitter 34, 115, 630 Light attenuating element 62a, 121, 1421, 151 Parallel flat plate 62b, 62c , 62a ′ Half mirror surface 63, 64, 64 ″, 101, 102, 103, 631 ′, 632 ′, 633 ′, 634 ′, 635 ′, 641, 642, 911, 912, 922 Mirror 65, 65 ″, 104 , 636 ', 643 Fine movement stage 66, 67, 794 Spatial filter 66a, 67a Opening 0 Microscope 71 Transmitted illumination light source 72 Transmitted illumination optical system 73 Observation optical system 74 Observation image sensor 75 Sample stage 76 Fluorescent illumination light source 77 Fluorescent illumination optical system 78 Dichroic mirror 80 Time-resolving spectroscopic unit 91 First light guide means 92 Second light guide means 113, 114 Cylindrical lens 131 First cylindrical lens 132 Second cylindrical lens 133 First lens 134 Second lens 141 Filter 142 First diffraction grating array 621a Substrate 621b, 621c, 622b, 622d Surfaces 622, 623 Prism 622a, 623a Transparent member 622c Reflective surface 623c Slope 721 Collector lens 722 Condenser lens 723 Beam splitter 724 Polarizer 725 First DIC filter 731 Objective lens 732 Second DIC filter 733 Child 734 imaging lens 752 x-y stage 772 filter unit 791 lambda / 4 plate 792 polarizer 7721 excitation filter 7722 dichroic mirror 7723 absorption filter

Claims (24)

光学顕微鏡と時間分解分光ユニットと、前記時間分解分光ユニットからの光を前記光学顕微鏡の内部に導く第1導光手段と前記光学顕微鏡からの光を前記時間分解分光ユニットの内部に導く第2導光手段を有し、 前記時間分解分光ユニットが、超短光パルスを発振する超短光パルス光源と、前記超短光パルスを参照光とポンプ光とプローブ光とに分岐する分岐手段と、前記第2導光手段によって導かれたプローブ光と参照光とを合波する合波手段と、合波位置に到達するプローブ光と参照光との時間差を調整するプローブ光-参照光時間差調整手段と、プローブ光と参照光とが合波されることによって形成された干渉縞を撮像する撮像素子を備え、前記第2導光手段と前記撮像素子の間に、前記第2導光手段によって導光された前記光学顕微鏡からの光を、2次元座標を構成する一方の座標軸方向に波長が展開され、他方の座標軸方向に時間が展開された2次元光波に変換する2次元光波変換光学系が配置されている顕微鏡装置であって、
前記分岐手段が、ポンプ光とプローブ光を空間的に分離するポンプ光-プローブ光空間分離手段と、前記光学顕微鏡内の試料に到達するポンプ光とプローブ光との時間差を調整するポンプ光-プローブ光時間差調整手段とを有し、さらに、
参照光とそれ以外の光を分岐する参照光分岐手段と、
前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段を介して分離され、かつ、前記光学顕微鏡内の試料を通過した光からプローブ光のみを抽出するプローブ光抽出手段を有することを特徴とする顕微鏡装置。
An optical microscope, a time-resolving spectroscopic unit, a first light guiding means for guiding light from the time-resolving spectroscopic unit to the inside of the optical microscope, and a second guide for guiding light from the optical microscope to the inside of the time-resolving spectroscopic unit. An optical means, and the time-resolved spectroscopic unit includes an ultrashort light pulse light source that oscillates an ultrashort light pulse, a branching means that branches the ultrashort light pulse into reference light, pump light, and probe light, and A multiplexing unit that combines the probe light guided by the second light guiding unit and the reference light; a probe light-reference light time difference adjusting unit that adjusts a time difference between the probe light reaching the multiplexing position and the reference light; includes an imaging device for imaging the interference fringes formed by the reference beam and the probe light are multiplexed, between said second light guiding means and the imaging device, the light guide by the second light guiding means Optical microscope The light from the wavelength in the coordinate axis direction of the one constituting the two-dimensional coordinates are deployed, the microscope time in the other coordinate axis are arranged two-dimensional light waves conversion optical system for converting a two-dimensional optical wave deployment device Because
Pump light-probe light spatial separation means for spatially separating the pump light and probe light, and the pump light-probe for adjusting the time difference between the pump light and the probe light reaching the sample in the optical microscope. Optical time difference adjusting means, and
A reference light branching means for branching the reference light and other light, and
A microscope apparatus comprising probe light extraction means for extracting only probe light from light separated through the pump light-probe light spatial separation means and having passed through a sample in the optical microscope.
前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段を介して分離され、かつ、前記参照光分岐手段を介して参照光側に分岐された光から参照光のみを抽出する参照光抽出手段を有することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡装置。   Reference light extraction means for extracting only reference light from the light separated through the pump light-probe light space separation means and branched to the reference light side through the reference light branching means, The microscope apparatus according to claim 1. 前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、所定肉厚を有する透明な平行平板の両面に半透過反射面を備えて構成された半透過反射素子と、前記半透過反射素子の一方の半透過反射面からの光を該一方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子の他方の半透過反射面からの光を該他方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子を有して構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light space separating means includes a transflective element having a transflective surface on both surfaces of a transparent parallel plate having a predetermined thickness, and one transflective reflection of the transflective element. A reflective element having a reflective surface for reflecting light from the surface toward the one semi-transmissive reflective surface, and directing light from the other semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element to the other semi-transmissive reflective surface The microscope apparatus according to claim 1, further comprising a reflective element having a reflective surface that reflects light. 前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子を有して構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light space separating means reflects the semi-transmissive reflective element and one of the light transmitted through the semi-transmissive reflective element and the reflected light to guide the semi-transmissive reflective element to the semi-transmissive reflective element And a reflective element having one reflective surface for reflecting the other light from the transflective element toward the transflective element. The microscope apparatus according to 1 or 2. 前記2つの反射面を有する反射素子が、2枚のミラーであることを特徴とする請求項4に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 4, wherein the reflection element having the two reflection surfaces is two mirrors. 前記2つの反射面を有する反射素子が、直角をなす2つの面にそれぞれ反射面を備えた直角プリズムであることを特徴とする請求項4に記載の顕微鏡装置。   5. The microscope apparatus according to claim 4, wherein the reflection element having the two reflection surfaces is a right-angle prism having reflection surfaces on two surfaces forming a right angle. 前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射する2枚のミラーと、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子と、前記2枚のミラーで反射された光を反射する反射面と前記1つの反射面を有する反射素子で反射された光を透過する透過面を有するプリズムを有し、該プリズムの反射面で反射された光の光軸と該プリズムの透過面から射出した光の光軸とが平行となるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light space separating means includes a transflective element, two mirrors that reflect one of the light transmitted through the transflective element and the reflected light, and the transflective element. A reflection element having one reflection surface for reflecting the other light of the light toward the transflective element, a reflection surface for reflecting light reflected by the two mirrors, and a reflection element having the one reflection surface So that the optical axis of the light reflected by the reflecting surface of the prism and the optical axis of the light emitted from the transmitting surface of the prism are parallel to each other. The microscope apparatus according to claim 1, wherein the microscope apparatus is configured. 前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズと、該レンズからの光を反射する1つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を反射する1つの反射素子とで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light space separating means includes a transflective element, a lens that is shifted with respect to the incident optical axis of one of the light transmitted through and reflected by the transflective element, 3. A reflecting element having one reflecting surface for reflecting light from the lens and one reflecting element for reflecting the other light from the transflective element. The microscope apparatus described in 1. 前記半透過反射素子が、1つの半透過反射面を備えて構成されていることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to any one of claims 4 to 8, wherein the transflective element includes one transflective surface. 前記半透過反射素子が、所定肉厚を有する透明な平行平板の両面に半透過反射面を備えて構成されていることを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to any one of claims 4 to 8, wherein the transflective element includes a transflective surface on both surfaces of a transparent parallel plate having a predetermined thickness. 前記ポンプ光-プローブ光空間分離手段が、ポンプ光とプローブ光との空間的な分離量を調整可能な空間分離量調整手段を備えていることを特徴とする請求項4〜10のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The said pump light-probe light space separation means is equipped with the space separation amount adjustment means which can adjust the spatial separation amount of pump light and probe light, The any one of Claims 4-10 characterized by the above-mentioned. The microscope apparatus described. 前記空間分離量調整手段が、前記2つの反射面を有する反射素子を前記一方の光の入射光軸に対して垂直な方向に移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに従属する請求項11に記載の顕微鏡装置。   The space separation amount adjusting means comprises a moving means capable of moving a reflecting element having the two reflecting surfaces in a direction perpendicular to an incident optical axis of the one light. The microscope apparatus according to claim 11, depending on any one of 4 to 6. 前記空間分離量調整手段が、前記2枚のミラーのうちいずれか一方のミラーを該一方ミラーへの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項7に従属する請求項11に記載の顕微鏡装置。   The space separation amount adjusting means includes a moving means capable of moving one of the two mirrors along an incident optical axis of light to the one mirror. 12. The microscope apparatus according to claim 11, which is dependent on item 7. 前記空間分離量調整手段が、前記プリズムを前記2枚のミラーを経て該プリズムに入射する光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項7に従属する請求項11に記載の顕微鏡装置。   The subordinate to claim 7, wherein the space separation amount adjusting means comprises moving means capable of moving the prism along an optical axis incident on the prism through the two mirrors. Item 12. The microscope apparatus according to Item 11. 前記空間分離量調整手段が、前記一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズを、該一方の光の入射光軸に対して垂直に移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項8に従属する請求項11に記載の顕微鏡装置。   The space separation amount adjusting means is constituted by a moving means capable of moving a lens shifted with respect to the incident optical axis of the one light perpendicularly to the incident optical axis of the one light. The microscope apparatus according to claim 11, which is dependent on claim 8. 前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、前記半透過反射素子の一方の半透過反射面からの光を該一方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子の他方の半透過反射面からの光を該他方の半透過反射面に向けて反射する反射面を有する反射素子のいずれかを、当該半透過反射面からの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項3に記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light time difference adjusting means includes a reflective element having a reflective surface that reflects light from one semi-transmissive reflective surface of the semi-transmissive reflective element toward the one semi-transmissive reflective surface, and the semi-transmissive Any one of the reflective elements having a reflective surface that reflects light from the other semi-transmissive reflective surface of the reflective element toward the other semi-transmissive reflective surface is arranged along the incident optical axis of the light from the semi-transmissive reflective surface. The microscope apparatus according to claim 3, wherein the microscope apparatus is configured to be movable. 前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、1つの半透過反射面を備えた半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子と、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、該半透過反射素子からの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項4〜6、請求項4〜6のいずれかに従属する、請求項9〜12のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light time difference adjusting means reflects the semi-transmissive reflective element having one semi-transmissive reflective surface and one of the light transmitted through the semi-transmissive reflective element and the reflected light to reflect the semi-transmissive reflective element. One of a reflective element having two reflective surfaces for guiding to the transmissive reflective element and a reflective element having one reflective surface that reflects the other light from the semi-transmissive reflective element toward the semi-transmissive reflective element, It is comprised by the moving means which can move along the incident optical axis of the light from a transflective element, The subordinate to any one of Claims 4-6 and Claims 4-6 characterized by the above-mentioned. The microscope apparatus in any one of -12. 前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、1つの半透過反射面を備えた半透過反射素子と、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2枚のミラーと、該半透過反射素子からの他方の光を該半透過反射素子に向けて反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、該半透過反射素子からの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項7、請求項7に従属する、請求項9〜11、13、14のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light time difference adjusting means reflects the semi-transmissive reflective element having one semi-transmissive reflective surface and one of the light transmitted through the semi-transmissive reflective element and the reflected light to reflect the semi-transmissive reflective element. Either of the two mirrors for guiding to the transflective element and the reflective element having one reflecting surface for reflecting the other light from the transflective element toward the transflective element, the transflective element 15. It is comprised by the moving means which can move along the incident optical axis of the light from following, Claims 9-11, 13 and 14 which depend on Claim 7 characterized by the above-mentioned. Microscope equipment. 前記ポンプ光-プローブ光時間差調整手段が、前記半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光の入射光軸に対してシフト配置されたレンズ及び該レンズからの光を反射する1つの反射面を有する反射素子と、前記半透過反射素子からの他方の光を反射する1つの反射面を有する反射素子のいずれかを、該半透過反射素子からの光の入射光軸に沿って移動可能な移動手段で構成されていることを特徴とする請求項8、請求項8に従属する請求項9〜11、15のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The pump light-probe light time difference adjusting unit reflects the light shifted from the incident optical axis of one of the light transmitted through the transflective element and the reflected light, and the light from the lens. Either a reflecting element having one reflecting surface or a reflecting element having one reflecting surface that reflects the other light from the semi-transmissive reflecting element is arranged along the incident optical axis of light from the semi-transmissive reflecting element. The microscope apparatus according to any one of claims 9 to 11 and 15, which is dependent on claim 8 and claim 8, characterized in that the microscope apparatus is configured to be movable. 前記プローブ光抽出手段が、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材で構成されていることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 19, wherein the probe light extraction unit is configured by a light shielding member having an opening through which only the probe light passes. 前記プローブ光抽出手段が、更に、前記半透過反射素子と該半透過反射素子を透過する光路に設けられた反射素子との間、又は前記半透過反射素子と該半透過反射素子を反射する光路に設けられた反射素子との間に配置されたλ/4板と、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に配置された偏光板とを備えていることを特徴とする請求項3又は請求項8に従属する、請求項20に記載の顕微鏡装置。   The probe light extraction unit further includes an optical path between the transflective element and a reflective element provided in an optical path that transmits the transflective element, or an optical path that reflects the transflective element and the transflective element. A λ / 4 plate disposed between the reflection element and a polarizing plate disposed on a light-shielding member having an opening through which only the probe light is transmitted. 21. The microscope apparatus according to claim 20, which is dependent on claim 3 or claim 8. 前記プローブ光抽出手段が、更に、前記半透過反射素子と該半透過反射素子を透過する光及び反射する光のうち一方の光を反射して該半透過反射素子に導く2つの反射面を有する反射素子との間にλ/4板を備えると共に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に偏光板を備えて構成されていることを特徴とする請求項4に従属する、請求項20に記載の顕微鏡装置。   The probe light extraction unit further includes two reflecting surfaces that reflect one of the transflective element and the light transmitted through the transflective element and the reflected light and guide the light to the transflective element. Dependent on claim 4, comprising a λ / 4 plate between the reflection element and a polarizing plate on the passage side of a light shielding member having an opening through which only the probe light passes. The microscope apparatus according to claim 20. 前記プローブ光抽出手段が、更に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた遮光部材の通過側に、前記プローブ光のみを通過させる開口を備えた第2の遮光部材を挟んで構成されたビームエキスパンダを備えて構成されていることを特徴とする請求項20に記載の顕微鏡装置。   The probe light extracting means further includes a beam formed by sandwiching a second light-shielding member having an opening for allowing only the probe light to pass through a passage side of the light-shielding member having an opening for allowing only the probe light to pass. The microscope apparatus according to claim 20, comprising an expander. 前記参照光抽出手段が、前記参照光のみを通過させる開口を備えた遮光部材で構成されていることを特徴とする請求項2、請求項2に従属する請求項3〜23のいずれかに記載の顕微鏡装置。   24. The reference light extraction unit according to claim 2, wherein the reference light extraction unit includes a light shielding member having an opening that allows only the reference light to pass therethrough. Microscope equipment.
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JP2009198903A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Olympus Corp Optical equipment
WO2017169788A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 浜松ホトニクス株式会社 Pulse light generation device, light irradiation device, optical processing device, optical response measurement device, microscope device, and pulse light generation method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02216435A (en) * 1989-02-17 1990-08-29 Nec Corp Time division spectroscopic method
JP3513566B2 (en) * 1995-03-24 2004-03-31 独立行政法人産業技術総合研究所 Optical interface dimension measuring device
JP2003083905A (en) * 2001-09-11 2003-03-19 Seiko Instruments Inc Sample analyzer based on measurement of surface displacement of sample
JP3533651B1 (en) * 2002-09-20 2004-05-31 独立行政法人 科学技術振興機構 Time-resolved nonlinear susceptibility measurement system
JP4009620B2 (en) * 2004-06-21 2007-11-21 オリンパス株式会社 Microscope equipment

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