JP4895522B2 - Microscope equipment - Google Patents

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Description

本発明は、顕微鏡観察下において、微小領域内から発生するコヒーレントな信号光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 of coherent signal light generated from 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。   As a conventional technique for performing time-resolved spectroscopy using a microscope, for example, there is one described in Patent Document 1 below.

また、顕微鏡を利用して微小領域内から発生するコヒーレントな信号光の観察を可能にする従来の技術として、例えば、次の特許文献2に記載のようなコヒーレントアンチストークスラマン散乱光を利用したものがある。
特開平5−72480号公報 特開2002−107301号公報
In addition, as a conventional technique that enables observation of coherent signal light generated from within a minute region using a microscope, for example, using coherent anti-Stokes Raman scattered light as described in Patent Document 2 below There is.
JP-A-5-72480 JP 2002-107301 A

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.

一般に、ラマン散乱光は、入射する光の周波数を中心に高周波側と低周波側に生成される。高周波側(高エネルギー側)のラマン散乱光をアンチストークスラマン散乱光、低周波側(低エネルギー側)のラマン散乱光をストークスラマン散乱光という。ラマン散乱光の検出の際には、同時に試料から発生する蛍光がノイズとなる。ただし、蛍光は入射される光よりも低エネルギー側に生じるので、アンチストークスラマン散乱光を検出に用いた方が、蛍光によるノイズの影響を少なくすることができる。   In general, Raman scattered light is generated on the high frequency side and the low frequency side around the frequency of incident light. The Raman scattered light on the high frequency side (high energy side) is called anti-Stokes Raman scattered light, and the Raman scattered light on the low frequency side (low energy side) is called Stokes Raman scattered light. At the time of detecting Raman scattered light, the fluorescence generated from the sample simultaneously becomes noise. However, since fluorescence is generated at a lower energy side than incident light, the influence of noise due to fluorescence can be reduced by using anti-Stokes Raman scattering light for detection.

コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS:Coherent Anti−Stokes Raman Scattering)は、周波数の異なる2つの光の周波数差によって、例えば分子振動を誘起(励起)させたときに、いずれかの周波数の光の一部が分子振動のドップラー変調を受けてアンチストークスラマン散乱光が通常よりも増幅され、しかもコヒーレントな状態で発生する現象である。
ラマン散乱に寄与する分子集団の振動は、通常、全くランダムである。このため、ラマン散乱光もランダムで相関を持たずに生成される。これに対して、CARSでは、周波数の異なる2つの光の周波数差を、照射対象とする分子集団の固有振動周波数に一致させている。このようにすることで、これら分子集団の振動状態を、コヒーレントな状態にすることができる。この結果、コヒーレントな分子集団の振動のドップラー変調を受けて、アンチストークスラマン散乱光発生するが、このアンチストークスラマン散乱光もコヒーレントな状態で検出される。このコヒーレントなアンチストークスラマン散乱光を、CARS光と呼ぶ。
Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) is a part of light at any frequency when, for example, molecular vibration is induced (excited) by a frequency difference between two lights having different frequencies. Is a phenomenon in which anti-Stokes Raman scattered light is amplified more than usual due to Doppler modulation of molecular vibrations, and in a coherent state.
The vibration of the molecular population contributing to Raman scattering is usually quite random. For this reason, the Raman scattered light is also generated randomly and without correlation. On the other hand, in CARS, the frequency difference between two lights having different frequencies is matched with the natural vibration frequency of the molecular group to be irradiated. By doing in this way, the vibration state of these molecular groups can be made into a coherent state. As a result, anti-Stokes Raman scattering light is generated by receiving Doppler modulation of the vibration of the coherent molecular group, and this anti-Stokes Raman scattering light is also detected in a coherent state. This coherent anti-Stokes Raman scattering light is called CARS light.

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、超短波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。   As an observation method for measuring a change in physical properties that occurs in a short time region, for example, there is a pump-probe spectroscopy using an ultrashort 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.

特許文献2に示されているこのCARSという手法と、ポンプ‐プローブ分光法を組み合わせることで、特許文献1に示されているような時間分解計測が行われている。この手法では、試料内の分子振動を励起して、コヒーレントアンチストークスラマン散乱光(CARS光)を発生させるための周波数の異なる2つの光を、同時に照射する。このとき、その2つの光をポンプ光とみなし、発生するCARS光をプローブ光とみなす。また、ポンプ光の一部を参照光として用いる。もしくは、ポンプ光の一部をCARS光の波長と同程度に波長変換し、この波長変換した光を参照光として用いてもよい。そして、CARS光と参照光の干渉縞からCARS光の時間変化を検出することによって、周波数差によって誘起(励起)された分子振動がどのくらいの時間で緩和(減衰)していくかの情報が得られる。
この緩和時間は、対象とされている分子回りの環境の変化(例えば、構造の変化、化学変化等)に大きく起因するので、分子レベルでの構造解析や物性の研究に有効な情報を得ることができる。
By combining this CARS method disclosed in Patent Document 2 and pump-probe spectroscopy, time-resolved measurement as shown in Patent Document 1 is performed. In this method, two vibrations having different frequencies for exciting coherent anti-Stokes Raman scattering light (CARS light) by exciting molecular vibrations in the sample are simultaneously irradiated. At this time, the two lights are regarded as pump light, and the generated CARS light is regarded as probe light. A part of the pump light is used as reference light. Alternatively, part of the pump light may be wavelength-converted to the same degree as the CARS light, and the wavelength-converted light may be used as the reference light. Then, by detecting the time change of the CARS light from the interference fringes of the CARS light and the reference light, information on how long the molecular vibration induced (excited) by the frequency difference is relaxed (attenuated) is obtained. It is done.
This relaxation time is largely due to changes in the environment around the target molecule (for example, structural changes, chemical changes, etc.), so we can obtain information useful for structural analysis and physical property studies at the molecular level. Can do.

ところが、従来の技術には、次のような問題点があった。
通常、分子振動の緩和時間は、非常に短いため、信号光の波形(時間的な変化)を検出することは非常に難しい。これを可能とする手法は2つある。1つは、発生するCARS光とそれに可干渉な参照光との間の時間差Δtをずらし、そのつど干渉縞のコントラストを検出する手法である。もう一つは、第1の光と第2の光を同時に照射して、試料内分子振動を励起させ、この瞬間からΔtだけ時間をずらしたときに第1の光のみを照射して、発生するCARS光を検出する方法である。いずれもΔtが増すに従って図21に示すように指数関数的に減衰していく。
つまり、上述のような従来の技術による方法を用いた顕微鏡装置では、図21に示した1つのグラフを生成するために何度も測定を繰り返す必要があり、計測に非常に多くの時間を要するという問題があった。特に、1回の測定で破壊されてしまうような試料に対しては、計測自体が成り立たなかった。
However, the conventional techniques have the following problems.
Usually, since the relaxation time of molecular vibration is very short, it is very difficult to detect the waveform of signal light (temporal change). There are two approaches that make this possible. One is a method of detecting the contrast of the interference fringes each time by shifting the time difference Δt between the generated CARS light and the coherent reference light. The other is to irradiate the first light and the second light at the same time to excite molecular vibrations in the sample, and to emit only the first light when the time is shifted by Δt from this moment. This is a method for detecting CARS light. In any case, as Δt increases, it decays exponentially as shown in FIG.
That is, in the microscope apparatus using the method according to the conventional technique as described above, it is necessary to repeat the measurement many times in order to generate one graph shown in FIG. 21, and the measurement takes a very long time. There was a problem. In particular, measurement itself was not possible for a sample that would be destroyed by a single measurement.

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CARSの時間分解分光計測を、従来と比較して、少ない計測回数、計測時間で行う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 circumstances, and at the same time, observation of a very small region and, at the same time, time-resolved spectroscopic measurement of CARS subjected to modulation in a femto to picosecond region is compared with the conventional one. An object of the present invention is to provide a microscope apparatus that can be performed with a small number of times of measurement and measurement time.

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を有する顕微鏡装置であって、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、中心周波数が互いに異なる第1の光と第2の光を発振する光源部と、前記光源部で発振された前記第1の光と第2の光とを互いの光路が平行となるようにして同じ方向に導く第1合波手段と、前記第1合波手段からの前記第1の光及び第2の光を前記顕微鏡内の試料に向かう一方の光路と該顕微鏡内の試料に向かわない他方の光路との2方向に夫々分岐する分岐手段と、前記光学顕微鏡内の試料に到達する前記第1の光と第2の光との時間差を調整する第1時間差調整手段と、前記第1導光手段を介して前記光学顕微鏡本体内部に導かれた前記第1の光及び第2の光を試料へ照射することにより、該第1の光及び第2の光の周波数差に共鳴する試料内分子振動が誘起される結果、該試料から発生し、前記第2導光手段によって導かれたコヒーレントな信号光を、参照光として選ぶ前記他方の光路を通る前記第1の光及び第2の光の何れか一方の光と合波する第2合波手段と、前記第2合波手段による合波位置に到達する、前記コヒーレントな信号光と前記参照光との時間差を調整する第2時間差調整手段と、前記コヒーレントな信号光と前記他方の光路を通る前記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 is a microscope apparatus having an optical microscope and a time-resolved spectroscopic unit, and first light guiding means for guiding light from the time-resolved spectroscopic unit to the inside of the optical microscope. And second light guiding means for guiding the light from the optical microscope to the inside of the time-resolving spectroscopic unit, and the time-resolving spectroscopic unit oscillates the first light and the second light having different center frequencies. A light source unit, a first multiplexing unit for guiding the first light and the second light oscillated by the light source unit in the same direction so that their optical paths are parallel to each other; and the first multiplexing unit Branching means for branching the first light and the second light from the light beam in two directions, one optical path toward the sample in the microscope and the other optical path not directed to the sample in the microscope, and the optical microscope The first to reach the sample in A first time difference adjusting means for adjusting a time difference between the first light and the second light; and irradiating the sample with the first light and the second light guided into the optical microscope main body through the first light guiding means. As a result, in-sample molecular vibration that resonates with the frequency difference between the first light and the second light is induced. As a result, the coherent signal light generated from the sample and guided by the second light guide means At the multiplexing position by the second multiplexing means, the second multiplexing means for multiplexing either the first light or the second light passing through the other optical path selected as the reference light A second time difference adjusting unit that adjusts a time difference between the coherent signal light and the reference light that arrives, and the coherent signal light and the reference light that passes through the other optical path are combined. And an image sensor for imaging the interference fringes. Between means and the imaging device, the light from the light that is led the light microscope by the second light guiding means, one wavelength in the coordinate axis direction for constituting a two-dimensional coordinate is expanded, the time in the other coordinate axis Is characterized in that a two-dimensional light wave conversion optical system for converting into a two-dimensional light wave is developed .

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the two-dimensional light wave conversion optical system has a beam expander, a first diffraction grating, a first lens having a positive refractive power, a filter, and a positive refractive power. A relay optical system having a second lens, a second diffraction grating, and a reduction magnification; wherein the first diffraction grating is disposed in the vicinity of a front focal position of the first lens; Arranged in the vicinity of the rear focal position and 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 on the conjugate plane of the first diffraction grating. It is preferable that the diffraction angle generated by the first diffraction grating of each wavelength component constituting the incident light is compensated and diffracted in the same direction.

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, the tilt angle of the image pickup surface of the image pickup element may be set to be equal to the inclination angle of the image pickup element by the relay optical system in which the first diffraction grating is arranged to be inclined with respect to the first lens. It is preferable to be smaller than the tilt angle of the first diffraction grating.

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the beam expander is formed of a rotationally symmetric lens, and the first lens and the second lens are formed of cylindrical lenses.

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the beam expander includes a cylindrical lens, and the first lens and the second lens are rotationally symmetric lenses.

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, 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 have 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 includes the light transmission region, It is preferably formed in an inclined direction with respect to both the x-axis and the y-axis.

また、本発明の顕微鏡装置においては、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のが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, 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, One diffraction grating has a grating shape that diffracts incident light only in the x-axis 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 However, it has a grating shape that diffracts incident light so that diffraction angles in directions along the y-axis are different, and the second diffraction grating is incident so as to be parallel to the optical axis of the relay optical system. It preferably has a grating shape for diffracting light.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記光源部が、前記第1の光を発振する第1光源と、前記第2の光を発振する第2光源と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 light source unit includes a first light source that oscillates the first light and a second light source that oscillates the second light.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記光源部が、前記第1の光と第2の光を含んだ光を発振する光源と、該光源で発振された光を前記第1の光と第2の光とに分岐する発振光分岐手段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 light source unit oscillates light including the first light and the second light, and the light oscillated by the light source is the first light and the first light. It is preferable to have an oscillation light branching means for branching into two light beams.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記第1光源と前記第2光源が、いずれも超短光パルス光源であるのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the first light source and the second light source are both ultrashort light pulse sources.

また、本発明の顕微鏡装置においては、前記第1の光と第2の光を含んだ光を発振する光源が、超短光パルス光源であるのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the light source that oscillates the light including the first light and the second light is an ultrashort light pulse light source.

また、本発明の顕微鏡装置においては、更に、前記第1の光、第2の光のいずれかの光を、コヒーレントな信号光の波長とほぼ等しい波長に変換する波長変換手段を備えるのが好ましい。   In the microscope apparatus of the present invention, it is preferable that the microscope apparatus further includes wavelength conversion means for converting either the first light or the second light into a wavelength substantially equal to the wavelength of the coherent signal light. .

本発明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CARSの時間分解分光計測を、従来と比較して、少ない計測回数、計測時間で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, the time-resolved spectroscopic measurement of CARS subjected to the modulation of the femto to picosecond region at the same time as the observation of a very small region has a smaller number of times of measurement and the measurement time than the conventional one. A microscope apparatus that can be performed with the above is obtained.

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て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 by paying attention to the technique for measuring this time resolution.

上記時間分解能の計測技術を、図18を用いて説明する。
図18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. 18 is a perspective view showing a schematic configuration of a two-dimensional light wave conversion optical system according to a waveform measurement technique for 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18の構成を用いた装置において、変調を受けた超短光パルスの時間分解分光を計測する過程について説明する。
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について、その時間分解分光について考える。
A process of measuring time-resolved spectroscopy of a modulated ultrashort light pulse in the apparatus using the configuration of FIG. 18 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, the 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19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. 19, 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20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. 20, 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20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. 20, 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、CARSを利用した微小領域の観察・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 pays attention to the fact that the above-described two-dimensional light wave conversion optical system is effective even in observation / measurement of a micro area using CARS, and comes up with the idea of using the two-dimensional light wave conversion optical system in a microscope apparatus. It came to. By doing so, it is possible to simultaneously observe a very small area and time-resolved spectroscopic measurement in the microscope apparatus.

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とを有すると共に、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。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-resolving spectroscopic unit 80, and includes a first light guide unit 91 and a second light guide unit 92. . The first light guide 91 guides the light from the time-resolved spectroscopic unit 80 to the inside of the microscope 70. The second light guiding 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、第1光源51と、第2光源52と、第1合波手段55と、分岐手段6と、第2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、第2合波手段3と、撮像装置4を有して構成されている。
第1光源51、第2光源52は、夫々中心波長が異なる第1の光、第2の光を発振する(発生する)ように構成されている。なお、ここでの第1の光と第2の光は、いずれも超短パルス光である。
第1合波手段55は、第1の光と第2の光とを互いの光路が平行となるようにすると共に、両者を同じ方向に導くように構成されている。ここで、第1の光と第2の光は、顕微鏡70の試料Sに到達したときに、時間差が無いことが必要である。そこで、第1合波手段55は、第1時間差調整手段56を備えている。この第1時間差調整手段56は、第1の光と第2の光の光路長差を調整するように構成されている。
分岐手段6は、第1合波手段55からの第1の光及び第2の光を、顕微鏡70内の試料Sに向かう一方の光路(以下、信号光側光路とする。)と、顕微鏡70内の試料Sに向かわない他方の光路(以下、参照光側光路とする。)との2方向に分岐するように構成されている。なお、参照光側光路を進む光は、参照光として用いられる。
尚、第1光源51からの光と第2光源52からの光の間の時間差調整に関しては、図1に示した機構以外の構成でも、もちろんよい。例えば、第1の光源51と第2の光源52を、同調させて駆動してもよい。このような電気的手法によっても、2つの光の間における時間調整は可能である。
The time-resolving spectroscopic unit 80 includes a first light source 51, a second light source 52, a first multiplexing unit 55, a branching unit 6, a second time difference adjusting unit 10, a two-dimensional light wave converting unit 1, and a relay lens. 2, the second multiplexing means 3, and the imaging device 4.
The first light source 51 and the second light source 52 are configured to oscillate (generate) first light and second light having different center wavelengths. The first light and the second light here are both ultrashort pulse light.
The first multiplexing means 55 is configured to guide the first light and the second light in the same direction while making the optical paths of the first light and the second light parallel to each other. Here, when the first light and the second light reach the sample S of the microscope 70, it is necessary that there is no time difference. Therefore, the first multiplexing means 55 includes first time difference adjusting means 56. The first time difference adjusting means 56 is configured to adjust the optical path length difference between the first light and the second light.
The branching unit 6 uses the first light and the second light from the first multiplexing unit 55 as one optical path toward the sample S in the microscope 70 (hereinafter referred to as a signal light side optical path) and the microscope 70. The other optical path (hereinafter referred to as the reference light side optical path) that does not face the sample S is branched in two directions. The light traveling on the reference light side optical path is used as reference light.
It should be noted that the time difference adjustment between the light from the first light source 51 and the light from the second light source 52 may of course have a configuration other than the mechanism shown in FIG. For example, the first light source 51 and the second light source 52 may be driven in synchronization. The time adjustment between the two lights can be performed also by such an electrical method.

波長変換手段53は、CARS光の波長とほぼ等しく、且つ可干渉なコヒーレント光(波長変換光)を発生させるように機能する。波長変換光は、第1の光もしくは第2の光のいずれかの光を波長変換することで、得ることができる。あるいは、第1の光と第2の光の両方を使った波長変換によって、波長変換光を得ても良い。尚、第1、第2の光を波長変換をしなくても、これらの光がコヒーレントな信号光(CARS光)と可干渉である場合には、第1の光と第2の光に関して波長変換の必要はない。
第2合波手段3は、試料Sから発するCARS光と、参照光側光路を通る参照光(第1の光又は第2の光あるいは波長変換光)とを合波するように構成されている。
上述のように、信号光側光路では、CARS光が発生する。このCARS光と、参照光側光路を通る参照光は、第2合波手段3を介して撮像装置4に照射される。第2時間差調整手段10は、合波位置に到達するCARS光と参照光との時間差を無くして、合波位置で干渉縞が生成されるようにするために用いられる。すなわち、第2時間差調整手段10はは、CARS光と、参照光の光路長差を調整可能に構成されている。
第1導光手段91は、ミラーで構成されている。このミラーは、例えば、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、ミラーで構成されている。そいて、第1導光手段91と同様に、例えば、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 wavelength converting unit 53 functions to generate coherent light (wavelength converted light) that is substantially equal to the wavelength of the CARS light and that is coherent. The wavelength-converted light can be obtained by wavelength-converting either the first light or the second light. Alternatively, wavelength converted light may be obtained by wavelength conversion using both the first light and the second light. In addition, even if it does not carry out wavelength conversion of the 1st, 2nd light, when these lights are coherent signal light (CARS light) and coherence, it is a wavelength regarding 1st light and 2nd light. There is no need for conversion.
The second multiplexing means 3 is configured to multiplex the CARS light emitted from the sample S and the reference light (first light, second light, or wavelength converted light) passing through the reference light side optical path. .
As described above, CARS light is generated in the signal light side optical path. The CARS light and the reference light passing through the reference light side optical path are applied to the imaging device 4 via the second multiplexing means 3. The second time difference adjusting means 10 is used to eliminate the time difference between the CARS light reaching the multiplexing position and the reference light so that interference fringes are generated at the multiplexing position. That is, the second time difference adjusting means 10 is configured to be able to adjust the optical path length difference between the CARS light and the reference light.
The 1st light guide means 91 is comprised with the mirror. This mirror is fixed to a stage that can be adjusted in angle or position, for example. 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.
The 2nd light guide means 92 is also comprised with the mirror. Then, similarly to the first light guide unit 91, for example, it is fixed to a stage that can be adjusted in angle or position. 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は第2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 imaging surface of the imaging element 4 via the second multiplexing means 3.
Further, the multiplexing unit 3 is configured to reflect the reference light and irradiate the imaging surface of the imaging element 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、分岐手段6であるビームスプリッタ68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. And a fluorescent illumination optical system 77, a filter unit 772, a beam splitter 68 as a branching means 6, 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68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68を介して、第1の光と第2の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 68. The transmission illumination optical system 72 illuminates the sample S with the illumination light emitted from the transmission illumination light source 71 and irradiates the sample with the first light and the second light via the beam splitter 68. Can do. 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の全体構成を示す説明図、図4は図3の顕微鏡装置における第1合波手段55の構成を示す説明図、図5は図3の顕微鏡装置における2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、第2合波手段3、第2時間差調整手段10の構成を示す斜視図、図6は図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141上のCARS光の分布を示す説明図、図7は図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141の開口を示す説明図、図8は図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141を通過するCARS光の波長分布を示す説明図、図9は図3の顕微鏡装置における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10は図3の顕微鏡装置における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11は図3の顕微鏡装置における面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。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、第1合波手段55は、ミラー64と、微動ステージ65と、第1時間差調整手段56と、ビームスプリッタ62を有して構成されている。なお、図3、図4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92を構成するミラーである。
Next, a configuration unique to the present invention will be described in each embodiment.
(First embodiment)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the microscope apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the first multiplexing means 55 in the microscope apparatus of FIG. 3, and FIG. The perspective view which shows the structure of the two-dimensional light wave conversion means 1, the relay lens 2, the 2nd multiplexing means 3, and the 2nd time difference adjustment means 10 in a microscope apparatus, FIG. 6 is the CARS light on the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. FIG. 7 is an explanatory view showing the opening of the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. 3, FIG. 8 is an explanatory view showing the wavelength distribution of the CARS light passing through the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. Is an explanatory view showing a two-dimensional light wave distribution generated by the two-dimensional light wave converting means 1 in the microscope apparatus of FIG. 3, and FIG. 10 shows a diffraction grating array 15 used for the two-dimensional light wave converting means 1 in the microscope apparatus of FIG. To illustration, FIG. 11 is an explanatory view showing the inclination angle theta, the relationship φ with respect to the optical axis of the surface F3 'and face F4' in the microscope apparatus of FIG. 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 first multiplexing means 55 includes a mirror 64, a fine movement stage 65, a first time difference adjusting means 56, and a beam splitter 62. In FIGS. 3 and 4, 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 unit 92.

第1合波手段55は、第1の光と第2の光とを、互いの光路が平行となるようにして、同じ方向に導く。ここで、第1の光と第2の光は、試料Sに時間差がなく到達することが必要である。そこで、第1合波手段55には、第1時間差調整手段56が設けられている。第1合波手段55において、第1の光と第2の光は、試料Sに時間差がなく到達するように、それぞれの光路上を通る。
ミラー64は、第1光源51からの第1の光を、ビームスプリッタ62へ向けて反射する。ミラー64は、このような反射が生じるように配置されている。
The first multiplexing means 55 guides the first light and the second light in the same direction so that their optical paths are parallel to each other. Here, the first light and the second light need to reach the sample S without a time difference. Therefore, the first multiplexing means 55 is provided with first time difference adjusting means 56. In the first multiplexing means 55, the first light and the second light pass on the respective optical paths so as to reach the sample S without time difference.
The mirror 64 reflects the first light from the first light source 51 toward the beam splitter 62. The mirror 64 is arranged so that such reflection occurs.

第1時間差調整手段56は、ミラー561,562,563,564と、微動ステージ565とで構成されている。
ミラー561〜564は、第2光源52からの第2のパルス光を、ビームスプリッタ62へ向けて反射する、ミラー561〜564は、このような反射が生じるように、各々が配置されている。
The first time difference adjusting means 56 includes mirrors 561, 562, 563, 564 and a fine movement stage 565.
The mirrors 561 to 564 reflect the second pulse light from the second light source 52 toward the beam splitter 62. The mirrors 561 to 564 are arranged so that such reflection occurs.

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。ビームスプリッタ62は、このような反射と透過が生じるように配置されている。このような配置によって、ビームスプリッタ62は、2つの光を平行に分離した状態で、導光手段91のミラー912に入射させる。
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。そして、微動ステージ65はミラー64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。
The beam splitter 62 transmits the first light and reflects the second light. The beam splitter 62 is arranged so that such reflection and transmission occur. With such an arrangement, the beam splitter 62 causes the two lights to enter the mirror 912 of the light guide unit 91 in a state where the light is separated in parallel.
The fine movement stage 65 is configured to be able to move the mirror 64 in a direction along the optical axis of incidence on the mirror 64. The fine movement stage 65 has a function of adjusting the spatial separation amount of the first light with respect to the second light in combination with the mirror 64.

微動ステージ565は、ミラー562及びミラー563を、移動可能に構成されている。ミラー562及びミラー563は、ミラー562の入射光軸及びミラー563の射出光軸に沿う方向に移動する。また、微動ステージ565は、ミラー561及びミラー564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。なお、微動ステージ565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、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。   Fine movement stage 565 is configured to be able to move mirror 562 and mirror 563. The mirror 562 and the mirror 563 move in a direction along the incident optical axis of the mirror 562 and the outgoing optical axis of the mirror 563. Fine movement stage 565, in combination with mirror 561 and mirror 564, has a function as time difference adjusting means for adjusting the time difference between the second light and the first light. The fine movement stage 565 allows the first light and the second light to pass through the respective optical paths at the same timing in time, that is, the time difference between the first light and the second light. Used to eliminate.

ビームスプリッタ68は、分岐手段6として機能する。ビームスプリッタ68は、第1導光手段91を経た第1合波手段55からの2つの光の一部を反射し、残りの光を透過させる。このようにして、ビームスプリッタ68は、顕微鏡70内の試料Sに向かうポンプ光用の光路(信号光側光路)と、試料Sに向かわない参照光用の光路(参照光側光路)との2方向に、光を分岐する。
この結果、信号光側光路を通る第1の光と第2の光は、ポンプ光として、試料Sの同一な微小領域に、同時に照射される。そして、第1の光と第2の光の周波数差で、試料内の分子振動の励起が行なわれる。すると、例えば第1の光が、励起された分子振動によって変調を受けて、CARS光が生成される。このCARS光は、2次元光波変換手段1へ入射されることになる。
一方、参照光側光路を通る第1の光と第2の光のうち、第1の光は、参照光として用いられる。
The beam splitter 68 functions as the branching unit 6. The beam splitter 68 reflects part of the two lights from the first multiplexing means 55 that has passed through the first light guiding means 91 and transmits the remaining light. In this way, the beam splitter 68 has two optical paths for the pump light (signal light side optical path) directed to the sample S in the microscope 70 and the optical path for reference light (reference light side optical path) not directed to the sample S. Branch the light in the direction.
As a result, the first light and the second light passing through the signal light side optical path are simultaneously irradiated onto the same minute region of the sample S as pump light. Then, excitation of molecular vibration in the sample is performed by the frequency difference between the first light and the second light. Then, for example, the first light is modulated by the excited molecular vibration, and CARS light is generated. This CARS light is incident on the two-dimensional light wave converting means 1.
On the other hand, of the first light and the second light passing through the reference light side optical path, the first light is used as reference light.

ダイクロイックミラー78の反射側光路には、スペーシャルフィルタ66が設けられている。
スペーシャルフィルタ66は、CARS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、CARS光のみを開口66aを介して通過させる。一方、スペーシャルフィルタ66は、その他の光を遮光する。
また、ビームスプリッタ68の参照光側光路には、スペーシャルフィルタ67が設けられている。
スペーシャルフィルタ67は、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。
A spatial filter 66 is provided on the reflection side optical path of the dichroic mirror 78.
The spatial filter 66 functions as CARS light extraction means. That is, the spatial filter 66 allows only the CARS light to pass through the opening 66a among the light beams that are separated in parallel and incident. On the other hand, the spatial filter 66 blocks other light.
Further, a spatial filter 67 is provided in the reference light side optical path of the beam splitter 68.
The spatial filter 67 functions as a reference light extraction unit. 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.

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3中、34,115は光減衰素子である。   The two-dimensional light wave converting means 1 includes a beam expander 11, a diffraction grating 12, a first cylindrical lens 131 having a positive refractive power, a filter 141, a second cylindrical lens 132 having a positive refractive power, a diffraction It comprises a grid array 15. In FIG. 3, reference numerals 34 and 115 denote light attenuating elements.

第1導光手段91は、第1合波手段55から射出される光束が、ビームスプリッタ68に入射するように、ミラー911,912の位置又は角度を調整することができるようになっている。これにより、光束の射出角度を調整することができる。また、2つのミラー911,912の間隔を変えることで、光束の高さ(光束の入射位置)を調整することができる。   The first light guiding unit 91 can adjust the positions or angles of the mirrors 911 and 912 so that the light beam emitted from the first combining unit 55 enters the beam splitter 68. Thereby, the emission angle of the light beam can be adjusted. Further, the height of the light beam (incident position of the light beam) can be adjusted by changing the distance between the two mirrors 911 and 912.

また、第2導光手段92は、顕微鏡70に設けられたダイクロイックミラー78と、ミラー922とで構成されている。
リレーレンズ2は、レンズ21とレンズ22とで構成されている。リレーレンズ2は、第2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、レンズ21の焦点距離f21と、レンズ22の焦点処理f22は、リレーレンズ2全体で縮小倍率を持つようにf21>f22を満足する。
第2合波手段3は、ビームエキスパンダ33と、レンズ32と、ビームスプリッタ31とで構成されている。そして、第2合波手段3は、ビームスプリッタ31を介して、参照光を反射する。これにより、参照光は、撮像素子4の撮像面上を照射する。このため、撮像素子4の撮像面上には、2次元光波と参照光とで干渉縞パターンが形成される。なお、ここでの2次元光波は、CARS光に基づいて得られたものである。
Further, the second light guide unit 92 includes a dichroic mirror 78 provided in the microscope 70 and a mirror 922.
The relay lens 2 includes a lens 21 and a lens 22. The relay lens 2 is configured to form an image of a two-dimensional light wave on the imaging surface of the imaging element 4 via the second multiplexing means 3. Further, the focal length f21 of the lens 21 and the focal processing f22 of the lens 22 satisfy f21> f22 so that the relay lens 2 as a whole has a reduction magnification.
The second multiplexing means 3 includes a beam expander 33, a lens 32, and a beam splitter 31. Then, the second multiplexing unit 3 reflects the reference light via the beam splitter 31. Thereby, the reference light irradiates the imaging surface of the imaging device 4. For this reason, an interference fringe pattern is formed on the imaging surface of the imaging device 4 by the two-dimensional light wave and the reference light. Note that the two-dimensional light wave here is obtained based on CARS light.

このように構成された第1実施形態の顕微鏡装置において、時間分解分光を行う過程を説明する。
まず、顕微鏡70を介して、試料Sの観察を行う。観察方法としては、明視野観察、微分干渉観察、蛍光観察のいずれかを用いてもよい。適切な観察方法によって、所望する微小領域を、観察視野の中心に移動させる。ここで、所望する微小領域は、試料S内において時間分解分光を行う領域である。この移動は、試料台75のx−yステージ752を調整することによって行う。
A process of performing time-resolved spectroscopy in the microscope apparatus of the first embodiment configured as described above will be described.
First, the sample S is observed through the microscope 70. As an observation method, any of bright field observation, differential interference observation, and fluorescence observation may be used. A desired minute region is moved to the center of the observation field by an appropriate observation method. Here, the desired minute region is a region in the sample S where time-resolved spectroscopy is performed. This movement is performed by adjusting the xy stage 752 of the sample stage 75.

第1光源51及び第2光源52からは、第1の光及び第2の光が、夫々発振される。第1の光及び第2の光は、第1合波手段55を介して、互いの光路が平行となって同じ方向に導かれる。このとき、第1の光と第2の光は、それぞれ所定の光路を通る。このうち、第2の光は、第1時間差調整手段56を介して、時間調整が行なわれる。よって、第1の光と第2の光は、試料Sに到達するときの時間差がほぼ0となって、第1合波手段55から射出する。
次いで、第1の光及び第2の光は、導光手段91を経て、ビームスプリッタ68に入射する。
ビームスプリッタ68で反射された第1の光と第2の光は、コンデンサレンズ722の入射瞳に入射する。このとき、第1の光と第2の光は、互いに平行な光路を辿っている。そして、第1の光と第2の光は、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。試料Sの同一微小領域に第1の光と第2の光が照射されると、その周波数差に共鳴した試料S内の特定の分子振動が励起される。この振動が励起された状態の分子に、第1の光又は第2の光(ここでは、第2の光)が入射する。そして、第1の光又は第2の光(ここでは、第2の光)が、その分子振動による変調を受けることによって、CARS光が発生する。このCARS光が、対物レンズ731、ダイクロイックミラー78、スペーシャルフィルタ66を介して、顕微鏡70の外部に取り出される。顕微鏡70から射出したCARS光は、第2導光手段92を介して、再び時間分解分光ユニット80の2次元光波変換手段1に入射する。
From the first light source 51 and the second light source 52, the first light and the second light oscillate, respectively. The first light and the second light are guided through the first multiplexing means 55 in the same direction with their optical paths parallel to each other. At this time, the first light and the second light respectively pass through predetermined optical paths. Among these, the second light is time-adjusted via the first time difference adjusting means 56. Therefore, the first light and the second light are emitted from the first multiplexing means 55 with a time difference of almost 0 when reaching the sample S.
Next, the first light and the second light enter the beam splitter 68 through the light guide unit 91.
The first light and the second light reflected by the beam splitter 68 enter the entrance pupil of the condenser lens 722. At this time, the first light and the second light follow optical paths that are parallel to each other. Then, the first light and the second light are irradiated to the same minute region of the sample S through the condenser lens 722. When the first light and the second light are irradiated to the same minute region of the sample S, specific molecular vibrations in the sample S that resonate with the frequency difference are excited. The first light or the second light (here, the second light) enters the molecule in a state where the vibration is excited. Then, the first light or the second light (here, the second light) is modulated by the molecular vibration to generate CARS light. This CARS light is extracted outside the microscope 70 via the objective lens 731, the dichroic mirror 78, and the spatial filter 66. The CARS light emitted from the microscope 70 enters the two-dimensional light wave conversion means 1 of the time-resolved spectroscopic unit 80 again through the second light guide means 92.

図5に示すように、ビームエキスパンダ11は、回転対称なレンズ111,112からなる。このビームエキスパンダ11は、CARS光の光束径を拡大して、回折格子12に斜入射させるように構成されている。
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、F1’面近傍に配置され、順次照射されるCARS光を、x軸方向に回折させる。F1’面は、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°)傾いた面である。
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CARS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6に示す。
As shown in FIG. 5, the beam expander 11 includes rotationally symmetric lenses 111 and 112. The beam expander 11 is configured to enlarge the beam diameter of the CARS light and make it 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 and diffracts sequentially irradiated CARS light in the x-axis direction. The F1 ′ plane is a 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.
The first cylindrical lens 131 distributes the wavelength component of the CARS light diffracted by the diffraction grating 12 on the rear focal plane F2. The distribution 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7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CARS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CARS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8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CARS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. 7, it has the elongate opening formed toward diagonally upward right from diagonally lower left. When the CARS 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 CARS 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. 8, filtering is performed so that different wavelengths are distributed in the y-axis direction. The CARS light transmitted through the opening of the filter 141 is incident on 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9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、CARS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、CARS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、CARS光の2次元光波とは、x軸方向に連続して多重化されたCARS光に時間遅延が生じ、かつ、y軸方向にはCARS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. 9, 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 CARS light has (1) a continuous time delay for the light at each position in the x-axis direction, and (2) each wavelength constituting the CARS light for the light at each position in the y-axis direction. Light is decomposed and distributed. Here, the two-dimensional light wave of CARS light means that a time delay occurs in the CARS light multiplexed continuously in the x-axis direction, and the light of each wavelength constituting the CARS 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10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9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、CARS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9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よって、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。
第1実施形態の顕微鏡装置では、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. 10, 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. 9, 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 CARS light can be aligned through 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. 9, since the two-dimensional light wave is developed with the wavelengths spatially separated in the y-axis direction on the F3 ′ plane, a diffraction grating array whose period is changed with respect to each wavelength. By preparing, the propagation direction after diffraction of each wavelength can be made uniform.
The microscope apparatus according to the first embodiment is configured such that the angular distribution of each wavelength after exiting the F3 ′ plane is 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とからなる。リレーレンズ2は、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11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とする。また、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. The relay lens 2 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 tilt angles θ and φ with respect to the optical axes 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 assumed to be f21 and f22, respectively. Further, the length of the two-dimensional light wave image S3 on the surface F3 ′ is L3, and the length of the two-dimensional light wave image S4 on the surface F4 ′ is L4. 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。よって、撮像素子4(時間分解分光用の撮像素子)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. Therefore, the influence of shading in the image sensor 4 (image sensor for time-resolved spectroscopy) can be reduced.

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、CARS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、CARS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。
第2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によって、2次元光波(CARS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。
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 a spectrogram of CARS light is generated as an interference fringe pattern. Thereby, the time change of the wavelength component contained in CARS light is measurable.
The second time difference adjusting means 10 includes mirrors 101, 102, and 103 and a fine movement stage 104. Then, by moving the mirrors 101 and 102 fixed to the fine movement stage 104 in the direction of the incident optical axis of the mirror 101, the optical path lengths of the two-dimensional light wave (CARS light) and the reference light can be adjusted to be approximately equal. it can.

(第2実施形態)
図12は本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡装置における2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、第2合波手段3、第2時間差調整手段10の構成を示す斜視図、図13は図12の顕微鏡装置における第1回折格子アレイ142上のCARS光の分布を示す説明図、図14は図12の顕微鏡装置における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12を示す説明図、図15は図12の顕微鏡装置における第1回折格子アレイ142によって回折されるCARS光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構成は、図1及び図2で示した構成と同じである。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a perspective view showing configurations of the two-dimensional light wave converting means 1, the relay lens 2, the second multiplexing means 3, and the second time difference adjusting means 10 in the microscope apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 14 is an explanatory view showing the distribution of CARS light on the first diffraction grating array 142 in the 12 microscope apparatus, and FIG. 14 is an explanatory view showing the first diffraction grating array 12 used in the two-dimensional light wave converting means 1 in the microscope apparatus of FIG. 15 is an explanatory diagram showing CARS light diffracted by the first diffraction grating array 142 in the microscope apparatus of FIG. The basic configuration of the entire microscope apparatus according to the second embodiment and the configuration of the microscope are the same as those shown in FIGS.

第2実施形態の顕微鏡装置は、時間分解分光ユニット80を構成する2次元光波変換手段1のみが、第1実施形態の顕微鏡装置と異なる。
第2実施形態の顕微鏡装置では、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14中、34,115は光減衰素子である。
The microscope apparatus according to the second embodiment is different from the microscope apparatus according to the first embodiment only in the two-dimensional light wave converting means 1 constituting the time-resolved spectroscopic unit 80.
In the microscope apparatus of the second embodiment, the two-dimensional light wave converting means 1 includes a cylindrical beam expander 11 ′, a diffraction grating 12, a first lens 133 having a positive refractive power, a first diffraction grating array 142, The second lens 134 has a positive refractive power and the second diffraction grating array 15. In FIG. 14, reference numerals 34 and 115 denote 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、CARS光の光束径を拡大して回折格子12に斜入射させるように構成されている。
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CARS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CARS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13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 increase the beam diameter of CARS light and make it 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 radiates CARS light to x Diffraction in the axial direction.
The first lens 133 distributes the wavelength component of the CARS light diffracted by the diffraction grating 12 on the rear focal plane F2. The 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14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、CARS光の各波長は、図15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. 14, diffraction gratings 142a to 142k having different lattice constants (periods) are formed side by side in the x-axis direction. As a result, each wavelength of the CARS light is diffracted at different diffraction angles in the direction along the y-axis via the diffraction gratings 142a to 142k as shown in FIG. 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9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、CARS光の2次元光波も、x軸方向に連続して多重化されたCARS光に時間遅延が生じ、かつ、y軸方向にはCARS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. 9, 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 CARS light here also causes a time delay in the CARS light multiplexed continuously in the x-axis direction, and the light of each wavelength constituting the CARS 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10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9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、CARS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9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12の顕微鏡装置では、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. 10, 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. 9, in the two-dimensional light wave on the surface F3 ′ in the vicinity of the rear focal plane F3 of the second lens 134, light of each wavelength is spatially separated in the y-axis direction. For this reason, the diffraction directions of the respective wavelengths of the CARS light can be aligned through 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. 9, since the two-dimensional light wave is developed with the wavelengths spatially separated in the y-axis direction on the F3 ′ plane, the diffraction grating array with the period changed for each wavelength. Can be used to align the propagation direction after diffraction of each wavelength.
In the microscope apparatus of FIG. 12, 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第1実施形態の顕微鏡装置と同様である。すなわち、顕微鏡観察下において、試料Sの微小領域を第1の光と第2の光で照射可能であり、第1の光と第2の光の周波数差で微小領域内の分子振動を励起することよって生成されたCARS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、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 microscope apparatus of the first embodiment. That is, under microscopic observation, the minute region of the sample S can be irradiated with the first light and the second light, and the molecular vibration in the minute region is excited by the frequency difference between the first light and the second light. Only the CARS light thus generated is converted into a spectrogram developed in time and wavelength. By doing so, time-resolved spectroscopy in a minute region becomes possible.

図16は第2実施形態における2次元光波変換手段1の変形例を示す説明図である。
図16の変形例では、2次元光波変換手段1は、図12の構成における回折格子12、及び回折格子アレイ142,15の夫々の回折格子が形成されている側の面に、夫々平行平板121,1421,151を備えている。その他の構成は図12の構成とほぼ同じである。
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、本変形例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. 16 is an explanatory view showing a modification of the two-dimensional lightwave conversion means 1 in the second embodiment.
In the modified example of FIG. 16, the two-dimensional light wave converting means 1 has parallel plates 121 on the surfaces of the diffraction grating 12 and the diffraction grating arrays 142 and 15 in the configuration of FIG. , 1421, 151. Other configurations are almost the same as those in 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 in the present modification, it is possible to prevent dust from adhering to the diffraction grating via the parallel plate.

その他、第1実施形態の顕微鏡装置において、回折格子12,15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16の構成と同様、回折格子へのゴミの付着防止効果が得られる。   In addition, in the microscope apparatus of the first embodiment, a parallel plate may be disposed on the surface of the diffraction gratings 12 and 15 on which 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 of FIG.

また、図17に示すように、本発明における光源部を、第1光源51及び第2光源の代わりに、第1の光を発生する超短光パルス光源5と、第1の光を第2、第3の光の光に変換するする波長変換手段54と、第1の光と第2、3の光とに分岐するビームスプリッタ62’とで構成してもよい。なお、図17中、560はビームスプリッタ62’で反射された光をミラー561へ向けて反射するミラーである。   In addition, as shown in FIG. 17, the light source unit of the present invention includes an ultrashort optical pulse light source 5 that generates the first light instead of the first light source 51 and the second light source, and the second light that is the second light. The wavelength converting means 54 for converting the light into the third light and the beam splitter 62 ′ branched into the first light and the second and third light may be used. In FIG. 17, reference numeral 560 denotes a mirror that reflects the light reflected by the beam splitter 62 ′ toward the mirror 561.

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請求項2、請求項2に従属する請求項3〜12のいずれかに記載の顕微鏡装置。 (1) A claim dependent on claim 2 or claim 2, wherein a parallel plate is provided on a surface side of each of the first diffraction grating and the second diffraction grating on which the respective diffraction gratings are formed. The microscope apparatus in any one of 3-12.

(2)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(1)に記載の顕微鏡装置。 (2) The microscope apparatus according to (1), 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生物学、医学、薬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 biology, medicine, and pharmacology where it is required to measure physical property changes that occur in a very small 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 1st Embodiment of this invention. 図3の顕微鏡装置における第1合波手段55の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the 1st multiplexing means 55 in the microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置における2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、第2合波手段3、第2時間差調整手段10の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the two-dimensional light wave conversion means 1, the relay lens 2, the 2nd multiplexing means 3, and the 2nd time difference adjustment means 10 in the microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141上のCARS光の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of CARS light on the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141の開口を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening of the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置におけるフィルタ141を通過するCARS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 CARS light which passes the filter 141 in the microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置における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 microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置における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 microscope apparatus of FIG. 図3の顕微鏡装置における面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 microscope apparatus of FIG. 本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡装置における2次元光波変換手段1、リレーレンズ2、第2合波手段3、第2時間差調整手段10の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the two-dimensional light wave conversion means 1, the relay lens 2, the 2nd multiplexing means 3, and the 2nd time difference adjustment means 10 in the microscope apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 図12の顕微鏡装置における第1回折格子アレイ142上のCARS光の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the CARS light on the 1st diffraction grating array 142 in the microscope apparatus of FIG. 図12の顕微鏡装置における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12を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st diffraction grating array 12 used for the two-dimensional light wave conversion means 1 in the microscope apparatus of FIG. 図12の顕微鏡装置における第1回折格子アレイ142によって回折されるCARS光を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the CARS light diffracted by the 1st diffraction grating array 142 in the microscope apparatus of FIG. 第2実施形態における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 2nd Embodiment. 上記各実施形態における光源部の一変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the light source part in each said embodiment. 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18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18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 spatially converted by the two-dimensional spatial conversion optical system of FIG. 従来のポンプ−プローブ法によって得られるコヒーレントな信号光の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the coherent signal beam | light obtained by the conventional pump-probe method.

符号の説明Explanation of symbols

2 リレーレンズ
3 第2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 第2時間差調整手段
11、33 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 レンズ
31、62、62’、735 ビームスプリッタ
34、115 光減衰素子
51 第1の光源
52 第2の光源
53、54 波長変換手段
55 第1合波手段
56 第1時間差調整手段
64、101、102、103、560、561、562、563、564、911、912、922 ミラー
65、104、565 微動ステージ
66、67 スペーシャルフィルタ
66a、67a 開口
68 ビームスプリッタ
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
121、1421、151 平行平板
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
721 コレクタレンズ
722 コンデンサレンズ
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
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
2 Relay lens 3 Second combining means 4 Image sensor, CCD
5 Ultrashort optical pulse light source 6 Branching means 10 Second time difference adjusting means 11, 33 Beam expander 11 ′ Cylindrical beam expander 12 Bragg diffraction grating 15 (Second) Diffraction grating array 21, 22, 32, 111, 112 Lens 31, 62, 62 ′, 735 Beam splitter 34, 115 Light attenuating element 51 First light source 52 Second light source 53, 54 Wavelength converting means 55 First multiplexing means 56 First time difference adjusting means 64, 101, 102, 103, 560, 561, 562, 563, 564, 911, 912, 922 Mirror 65, 104, 565 Fine movement stage 66, 67 Spatial filter 66a, 67a Aperture 68 Beam splitter 70 Microscope 71 Transmitted illumination light source 72 Transmitted illumination optical system 73 Observation optical system 74 Observation image sensor 75 Sample stage 76 For fluorescence Bright light source 77 Fluorescent illumination optical system 78 Dichroic mirror 80 Time-resolved spectroscopic unit 91 First light guide means 92 Second light guide means 113, 114 Cylindrical lenses 121, 1421, 151 Parallel plate 131 First cylindrical lens 132 Second cylindrical lens 133 First lens 134 Second lens 141 Filter 142 First diffraction grating array 721 Collector lens 722 Condenser lens 724 Polarizer 725 First DIC filter 731 Objective lens 732 Second DIC filter 733 Analyzer 734 Imaging lens 752 xy stage 772 filter Unit 7721 Excitation filter 7722 Dichroic mirror 7723 Absorption filter

Claims (12)

光学顕微鏡と時間分解分光ユニットを有する顕微鏡装置であって、
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、
中心周波数が互いに異なる第1の光と第2の光を発振する光源部と、
前記光源部で発振された前記第1の光と第2の光とを互いの光路が平行となるようにして同じ方向に導く第1合波手段と、
前記第1合波手段からの前記第1の光及び第2の光を前記顕微鏡内の試料に向かう一方の光路と、該顕微鏡内の試料に向かわない他方の光路との2方向に夫々分岐する分岐手段と、
前記光学顕微鏡内の試料に到達する前記第1の光と第2の光との時間差を調整する第1時間差調整手段と、
前記第1導光手段を介して前記光学顕微鏡本体内部に導かれた前記第1の光及び第2の光を試料へ照射することにより、該第1の光及び第2の光の周波数差に共鳴する試料内分子振動が誘起される結果、該試料から発生し、前記第2導光手段によって導かれたコヒーレントな信号光を、参照光として選ぶ前記他方の光路を通る前記第1の光及び第2の光の何れか一方の光と合波する第2合波手段と、
前記第2合波手段による合波位置に到達する、前記コヒーレントな信号光と前記参照光との時間差を調整する第2時間差調整手段と、
前記コヒーレントな信号光と前記他方の光路を通る前記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ことを特徴とする顕微鏡装置。
A microscope apparatus having an optical microscope and a time-resolved spectroscopic unit,
First light guiding means for guiding light from the time-resolved spectroscopic unit to the inside of the optical microscope and second light guiding means for guiding light from the optical microscope to the inside of the time-resolved spectroscopic unit;
The time-resolved spectroscopic unit is
A light source unit that oscillates a first light and a second light having different center frequencies;
First multiplexing means for guiding the first light and the second light oscillated by the light source unit in the same direction so that their optical paths are parallel to each other;
The first light and the second light from the first multiplexing means are branched in two directions, one optical path toward the sample in the microscope and the other optical path not toward the sample in the microscope, respectively. Branching means;
First time difference adjusting means for adjusting a time difference between the first light and the second light reaching the sample in the optical microscope;
By irradiating the sample with the first light and the second light guided into the optical microscope main body through the first light guide means, the frequency difference between the first light and the second light is obtained. As a result of inducing resonating molecular vibrations in the sample, the first light passing through the other optical path, which is selected from the coherent signal light generated from the sample and guided by the second light guiding means as reference light, and Second combining means for combining with any one of the second lights;
Second time difference adjusting means for adjusting a time difference between the coherent signal light and the reference light reaching the multiplexing position by the second multiplexing means;
An imaging device that images an interference fringe formed by combining the coherent signal light and the reference light passing through the other optical path;
The wavelength of the light from the optical microscope guided by the second light guiding unit between the second light guiding unit and the imaging element is expanded in the direction of one coordinate axis constituting the two-dimensional coordinate, and the other A microscope apparatus characterized in that a two-dimensional light wave conversion optical system that converts time into a two-dimensional light wave developed in the coordinate axis direction is arranged.
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に記載の顕微鏡装置。
The two-dimensional lightwave 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 diffraction grating. , Equipped with relay optical system with reduction magnification,
The first diffraction grating is disposed in the vicinity of the front focal position of the first lens;
The filter is disposed in the vicinity of the rear focal position of the first lens and the front focal position of the second lens;
The second diffraction grating is disposed in the vicinity of the rear focal position of the second lens and on the conjugate plane of the first diffraction grating, and is generated by the first diffraction grating of each wavelength component constituting incident light. The microscope apparatus according to claim 1, wherein the diffraction angle is compensated for diffraction in the same direction.
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請求項2に記載の顕微鏡装置。   The tilt angle of the imaging surface of the image sensor is smaller than the tilt angle of the first diffraction grating by the relay optical system in which the first diffraction grating is disposed to be inclined with respect to the first lens and has a reduction magnification. The microscope apparatus according to claim 2, wherein 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請求項2に記載の顕微鏡装置。
The beam expander is composed of a rotationally symmetric lens;
The microscope apparatus according to claim 2, wherein the first lens and the second lens are formed of cylindrical lenses.
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請求項2に記載の顕微鏡装置。
The beam expander is configured to include a cylindrical lens;
The microscope apparatus according to claim 2, wherein the first lens and the second lens are rotationally symmetric lenses.
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請求項4に記載の顕微鏡装置。
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 have 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,
The microscope apparatus according to claim 4, wherein the light transmission region is formed in an inclined direction with respect to both the x-axis and the y-axis.
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請求項5に記載の顕微鏡装置。
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 has a grating shape that diffracts incident light only in the x-axis direction;
The filter includes a plurality of diffraction regions formed in a direction along the x-axis, and each of the plurality of diffraction regions diffracts incident light so that diffraction angles in the direction along the y-axis are different from each other. Having a lattice shape,
The microscope apparatus according to claim 5, wherein the second diffraction grating has a grating shape that diffracts incident light so that the second diffraction grating is parallel to the optical axis of the relay optical system.
前記光源部が、前記第1の光を発振する第1光源と、前記第2の光を発振する第2光源とで構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The said light source part is comprised by the 1st light source which oscillates the said 1st light, and the 2nd light source which oscillates the said 2nd light, The any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. Microscope equipment. 前記光源部が、前記第1の光と第2の光を含んだ光を発振する光源と、該光源で発振された光を前記第1の光と第2の光とに分岐する発振光分岐手段を有して構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の顕微鏡装置。   The light source unit oscillates light including the first light and the second light, and oscillating light branching branches the light oscillated by the light source into the first light and the second light. The microscope apparatus according to claim 1, comprising a means. 前記第1光源と前記第2光源が、いずれも超短光パルス光源であることを特徴とする請求項8に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 8, wherein each of the first light source and the second light source is an ultrashort light pulse light source. 前記第1の光と第2の光を含んだ光を発振する光源が、超短光パルス光源であることを特徴とする請求項9に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 9, wherein the light source that oscillates the light including the first light and the second light is an ultrashort light pulse light source. 更に、前記第1の光、第2の光のいずれかの光を、コヒーレントな信号光の波長とほぼ等しい波長に変換する波長変換手段を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の顕微鏡装置。   Furthermore, wavelength conversion means for converting either the first light or the second light into a wavelength substantially equal to the wavelength of the coherent signal light is further provided. The microscope apparatus described in 1.
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