JP5208546B2 - 光パルス多重化ユニット及び当該ユニットを備えた照明装置及び顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、光パルス列を生成する光パルス多重化ユニット及び当該ユニットを備えた照明装置及び顕微鏡に関する。

従来、光パルスから複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス多重化技術の一つとして、例えば、特許文献１に記載されているような光パルス多重化ユニットが提案されている。

特許文献１に記載の光パルス多重化ユニットは、図８に示すように、入射光を分波して透過光及び反射光を生成する分波手段（ハーフミラー２）と、当該分波手段の一方側及び他方側に配設され前記透過光及び反射光をそれぞれ偏向して再び前記分波手段上の共通位置（集光点、照射点）で合波を行なわせる一対の光偏向手段（第１、第２のミラー１１、１２）と、前記一方側及び他方側の少なくとも一方に設けられ前記分波手段で分波されて再び前記分波手段上の共通箇所で合波する光相互間の光路に実質的な光路長差を与えることで前記分波手段により分波した透過光と反射光との間に時間遅延を与える遅延手段３１１、３１２・・・３１Ｎと、を含んで構成され、例えば、入射される単一の光パルスからパルス列（複数の光パルス）を生成することができるようにしたものである。

特開２００６−３０９１８７号公報

上述した特許文献１に記載の技術では、入射光として、時間間隔δを有した状態の連続する２色の（スペクトルの異なる）光パルスを用いた場合、各色のパルスから、遅延手段によって与えられる時間遅延Δを有した状態で時間軸に沿って並ぶ複数の光パルスが得られる。このような複数の光パルスは、２色の光パルスからそれぞれ生成されるため、全体としては、周期Δで時間軸に沿って並ぶ８つの２色性光パルスの列が生成される。

ここで、遅延手段における時間遅延Δを変更した場合、２色性光パルス列間の生成周期Δを可変に制御することは可能である。すなわち、特許文献１に記載の技術では、互いに異なるスペクトルを有する光パルスを各スペクトルにつき１つずつ含むパルス群が複数連なったパルス列において、複数のパルス群の間隔を可変に制御することは可能である。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、連続照射されたスペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを制御することはできない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、光パルス列を生成する装置において、時間軸に沿ってスペクトルの異なる光パルスが所望の時間間隔で順に並んでいる光パルス列を生成することができるようにした光パルス多重化ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、当該ユニットを備えた照明装置及び顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、
異なるスペクトルの光パルスを生成する異スペクトル光パルス生成手段と、
前記異スペクトル光パルス生成手段により生成された異なるスペクトルの光パルスの一方を他方に対して時間的に遅延或いは先行させ、第１の所定時間間隔で並ぶ異なるスペクトルの光パルスからなる第１の光パルス列を生成する第１の光パルス列生成手段と、
前記第１の光パルス列生成手段により生成された第１の光パルス列を分波して、分波された第１の光パルス列の一方を他方に対して時間的に遅延或いは先行させた後、両者を合波して、第２の所定時間間隔で並ぶ第１の光パルス列からなる第２の光パルス列を生成する第２の光パルス列生成手段と、を含んで構成したことを特徴とする光パルス多重化ユニットを提供できる。

本発明の好ましい態様によれば、前記第１の光パルス列生成手段は、
第１のハーフミラーを挟んで対向配置され、入射される異なるスペクトルの光パルスをそれぞれ偏向して、前記第１のハーフミラー上の所定箇所で合波を行わせる一対のミラーユニットを含み、
前記一対のミラーユニットのそれぞれは複数のミラーを有し、
前記一対のミラーユニットの一方は、他方に対して異なる光路長を有するように調整されており、
前記第１のハーフミラー上の所定箇所で合波した後、分波して前記第１の光パルス列を生成し、
前記第２の光パルス列生成手段は、
第２のハーフミラーを挟んで対向配置され、前記第１の光パルス生成手段により生成された前記第１の光パルス列をそれぞれ偏向して、前記第２のハーフミラー上の所定箇所で合波を行わせる一対のミラーユニットを含み、
前記一対のミラーユニットのそれぞれは複数のミラーを有し、
前記一対のミラーユニットの一方は、他方に対して異なる光路長を有するように調整されており、
前記第２のハーフミラー上の所定箇所で合波した後、分波して前記第２の光パルス列を生成することが望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対してバンドパスフィルタを通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することが望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをダイクロイックミラーを用いて、透過側と反射側とに異なるスペクトルの光パルスを出射させることで、異なるスペクトルの光パルスを生成することが望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対して回折格子及び絞りを通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することが望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対して非線形光学結晶を通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することが望ましい。

本発明の好ましい態様によれば、前記異スペクトル光パルス生成手段は、異なるスペクトルの光パルスを別々に出射可能な装置であることが望ましい。

本発明に係る照明装置は、本発明に係る光パルス多重化ユニットを含んで構成されることが望ましい。

本発明に係る顕微鏡は、本発明に係る照明装置を有することを特徴とすることができる。

本発明によれば、光パルス列を生成する装置において、時間軸に沿ってスペクトルの異なる光パルスが所望の時間間隔で順に並んでいる光パルス列を生成することができるようにした光パルス多重化ユニット、当該ユニットを備えた照明装置及び顕微鏡を提供することができる。

以下に、本発明に係る光パルス多重化ユニットの実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る光パルス多重化ユニットの概略構成を模式的に示している。
本実施例に係る光パルス多重化ユニットは、図１に示すように、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ：本実施例ではＮ＝２の場合について説明しているが、これに限定されるものではない。以下同様である。）と、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）と、ハーフミラー１とで構成されている。ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーＭｉ‐１１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐１２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えている。ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）は、ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えている。

ミラーＭｉ‐１１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐１２（ｉ＝１〜Ｎ）は、各々の面の法線とハーフミラー１の面の法線が同一平面内あるいは互いに平行な平面内に含まれるように配置されている。ミラーＭｉ‐２１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーＭｉ‐２２（ｉ＝１〜Ｎ）も同様に配置されている。

ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）とミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）は、ハーフミラー（ＨＭ）１を挟み対向配置され、ハーフミラー（ＨＭ）１は、例えば、図１に示したように、ハーフミラー（ＨＭ）１に入射した光パルスを反射側と透過側に分波（振幅分割）するよう機能する。

本実施例では、ハーフミラー（ＨＭ）１の所定箇所Ｏ１において分波された透過側の光パルスの光路に、バンドパスフィルタＢＦ１が配設されており、当該バンドパスフィルタＢＦ１は、入射される光パルスのうちの赤（Ｒ：Ｒｅｄ）成分のみを通過させるフィルタとして機能するようになっている。

一方で、ハーフミラー（ＨＭ）１の所定箇所Ｏ１において分波された反射側の光パルスの光路には、バンドパスフィルタＢＦ２が配設されており、当該バンドパスフィルタＢＦ２は、入射される光パルスのうちの緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）成分のみを通過させるフィルタとして機能するようになっている。
バンドパスフィルタＢＦ１、バンドパスフィルタＢＦ２が、本発明に係る異スペクトル光パルス生成手段に相当する。

そして、前記バンドパスフィルタＢＦ１を通過した光パルス（Ｒ）は、ミラーＭ１‐１１において反射される。ミラーＭ１‐１１は、反射された光が、基準線ｃと平行に進行するように調整されている。ミラーＭ１‐１１において反射された光パルスは、さらにミラーＭ１‐１２において反射される。

また、前記バンドパスフィルタＢＦ２を通過した分波された他方の光パルス（Ｇ）は、ミラーＭ１‐２１において反射される。ミラーＭ１‐２１は、反射された光が、基準線ｄと平行になるよう調整されている。ミラーＭ１‐２１において反射された光パルスは、さらにミラーＭ１‐２２において反射される。

ミラーＭ１‐１２及びミラーＭ１‐２２で反射された各々の光は、ハーフミラー（ＨＭ）１上の共通箇所Ｏ２において合波されると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１により分波される。

ここにおいて、本実施例では、ミラーユニットＭ１‐２は、通過する光パルスの光路長に変化を与えるために、基準線ｄに対して所定量外側にオフセットして配設されている。具体的には、図１に示したように、光路長変化量（時間遅延δ：本発明に係る第１の所定時間、以下同様である。）が得られるようにミラーユニットＭＵ１‐２は基準線ｄから外側にオフセットして配置されている。

従って、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ２には、前記バンドパスフィルタＢＦ１を通過した光パルス（Ｒ）に対して、前記バンドパスフィルタＢＦ２を通過した光パルス（Ｇ）が、光路長変化量（時間遅延δ）だけ遅れて入射されることになる。
ここで、ミラーユニットＭＵ１‐１、ＭＵ１‐２、ハーフミラー（ＨＭ）１が、本発明に係る第１の光パルス列生成手段に相当する（以下の実施例において同様である。）。

これにより、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２の透過側及び反射側において、異なるスペクトルを有しδ間隔で連続する光パルスの列を生成できることになる。なお、基準線ｄに対するオフセット量（延いては光路長変化量（時間遅延δ））を変更することにより、連続し且つ異なるスペクトルを有する光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）を生成し、かつ、２つの光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）の時間間隔を所定に制御することが可能となる。

次に、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、基準線ｃからオフセットのないミラーユニットＭＵ２‐１に入射して通過するため、それぞれ時間遅延されることなく、δ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）のままで所定箇所Ｏ３に入射することになる。

この一方、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｄ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、ミラーユニットＭＵ２‐２に入射して通過することで、共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）に対して光路長変化量（時間遅延Δ：本発明に係る第２の所定時間、以下同様である。）だけそれぞれ時間遅延されて所定箇所Ｏ３に入射することになる。

従って、図１に示したように、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ３においては、所定箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、所定箇所Ｏ２において基準線ｄ側へ出射されミラーユニットＭＵ２‐２にてΔ時間だけ遅延されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、が本ユニットの出力パルス列として出射されることになる。

すなわち、本実施例に係る光パルス多重化ユニットによれば、入射された光パルスＰ１を、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成できることになる。

ここで、ミラーユニットＭＵ２‐１、ＭＵ２‐２、ハーフミラー（ＨＭ）１が、本発明に係る第２の光パルス列生成手段に相当する（以下の実施例において同様である。）。

なお、一対の対向するミラーユニットＭＵｉ‐１、ＭＵｉ‐２を複数段設けることにより、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で複数生成できることになる。例えば、図１のように２つのグループＧ１、Ｇ２に分けグループ２（Ｇ２）に属するミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝２〜Ｎ）の光路長変化量がミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝２〜Ｎ）に対して（２^ｉ−２）Δ（ｉ＝２〜Ｎ）になるよう基準線ｄからオフセットして配置することで、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で時間軸に沿って複数並ばせることができる。その際、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、間隔Δを所望の値に調節することもできる。

なお、時間遅延δについても、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、スペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを所望の値に調節することができる。

実施例２では、実施例１で採用したバンドパスフィルタＢＦ１、ＢＦ２を省略し、その代わりにダイクロイックミラーＤＭを用いた光パルス多重化ユニットの一例について説明する。なお、実施例１で説明したと同様の要素については同一の符号を付すこととして、ここでは詳細な説明は省略する。

図２に示すように、実施例２に係る光パルス多重化ユニットは、実施例１で説明したミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１がこれらの間に配設されている。
本実施例に係るハーフミラー（ＨＭ）１は、所定箇所Ｏ１まで延在しておらず、所定箇所Ｏ２、Ｏ３だけがハーフミラー（ＨＭ）１上に生成されるようになっている。

そして、図２に示したように、本実施例では、所定箇所Ｏ１の部位には、ダイクロイックミラーＤＭが配設されている。このダイクロイックミラーＤＭは、入射される光パルスＰ１（緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）と赤（Ｒ：Ｒｅｄ）の合成）のうち、特定の波長の成分（ここでは、例えば赤（Ｒ））のみを透過し、その他の波長の成分（ここでは、例えば緑（Ｇ））を反射するように機能する。ダイクロイックミラーＤＭが、本発明に係る異スペクトル光パルス生成手段に相当する。本実施例では、ダイクロイックミラーＤＭの所定箇所Ｏ１において分波された透過側の光パルス（Ｒ）は、ミラーユニットＭＵ１‐１に入射され、ミラーＭ１‐１１、ミラーＭ１‐１２を介して出射される。

また、ダイクロイックミラーＤＭの所定箇所Ｏ１において分波された反射側の光パルス（Ｇ）は、ミラーユニットＭＵ１‐２に入射され、ミラーＭ１‐２１、ミラーＭ１‐２２を介して出射される。

そして、ミラーユニットＭＵ１‐１及びミラーユニットＭＵ１‐２を通過した各々の光は、ハーフミラー（ＨＭ）１上の共通箇所Ｏ２において合波されると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１により分波される。ここにおいて、本実施例では、ミラーユニットＭＵ１‐２は、通過する光パルスの光路長に変化を与えるために、基準線ｄに対して所定量外側にオフセットして配設されている。具体的には、図２に示したように、光路長変化量（時間遅延δ）が得られるようにミラーユニットＭＵ１‐２は基準線ｄから外側にオフセットして配置されている。

従って、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ２には、前記バンドパスフィルタＢＦ１を通過した光パルス（Ｒ）に対して、前記バンドパスフィルタＢＦ２を通過した分波された他方の光パルス（Ｇ）が、光路長変化量（時間遅延δ）だけ遅れて入射されることになる。

これにより、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２の透過側及び反射側において、異なるスペクトルを有しδ間隔で連続する光パルスの列を生成できることになる。次に、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、基準線ｃからオフセットのないミラーユニットＭＵ２‐１に入射して通過するため、それぞれ時間遅延されることなく、δ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）のままで所定箇所Ｏ３に入射することになる。

この一方、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｄ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、ミラーユニットＭＵ２‐２に入射して通過することで、共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）に対して光路長変化量（時間遅延Δ）だけそれぞれ時間遅延されて所定箇所Ｏ３に入射することになる。

従って、図２に示したように、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ３においては、所定箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、所定箇所Ｏ２において基準線ｄ側へ出射されミラーユニットＭＵ２‐２にてΔ時間だけ遅延されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、が本ユニットの出力パルス列として出射されることになる。

すなわち、本実施例に係る光パルス多重化ユニットによっても、入射された光パルスＰ１を、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成できることになる。

なお、一対の対向するミラーユニットＭＵｉ‐１、ＭＵｉ‐２を複数設けることにより、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で複数生成できることになる。例えば、図２のように２つのグループＧ１、Ｇ２に分けグループ２（Ｇ２）に属するミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝２〜Ｎ）の光路長変化量がミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝２〜Ｎ）に対して（２^ｉ−２）Δ（ｉ＝２〜Ｎ）になるよう基準線ｄからオフセットして配置することで、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で時間軸に沿って複数並ばせることができる。その際、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、間隔Δを所望の値に調節することもできる。

なお、時間遅延δについても、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、スペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを所望の値に調節することができる。

実施例３では、実施例１で採用したバンドパスフィルタＢＦ１、ＢＦ２を省略し、その代わりに回折格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた光パルス多重化ユニットの一例について説明する。なお、実施例１で説明したと同様の要素については同一の符号を付すこととして、ここでは詳細な説明は省略する。

図３に示すように、実施例３に係る光パルス多重化ユニットは、ミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１がこれらの間に配設されている。

また、本実施例では、ミラーユニットＭＵ１‐１のミラーＭ１‐１１として回折格子が用いられており、この回折格子を所定に回転させて入射角と反射角を調整することにより特定の波長の光（ここでは、例えば赤（Ｒ）成分の光）を取り出すことができるようになっている。同様に、ミラーユニットＭＵ１‐２のミラーＭ１‐２１として回折格子が用いられており、この回折格子を所定に回転させて入射角と反射角を調整することにより特定の波長の光（ここでは、例えば緑（Ｇ）成分）を取り出すことができるようになっている。

更に、本実施例では、図３に示したように、ミラーＭ１‐１１（回折格子）、ミラーＭ１‐２１（回折格子）により取り出された各光パルス（Ｒ）、（Ｇ）をよりシャープなものとするために、ミラーＭ１‐１２、Ｍ１‐２２から出射された各光（Ｒ）、（Ｇ）を絞り（Ｉｒｉｓ）Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ通過させて、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２に入射させるようになっている。

ミラーＭ１‐１１（回折格子）、ミラーＭ１‐２１（回折格子）、絞りＳ１、Ｓ２が、本発明に係る異スペクトル光パルス生成手段に相当する。
ここにおいて、本実施例では、ミラーユニットＭ１‐２は、通過する光パルスの光路長に変化を与えるために、基準線ｄに対して所定量外側にオフセットして配設されている。具体的には、図３に示したように、光路長変化量（時間遅延δ）が得られるようにミラーユニットＭＵ１‐２は基準線ｄから外側にオフセットして配置されている。

従って、ミラーユニットＭＵ１‐２を通過する側の光パルス（Ｇ）は、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ２には、ミラーユニットＭＵ１‐１を通過する側の光パルス（Ｒ）に対して、光路長変化量（時間遅延δ）だけ遅れて入射されることになる。

これにより、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２の透過側及び反射側において、異なるスペクトルを有しδ間隔で連続する光パルスの列を生成できることになる。

次に、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、基準線ｃからオフセットのないミラーユニットＭ２‐１に入射して通過するため、それぞれ時間遅延されることなく、δ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）のままで所定箇所Ｏ３に入射することになる。

この一方、前記ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２において基準線ｄ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、ミラーユニットＭＵ２‐２に入射して通過することで、共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）に対して光路長変化量（時間遅延Δ）だけそれぞれ時間遅延されて所定箇所Ｏ３に入射することになる。

従って、図３に示したように、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ３においては、所定箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、所定箇所Ｏ２において基準線ｄ側へ出射されミラーユニットＭＵ２‐２にてΔ時間だけ遅延されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、が本ユニットの出力パルス列として出射されることになる。

すなわち、本実施例に係る光パルス多重化ユニットによっても、入射された光パルスＰ１を、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成できることになる。

なお、一対の対向するミラーユニットＭＵｉ‐１、ＭＵｉ‐２を複数設けることにより、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で複数生成できることになる。例えば、図３のように２つのグループＧ１、Ｇ２に分けグループ２（Ｇ２）に属するミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝２〜Ｎ）の光路長変化量がミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝２〜Ｎ）に対して（２^ｉ−２）Δ（ｉ＝２〜Ｎ）になるよう基準線ｄからオフセットして配置することで、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で時間軸に沿って複数並ばせることができる。その際、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、間隔Δを所望の値に調節することもできる。

なお、時間遅延δについても、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、スペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを所望の値に調節することができる。

実施例４では、実施例１で採用したバンドパスフィルタＢＦ１、ＢＦ２を省略し、その代わりに非線形光学結晶ＮＬＯ（Non−Linear Optical Crystal)による第２次高調波発生(Second-Harmonic Generation: SHG)を用いた光パルス多重化ユニットの一例について説明する。なお、実施例１で説明したと同様の要素については同一の符号を付すこととして、ここでは詳細な説明は省略する。

図４に示すように、実施例４に係る光パルス多重化ユニットは、実施例１で説明したミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１がこれらの間に配設されている。

また、本実施例では、所定箇所Ｏ１にてハーフミラー（ＨＭ）１により反射されミラーユニットＭＵ１‐１のミラーＭ１‐１１に入射する光パルスの光路に非線形光学結晶ＮＬＯが配設されている。非線形光学結晶ＮＬＯは、入射する光パルスの波長を所定に変換することができる光学素子であり、本実施例では、入射される光パルスＰ１（Ｒ：Ｒｅｄ）に作用して、例えば緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）の光パルス（Ｇ）を出力することができるように構成されている。なお、非線形光学結晶ＮＬＯを挟んで両側にレンズＬ１、Ｌ２が配設されている。

図５に示すように、非線形光学結晶ＮＬＯが、入力（光軸）に対して平行に所定波長の光パルスを出力できない場合もあるが、かかる場合には、ミラーＭ１‐２１、ミラーＭ１‐２２の角度を調整することで、光路を所望に調整することができる。非線形光学結晶ＮＬＯが、本発明に係る異スペクトル光パルス生成手段に相当する。

ここにおいて、本実施例では、ミラーユニットＭ１‐２は、通過する光パルスの光路長に変化を与えるために、基準線ｄに対して所定量外側にオフセットして配設されている。具体的には、図４に示したように、光路長変化量（時間遅延δ）が得られるようにミラーユニットＭＵ１‐２は基準線ｄから外側にオフセットして配置されている。

従って、ミラーユニットＭＵ１‐２を通過する側の光パルス（Ｇ）は、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ２には、ミラーユニットＭＵ１‐１を通過する側の光パルス（Ｒ）に対して、光路長変化量（時間遅延δ）だけ遅れて入射されることになる。

これにより、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２の透過側及び反射側において、異なるスペクトルを有しδ間隔で連続する光パルスの列を生成できることになる。そして、実施例１と同様に、共通箇所Ｏ２において基準線ｄ側に出射されミラーユニットＭＵ２‐２に入射して通過するδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されミラーユニットＭＵ２‐１に入射して通過するδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）に対して光路長変化量（時間遅延Δ）だけそれぞれ時間遅延されて所定箇所Ｏ３に入射することになる。

従って、図４に示したように、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ３においては、所定箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、所定箇所Ｏ２において基準線ｄ側へ出射されΔ時間だけ遅延されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、が本ユニットの出力パルス列として出射されることになる。

すなわち、本実施例に係る光パルス多重化ユニットによっても、入射された光パルスＰ１を、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成できることになる。

なお、一対の対向するミラーユニットＭＵｉ‐１、ＭＵｉ‐２を複数設けることにより、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で複数生成できることになる。例えば、図４のように２つのグループＧ１、Ｇ２に分けグループＧ２に属するミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝２〜Ｎ）の光路長変化量がミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝２〜Ｎ）に対して（２^ｉ−２）Δ（ｉ＝２〜Ｎ）になるよう基準線ｄからオフセットして配置することで、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で時間軸に沿って複数並ばせることができる。その際、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、間隔Δを所望の値に調節することもできる。

なお、時間遅延δについても、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、スペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを所望の値に調節することができる。

実施例５は、図６に示すように、予め２色に分離された光パルスが別々に入射される構成となっており、ミラーユニットＭＵ１‐１に対して光パルス（Ｒ：Ｒｅｄ）が入射され、ミラーユニットＭ１‐２に対して光パルス（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）が入射されるようになっている。なお、実施例１で説明したと同様の要素については同一の符号を付すこととして、ここでは詳細な説明は省略する。

図６に示したように、本実施例に係る光パルス多重化ユニットは、実施例１で説明したミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝１〜Ｎ）、ミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝１〜Ｎ）を備えると共に、ハーフミラー（ＨＭ）１がこれらの間に配設されている。

ただし、本実施例に係るハーフミラー（ＨＭ）１は、所定箇所Ｏ１まで延在しておらず、所定箇所Ｏ２、Ｏ３だけがハーフミラー（ＨＭ）１上に形成されるようになっている。そして、図６に示したように、本実施例では、所定箇所Ｏ１においては、入射される光パルスＰ１（Ｒ）とＰ２（Ｇ）とが交差されるようになっている。本実施例では、予め２色に分離された光パルスが別々に入射されることが可能な装置を利用している。かかる装置が、本発明に係る異スペクトル光パルス生成手段に相当する。

ここにおいて、本実施例では、ミラーユニットＭ１‐２は、通過する光パルスの光路長に変化を与えるために、基準線ｄに対して所定量オフセットして配設されている。具体的には、図６に示したように、入射される光パルスＰ２（Ｇ）を光パルスＰ１（Ｒ）に対してδ時間だけ遅延させることができる光路長変化量が得られるようにミラーユニットＭＵ１‐２は基準線ｄに対してオフセットして配置されている。

従って、ミラーユニットＭＵ１‐２を通過する側の光パルス（Ｇ）は、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ２には、ミラーユニットＭＵ１‐１を通過する側の光パルス（Ｒ）に対して、光路長変化量（時間遅延δ）だけ遅れて入射されることになる。

これにより、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１の共通箇所Ｏ２の透過側及び反射側において、異なるスペクトルを有しδ間隔で連続する光パルスの列を生成できることになる。

そして、実施例１と同様に、共通箇所Ｏ２において基準線ｄ側に出射されミラーユニットＭＵ２‐２に入射して通過するδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）は、共通箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されミラーユニットＭＵ２‐１に入射して通過するδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）に対して光路長変化量（時間遅延Δ）だけそれぞれ時間遅延されて所定箇所Ｏ３に入射することになる。

従って、図６に示したように、実施例１と同様に、ハーフミラー（ＨＭ）１上の所定箇所Ｏ３においては、所定箇所Ｏ２において基準線ｃ側に出射されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、所定箇所Ｏ２において基準線ｄ側へ出射されΔ時間だけ遅延されたδ間隔を持つ光パルス（Ｒ）及び（Ｇ）と、が本ユニットの出力パルス列として出射されることになる。

すなわち、本実施例に係る光パルス多重化ユニットによっても、入射された光パルスＰ１を、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成できることになる。

なお、一対の対向するミラーユニットＭＵｉ‐１、ＭＵｉ‐２を複数設けることにより、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で複数生成できることになる。例えば、図６のように２つのグループＧ１、Ｇ２に分けグループＧ２に属するミラーユニットＭＵｉ‐２（ｉ＝２〜Ｎ）の光路長変化量がミラーユニットＭＵｉ‐１（ｉ＝２〜Ｎ）に対して（２^ｉ−２）Δ（ｉ＝２〜Ｎ）になるよう基準線ｄからオフセットして配置することで、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で時間軸に沿って複数並ばせることができる。その際、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、間隔Δを所望の値に調節することもできる。

なお、時間遅延δについても、基準線ｄからのオフセット量（外側にオフセットさせても内側にオフセットさせてもよいものである）を所望に設定することで、スペクトルの異なる光パルスの時間間隔δを所望の値に調節することができる。

ところで、上述した各実施例において、ミラーユニットＭＵｉ‐２（或いはＭＵｉ‐１）を往復動アクチュエータや電動モータ等の駆動手段を介して自動的に基準線ｄ（或いは基準線ｃ）に対して移動可能に構成し、基準線ｄ（或いは基準線ｃ）に対するオフセット量を変更可能に構成し、使用者等或いはパーソナルコンピュータ等からの指令等に応じて、自動的にオフセット量延いては時間遅延δ（或いはΔ）を調節できるように構成することもできる。

また、オフセットの方向は、所望の時間遅延δ（或いはΔ）を達成することができれば、ハーフミラー（ＨＭ）１に対して離間する方向でも、接近する方向であってもよいものである。更に、上述した各実施例のように光パルス或いは光パルス列の一方に対して他方を時間的に遅延させる場合に限らず、光パルス或いは光パルス列の一方に対して他方を時間的に先行させる構成とすることも可能である。

ところで、上述した各実施例では、光パルス或いは光パルス列の一方に対して時間遅延を与える方法として、基準線ｄからオフセットさせたミラーユニットＭＵ１‐２、ＭＵ２‐２等を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光パルスに対して時間遅延を与えることができるものであれば採用可能である。例えば、ミラーＭｉ‐２１と、ミラーＭｉ‐２２と、の間の距離を異ならせることで時間遅延を与える構成や、特許文献１等に記載されているような遅延素子を用いて時間遅延を与える構成も本発明に係る時間遅延手段として採用可能である。

次に、上述の光パルス多重化ユニットを備える照明装置及びこの照明装置を備える顕微鏡の実施例について説明する。図７は本実施例に係る顕微鏡の概略構成を示している。

レーザ光源１０１は、光パルスＰを供給する。光パルスＰは、光パルス多重化ユニット１０２に入射する。光パルス多重化ユニット１０２は、上述した各実施例の何れかの構成を備えている。制御装置１０３は、例えば、光パルス多重化ユニット１０２のミラーの角度や例えば基準線ｄからのオフセット量等を制御する。レーザ光源１０１と光パルス多重化ユニット１０２と制御装置１０３で照明装置１０４を構成している。

本実施例に係る光パルス多重化ユニット１０２は、図７に示したように、入射された光パルスＰを、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなる列をΔ間隔で２つ生成することになる。

光パルスは、ダイクロイックミラー１１１で反射される。そして、光パルスは、リレーレンズ１１３、ミラー１１４、結像レンズ１１５、対物レンズ１１６を介して、試料１１７上に結像される。ここで、スキャンミラー１１２を所定範囲で傾斜（回転）させることで、試料１１７面上を複数の光パルスで同時に照射しながら走査できる。

光パルスが照射されると試料１１７面では蛍光が発生するが、本実施例に係る異なるスペクトル（Ｒ：Ｒｅｄ、Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなるΔ間隔の光パルス列によれば、その蛍光の発光過程を抑制し、例えば超解像観察を可能にしている。その超解像観察により得られる情報は、ダイクロイックミラー１１１を透過し、ミラー１１８、レンズ１１９、ピンホール１２０を介して検出器１２１に入射されることで取得される。

かかる構成によれば、リレーレンズ１１３、ミラー１１４、結像レンズ１１５、対物レンズ１１６からなる合成光学系１０５の焦平面上において、異なるスペクトル（Ｒ、Ｇ）を有しδ間隔で連続する２つの光パルスからなるΔ間隔の光パルス列を照射させることができる。

そして、試料１１７面と焦平面とを一致させることで、試料１１７から本実施例に係る光パルス列に対応した所望の超解像観察情報を取得することが可能となる。また、本光パルス多重化ユニットは、種々の観察用途に用いることができる。このため、他のレーザ顕微鏡にも適用可能である。

以上のように、本発明にかかる光パルス多重化ユニットは、スペクトルの異なる光パルスが所望の時間間隔で順に並んでいる光学系に有用である。

本発明の実施例１に係る光パルス多重化ユニットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施例２に係る光パルス多重化ユニットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施例３に係る光パルス多重化ユニットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施例４に係る光パルス多重化ユニットの概略構成の一例を示す図である。 同上実施例において利用される非線形光学結晶（ＮＬＯ）の動作を説明するための図である。 本発明の実施例５に係る光パルス多重化ユニットの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施例６に係る光パルス多重化ユニットを備えた照明装置及びこの照明装置を利用した顕微鏡の概略構成の一例を示す図である。係る光パルス多重化ユニット自動選択出射装置の概略構成の一例を示す図である。 従来の光パルス多重化ユニットを本発明の目的に流用しようとした場合を説明するための図である。

符号の説明

１ ハーフミラー（ＨＭ）
ＭＵ１‐１、ＭＵ２‐１、ＭＵ１‐２、ＭＵ２‐２ ミラーユニット
Ｍ１‐１１、Ｍ１‐１２、Ｍ１‐２１、Ｍ１‐２２、Ｍ２‐１１、Ｍ２‐１２、Ｍ２‐２１、Ｍ２‐２２ ミラー
Ｏ１〜Ｏ３ 所定箇所
ＢＦ１、ＢＦ２ バンドパスフィルタ
ＤＭ ダイクロイックミラー
Ｍ１‐１１、Ｍ１‐２１ ミラー（回折格子）
Ｓ１、Ｓ２ 絞り（アイリス：iris）
１０１ レーザ光源
１０２ 光パルス多重化ユニット
１０３ 制御装置
１０４ 照明装置
１０５ 合成光学系
１１７ 試料
１２１ 検出器

Claims (9)

1. 異なるスペクトルの光パルスを生成する異スペクトル光パルス生成手段と、
   前記異スペクトル光パルス生成手段により生成された異なるスペクトルの光パルスの一方を他方に対して時間的に遅延或いは先行させ、第１の所定時間間隔で並ぶ異なるスペクトルの光パルスからなる第１の光パルス列を生成する第１の光パルス列生成手段と、
   前記第１の光パルス列生成手段により生成された第１の光パルス列を分波して、分波された第１の光パルス列の一方を他方に対して時間的に遅延或いは先行させた後、両者を合波して、第２の所定時間間隔で並ぶ第１の光パルス列からなる第２の光パルス列を生成する第２の光パルス列生成手段と、を含んで構成したことを特徴とする光パルス多重化ユニット。
2. 前記第１の光パルス列生成手段は、
   第１のハーフミラーを挟んで対向配置され、入射される異なるスペクトルの光パルスをそれぞれ偏向して、前記第１のハーフミラー上の所定箇所で合波を行わせる一対のミラーユニットを含み、
   前記一対のミラーユニットのそれぞれは複数のミラーを有し、
   前記一対のミラーユニットの一方は、他方に対して異なる光路長を有するように調整されており、
   前記第１のハーフミラー上の所定箇所で合波した後、分波して前記第１の光パルス列を生成し、
   前記第２の光パルス列生成手段は、
   第２のハーフミラーを挟んで対向配置され、前記第１の光パルス生成手段により生成された前記第１の光パルス列をそれぞれ偏向して、前記第２のハーフミラー上の所定箇所で合波を行わせる一対のミラーユニットを含み、
   前記一対のミラーユニットのそれぞれは複数のミラーを有し、
   前記一対のミラーユニットの一方は、他方に対して異なる光路長を有するように調整されており、
   前記第２のハーフミラー上の所定箇所で合波した後、分波して前記第２の光パルス列を生成することを特徴とする請求項１に記載の光パルス多重化ユニット。
3. 前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対してバンドパスフィルタを通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光パルス多重化ユニット。
4. 前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをダイクロイックミラーを用いて、透過側と反射側とに異なるスペクトルの光パルスを出射させることで、異なるスペクトルの光パルスを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光パルス多重化ユニット。
5. 前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対して回折格子及び絞りを通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光パルス多重化ユニット。
6. 前記異スペクトル光パルス生成手段は、入射される光パルスをハーフミラーを用いて分波し、分波後の光パルスに対して非線形光学結晶を通過させることにより、異なるスペクトルの光パルスを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光パルス多重化ユニット。
7. 前記異スペクトル光パルス生成手段は、異なるスペクトルの光パルスを別々に出射可能な装置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光パルス多重化ユニット。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の光パルス多重化ユニットを含んで構成されることを特徴とする照明装置。
9. 請求項８に記載の照明装置を有することを特徴とする顕微鏡。

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